ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 2, с. 5-13
УДК 612.822.3
ЭЛЕКТРОМИОГРАММА ПЕРИКРАНИАЛЬНЫХ МЫШЦ В ЧАСТОТНЫХ ДИАПАЗОНАХ БЕТА И ГАММА ПРИ СРАВНЕНИИ ЭМОЦИОНАЛЬНО И КОГНИТИВНО РАЗЛИЧНЫХ СОСТОЯНИЙ
© 2014 г. С. Г. Данько1, Л. В. Грачёва2, Ю. А. Бойцова1, М. Л. Соловьёва1
Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН, Санкт-Петербург Государственная Академия театрального искусства, Санкт-Петербург E-mail: danko40@mail.ru Поступила в редакцию 11.10.2012 г.
Представлены результаты сравнения мощности электромиограммы (ЭМГ) шести перикраниаль-ных мышц в электроэнцефалографических частотных Р1-, в2- и у-диапазонах при выполнении заданий, связанных с индукцией эмоциональных состояний: внешней — посредством предъявления изображений и внутренней — посредством автобиографических воспоминаний. Задания были ориентированы на индукцию состояний разной валентности — положительной, отрицательной и нейтральной. ЭМГ отводилась, регистрировалась и обрабатывалась средствами компьютерной электроэнцефалографии. Регистрировались также самооценки знака и интенсивности испытываемых эмоций. В исследовании приняли участие 2 группы здоровых испытуемых — студентов-актеров (N = 39) и студентов других специальностей (N = 32). Статистически достоверные, воспроизводимые и разнохарактерные различия средней мощности ЭМГ перикраниальных мышц имели место как при сравнении психофизиологических состояний с различной валентностью эмоций, так и при сравнении состояний без выраженных эмоциональных различий, но отличающихся направленностью внимания. Поэтому представляется необходимым для оценки степени контаминации корковых и мышечных компонент в регистрируемых посредством энцефалографических отведений высокочастотных электрических процессах дополнять методику психофизиологических ЭЭГ-иссле-дований регистрацией и статистическим анализом ЭМГ нескольких лицевых мышц.
Ключевые слова: ЭЭГ, ЭМГ, психофизиология.
Б01: 10.7868/80131164614010020
Динамику ЭЭГ в частотном у-диапазоне (выше 30 Гц) неоднократно исследовали в психофизиологических работах и связывали с системообразующими процессами мозга человека, с различными аспектами функционирования памяти, внимания, воображения, речи [1—5].
Вместе с тем, в последние годы появились работы, указывающие на более высокую, чем принято было считать ранее, опасность неконтролируемого влияния электрической активности перикраниаль-ных мышц, к числу которых относятся лобная, височная, жевательная, крыловидная, кивательная, ременная и трапециевидная мышцы, на ЭЭГ, отводимую с поверхности головы. Так, в статьях австралийских ученых [6—8] приведены результаты сравнения электрической активности, регистрируемой посредством общепринятого наложения электроэнцефалографических и электромиографических электродов, у нескольких испытуемых до и после введения миорелаксанта (с переводом на искусственное дыхание). Электрическую актив-
ность регистрировали в состояниях покоя и при выполнении заданий, требующих различной умственной деятельности. Приведенные иллюстрации полученных результатов спектрального анализа указывают на заметное уменьшение средней мощности электрической активности в диапазоне 30—100 Гц после введения миорелаксанта в состояниях покоя и заданной деятельности, в наибольшей степени выраженное в зонах периферических электродов — височных, лобных и затылочных. При этом уменьшения в первом приближении тем больше, чем выше частота спектральных составляющих. Отмечалось также исчезновение имевших место значимых различной между состояниями разной умственной деятельности по показателю средней мощности ЭЭГ в указанном частотном диапазоне после введения миорелаксанта.
В работах [9, 10] была продемонстрирована тесная взаимосвязь во времени микро-саккадических движений глаз, электрической активности глазных мышц и регистрируемой в отведениях от поверхно-
сти головы фазической электрической активности у-диапазона, а в работе [11] сообщается, что при применении регрессионной коррекции артефактов движений глаз практически исчезают проявления фазической у-активности, в том числе в теменных отведениях.
Из этих результатов могут быть сделаны выводы, к которым склоняются и авторы указанных публикаций, о тотальной девальвации ранее полученных посредством наружных ЭЭГ-электродов данных, интерпретировавшихся как непосредственное отражение когнитивной и эмоциональной активности коры мозга в высокочастотных диапазонах ЭЭГ.
Принимая во внимание важность проблемы и существенные различия экспериментальных методик психофизиологических ЭЭГ-исследований, мы сочли целесообразным оценить статистическую значимость и воспроизводимость динамики элек-тромиограммы (ЭМГ), варьируя валентность индуцируемых эмоций и направленность внимания испытуемых с применением методов регистрации и анализа данных, аналогичных применяемым нами в психофизиологических исследованиях [12—14].
