ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2009, том 35, № 5, с. 5-12
УДК 612.825+612.822.3
ВРЕМЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ ДИПОЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ Р300 АКУСТИЧЕСКОГО ВЫЗВАННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ СЛОЖНОСТИ
© 2009 г. Л. Б. Окнина*, О. А. Кузнецова*, Е. В. Ениколопова**
*Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН **Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Поступила в редакцию 20.04.2009 г.
Цель исследования состояла в выявлении особенностей локализации и последовательности включения эквивалентных дипольных источников компонента Р300 акустического вызванного потенциала (АВП) у здоровых испытуемых в задачах с разной степенью концентрации внимания. Р300 АВП был выделен и проанализирован у 12 человек в возрасте от 18 до 23 лет. Р300 регистрировали от 19 каналов в моно- и бимодальной задачах с использованием двух- и трехстимульной методики "необычности" стимула.
Анализ эквивалентных дипольных источников компонента Р300 при прослушивании звуков выявил одновременную активность дипольных источников, расположенных в височных отделах обоих полушарий и в правой лобной области, а также в стволе мозга - вне зависимости от сложности задания. При счете звуков в мономодальной задаче выявлено последовательное включение левого височного, правого височного и левого лобного источников в генерацию Р300, в бимодальной задаче - левого теменного, правого височного и гиппокампального, и левого лобного источников.
Несмотря на значительное число работ, посвященных анализу компонента Р300 акустического вызванного потенциала (АВП), вопрос о связи его происхождения с определенными мозговыми структурами окончательно не решен. Основными структурами, принимающими участие в генерации Р300, считаются гиппокамп, медиальная височная доля, лобная и теменная области [1], а также подкорковые структуры (прежде всего неспецифические ядра таламуса и ретикулярной формации ствола мозга) [2, 3]. Однако степень вклада каждой из них в формирование этого феномена до конца не определена.
Более того, практически не установлена последовательность и временные рамки (интервалы) активизации выявленных ранее эквивалентных дипольных источников (ЭДИ), участвующих в генерации волны Р300 АВП. В отдельных работах указана преимущественная связь нисходящей фазы волны с медиобазальными отделами правой височной области и медиальными отделами лобных долей, а восходящей фазы - с теменными, лобными и височными отделами, без точной локализации [4]. Сам пик Р300 формируется с участием медиобазальных и корковых отделов лобных долей [5].
При этом большая часть работ, описывающих особенности структурной приуроченности ЭДИ Р300, выполнена в условиях стандартной методики необычности стимула, когда испытуемый должен считать целевой тон. В то же время сравнительный анализ локализации дипольных источников, участвующих в генерации Р300 в экспериментальных си-
туациях разной степени сложности, в доступной литературе освещен недостаточно.
Следует подчеркнуть также, что до настоящего времени не разработан единый методический комплекс, позволяющий однозначно решить проблему выывления дипольных источников, участвующих в генерации Р300. Одним из методов, используемых для решения данной задачи в последние годы, является анализ независимых компонент (ICA-анализ -Independent Component Analysis). /СА-технология была предложена и развита как метод решения задачи "слепого" разделения источников сигналов (Blind Source Separation) [6-8]. Алгоритм вычисления независимых компонент опирается на центральную предельную теорему, утверждающую, что при определенных условиях сумма независимо распределенных случайных величин стремится к нормальному распределению по мере увеличения количества слагаемых. Используя это утверждение, поиск независимых компонентов, как линейных комбинаций наблюдаемых переменных, ведется таким способом, чтобы получить независимые случайные величины, распределение которых максимально далеко от нормального [9]. В применении к вызванным потенциалам (ВП) решение задачи нахождения независимых компонент позволяет разделить сигналы мозга на независимые составляющие, имеющие различные физиологические источники происхождения, находящиеся в разных областях мозга, для их последующей обработки. ICA-технология в комплексе с классическими методами анализа ВП позволяет
четко фильтровать шумы и такие артефакты, как моргание, движения глаз и мышечную активность. Кроме того, использование /СА-анализа значительно повышает точность поиска эквивалентных ди-польных источников [10]. Применение его способствует также лучшему пониманию физиологических процессов, лежащих в основе тех или иных характеристик сигналов.
Целью настоящей работы был анализ локализации эквивалентных дипольных источников компонента Р300 АВП с использованием /СА-технологии и выявление последовательности активизации этих источников в экспериментальных ситуациях разной степени сложности у здоровых испытуемых.
МЕТОДИКА
В эксперименте участвовали 12 здоровых испытуемых-добровольцев в возрасте от 18 до 23 лет (средний возраст 19,6 ± 1,4 года) (6 мужчин, 6 женщин). Все они были правшами. Исследование проводилось однократно.
При регистрации ВП использовали двух- и трех-стимульную звуковые последовательности методики "необычности" стимула (oddball paradigm) [11, 12]. Двухстимульная последовательность состояла из 100 звуков: стандартного (80% ) и целевого (20%). Трехстимульная последовательность включала 200 звуков: стандартные (60%), целевые (20%) и отличные нецелевые (20%) тоны.
