ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2009, том 59, № 4, с. 389-401
ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (ПСИХИЧЕСКОЙ) ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.821.6
ДИНАМИКА СПЕКТРОВ МОЩНОСТИ ЭЭГ ПРЕДСТИМУЛЬНЫХ ПЕРИОДОВ В ПОЛОСЕ 1-60 Гц НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ КОГНИТИВНОЙ УСТАНОВКИ НА ЛИЦЕВУЮ ЭКСПРЕССИЮ
© 2009 г. В. Н. Думенко, М. К. Козлов, Н. С. Курова, Е. А. Черемушкин
Учреждение Российской академии наук Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН,
Москва, e-mail: vdumenko@yandex.ru Поступила в редакцию 12.03.2008 г.
Принята в печать 09.02.2009 г.
У испытуемых оценивали спектры мощности корковых потенциалов в полосе частот 1—60 Гц в состояниях покоя с открытыми глазами, после прослушивания инструкции, в предстимульные периоды на стадиях формирования и тестирования когнитивной установки на лицевую экспрессию. Сравнительная оценка спектров мощности в пяти частотных диапазонах (2—7, 8—13, 14—20, 21—40 и 41—60 Гц) показала у большинства испытуемых достоверное снижение мощности потенциалов в полосе частот 1—20 Гц и параллельный ее рост в полосе 21—60 Гц во всех состояниях по сравнению с состоянием покоя. Межрегионарные различия мощности были наибольшими в диапазонах 2—7 и 41—60 Гц и наименьшими в диапазоне 14—20 Гц. По показателю динамики мощности в сравниваемых состояниях только на стадии тестирования выявились достоверные межгрупповые различия. Так, у испытуемых с пластичной формой установки в большем числе случаев мощность в диапазоне гамма-частот было выше по сравнению с испытуемыми с ригидной формой.
Ключевые слова: когнитивная установка, лицевая экспрессия, ЭЭГ, полоса 1-60Гц, спектры мощности, предстимульные периоды, стадии формирования и тестирования установки.
Dynamics of the EEG Spectral Power in the Frequency Band of 1-60 Hz in Prestimulus Periods at Different Stages of the Cognitive Set to Facial Expression
V. N. Dumenko, M. K. Kozlov, N. S. Kurova, E. A. Cheremushkin
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: vdumenko@yandex.ru
Power spectra of cortical potentials in the frequency band of 1—60 Hz were estimated in 29 healthy subjects in the states of rest with the open eyes, after listening to instruction, and in prestimulus periods at the stages of forming and testing of the visual cognitive set to facial expression. Comparative assessment of the power spectra in five frequency bands 2—7, 8—13, 14—20, 21—40 and 41—60 Hz revealed a significant decrease in the power for the frequencies of 1—20 Hz and its parallel increase in the band of 21 — 60 Hz in all the states under study as compared to the state of rest. At all the set stages, interregional differences in the EEG power were the highest in the bands of 1—20 and 41—60 Hz and the lowest in the band of 14—20 Hz. Significant differences between the "plastic" and "rigid" groups in the power dynamics were observed only at the set-testing stage. Thus, in subjects with the plastic set, the power of the gamma-frequency band was more frequently higher than in subjects with the rigid set.
Key words: cognitive set, facial expression, EEG, frequency band 1-60 Hz, power spectra, prestimulus periods, stages of set formation and testing.
Исследования последних 10—15 лет свидетельствуют о высокой функциональной значимости маломощных гамма-частот в полосе
30—80 Гц на ЭЭГ при изучении различных аспектов когнитивной деятельности человека [1, 3, 4, 8, 10, 11, 13—23]. Ряд исследователей в
качестве индикатора внутренних состояний использовали динамику так называемого низкого гамма-ритма (в пределах 30 Гц), сопрягающегося с бетаЗ [1, 15, 20 и др.]. Так, при различении испытуемыми физически сходных стимулов (слова и псевдослова) было показано значимое усиление мощности частот в пределах 30 Гц в ответ на слова по сравнению с псевдословами, тогда как в альфа-диапазоне таких различий не наблюдали [20]. Существенный рост мощности гамма-частот в полосе 30—50 Гц наблюдали при предъявлении слайдов различного эмоционального содержания, однако этот эффект отсутствовал в полосе частот альфа-бета [19]. В процессе восприятия сенсорных стимулов (предъявление в поле зрения согласованно двигающихся полосок) на ЭЭГ зрительной области человека появлялись регулярные колебания в пределах 40 Гц [16, 18]. На модели одд-болл у испытуемых при сопоставлении параметров вызванных потенциалов и мощности гамма-частот на поздних стадиях ответов (Р300) наблюдали рост мощности гамма-частот только на значимые стимулы. На более ранних стадиях ответов проявлялась зависимость от физических параметров стимула вне связи с его значимостью [17 и др.]. Отмечают также усиление гамма-частот на ЭЭГ человека при увеличении нагрузки на рабочую память [13]. Недавно показана возможность относительно широкого распространения по коре более высокочастотного гамма-ритма (до 100 Гц) при решении различных когнитивных заданий. Некоторые из них (запоминание, счет и др.) вызывали пятикратное увеличение мощности гамма-волн по сравнению с контрольным уровнем [10]. В условиях эпикортикальных отведений во время нейрохирургических операций у больных эпилепсией наблюдали значимые различия мощности высокого гамма-ритма (80—120 Гц) при выполнении, с одной стороны, лексических заданий (слова и псевдослова) и с другой — отбора невербальных объектов (животные и инструменты) [23]. Интересны опубликованные недавно предварительные материалы о том, что высокий гамма-ритм может служить количественной мерой способностей к когнитивной деятельности человека [21]. В связи с этим понятен интерес к исследованию роли гамма-частот ЭЭГ в процессах опознания человеком эмоционального выражения лица другого человека [3, 4, 14 и др.].
