Methodological approach to the study of neurophysiological mechanisms of adaptation to North by analyzing EEG correlates of motor activity

The exploration of the Northern regions is accompanied by a labor migration of people. However, climate and social stress after moving to the Northern regions can induce a wide range of mental and psychosomatic pathologies, including depression and anxiety disorder. Timely detection and prevention of such disorders requires modern methods of diagnosing stress-induced violations in neurophysiological states of the brain. The aim of the article is to discuss methodological problems related to the application of neurophysiological techniques for the diagnosis of stress-induced behavioral disorders in conditions of climate adaptation. The concept of “behavioral cognitive control,” which includes the ability to voluntarily activate or suppress actions aimed at achieving life goals in changing environments, is applied in the context of this paper. Approaches to analysis of brain activity associated with cognitive control are discussed. Based on the literature review, conclusions are drawn on the possibility of using psychogenetic techniques that allow assessing the risk of psychopathology before stress conditions occur. We assume that methods of assessing behavioral indicators of cognitive control combined with the application of neurophysiological and psychogenetic methods will allow developing a strategy of diagnosis of the psychosomatic states of migrants and to carry out timely prevention of the development of diseases related to change of living conditions

labor migration, climate adaptation, predisposition to depression, anxiety disorder, disease prevention, cognitive control, neurophysiological testing, psychogenetic testing, stop-signal paradigm

1. Добрецов, Н.Л., Похиленко, Н.П. Минеральные ресурсы Российской Арктики и проблемы их освоения в современных условиях / Н.Л. Добрецов, Н.П. Похиленко // Геология и геофизика. - 2010. - № 51(1). - С. 126-141.

2. Федеральная служба государственной статистики (2017) Экономические и социальные показатели районов Крайнего Севера и приравненных к ним местностей в 2000-2017 годах [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.gks.ru/bgd/regl/b18_22/Main.htm.

3. Волох, В.А., Герасимова, И.В. Управление миграционными процессами в Российской Федерации: анализ и перспективы / В.А. Волох, И.В. Герасимова // Управление. - 2019. - № 1. - С. 5-12.

4. Иваненко, Г.А. Здоровье трудовых мигрантов в России / Г.А. Иваненко // Социология медицины. - 2013. - № 2(23). - С. 48-51.

5. Кузнецова, И.Б. Здоровье мигрантов как социальная проблема / И.Б. Кузнецова, Л.М. Мухарямова, Г.Г. Вафина // Организация здравоохранения. - 2013. - № 94(3). - С. 367-372.

6. Агаджанян, Н.А. Адаптация человека к условиям Крайнего Севера: эколого-физиологические механизмы / Н.А. Агаджанян, Н.Ф. Жвавый, В. Н. Ананьев. М.: КРУК, 1998. 240 c.

7. Бржезовский, М.М. Факторы риска хронических неинфекционных заболеваний и методы их изучения / М.М. Бржезовский // Экология и здоровье детей / Под ред. М.Я. Студеникина, А.А. Ефимовой. М.: Медицина, 1998. С. 140-152.

8. Прищепов, И.А. Проблемы неинфекционной заболеваемости трудовых мигрантов и организации ее изучения / И.А. Прищепов, С.А. Мендель, О.А. Новожилова, В.В. Шкарин, Е.А. Берсенева, Д.А. Кураков, Е.А. Савостина, Р.Т. Таирова // Вестник современной клинической медицины - 2018. - № 11(4). - С. 67-72.

9. Bourque, F. Immigration, social environment and onset of psychotic disorders / F. Bourque, E. van der Ven, P. Fusar-Poli, A. Malla // Curr Pharm Des. - 2012. - № 18(4). - С. 518-526.

10. Сажина, Е.А. Психоэмоциональный стресс и дезадаптация сердечно-сосудистой системы у коренного и пришлого населения / Е.А. Сажина, В.И. Давиденко, П.В. Хаснулин // Современные проблемы стресса и патологии у жителей Ханты-Мансийского автономного округа / под ред. Хаснулина В.И., Вильгельма В.Д., Немысовой Е.А. Новосибирск, 1996. С. 40-43.

