Внутренняя динамика сети, связанная с аномальным дельта-ритмом при нарушениях сознания (краткий обзор)

Цель: изучить патофизиологические механизмы и клиническую значимость дельта-ритмов (≤4 Гц) при нарушениях сознания, включая кому, синдром безответного бодрствования (вегетативное состояние) и состояние минимального сознания (СМС), в качестве биомаркеров для диагностики, прогноза и целенаправленной терапии.

Материалы и методы. Провели краткий обзор результатов экспериментальных и клинических исследований по изучению генерации и модуляции дельта-ритма при нарушениях сознания. Особое внимание уделили таламо-кортикальным взаимодействиям, кортикальному торможению, нарушениям нейромодуляции, а также роли глиальных клеток, нейровоспалению и метаболическим нарушениям. Количественный анализ ЭЭГ и усовершенствованную нейровизуализацию выделили в качестве ключевых инструментов для оценки дельта-активности.

Результаты. Установили, что дельта-ритмы доминируют на ЭЭГ при всех состояниях нарушенного сознания, при этом глобальная активность с высокой амплитудой наблюдается при коме, а активность с низкой амплитудой — при вегетативных состояниях, что, соответственно, указывает на подавление активности коры головного мозга и таламокортикальное отключение. При СМС снижение амплитуды волн дельта-ритма и улучшение связи коррелировали с периодическим целенаправленным поведением. Терапевтические вмешательства, включая транскраниальную магнитную стимуляцию, транскраниальную стимуляцию переменным током и фармакологические препараты, демонстрировали потенциал для модуляции дельта-ритмов. Кроме того, стохастический резонанс стал новым механизмом стабилизации нейронных сетей, проходящим сквозь помехи.

Заключение. Дельта-ритмы служат важнейшими биомаркерами состояний нарушенного сознания и представляют диагностическую, прогностическую и терапевтическую ценность. Мультимодальные подходы, объединяющие ЭЭГ, нейровизуализацию и механистические исследования, необходимы для углубления понимания и улучшения клинических результатов при лечении пациентов в состоянии нарушенного сознания.

1. Wang J., Deng B., Wang J., Yang Y., Liu C. The abnormal delta rhythm mechanism in disorders of consciousness: intrinsic neuronal properties and network dynamics. Neurocomputing. 2025; 620: 129206. DOI: 10.1016/j.neucom.2024.129206.

2. Casarotto S., Hassan G., Rosanova M., Sarasso S., Derchi C. C., Trimarchi P. D., Vigano A., et al. Dissociations between spontaneous electroencephalographic features and the perturbational complexity index in the minimally conscious state. Eur J Neurosci. 2024; 59: 934–947. DOI: 10.1111/ejn.16299. PMID: 38440949.

3. Bitar R., Khan U. M., Rosenthale S. Utility and rationale for continuous EEG monitoring: a primer for the general intensivist. Crit Care. 2024; 28 (244): 1–23. DOI: 10.1186/s13054-024-04986-0. PMID: 39014421.

4. Valomon A., Riedner B. A., Jones S. G., Nakamura K. P., Tononi G., Plante D. T., Benca R. M., et al. high-density electroencephalography study reveals abnormal sleep homeostasis in patients with rapid eye movement sleep behavior disorder. Sci Rep. 2021; 11: 4758. DOI: 10.1038/s41598-021-83980-w. PMID: 33637812.

5. Naro A., Bramanti A., Leo A., Cacciola A., Manuli A., Bramanti P., Calabro R. S. Shedding new light on disorders of consciousness diagnosis: The dynamic functional connectivity. Cortex. 2018; 103: 316–328. DOI: 10.1016/j.cortex.2018.03.029. PMID: 29684751.

6. De Stefano P., Carboni M., Pugin D., Seeck M., Vulliemoz S. Brain networks involved in generalized periodic discharges (GPD) in post-anoxic-ischemic encephalopathy. Resuscitation. 2020; 155, 143–151. DOI: 10.1016/j.resuscitation.2020.07.030. PMID: 32795598.

