Введение
Обзор предметной области
Исследования синхронизации
Дизайн эксперимента и первичная обработка данных
Математические методы
Частотно-временной анализ
Вейвлет-когерентность
Результаты
Выводы и обсуждения
Список литературы
Приложение
Программная реализация функций вейвлет-когерентности, фазовой вейвлет-когерентности и предобработки данных
Данная работа посвящена применению метода фазовой вейвлет- когерентности для исследования особенностей мозговой активности при организации таких процессов ментального внимания, как воображение и припоминание.
Под ментальным (или интеллектуальным) вниманием в современной психофизиологии понимают внутренне-направленные процессы внимания,
уделяется не так много внимания, что усиливает актуальность данного исследования.
Наша работа основана на эксперименте, проведенном в Институте мозга человека имени Н.П.Бехтеревой (ИМЧ РАН), направленном на изучение особенностей таких процессов или состояний, как продуктивное и репродуктивное воображение (или творческое воображение и вспоминание), которые относятся к процессам ментального внимания. Авторы эксперимента предполагают, что вышеупомянутые процессы являются схожими, но, тем не менее, характеризуются качественными отличиями. Поэтому целью данной работы является выявление количественных различий в межканальных взаимодействиях для вышеназванных типов когнитивных заданий.
Ожидается, что заявленный метод анализа ЭЭГ позволит получить дополнительную информацию о мозговых процессами вспоминания и воображения. Так в литературе преобладают тенденции связывать состояния направленного внимания с усилением
когерентности ЭЭГ между передними и задними областями коры различных частотных диапазонах ЭЭГ [8].
Процесс воображения предположительно является более сложным видом деятельности по сравнению с воспоминаниями, требует большего когнитивного контроля. Поэтому, согласно представлениям о роли лобных отделов коры в процессах управления и контроля [9-11], предположить большие значения когерентности в высокочастотных бета2 и гамма диапазонах ЭЭГ в лобных отделах для воображения, по сравнению с состоянием вспоминания.
В настоящей работе были исследованы возможности применения
аппарата частотно-временного анализа, а именно фазовой вейвлеткогерентности, для анализа активности мозга в состояниях различных видов
ментального внимания. Алгоритм был применен к данным полученным в
ходе эксперимента, тестирующего состояния продуктивного и
репродуктивного воображения.
Поскольку авторы эксперимента на основании своих предыдущих
работ предполагают существование качественных различий между
процессами вспоминания и воображения, наша цель состояла в том, чтобы
проверить это предположение с помощью вышеназванных количественных
методов. В ходе нашей работы были проанализированы
электроэнцефалограммы 28 испытуемых, выполнивших задания на
вспоминание и воображение. Фазовая вейвлет-когерентность вычислялась
для всех пар электродов и затем усреднялась по всем испытуемым. Тем
самым, было проанализировано 171 межканальное взаимодействие.
Как и предполагалось, высокий показатель синхронизации был
обнаружен в разных частотных диапазонах между лобными и затылочными
зонами коры. А также фазовая синхронизация лобных долей с другими в
высокочастотных бета и гамма диапазонах, затылочных – в диапазоне альфа.
Кроме этого, анализ фазовой синхронизации позволил извлечь
дополнительную информацию о взаимодействии различных зон головного
мозга. Как показали результаты, фазовая связь также наблюдается между
активностью нейронных ансамблей других областей (центральные-лобные,
центральные-затылочные, лобные-височные и др.). Что более важно,
взаимодействие конкретных пар каналов, относящихся к этим областям,
может быть как общим для обоих исследуемых процессов (вспоминания и
творческого воображения), так и специфичным только для одного из них.
Благодаря этому, удалось выявить количественные различия между34
состояниями продуктивного и репродуктивного воображения на уровне
межканальных взаимодействий. А также продемонстрировать применимость
и эффективность метода фазовой вейвлет-синхронизации, как подхода к
решению подобного рода задач.