11. Frank, K., Hou, F. Source-country individualism, cultural shock, and depression among immigrants / K. Frank, F. Hou // Int J Public Health. - 2019. - № 64(4). - С. 479-486.

12. Лобова, В.А. Особенности аффективной сферы у лиц с факторами риска хронических неинфекционных заболеваний в северном регионе / В.А. Лобова // Вестник угроведения. Серия «Педагогика, психология». - 2011. - № 4(7). - С. 79-84.

13. Lim, G.Y., Wong, M.T. Migration and psychosis in acute inpatient psychiatry / G.Y. Lim, M.T. Wong // Australas Psychiatry. - 2016. - № 24(6). - С. 548-552.

14. Forte, A. Suicide risk among immigrants and ethnic minorities: A literature overview / A. Forte, F. Trobia, F. Gualtieri, D.A. Lamis, G. Cardamone, V. Giallonardo, A. Fiorillo, P. Girardi, M. Pompili // Int J Environ Res Public Health. - 2018. - № 15(7). - С. 1438.

15. Spallek, J. Suicide among immigrants in Europe - a systematic literature review / J. Spallek, A. Reeske, M. Norredam, S.S. Nielsen, J. Lehnhardt, O. Razum // Eur J Public Health. - 2015. - № 25(1). - С. 63-71.

16. Buckman, J. E. The impact of deployment length on the health and well-being of military personnel: A systematic review of the literature / J. E. Buckman, J. Sundin, T. Greene, N. T. Fear, C. Dandeker, N. Greenberg & S. Wessely // Occupational and Environmental Medicine. - 2011. - № 68. - С. 69-76.

17. Vrijkotte, S. Sustained military operations and cognitive performance / S. Vrijkotte, B. Roelands, R. Meeusen & N. Pattyn // Aerospace Medicine and Human Performance. - 2016. - № 87. - С. 718-727.

18. Martin, K. The impact of environmental stress on cognitive performance: A systematic review / K. Martin, E. McLeod, J. Périard, B. Rattray, R. Keegan and D.B. Pyne // Human Factors. - 2019. - № 61(8). - С. 1205-1246.

19. Леутин, В.П. Функциональная асимметрия мозга и адаптация / В. П. Леутин // Функциональная межполушарная асимметрия: хрестоматия. М., 2004. С.481 - 522.

20. Быков, К.М., Слоним, А.Д. Исследования сложнорефлекторной деятельности животных и человека в естественных условиях / К.М. Быков, А.Д. Слоним. М.;Л.: Изд-во АН СССР, 1960. 203 с.

21. Слоним, А.Д. Опыты изучения динамики физиологических функций человека в условиях Заполярья / А.Д. Слоним, Р.П. Ольнянская, С.О. Руттенбург // Опыт изучения периодических изменений физиологических функций в организме. М., 1949. С. 207-222.

22. Ильюченок, Р.Ю. Память и адаптация / Р.Ю. Ильюченок. Новосибирск: «Наука», 1979. 192 с.

23. Brazaitis, M. Two strategies for response to 14°C cold-water immersion: Is there a difference in the response of motor, cognitive, immune and stress markers? / M. Brazaitis, N. Eimantas, L. Daniuseviciute, D. Mickeviciene, R. Steponaviciute & A. Skurvydas // PLoS ONE. - 2014. - № 9(9). - е109020.

24. Kowalczyk, M. Ephedrine-caffeine mixture in wet-cold stress / M. Kowalczyk, B. Antkowiak, O. Antkowiak, M. Brytan, R. zdanowski, A. Kłos, & A. Frankiewicz-Joźko // Pharmacological Reports. - 2006. - № 58. - С. 364-372.

25. Muller, M.D. Acute cold exposure and cognitive function: Evidence for sustained impairment / M.D. Muller, J. Gunstad, M.L. Alosco, L.A. Miller, J. Updegraff, M.B. Spitznagel & E.L. Glickman // Ergonomics. - 2012. - № 55. - С. 792-798.

26. Solianik, R. Similar cold stress induces sex-specific neuroendocrine and working memory responses / R. Solianik, A. Skurvydas, D. Urboniene, N. Eimantas, L. Daniuseviciute & M. Brazaitis // Cryo Letters. - 2015. - № 36. - С. 120-127.

