WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

С помощью вейвлет-преобразования исходной ЭЭГ, а также усредненных ССПМ и ССОПМ исследовали синхронизацию биоэлектрической активности мозга в разных частотных диапазонах ЭЭГ и на разных этапах выполняемой деятельности. В качестве материнского вейвлета использовали вейвлет типа Morlet. О степени синхронизации ЭА мозга на определенной частоте и в разные моменты времени судили по величине коэффициента корреляции Спирмена, который подсчитывался между значениями вейвлеткривых, описывающих динамику ЭЭГ и ССПМ, зарегистрированных в разных отведениях ЭЭГ. При выявлении периодов, различающихся уровнем синхронизации биоэлектрической активности мозга, использовали факторный анализ, метод главных компонент. При анализе фазовых соотношений между гамма-осцилляциями и другими частотными составляющими ЭЭГ использовали бикогерентный вейвлетный анализ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ Изучение особенностей связанных с событиями гамма-осцилляций электрических потенциалов мозга при восприятии человеком коротких интервалов времени В задачу данного этапа исследований входило сравнение ССПМ, зарегистрированных в обычном частотном диапазоне ЭЭГ (1,5–30 Гц), и связанных с событиями осцилляций потенциалов мозга (ССОПМ), зарегистрированных в диапазоне гамма-ритма (30–70 Гц).

Нами было обнаружено, что эти потенциалы существенно отличаются амплитудой, формой и частотой. В частности изучение особенностей ССОПМ позволило обнаружить в большинстве отведений кратковременное повышение амплитуды гамма-ритма спустя 100 мс после начала стимула (рис. 1). Сходные данные были получены в работе C. Pantev [Pantev C., Brain T., 1995]. Авторы обнаружили вызванную гамма-активность, которая регистрировалась в течение первых 100 мс после предъявления стимула. Судя по латентности, можно предположить, что наблюдаемое увеличение амплитуды гамма-ритма отражает этап информационного синтеза, который осуществляется при активном участии нейронов зрительной проекционной коры.

O2 TO2 TO1 TO1 TP4 PP4 PP3 PP3 PC4 Pz C4 Pz C3 Cz C3 Cz F4 Fz F4 Fz Стимул 200мс Стимул 200мс F3 FСтимул 200мс Стимул 200мс Рис. 1. Усредненные ССПМ при репродукции сигналов длительностью 200 мс в частотном диапазоне 1,5–30 Гц (слева) и 30–70 Гц (справа).

Кроме того, анализ исследуемых ССОПМ выявил отчетливые межполушарные различия в амплитуде этих потенциалов: в левом полушарии амплитуда гамма-ритма оказалась в 2–3 раза ниже. Обнаруженные межполушарные различия, вероятно, отражают преимущественое участие правого полушария в обработке информации, связанной с восприятием и анализом длительности невербальных зрительных сигналов. Важно отметить, что в ССПМ, которые были зарегистрированы в обычном частотном диапазоне ЭЭГ, указанные межполушарные различия практически отсутствуют. Полученные результаты подтверждают имеющиеся литературные данные о том, что гамма-ритм является характерным коррелятом перцептивных процессов [Hermann C.S., Demiralp T., 2005].

Результаты картирования ЭА мозга и локализации источников гамма-ритма на разных этапах процесса восприятия времени С целью изучения закономерностей динамики пространственных координат и численность источников гамма-ритма на разных этапах процесса восприятия времени был использован метод дипольной локализации. Для анализа были выбраны 10 отрезков записи ЭЭГ длительностью 320 мс, лишенные артефактов и зарегистрированные у одного и того же испытуемого при репродукции длительности зрительных стимулов с обратной связью о результатах деятельности. Каждый отрезок включал запись ЭЭГ на участке за 20 мс до предъявления зрительного стимула длительностью 200 мс и в течение последующих 300 мс после начала стимула (рис 2).

Полагали, что если гамма-ритм обеспечивает функциональное объединение различных зон коры для их совместной деятельности, то различные этапы восприятия и анализа стимула могут проявляться в характерных изменениях пространственного распределения амплитуды гамма-ритма, а также положения и численности источников этого ритма. Результаты дипольной локализации источников гамма-ритма на коротких отрезках ЭЭГ и на разных этапах выполняемой деятельности показали, что на каждом анализируемом отрезке длительностью 20 мс, как правило, локализуются несколько источников гамма-ритма (от 1 до 6). В подавляющем числе случаев эти источники находятся в коре и подкорковых структурах. На разных этапах выполняемой деятельности (до предъявления стимула, при действии стимула и после окончания стимула) число источников и их положение меняется.

