ХАРАКТЕРИСТИКИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА У СПОРТСМЕНОВ ПРИ СОЧЕТАНИИ КОГНИТИВНОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗОК

  • Н. А. Овчинникова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия https://orcid.org/0000-0002-1530-6382 ona06_1995@mail.ru
  • Э. Ф. Южанин Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск, Россия https://orcid.org/0000-0002-7821-8873 emin.yuzhanin@mail.ru
  • Е. В. Медведева Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск, Россия https://orcid.org/0000-0002-7263-8949 medvelvl@gmail.com
  • Л. В. Капилевич Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия; Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск, Россия; Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск, Россия https://orcid.org/0000-0002-2316-576X kapil@yandex.ru
Ключевые слова: электроэнцефалография, велоэргометрия, когнитивный тест, Айова-тест

Аннотация

Цель исследования – изучить биоэлектрическую активность головного мозга у спортсменов различных специализаций на фоне сочетания когнитивной и физической нагрузок. Материалы и методы. Было обследовано 30 мужчин в возрасте 18–20 лет, которые были разделены на три группы – контроль, спортсмены-легкоатлеты и тяжелоатлеты. Электроэнцефалографическое обследование выполнялось на программно-аппаратном комплексе «Нейрон-спектр 4/П» (Нейрософт, Россия), оценивалась средняя мощность частотных спектров для альфа-, высоко- и низкочастотных бета-, тета- и дельта-диапазонов. На первом этапе у испытуемого регистрировалась электроэнцефалограмма в состоянии покоя с закрытыми глазами. На втором этапе испытуемому предлагалось выполнить Айова-тест (IGT) на компьютере, ЭЭГ регистрировалась во время выполнения теста. После этого обследуемый выполнял физическую нагрузку в виде теста PWC170. На третьем этапе, сразу после выполнения нагрузки, испытуемые повторно выполняли тест, во время которого регистрировалась ЭЭГ. Результаты. Показано, что у спортсменов различных специализаций реакция биоэлектрической активности головного мозга на когнитивную и физическую нагрузку по многим показателям количественно и качественно отличается от нетренированных волонтеров. При выполнении когнитивной пробы у спортсменов отмечается усиление мощности спектров дельта- (а у тяжелоатлетов – и тета-) диапазона в большей степени, чем в контроле. В отличие от контрольной группы физическая нагрузка у спортсменов чаще способствует снижению мощности спектров ЭЭГ, особенно в бета- и дельта-диапазонах. Заключение. Полученные результаты позволяют говорить об определенных паттернах ритмики ЭЭГ для спортсменов различных специализаций при выполнении когнитивных и физических нагрузок. Изменение показателей биоэлектрической активности головного мозга при переходе от состояния покоя к выполнению когнитивного теста до и после физической нагрузки у спортсменов различных специализаций отражает функциональное состояние корковых и подкорковых структур, которые непосредственно связаны с обеспечением оптимальной деятельности в созданных условиях.

Информация об авторах

Н. А. Овчинникова , Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия

Аспирант отделения физической культуры, Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 634050, г. Томск

Э. Ф. Южанин , Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск, Россия

Магистрант, Национальный исследовательский Томский государственный университет. 634050, г. Томск

Е. В. Медведева , Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск, Россия

Ассистент кафедры физической культуры и здоровья, Сибирский государственный медицинский университет. 634050, г. Томск

Л. В. Капилевич , Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия; Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск, Россия; Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск, Россия

Доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой спортивно-оздоровительного туризма, спортивной физиологии и медицины факультета физической культуры, Национальный исследовательский Томский государственный университет. 634050, г. Томск; профессор отделения физической культуры, Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 634050, г. Томск; старший научный сотрудник ЦНИЛ, Сибирский государственный медицинский университет. 634050, г. Томск

Литература

1. Попова, Т.В. Вариабельность био-электрической активности мозга при различных состояниях спортсменов / Т.В. Попова, Ю.И. Корюкалов, О.Г. Коурова // Теория и практика физ. культуры. – 2006. – № 8. – С. 28–30.
2. Bechara, A. The Iowa Gambling Task and the somatic marker hypothesis: some questions and answers / A. Bechara, H. Damasio, D. Tranel, A.R. Damasio // Trends in Cognitive Sciences. – 2005. – Vol. 9 (4). – P. 159–162.
3. Brain activation patterns during visuomotor adaptation in motor experts and novices: An FDG PET study with unrestricted movements / G.Blazhenetsa, A.Kurzb, L.Fringsa et al. // Journal of Neuroscience Methods. – 2021. – Vol. 350. – P. 109061.
4. Brain oscillations in sport: toward EEG biomarkers of performance / G.Cheron, G.Petit, J.Cheron et al. // Front. Psychol. – 2016. – Vol. 7. – P. 246.
5. Characteristics of brain bioelectric activity in disabled students: Combining cognitive and physical loads / K.V.Davletyarova, E.V. Medvedeva, N.A. Ovchinnikova et.al. // Novosibirsk State Pedagogical University Bulletin. – 2018. – Vol. 8 (5). – P. 245–265.
6. Detrended Fluctuation, Coherence, and Spectral Power Analysis of Activation Re-arrangement in EEG Dynamics during Cognitive Workload // I. Seleznov, I. Zyma, K. Kiyono et al. // Front. Hum. Neurosci. – 2019. – Vol. 3. – P. 270.
7. EEG alpha rhythm spatial distribution depending on level of motor activity / A.V. Kabachkova, G.S. Lalaeva, A.N. Zakharova, L.V. Kapilevich // Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. – 2016. – No. 2. – P. 83–85.
8. Enhanced response inhibition in experienced fencers / D. Zhang, H. Ding, X. Wang et al. // Sci. Rep. – 2015. – Vol. 5. – P. 16282.
9. Freeman, W.J. The electrical activity of a primary sensory cortex: the analysis of EEG waves / W.J. Freeman // Intern. Rev. Neurobiol. – 1963. – Vol. 5. – P. 53–119.
10. Furley, P. Working memory, attentional control, and expertise in sports: a review of current literature and directions for future research / P. Furley, G. Wood // J. Appl. Res. Memory Cogn. – 2016. – Vol. 5. – P. 415–425.
11. Illarionova, A.V. Characteristics of brain bioelectrical activity during feedback training / A.V. Illarionova, L.V. Kapilevich // Human Sport Medicine. – 2019. – Vol. 19 (S1). – P. 7–17.
12. Mirifar, A. Neurofeedback as supplementary training for optimizing athletes’ performance: a systematic review with implications for future research / A. Mirifar, J. Beckmann, F. Ehrlenspiel // Neurosci. Biobehav. – 2017. – Rev. 75, P. 419–432.
13. Older People’s Experiences of Mobility and Mood in an Urban Environment: A Mixed Methods Approach Using Electroen-cephalography (EEG) and Interviews / S. Tilley, Ch. Neale, A. Patuano, S. Cinderby // Int. J. Environ. Res. Public. Health. – 2017. – Vol. 14 (2). – Р. 151.
14. Park, J.L. Making the case for mobile cognition: EEG and sports performance / J.L. Parka, M.M. Fairweatherb, D.I. Donaldson // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. – 2015. – Vol. 52. – P. 117–130.
15. Perrey, S. Studying brain activity in sports performance: contributions and issues / S.Perrey, P.Besson // Progr. Brain Res. – 2018. – Vol. 240. – P. 247–267.
16. Psycho-physiological and cognitive abilities rating versus individual motor activity levels / A.V. Kabachkova, G.S. Lalaeva, A.N. Zakharova, L.V. Kapilevich // Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. – 2016. – No. 12. – P. 85–86.
17. Psychophysiological features of cyclic and endurance athletes / G.S. Lalaeva, A.N. Zakharova, A.V. Kabachkova et al. // Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. – 2015. – No. 11. – P. 73–75.
18. Sensorimotor rhythm neurofeedback enhances golf putting performance / M.Y. Cheng, C.J. Huang, Y.K. Chang et al. // Sport Exerc. Psychol. – 2015. – Vol. 37. – P. 626–636.
19. The effect of neurofeedback training for sport performance in athletes: a meta analysis / M.Q. Xiang, X.H. Hou, B.G. Liao et al. // Psychol. Sport Exerc. – 2018. – Vol. 36. – P. 114–122.
20. The Impact of Vigorous Cycling Exercise on Visual Attention: A Study with the BR8 Wireless Dry EEG System / C-T. Lin, J-T. King, A.R. John et.al. // Front. Neurosci. – 2021. – Vol. 15. – P. 621365.
21. Wang, C.H. From the lab to the field: potential applications of dry EEG systems to understand the brain-behavior relationship in sports / C.H. Wang, D. Moreau, S.C. Kao Front // Neurosci. – 2019. – Vol. 13. – Р. 893.
22. Wang, C.H. Neural correlates of expert behavior during a domain-specific attentional cueing task in badminton players / C.H. Wang, K.C. Tu // J. Sport Exerc. Psychol. – 2017. – Vol. 39. – P. 209–221.
23. Yezhova, G.S. Brain Bioelectrical Activity and Cerebral Hemodynamics in Athletes under Combined Cognitive and Physical Loading / G.S.Yezhova, A.N.Zakharova, A.V. Kabachkova et al. // Human Physiology. – 2019. – Vol. 45 (2). – P. 164–173.

References

1. Popova T.V., Koryukalov Yu.I., Kourova O.G. [Variability of the Bioelectrical Activity of the Brain in Different States of Athletes]. Teoriya i praktika fizicheskoy kul’tury [Theory and Practice of Physical Culture], 2006, no. 8, pp. 28–30. (in Russ.)
2. Bechara A., Damasio H., Tranel D., Damasio A.R. The Iowa Gambling Task and the Somatic Marker Hypothesis: Some Questions and Answers. Trends in Cognitive Sciences, 2005, vol. 9 (4), pp. 159–162. DOI: 10.1016/j.tics.2005.02.002
3. Blazhenetsa G., Kurzb A., Fringsa L. et al. Brain Activation Patterns during Visuomotor Adaptation in Motor Experts and Novices: An FDG PET Study with Unrestricted Movements. Journal of Neuroscience Methods, 2021, vol. 350, p. 109061. DOI: 10.1016/j.jneumeth.2020.109061
4. Cheron G., Petit G., Cheron J. et al. Brain Oscillations in Sport: Toward EEG Biomarkers of Performance. Front. Psychol., 2016, vol. 7, p. 246. DOI: 10.3389/fpsyg.2016.00246
5. Davletyarova K.V., Medvedeva E.V., Ovchinnikova N.A. et al. Characteristics of Brain Bioelectric Activity in Disabled Students: Combining Cognitive and Physical Loads. Novosibirsk State Pedagogical University Bulletin, 2018, vol. 8 (5), pp. 245–265. DOI: 10.15293/2226-3365.1805.15
6. Seleznov I., Zyma I., Kiyono K. et al. Detrended Fluctuation, Coherence, and Spectral Power Analysis of Activation Rearrangement in EEG Dynamics during Cognitive Workload. Front. Hum. Neurosci., 2019, vol. 3, p. 270. DOI: 10.3389/fnhum.2019.00270
7. Kabachkova A.V., Lalaeva G.S., Zakharova A.N., Kapilevich L.V. EEG Alpha Rhythm Spatial Distribution Depending on Level of Motor Activity. Theory and Practice of Physical Culture, 2016, no. 2, pp. 83–85.
8. Zhang D., Ding H., Wang X. et al. Enhanced Response Inhibition in Experienced Fencers. Sci. Rep., 2015, vol. 5, p. 16282. DOI: 10.1038/srep16282
9. Freeman W.J. The Electrical Activity of a Primary Sensory Cortex: the Analysis of EEG Waves. Intern. Rev. Neurobiol., 1963, vol. 5, pp. 53–119. DOI: 10.1016/S0074-7742(08)60594-2
10. Furley P., Wood G. Working Memory, Attentional Control, and Expertise in Sports: a Review of Current Literature and Directions for Future Research. J. Appl. Res. Memory Cogn., 2016, vol. 5, pp. 415–425. DOI: 10.1016/j.jarmac.2016.05.001
11. Illarionova A.V., Kapilevich L.V. Characteristics of Brain Bioelectrical Activity during Feedback Training. Human. Sport. Medicine, 2019, vol. 19 (S1), pp. 7–17. DOI: 10.14529/hsm19s101
12. Mirifar A., Beckmann J., Ehrlenspiel F. Neurofeedback as Supplementary Training for Optimizing Athletes’ Performance: a Systematic Review with Implications for Future Research. Neurosci. Biobehav., 2017, rev. 75, pp. 419–432. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2017.02.005
