zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2023-63-9-564-573nhtgxwzurniimtpe-3273Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESДинамика когнитивных и нейрофизиологических функций человека при моделировании невесомости в наземных условияхDynamics of cognitive and neurophysiological functions of a person in the simulation of weightlessness in terrestrial conditionsПоляниченкоАлексей АлександровичPolyanichenkoAleksei A.

Младший научный сотрудник лаборатории психофизиологического обеспечения полетов и экстремальной деятельности ФГБУН ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАН.

e-mail: alekseipolyanichenko@mail.ru

Junior research assistant at the Laboratory of Psychophysiological Support of Flights and Extreme Activities, Institute of Biomedical Problems, RAS.e-mail: alekseipolyanichenko@mail.ru

 

alekseipolyanichenko@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2431-6005СчастливцеваДарья В.SchastlivtsevaDaria V.

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56712862200

noemail@neicon.ruКотровскаяТатьяна И.KotrovskayaTatiana I.

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6506523971

noemail@neicon.ruГолубевВиктор Г.GolubevViktor G.noemail@neicon.ruСмоляковДаниил Г.SmolyakovDaniil G.noemail@neicon.ruФГБУН ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАНРоссияInstitute of Biomedical ProblemsRussian FederationООО «Институт Психонетических исследований и разработок»РоссияLLC "Institute of Psychonetic Research and Development"Russian FederationАО «ПозитивТехнолоджис»РоссияJSC "Positive Technologies"Russian Federation202303102023639564573Copyright © Поляниченко А.А., Счастливцева Д.В., Котровская Т.И., Голубев В.Г., Смоляков Д.Г., 20232023Поляниченко А.А., Счастливцева Д.В., Котровская Т.И., Голубев В.Г., Смоляков Д.Г.Polyanichenko A.A., Schastlivtseva D.V., Kotrovskaya T.I., Golubev V.G., Smolyakov D.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/3273Введение

Введение. Изучение влияния условий 21-суточной антиортостатической гипокинезии (АНОГ) на динамику нейрофизиологических реакций и когнитивных функций человека проведено на базе ГНЦ РФ — ИМБП РАН с участием 6 здоровых добровольцев-мужчин в возрасте от 24 до 40 лет (30,7±5,4), которые находились в условиях постельной гипокинезии в антиортостатическом положении с углом наклона –6° относительно горизонта.

Цель исследования — определить динамику нейрофизиологических реакций и когнитивных функций человека во время 21-суточной АНОГ (–6°).

Материалы и методы

Материалы и методы. Анализ динамики когнитивных функций осуществлялся по результатам выполнения сложных динамических задач с элементами неопределенности из тестового блока ПО «CleverBalls». Динамику нейрофизиологических реакций устанавливали по относительному показателю динамики (ОПД) относительного значения мощности (ОЗМ) всех исследуемых диапазонов ЭЭГ-спектра. Измерения всех показателей проводили перед началом исследования (Фон), на 3 (1 сессия), 10 (2 сессия), 17 (3 сессия) и 21 (4 сессия) сутки, а также через 3 суток по завершении эксперимента — последействие (После).

Результаты

Результаты. Было обнаружено нарастание тормозных процессов в головном мозге в результате решения сложных динамических задач с элементами неопределенности в остром периоде (3 сутки) и в последействии. После острого периода и до окончания эксперимента наблюдали восстановление работы мозга до уровня фона. Повышение результативности выполнения сложных динамических задач с элементами неопределенности (по показателям «Процент корректного выбора» и «Среднее гармоническое время кликов») наблюдали с 10 суток до последействия включительно, что свидетельствовало, как минимум, о не снижении когнитивных функций во время 21-суточной АНОГ.

Заключение

Заключение. По окончании эксперимента отмечали менее выраженное, чем в острый период, увеличение Дельта- и Тета- с одновременным уменьшением Альфа- и Бета-активности, но, при этом, не происходило снижения успешности выполнения когнитивных тестов.

Этика

Этика. Программа эксперимента была утверждена на секции ученого совета и одобрена Комиссией по биомедицинской этике при ГНЦ РФ — ИМБП РАН (протокол № 599 от 06.10.2021 г.).

Участие авторов

Участие авторов:Поляниченко А.А. — концепция и дизайн исследования, сбор, анализ и интерпретация данных, написание статьи;Счастливцева Д.В. — сбор, анализ и интерпретация данных;Котровская Т.И. — анализ и интерпретация данных, написание статьи, редактирование статьи;Голубев В.Г. — разработка тестового блока ПО «CleverBalls»;Смоляков Д.Г. — разработчик ПО «CleverBalls».

Финансирование

Финансирование. Работа поддержана темой РАН № 63.2 «Исследование интегративных процессов в центральной нервной системе, закономерностей поведения и деятельности человека в условиях автономности и под влиянием других экстремальных факторов среды».

