Психология и социология/11. Психофизиология

Д.б. н. Бушов Ю.В., к.б. н. Светлик М.В., маг. Е.П. Крутенкова

Томский государственный университет, Россия

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

Работами М.Н. Ливанова и его учеников [1-5], показана важная роль в процессах внутримозговой интеграции пространственной частотной синхронизации электрической активности мозга. Однако такой механизм объединения нейронов невозможен, если собственные частоты автоколебаний осцилляторов значительно различаются. В этих случаях существенную роль в функциональном объединении нейронов могут играть фазовые взаимодействия между отдельными осцилляторами, которые проявляются во взаимодействии между разными ритмами ЭЭГ. Вместе с тем роль этих взаимодействий в функциональном объединении нейронов, в системной деятельности мозга практически не изучена. Учитывая это, в задачу настоящего исследования входило изучение фазовых взаимодействий между высоко- и низкочастотными ритмами ЭЭГ, а также зависимости этих взаимодействий от индивидуальных особенностей человека, вида и этапа интеллектуальной деятельности, связанной с восприятием коротких интервалов времени. В исследованиях участвовали добровольцы, практически здоровые юноши (7 человек) и девушки (14 человек) в возрасте от 18 до 26 лет, учащиеся томских вузов. В ходе предварительного обследования с помощью тестов Г. Айзенка [6,7] исследовали вербальный и невербальный интеллект, а также уровни экстраверсии и нейротизма. С помощью батареи стандартных тестов исследовали особенности латеральной организации мозга. В частности методом анкетирования [8], по показателю мануального предпочтения, выявляли ведущую руку, а с помощью дихотического прослушивания слов [9], по величине коэффициента правого уха, определяли речевое полушарие. Для решения поставленных задач проведены 2 серии наблюдений с репродукцией и отмериванием интервалов времени длительностью 200 и 800 мс при наличии и в отсутствии обратной связи о результатах деятельности. Интервалы времени в одной серии задавались невербальными стимулами (светлый квадрат со стороной 2 см, появляющийся в центре затемненного экрана монитора) в другой – цифрами (при отмеривании длительности). В качестве сигнала обратной связи использовали, выраженную в процентах относительную ошибку репродукции или отмеривания заданного интервала времени. Сигнал ошибки появлялся на 1 секунду на экране монитора, спустя секунду после воспроизведения или отмеривания каждого интервала времени. При этом угловые размеры предъявляемых стимулов составили 2-2,3 град. в случае предъявления квадрата и 0.75-0.76 град. в случае предъявления цифр. При предъявлении цифр применялся стандартный шрифт ДОС, его размер соответствовал 16pt Word. О точности репродукции или отмеривания интервалов времени судили по величине и модулю относительной ошибки воспроизведения (отмеривания). Стимулы длительностью 200 и 800 мс предъявлялись в случайном порядке, согласно RND функции, с корректировкой многократного выкидывания одного значения, стимул каждой длительности предъявлялся не менее 50 раз. Их длительность воспроизводилась и отмеривалась двойным нажатием на клавишу пробел. 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 референтный электрод устанавливался на мочки левого и правого уха испытуемого, а заземляющий фиксировался на запястье правой руки. Запись ЭЭГ осуществлялась в покое при закрытых и открытых глазах в начале и в конце исследования, а также при восприятии времени. С целью исключения артефактов, связанных с движением глаз, регистрировали ЭОГ. В последующем из анализа исключались участки записи ЭЭГ, на которых имелись окулографические или любые другие артефакты. Электроды для записи ЭОГ устанавливали на верхнее и нижнее веко левого глаза испытуемого. При вводе аналоговых сигналов в ЭВМ частота дискретизации составляла 250 Гц. С целью контроля мозгового происхождения гамма-ритма использовали метод дипольной локализации [10]. В последующую обработку включались только те «безартефактные» участки записи ЭЭГ, на которых источники гамма-ритма локализовались внутри мозга. При изучении фазовых взаимодействий между гамма-колебаниями и низкочастотными составляющими ЭЭГ использовали вейвлетный биспектральный анализ [11] и подсчитывали функцию бикогерентности. В качестве интегральной характеристики уровня фазовых взаимодействий между высоко- и низкочастотными ритмами ЭЭГ (0.5-30 Гц) использовали полусумму значений этой функции в исследуемом частотном диапазоне ЭЭГ. При анализе корреляционных связей между исследуемыми показателями подсчитывали ранговый коэффициент корреляции Спирмена. Для оценки влияния исследуемых факторов («пол», «режим деятельности», «этап деятельности») на фазовые взаимодействия использовали многофакторный дисперсионный анализ для повторных наблюдений. Статистическую обработку данных проводили с помощью пакетов прикладных программ “Statistica-6.0” и “MatLab-6.5”.