МЕТОДИКА
В исследовании принимали участие студенты первых двух курсов актерского отделения Государственной театральной академии (группа актеров (А) — 49 человек, из них 31 мужчина и 18 женщин) и студенты неактерских отделений этой Академии и других нетворческих вузов Санкт-Петербурга (группа неактеров (НА) — 32 человека, из них 12 мужчин и 20 женщин). В ходе исследования испытуемые выполняли задания, связанные с разными способами индукции эмоциональных состояний (внешняя или внутренняя индукция).
Во время заданий на автобиографические воспоминания (внутренняя индукция эмоциональных состояний — Int) испытуемым предлагали вспомнить и мысленно, шаг за шагом, проделать путь:
1) связанный с эмоционально положительными значимыми автобиографическими событиями (IntPos);
2) то же, но с эмоционально отрицательными ассоциациями (Int^g); 3) хорошо известный, стереотипный эмоционально индифферентный путь (IntInd). После выполнения заданий испытуемые пересказывали детали совершенного пути, описывали возникающие ощущения и эмоциональные переживания.
Внешняя индукция эмоциональных состояний осуществлялась при помощи заданий просматривать на экране компьютера эмоционально значимые (с положительной (ExtPos) и отрицательной (ExtNeg) эмоциональной валентностью) и эмоцио-
нально индифферентные (нейтральные) фотографии (соответственно ExtInd) из международной системы фотоизображений — International Affective Picture System [15].
Все задания испытуемые выполняли в состоянии с открытыми глазами, при внутренней индукции взгляд следовало фиксировать на точке монитора компьютера, длительность каждого состояния по 3 мин. Порядок следования заданий у испытуемых был рандомизирован. После выполнения всех заданий испытуемые давали субъективные оценки возникающих во время заданий эмоций по шкале от +3 (максимальная выраженность положительных эмоций) до —3 (максимальная выраженность отрицательных эмоций), где 0 — безразличие (отсутствие эмоциональной окраски состояния).
Регистрацию поверхностной электромиограм-мы осуществляли при помощи пар (межэлектродное расстояние 2 см) электроэнцефалографических электродов, располагаемых на поверхности кожи в левой части головы и шеи (рис. 1) так, чтобы один из электродов помещался над срединой брюшка мышцы (приблизительно над двигательными точками мышц — [16]). Всего регистрировали активность 6 мышц: Epicranius Frontalis (Fr), Corrugator (Cr), Zigomaticus (Zg), Masseter Superficial (Ms), Auric-ularis (Au) и Trapezius (Tr).
Запись ЭМГ осуществляли биполярно аналогично записи ЭЭГ в полосе пропускания 1.5—40 Гц посредством компьютерного электроэнцефалографа "Мицар-ЭЭГ" с частотой дискретизации 500 Гц. Регистрировали также электрокардиограмму — отведение между ладонями левой и правой руки для определения текущей частоты сердечных сокращений; кожно-гальванический потенциал — отведение от ладони и тыльной стороны одной руки как показатель вегетативной активации.
Оценивали значения абсолютной мощности спектральных составляющих ЭМГ, усредненных в следующих диапазонах частот, используемых в электроэнцефалографии: ß1 (13—18 Гц), ß2 (18.5— 30 Гц), у (30—40 Гц). Массивы полученных оценок, усредненных для каждого испытуемого в состоянии выполнения каждого из заданий, подвергались нормализации посредством преобразований Y = = logX. Статистический анализ полученных массивов был направлен на выявление статистически достоверных различий между указанными параметрами ЭМГ в сравниваемых состояниях. Использовали методы дисперсионного анализа (Repeated Measures Analysis of Variance). Достоверность различия соответствующих средних между состояниями определяли по планам посубъектного анализа (within subjects design). Для анализа параметров спектра мощ-
Рис. 1. Схема размещения электромиографических электродов над мышцами головы и шеи, обозначенных светлыми кружками. Ms — m. massetersuperficial; Cr — m. corrugator; Fr — m. epicranius frontalis; Au — m. auricularis; Zg — m. zigomaticus; Tr — m. trapezius. На схеме для ориентировки также показано положение ЭЭГ-электродов, обозначенных темными кружками и накладываемых по международной системе 10—20.
ности ЭЭГ использовали планы D х S х Z, где D -фактор частотного диапазона, S - фактор состояния, Z - фактор мышцы (отведения). При определении достоверности влияния основных факторов и их взаимодействий (main effects) учитывалась поправка Гринхауза-Гайзера (Greenhouse-Geisser correction). Топография значимых различий выявлялась посредством множественных сравнений (post hoc comparisons) с использованием LSD критерия Фишера. Нуль-гипотеза — отсутствие достоверных различий между средними — отклонялась при вероятности ошибки 0.05 и менее.
Статистическая достоверность (значимость) различий субъективных оценок выраженности эмоций оценивалась посредством непараметрического критерия Вилкоксона с поправкой Бонфер-рони на множественность сравнений.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Средние значения субъективных оценок валентности (знак) и выраженности (число) испытываемых эмоций при выполнении испытуемыми заданий приведены в табл. 1, а в табл. 2 — значения вероятности отсутствия различий между оценками эмоций в сравниваемых состояниях.
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.