А Б Рис. 2 Пространственное распределение амплитуды и источников гамма-ритма у испытуемого 8 при репродукции длительности зрительных сигналов на участке 40–60 мс (А) на участке 260–280 мс, (Б) после начала зрительного стимула длительностью 200 мс Картирование ЭА мозга, выполненное на тех же отрезках ЭЭГ показало, что пространственное распределение амплитуды гамма-ритма существенно изменяется на разных этапах выполняемой деятельности. Однако нам не удалось обнаружить какую-либо закономерность в характере этих изменений. Возможно, это связано с тем, что функциональное объединение и вовлечение различных зон коры в выполнение исследуемой деятельности является динамичным и вероятностным процессом.

Результаты изучения быстрых перестроек корковых взаимодействий на разных этапах процесса восприятия времени В задачу данного этапа исследований входил сравнительный анализ быстрых перестроек корковых взаимодействий при восприятии времени в обычном частотном диапазоне ЭЭГ (1,5–30 Гц) и на частотах гамма-ритма. Поскольку традиционные методы анализа (спектральный Фурье анализ, когерентный анализ) оказались непригодными для решения этой задачи, для этих целей был использован вейвлетный анализ. Этот метод позволяет разложить исследуемый ЭЭГ-сигнал на множество вейвлетов, причем каждый вейвлет характеризует изменение энергии сигнала на выбранном отрезке времени и на определенной частоте. О степени общей синхронизации ЭА мозга на разных частотах судили по числу совпадений знака первой производной соответствующих вейвлетов. При выявлении периодов высокой и низкой синхронизации биоэлектрической активности мозга использовали критерий знаков. Синхронизация считалась высокой и статистически значимой, если число совпадений знака первой производной соответствующих вейвлетов было статистически значимым (при p<0,01) и низкой, если это условие не выполнялось. О степени синхронизации ЭА мозга на какой-то определенной частоте судили по величине коэффициента корреляции Спирмена, который подсчитывался между вейвлетами одной и той же частоты, которые были зарегистрированы у разных испытуемых и описывали динамику ЭЭГ в разных отведениях. Проведенный анализ показал, что в большинстве случаев синхронизация ЭА мозга наблюдается одновременно на разных частотах, но наиболее выражена на частотах гамма-ритма. При этом периоды высокой синхронизации ЭА мозга продолжительностью 50–150 мс сменяются кратковременными периодами низкой синхронизации этой активности Рис. 3 (А). В частности, оказалось, что в ответ на предъявление зрительного стимула чаще всего наблюдается кратковременная десинхронизация этой активности, затем уровень синхронизации вновь повышается. Вместе с тем более детальный анализ показал, что чередование периодов высокой и низкой синхронизации биоэлектрической активности мозга наблюдается не только при выполнении предлагаемой деятельности, но и в состоянии спокойного бодрствования. Это позволяет думать, что наблюдаемые колебания уровня синхронизации биоэлектрической активности мозга не связаны с конкретными этапами выполняемой деятельности. Возможно, обнаруженные колебания уровня синхронизации этой активности связаны с деятельностью таламических релейных механизмов, которые, в соответствии с теорией «прожектора» Ф.Ф. Крика, обеспечивают переключение сенсорных входов через каждые 100 мс.

Анализ динамики коэффициента корреляции Спирмена (ККС) выявил значительные колебания этого показателя на разных этапах восприятия времени и на разных частотах ЭЭГ Рис. 3 (Б). В частности на частотах 40 и 60 Гц спустя 100 мс после начала стимула ККС, характеризующий уровень корковых связей между центральными зонами коры левого и правого полушарий, снижается до нуля и даже меняет свой знак. Возможно, обнаруженное снижение ККС отражает переход от сенсорного этапа обработки информации мозгом к этапу информационного синтеза [А.М. Иваницкий, 1999].

А Б Рис. 3. (А) Динамика синхронизации электрической активности мозга при репродукции длительности зрительных сигналов, до, во время и после окончания стимула длительностью 200 мс. (Испытуемый 8). Примечание: светлые участки – высокая синхронизация, темные – низкая.

(Б) Динамика коэффициента корреляции Спирмена между отведениями C3-C4 на различных частотах при репродукции сигналов длительностью 200 мс. Горизонтальной пунктирной линией указан статистически значимый (при p<0,05) уровень ККС.

Факторный анализ позволил выявить 5 характерных компонентов в динамике ККС.

Первый компонент достигает максимума в интервале 225–235 мс после начала стимула.

Второй компонент достигает максимума на предстимульном отрезке записи ЭЭГ. Третий компонент достигает максимума в интервале 90–110 мс после начала стимула. Четвертый компонент достигает максимума в интервале 300–320 мс. Пятый компонент достигает максимума в интервале 430–450 мс после начала стимула. В соответствии с концепцией информационного синтеза А.М. Иваницкого (1999) первый, третий и четвертый компоненты вероятно, отражают основные этапы обработки сенсорного стимула (сенсорный этап, этап информационного синтеза, этап категоризации стимула), а второй и пятый компоненты – ожидание стимула и подготовку моторного ответа.