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления

Дата поступления: 29.06.2023 / Дата принятия к печати: 13.07.2023 / Дата публикации: 05.10.2023

Introduction. The authors have conducted a study of the influence of the conditions of 21-day antiorthostatic hypokinesia (AOSH) on the dynamics of neurophysiological reactions and cognitive functions of a person on the basis of Institute of Biomedical Problems, RAS, with the participation of six healthy male volunteers aged 24 to 40 years (30.7±5.4) who were in bed with hypokinesia in an antiorthostatic position with an angle of inclination –6° relative to the horizon.The study aims to determine the dynamics of neurophysiological reactions and cognitive functions of a person during a 21–day AOSH (–6°).

Materials and methods. The researchers analyzed the dynamics of cognitive functions based on the results of performing complex dynamic tasks with elements of uncertainty from the CleverBalls software test block. The authors determined the dynamics of neurophysiological reactions by the relative dynamics index (RDI) of the relative power value (RPV) of all the studied ranges of the EEG spectrum. The experts carried out measurements of all indicators before the start of the study (Background), on the 3rd (1st session), 10th (2nd session), 17th (3rd session) and 21st (4th session) days, as well as 3 days after the end of the experiment — aftereffect (After).Results. Scientists have found an increase in inhibitory processes in the brain as a result of solving complex dynamic tasks with elements of uncertainty in the acute period (3 days) and in the aftereffect. After the acute period and before the end of the experiment, they observed the restoration of brain functions to the background level. An increase in the performance of complex dynamic tasks with elements of uncertainty (according to the indicators "Percentage of correct choice" and "Average harmonic click time") was observed from ten days to the aftereffect inclusive, which indicated, at least, the absence of a decrease in cognitive functions during the 21-day AOSH.

Conclusion. At the end of the experiment, the authors noted a less pronounced increase in Delta and Theta activity than in the acute period, with a simultaneous decrease in Alpha and Beta activity, but at the same time, they did not observe a decrease in the success of cognitive tests.Ethics. The program of the experiment was approved at the section of the Scientific Council and approved by the Commission on Biomedical Ethics at the Institute of Biomedical Problems, RAS (Protocol No. 599 of 06.10.2021).

Contribution:

Polyanichenko A.A. — research concept and design, data collection, analysis and interpretation, article writing;

Shlyavtseva D.V. — data collection, analysis and interpretation;

Kotrovskaya T.I. — data analysis and interpretation, article writing, article editing;

Golubev V.G. — development of a test block for "CleverBalls";

Smolyakov D.G. — developer of the software "CleverBalls".

Funding. The work is supported by the theme of RAS No. 63.2 "Research of integrative processes in the central nervous system, patterns of human behavior and activity in conditions of autonomy and under the influence of other extreme environmental factors".

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.Received: 29.06.2023 / Accepted: 13.07.2023 / Published: 05.10.2023

 

 

