Цветовое зрение у людей с головными болями

Грибер Юлия Александровна доктор культурологии профессор, директор Лаборатории цвета, Смоленский государственный университет 214000, Россия, Смоленская область, г. Смоленск, ул. Пржевальского, 4 Griber Yulia Alexandrovna Doctor of Cultural Studies Professor, Director of Color Laboratory at Smolensk State University 214000, Russia, Smolensk region, Smolensk, Przhevalskogo str., 4 y.griber@gmail.com Другие публикации этого автора     Делов Алексей Алексеевич ORCID: 0000-0001-8589-8523 Научный сотрудник Лаборатории цвета, Смоленский государственный университет 214000, Россия, Смоленская область, г. Смоленск, ул. Пржевальского, 4 Delov Aleksey Alekseevich Researcher at the Color Laboratory of Smolensk State University 214000, Russia, Smolensk region, Smolensk, Przhevalsky str., 4 aleksejdelov@gmail.com

Ковалев Павел Сергеевич ORCID: 0000-0002-1223-8812 ассистент, кафедра неврологии и нейрохирургии, Смоленский государственный медицинский университет; научный сотрудник Лаборатории цвета, Смоленский государственный университет 214000, Россия, Смоленская область, г. Смоленск, ул. Пржевальского, 4 Kovalev Pavel Sergeevich Researcher at the Color Laboratory of Smolensk State University 214000, Russia, Smolensk region, Smolensk, Przhevalsky str., 4 rozdavid2009@yandex.ru

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-18-00407, https://rscf.ru/project/22-18-00407/ в Смоленском государственном университете.

Введение

Головные боли в современном мире относятся к числу наиболее распространенных заболеваний нервной системы. По данным эпидемиологических исследований, от повторяющихся головных болей страдает 62 % жителей России ^[1] и около 50–75 % взрослого населения всей Земли ^[2]. Несмотря на некоторые региональные различия, головные боли – проблема мирового масштаба, затрагивающая людей всех рас, уровней дохода и географических регионов ^[3].

Люди, испытывающие головные боли, постоянно сообщают о схожих визуальных триггерах, способных вызвать у них новый приступ. Заметное влияние на их самочувствие оказывают определенные визуальные качества окружающей среды (см. подр.: ^[4]). К числу наиболее значимых относят отдельные характеристики естественного и искусственного освещения ^{[5; 6]}, мерцающий свет ^[7], определенные зрительные образы ^[8], специфическую структуру внутреннего пространства помещений и рабочих мест ^[4].

Осознание и избегание этих и других провоцирующих факторов имеет важное значение не только в комплексных программах лечения головных болей как части терапевтической схемы, но и в проектировании «удобной для жизни» среды (см. обзор исследований: ^[9-11]). Поэтому на протяжении нескольких последних десятилетий клинические специалисты и научные исследователи с особым интересом изучают связь различных аспектов головной боли с отдельными компонентам визуальной системы.

Особое внимание при этом уделяется параметрам зрительного дискомфорта, который иногда называют «зрительным стрессом» или просто «чувствительностью» (к шаблонам, бликам, цветам и т.п.) (см. напр.: ^[12]). Интерес к этой проблематике во многом объясняется тем, что между визуальными триггерами головной боли и ощущением зрительного дискомфорта, по всей видимости, существует связь. Как правило, люди, восприимчивые к визуальным триггерам головной боли, испытывают также больший дискомфорт при просмотре триггерных стимулов ^{[13; 14]}.

Уже полученные данные свидетельствуют также о наличии связи между зрительным дискомфортом и цветовой чувствительностью – способностью воспринимать как различные цветовые оттенки с разным спектральным составом излучения (см. напр.: ^[15]). Все большую эмпирическую поддержку получает при этом теория эффективного кодирования (англ. – theory of efficient coding) ^[12], согласно которой зрительный стресс вызывают оттенки, существенно отличающиеся от привычных – тех, что обычно встречаются в окружающей человека естественной среде (см. подр.: ^[16]).

