ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2008, том 58, № 1, с. 5-11
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ =
УДК 612.821.6
ГАММА-ЧАСТОТЫ ЭЭГ В ПРЕДСТИМУЛЬНЫЕ ПЕРИОДЫ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ КОГНИТИВНОЙ УСТАНОВКИ НА ЛИЦЕВУЮ ЭКСПРЕССИЮ
© 2008 г. В. Н. Думенко, М. К. Козлов, Н. С. Курова, Е. А. Черемушкин
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва,
e-mail: vdumenko@yandex.ru Поступила в редакцию 28.06.2007 г. Принята в печать 10.09.2007 г.
На здоровых взрослых испытуемых исследовали спектры мощности фоновых (предстимуль-ные периоды) ЭЭГ разных областей коры в полосе 1-60 Гц на стадии формирования когнитивной установки на лицевую экспрессию. Индивидуальное многообразие спектров мощности фоновых ЭЭГ, особенно в гамма-диапазоне 41-60 Гц, исключает процесс усреднения спектров разных испытуемых. Впервые показано, что в предстимульные периоды частоты ЭЭГ 41-60 Гц оказались более информативными, чем частоты 1-20 и 21-40 Гц. Обнаружено доминирование высокого уровня мощности гамма-частот в лобных областях правого полушария в группах испытуемых с пластичной установкой; в группе испытуемых с ригидной установкой значимое доминирование мощности гамма-частот отмечалось в задневисочных и затылочных областях левого полушария.
Ключевые слова: когнитивная установка, лицевая экспрессия, ЭЭГ, полоса 1-60 Гц, спектры мощности, гамма-диапазон, межполушарные отношения.
Prestimulus EEG Gamma Frequencies during Formation of a 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
Prestimulus EEG power spectra from different cortical areas in frequency band 1-60 Hz were studied at a stage of formation of the cognitive set to facial expression. Diversity of individual power spectra of baseline EEGs, especially in gamma frequency band 41-60 Hz makes averaging individual spectra impossible. The authors pioneered in finding that, in prestimulus periods, EEG frequencies 41-60 Hz were of higher information value than frequencies 1-20 and 21-40 Hz. The highest power of the gamma frequencies was revealed in the frontal areas of the right hemisphere in subjects with a plastic set. In the group with a rigid set, gamma frequencies of high power prevailed in the posterotemporal and occipital areas of the left hemisphere.
Key words: cognitive set, facial expression, EEG, band 1-60 Hz, power spectra, gamma frequencies, in-terhemispheric relations.
При исследовании спектров мощности ЭЭГ испытуемых в процессе формирования, актуализации и угашения невербальной зрительной установки были обнаружены различия в динамике ЭЭГ у испытуемых с устойчивой (ригидной) и неустойчивой (пластичной) установкой [3-5, 8]. При расчете спектров мощности в полосе 1-20 Гц оказалось, что в спектрах первой
группы испытуемых мощность частот альфа1 (8-10 Гц) была значительно больше в заты-лочно-височных отведениях, а дельта-частот -в лобных областях. В приведенных работах не анализировалась динамика более высокочастотных составляющих ЭЭГ, которые, как показано в недавних исследованиях, имеют важное функциональное значение в процессе фор-
мирования ряда внутренних состояний человека и животных [1, 2, 7, 9-13].
В нашу задачу входили расчет и оценка мощ-ностных характеристик ЭЭГ различных областей коры обоих полушарий в полосе 1-60 Гц при формировании, актуализации и угашении установки на лицевую экспрессию. В настоящем сообщении представлены результаты анализа мощности фоновых ЭЭГ (предсти-мульные периоды) на стадии формирования установки. Впервые внимание будет уделено гамма-полосе 41-60 Гц. Усиление мощности гамма-волн в пределах 40 Гц на ЭЭГ человека наблюдали в процессе восприятия сенсорных стимулов, их интеграции и опознания значимых сигналов [10-13], а также при увеличении нагрузки на рабочую память [9].
МЕТОДИКА
Исследованы 34 человека (19 женщин и 15 мужчин) в возрасте 25.1 ± 1.3 лет. После предъявления инструкции о предстоящей деятельности на мониторе, расположенном на расстоянии 70 см от глаз испытуемого, одновременно (в одном кадре) появлялись два изображения лица одного и того же человека с разными или одинаковыми эмоциональными выражениями. Стимулы (кадры с экспозицией 350 мс) предъявлялись с интервалами 4-7 с, меняющимися в случайном порядке. В ответ на появление через 1 с после каждого кадра так называемого пробного стимула (точка в центре экрана) испытуемый нажимал на кнопку и сообщал, с какой стороны лицо казалось более неприятным. На стадии формирования установки 15 раз предъявлялись стимулы с сердитым выражением лица слева и с нейтральным - справа. На стадии тестирования установки в 30 пробах оба лица были с одинаковым нейтральным выражением. На этой стадии испытуемые, как правило, давали ошибочные ответы ("актуализация установки"), затем правильно оценивали эмоциональное выражение лиц ("угашение установки") [3, 4]. Иногда стадия поведенческой актуализации установки отсутствовала, т. е. на тестирующей стадии испытуемые сразу же начинали давать правильные ответы. Были сформированы группы с актуализацией установки и без нее.
Отведение ЭЭГ проводили с помощью системы Neocortex-Pro ("Нейроботикс", Россия), которая была установлена на компьютере IBM ("Pentium 4"). Частота дискретизации - 1000 Гц, полоса пропускания частот - 0.5-60 Гц.
