CC BY
55Фізика живого, Т. 1S, No 2, 2010. С. 75-79.
© Швайко С. Є., Пахолок О.Ю., Дмитрова О.Р.
РІі.уяіоч oHlic Alhc
П » n.|M.M>U‘ll(4>44‘lltrr.net
УДК [612.S21:616-073.7]-055.2
ВІКОВІ ОСОБЛИВОСТІ ПРОСТОРОВОЇ СИНХРОНІЗАЦІЇ ТЕТА-РИТМУ ПІД ЧАС МИСЛИТЕЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ У ДІВЧАТ Швайко С.Є., Пахолок О.Ю., Дмитрова О.Р.
Волинський національний університет імені Лесі Українки, біологічний факультет, Луцьк, Україна e-mails: [email protected], [email protected]
Надійшла до редакції 14.02.2010
Проведено дослідження ЕЕГ у 60 осіб жіночої статі, здорових, віком 13-14 років (30 осіб) та 16-17 років (30 осіб). З використанням когерентного аналізу показано, що у стані спокою з заплющеними та розплющеними очима достовірно вища когерентність швидких хвиль (6-8 Гц) тета-діапазону у дівчат юнацького віку. Під час виконання абстрактно-логічного завдання зафіксовано більшу кількість когерентних зв’язків у порівнянні з наочно-просторовим завданням, що свідчить про вищу синхронізацію біоелектричної активності. У дівчат-підлітків абстрактно-логічне мислення реалізується за рахунок підвищення синхронних процесів в тета-діапазоні в правій лобовій частці, у дівчат юнацького віку - за рахунок системної інтеграції структур кори обох півкуль головного мозку.
Ключові слова: тета-ритм електроенцефалограми, когнітивна діяльність, когерентність.
ВСТУП
Сучасні дослідження досить повно розкривають особливості системної організації інтегративної діяльності мозку в процесі мислительної діяльності у дорослих. Проте, особливості мозкового забезпечення наочно-образного та абстрактно-логічного мислення у шкільному віці потребує більш детального вивчення [3,5]. Відомо, що показники біоелектричної активності головного мозку дітей молодшого та середнього шкільного віку відрізняються від
дорослих, у яких морфологічні структури та нейрофізіологічні механізми сприйняття та обробки вербальних та невербальних зорових стимулів уже сформовані [2]. Впродовж багатьох років питання про механізми генерації та функціональне значення тета-ритму залишається одним з найбільш дискусивних в нейрофізіології [6]. Відомо, що тета-ритм -
пов’язують із процесами пам’яті та уваги при виконанні розумових завдань [7,8]. У зв’язку з цим було б цікаво дослідити функціональну активність мозку в цьому частотному діапазоні за умов мислительної діяльності у дітей підліткового та юнацького віку. Нами вивчалась просторова синхронізація біоелектричної активності кори
великих півкуль головного мозку в тета-діапазоні під час абстрактно-логічного та наочно-образного мислення у дітей шкільного віку.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
В дослідженнях взяли участь 60 осіб жіночої статі віком 13-14 років (30 осіб) та 16-17 років (30 осіб). Усі
були здоровими за даними психоневрологічного та соматичного обстеження, праворукі за самооцінкою та мануальними тестами.
Для вивчення електричної активності мозку використовувалася система комп’ютерної
електроенцефалографії (апаратно-програмний
комплекс «НейроКом»).
Під час запису ЕЕГ активні електроди розміщувалися за міжнародною системою 10-20% у дев’ятнадцяти точках на скальпі мозку (рис.1). Реєстрація здійснювалась монополярно, в якості референтних використовувались вушні електроди А1 і А2, з метою покращення якості запису встановлювалися додаткові референтні електроди N (nazion) і Ref у лобовій ділянці голови. Для відстеження функціонального стану та реакції обстежуваного на стимули використовувалась система відеомоніторингу з інфрачервоним підсвітленням. Реєстрували б0 с інтервали ЕЕГ. При проведенні Фур’є-реалізації епоха аналізу складала 500 мс з 50 % перекриттям. Частота дискретизації каналового сигналу складала 2 мс. Вхідний опір для синфазного сигналу становив більше 100 МОм. Фільтри високих частот встановлювались на 50 Гц, низьких - 0,1 Гц. Напруга внутрішніх шумів приведена до входу не перевищувала 0,8 мкВ. Стала часу перехідного процесу становила не менше 0,3 с. Опір електродів близько 100 кОм. Для режекції ЕЕГ-артефактів використовувалась процедура ІСА-аналізу. В подальшому проводилась фільтрація ІСА -компонент з артефактним сигналом і композицією неартефактних ІСА-компонент у результуючу ЕЕГ. При фільтрації артефактів з ЕЕГ видалялось не більше
Швайко С.Є., Пахолок О.Ю., Дмитрова О.Р.