Подаваемые звуки характеризовались следующими параметрами: стандартный (высокий тон) -интенсивностью 76 дБ над порогом слышимости, частотой 800 Гц и длительностью - 80 мс; целевой (низкий тон) - интенсивностью 76 дБ, частотой 400 Гц, длительностью 80 мс, отличный нецелевой (короткий высокий тон) - интенсивностью 76 дБ, частотой 800 Гц и длительностью 40 мс.
Звуки подавались одновременно на оба уха через наушники в псевдослучайном порядке. Регистрировали и анализировали ВП на целевой тон.
Исследование строилось таким образом, чтобы каждая следующая экспериментальная ситуация была сложнее предыдущей и требовала большей концентрации внимания испытуемого на выполнении задания.
Первая часть исследования включала только звуковые нагрузки (мономодальная задача). Вначале испытуемым предъявляли двухстимульную звуковую последовательность без какой-либо инструкции - "прослушивание". Затем им предлагалась та же самая звуковая последовательность с инструкцией считать низкие звуки - "счет".
Вторая часть включала как звуковой, так и зрительный стимулы (бимодальная задача). Зрительное задание было использовано в качестве дополнительной нагрузки для отвлечения внимания испытуемых и включало в себя круги красного и зеленого
цвета, появляющиеся на мониторе в псевдослучайной последовательности. Зрительные ВП при этом не регистрировались.
В бимодальной задаче вначале испытуемых просили смотреть на экран и считать красные круги. Параллельно в наушники подавалась трехстимульная звуковая последовательность ("прослушивание"). Затем испытуемым предлагали сконцентрироваться на слуховой задаче и считать низкие звуки ("счет"). Параллельно на монитор предъявлялись зрительные стимулы. В обоих вариантах бимодальной задачи регистрировали акустические вызванные потенциалы.
Биопотенциалы регистрировали на полисомно-графе SAGURA-2000 фирмы "MKE Medizintechnik für Kinder und Erwachsene GmbH" (Германия), от 19 отведений по международной схеме 10-20 в затылочной, теменной, центральной, лобной и височной областях (O2, Oi, P4, P3, C4, C3, F4, F3, Fp2, Fpi, T6, T5, T4, T3, F8, F7), а также от лобных, центральных и теменных сагиттальных отведений (Fz, Cz и Pz) - относительно ушных индифферентных электродов. Дополнительно записывали вертикальную и горизонтальную окулограмму для последующей коррекции зрительных артефактов. Использовали постоянную времени 0.3. Верхняя частота пропускания ограничивалась 50 Гц.
Дополнительно все испытуемые проходили ней-ропсихологическое тестирование с использованием методического комплекса, направленного на исследование регулярных составляющих когнитивных функций: Висконсинский тест сортировки карточек (WCST), словесно-цветовой тест Струпа (Stroop Color and Word Test), субтест "Шифровка" (Digit Symbol), субтесты Letter- Namber Sequencing и Spatial Span шкалы памяти Векслера (WMS-Ш).
Зарегистрированный на целевой тон К300 АВП определяли как максимальный позитивный пик в диапазоне от 250 до 500 мс. При его анализе использовали открытый источник программы EEGLAB.
Анализ независимых компонент. Для каждого ВП при ICA-анализе выделялось до 19 программно-рассчитанных независимых компонент, участвующих в генерации вызванного потенциала (рис. 1, I). Затем посредством анализа частотно-амплитудно-временных распределений ответа выявляли те компоненты, которые наиболее вероятно соответствуют генерации К300 (рис. 1, II, В). При этом каждая компонента рассматривалась отдельно в сопоставлении с полученной ранее топограммой амплитудного картирования (рис. 1, II, А, Б). По данным проводимого анализа компонент или принимался в окончательный анализ, или не принимался. Для одной ситуации у каждого испытуемого число компонент, принимаемых к поиску эквивалентных дипольных источников, составляло от двух до пяти.
Анализ эквивалентных дипольных источников. После проведения ICA-анализа осуществляли поиск
II
1 2 3 4 5
11
12
13
14
V, Гц 25
В
20 15 10 5
13 ячш
11..33
15
20
2.2 1.1 0 -1.1
-2.2 и, мкВ
0 0.2
0.6 г, с
I
Рис. 1. /СА-анализ (анализ независимых компонент) компонента Р300 акустического вызванного потенциала. I - компонентный анализ. Выделен компонент 17, принятый для дальнейшего анализа. II: А - амплитудное картирование компонента Р300 на пиковой латентности; Б - амплитудная топограмма компонента 17, принятого к дальнейшему анализу; В - амплитудно-частотно-временное распределение компонента 17. Выделен участок времени максимальной активности рассматриваемого компонента.
Значения латентностн и амплитуды Р300 акустического
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.