Исследования показывают, что у людей, страдающих головными болями, цветовая чувствительность не совпадает с соответствующей им по возрасту контрольной группой. Различия касаются восприятия розовых ^[8], красных ^[17], синих и фиолетовых оттенков ^[18]. Некоторые группы ярких оттенков (прежде всего – насыщенные и интенсивные красный и оранжевый) для пациентов с хроническими головными болями являются сильными визуальными триггерами, способными спровоцировать новый приступ ^[7].

Установлено также влияние тонированных линз на ощущение визуального дискомфорта и частоту возникновения головных болей. В частности, у испытуемых, которые постоянно носили очки с цветными линзами, реже наблюдались приступы головных болей по сравнению с участниками из контрольной группы ^{[5; 19]}. Похожее корректирующее влияние на ощущение визуального дискомфорта оказывал также цветной фон для компьютерного экрана [13)].

Вместе с тем, обзор опубликованных к настоящему времени работ убеждает в том, что анализ цветовой чувствительности у людей с головными болями, в подавляющем большинстве случаев, ограничен пациентами с мигренью (см., напр.: ^{[7; 8; 13; 14; 17; 18]}). Комплексных исследований цветовосприятия у людей с другими типами головных болей, насколько нам известно, пока не проводилось. Описано лишь несколько отдельных случаев специфической цветовой чувствительности у людей с кластерными головными болями ^{[5; 19]}.

В настоящей статье мы продолжим изучение специфики восприятия хроматических параметров окружающей среды и цветовой чувствительности. Целью статьи является получение новых данных о возможных изменениях цветового зрения у людей с первичными головными болями. По статистике, первичные головные боли составляют 95–97 % всех случаев ^[20]. В отличие от вторичных (симптоматических) головных болей, они характеризуются отсутствием органического поражения головного мозга, структур головы и шеи. Самой известной формой первичных головных болей является мигрень. Однако при этом она отнюдь не является самой распространенной и в России составляет всего 14 % всех случаев. Наряду с мигренью, первичные головные боли включают множество других форм, среди которых – головная боль напряжения, тригеминальные вегетативные (автономные) цефалгии, кашлевая боль, головная боль, связанная с физическим напряжением, сексуальной нагрузкой ^[21].

Гипотеза исследования заключается в том, что у людей, испытывающих повторяющиеся первичные головные боли разной природы, меняется восприятие хроматических параметров окружающей среды и цветовая чувствительность; различия могут коррелировать со стажем головных болей, периодичностью их возникновения, характером и качеством испытываемых болей, их интенсивностью и локализацией.

Материал и методы исследования

(1) Участники

В исследовании приняли участие 65 человек (13 мужчин и 52 женщины) в возрасте от 17 до 66 лет (средний возраст 26.3, SD=12.1). Все они в течение последнего времени испытывали разные по интенсивности, характеру и качеству головные боли, которые возникали у них с различной периодичностью. В среднем, стаж головных болей составлял 10.64 лет (минимум – 1 год, максимум – 46 лет, SD=10.10).

Результаты оценки цветового зрения в экспериментальной группе сравнивались с нормативными показателями ^[22-24] и данными, полученными в совпадающей по возрасту контрольной группе (N=40, средний возраст 23.54, SD=8.4, 12 мужчин и 28 женщин). Все участники исследования имели нормальную или скорректированную до нормы остроту зрения.

Перед началом исследования каждый из участников самостоятельно заполнял развернутую анкету, включавшую расширенный блок вопросов о различных аспектах головных болей. Вопросы касались временного паттерна головных болей (время с момента первого и последнего приступа, продолжительность и частота приступов), характера, качества и интенсивности болей, установленных триггеров, наличия сопровождающих симптомов.

