Рома (Раздаточные материалы), страница 2

А

Рис.1. Организация электродного поля (разбиение на сегменты).
А. Расположение активных электродов на голове испытуемого. Индифферентный электрод - на мочках ушей. Б. Деление квадратного поля из 16-и электродов на 18 треугольных сегментов. Векторы, показывающие направление "бегущей волны" ЭЭГ в каждом треугольном сегменте, строятся из точек в центре сегментов. В. Выделенные 8 направлений, для каждого из которых подсчитывалась доля векторов "бегущей волны" ЭЭГ, попавших в соответствующий сектор пространства - в процентах от общего числа эпох анализа.

В исследовании приняли участие 18 практически здоровых испытуемых - 9 мужчин и 9 женщин. Регистрация ЭЭГ производилась при закрытых глазах во время слабой стандартизирующей нагрузки, служившей аналогом спокойного бодрствования - подсчёт капель, падающих из крана с невысокой частотой (звук капель имитировался фоностимулятором). В этом состоянии в ЭЭГ испытуемых хорошо выражен альфа-ритм. По альфа-волнам обычно имеется высокий градиент фазы по поверхностным координатам, т. е. достаточно велики измеряемые межэлектродные сдвиги по времени между процессами.
Временные сдвиги оценивались через отыскание максимума кросскорреляционной функции. Этот способ имеет то преимущество, что индифферентен к частотному составу колебаний и мало чувствителен к форме волн. По сравнению с ним измерение запаздывания одноимённых фаз - например, гомологичных экстремумов одного знака - наоборот, весьма чувствительно к форме колебаний и сильно зависит от параметров фильтрации (любая фильтрация и сама регистрация как таковая по определению смещает фазы).

ЭЭГ вводилась в компьютер с частотой дискретизации 500 Гц, а в нескольких последних опытах - 630 Гц. При избранной схеме (см. ниже) этого обычно вполне достаточно для оценки временных сдвигов колебаний альфа-ритма, а также при некоторой полиритмии. При сопровождающей активацию десинхронизации ЭЭГ и при установлении бета-ритма межэлектродные сдвиги существенно уменьшаются и данная частота дискретизации уже не обеспечивает достаточной точности их измерения - например, резко возрастает доля измеренных нулевых сдвигов (выглядит как синфазность). В действительности они просто недоступны измерению. В частности, доля "нулей" заметно уменьшилась при переходе с частоты опроса 500 Гц на 630 Гц. По указанной причине мы не анализировали описываемым методом ЭЭГ в деятельном состоянии. Эта проблема обсуждается далее.
Оценка текущей структуры фазовых соотношений осуществлялась в последовательных неперекрывающихся эпохах анализа, длительностью, примерно равной альфа-периоду, - т.е. 0.1 секунды или 50 отсчётов (63 отсчёта при 630 Гц). Длительность непрерывной записи составляла 2-3 минуты. При 10-и измерениях в секунду таким образом накапливалось до 1500 независимых измерений фазовой структуры.
При полиритмичной ЭЭГ степень когерентности сопоставляемых колебаний обычно резко уменьшается при удалении друг от друга пунктов регистрации и измерение временных сдвигов между колебаниями становится бессмысленным, поскольку они уже не гомологичны. Например, бессмысленно сопоставлять отрезок, содержащий одну альфа-волну, с отрезком, включающим две бета-волны - измеренный сдвиг может оказаться каким угодно. По этой причине мы отказались от первоначальной идеологии одного опорного отведения [см. 23], при которой все ритмические процессы (даже удалённые) сопоставляются с одним процессом, выбранным в качестве основного или опорного. Схема с одним опорным отведением возможна при очень высокой когерентности колебаний по пространству - фактически лишь при гиперсинхронном альфа-ритме, который наблюдается весьма редко и очень непродолжителен.