27. O’Brien, C. Dietary tyrosine benefits cognitive and psychomotor performance during body cooling / C. O’Brien, C. Mahoney, W.J. Tharion, I.V. Sils & J.W. Castellani // Physiology & Behavior. - 2007. - № 90. - С. 301-307.

28. Sharma, V.K. Domain specific changes in cognition at high altitude and its correlation with hyperhomocysteinemia / V.K. Sharma, S.K. Das, P. Dhar, K.B. Hota, B.B. Mahapatra, V. Vashishtha, R.B. Srivastava // PLoS ONE. - 2014. - № 9(7). - e101448.

29. Кривощеков, С.Г. Биоритмологические маркеры дизадаптации при вахтовом труде на Севере / С.Г. Кривощеков // Рос. Физиол. Журнал им. И.М. Сеченова. - 2012. - № 98(1). - С. 57-71.

30. Кривощеков, С. Г. Психофизиологические аспекты незавершеннной адаптации / С.Г. Кривощеков, В.П. Леутин, М.Г. Чухрова. Новосибирск: Изд-во СО РАМН, 1998. 100 с.

31. Леутин, В.П. Адаптационная доминанта и функциональная асимметрия мозга / В.П. Леутин // Вестник Российской АМН. М.: Медицина, 1998. С. 10-14.

32. Левин, Е.А. Мозговая осцилляторная деятельность у человека в активации и торможении моторных реакций / Е.А. Левин, А.Н. Савостьянов, Д.О. Лазаренко, Г.Г. Князев // Вестник СО РАМН. - 2007. - № 2. - С. 64-72.

33. Knyazev, G.G. Impulsivity, anxiety, and differences in evoked and induced brain oscillations / G.G. Knyazev, E.A. Levin, A.N. Savostyanov // Int J Psychophysiol. - 2008. - № 68(3). - С. 242-254.

34. Ramautar, J.R. Probability effects in the stop-signal paradigm: the insula and the significance of failed inhibition / J.R. Ramautar, H.A. Slagter, A. Kok & K.R. Ridderinkhof // Brain Research. - 2006. - № 1105. - С. 143-154.

35. Savostyanov, A.N. EEG-correlates of trait anxiety in the stop-signal paradigm / A.N. Savostyanov, A.C. Tsai, M. Liou, E.A. Levin, J.D. Lee, A.V. Yurganov, G.G. Knyazev // Neurosci Lett. - 2009. - № 449(2). - С. 112-116.

36. Tsai, A.C. Cortical surface alignment in multi-subject spatiotemporal independent EEG source imaging / A.C. Tsai, T.P. Jung, V.S.C. Chien, A.N. Savostyanov, S. Makeig // NeuroImage. - 2014. - № 87. - С. 297-310.

37. Verbruggen, F., Logan, G.D. Response inhibition in the stop-signal paradigm / F. Verbruggen, G.D. Logan // Trends in Cognitive Sciences. - 2008. - № 12. - С. 418-424.

38. Alderson, R.M. Attention deficit/hyperactivity disorder and behavioral inhibition: a meta-analytic review of the stop-signal paradigm / R.M. Alderson, M.D. Rapport, M.J. Kofler // J Abnorm Child Psychol. - 2007. - № 35. - С. 745-758.

39. Band, G.P.H. Horse-race model simulations of the stop-signal procedure / G.P.H. Band, M.W. van der Molen, G.D. Logan // Acta Psychologica. - 2003. - № 112. - С. 105-142.

40. Congdon, E. Engagement of large-scale networks is related to individual differences in inhibitory control / E. Congdon, J.A. Mumford, J.R. Cohen, A. Galvan, A.R. Aron, G. xue, E. Miller, R.A. Poldrack // NeuroImage. - 2010. - № 53(2). - С. 653-63.

41. Dimoska, A. The auditory-evoked N2 and P3 components in the stop-signal task: indices of inhibition, response conflict or error-detection? / A. Dimoska, S.J. Johnstone & R.J. Barry // Brain and Cognition. - 2006. - № 62(2). - С. 98-112.

42. Gray, J.A., McNaughton, N. The Neuropsychology of anxiety: an enquiry into the functions of the septohippocampal system (2nd edition) / J.A. Gray, N. McNaughton // UK, Oxford: Oxford University Press, 2000.

