Визуализация (1113528), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

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.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
При просмотре записей с "бегущей волной", визуализированной описанным способом, прежде всего обращает на себя внимание чрезвычайная переменчивость и разнообразие сменяющихся на экране векторных структур. Это выглядит как мерцающие переливы, напоминающие мерцание пламени. Наиболее близкая визуальная аналогия для отдельного вектора - пламя свечи, колеблемое ветром. При смене чистого альфа-ритма на полиритмию и при десинхронизации ЭЭГ "ветер" начинает дуть сильнее и "пламя" мечется быстрее и резче.
Совершенно очевидно, что наблюдаемые векторные структуры являются упорядоченными, т.е. отдельные векторы направлены не хаотично, а согласованно. Это однако не означает, что все они направлены в одну сторону (хотя часто бывает и такое), а образуют более сложные, но всегда целостные, внутренне логичные картины (см. примеры на рис. 2). То же самое относится и к длине векторов - длинные и короткие расположены не вперемешку, а распределены по некоторой закономерности и при этом удлиняются и укорачиваются синхронно. Продолжая аналогию со свечами, можно сказать, что несколько свечей отдувает переменчивым сквозняком из стороны в сторону (или, скажем, раздувает в виде веера - рис.2А), причём степень согласованности и длина язычков пламени зависит от силы порывов ветра.
Визуально более упорядоченные картины получаются при больших временных сдвигах процессов под соседними электродами, т.е. при более медленном "распространении" ЭЭГ-волны. Векторные структуры, соответствующие коротким сдвигам, выглядят более хаотичными. Это связано с точностью измерения - длинные интервалы измеряются более дробно и соответствующий вектор можно точнее проложить на экране. При малых сдвигах степень неопределённости в их измерении и в направлении векторов резко возрастает. Сравните: "5 отсчётов плюс-минус 3" - семь градаций против "1 отсчёт плюс-минус 1" - три градации. В последнем случае разница в вычисленных направлениях может достигать в последовательных эпохах 90 градусов (было "1 и 0", стало "0 и 1" по двум катетам). Повышение точности описания возможно только за счёт увеличения частоты дискретизации ЭЭГ.
В настоящем исследовании описанная неточность приводила к тому, что часть векторов, вычисленных по очень малым сдвигам (один из них измерен как 0), ошибочно пролагались на экране параллельно координатным осям и попадали не в свой статистический класс (см. рис.1,В). За счёт этого относительная доля векторов, параллельных осям (направления №1,3,5,7 на рис.1,В) оказывалась непропорционально большой в ущерб диагональным направлениям №2,4,6,8. Для минимизации данного артефакта при подсчёте статистики использовалась пороговая длина вектора, т.е. векторы, вычисленные по двум слишком малым сдвигам, автоматически исключались из анализа - причём не только типа "0, 1" или "1, 0"…, но и для равновесия "1, 1", "1, -1" …
Следует ещё раз отметить, что описываемая динамика очень разнообразна, т.е. число наблюдаемых вариантов "поведения" векторных структур и степень их многообразия гораздо выше, чем можно было себе представить по литературным данным [1-4, 6, 19, 23-28 и др.]. Подчас наблюдаемая картина лишь с трудом поддаётся формальному словесному описанию. Каждую секунду возникает другой узор, и в то же время в общем характере переливов чувствуется нечто одинаковое, отличающее именно этого испытуемого или данное состояние. На формальное выделение таких инвариантов и был направлен последующий анализ - как визуальный, так и статистический.
Прежде всего, практически у каждого испытуемого в исследованном состоянии (покой, глаза закрыты) обнаружилось предпочтительное направление "бегущей волны" ЭЭГ- в этом направлении большинство векторов выстраивались наиболее часто и были так расположены наибольший процент времени. В аналогии с пламенем свечей - это направление, куда чаще дует сквозняк. Предпочтительное направление было выражено не в равной степени - у одних испытуемых оно едва чувствовалось (испытуемые №17,18 на рис.3), у других резко преобладало, т.е. векторы почти всегда были направлены в эту сторону (испытуемые №6, 11 на рис.3). Визуально определяемая средняя длина векторов тоже варьировала от человека к человеку, т.е. для одних было характерно более медленное распространение ЭЭГ-волны, для других - более быстрое. Однако если по предпочтительному направлению и по его выраженности различия между испытуемыми были отчётливы и даже резки, то по скорости волны лишь единицы заметно уклонялись в ту или другую сторону от среднего по группе.
Если говорить о конкретных испытуемых и конкретных направлениях, то из визуальных наблюдений очевидно, что для одних испытуемых более характерно и чаще наблюдается "распространение" ЭЭГ волны в поперечном направлении (слева направо или справа налево - как на рис.2,В), для других - в продольном направлении (вперёд или назад - как на рис.2,А,Б). При этом выделяются несколько групп испытуемых (рис.3, I-III).
Напомним, что для объективного контроля определяемых визуально закономерностей велась статистика векторов по выделенным направлениям - доля векторов каждого направления (рис.,В) в процентах от общего числа векторов (эпох анализа), как описано в "Методике". Эти статистические данные по каждому человеку накапливались как для отдельных треугольных сегментов электродного поля, так и общие - т.е. для всего квадратного поля в целом. Общие статистические данные приведены в таблице. По данным таблице строились лепестковые диаграммы, приведённые на рис.3. Следует подчеркнуть, что в основе приводимой ниже классификации лежит объективный критерий - вычисленный процент встречаемости того или иного направления векторов; до некоторой степени субъективны границы между группами испытуемых.
Вначале были исключены 2 испытуемых с почти симметричными диаграммами, т.е. с наименее выраженным предпочитаемым направлением "перелива ЭЭГ" (по терминологии М.Н.Ливанова) (рис.3, III). Оставшиеся 16 человек разделились на две группы по частоте встречаемости поперечных направлений (направления 1 и 5 на рис.1,В). Отметим, что образовавшиеся по этому формальному признаку две равные группы с преобладанием продольного или поперечного переливов (рис.3, I, II) отличаются довольно резко, промежуточные варианты редки - см. столбец (1+5) в таблице.

Рис.3.Индивидуальная статистика векторных структур - лепестковые диаграммы долей векторов каждого из 8-и направлений в процентах от общего числа эпох анализа (направления - см. также рис.1,В). В скобках после номера испытуемого приведён показатель экстраверсии.

1 - преобладание диагонального перелива ЭЭГ;
2 - преобладание поперечного перелива;
3 - испытуемые с симметричными структурами;
А - преобладание векторов в верхней полуплоскости условного поля направлений;
Б - преобладание векторов в нижней полуплоскости условного поля направлений.

Каждая из этих двух групп в свою очередь делится на две подгруппы - А и Б на рис.3. В подгруппах А векторы очень редко направлены назад, - чаще вперёд или ещё как-то иначе, т.е. волна в пределах исследуемого квадратного окна распространяется преимущественно от затылка к темени. В подгруппе Б наблюдается обратное соотношение в пользу направления от темени к затылку. Подчеркнём, что деление на указанные подгруппы выполняется и для лиц с преобладанием собственно не продольного, а поперечного перелива (рис.3, II), хотя и не так отчётливо.
Интересно, что в пределах электродного поля имеют место свои локальные особенности, которые легко объясняются, если вспомнить, что голова - сфера, а не плоскость. В случае распространения от затылка вперёд волна набегает снизу вверх на затылок (концы векторов направлены друг к другу - см. рис.2,Б) и далее распространяется в сторону темени, смещаясь при этом по диагонали справа налево; фронт волны слегка разворачивается в сторону левого полушария. Последнее обстоятельство представляется нам очень важным. В случае обратного распространения назад к затылку волна сбегает с темени вниз и в стороны (концы векторов направлены веером - рис.2,А), при этом она смещается по диагонали слева направо; фронт волны развёрнут в сторону правого полушария. Таким образом, описываемое продольное распространение волны ЭЭГ является на самом деле не вполне продольным, а диагональным - от левых передних электродов к правым задним, либо в обратную сторону.
Лепестковые диаграммы с очевидностью подтверждают сказанное: если преобладают векторы в верхней полуплоскости, то преимущество у направления 6 (рис.1,В), т.е. диаграммы "скошены" влево - подгруппы А как в группе I, так и в группе II на рис.3 (без единого исключения). И наоборот - если преобладают векторы в нижней полуплоскости, то преимущество у направления 2 (рис.1,В), т.е. диаграммы "скошены" вправо - см. подгруппы Б на рис.3 (6 случаев из 8). Данная диагональ от передних левых областей к правым задним, видимо, является проявлением межполушарной асимметрии ("когнитивная ось" по терминологии Н.Е. Свидерской) и соответствует многочисленным литературным данным, [29-31] - см. "Обсуждение результатов".
Интересно, что для поперечного перелива, в отличие от диагонального, не характерно преобладание только какого-либо одного направления из двух возможных вариантов - например, слева направо. Как правило, наблюдается периодическое чередование обоих направлений векторов с примерным паритетом того и другого (см. рис.3,II).
При сопоставлении предпочтительного направления "бегущей волны" ЭЭГ у данного человека с результатами его психологического тестирования в ряду испытуемых обнаружилась значимая корреляция с уровнем экстраверсии, измеренным при помощи теста Айзенка. В пределах исследованного квадратного поля для экстравертов более характерно распространение волны от задних областей к передним, а для интровертов - от передних областей к задним - преимущественно вдоль выделенной диагонали. Математически это выразилось в отрицательных корреляциях между экстраверсией и долей векторов направлений 3 и 2 (рис.1,В), которые в свою очередь тесно коррелируют между собой. Это означает, что у интравертов этих векторов значимо больше, чем у экстравертов, т.е. экстраверсия сильнее влияет на нижнюю полуплоскость поля направлений. Эта зависимость лучше всего выражена для собственно продольного направления 3, а для направления 2 - в меньшей степени, хотя именно оно является основным для диагонального перелива (наряду с направлением 6). Коэффициент ранговой корреляции с экстраверсией для направления 3 составил -0.69, p<0.01, для напр.2 -0.44, для 2 и 3 вместе -0.56, p<0.05; между направлениями 2 и 3 корреляция 0.73, p<0.01. Описанная корреляция направления "бегущей волны" с экстраверсией получена по всей группе из 18 испытуемых, включая лиц с преобладанием не диагонального, а поперечного перелива и с симметричными структурами.
Таким образом, эта зависимость не жёсткая, т.е. статистически значимо проявляется на большой группе людей. Ближайшая аналогия для пояснения - рост мужчин и женщин: мужчины в среднем выше женщин, но не обязательно каждый мужчина выше каждой женщины. На рис.3 испытуемые в подгруппах А и Б приведены в порядке возрастания экстраверсии (приведена в скобках после номера испытуемого). Обратите внимание, что относительно более экстравертированный испытуемый оказался всегда расположенным над менее экстравертированным, т.е. экстраверты тяготеют к подгруппам А, и интроверты - к подгруппам Б.
Для каждого испытуемого есть возможность статистически оценить значимость описанных "перекосов" в пользу какого-либо из направлений, показанных лепестковыми диаграммами на рис.3 и в таблице. Математическое ожидание доли векторов каждого класса - 12.5% (имеется 8 в принципе равноправных направлений). Отличие реально вычисленной доли от ожидаемой можно оценить при помощи t-критерия для сравнения выборочных долей вариант (используется вспомогательное преобразование Фишера "фи" и критерий u - см. [32 - стр.216]). В качестве объёма выборки здесь выступает число эпох анализа. Удлиняя время регистрации ЭЭГ, можно увеличивать объём такой выборки неограниченно. Поскольку обсуждаемая асимметрия векторных структур, показанная на рис.3, весьма устойчива во времени, то в принципе почти любое отклонение от 12.5% формально становится при этом сколь угодно высоко значимым. Конкретно - для отклонений в 3-5% от ожидаемых 12.5% вполне достаточно 30 секунд записи для достижения "промильного" уровня статистической значимости.
Ввиду того, что описанный метод, конечно, небесспорен, мы применили и другой подход - при котором в качестве независимых измерений выступают отдельные испытуемые - индивидуальные данные приведены в таблице. Анализ этих данных при помощи t-критерия и ранговой корреляции, на наш взгляд, подтверждает описанные выше визуальные закономерности. В среднем по группе испытуемых доля векторов указанной диагональной ориентации от левых передних областей к правым задним (одна из 4-х статистически равноправных осей) значимо превышает 25% (p=0.006), а векторы поперечной и той же диагональной ориентации (две из 4-х осей) вместе значимо превышают 50% в общем числе эпох анализа (p=0.00006) - см. столбцы (2+6) и (1+5) в таблице.

Таблица. Индивидуальная статистика векторов "бегущей волны" ЭЭГ по выделенным 8 направлениям (направления - см. рис.1,В). По каждому из испытуемых данные объединены для всего электродного поля.

Примечание. Коэффициенты ранговой корреляции: между столбцами 2 и 6 -0.73 (p<0.01); между столбцами 1 и 5 +0.66 (p<0.01); между столбцами (2+6) и (1+5) -0.82 (p<0.01).

Характеристики

Список файлов учебной работы