Использовали хлорсеребряные электроды ("Micromed", Венгрия) с сопротивлением не более 5 кОм. Подачи стимулов осуществляли с помощью второго компьютера на базе процессора "Pentium 3". ЭЭГ регистрировали от 20 точек кожи головы в соответствии с международной схемой 10-20%. Отведения были монополярными, референтный электрод -объединенный ушной. Электрод заземления устанавливали на черепе между Fz и Cz. Подробности методики детально изложены в предыдущих работах [3-5].
Анализировали 3.5-4-секундные отрезки перед предъявлением установочного стимула на стадии формировании установки. Для обеспечения оценки низкоамплитудной гамма-активности в полосе 1-60 Гц находили общий уровень отсчета, достоверно превышающий пока-нальные шумы в 1.5-2 раза. При расчете мощности применяли быстрое Фурье-преобразование, используя логарифмическую шкалу. Проводили первичную количественную оценку усредненных по областям спектров у каждого испытуемого по аналогии с предыдущим исследованием [2]. Рассчитывали интегральную величину спектров (площадь под кривой, усл. ед.) и определяли доли (%), приходящиеся на условно выбранные нами три частотные диапазона: традиционный (1-20); бета3 - гамма1 (2140); гамма2 (41-60 Гц). По достоверной разности (по Стьюденту) спектров мощности гамма-диапазона в соответствующих областях обоих полушарий определяли наличие или отсутствие доминирования одного из них в той или иной области.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Среди выделенных трех частотных диапазонов ЭЭГ особенно обращает на себя внимание полоса 41-60 Гц своими наибольшими межрегиональными различиями. Примеры спектров двух испытуемых представлены в табл. 1: по графам - доли средних значений мощности за 15 реализаций по каждой области, по столбцам - доли средних значений мощности по всем областям для каждой частотной полосы. Только в этой полосе выделялись области, в которых мощность гамма-частот в несколько раз превышала их средний уровень. Локализация таких "пиковых" (выделенные жирным шрифтом цифры) значений мощности у разных испытуемых часто не совпадала. Наличие большого межрегионального индивидуального
Таблица 1. Особенности суммарных по областям спектров фоновых ЭЭГ у двух испытуемых Table 1. Characteristics of the baseline EEG spectra summed up over the cortical areas in two subjects
AndF_F_1 HayF_F_1
1 2 3 4 5 2 3 4 5
O1 114.54 50.94 39.42 9.64 129.27 46.19 40.73 13.08
O2 114.41 52.27 39.23 8.50 108.40 55.65 38.12 6.24
P3 99.18 59.45 36.33 4.22 127.25 48.55 40.84 10.61
P4 101.01 59.52 36.34 4.14 118.72 51.61 39.96 8.43
C3 98.04 60.99 35.6 3.40 115.08 52.97 39.64 7.39
C4 99.55 59.71 36.48 3.81 113.34 53.69 39.45 6.86
F3 127.40 47.15 39.92 12.93 105.14 55.53 38.93 5.54
F4 138.16 45.23 39.64 15.13 109.91 54.29 39.37 6.33
F7 136.57 44.66 41.09 14.26 108.10 51.69 41.48 6.83
F8 119.45 48.99 39.37 11.65 121.54 48.82 42.04 9.14
FC3 100.80 58.93 36.89 4.19 106.83 55.23 39.08 5.69
FC4 104.05 56.95 37.93 5.12 109.18 54.86 39.26 5.88
FT7 109.02 54.52 38.83 6.65 120.74 48.42 41.98 9.60
FT8 105.78 54.98 38.49 6.53 123.99 49.39 41.31 9.30
T3 114.98 51.23 39.68 9.08 126.73 46.21 41.70 12.09
T4 105.61 55.33 38.41 6.26 134.93 46.05 41.6 12.35
T5 145.5 43.45 39.93 16.62 154.64 42.53 41.04 16.43
T6 134.79 44.92 39.6 15.48 137.69 46.09 40.47 13.43
Fz 102.53 56.16 38.08 5.76 101.44 57.81 38.06 4.13
Cz 99.32 60.77 36.05 3.18 107.29 56.52 38.15 5.33
Среднее 113.53 53.31 38.37 8.33 119.01 51.1 40.16 8.73
M 3.3 1.29 0.34 0.98 2.91 0.95 0.29 0.73
Примечание. 1 - области, М - стандартная ошибка среднего, 2 - интегральная величина спектра (усл.ед.), 3-5 - доли (%) частотных полос соответственно 1-20, 21-40 и 41-60 Гц (жирным шрифтом выделены "пиковые" значения гамма-частот).
многообразия спектров не позволяло усреднять спектры разных испытуемых.
Испытуемые были разделены на три группы: I (10 испытуемых) - отсутствие актуализации установки; II (19 испытуемых) - формирование ригидной установки, сохраняющейся до конца эксперимента (неправильные ответы во всех 30 пробах); III (5 испытуемых) - угасание установки в течение тестирующей стадии эксперимента и переход к адекватным ответам на лицевые стимулы (пластичная установка).
Поскольку уровни мощности гамма-диапазона в спектрах разных испытуемых очень различались, для их оценки было принято несколько условных градаций: высокий уровень гамма-частот - выше 20% интегральной величины спектра, средний уровень - 10-20%, низ-
кий уровень - 5-10%; уровень ниже 5% не учитывали (табл. 2).
В группе I гамма-частоты отсутствовали у 1 из 10 испытуемых, в группе II - у 4 из 19 испытуемых. Высокий и средний уровень мощности гамма-частот набл
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.