Всё квадратное поле из 16 электродов было разбито на 18 треугольных сегментов, как показано на рис.1Б. В качестве опорной точки в каждом треугольном сегменте служила вершина прямого угла; относительно этого пункта в отсчётах АЦП измерялись отставания (или опережения) колебаний в двух других пунктах - через отыскание максимума соответствующей кросскорреляционной функции. По получившимся двум ортогональным сдвигам (катеты прямоугольного треугольника) строился вектор, характеризующий, по нашей идее, направление "бегущей волны" ЭЭГ в пределах данного треугольного сегмента. Таким образом, каждый сегмент анализировался отдельно и в каждом случае сопоставлялись ЭЭГ двух соседних пунктов, которые при межэлектродном расстоянии 2 см были с гарантией высоко когерентными и потому сопоставимыми. Суммарная картина из 18-и векторов получается целостной и упорядоченной в той мере, в какой упорядочена реальная "единая движущаяся волна ЭЭГ" (см. рис.2). Однако при такой схеме все измеряемые временные сдвиги заведомо малы и требуют для своего измерения высокой частоты дискретизации.
В используемой модели чем быстрее воображаемое распространение волны, тем короче межэлектродные сдвиги по времени. Исходя из этого, длина вектора движения вычислялась обратно пропорциональной двум измеренным ортогональным сдвигам. Следует уточнить, что при вычислении направления вектора мы исходили именно из модели "Волна", а не из модели "Поток движущихся частиц". В последнем случае направление вектора скорости частиц вычисляется совсем иначе. Вначале мы испробовали оба варианта и с очевидностью убедились, что более правильной является модель "Волна", при которой вектор, пролагаемый на экране, показывает, куда движется фронт волны (вектор перпендикулярен фронту).

Рис.2. Примеры векторных структур "бегущей волны" ЭЭГ. А - диагональный перелив, более свойственный интровертам; Б -диагональный перелив, более свойственный экстравертам; В - поперечный перелив; Г - перелив по сложной траектории.

На последовательных эпохах анализа вычислялись структуры из 18-и векторов, которые служили в качестве отдельных кадров мультипликации. При реальном времени отображения сменялось 10 кадров в секунду. На экране векторы откладывались из точек, примерно соответствующих геометрическим центрам треугольных сегментов - см. рис.1,Б, рис.2. Для учёта реальной геометрии головы (сфера, а не плоскость) при просмотре мультипликации контур тестируемого электродами квадратного "окна" выводился на фоне контура затылка (примеры отдельных кадров мультипликации - см. на рис.2).
Следует отметить, что измеренные межэлектродные сдвиги значительно варьируют от эпохи к эпохе - это особенность данного способа оценки фазовых соотношений, при котором ЭЭГ нарезается на эпохи вслепую, без учёта реальных границ ЭЭГ-феноменов. При показе мультипликации по таким первичным данным картина получается довольно беспорядочной ("мельтешение"). Однако заметно, что в каждый период времени векторы колеблются всё-таки вокруг некоторого определённого направления. Для более наглядной визуализации этого направления целесообразно проводить сглаживание данных во времени. Конкретно - выводилась мультипликация фазовых соотношений, полученных в режиме скользящего среднего, т.е. в данном кадре усреднялись несколько последних измерений. Таким образом визуально выявлялась некая инвариантная траектория волны, соответствующая данной эпохе однородности фазовых соотношений. Для исследованного состояния спокойного бодрствования с закрытыми глазами (много альфа-ритма) опытным путём было установлено, что в скользящем режиме следует накапливать измерения 8-10 последних эпох анализа.
Однако сами эти отдельные измерения, будучи независимыми оценками, также представляют ценность. Они необходимы для независимого анализа фазовых соотношений методами вариационной статистики и объективного контроля выявляемых визуально закономерностей, о чём говорилось во Введении. Такой анализ был нами призведён. Для каждого испытуемого вычислялась доля векторов каждого направления из 8-и выделенных направлений - два продольных (вперёд и назад по голове), два поперечных (вправо и влево) и 4 диагональных. Если очередной вектор попадал в пределы соответствующего сектора пространства (см. рис.1,В), то счётчик данного направления увеличивался на единицу. Затем доля каждого направления вычислялась в процентах от общего числа эпох анализа. Для каждого направления велась также отдельная статистика длин векторов, или - по нашей модели - наблюдающиеся скорости распространения волны в данном направлении. Описанные статистические параметры накапливались раздельно по каждому из 18-треугольных сегментов (сегменты - см. рис.1,Б), а также вычислялись и усреднённые параметры по всему электродному полю. По индивидуальным данным строились лепестковые диаграммы (рис.3).