В опознании эмоциональной лицевой экспрессии важная роль принадлежит предыдущему опыту. Так, многократное восприятие лица с эмоционально негативным выражением приводит к образованию когнитивной установки. По поведенческим проявлениям этого феномена были выделены пластичная и ригидная формы установки [5, 6]. Судя по последним данным, на стадии формирования установки в префронтальных отделах коры больших полушарий образуется временная межнейронная система, которая служит источником нисходящего контроля процесса восприятия, облегчает процесс восприятия и способствует принятию правильного решения в условиях, когда внешний стимул соответствует сложившимся представлениям [5, 6, 12]. При изменении характера стимуляции происходит рассогласование между сложившимся представлением и реально предъявляемым стимулом, что служит источником ошибок восприятия на стадии тестирования при выраженной актуализации установки [5, 6].
Анализ функции когерентности потенциалов в низкочастотных диапазонах альфа и те-та позволил высказать предположения о характере работы фронто-таламической и кор-тико-гиппокампальной систем интеграции мозговой активности при восприятии лицевой экспрессии в процессе формирования и угашения неосознаваемой когнитивной установки [6]. Однако сопровождающие формирование и угашение установки электрофизиологические явления, протекающие в более высокочастотных диапазонах, оставались неизученными. На основании данных литературы [10, 11, 13—23] можно полагать, что исследование низкоамплитудных корковых потенциалов в гамма-диапазоне позволит получить дополнительные данные о нервных механизмах изучаемого поведенческого явления. Поэтому в качестве одного из показателей активации корковых структур была выбрана мощность потенциалов в полосе частот 1-60 Гц.
В ранее проведенном исследовании были рассчитаны спектры мощности в полосе 1-60 Гц в предстимульные периоды на стадии формирования установки [3]. Особое внимание при анализе было уделено собственно гамма-полосе 41-60 Гц [3]. Была выявлена разная меж-полушарная динамика мощности гамма-частот у испытуемых в зависимости от актуализации установки (пластичная или ригидная форма). В настоящем исследовании мы про-
вели сравнительную оценку мощности ЭЭГ в пяти частотных диапазонах, на которые разделили полосу 1-60 Гц (при разрешении 1 Гц): 2-7 (дельта + тета), 8-13 (альфа), 14-20 (бета1, 2), 21-40 (бета3 + так называемый низкий гамма) и 41-60 Гц (так называемый высокий гамма). В нашу задачу входила оценка мощности ЭЭГ в пяти указанных диапазонах по каждому испытуемому в следующих состояниях: 1) покоя с открытыми глазами (ОГ); 2) после прослушивания инструкции (И); 3) предстимульного периода на стадии формирования установки (Ф); 4) предсти-мульного периода на стадии тестирования (Т) установки. На основании полученных результатов при сопоставлении этих состояний по параметру мощности корковых потенциалов предполагали выделить некоторые электрографические корреляты, характерные для испытуемых с пластичной и ригидной формами установки на лицевую экспрессию.
МЕТОДИКА
Испытуемые. Исследовали 34 человека (19 женщин и 15 мужчин) в возрасте 25.1 ± 1.3 лет. Из них у 29 испытуемых в наших условиях отведения на ЭЭГ наблюдали выраженную гамма-активность, что и послужило причиной дальнейшего исследования их ЭЭГ. Из этих 29 испытуемых у 2 человек не удалось получить безартефактные записи ЭЭГ на начальных стадиях эксперимента, в связи с чем для анализа состояний покоя с открытыми глазами и после прослушивания инструкции нами были использованы массивы данных ЭЭГ 27 испытуемых.
Процедура эксперимента. После регистрации фоновой ЭЭГ с открытыми глазами испытуемый прослушивал инструкцию, согласно которой он должен был определить, какое из двух предъявляемых одновременно (в одном кадре) изображений человеческого лица более неприятно (или они одинаковы). Перед тем, как громко ответить одним словом ("левое", "правое", "одинаковые"), испытуемый должен был дождаться "пробного стимула" и как можно быстрее нажать на кнопку, вмонтированную в правый подлокотник кресла. Подача стимулов начиналась после слов экспериментатора "Внимание, начинаем".
Стимулы. На мониторе, расположенном на расстоянии 70 см от глаз испытуемого, одновременно появлялись изображения лица одного и того же человека: слева - с "серди-
тым" выражением, справа — с "нейтральным"
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.