7. Llinás R. R. Thalamo-cortical dysrhythmia syndrome: neuropsychiatric features. An R Acad Nac Med (Madr.). 2003; 120 (2): 267–290. PMID: 14619543.

8. Jones B. E. Arousal systems. Front Biosci. 2003; 8: s438–451. DOI: 10.2741/1074. PMID: 12700104.

9. Brudzynski S. M., Burgdorf J. S., Moskal J. R. From emotional arousal to executive action. Role of the prefrontal cortex. Brain Struct Funct. 2024; 229: 2327–2338. DOI: 10.1007/s00429-024-02837-w. PMID: 39096390.

10. Babiloni C., Del Percio C., Pascarelli M. T., Lizio R.,. Noce G., Lopez S., Rizzo M., et al. Abnormalities of functional cortical source connectivity of resting-state electroencephalographic alpha rhythms are similar in patients with mild cognitive impairment due to Alzheimer’s and Lewy body diseases. Neurobiol Aging. 2019; 77: 112–127. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2019.01.013. PMID: 30797169.

11. Carracedo L. M., Kjeldsen H., Cunnington L., Jenkins A., Schofield I., Cunningham M. O., Davies C. H., et al. A neocortical delta rhythm facilitates reciprocal interlaminar interactions via nested theta rhythms. J Neurosci. 2013; 33 (26): 10750–10761. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0735-13.2013. PMID: 23804097.

12. Dimpfel W. Pharmacological modulation of cholinergic brain activity and its reflection in special EEG frequency ranges from various brain areas in the freely moving rat (Tele-Stereo-EEG). Eur Neuropsychopharmacol. 2005; 15 (6): 673–682. DOI: 10.1016/j.euroneuro.2005.03.006. PMID: 16009538.

13. Philippu A., Prast H. Importance of histamine in modulatory processes, locomotion and memory. Behav Brain Res. 2001; 124 (2): 151–159. DOI: 10.1016/s0166-4328(01)00226-1. PMID: 11640968.

14. Hao W., Liu S., Liu H., Mu X., Chen K., Xin Q., Zhang X.-D. In vivo neuroelectrophysiological monitoring of atomically precise Au (25) clusters at an ultrahigh injected dose. ACS Omega. 2020; 5 (38): 24537–24545. DOI: 10.1021/acsomega.0c03005. PMID: 33015471.

15. Grigorovsky V., Bardakjian B. L. Low-to-high cross-frequency coupling in the electrical rhythms as biomarker for hyperexcitable neuroglial networks of the brain, IEEE. Trans Biomed Eng. 2018; 65 (7): 1504–1515. DOI: 10.1109/TBME.2017.2757878. PMID: 28961101.

16. Gavilanes A. W., Gantert M., Strackx E., Zimmermann L. J., Seeldrayers S., Vles J.S, Kramer B. W. Increased EEG delta frequency corresponds to chorioamnionitis-related brain injury. Front Biosci (Schol Ed). 2010; 2 (2): 432–438. DOI: 10.2741/s76. PMID: 20036959.

17. Kumar G. P., Panda R., Sharma K., Adarsh A., Annen J., Martial C., Faymonville M. E., et al. Changes in high-order interaction measures of synergy and redundancy during non-ordinary states of consciousness induced by meditation, hypnosis, and auto-induced cognitive trance. Neuroimage. 2024; 293: 120623, 1–10. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2024.120623. PMID: 38670442.

18. Rayi A., Asuncion R. M. D., Mandalaneni K. Encephalopathic EEG patterns. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2025. 2024 Aug 11. PMID: 33232041. Bookshelf ID: NBK564371.

19. Huang Y., Xia X., Meng X., Bai Y., Feng Z. Single session of intermittent theta burst stimulation alters brain activity of patients in vegetative state. Aging. 2024; 16 (8): 7119–7130. DOI: 10.18632/aging.205746. PMID: 38643463.

20. Li M., Tang Z., Yu L., Li Y., Ma W., Li J., Li G., Xiong L., et al. The arousal effect of An-Gong-Niu-Huang-Wan on alcoholic-induced coma rats: a research based on EEG. J Ethnopharmacol. 2024; 328: 117974. DOI: 10.1016/j.jep.2024.117974. PMID: 38467317.