С каждым испытуемым было проведено комплексное психологическое тестирование. При этом числе прочих тестов использовался известный тест Айзенка на экстраверсию-интроверсию и нейротизм. Параметры психической индивидуальности сопоставлялись с измеренными характеристиками "бегущей волны" ЭЭГ. Для статистической обработки использовались методы вариационной статистики - коэффициент ранговой корреляции Спирмена, парный и непарный t-критерии (Стьюдента) и другие.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н., Апанасионок В.С. Формирование биопотенциального поля мозга человека. Л.: Наука, 1979. 163с.
2. Свидерская Н.Е. Значение синхронных корковых биоэлектрических процессов для оценки активности мозга в норме и патологии: Дис. ... докт. биол. наук. М.: ИВНД и НФ АН СССР, 1985. 432 с.
3. Верхлютов В.М. Модель структуры дипольного источника альфа-ритма зрительной коры человека // ЖВНД. 1996. Т.46. №3. С.496.
4. Cooper R., Mundy-Castle A.C. Spatial and temporal characteristicks of the alpha rhythm: A toposcopic analysis// Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 1960. V.12. P.153.
5. Remond A., Lesevre N., Jozeph J.P., Rieger H., Lairy G.C. The alpha average. I. Methodology and description// Ibid. 1969. V.26. P.245.
6. Апанасионок. В.С. Динамика пространственных отношений фаз доминирующих колебаний биопотенциалов головного мозга у взрослых и детей // Физиол. Человека. 1976. Т.2. №1. С.100.
7. Joseph J.P., Remond A., Rieger H., Lesevre N. The alpha average. 2. Quantitative study and propozition of a theoretical model // Ibid. 1969. V.26. P.350.
8. Williamson S.J., Kaufman L., Lu Z.-L. et al. Study of human occipital alpha-rhythm: the alphon hypothesis and alpha suppression // Int. J. Psychophysiol. 1997. V.26(1-3). P.63.
9. Шевелев И.А., Барк Е.Д., Верхлютов В.М. Альфа-сканирование зрительной коры: данные ЭЭГ и магнитно-резонансной томографии // Росс. Физиол. Ж. 2001. Т.87. №8. С.1050.
10. Petsche H., Rappelsberger P. Influence of cortical incisions on syncronisation pattern and travelling waves // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 1970. V.28. P.592.
11. Дубикайтис Ю.В., Дубикайтис В.В. О потенциальном поле и альфа-ритме на поверхности головы человека // Биофизика. 1962. Т.7. №3. С.345.
12. Andersen P., Andersson S.A. Physiological basis of the alpha rhythm. New York: Appleton-Century-Crofts. 1968. 384 p.
13. Верхлютов В.М., Барк Е.Д., Шевелев И.А., Каменкович В.М., Конышев В.А., Михайлова Е.С., Полянский В.Б., Ярных В.Л., Анисимов Н.В. Динамическая локализация дипольного источника альфа-ритма в мозге человека // ЖВНД. 1999. Т.49. №1. С.3.
14. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре // Физиология человека. 1997. Т.23. №2. С.68.
15. Каменкович В.М., Барк Е.Д., Шевелев И.А., Шараев Г.А. Связь зрительных иллюзий с частотой и фазовым сдвигом ритмической фотостимуляции // ЖВНД. 1997. Т.47. №3. С.496.
16. Каменкович В.М., Барк Е.Д., Верхлютов В.М., Шевелев И.А., Михайлова Е.С., Шараев Г.А. Зрительные иллюзии, вызванные ритмическими вспышками, и "движение" по коре волн альфа-активности // ЖВНД. 1998. Т.48. №3. С.449.
17. Шевелев И.А., Костелянц Н.Б., Каменкович В.М. и др. Опознание движения и фазы альфа-волны ЭЭГ // Сенсорные системы. 1991. Т.5. №3. С.54.