(2) Процедура оценки цветового зрения

Сбор данных проводился с использованием стандартного клинического теста цветового зрения Фарнсворта-Манселла на 100 оттенков (Farnsworth-Munsell 100-hue test, FM-100) ^{[25; 26]}. В практике научных и клинических исследований этот тест традиционно применяется для диагностики типа и тяжести приобретенных нарушений цветового зрения, вызванных различными патологиями зрительной системы (среди которых – макулопатия, глаукома, неврит зрительного нерва, катаракта), системными заболеваниями (такими как диабетическая ретинопатия или гипотиреоз), а также влиянием разного рода экстремальных изменений в окружающей среде на зрительное восприятие человека (например, крайним снижением естественного освещения за полярным кругом) (см. обзор исследований: ^[27]).

Тест FM-100 содержит 85 оттенков, которые вместе образуют полный цветовой круг. Оттенки разделены примерно равными шагами восприятия. Они различаются только по тону и имеют одинаковую светлоту и насыщенность (Value 6 и Chroma 6 в условных обозначениях системы Манселла).

Фишки хранятся в четырех пеналах, которые часто обозначают латинскими буквами А, В, С и D. В пенале А находится 22 фишки, в трех остальных – по 21. В каждом из четырех пеналов фишки представляют определенный сектор цветового круга: от красного до красно-оранжевого (пенал А, фишки 85–21), от желтого до желто-зеленого (пенал В, фишки 22–42), от зеленого до зелено-голубого (пенал С, фишки 43–63) и от индиго до мадженты (пенал D, фишки 64–84). Крайние фишки в каждом из пеналов закреплены, остальные – подвижны.

Каждому участнику исследования предлагалось расположить фишки в пеналах таким образом, чтобы переход от одного закрепленного на конце пенала оттенка до другого был как можно более плавным. В соответствии с рекомендациями для людей с неврологическими нарушениями (см., напр.: ^[18]), время на выполнение задания не ограничивалось.

(3) Анализ данных

Данные анализировались с помощью специализированных компьютерных программ. Анализ включал подсчет общей ошибки (TES) и вычисление частичных ошибок (PES) вдоль сине-желтой (B-Y) и красно-зеленой (R-G) осей. Рассчитывались также частичные ошибки для отдельных тонов.

(3.1) Общая ошибка (TES) – показатель, который используется для оценки качества цветоразличения в целом. Он рассчитывается как сумма баллов для фишек в четырех коробках. Балл для отдельной фишки рассчитывается как сумма абсолютной разницы между величиной ошибки для данного цвета и величинами ошибок соседних фишек минус 2 ^[26]:

,

где i – номер пенала; Cj – номер фишки j; CEj – ошибка фишки j; n – количество подвижных фишек в пенале, соответствующем i (n = 22 для пенала A, и n = 21 для пенаов B–D).

Если все фишки расположены в правильном порядке, значение общей ошибки TES=0; чем больше смещений фишек, тем больше показатель TES.

Поскольку TES имеет асимметричное распределение, в расчетах чаще используется квадратный корень из общего количества ошибок (√TES), чтобы получить распределение, более близкое к нормальному ^[24].

(3.2) Частичные ошибки (PES) рассчитывались для отдельных диапазонов оттенков:

(1) вдоль осей:

сине-желтая ось B-Y (фишки 1–12, 34–54 и 76–85);

красно-зеленая ось R-G (фишки 13–33 и 55–75);

(2) для отдельных тонов:

от красного до желто-красного R-YR (фишки 1–9);

от желто-красного до желтого YR-Y (фишки 10–17);

от желтого до желто-зеленого Y-GY (фишки 18–26);

от желто-зеленого до зеленого GY-G (фишки 27–35);

от зеленого до сине-зеленого G-BG (фишки 36–45);

от сине-зеленого до синего BG-B (фишки 46–53);

от синего до сине-фиолетового B-PB (фишки 54–60);

от сине-фиолетового до фиолетового PB-P (фишки 61–70);

от фиолетового до фиолетово-красного P-RP (фишки 71–77);

от фиолетово-красного до красного RP-R (фишки 78–85).