антиортостатическая гипокинезиясложные динамические задачинеопределенностьэлектроэнцефалографияantiorthostatic hypokinesiacomplex dynamic tasksuncertaintyelectroencephalographyReferencesУйба В.В., Ушаков И.Б., Сапецкий А.О. Медико-биологические риски, связанные с выполнением дальних космических полетов. Медицина экстремальных ситуаций. 2017; 59(1): 43–64.Uyba V.V., Ushakov I.B., Sapetsky A.O. Medico-biological risks assciated with the implementation of long-range space flights. Meditsina ehkstremal’nykh situatsij. 2017; 59(1): 43–64(in Russian).Баранов М.В., Катунцев В.П., Шпаков А.В., Баранов В.М. Метод наземного моделирования физиологических эффектов пребывания человека в условиях гипогравитации. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015; 160(9): 392–396.Baranov M.V., Katuntsev V.P., Shpakov A.V., Baranov V.M. A metod for ground-based modeling of the physiological effects of a person’s stay in hypogravity. Byulleten’ ehksperimental’noj biologii i meditsiny. 2015; 160(9): 392–396 (in Russian).Brauns K., Friedl-Werner A., Maggioni M.A., Gunga H.-C., Stahn A.C. Head-Down Tilt Position, but Not the Duration of Bed Rest Affects Resting State Electrocortical Activity. Front Physiol. 2021; 12: 638669. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.638669Brauns K., Friedl-Werner A., Maggioni M.A., Gunga H.-C., Stahn A.C. Head-Down Tilt Position, but Not the Duration of Bed Rest Affects Resting State Electrocortical Activity. Front Physiol. 2021; 12:638669. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.638669Basner M., Dinges D.F., Howard K., Moore T.M., Gur R.C., Mühl C., Stahn A.C. Continuous and Intermittent Artificial Gravity as a Countermeasure to the Cognitive Effects of 60 Days of Head-Down Tilt Bed Rest. Front Physiol. 2021; 12: 643854. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.643854Basner M., Dinges D.F., Howard K., Moore T.M., Gur R.C., Mühl C., Stahn A.C. Continuous and Intermittent Artificial Gravity as a Countermeasure to the Cognitive Effects of 60 Days of Head-Down Tilt Bed Rest. Front Physiol. 2021; 12: 643854. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.643854Brauns K., Friedl-Werner A., Gunga H.-C., Stahn A.C. Effects of two months of bed rest and antioxidant supplementation on attentional processing. Cortex. 2021; 141: 81–93. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2021.03.026Brauns K., Friedl-Werner A., Gunga H.-C., Stahn A.C. Effects of two months of bed rest and antioxidant supplementation on attentional processing. Cortex. 2021; 141: 81–93. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2021.03.026Pavy-Le Traon A., Heer M., Narici M.V., Rittweger J., Vernikos J. From space to Earth: advances in human physiology from 20 years of bed rest studies (1986–2006). Eur. J. Appl. Physiol. 2007; 101: 143–194. https://doi.org/10.1007/s00421-007-0474-zPavy-Le Traon A., Heer M., Narici M.V., Rittweger J., Vernikos J. From space to Earth: advances in human physiology from 20 years of bed rest studies (1986–2006). Eur. J. Appl. Physiol. 2007; 101: 143–194. https://doi.org/10.1007/s00421-007-0474-zКаширина Д.Н., Пастушкова Л.Х., Бржозовский А.Г., Гончарова А.Г., Носовский А.М., Кусто М.-А. и др. Исследование белкового профиля плазмы в сопоставлении с биохимическими параметрами крови добровольцев в 21-суточной антиортостатической гипокинезии. Физиология человека. 2020; 46(4): 88–97. https://doi.org/10.31857/S0131164622600483Kashirina D.N., Pastushkova L.Kh., Brzhozovsky A.G., Goncharova A.G., Nosovsky A.M., Kusto M.-A. et al. Study of the plasma prtein profile in comparison with the biochemical parameters of the blood of volunteers in 21-day antiorthostatic hypokinesia. Fiziologiya cheloveka. 2020; 46(4): 88–97. https://doi.org/10.31857/S0131164622600483 (in Russian).Koppelmans V., Bloomberg J.J., De Dios Y.E., Wood S.J., Reuter-Lorenz P.A., Kofman I.S. et al. Brain plasticity and sensorimotor deterioration as a function of 70 days head down tilt bed rest. PLoS One. 2017; 12(8): e0182236. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182236Koppelmans V., Bloomberg J.J., De Dios Y.E., Wood S.J., Reuter-Lorenz P.A., Kofman I.S. et al. Brain plasticity and sensorimotor deterioration as a function of 70 days head down tilt bed rest. PLoS One. 2017; 12(8): e0182236. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182236Мясников В.И., Степанова С.И. Факторы риска развития психической астенизации у космонавтов в длительном полете. Вестник ТГПУ. 2002; 3(31): 9–18.Myasnikov V.I., Stepanova S.I. Risk factors for the development of mental asthenia in cosmonauts in a long flight. Vestnik TSGU. 2002; 3(31): 9–18 (in Russian).Федин А.И., Соколова. Л.П. Сосудистые когнитивные нарушения. Новости неврологии. Спецвыпуск. 2019; 5(55): 20. [Дата обращения: 29.05.2023] https://sevnevro.ru/upl/Files/Neuronews_05.19_skn.pdfFedin A.I., Sokolova. L.P. Vascular cognitive impairment. News of neurology Special issue. 2019; 5(55): 20 p. [Accessed: 05/29/2023] https://sevnevro.ru/upl/Files/Neuronews_05.19_skn.pdf (in Russian).Боголепова А.Н. Сосудистые когнитивные нарушения. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2022; 122(10): 17–23. https://doi.org/10.17116/jnevro202212210117Bogolepova A.N. Vascular cognitive impairment. Zhurnal Nevrologii i Psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. 2022; 122(10): 17–23. https://doi.org/10.17116/jnevro202212210117 (in Russian).McGregor H.R., Lee J.K., Mulder E.R., De Dios Y.E., Beltran N.E., Kofman I.S. et al. Brain connectivity and behavioral changes in a spaceflight analog environment with elevated CO2. Neuroimage. 2021; 225: 117450. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.117450McGregor H.R., Lee J.K., Mulder E.R., De Dios Y.E., Beltran N.E., Kofman I.S. et al. Brain connectivity and behavioral changes in a spaceflight analog environment with elevated CO2. Neuroimage. 2021; 225: 117450. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.117450Счастливцева Д.В., Котровская Т.И., Бубеев Ю.А. Особенности ЭЭГ-реакции человека в условиях гипербарической искусственной газовой среды. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2018; 52(1): 48–55. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2018-52-1-48-55Schastlivtseva D.V., Kotrovskaya T.I., Bubeev Yu.A. Peculiarities of the human EEG response in a hyperbaric artificial gas environment. Aviakosmicheskaya i ehkologicheskaya meditsina. 2018; 52(1): 48–55. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2018-52-1-48-55 (in Russian).Barkaszi I., Ehmann B., Tölgyesi B., Balázs L., Altbäcker A. Are head-down tilt bed rest studies capturing the true nature of spaceflight-induced cognitive changes? A review. Frontiers in physiology. 2022; 13: 1008508. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.1008508Barkaszi I., Ehmann B., Tölgyesi B., Balázs L., Altbäcker A. Are head-down tilt bed rest studies capturing the true nature of spaceflight-induced cognitive changes? A review. Frontiers in physiology. 2022; 13: 1008508. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.1008508Lee J.K., De Dios Y., Kofman I., Mulavara A.P., Bloomberg J.J., Seidler R.D. Head down tilt bed rest plus elevated CO2 as a spaceflight analog: Effects on cognitive and sensorimotor performance. Front. Hum. Neurosci. 2019; 13: 355. https://doi.org/10.3389/fnhum.2019.00355Lee J.K., De Dios Y., Kofman I., Mulavara A.P., Bloomberg J.J., Seidler R.D. Head down tilt bed rest plus elevated CO2 as a spaceflight analog: Effects on cognitive and sensorimotor performance. Front. Hum. Neurosci. 2019; 13: 355. https://doi.org/10.3389/fnhum.2019.00355Mahadevan A.D., Hupfeld K.E., Lee J.K., De Dios Y.E., Kofman I.S., Beltran N.E. et al. Head-down-tilt bed rest with elevated CO2: Effects of a pilot spaceflight analog on neural function and performance during a cognitive-motor dual task. Front. Physiol. 2021; 12: 654906. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.654906Mahadevan A.D., Hupfeld K.E., Lee J.K., De Dios Y.E., Kofman I.S., Beltran N.E. et al. Head-down-tilt bed rest with elevated CO2: Effects of a pilot spaceflight analog on neural function and performance during a cognitive-motor dual task. Front. Physiol. 2021; 12: 654906. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.654906Tays G.D., Hupfeld K.E., McGregor H.R., Salazar A.P., De Dios Y.E., Beltran N.E. et al. The effects of long duration spaceflight on sensorimotor control and cognition. Front. Neural Circuits. 2021; 15: 723504. https://doi.org/10.3389/fncir.2021.723504Tays G.D., Hupfeld K.E., McGregor H.R., Salazar A.P., De Dios Y.E., Beltran N.E. et al. The effects of long duration spaceflight on sensorimotor control and cognition. Front. Neural Circuits. 2021; 15: 723504. https://doi.org/10.3389/fncir.2021.723504Friedl-Werner A., Brauns K., Gunga H.C., Kühn S., Stahn A.C. Exercise-induced changes in brain activity during memory encoding and retrieval after long-term bed rest. Neuroimage. 2020; 223: 117359. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.117359Friedl-Werner A., Brauns K., Gunga H.C., Kühn S., Stahn A.C. Exercise-induced changes in brain activity during memory encoding and retrieval after long-term bed rest. Neuroimage. 2020; 223:117359. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.117359Yuan P., Koppelmans V., Reuter-Lorenz P.A., De Dios Y.E., Gadd N.E., Wood S.J. et al. Increased brain activation for dual tasking with 70-days head-down bed rest. Front. Syst. Neurosci. 2016; 10: 71. https://doi.org/10.3389/fnsys.2016.00071Yuan P., Koppelmans V., Reuter-Lorenz P.A., De Dios Y.E., Gadd N.E., Wood S.J. et al. Increased brain activation for dual tasking with 70-days head-down bed rest. Front. Syst. Neurosci. 2016; 10: 71. https://doi.org/10.3389/fnsys.2016.00071Ильина Е.А., Ярулин Х.Х., Алексеев Д.А., Фотина Л.А., Соколов В.И. Особенности функционального состояния нервной системы лиц старшего возраста в условиях антиортостатической гипокинезии. Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1990; 6: 23–26.Ilyina E.A., Yarulin Kh.Kh., Alekseev D.A., Fotina L.A., Sokolov V.I. Features of the functional state of the nervous system of older persons in conditions of antiorthostatic hypokinesia. Kosmicheskaya biologiya i aviakosmicheskaya meditsina. 1990; 6: 23–26 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.