18. Каменкович В.М., Шевелев И.А., Костелянец Н.Б. Оценка направления равномерного и неравномерного движения и альфа-ритма ЭЭГ // ЖВНД. 1995. Т.45. №2. С.358.
19. Suzuki H. Phase relationships of alpha rhythm in man // Jap. J. Physiol. 1974. V.24. №6. P.569.
20. Petsche H., Sterc J. The significance of the cortex for the travelling phenomenon of brain waves // Ibid. 1968. V.25. P.11.
21. Verzeano M., Negishi K. Neuronal activity in cortical and thalamic networks // J. Gen. Physiol. 1960. V.43. №6. P.177.
22. Смит Н.Ю., Белов Д.Р. Бегущая волна альфа-ритма ЭЭГ у интровертов и экстравертов // Вестник СПб. университета. Серия 3 (Биология). 2001. Т.19. Вып.3. С.73.
23. Ливанов М.Н., Ананьев В.М. Электроэнцефалоскопия. М.: Медгиз, 1960. 108 с;
24. Hori H., Hayasaka K., Sato K., Harado O., Iwata H. A study on phase relationship in human alpha activity. Correlation of different regions // Ibid. 1969. V.26. P.19.
25. Lehman D. Multichannel topography of human alpha EEG fields // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 1971. V.30. P. 439.
26. Petsche H., Rappelsberger P., Trappl R. Properties of cortical seizure potential fields// Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 1970. V.29. P.567.
27. Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н., Апанасионок В.С., Рожков В.П. О диагностических возможностях автоматической оценки статистических свойств пространственно-временной структуры биопотенциального поля мозга // Физиология человека. 1980. Т.6. №5. С.922.
28. Николаев А.Р., Иваницкий Г.А., Иваницкий А.М. Воспроизводящиеся паттерны альфа-ритма ЭЭГ при решении психологических задач // Физиология человека. 1998. Т.24. №3. С.5.
29. Павлова Л.П., Романенко А.Ф. Системный подход к психофизиологическому исследованию мозга человека. Л.: Наука., 1988. 208с.
30. Бианки В.Л. Механизмы парного мозга. Л.: Наука., 1989. 264с.
31. Свидерская Н.Е. Осознаваемая и неосознаваемая информация в когнитивной деятельности человека // ЖВНД. 1993. Т.43. №2. С.271.
32. Урбах В.Ю. Математическая статистика для медиков и биологов. М.: Изд. Акад. Наук, 1963. 320с.
33. Павлова Л.П. ЭЭГ-критерии оценки функционального состояния мозга человека // Руководство по физиологии труда. М.: Медицина, 1969. С.59.
34. Павлова Л.П., Криво В.М. Психофизиологическое исследование экстраверсии - интроверсии // Физиология человека. 1977. Т.3. №1. С.28.
35. Dimond S.J., Beamont J.S. Processing in perceptual integration and within the cerebral hemispheres// British J. Physiol. 1972. V.63. P.509.
36. Davis R., Schmit V. Visual and verbal coding in the interhemispheric transfer of information // Brain. 1973. V.97. P.347.
37. Rugg M.D., Dickens M.M.J. Dissociation of alpha and theta activity as function of verbal and visuospatial tasks// EEG and Clin. Neurophysiol. 1982. Т.53. №2. С.201.
38. Doricchi F., Milana I., Violanti C. Patterns of hemispheric lateralisation in dream recaller and non-dream recallers// Int. J. Neurosci. 1993. V.69(1-4). P.105.
39. Свидерская Н.Е. Синхронная электрическая активность мозга и психические процессы. М.: Наука, 1987. 156с.
40. Свидерская Н.Е., Королькова Т.А. Пространственная организация ЭЭГ и индивидуальные психологические характеристики // ЖВНД. 1996. Т.46. №4. С.689.
41. Свидерская Н.Е., Королькова Т.А. Влияние свойств нервной системы и темперамента на пространственную организацию ЭЭГ // ЖВНД. 1996. Т.46. №5. С.849.
