ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2012, том 38, № 4, с. 11-17
УДК 612.821.6
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ КОРОТКИХ ОТРЕЗКОВ ЭЭГ ПРИ ВОСПРИЯТИИ МУЗЫКИ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ВЫЗВАННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ-ДЕСИНХРОНИЗАЦИИ И ВЕЙВЛЕТ-СИНХРОННОСТИ
© 2012 г. Л. Б. Окнина1, С. В. Купцова1, А. С. Романов1, Е. Л. Машеров2,
О. А. Кузнецова1, Е. В. Шарова1
1УРАНИнститут высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва 2Институт нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва Поступила в редакцию 19.09.2011 г.
Целью настоящего пилотного исследования был анализ особенностей изменений коротких отрезков ЭЭГ, зарегистрированных от 32 отведений, при восприятии музыкальных мелодий здоровыми испытуемыми в зависимости от логической (узнавание) и эмоциональной (понравилось/не понравилось) оценки мелодии. Для этого сопоставляли изменения потенциал-зависимой синхрониза-ции/десинхронизации, а также показатели вейвлет-синхронности ЭЭГ-ответов у 31 здорового испытуемого в возрасте от 18 до 60 лет.
Показано, что при логической оценке музыки, узнавание мелодии сопровождается потенциал-зависимой десинхронизацией в левой лобно-теменно-височной области. При эмоциональной оценке мелодии характерна потенциал-зависимая синхронизация в левой лобно-височной области для понравившихся мелодий, десинхронизации в височной области для непонравившихся и десинхрони-зации в затылочной области для мелодий, не вызывающих эмоционального отклика. При анализе вейвлет-синхронизации ЭЭГ, характеризующей реактивные изменения взаимодействия корковых зон, выявлено, что наиболее отчетливые топографические различия касаются типа обработки услышанной музыки: логической (узнал—не узнал) или эмоциональной (понравилось— не понравилось). Если при эмоциональной оценке более выражены изменения межполушарных связей между ассоциативными корковыми зонами (центральной, лобной, височной), то при логической — изменения меж- и внутриполушарных связей проекционных зон слухового анализатора (височная область).
Предполагается, что выявленная вызванная синхронизация/десинхронизация отражает, вероятнее всего, активационную составляющую оценки музыкальных отрывков, тогда как вейвлет-анализ дает представление о характере обработки музыкального стимула.
Ключевые слова: ЭЭГ, вызванная синхронизация, вызванная десинхронизация, вейвлет-синхрон-ность, музыка.
В последние годы при исследовании реакций мозга на внешние воздействия в качестве раздражителей все более активно используется музыка [1—3]. Привлечению внимания к этой теме способствовало описание в начале 90-х годов так называемого "Эффекта Моцарта" [4], выражающегося в улучшении когнитивных функций, оцениваемых по психологическим шкалам (70-тест) после прослушивания произведений Моцарта. Позднее были выявлены изменения ЭЭГ-показа-телей, таких как мощность и когерентность в правой височной области, правой лобной и левой лоб-но-височной областях после прослушивания музыки Моцарта [5]. В настоящее время подобные исследования тесно связаны с использованием музыки в клинической практике, в частности, в му-
зыкотерапии, а также с проблемой "обогащения среды" для усиления сенсорного притока [1—8].
Однако при использовании в качестве стимулов музыкальных мелодий привлечение в исследовательских целях метода вызванных потенциалов (ВП) затруднительно или вообще не представляется возможным из-за длительности стимула, составляющей несколько секунд, тогда как вызванные потенциалы выявляются в виде строго определенных пиков на миллисекундных интервалах. Исследуемые же ЭЭГ-реакции на музыку не обладают достаточной длительностью для привлечения ряда стандартных методов анализа биопотенциалов.
В конце 80-х годов прошлого века Г. Фурт-шеллер и соавт. [9] предложили анализировать кратковременные изменения ритмов ЭЭГ в ответ
на внешние стимулы на основе оценки синхрони-зации/десинхронизации паттерна или мощности ЭЭГ. При этом увеличение амплитуды ритмической активности отражает, по мнению авторов, вовлечение большего количества нейронов в совместную деятельность и называется синхронизацией. Уменьшение же амплитуды означает рассогласование синхронной деятельности нейронных ансамблей, т.е. десинхронизацию ритма. Если изменение амплитуды биопотенциалов в экспериментах связано с подачей внешних стимулов или генерацией внутренних команд, то снижение мощности ритма называется десинхронизаци-ей, связанной с событием, или вызванной десин-хронизацией (ВД), а ее увеличение — синхронизацией, связанной с событием, или вызванной синхронизацией (ВС) [10].
Помимо этого, в ряде работ последних лет, помимо традиционного Фурье-анализа, для изучения динамических фоновых или реактивных перестроек ЭЭГ стали применять вейвлет-анализ [11— 13], который позволяет рассчитать, в частности, фазовую синхронизацию на коротких интервалах времени [14]. Фазовая вейвлет-синхронность — это величина, показывающая степень сходства поведения двух сигналов во времени. Она характеризуется разностью фаз вейвлет-коэффициентов исследуемых сигналов на заданном временном интервале и на выбранном частотном диапазоне; оценивается в относительных единицах, изменяемых от 0 до 1. Максимальная степень синхронности, равная единице, соответствует двум сигналам с идентичным поведением их фаз, минимальная, равная нулю, — сигналам с произвольно меняю -щимися во времени фазами.
