Биоэлектрическая активность мозга юношей и девушек, по-разному шкалирующих короткие интервалы времени

Полный текст

Точность оценки коротких интервалов времени во многом определяет успешность различных видов деятельности [1]. Экспериментальные работы обнаруживают взаимосвязь этого процесса с обработкой моторной и зрительной сенсорной информации [2, 3], формированием обратной связи в поведенческих актах, эмоциональной саморегуляцией, памятью [1]. Работа сложной системы оценки времени включает ритмические процессы в различных структурах мозга [1, 3]. Эти процессы образуют шкалу нервной активности, на которой отображается длительность временного отрезка [3]. В ряде исследований описано, что испытуемые склонны недооценивать либо переоценивать длительность временных отрезков во время экспериментов. Обнаружены отличия электрической активности мозга у испытуемых мужского и женского пола в фоновой активности и при воспроизведении длительности световых и звуковых стимулов [4, 5]. Однако вопрос об ЭЭГ признаках работы временных шкал у испытуемых разного пола без эталонных сигналов внешней среды, остается открытым.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определить особенности биоэлектрической активности мозга у юношей и девушек в экспериментальной модели шкалирования коротких интервалов времени.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании на основе добровольного информированного согласия приняли участие 40 практически здоровых испытуемых (22 юноши и 18 девушек, правшей) в возрасте 18–19 лет. Эксперименты проведены в течение одного месяца в одинаковое время суток (11–14 часов). Испытуемые отмеривали интервалы времени длительностью 5 и 15 секунд нажатием левой клавиши компьютерной «мыши», по 5 попыток для каждой пробы. Считать при отмерах не разрешалось. Предварительной тренировки не проводилось. Нажатие клавиши мыши наносилось непосредственно на ЭЭГ в виде метки. Длительность субъективного интервала вычисляли в мс по расстоянию между метками.

ЭЭГ выполнили на электроэнцефалографе «Неокортекс» ООО «Нейроботикс» (г. Зеленоград) монополярно по схеме «10–20» в фронтальных (F3, F4), париетальных (Р3, Р4), височных (Т3, Т4,), центральных (С3, С4) и затылочных (О1, О2) отведениях. ЭЭГ регистрировали с включенным режекторным фильтром (50 Гц) и выключенными фильтрами высоких и низких частот с частотой дискретизации 1 кГц при разрядности АЦП – 16 бит, использовали хлорсеребряные электроды фирмы «MКС» (Россия). Объединённые референтные электроды располагались на мочках ушей. Спектральную плотность мощности (СПМ) сигналов вычисляли в период 3 секунды после отмеривания временного интервала в диапазонах частот θ – тета-ритма (4–7 Гц), α – альфа-ритма (7–14 Гц), нижнего β1 и верхнего β2 бета-ритмов (14–24 и 24–40 Гц соответственно) после классического дискретного преобразования Фурье [6].

Для оценки фоновой активности усредненный спектр ЭЭГ вычисляли по методу Уэлча [6]: период записи 60 секунд разбивали на эпохи (окна) 3 секунды с перекрытием в 1 секунду, всего 60 отрезков, на основе которых строили доверительный интервал и оценивали вариабельность показателей. Точность шкалирования времени определили как разность между объективным интервалом времени длительностью 5 000 и 15 000 мс и субъективно отмеренным временем, а затем нормировали, разделив на величину соответствующего объективного интервала. Показатели кластеризовали методом k-средних, при этом выборка разделилась на 2 кластера. Увеличение числа кластеров приводило к детализации существующего разделения без выявления принципиально новых траекторий. Кластер высоких значений характеризовался меньшей точностью и склонностью недоотмеривать время. Кластер низких значений отличался большей точностью отмеров и склонностью отмеривать КИВ длиннее, чем объективный отрезок времени. Выборки сравнили с использованием критерия Краскела – Уоллиса, эффект множественных сравнений корректировали, используя формулу Бернулли [7]. Различия считали достоверными при р < 0,05. Статобработка выполнена с использованием библиотек Python и программного комплекса Импульс [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При сравнении мощность спектра фоновой ЭЭГ юношей и девушек различалась как при открытых, так и при закрытых глазах на частоте θ-ритма в отведениях О1, О2, на частоте β1и β2-ритмов в большинстве отведений. При этом у девушек отмечался более высокий уровень электрогенеза. Результаты скрининговых обследований свидетельствовали о сходных закономерностях [4, 5]. Принимая это во внимание, можно согласиться с предположением авторов о том, что различия связаны с более интенсивной эмоциональностью женщин по сравнению с мужчинами и определяются, в том числе, более интенсивными межполушарными взаимодействиями, выявляемыми при исследовании структуры фоновой ЭЭГ у испытуемых женского пола. Исследования гемодинамического обеспечения головного мозга согласуются с описанными явлениями. Их результаты описывают перераспределение кровотока в затылочных долях обоих полушарий у испытуемых женского пола, в отличие от правосторонних изменений, наблюдаемых у мужчин [9].