Результаты

Общая ошибка (TES)

У большинства пациентов, испытывающих головные боли (80%), цветовое зрение соответствовало их возрастной норме (таблица 1). У 11 участников (17%) величина показателя общего количества ошибок превышала среднее значение для здоровых нормальных трихроматов, однако все равно находилось в пределах верхней границы. Только у двух человек (женщина, 19 лет, и мужчина, 25 лет, оба испытывают частые головные боли) цветовое зрение было незначительно хуже нормального (√TES=10.58 и √TES=9.59 соответственно).

Таблица 1. Среднее значение и стандартное отклонение квадратного корня из общего количества ошибок (√TES) для здоровых нормальных трихроматов, представленные в ^{[22, Табл. 1],[23, Табл. 1]}) и ^{[24, Табл. 1]}

Мы обнаружили положительную корреляцию между периодичностью возникновения головной боли (эпизодические, частые, хронические) и величиной суммарного балла ошибок (√TES) (рис. 1). В среднем этот показатель у людей с эпизодическими болями составил 4.18 и оказался даже ниже, чем в контрольной группе, где √TES=4.92. У людей, испытывающих частые и хронические боли величина суммарной ошибки (√TES) была заметно выше и составила 5.51 и 5.83 соответственно.

Рис. 1. Корреляция между периодичностью возникновения головной боли (эпизодические, частые, хронические) и величиной суммарного балла ошибок (√TES)

Еще более значимой оказалась также корреляция между величиной суммарного балла ошибок (√TES) и интенсивностью головной боли. У пациентов со слабыми, умеренными и сильными головными болями этот показатель составил 3.89, 4.54 и 6.53 соответственно (рис. 2).

Рис. 2. Корреляция между интенсивностью головной боли (слабая, умеренная, сильная) и величиной суммарного балла ошибок (√TES)

Кроме того, величина суммарного балла ошибок (√TES) коррелировала с локализацией головных болей. У пациентов с локализованными болями этот показатель в среднем был ниже, чем у пациентов, которые испытывали боли без определенной локализации (√TES=4.65 и √TES=5.56 соответственно).

Мы не обнаружили статистически значимой корреляции между стажем головных болей и величиной суммарного бала ошибок (√TES) (рис. 3).

Рис. 3. Функция стажа головной боли и величины суммарного балла ошибок (√TES)

Статистически незначимой оказалась также корреляция суммарного балла ошибок (√TES) с возрастом, полом, характером и качеством головных болей (ноющая, давящая, пульсирующая, острая, распирающая), обычным поведением во время приступа (сонливость, эмоциональное возбуждение, тревога, страх) и наследственностью головных болей.

Частичные ошибки (PES) вдоль сине-желтой и красно-зеленой осей

У пациентов с частыми (от двух до десяти приступов в месяц) и хроническими (более десяти приступов в месяц) головными болями среди частичных ошибок (√PES) преобладали ошибки по сине-желтой (B-Y) оси (рис. 4). У пациентов с частыми болями среднее значение √PES (B-Y) составило 4.07; среднее значение √PES (R-G) было равно 3.53. У пациентов с хроническими болями среднее значение √PES (B-Y) достигало 4.43; среднее значение √PES (R-G) составило 3.50.

Рис. 4. Частичные ошибки (√PES) по сине-желтой (B-Y) и красно-зеленой (R-G) осям у пациентов с различной периодичностью возникновения головных болей

Похожая закономерность обнаружена у участников с умеренными и сильными болями (рис. 5). У обследуемых с умеренными болями среднее значение √PES (B-Y) составляло 3.27; среднее значение √PES (R-G) было равно 2.86. У пациентов с сильными болями среднее значение √PES (B-Y) достигало 4.96; среднее значение √PES (R-G) составляло 4.07.

