Диссертация (Исследование механизмов сенсорного дозирования (сенсорный гейтинг) с помощью слуховых вызванных потенциалов мозга человека), страница 9

Показатели силы, приложенной кдинамометру, и целевой уровень необходимой нагрузки выводился на экранмонитора в виде непрерывной линии при помощи программы «Force Feedback»(Forсe Feedback v. 2.0, National Instruments).Перед началом эксперимента производилось измерение максимальнойпроизвольной силы сжатия. Это стандартная процедура, во время которойиспытуемый сжимает ручку динамометра с максимально возможной силой втечение 5 секунд и программа высчитывает средний показатель МПС на данномотрезке времени.

Показатели максимальной силы сжатия измерялись передначалом эксперимента, после работы с нагрузкой 7% МПС и после работы снагрузкой 30% МПС, таким образом, мы получали объективную оценкуутомляемости. Так же оценивалось субъективное ощущение мышечногоутомления перед началом задания и после каждого блока с мышечной нагрузкойпо 10-балльной шкале Борга (Borg, 1998).Эксперимент состоял из 4-х блоков предъявления стимулов, в каждом блокепо 100 пар стимулов.

Звуковые стимулы в каждом блоке были одинаковые, блокиотличались только по физическому заданию.1 блок: «контроль» – пассивная задача прослушивания слуховых стимулов,без физической нагрузки. Испытуемому давалась инструкция спокойно сидеть вкресле и слушать звуки, не совершая никаких движений.49С1 и С2 – звуковые стимулы, снизу расположена схематическая временнаяшкала.Рисунок 1. Схема пробы.502 блок: «7%» – прослушивание слуховых стимулов на фоне статическойнагрузки с целевым уровнем 7% МПС. Испытуемому давалась инструкциястатически сжимать ручку динамометра с целевым уровнем 7% от его МПС напротяжении всего блока эксперимента. В конце блока измерялась МПС исубъективное утомление по шкале Борга.3 блок: «30%» – испытуемому давались инструкции аналогичныеинструкциям к блоку 2, отличие состояло только в уровне нагрузки.Испытуемому было необходимо прослушивать слуховые стимулы на фонестатическойнагрузки с целевым уровнем 30% МПС.

Испытуемому былонеобходимо весь блок эксперимента сжимать ручку динамометра с целевымуровнем 30% от его МПС. В конце блока измерялась МПС и субъективноеутомление по шкале Борга. Так как нагрузка 30% МПС достаточно сильная, тоиспытуемомудаваласьследующаяинструкция:«Есливыпочувствуетенепереносимую боль или начнётся тремор в мышцах правой (рабочей) руки, то выможете немного ослабить силу сжатия, и держать нагрузку, не достигая целевогоуровня. Ваша основная задача – не совершать динамических движений кистьюруки и не пытаться помогать сжимать ручку динамометра левой рукой».4 блок: «восстановление» – пассивная задача прослушивания слуховыхстимулов без физической нагрузки.

Испытуемому давалась инструкция спокойносидеть в кресле и слушать звуки, не совершая никаких движений.Интервалы отдыха между блоками были 2 минуты, 5 минут и 5 минутсоответственно (Рисунок 2).51Рисунок 2. Последовательность предъявления блоков при проведенииэксперимента.52Регистрация электроэнцефалограммы (ЭЭГ) проводилась с использованиемхлорсеребряных электродов, размещённых в положениях: C3, C4, Cz согласномеждународнойсистеме10-20(Jasper,1958),вкачествереферентовиспользовались электроды на мочках ушей, заземляющий электрод размещался налбу.Дляотслеживаниявысокоамплитудныхэлектрическихартефактов,связанных с движениями глаз, регистрировалась электроокулограмма (ЭОГ), припомощи электрода, прикреплённого чуть ниже наружного края левого глаза.Сопротивление каждого электрода не превышало 5 кОм. Сигнал оцифровывался счастотой дискретизации 500 Гц, затем был отфильтрован в полосе 10-100 Гц.