 

Рис. Локализация различий СПМ между кластерами высоких и низких значений у девушек (слева) и юношей (справа) при шкалирования коротких интервалов времени

 

Анализ фоновой ЭЭГ с учетом кластеризации (табл.) показывает, что у юношей, недоотмеривших время (кластер высоких значений), сумма СПМ на частоте бета-ритма в центральных и лобных отведениях справа и слева, затылочном отведении справа была ниже, чем у тех, кто переотмерил время (кластер низких значений).

У операторов женского пола в фоновой биоэлектрической активности не было обнаружено межкластерных различий.

При шкалировании как 5, так и 15 секунд межкластерные различия биоэлектрической активности мозга обнаруживались как у юношей, так и у девушек в широком диапазоне ритмов (тета, альфа, бета), с преимуществом в сторону β2-ритма (рис.). Заметно, что у девушек в большем количестве они обнаруживались справа, в лобной, височной и затылочной долях. Количество межкластерных различий СПМ ЭЭГ у юношей превышало таковое у девушек. Различалась и их локализация: наибольшее количество концентрировалось в области лобных долей с обеих сторон.

 

Сумма СПМ фоновой ЭЭГ у юношей разных кластеров (медиана, среднее значение ± ошибка среднего)

Показатель	Кластер высоких значений (n = 9), СПМ; 3с∙мкВ2/Гц; Me, M ± m	Кластер низких значений (n = 10), СПМ; 3с∙мкВ2/Гц; Me, M ± m
Фон, глаза открыты, β1, O2*	24822757 32607282 ± 6209469	36093026 57717672 ± 13318632
Фон, глаза открыты, β2, C3*	4946051 5169917 ± 438456	7181029* 7963500 ± 959033
Фон, глаза открыты, β2, C4*	4207669 5141182 ± 715165	6989021 7876297 ± 931478
Фон, глаза открыты, β2, F4*	10994607 12465958 ± 2500348	16562120 22142891 ± 6268368
Фон, глаза закрыты, β2, C3*	4664989 5090457 ± 532933	7995847 8577546 ± 1151814
Фон, глаза закрыты, β2, F3*	10053267 10804505 ± 1032239	14770815 14758236 ± 1154765
Фон, глаза закрыты, β2, F4*	9550576 11690646 ± 2509538	15948577 600881 ± 1483351

* Различия достоверны, р < 0,05.

 

Как в зарубежной, так и в отечественной научной литературе случаи разделения испытуемых по отклонениям шкалирования временных промежутков описывались неоднократно [10]. Если принимать в качестве отправной точки рассуждений гипотезу о работе СШВ, как о процессе синхронизации ритмических процессов, протекающих в различных структурах мозга [1, 3], то полученные в нашем исследовании данные можно трактовать как признаки различной организации активности мозговых структур, связанных с оценкой времени у испытуемых, недоотмеривающих (кластер высоких значений) и переотмеривающих (кластер низких значений) КИВ. При этом выраженность межкластерных различий имеет гендерные особенности. У юношей различия СПМ ЭЭГ обнаруживаются как при выполнении задач шкалирования коротких интервалов времени, так и в фоновой биоэлектрической активности. У девушек межкластерные различия биоэлектрической активности мозга отмечаются при выполнении задач шкалирования временных промежутков и не обнаруживаются в фоновой записи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

У юношей, по-разному шкалирующих КИВ в экспериментальной модели, обнаруживаются различия спектральной плотности мощности ЭЭГ между кластером переоценивающих длительность времени и недооценивающих ее. Межкластерные различия у юношей можно обнаружить как в фоновой биоэлектрической активности мозга, так и в процессе выполнения ими задач шкалирования КИВ. У девушек подобные различия обнаруживаются только при выполнении теста шкалирования времени и не проявляются в фоновой активности.

 

***

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Об авторах

Ярослава Викторовна Булгакова

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова

Автор, ответственный за переписку.
Email: bulgakova_ya_v@staff.sechenov.ru

кандидат медицинских наук, доцент кафедры нормальной физиологии, доцент

Россия, Москва

Дмитрий Юрьевич Булгаков

ООО «Современные решения»

Email: dbulgakov7@yandex.ru

Советник

Россия, Москва

Ярослав Александрович Туровский

Институт проблем управления имени В. А. Трапезникова Российской академии наук

Email: yaroslav_turovsk@mail.ru

доктор технических наук, кандидат медицинских наук, доцент, заведующий лабораторией медицинской кибернетики, старший научный сотрудник

Россия, Москва

Максим Сергеевич Бут

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова

Email: but_m_s@student.sechenov.ru

студент

Россия, Москва

Александра Юрьевна Колесникова

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова

Email: alexakolesnickowa@yandex.ru

студентка

Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы