Межполушарные фазовые взаимодействия между высоко- и низкочастотными ритмами ЭЭГ при восприятии коротких интервалов времени | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 3 (15).

Межполушарные фазовые взаимодействия между высоко- и низкочастотными ритмами ЭЭГ при восприятии коротких интервалов времени

У 7 юношей и 14 девушек в возрасте от 18 до 26 лет исследовали межполушарные фазовые взаимодействия между высоко- и низкочастотными ритмами ЭЭГ. Проведенные исследования показали, что на изучаемые фазовые взаимодействия существенное влияние оказывают пол испытуемого, вид и этап выполняемой деятельности. Установлено, что чаще всего тесные фазовые связи наблюдаются между гамма-ритмом частотой от 30 до 40 Гц и альфа-, бета- и тетаактивностью мозга. Обнаружены статистически значимые корреляции между уровнем исследуемых фазовых взаимодействий и показателями интеллекта, экстраверсии, нейротизма и латеральной организации мозга. Оказалось, что характер обнаруженных корреляций отличается у юношей и девушек, зависит от вида и этапа выполняемой деятельности. Предполагается, что исследуемые фазовые взаимодействия могут быть результатом синаптического облегчения, а также дистантных полевых взаимодействий между нейронами.

Interhemispheric phase interactionsbetween high-frequency and low-frequency rhythms of EEG in short timeintervals perception.pdf ВведениеВыяснение механизмов функционального объединения нейронов для осуще-ствления совместной деятельности является одной из наиболее актуальных про-блем современной нейрофизиологии. В работах М.Н. Ливанова и его учеников[1-5] показана важная роль в этих процессах пространственной частотной син-хронизации электрической активности мозга. Однако такой механизм объедине-ния нейронов невозможен, если собственные частоты автоколебаний осциллято-ров (нейронных популяций, нейросетей) значительно различаются. В этих слу-чаях существенную роль в функциональном объединении нейронов могут игратьфазовые взаимодействия между отдельными осцилляторами, которые проявля-ются во взаимодействии между разными ритмами ЭЭГ. Вместе с тем роль этихвзаимодействий в функциональном объединении нейронов, в системной дея-тельности мозга практически не изучена. Учитывая это, цель исследований -изучение межполушарных фазовых взаимодействий между высоко- и низкочас-тотными ритмами ЭЭГ, а также зависимости этих взаимодействий от индивиду-альных особенностей человека, вида и этапа интеллектуальной деятельности,связанной с восприятием коротких интервалов времени.Материалы и методики исследованияВ исследованиях участвовали добровольцы, практически здоровые юноши(7 человек) и девушки (14 человек) в возрасте от 18 до 26 лет, учащиеся томскихвузов. В ходе предварительного обследования с помощью тестов Г. Айзенка[6, 7] исследовали вербальный (ВИ) и невербальный (НВИ) интеллект, а такжеуровни экстраверсии (Э) и нейротизма (Н). С помощью батареи стандартныхтестов исследовали особенности латеральной организации мозга. В частности,методом анкетирования [8], по показателю мануального предпочтения (МП),выявляли ведущую руку, а с помощью дихотического прослушивания слов [9]по величине коэффициента правого уха (КПУ) определяли речевое полушарие.Проведены две серии наблюдений с репродукцией и отмериванием интерва-лов времени длительностью 200 и 800 мс при наличии и отсутствии обратнойсвязи о результатах деятельности. Интервалы времени в серии с репродукциейдлительности зрительных сигналов задавались невербальными стимулами (свет-лый квадрат со стороной 2 см, появляющийся на 200 или 800 мс в центре затем-ненного экрана монитора), в серии с отмериванием длительности временныхинтервалов - цифрами (0,2 или 0,8 с). Длительность указанных временных ин-тервалов воспроизводилась и отмеривалась двойным нажатием на клавишу«пробел». В качестве сигнала обратной связи использовали выраженную в про-центах относительную ошибку репродукции или отмеривания заданного интер-вала времени. Сигнал ошибки появлялся на 1 секунду на экране монитора спустясекунду после воспроизведения или отмеривания каждого интервала времени.При этом угловые размеры предъявляемых стимулов составили 2-2,3 град. в слу-чае предъявления квадрата и 0,75-0,76 град. - в случае предъявления цифр. Припредъявлении цифр применялся стандартный шрифт ДОС, его размер соответст-вовал 16pt Word. О точности репродукции или отмеривания интервалов временисудили по величине и модулю относительной ошибки воспроизведения (отмери-вания). Стимулы длительностью 200 и 800 мс предъявлялись в случайном порядке,согласно RND функции, с корректировкой многократного выкидывания одногозначения, стимул каждой длительности предъявлялся не менее 50 раз.