Изучение взаимосвязи показателей интеллекта с уровнем корковых взаимодействий на частоте гамма-ритма В ходе предварительного анализа было установлено, что исследуемый частотный диапазон гамма-ритма по существу включает 4 поддиапазона ЭЭГ: 30–40 Гц, 40–49, 51–60 и 60–70 Гц, которые отчетливо различаются между собой.

Кроме того, дисперсионный анализ показал, что на уровень корковых связей существенное влияние оказывают такие факторы, как пол, частотный диапазон, режим восприятия времени. Поэтому дальнейшую обработку полученных результатов проводили с учетом половых различий, частотного диапазона ЭЭГ и способа шкалирования интервалов времени.

В состоянии спокойного бодрствования характер корреляций невербального интеллекта (НИ), который оценивался с помощью графического теста, с уровнем корковых связей на частоте гамма-ритма у юношей и девушек не одинаков. У юношей значимые корреляции этих показателей обнаружены практически во всех исследуемых частотных диапазонах ЭЭГ. При этом у юношей в диапазоне 30–40 Гц НИ положительно коррелирует с уровнем правополушарной когерентности и когерентными связями между областью вертекса и областями правого полушария, а в диапазоне 60–70 Гц – с межполушарной когерентностью и когерентными связями между зоной вертекса и областями правого полушария. В диапазоне 40–49 Гц и 51–60 Гц преобладают отрицательные корреляции НИ с уровнем когерентности в левом полушарии. Отрицательные корреляции НИ обнаружены также с когерентными связями между областью вертекса и левым полушарием (Рис. 4).

А Б В Г Рис. 4. Корреляция невербального интеллекта с уровнем корковых связей на частоте гаммаритма в состоянии спокойного бодрствования у юношей в частотном диапазоне А) 30–40 Гц, Б) 40–49 Гц, В) 51–60 Гц, Г) 60–70 Гц Примечание: сплошной линией показаны корковые связи, с которыми обнаружены статистически значимые положительные корреляции невербального интеллекта, пунктирными – отрицательные корреляции.

У девушек в состоянии спокойного бодрствования значимые корреляции НИ с уровнем когерентности обнаружены только в двух диапазонах: 30–40 Гц и 40–49 Гц. По сравнению с юношами эти корреляции немногочисленны (4), в основном положительные и касаются связей между областью вертекса и правым полушарием.

При восприятии времени у юношей обнаружена преимущественно положительная корреляция НИ с уровнем корковых связей на частоте гамма-ритма. Для всех режимов восприятия времени характерно заметное увеличение числа значимых корреляций с повышением частоты гамма-ритма до 51–60 Гц.

В диапазоне 60–70 Гц наблюдается некоторое снижение числа значимых корреляций между изучаемыми показателями. Во всех исследованных режимах восприятия времени наибольшее количество корреляций обнаружено между НИ и уровнями межполушарной и правополушарной когерентности. Сравнение различных режимов восприятия времени показало, что максимальное число значимых корреляций между НИ и показателями когерентности наблюдается при репродукции интервалов времени в отсутствии и при наличии обратной связи о результатах деятельности, а минимальное – при отмеривании длительности тех же интервалов без обратной связи (Рис. 5 (А)).

А Б Рис. 5. Корреляция невербального интеллекта с показателями когерентности при восприятии времени у юношей (А), Корреляция невербального интеллекта с показателями когерентности при восприятии времени у девушек (Б) Примечание:

На оси ординат отложена доля значимых коэффициентов корреляции Спирмена в процентах от максимально возможного их числа. Горизонтальные линии на рисунках соответствуют уровням 20, 40, 60, 80 и 100%.

l – доля значимых корреляций интеллекта с уровнем левополушарных связей r – доля значимых корреляций интеллекта с уровнем правополушарных связей l-r – доля значимых корреляций интеллекта с уровнем межполушарных связей v-l – доля значимых корреляций интеллекта с уровнем связей между областью вертекса и областями левого полушария v-r – доля значимых корреляций интеллекта с уровнем связей между областью вертекса и областями правого полушария.

У девушек, так же, как и у юношей, корреляции между НИ и показателями когерентности в основном положительные, но количество этих корреляций значительно меньше. В частности оказалось, что при восприятии времени без обратной связи о результатах деятельности количество корреляций меньше, чем при ее наличии (Рис. 5 (Б)).

Значимые корреляции между ВИ1, который оценивался по результатам лингвистического теста, и показателями когерентности в состоянии спокойного бодрствования, как у юношей, так и у девушек единичны – их значительно меньше, чем с НИ.

При восприятии времени характер корреляций ВИ1, с показателями когерентности у юношей и девушек отличается. У юношей во всех исследованных режимах восприятия времени наибольшее количество значимых корреляций наблюдается в диапазоне 60–70 Гц, а при отмеривании длительности с обратной связью, еще и в диапазоне 51–60 Гц.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»