Целью настоящего пилотного исследования был анализ потенциал-зависимой синхрониза-ции—десинхронизации ЭЭГ, а также вейвлет-син-хронности ЭЭГ-ответов для оценки особенностей восприятия разных музыкальных отрывков здоровыми испытуемыми в зависимости от распознавания и эмоционального отношения к мелодии.
МЕТОДИКА
В исследовании приняли участие испытуемые (31 человек) в возрасте от 18 до 60 лет (средний возраст — 34.6 ± 10.9 лет). Все испытуемые были правшами. Они не имели черепно-мозговых травм, неврологических и психических нарушений в анамнезе и обладали нормальным слухом. Исследование проводили примерно в одинаковое (вечернее) время суток (от 18 до 21 ч). Полное время исследования составляло около 2 часов.
Испытуемые были ознакомлены с целью работы и понимали ее суть. Проведенные исследования соответствовали положениям Хельсинкской
декларации о правах человека и были разрешены этическим комитетом ИВНД и НФ РАН.
ЭЭГ во время всего исследования регистрировали на электроэнцефалографе Neurobotics (Россия) по 32 каналам монополярно (относительно ушных индифферентных электродов). Электроды располагались по системе 10—10% в симметричных лобных (Fpi, Fp2, F3, F4), лобно-центральных, (FC3, FC4), центральных (C3, C4), теменных (P3, P4), теменно-центральных (CP3, CP4), затылочных (O1, O2), височных (F7, F8, T3, T4, T5, T6), лобно-височ-ных (FT7, FT8) и теменно-височных (TP7, TP8) областях, а также в лобной (Fz), лобно-центральной (FCz), центральной (Cz), центрально-теменной (CPz), теменной (Pz) и затылочной (Oz) зонах. При записи использовали постоянную времени 0.3 и верхний фильтр 70 Гц.
Стимульная презентация. В качестве стимулов использовались отрывки музыкальных мелодий. Для исследования были выбраны две категории музыкальных отрывков, подаваемые отдельными блоками, между которыми был период отдыха.
Один блок содержал только инструментальные мелодии — категория "музыка"; второй, помимо музыкального аккомпанемента, включал голосовое сопровождение — категория "песня".
При составлении последовательности мелодии подбирались с учетом предпочтений испытуемого. Мы в данной работе не ставили задачи исследовать какое-то одно из направлений музыки, потому индивидуальные музыкальные последовательности составлялись на основе предварительного опроса испытуемых и выяснения его музыкальных предпочтений. Каждый из блоков должен был включать хотя бы одну мелодию, которую испытуемый заведомо узнает, и одну, которая входит в число его предпочтений, и предположительно должна вызвать положительные эмоции при прослушивании (слушает в жизни). Кроме того, в каждом блоке присутствовала классическая мелодия, которая была одинаковой для всех испытуемых. Выбор классической мелодии в качестве общей обусловлен имеющимися данными литературы о влиянии классической музыки на человека [4, 6—8].
Каждый блок содержал 5 мелодий. Число повторений одной мелодии — 11 раз. Длительность представления каждой мелодии — 4 с. Межсти-мульный интервал варьировал от 7 до 10 с. Мелодии внутри блока предъявлялись в псевдослучайной последовательности. Стимулы подавались одновременно на оба уха.
После каждого блока все испытуемые оценивали каждую из предъявляемых мелодий: 1) по эмоциональной оценке: вызывает положительное отношение (нравится), вызывает негативное отношение (не нравится) или оставляет равнодушным; 2) по распознаванию: знакомая или незнакомая мелодия.
Анализ вызванной синхронизации и десинхрониза-ции ЭЭГ. ЭЭГ-ответы на каждую мелодию усреднялись отдельно. Анализировали безартефактные участки записи, в связи с чем число усреднений для каждой мелодии у одного человека варьировало от 6 до 11. При построении трендов ВС/ВД был использован интервал от —1000 до 6000 мс. Эпоха анализа карт составляла 5.5 с, из них 0.250 с соответствовали предстимульному интервалу.
Для усредненного ответа на каждую мелодию по программе Neurobotics вычислялась мощност-ная потенциал-зависимая синхронизация и десин-хронизация [9, 10]. На основе полученных данных строились цветовые карты для каждого отведения.
При дальнейшем анализе использовали следующие категории сравнения: мелодии с голосовым сопровождением ("песня") и без голосового сопровождения ("музыка"), узнанные и неузнанные мелодии, понравившиеся и непонравившиеся мелодии. Поскольку исследование является пилотным, качественный анализ карт ВС/ВД проводился в двух частотных диапазонах: медленные (регу-ляторные) ритмы состояния (от 1 до 8 Гц) и частые "рабочие" ритмы (от 8 до 15 Гц) [14] — по всем областям коры. На основе этих карт выявлялись области потенциал-зависимой синхронизации и де-синхронизации. Для статистической оценки по построенным картам составлялись таблицы наличия или отсутствия ВС и ВД в каждом отведении (1 соответствовала
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.