Рис. 5. Частичные ошибки (√PES) по сине-желтой (B-Y) и красно-зеленой (R-G) осям у пациентов с различной интенсивностью головных болей

Аналогичное преобладание ошибок по сине-желтой оси было описано также в исследовании А. Шеперд ^[18] для людей с мигренью. Однако в этом эксперименте разница с красно-зеленой осью оказалась статистически незначимой, и связи между периодичностью возникновения болей, их интенсивностью и характером зафиксированы не были.

В контрольной группе подобное различие между количеством ошибок по сине-желтой и красно-зеленой осям было статистически незначимым: среднее значение √PES (B-Y) составляло 3.49; среднее значение √PES (R-G) было равно 3.21.

Частичные ошибки (PES) для отдельных тонов

Наиболее заметное увеличение количества ошибок, по сравнению с контрольной группой, мы зафиксировали у пациентов, испытывающих частые и хронические боли для сине-зеленых и синих оттенков (BG-B).

Рис. 6. Средняя величина частичной ошибки (Mean PES) для отдельных тонов у пациентов с различной периодичностью возникновения головных болей (зеленые линии) и в контрольной группе (красная линия)

Количество ошибок для отдельных тонов коррелировало также с интенсивностью головных болей. У пациентов, испытывающих сильные боли, наблюдалось заметное увеличение количества ошибок в диапазоне от зеленого до синего (G-BG и BG-B) (рис. 7).

Рис. 7. Средняя величина частичной ошибки (Mean PES) для отдельных тонов у пациентов с различной интенсивностью головных болей (синие линии) и в контрольной группе (красная линия)

Пациенты с нелокализованными головными болями допускали больше ошибок в зеленом, сине-зеленом, синем и фиолетово-красном диапазонах оттенков по сравнению с контрольной группой и с участниками исследования, у которых боль была локализована (рис. 8).

Рис. 8. Средняя величина частичной ошибки (Mean PES) для отдельных тонов у пациентов с различной степенью локализации головной боли (серые линии) и в контрольной группе (красная линия)

Обсуждение и выводы

Проведенное исследование показало заметную специфику в восприятии сине-зеленых и синих оттенков у пациентов с сильными, хроническими и нелокализованными головными болями.

Наиболее значимые изменения цветовосприятия отмечены для синих оттенков у обследуемых с хроническими болями. Все эти люди испытывают более 10 приступов в месяц и пережили последний приступ за несколько дней до начала исследования. Основываясь на такой периодичности, мы можем предположить, что отмеченное у них нарушение цветоразличения могло быть не следствием перенесенного до начала тестирования приступа, а предиктором нового. Похожее нарушение восприятия синего цвета в премониторной фазе отмечено и в других, проведенных ранее экспериментальных исследованиях мигрени, согласно которым сниженное восприятие синего цвета наблюдалось только у пациентов, переживших приступ в течение 72 часов непосредственно после тестирования ^[17].

На сегодняшний день нет однозначного ответа на вопрос о причинах нарушений цветового зрения у людей, страдающих головными болями. Цветоразличение представляет собой сложный процесс, включающий сетчаточный, подкорковый и корковый компоненты. На самом нижнем уровне обработки зрительного сигнала свет поглощается тремя колбочковыми фоторецепторами L-, M- и S-типа, которые реагируют на длинные (или красные), средние (зеленые) и короткие (синие) волны соответственно. В сетчатке сигналы преобразуются в два оппонентных канала L ± M (красно-зеленый) и S-(L + M) (сине-желтый). Оппонентность колбочек сохраняется в ретинофугальных зрительных путях по крайней мере до первичной зрительной коры (V1). Наличие этих двух каналов приводит к появлению двух физиологически важных наборов цветов в любом цветовом пространстве. Эти цвета образуют так называемые «кардинальные» цветовые направления, поскольку в каждом из случаев они стимулируют один и только один колбочково-оппоненный путь, соединяющий сетчатку и кору (см. напр.: ^[13]).