ЭЭГ записывали монополярно с помощью 24-канального энцефалографа-анализатора «Энцефалан-131-03» в следующих отведениях: Cz, Fz, Pz, F3, F4,C3, C4, P3, P4, T3, T4, T5, T6, O1, O2 по системе «10-20%». Объединенный ре-ферентный электрод устанавливался на мочки левого и правого уха испытуемо-го, а заземляющий фиксировался на запястье правой руки. Запись ЭЭГ осущест-влялась в покое при закрытых и открытых глазах (не менее 20 с) в начале и вконце исследования (для контроля состояния обследуемого), а также при вос-приятии времени. С целью исключения артефактов, связанных с движением глаз,регистрировали ЭОГ. В последующем из анализа исключались участки записиЭЭГ, на которых имелись окулографические или любые другие артефакты.Электроды для записи ЭОГ устанавливали на верхнее и нижнее веко левого гла-за испытуемого. При вводе аналоговых сигналов в ЭВМ частота дискретизациисоставляла 250 Гц. С целью контроля мозгового происхождения гамма-ритмаиспользовали метод дипольной локализации [10]. В последующую обработкувключались только те «безартефактные» участки записи ЭЭГ, на которых источ-ники гамма-ритма локализовались внутри мозга. При изучении фазовых взаимо-действий между гамма-колебаниями и низкочастотными составляющими ЭЭГиспользовали вейвлетный биспектральный анализ [11] и подсчитывали функциюбикогерентности. В качестве интегральной характеристики уровня фазовыхвзаимодействий между высоко- и низкочастотными ритмами ЭЭГ (0,5-30 Гц)использовали полусумму значений этой функции в исследуемом частотном диа-пазоне ЭЭГ. При анализе корреляционных связей между исследуемыми показа-телями бикогерентности и индивидуальными особенностями подсчитывали ран-говый коэффициент корреляции Спирмена (ККС). Для оценки влияния иссле-дуемых факторов («пол», «режим деятельности», «этап деятельности» и др.) нафазовые взаимодействия использовали многофакторный дисперсионный анализдля повторных наблюдений. Статистическую обработку данных проводили спомощью пакетов прикладных программ StatSoft Statistica 6.0 и MatLab 6.5.Результаты исследования и обсуждениеБикогерентный анализ позволил обнаружить существование отчетливых меж-полушарных фазовых связей между гамма-ритмом и низкочастотными ритмамиЭЭГ (0,5-30 Гц) при разных режимах восприятия времени и на разных этапах вы-полняемой деятельности. Установлено, что чаще всего тесные фазовые связи на-блюдаются между гамма-ритмом частой от 30 до 40 Гц и альфа-, бета- и тета-активностью мозга. Численные значения функции бикогерентности на указанныхчастотах превышают 0,8. Обнаружено, что на указанныеТ а б л и ц а 2Совместное влияние факторов «пол» и «этап деятельности» на межполушарныефазовые взаимодействия между гамма-ритмом и низкочастотными ритмами ЭЭГпри отмеривании длительности без обратной связи о результатах деятельностиОтв. F pF3-C4 3,1656 0,03F3-T6 3,7584 0,01P3-T4 3,7482 0,01Примечание. Обозначения те же, что и в табл. 1.Результаты дисперсионного анализа позволили также обнаружить стати-стически значимое влияние факторов «пол» и «режим деятельности» на ис-следуемые фазовые взаимодействия. Результаты дисперсионного анализа,характеризующие совместное влияние факторов «пол» и «режим деятельно-сти» на исследуемые фазовые взаимодействия на этапе деятельности «первоенажатие на клавишу пробел», представлены на табл. 3.Т а б л и ц а 3Совместное влияние факторов «пол» и «режим деятельности» на межполушарныефазовые взаимодействия между гамма-ритмом и низкочастотными ритмами ЭЭГна этапе деятельности «первое нажатие на клавишу пробел»Отв. F pO1-T6 3,7183 0,02F3-C4 3,7495 0,01F3-T6 3,2241 0,03P3-P4 3,6907 0,02P3-T6 3,0379 0,03T5-P4 3,2981 0,02T5-T6 3,1592 0,03Примечание. Обозначения те же, что и в табл. 1.Проведенный корреляционный анализ позволил обнаружить наличие стати-стически значимых корреляций между уровнем межполушарных фазовых свя-зей и показателями вербального и невербального интеллекта, а также показате-лями экстраверсии (Э), нейротизма (Н), мануального предпочтения (МП) и ко-эффициентом правого уха (КПУ). Установлено, что характер обнаруженныхкорреляций отличается у юношей и девушек, зависит от вида и этапа выпол-няемой деятельности. Например, у девушек при репродукции длительностистимулов с обратной связью на этапе за 100 мс до начала стимула обнаруженыотрицательные корреляции уровня фазовых связей с показателями экстравер-сии (ККС варьирует от -0,63 до -0,84, p