43. Карпова, А.Г. Aллельные полиморфизмы транспортера серотонина как фактор формирования когнитивного контроля над поведением у якутов / А.Г. Карпов, А.Н. Савостьянов, Д.В. Базовкина, С.С. Таможников, А.Е. Сапрыгин, Е.А. Прошина, Н.В. Борисова, Л.И. Афтанас // Якутский медицинский журнал. - 2017. - № 3 (59). - С. 21-24.

44. Miller, J.D., Lynam, D.R. Psychopathy and the five-factor model of personality: a replication and extension / J.D. Miller, D.R. Lynam // J. Pers. Assess. - 2003. - № 81(2). - С. 168-178.

45. Knyazev, G.G. Suppression mediates the effect of 5-HTTLPR by stress interaction on depression / G.G. Knyazev, D.V. Bazovkina, A.N. Savostyanov, V.S. Naumenko, V.B. Kuznetsova, E.A. Proshina // Scand J Psychol. - 2017. - № 58(5). - С. 373-378.

46. Gardini, S. Individual differences in personality traits reflect structural variance in specific brain regions / S. Gardini, C.R. Cloninger and A. Venneri // Brain Res. Bull. - 2009. - № 79(5). - С. 265-270.

47. Ebstein, R.P. The molecular genetic architecture of human personality: beyond self-report questionnaires / R.P. Ebstein // Mol. Psychiatry. - 2006. - № 11(5). - С. 427-445.

48. Cloninger, C.R. Mapping genes for human personality / C.R. Cloninger, R. Adolfsson and N.M. Svrakic // Nat. Genet. - 1996. - № 12(1). - С. 3-4.

49. Savostyanov, A.N. Association of anxiety level with polymorphic variants of serotonin transporter gene in Russians and Tuvinians / Savostyanov A.N., Naumenko V.S., Sinyakova N.A., L’vova M.N., Levin E.A., zaleshin M.S., Kavay-ool U.N., Mordvinov V.A., Kolchanov N.A., Aftanas L.I. // Russian Journal of Genetics: Applied Research. - 2015. - № 5(6). - С. 656-665.

50. Ivanov, R. Reconstruction and analysis of gene networks of human neurotransmitter systems reveal genes with contentious manifestation for anxiety, depression, and intellectual disabilities / R. Ivanov, V. zamyatin, A. Klimenko, Y. Matushkin, A. Savostyanov, A. Lashin // Genes (Basel). - 2019. - № 10(9). - С. 699.

51. Risch, N. Interaction between the serotonin transporter gene (5-HTTLPR), stressful life events, and risk of depression. A meta-analysis / N. Risch, R. Herrell, T. Lehner, K.Y. Liang, L. Eaves, J. Hoh, A. Griem, M. Kovacs, J. Ott, K.R. Merikangas // JAMA. J. Am. Med. Assoc. - 2009. - № 301. - С. 2462-2471.

52. Arango, V. Genetics of the serotonergic system in suicidal behavior / V. Arango, Y.Y. Huang, M.D. Underwood and J.J. Mann // J. Psychiatr. Res. - 2003. - № 37. - С. 375-386.

53. Lesch, K.P. Association of anxiety-related traits with a polymorphism in the serotonin transporter gene regulatory region / K.P. Lesch, D. Bengel, A. Heils, S.z. Sabol, B.D. Greenberg, S. Petri, J. Benjamin, C.R. Muller, D.H. Hamer and Murphy D.L. // Science. - 1996. - № 274(5292). - С. 1527-1531.

54. Caspi, A. Influence of life stress on depression: moderation by a polymorphism in the 5-HTT gene / A. Caspi, K. Sugden, T.E. Moffitt, A. Taylor, I.W. Craig, H. Harrington, J. McClay, J. Mill, J. Martin, A. Braithwaite, R. Poulton // Science. - 2003. - № 301. - С. 386-389.

55. Homberg, J.R., Lesch, K.P. Looking on the bright side of serotonin transporter gene variation / J.R. Homberg, K.P. Lesch // Biol. Psychiatry. - 2011. - № 69. - С. 513-519.