Для оценки чувствительности колбочковых фоторецепторов сетчатки традиционно используется расчет количества ошибок вдоль сине-желтой и красно-зеленой осей. При восприятии оттенков вдоль сине-желтой оси меняется только сигнал от колбочек S-типа, сигналы от L- и M-колбочек остаются постоянными. Вдоль красно-зеленой оси, наоборот, сигнал от S-колбочек остается неизменным, но меняется соотношение активности L- и M-колбочек. Соответственно, показатель частичной ошибки вдоль сине-желтой оси (PES(B-Y)) позволяет оценить чувствительность колбочек S-типа, вдоль красно-зеленой (PES(R-G)) – чувствительность L- и M-колбочек.

В нашем исследовании установлено, что различия цветовосприятия между группой с головными болями и контрольной группой, в основном, касаются сине-желтой оси, т.е. ограничены оттенками, селективными для колбочковых фоторецепторов S-типа. В проведенных ранее исследованиях никаких различий для оттенков, селективных для колбочек L- и М-типов также выявлено не было (см. подр.: ^[18]). У обследованных между приступами пациентов с мигренью наблюдался аналогичный дефицит чувствительности к коротким длинам волн ^[28].

Выявленные изменения цветовосприятия вряд ли отражают изменения в работе сетчатки или фоторецепторов. Поскольку снижение ограничено исключительно одной группой оттенков, оно, скорее всего, возникает на прекортикальной стадии или на стадиях, предшествующих объединению сигналов от колбочко-оппонентных сигналов (ср.: ^[18]).

Похожие нарушения восприятия синего цвета характерны для ранних стадий заболеваний с дисфункцией сетчатки, таких как глаукома и диабет, в то время как нарушение восприятия красного цвета, по-видимому, чаще встречается при заболеваниях с поражением фовеальной области (см. подр.: ^[17]).

С другой стороны, есть некоторые основания предполагать, что обнаруженные нарушения могу быть связаны с работой дофаминергической системы. Исследования показывают, что эта система имеет непосредственное отношение к головным болям и мигрени ^[29]. В частности, приступу мигрени могут предшествовать предвестниковые симптомы, которые, как считается, связаны с дофаминергической дисфункцией. Эти симптомы, которые могут возникать за 3 дня до приступа и раньше, включают изменения настроения, поведения, бдительности, аппетита и активности кишечника (см. подр.: ^[17]). В свете этих наблюдений снижение восприятия синего цвета, которое мы наблюдали у пациентов с хроническими головными болями незадолго до приступа, может быть выражением предвестниковой фазы приступа, которая характеризуется дофаминергической дисфункцией.

С этой интерпретацией, возможно, согласуются клинические данные о том, что нарушение восприятия синего цвета отмечается также при болезни Паркинсона ^{[30; 31]}. При этом высказывается предположение, что у таких пациентов приобретенный дефект восприятия синего цвета может зарождаться на уровне сетчатки, поскольку при болезни Паркинсона дофаминергические нейроны могут дегенерировать как в сетчатке, так и в стволе мозга.

Так как обнаруженные нарушения цветового зрения, по всей видимости, носят временный характер и, скорее всего, типичны для премонитрорной фазы приступов, результаты настоящего исследования могут внести вклад в дальнейшее изучения предикторов головной боли.

Полученные новые данные об изменениях цветового зрения могут быть полезны для понимания не только патофизиологии головной боли. Поскольку выявленные изменения касаются только одной группы (синих) оттенков, выводы проведенного исследования могут использоваться при разработке альтернативных методов лечения. В частности, для выбора оптимального цвета тонированных линз, которые предлагаются пациентам для облегчения головной боли и снижения частоты приступов ^{[5; 19]}.