Ключевые слова

high- and low-frequency rhythms of EEG, interhemispheric phase interactions, восприятие времени, индивидуальные особенности человека, высоко- и низкочастотные ритмы ЭЭГ, межполушарные фазовые взаимодействия, humans' personal traits, perception of time

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Крутенкова Елена ПавловнаНациональный исследовательский Томский государственный университетаспирант кафедры физиологии человека и животных Биологического институтаlen-k@yandex.ru
Светлик Михаил ВасильевичСибирский государственный медицинский университет (г. Томск)кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры медицинской и биологической кибернетикиmihasv@sibmail.com
Бушов Юрий ВалентиновичНациональный исследовательский Томский государственный университетдоктор биологических наук, старший научный сотрудник, зав. кафедрой физиологии человека и животных Биологического институтаbushov@bio.tsu.ru
Всего: 3

Ссылки

McFadden J. Synchronous Firing and Its Influence on the Brain's Electromagnetic Field: Evidence for an Electromagnetic Field Theory of Consciousness // Journal of Consciousness Studies. 2002. Vol. 9, № 4. P. 23-50.
Бушов Ю.В., Светлик М.В., Крутенкова Е.П. Гамма-активность коры головного мозга: связь с интеллектом и точностью восприятия времени // Физиология человека. 2010. Т. 36, № 4. С. 1-7.
Бушов Ю.В., Светлик М.В., Ходанович М.Ю. О функциональном значении высокочастотной электрической активности мозга в процессах восприятия времени // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2007. № 1. С. 87-95.
Короновский А.А., Храмов А.Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М. : Физматгиз, 2003. 176 с.
Гнездицкий В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография. М. : МЕДпресс-информ, 2004. 624 с.
Кок Е.П., Кочергина В.С. Якушева Л.В. Определение доминантности полушария при помощи дихотического прослушивания речи // Журнал высшей нервной деятельности. 1971. Т. 21, № 5. С. 59-72.
Лучшие психологические тесты для профотбора и профориентации. Петрозаводск: Петроком, 1992. 316 с.
Леутин В.П., Николаева Е.И. Психофизиологические механизмы адаптации и функциональная асимметрия мозга. Новосибирск : Наука, 1988. 193 с.
Айзенк Г.Ю. Классические IQ тесты. М.: ЭКСМО-Пресс, 2001. 192 с.
Думенко В.Н. Высокочастотные компоненты ЭЭГ и инструментальное обучение. М. : Нука, 2006. 151 с.
Свидерская Н.Е., Королькова Т.А. Пространственная организация электрических процессов мозга: проблемы и решения // Журнал высшей нервной деятельности. 1997. Т. 47, № 5. С. 792.
Свидерская Н.Е., Королькова Т.А. Влияние свойств нервной системы и темперамента на пространственную организацию ЭЭГ // Журнал высшей нервной деятельности. 1996. Т. 46, № 5. С. 849-858.
Свидерская Н.Е. Синхронная электрическая активность мозга и психические процессы. М. : Наука, 1987. 156 с.
Ливанов М.Н. Пространственная организация процессов головного мозга. М. : Наука, 1972. 181 с.
 Межполушарные фазовые взаимодействия между высоко- и низкочастотными ритмами ЭЭГ при восприятии коротких интервалов времени | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 3 (15).

Межполушарные фазовые взаимодействия между высоко- и низкочастотными ритмами ЭЭГ при восприятии коротких интервалов времени | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 3 (15).

Полнотекстовая версия