13. Tilley Ch., Neale S., Patuano A., Cinderby S. Older People’s Experiences of Mobility and Mood in an Urban Environment: A Mixed Methods Approach Using Electroencephalography (EEG) and Interviews. Int. J. Environ. Res. Public. Health., 2017, vol. 14 (2), p. 151. DOI: 10.3390/ijerph14020151
14. Park J.L., Fairweatherb M.M., Donaldson D.I. Making the Case for Mobile Cognition: EEG and Sports Performance. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 2015, vol. 52, pp. 117–130. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2015.02.014
15. Perrey S., Besson P. Studying Brain Activity in Sports Performance: Contributions and Is-sues. Progr. Brain Res., 2018, vol. 240, pp. 247–267. DOI: 10.1016/bs.pbr.2018.07.004
16. Kabachkova A.V., Lalaeva G.S., Zakharova A.N., Kapilevich L.V. Psycho-Physiological and Cognitive Abilities Rating Versus Individual Motor Activity Levels. Theory and Practice of Physical Culture, 2016, no. 12, pp. 85–86.
17. Lalaeva G.S., Zakharova A.N., Kabachkova A.V. et al. Psychophysiological Features of Cyclic and Endurance Athletes. Theory and Practice of Physical Culture, 2015, no. 11, pp. 73–75.
18. Cheng M.Y., Huang C.J., Chang Y.K. et al. Sensorimotor Rhythm Neurofeedback Enhances Golf Putting Performance. Sport Exerc. Psychol., 2015, vol. 37, pp. 626–636. DOI: 10.1123/jsep.2015-0166
19. Xiang M.Q., Hou X.H., Liao B.G. et al. The Effect of Neurofeedback Training for Sport Performance in Athletes: a Meta Analysis. Psychol. Sport Exerc., 2018, vol. 36, pp. 114–122. DOI: 10.1016/j.psychsport.2018.02.004
20. Lin C-T., King J-T., John A.R. et.al. The Impact of Vigorous Cycling Exercise on Visual Attention: A Study With the BR8 Wireless Dry EEG System. Front. Neurosci., 2021, vol. 15, p. 621365. DOI: 10.3389/fnins.2021.621365
21. Wang C.H., Moreau D., Kao Front S.C. From the Lab to the Field: Potential Applications of Dry EEG Systems to Understand the Brain-Behavior Relationship in Sports. Neurosci., 2019, vol. 13, p. 893. DOI: 10.3389/fnins.2019.00893
22. Wang C.H., Tu K.C. Neural Correlates of Expert Behavior During a Domain-Specific Attentional Cueing Task in Badminton Players. J. Sport Exerc. Psychol., 2017, vol. 39, pp. 209–221. DOI: 10.1123/jsep.2016-0335
23. Yezhova G.S., Zakharova A.N., Kabachkova A.V. et al. Brain Bioelectrical Activity and Cerebral Hemodynamics in Athletes under Combined Cognitive and Physical Loading. Human Physiology, 2019, vol. 45 (2), pp. 164–173. DOI: 10.1134/S0362119719010080
Опубликован
2021-12-22
Как цитировать
Овчинникова, Н., Южанин, Э., Медведева, Е., & Капилевич, Л. (2021). ХАРАКТЕРИСТИКИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА У СПОРТСМЕНОВ ПРИ СОЧЕТАНИИ КОГНИТИВНОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗОК. Человек. Спорт. Медицина, 21(3), 64-72. https://doi.org/10.14529/hsm210308
Раздел
Физиология