Бикогерентный анализ позволил обнаружить существование отчетливых фазовых связей между гамма-ритмом и низкочастотными ритмами ЭЭГ (0.5-30 Гц) при разных режимах восприятия времени и на разных этапах выполняемой деятельности. Установлено, что чаще всего тесные фазовые связи наблюдаются между гамма-ритмом частой от 30 до 40 Гц и альфа-, бета- и тета-активностью мозга. Численные значения функции бикогерентности на указанных частотах превышают 0.8. Обнаружено, что на указанные фазовые взаимодействия существенное влияние оказывают факторы «пол», «этап деятельности» и «режим деятельности» (Табл. 1, Табл. 2).

Таблица 1

Совместное влияние факторов «пол» и «этап деятельности» на фазовые взаимодействия между гамма-ритмом и низкочастотными ритмами ЭЭГ при отмеривании длительности с обратной связью о результатах деятельности

Отв.	F	p
F3-T6	2,7590	0,033767
C3-T4	2,5660	0,044932
C3-T6	2,6052	0,042402
T5-T6	2,7575	0,033840

Обозначения: Отв. – отведения ЭЭГ; F- найденное значение критерия Фишера по результатам дисперсионного анализа; p - уровень значимости.

Таблица 2

Совместное влияние факторов «пол» и «режим деятельности» на фазовые взаимодействия между гамма-ритмом и низкочастотными ритмами ЭЭГ на этапе деятельности «первое нажатие на клавишу пробел»

Отв.	F	p
O1-T6	3,7183	0,015429
F3-C4	3,7495	0,014866
F3-T6	3,2241	0,027881
P3-P4	3,6907	0,015946
P3-T6	3,0379	0,034882
T5-P4	3,2981	0,025507
T5-T6	3,1592	0,030142

Обозначения те же, что и на таблице 1.

Проведенный корреляционный анализ, позволил обнаружить наличие статистически значимых корреляций между уровнем фазовых связей и показателями вербального и невербального интеллекта, а также показателями экстраверсии, нейротизма, мануального предпочтения и коэффициентом правого уха. Установлено, что характер обнаруженных корреляций отличается у юношей и девушек, зависит от вида и этапа выполняемой деятельности. Например, у девушек при репродукции длительности стимулов с обратной связью на этапе за 100 мс до начала стимула, обнаружены отрицательные корреляции уровня фазовых связей с показателями экстраверсии (r = - 0.63 ÷ - 0.84 , p< 0.01) и нейротизма (r = - 0.59 ÷ - 0.63, p< 0.01), и положительные - с коэффициентом правого уха (r= 0.55, p< 0.05). У юношей в тот же период деятельности обнаружены положительные корреляции уровня фазовых связей с показателями интеллекта (r= 0.76 ÷ 0.90, p<0.01), мануального предпочтения (r= 0.78, p<0.03) и коэффициентом правого уха (r=0.82, p<0.02).

Таким образом, 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 тета-активностью мозга. Обнаружены статистически значимые корреляции между уровнем исследуемых фазовых взаимодействий и показателями интеллекта, экстраверсии, нейротизма и латеральной организации мозга. Установлено, что характер обнаруженных корреляций отличается у юношей и девушек, зависит от вида и этапа выполняемой деятельности. Полученные данные свидетельствуют о том, что исследуемые фазовые взаимодействия информативны и отражают и вид, и этап выполняемой деятельности и индивидуальные особенности человека. Вероятно, эти взаимодействия характеризуют процессы внутримозговой интеграции и их динамику при выполнении предлагаемой деятельности. Предполагается, что исследуемые фазовые взаимодействия могут быть результатом синаптического облегчения, а так же дистантных полевых взаимодействий между нейронами.

Литература:

1. Ливанов М.Н. Пространственная организация процессов головного мозга. М.: Наука, 1972. 181 с.

2. Свидерская Н.Е. Синхронная электрическая активность мозга и психические процессы. М.: Наука, 1987. 156 с.

3. 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.

4. Свидерская Н.Е., Королькова Т.А. Пространственная организация электрических процессов мозга: проблемы и решения // Журн. высш. нерв. деят. 1997. Т. 47. № 5. С. 792.

5. Думенко В.Н. Высокочастотные компоненты ЭЭГ и инструментальное обучение. М.: Нука, 2006. 151 с.

6. Айзенк Г.Ю. Классические IQ тесты. – М.: ЭКСМО-Пресс. 2001. 192 с.

7. Лучшие психологические тесты для профотбора и профориентации. Петрозаводск: Изд-во «Петроком», 1992. 316 с.

8. Леутин В. П., Николаева Е. И. Психофизиологические механизмы адаптации и функциональная асимметрия мозга. Новосибирск: Наука, 1988. 193 с.

9. Кок Е.П., Кочергина В.С. Якушева Л.В. Определение доминантности полушария при помощи дихотического прослушивания речи// Журн. высш. нервн. деят. 1971. Т. 21. № 5. С. 59-72.

10. Гнездицкий В. В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография. М.: МЕДпресс-информ, 2004. 624 с.

11. Короновский А.А., Храмов А.Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М.: Физматгиз. 2003. 176 с.