Длярегистрации ЭЭГ использовался 24-канальный цифровой электроэнцефалограф«Мицар» совместно с пакетом программного обеспечения для регистрации иобработки электроэнцефалограммы «WinEEG» (WinEEG v. 2.4, В. А. Пономарев,Институт мозга, РАН). Так же мы обрабатывали данные при помощи программыMATLAB (MATLAB R2013a, The MathWorks, Inc.).Поскольку компонент Р50 является довольно высокочастотным, и для егонаилучшего выявления мы использовали фильтрацию ЭЭГ в полосе пропускания10-100 Гц,данные параметры были выбраны как оптимальные для изучениякомпонента Р50 ВП мозга человека (Rentzsch et al., 2008). Пример ВПприобычной фильтрации (0,32-50 Гц) и после фильтрации ЭЭГ в полосе 10-100 Гцпредставлен на рисунке (Рисунок 3).

Построение ВП и фильтрация ЭЭГпроизводились при помощи программы «WinEEG» (WinEEG v. 2.4, В. А.Пономарев, Институт мозга, РАН) и программы MATLAB (MATLAB R2013a,The MathWorks, Inc.).Значение показаний сенсорного гейтинга рассчитывалось отдельно длякаждого испытуемого. Волна Р50 идентифицировалась как максимальный пик вовременном промежутке 40-80 мс после начала предъявления стимула, амплитудаизмерялась методом «от пика N40 до пика Р50» (Rentzsch et al., 2008; Yee et al.,532001; Nagamoto et al., 1991; Clementz et al., 1997) как показано на рисунке(Рисунок 4). Из значения амплитуды пика Р50 вычиталось значение амплитудыпика N40.

Амплитуда ответа на стимул C1 (АC1) и амплитуда ответа на стимулC2 (АC2) измерялась отдельно, коэффициент СГ подсчитывался путём вычитанияамплитуды АC2 из амплитуды АC1 (АC1-АC2). Нам представилось болеелогичным использовать именно этот способ подсчёта СГ, так как прииспользовании деления амплитуд Р50 (АC2/АC1) в случае испытуемых у которыхР50 в ответ на второй стимул подавлялся полностью, т.е. АC2 = 0, коэффициентСГ становился равен 0, а в блоках с сильной физической нагрузкой амплитуда С2зачастую становилась больше амплитуды С1, что приводило коэффициент СГ кзначениям больше 1.Для изучения влияния утомления на процесс подавления волны Р50 каждыйблок эксперимента разбивался на 2 равные части (по 50 пар стимулов каждая) дляпостроения ВП, которые бы отражали динамику этого процесса, первая подгруппа«начало» – первые 50 стимулов блока и подгруппа«конец» – последние 50стимулов блока.

Для наглядности представления данных, амплитуда всехпотенциалов Р50, измеренная методом «от пика до пика», и показатели СГ будутпредставлены в виде диаграммы.СтатистическаяпрограммызначимостьSTATISTICA8.0результатов(StatSoft,Incпроверялась8.0.360.0).припомощиИспользовалсятрёхфакторный дисперсионный анализ для повторных измерений. Факторы:«электрод» – (отведения ЭЭГ C3, Cz и С4), «утомление» – (контроль, 7%, 30%,восстановление) и «динамика» – (начало/конец)) и Post Hoc Tests (коррекциямножественных сравнений Tukey HSD), уровень значимости p≤0,05. Для анализапиков Р50 в ответ на С1 и С2 использовался четырёхфакторный дисперсионныйанализдляповторныхизмерений.Факторы:«электрод»–(С3,Сz,C4),«утомление» – (нагрузка: контроль, 7%, 30%, восстановление), «состояние» –54(начало, конец) и «стимул» – (С1, С2) и Post Hoc Tests (коррекция множественныхсравнений Tukey HSD), уровень значимости p≤0,05 .Заключительным этапом эксперимента было сравнение изменения разницыамплитуд Р50, полученных в ответ на первый и второй стимул в паре(коэффициент СГ Р50 (С1-С2)) и разницы латентности пиков Р50, полученных вответ на первый и второй стимул в паре.

Поскольку латентность пика Р50 в ответна С2 в большинстве случаев была больше, то из латентности Р50 на С2 вычиталилатентность Р50 на С1 (латС2-латС1). Статистическая значимость результатовпроверялась при помощи программы SPSS 20.0 (IBM SPSS Statistics 20.0). Былприменён корреляционный анализзначимости р< 0,05, n=25.Пирсона(2-х сторонний) суровнем55По оси абсцисс – время (мс), по оси ординат – амплитуда (мкВ). Синяялиния – ВП после фильтрации ЭЭГ в диапазоне 0,32-50 Гц, красная линия – ВПпосле фильтрации ЭЭГ в диапазоне 10-100 Гц. Стрелки показывают насоответствующие компоненты ВП (Р50 и N100).Рисунок 3.

ВП при разных способах фильтрации ЭЭГ.Амплитуда Р50По оси абсцисс – время (мс), по оси ординат – амплитуда (мкВ). Краснымистрелками указаны пики N40 и Р50.Рисунок 4. Метод измерения амплитуды компонента Р50 «от пика до пика».562. Корреляция процессов предшествующих вниманию и времени реакцииЭксперимент №2Задачей эксперимента 2 было проанализировать возможную взаимосвязь СГР50 и НР, и корреляцию времени реакции и процессов, предшествующихвниманию (ППВ). В нашей работе мы использовали в качестве показателей ППВкоэффициент сенсорного гейтинга (подавление компонента Р50 вызванныхпотенциалов мозга человека), амплитуду пиков Р50 С1 и С2, латентность пиковР50 в ответ на С1 и С2, и, амплитуду и латентность негативности рассогласования(НР).

В отличие от работ других авторов, показания НР и СГ Р50 измеряли в 6отведениях ЭЭГ (F3, Fz, F4, C3, Cz, C4), чтобы проанализировать возможнуюасимметрию.В эксперименте приняло участие 16 испытуемых (9 женщин и 7 мужчин)возрастной диапазон испытуемых и мужчин и женщин от 19 до 23 лет (среднийвозраст мужчин 21,8±5,1 года, средний возраст женщин 21,2±3,9 года, среднийвозраст по группе испытуемых 21,5±4,5 года). Все участники исследования, передначалом эксперимента, проходили устное анкетирование, в ходе которого онисообщали, что являются некурящими, правшами с отсутствием психическихзаболеваний, сотрясений мозга, не употребляющими психотропные препараты.Испытуемых просили не употреблять чай и кофе минимум за 2 часа до началаэксперимента.Эксперимент состоял из трёх блоков.Блок№1.Исследованиенегативностирассогласования,пассивнаяпарадигма. Использовалась «oddball» парадигма.

Испытуемому предъявлялисьстимулы двух типов: звуковой тон частотой 1000 Гц (стандарт) и звуковой тончастотой 1200 Гц (девиант). Длительность стимулов – 50 мс (время нарастания /спада интенсивности 5 мс). Интенсивность – 60 дБ над порогом слышимости. Длясоздания и предъявления стимулов использовалась программа «Psytask». Всего вблоке предъявлялось 800 стимулов, 120 из которых, были девианты (15%),57стимулы предъявлялись в случайном порядке.

Схема «oddball» парадигмыпредставлена на рисунке (Рисунок 5). Во время этого блока экспериментаиспытуемому предлагалось читать книгу для отвлечения внимания.Блок №2. Исследование негативности рассогласования, активная парадигма.В этом блоке измерялось только время реакции. Параметры стимуляциианалогичны блоку №1. Испытуемому предъявлялись стимулы двух типов:звуковой тон частотой 1000 Гц (стандарт) и звуковой тон частотой 1200 Гц(девиант). Длительность стимулов – 50 мс (время нарастания / спадаинтенсивности 5 мс).Интенсивность – 60 дБ над порогом слышимости.