ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2010, том 60, № 4, с. 409-418
ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (ПСИХИЧЕСКОЙ) ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.821.6
АНАЛИЗ ВЫЗВАННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА С ПОМОЩЬЮ ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ УСТАНОВКИ НА ЭМОЦИОНАЛЬНОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ЛИЦА
© 2010 г. И. А. Яковенко, Е. А. Черемушкин, М. К. Козлов
Учреждение Российской академии наук Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН,
Москва, e-mail: ivnd@mail.ru Поступила в редакцию 10.05.2009 г. Принята в печать 26.10.2009 г.
У 35 здоровых взрослых испытуемых формировали установку на эмоционально-негативную лицевую экспрессию. На основе коэффициента вейвлет-преобразования были изучены ритмические компоненты вызванной ЭЭГ-активности в альфа- и тета-диапазонах на разных стадиях установки. На основании индивидуальных различий в восприятии лицевой экспрессии при воздействии установки испытуемые были разделены на две группы: с быстрым (пластичная установка) и длительным (ригидная) угасанием ее эффекта. На стадии формирования установки у испытуемых с ригидной формой отмечались более высокие значения максимумов коэффициента в альфа-ритме, чем у испытуемых c пластичной установкой. В ЭЭГ-реакциях испытуемых c пластичной установкой наблюдались более высокие значения среднего уровня коэффициента тета-ритма по сравнению с испытуемыми с ригидной установкой. Группы испытуемых характеризовались различными уровнями максимумов и среднего уровня коэффициента вейвлет-преобразования в зависимости от стадии эксперимента. Выдвинуто предположение, что установка на эмоциональное выражение лица сопровождается различным соотношением корково-подкорковых взаимодействий как у разных групп испытуемых, так и на разных стадиях эксперимента.
Ключевые слова: опознание лицевой экспрессии, когнитивная установка, вейвлет-преобразование, ЭЭГ, альфа-ритм, тета-ритм.
Wavelet Transformation of Event-Related Cortical Activity during Formation
of Visual Set to Emotional Face Image
I. A. Yakovenko, E. A. Cheremoushkin, M. K. Kozlov
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: ivnd@mail.ru
A cognitive set to emotional facial expression was formed in 35 young adults. Rhythmical components of the event-related activity within short time intervals were revealed using wavelet functions. Maximum and mean levels of wavelet coefficient (WLC) were analyzed in the alpha-and theta-bands. In subjects with the rigid cognitive set, the WLC maxima in the alpha-band were higher than that in subjects with the plastic set. The mean level of the theta-oscillations in subjects without set manifestations (plastic set) was higher than in subjects who displayed erroneous responses (rigid set). At different stages of the experiment, different values of the maximum and mean levels were observed in the studied frequency bands. We think that set formation (and extinction) is associated in different groups of subjects with different cortico-subcortical relations at different stages of the set.
Key words: facial expression perception and recognition, top-down influences, cognitive set, wavelet transform, EEG, alpha-band, theta-band.
Опознание лицевой экспрессии другого человека играет большую роль в социальном поведении. При этом наличие соответствующих поведенческих проявлений при восприятии "сердитого" выражения лица показывает, что прошлый опыт, закрепленный, в частности, в форме когнитивной установки, играет важную роль в процессах опознания эмоционального содержания лицевой экспрессии [1]. Ранее в экспериментах с формированием зрительной установки на "сердитое" выражение лица анализировалась предстимульная (фоновая) электрическая активность мозга, отражающая состояние, на котором действуют установочные стимулы. Показано, что предстимульная электрическая активность изменяется на разных стадиях установки (формирования, актуализации и угашения). Необходимость изучения предстимульной корковой электрической активности обоснована тем, что физиологическую основу установки составляет усиление тонической активности в структурах лобной коры. При этом выявлено, что высокий уровень когерентности потенциалов между разными корковыми участками свидетельствует о наличии условий, облегчающих распространение возбуждения между отдельными "узлами" структурно-функциональной системы опознания и оценки лицевой экспрессии [2]. Однако анализ фоновой электрической активности не дает возможности изучать особенности изменений корковых потенциалов, развивающихся непосредственно после действия установочных стимулов на разных стадиях установки. Между тем изучение пространственно-временных параметров вызванной активности на эти зрительные стимулы позволит судить об особенностях динамики восприятия лицевой экспрессии, обусловленных формированием и актуализацией когнитивной установки на негативное выражение лица. Исследования вызванных реакций синхронизации/десин-хронизации ЭЭГ тета- и альфа-диапазона при выработке и действии установки на лицевую экспрессию показали, что у испытуемых с пластичной установкой величина вызванной реакции синхронизации тета-активно-сти выше, а латентный период короче, чем у испытуемых с ригидной формой установки [3]. Наряду с этим вызванная реакция низкочастотного альфа-ритма у испытуемых с пластичной установкой выражается в синхрони-
зации, а у испытуемых с ригидной — десин-хронизации [3].