42. Русалова М.Н. Уровни осознания и уровни активации // ЖВНД. 1990. Т.40. №6. С.1097.
43. Иваницкий А.М., Подклетнова И.М., Таратынова Г.В. Исследование динамики внутрикоркового взаимодействия в процессе мыслительной деятельности // ЖВНД. 1990. Т.40. №2. С.230.
44. Русалов В.М., Русалова М.Н., Калашникова И.Г., Степанов В.Г., Стрельникова Т.Н. Биоэлектрическая активность мозга человека у представителей различных типов темперамента // ЖВНД. 1993. Т.43. №3. С.530.
45. Бехтерева Н.П. Здоровый и больной мозг человека. Л. 1980.
46. Цицерошин М.Н. О статистических свойствах случайного поля биопотенциалов мозга человека // Физиология человека. 1975. Т.1. №1. С.118.
47. Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н. Пространственная упорядоченность функциональной организации целого мозга // Физиология человека. 1987. Т.13. №6. С.892.
48. Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н.Эволюционные аспекты становления интегративной деятельности мозга человека // Росс. Физиол.Ж.. им. Сеченова. 1999. Т.85. №10. С.1187.
49. Prichard W.S., Duke D.W. Segregation of the thalamic alpha rhythm from cortical alpha activity using the Salvit-Green S-statistic and estimated correlation dimension // Int.J.Psychophysiol. 1997. V.26. P. 263.
50. Lutzenberger W. EEG alpha dynamics as viewed from EEG dimension dynamics // Int. J. Psychophysiol. 1997. V.26. P.273.
51. Eysenck H.J. The biological basis of personality. Sprinfield.: Thomas, 1967.
52. Доброхотова Т.А., Брагина Н.Н., Функциональная асимметрия и психопатология очаговых поражений мозга. М.: Медицина, 1977. 359с.
53. Жаворонкова Л.А. Особенности динамики межполушарных отношений ЭЭГ в процессе восстановления нервно-психической деятелдьности // ЖВНД. 1990. Т.40. №2. С.238.
54. Жаворонкова Л.А., Добронравова И.С. Специфика восстановительных процессов мозга у больных с диэнцефальным и полушарным поражением (когерентный анализ ЭЭГ) // ЖВНД. 1993. Т.43. №4. С.748.
55. Болдырева Г.Н., Шарова Е.В., Жаворонкова Л.А., Доброхотова Т.А. Отражение разных уровней регуляции мозговой деятельности человека в спектрально-когерентных параметрах ЭЭГ // ЖВНД. 1992. Т.42. №3. С.439.
56. Жаворонкова Л.А., Гогитидзе Н.В., Холодова Н.Б. Особенности отдалённой реакции мозга человека на воздействие радиации: ЭЭГ и нейропсихологическое исследование // ЖВНД. 1996. Т.46. №4. С.699.
57. Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. М.: МГУ, 1973. 374с.
58. Plotkin, W.B., On the self-regulation on occipital alpha rhythm: central strategies, states of conciousness and the role of physiological feedback // J. Experim. Psychol. 1976. V.105. P.66.
59. Varela F.J., Toro A., John E.R., Schwartz E.l. Perceptual framing and cortical alpha rhythm // Neuropsychol. 1981. V.19. P.675.
60. Москаленко В.И. Экспериментальное исследование тонкой структуры спектра электроэнцефалограммы человека в диапазоне альфа-ритма // Психофизиологические закономерности восприятия и памяти / Под ред. Лебедева А.Н. М.: Наука, 1985. С.120.
61. Фарбер Д.А. Структурно-функциональная организация развивающегося мозга. Л.: Наука, 1990. 198 с.
62. Мачинская Р.И., Дубровинская Н.В. Функциональная организация полушарий мозга у детей 7-8 лет // ЖВНД. 1996. Т.46. №3. С.437.
63. Бондарь А.Т., Федотчев А.И. Ещё раз о тонкой структуре альфа-ритма ЭЭГ человека: два спектральных компонента в состоянии покоя // Физиология человека. 2001. Т.27. №4. С.15.