п’яти (артефактних) ІСА-компонент. У випадку, якщо окремі спалахи артефактної активності не вдавалось відфільтрувати за допомогою ІСА-обробки, артефактні відрізки ЕЕГ вирізали з нативної ЕЕГ в ручному режимі. Реєстрація ЕЕГ проводилась у наступних експериментальних станах: 1 - стан
функціонального спокою з заплющеними очима, 2-стан функціонального спокою з розплющеними очима, 3 - абстрактно-логічний тест, 4 - наочно-образний тест.
Фонова ЕЕГ відображає електроенцефалографічні процеси мозку у стані спокою з заплющеними та розплющеними очима.
У якості тесту на абстрактно-логічне мислення було подано 10 завдань, у кожному з яких запропоновано приклад із двох слів, між якими існує логічний зв’язок. Потрібно було за аналогією підібрати правильну відповідь із запропонованих п’яти слів, між якими теж існує логічний зв’язок .
У якості тесту на наочно-образне мислення, досліджуваному було запропоновано виконати 10 завдань. У кожному завданні було подано 5 фігур, серед яких потрібно було знайти зайву фігуру (тест Равена).
Виконання усіх завдань було обмежене в часі з метою досягнення суб’єктивно однакової складності. На виконання кожного тесту відводилося 60 секунд, що відповідало епосі комп’ютерного аналізу ЕЕГ.
Перед початком експерименту усі обстежувані одержували детальну інструкцію, пов’язану з їх участю в тестуванні. Виконання завдань передбачало їх усне вирішення протягом хвилини, одночасно з реєстрацією ЕЕГ.
8 d
Рис. 1. Схема розміщення електродів при реєстрації електроенцефалограми ( 19 відведень).
8-ліва півкуля; d-права півкуля, И,Р2-передньолобові (префронтальні); Г3,Г4,р7-задньолобові (премоторні);
Р7,Р8-бічні лобові; С3,С4,С7-центральні; Т3,Т4-
передньоскроневі; Т5,Т6-задньоскроневі; Р3,Р4,Р/-тім’яні; 01,01-потиличні відведення
Під час експерименту досліджувані знаходились у світло-звукоізольованій камері у положенні сидячі на відстані 1,5 м від монітору комп’ютера, на який проектувався зміст завдання. У стані функціонального спокою очі досліджуваних були заплющені. Решта завдань виконувалися з розплющеними очима.
Реєструвалась тета-активність в частотному діапазоні 4-8 Гц (тета1- 4-6 Гц; тета2 - 6-8 Гц).
Просторову синхронізацію електричної активності кори великих півкуль визначали за допомогою когерентного аналізу. Відомо, що математична когерентність є аналогом коефіцієнта кроскореляції, що використовується до окремих частот. Обрахунок цієї функції дає змогу судити про постійність фазових відношень, схожості або синхронності потенціалів між обома ділянками, з яких вони відводяться.
Для аналізу результатів досліджень були використані методи параметричної (t-критерій Стьюдента) та непараметричної (W-критерій Вілкоксона) статистики (залежно від характеру розподілу значень). Обчислення проводилось у програмному пакеті MegaStat for Excel чи безпосередньо в MS Excel 2000.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Вивчалась електрична активність кори головного мозку в тета-діапазоні та окремих піддіапазонів тета-активності при наочно-просторовому та абстрактно-логічному мисленні дівчат віком (16-17 років та 13-14 років).
Під час стану спокою із заплющеними очима спостерігаються достовірно вищі міжпівкулеві когерентні зв’язки в тета-діапазоні у центральній (С3-С4) та тім’яній (Р3-Р4) ділянках кори. Білатеральні внутрішньопівкулеві когерентні зв’язки зафіксовані між задньолобовими та центральними ділянками (F3-С3; F4^4) у дівчат юнацького віку. Аналіз когерентності низькочастотного тета-1 піддіапазону показав, що достовірно вищі синхронні зв’ язки між півкулями (F3-F4; С3-С4; Р3-Р4) в цьому віці. В тета-2 піддіапазоні кількість та міцність
внутрішньопівкулевих когерентних зв’язків зростає. Підсилюється зв’язок між задньолобовою та
центральною ділянками лівої півкулі ^4-С4). Збільшується синхронність хвильових процесів ЕЕГ в тета-2 діапазоні в передніх та бічних відведеннях правої лобової ділянки ^р2-Р8). Підвищується синхронність хвиль цього субдіапазону між
контрлатеральними відведеннями в центральній та тім’яній (С3-Р4; С4-Р3) ділянках півкуль головного мозку (рис.2). Отже, у дівчат юнацького віку в стані спокою з заплющеними очима синхронізація хвильових процесів в тета-діапазоні та його субдіапазонах є вищою, ніж у підлітковому віці.
У стані спокою з розплющеними очима кількість когерентних зв’язків в тета-діапазоні та його під діапазонах збільшується і вони стають міцнішими. Формується дві зони синхронної активності:
центрально-лобова та тім’яна.
Достовірні зв’язки зафіксовані у задньолобових, центральних, тім’ яних ділянках лівої та правої півкуль кори у тета-діапазоні та його піддіапазонах.
ВІКОВІ ОСОБЛИВОСТІ ПРОСТОРОВОЇ СИНХРОНІЗАЦІЇ ТЕТА-РИТМУ ПІД ЧАС МИСЛИТЕЛЬНОІ ДІЯЛЬНОСТІ У ДІВЧАТ_________________
Вища когерентність хвиль електроенцефалограми (тета-діапазону) зафіксована у юнацькому віці (Рис.3).
Під час абстрактно-логічного мислення достовірні зміни між віковими групами у дівчат спостерігались у лобових, центральних, тім’яних та потиличних ділянках обох півкуль кори у тета-діапазоні та його піддіапазонах. Зафіксовано, що у лобових ділянках
вища когерентність спостерігається у дівчат-підлітків зокрема: у тета-діапазоні і тета-2 піддіапазоні - у правій півкулі кори головного мозку (Рр2-Б4), у тета-1
- в обох півкулях (Рр1-Б3; Рр2-Б4). В дівчат юнацького віку вища синхронізація в задньоасоціативних ділянках кори головного мозку та в лівій лобовій частці (Рр1-Б3) (Рис.4).
ТЕТА
ТЕТА-1
ТЕТА-2
Рис. 2. Достовірні зміни когерентності тета-діапазону та його піддіапазонів ЕЕГ-активності у дівчат підліткового та юнацького віку під час стану спокою з заплющеними очима.
Примітка: товщина ліній зв’язку відповідає рівню значимості : товста при р< 0,001; тонка при р< 0,01; пунктирна при р< 0,05; •- вища когерентність у юнацькому віці; О - вища когерентність у підлітковому віці
ТЕТА ТЕТА-1 ТЕТА-2
Рис. 3. Достовірні зміни когерентності тета-діапазону та його піддіапазонів ЕЕГ-активності у дівчат підліткового та юнацького віку під час стану спокою з розплющеними очима.
(Позначення тіж самі, що на рис.2.)
ТЕТА ТЕТА-1 ТЕТА-2
Рис. 4. Достовірні зміни когерентності тета-діапазону та його піддіапазонів ЕЕГ-активності у дівчат підліткового та юнацького віку під час абстрактно-логічного мислення.
(Позначення тіж самі, що на рис.2.)
Швайко С.Є., Пахолок О.Ю., Дмитрова О.Р.
TETA
TETA-1
TETA-2
Рис. 5. Достовірні зміни когерентності тета-діапазону та його піддіапазонів ЕЕГ-активності у дівчат підліткового та юнацького віку під час наочно-образного мислення.
(Позначення тіж самі, що на рис.2.)
Під час наочно-образного мислення в тета-діапазоні та тета-1, тета-2 піддіапазонах відмічено достовірні зміни між віковими групами у задньолобових (Б3-Р4, р<0,001), центральних (С3-С4, р<0,001), тім’яних (Р3-Р4, р<0,001) та потиличних (О1-О2, р<0,01) ділянках лівої та правої півкуль кори головного мозку.
Вища когерентність хвиль спостерігається у юнацькому віці, проте у піддіапазоні тета-1 у правій лобовій ділянці кори - у підлітків (Рис.5). Вивчення синхронізації хвильових процесів ЕЕГ в тета-діапазоні та його піддіапазонах показав, що у дівчат юнацького віку в стані спокою з заплющеними та розплющеними очима рівень когерентності є вищим, ніж у підлітковому віці. Відкривання очей збільшує міцність внутрішньопівкулевої синхронізації.
Під час мислительної діяльності відмічене посилення хвильових процесів тета-діапазону в усіх відділах кори. Вважається, що підвищення тета-синхронізації при когнітивній діяльності відповідає періодам найбільшої концентрації уваги і корелює зі швидкістю виконання завдання [1,4]. У дівчат-підлітків абстрактно-логічне мислення реалізується за рахунок підвищення синхронізації біоелектричної активності тета-діапазону в правій лобовій ділянці. У дівчат юнацького віку відбувається синхронізація хвиль цього ритму в задньоасоціативних ділянках, про що свідчать міцні когерентні зв’язки, які розподілені симетрично. Це дає підстави вважати, що мислительні процеси представниць жіночої статі 16-17 років здійснюються за рахунок системної інтеграції структур кори правої та лівої півкулі.
ВИСНОВКИ
1. У стані спокою з заплющеними та розплющеними очима достовірно вища когерентність швидких хвиль (6-8 Гц) тета-діапазону зафіксована у дівчат юнацького віку.
2. Під час виконання абстрактно-логічного завдання зафіксовано більшу кількість когерентних зв’язків у порівнянні з наочно-просторовим завданням, що свідчить про вищу синхронізацію біоелектричної активності.
У дівчат-підлітків абстрактно-логічне мислення реалізується за рахунок підвищення синхронних процесів в тета-діапазоні в правій лобовій частці, у дівчат юнацького віку - за рахунок системної інтеграції структур кори обох півкуль головного мозку.
Література
1. Князева М. Г. Системная организация интегративных процессов при умственной деятельности ребенка I М. Г. Князева II Структурно-функциональная организация развивающегося мозга. - Л.: Наука, - 1990. - С. 135-167.
2. Костандов Э. А. Роль когнитивных факторов в эмоциональной асимметрии полушарий головного мозга человека I Э. А. Костандов II Журнал высш. нервн. деят.
- 1990. - Т. 40. - Вып. 4. - С. 611 - 619.
3. Ларькина Е. Г. Характеристики тета- и альфа-диапазонов спектра ЭЭГ подростков 15-17 лет I E. Г. Ларькина, А. В. Киренская II Физиология человека. - 2005. - Т. 31. - № 6. - С. 26-31.
4. Разумникова О. М. Полушарные взаимодействия при поиске оригинальных вербальных ассоциаций: особенности когерентности биопотенциалов коры у креативных мужчин и женщин I О. М. Разумникова, E. Н. Ларина II Журн. высш. нерв. деят. - 2005. - Т. 55. -№ 6. - С. 785-795.
5. Фарбер Д. А. Функциональная организация развивающегося мозга и формирование когнитивной деятельности I Д. А. Фарбер, Т. Г. Бетелева, А. С. Горев II Физиология развития ребенка. - ML 2000. - С. 82.
6. Green J. D. Hippocampal electrical activity in arousal I J. D. Green, A. A. Arduini II J. Neurophysiol. - 1954. - Vol. 17. -P. 533-554.
7. Inanaga K. Frontal midline theta rhythm and mental activity I K. Inanaga II Psychiatry and Clinical Neuroscience. - 1998.
- Vol.52. - № 6. - P. 555.
8. Klimesch W. EEG alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance: a review and analysis I W. Klimesch II Brain Res. Rev. - 1999. - Vol.29. -P. 169-196.
ВІКОВІ ОСОБЛИВОСТІ ПРОСТОРОВОЇ СИНХРОНІЗАЦІЇ ТЕТА-РИТМУ ПІД ЧАС МИСЛИТЕЛЬНОІ ДІЯЛЬНОСТІ У ДІВЧАТ_________________
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ТЕТА-РИТМА ПРИ
МЫСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У ЖЕНЩИН
Швайко С.Е., Пахолюк О.Ю., Дмитроца О.Р.
Проведены исследования ЕЕГ у 60 лиц женского пола, здоровых, 13-14 лет (30 чел) и 16-17 лет (30 чел). С использованием когерентного анализа показано, что в состоянии покоя с закрытыми и открытыми глазами достоверно более высокая когерентность быстрых волн (6-8 Гц) тета-диапазона отмечена у девушек юношеского возраста. Во время выполнения абстрактно логического задания зафиксировано большее количество когерентных связей в сравнении с нагляднопространственным заданием, что свидетельствует о высшей синхронизации биоэлектрической активности. У девушек-подростков абстрактно-логическое мышление реализуется за счет повышения синхронных процессов в тета-диапазоне в правом лобном отделе, у девушек юношеского возраста - за счет системной интеграции структур коры обоих полушарий головного мозга.
Ключевые слова: тета-ритм электроэнцефалограммы, когнитивная деятельность, когерентность.
THE AGE-OLD FEATURES OF SPATIAL SYNCHRONIZATION OF TETA-RHYTHM AT MISLITEL'NIY ACTIVITY FOR WOMEN
Shvayko S.Ye., Pakholyuk O.Yu., Dmytrotsa O.R.
Conducted research of EEG in 60 persons of sex of women, healthy age 13-14 years (30 persons) and 16-17 years (30 persons). It is rotined with the use of coherent analysis, that in a spacehold with the closed and flattened eyes for certain the higher coherentness of rapid waves (6-8 Hertzs) of teta-range is fixed for the girls of youth age. During implementation abstractly logical a task is fixed greater amount of coherent connections in comparison from evidently spatial by a task which testifies to higher synchronization of bioelectric activity. For girls-teenagers abstractly logical thought will be realized due to the increase of synchronous processes in a teta-range in right frontal part, for the girls of youth age - due to system integration of structures of bark of both hemispheres of cerebrum.
Key words: theta-rhythm of EEG, cognitive activity, coherence.