Применение вейвлет-преобразования ЭЭГ-сигнала [8—10, 12] при анализе вызванных ответов [4, 11] создает возможность получать числовые характеристики перестроек электрической активности в постстимульном периоде. В настоящей работе за основу были приняты показатели среднего амплитудного уровня и максимального значения вызванной активности. Переход к вейвлет-анализу обусловлен тем, что по сравнению с анализом по Фурье, который дает только суммарные частотные характеристики по всему анализируемому отрезку ЭЭГ, он позволяет определить не только частоту отдельных компонентов вызванной активности (пиков), но и разделить их во времени и охарактеризовать их временные параметры. В задачу настоящей работы входило изучение различий ампли-тудно-временнъгх параметров волнового состава вызванной электрической активности мозга человека у испытуемых с разными видами установки.
МЕТОДИКА
Испытуемые. Исследовали 35 здоровых человек (20 женщин и 15 мужчин) в возрасте 25.1 ± 1.3 года (студенты, аспиранты и научные сотрудники). Ранее они не участвовали в экспериментах с установкой. Все испытуемые дали добровольное письменное согласие на участие в эксперименте.
Стимулы. В центре монитора SVGA ("Сам-сунг", Корея), находившегося на расстоянии 70 см от глаз испытуемого, на темно-сером фоне одновременно предъявляли два кадра с изображением лица одного и того же человека, взятые из атласа [5]. Размер каждого кадра был 60 х 45 мм. На стадии формирования установки слева предъявляли лицо с "сердитым" выражением, справа — то же лицо с нейтральным (спокойным) выражением. Расстояние от центра экрана до внутреннего края каждого изображения — 4 мм. Время экспозиции — 350 мс. Меньшее время экспозиции не позволяло испытуемым распознавать эмоциональную экспрессию одновременно предъявляемых двух лиц. После паузы 1 с в центре того же экрана появлялся пробный стимул — зеленое световое пятно диаметром 3 мм с длительностью свечения 2 с. Паузы между комплексами стимулов равнялись 4—7 с, они менялись в случайном порядке. На стадии
тестирования установки, которая начиналась непосредственно после стадии формирования, одновременно предъявляли два кадра с нейтральным выражением того же лица с теми же параметрами стимуляции, что и на предыдущей стадии опыта.
Процедура исследования. Испытуемый находился перед монитором компьютера в кресле в затемненной звукозаглушающей экранированной камере, которая имела связь (микрофон — динамик) с помещением, в котором находился экспериментатор. Испытуемый получал инструкцию: "Сидите спокойно. Положите палец правой руки на кнопку. Смотрите на экран, будьте внимательны. На экране появятся изображения двух лиц, одно рядом с другим. Изображения исчезнут. Затем на экране появится световая точка. В ответ Вы должны как можно быстрее нажать на кнопку и после этого сообщить, одинаково ли выражение обоих лиц или же одно из них, по Вашему впечатлению, более неприятно. При этом используйте слова "одинаковые", если выражения лиц одинаковы, "слева", если более неприятно лицо слева, и "справа", если более неприятно лицо справа".
На стадии формирования установки 15 раз последовательно предъявляли изображения лиц с разной эмоциональной экспрессией: слева — "сердитое" лицо, справа — "нейтральное". На стадии тестирования установки во всех 30 пробах слева и справа предъявляли то же лицо с нейтральным выражением. Ответы испытуемых заносились в протокол, согласно которому были сформированы две группы: с наличием иллюзий (т.е. с актуализацией установки) и без них (т.е. без актуализации).
Аппаратура, регистрация и анализ данных. Отведение, усиление и фильтрация ЭЭГ осуществлялись с помощью системы Neocortex-Pro ("Neurobotics", Россия), которая была установлена на компьютере IBM ("Pentium 4"). Частота дискретизации — 1000 Гц, полоса пропускания частот — 0.5—30 Гц. ЭЭГ регистрировалась с помощью хлорсеребряных электродов ("Micromed", Венгрия) с сопротивлением не более 5 кОм. Подачи стимулов осуществлялись с помощью второго компьютера IBM на базе процессора "Pentium 3".
Электрическую активность мозга регистрировали от 20 точек черепа (F3, F4, F7, F8, Fz, FT7, FT8, FC3, FC4, C3, C4, Cz, T3, T4, P3, P4, T5, T6, O1, O2) в соответствии с междуна-
родной схемой 10—20%. Отведение ЭЭГ было монополярным, в качестве референтного использовали объединенный ушной электрод. Электрод заземления устанавливали на черепе между отведениями Fz и Cz. ЭЭГ регистрировали при формировании установки и ее тестировании. Анализировали отрезки ЭЭГ (по 800 мс) после предъявления стимула. Для анализа ЭЭГ использовали вейвлет-преобра-зование и вычисляли средние значени
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.