21. Espinosa E. P., Zang D., Buccellato A., Qi Z., Wu X., Abbasi S., Catal Y., et al. Spectral peak analysis and intrinsic neural timescales as markers for the state of consciousness. Neuroimage Clin. 2024; 44: 103698. DOI: 10.1016/j.nicl.2024.103698. PMID: 39509990.

22. Li C., Wang Y., Li W., Yang Y., Xia X. Measure functional network and cortical excitability in post-anoxic patients with unresponsive wakefulness syndrome diagnosed by behavioral scales. Front Neurosci. 2022; 16: 1071594. DOI: 10.3389/fnins.2022.1071594. PMID: 36711155.

23. Bai Y., Xia X., Wang Y., He J., X. Li X. Electroencephalography quadratic phase self-coupling correlates with consciousness states and restoration in patients with disorders of consciousness. Clin Neurophysiol. 2019; 130: 1235–1242. DOI: 10.1016/j.clinph.2019.04.710. PMID: 31163368.

24. Stefan S., B. Schorr B., Lopez-Rolon A., Kolassa I. T., Shock J. P., Rosenfelder M., Heck S., et al. Consciousness indexing and outcome prediction with resting-state EEG in severe disorders of consciousness. Brain Topogr. 2018; 31 (5): 848–862. DOI: 10.1007/s10548-018-0643-x. PMID: 29666960.

25. Bagnato S., Boccagni C., Prestandrea C., Fingelkurts A. A., Fingelkurts A. A., Galardi G. Changes in standard electroencephalograms parallel consciousness improvements in patients with unresponsive wakefulness syndrome. Arch Phys Med Rehabil. 2017; 98 (4): 665–672. DOI: 10.1016/j.apmr.2016.09.132. PMID: 27794486.

26. Anzolin A., Das P., Garcia R. G., Chen A., Grahl A., Ellis S., Purdon P., et al. Delta power during sleep is modulated by EEG-gated auricular vagal afferent nerve stimulation (EAVANS). Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2023: 1–4. DOI: 10.1109/EMBC40787.2023.10340971. PMID: 38082663.

27. Landau J., Baulac M., Durand G., A. de Billy A., Philippon J. Impairment of consciousness induced by valproate treatment following neurosurgical operation. Acta Neurochir (Wien). 1993; 125 (1–4): 92–96. DOI: 10.1007/BF01401834. PMID: 7993403.

28. Bonfiglio L., Olcese U., Rossi B., Frisoli A., Arrighi P., Greco G., Carozzo S., et al. Cortical source of blink-related delta oscillations and their correlation with levels of consciousness. Hum Brain Mapp. 2013; 34 (9): 2178–2189. DOI: 10.1002/hbm.22056. PMID: 22431380.

29. Duda A. T., Clarke A. R., Barry R. J., De Blasio F. M. Mindfulness meditation is associated with global EEG spectral changes in theta, alpha, and beta amplitudes. Int J Psychophysiol. 2024; 206: 112465. DOI: 10.1016/j.ijpsycho.2024.112465. PMID: 39557128.

30. Babiloni C., Lopez S., Noce G., Ferri R., Panerai S., Catania V., Soricelli A., et al. Relationship between default mode network and resting-state electroencephalographic alpha rhythms in cognitively unimpaired seniors and patients with dementia due to Alzheimer’s disease. Cereb Cortex. 2023; 33 (20): 10514–10527. DOI: 10.1093/cercor/bhad300. PMID: 37615301.

31. Belov D., Fesenko Z., Efimov A., Lakstygal A., Efimova E. Different sensitivity to anesthesia according to ECoG data in dopamine transporter knockout and heterozygous rats. Neurosci Lett. 2022; 788: 136839. DOI: 10.1016/j.neulet.2022.136839. PMID: 35964824.

32. Jombik P., Drobny M., Saniova B., Fischer M., Kaderjakova P., Lajciakova M., Bakosova E., et al. Some quantitative EEG features in default mode resting state network under general anaesthesia. Neuro Endocrinol Lett.2017; 38 (4): 261–268. PMID: 28871712.