Кортикальная гамма-активность и слуховые связанные с событием потенциалы при целенаправленном поведении кроликов в условиях вероятностного предъявления стимулов

Мацелепа, Оксана Борисовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Кортикальная гамма-активность и слуховые связанные с событием потенциалы при целенаправленном поведении кроликов в условиях вероятностного предъявления стимулов
ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Кортикальная гамма-активность и слуховые связанные с событием потенциалы при целенаправленном поведении кроликов в условиях вероятностного предъявления стимулов"

На правах рукописи

4853020

МАЦЕЛЕПА Оксана Борисовна

КОРТИКАЛЬНАЯ ГАММА-АКТИВНОСТЬ И СЛУХОВЫЕ СВЯЗАННЫЕ С СОБЫТИЕМ ПОТЕНЦИАЛЫ ПРИ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОМ ПОВЕДЕНИИ КРОЛИКОВ В УСЛОВИЯХ ВЕРОЯТНОСТНОГО ПРЕДЪЯВЛЕНИЯ СТИМУЛОВ

03.03.01 - физиология 03.03.06 - нейробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 5 СЕН 2011

Москва-2011

4853020

Работа выполнена на кафедре высшей нервной деятельности Биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, заведующий-д.б.н., профессор В.В. Шульговский

Научный руководитель доктор биологических наук, зав. лаб.

нейрофизиологических механизмов обучения кафедры высшей нервной деятельности биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Наталия Олеговна Тимофеева

Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор,

зав. лаб. нейрофизиологии и нейроинтерфейсов кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Александр Яковлевич Каплан

доктор биологических наук, профессор, зав. лаб. нейрофизиологии Учреждения РАМН Научный центр психического здоровья Андрей Федорович Изнак

Ведущая организация Учреждение РАН

Институт Высшей Нервной Деятельности и Нейрофизиологии РАН

Защита состоится 3 октября 2011 года в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.93 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, д.1, корп. 12, МГУ, Биологический факультет, ауд. М-1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан <£ сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, . , доктор биологических наук КллГ

'й

Б.А. Умарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ключевым механизмом целенаправленного поведения человека и животных является внимание, лежащие в основе поведенческой адаптации организма к условиям окружающей среды. Оно позволяет выделять значимые сигналы из всей совокупности стимулов и своевременно реагировать на них. Такие когнитивные функции как обучение и память не могут быть реализованы в отсутствии внимания. Внимание, как процесс выделения ресурсов центральной нервной системы для четкого восприятия, эффективной обработки и правильной интерпретации значения сигналов внешней и внутренней среды, определяет эффективность большинства видов деятельности человека и животных, связанной с необходимостью быстро и точно реагировать на поступающие сигналы.

Нарушение внимания наряду с расстройствами других когнитивных функций развивается при ряде патологий центральной нервной системы, таких как нейродегенеративные заболевания, шизофрения, депрессия, синдром дефицита внимания/гиперактивности и другие (Lee et al., 2003; Hasler et al., 2004; Herrmann, Demiralp, 2005; Kozak et al., 2007; Volkow et al., 2007; Kemp et al., 2010). Изучение внимания и наиболее информативных его показателей проводится в связи с деятельностью человека-оператора (Коган, Ермаков, 1987; Изнак, 1989; Изнак, Чаянов, 1989; Лебедева и др., 2009; Berka et al., 2007 и др.), с созданием интерфейса «мозг-компьютер» (Шишкин и др., 2009; Farwell, Donchin, 1988; Guger et al., 2009; Shishkin et al., 2009; Brunner et al., 2011; Liu et al., 2011), с разработкой медикаментозных средств для восстановления функций нервной системы, с проблемой реабилитации человека с поражением центральной нервной системы.

Изучение внимания является одним из наиболее актуальных и интенсивно развивающихся направлений как фундаментальной, так и прикладной нейробиологии. Исследования внимания носят междисциплинарный характер и находятся на стыке нейробиологии, психологии, медицины, фармакологии, педагогики.

В настоящее время ведется активное изучение глубинных физиологических механизмов внимания, что определяется большой теоретической и практической значимостью данной проблемы.

Физиологическими коррелятами, доступными для электрофизиологического изучения внимания на человеке и животных, являются длиннолатентные вызванные потенциалы (Иваницкий, Стрелец, 1976; Костандов, 1995; Наатанен, 1998; Мачинская, 2003; Squires et al., 1975; Polich, 1990; Kemp et al., 2010 и др.) и кортикальная гамма-активность (Думенко, 2006, 2007; Данилова, Астафьев, 2000; Сорокина и др., 2006; Engel et al, 2001; Debener et al., 2003 и др.).

Так, в исследованиях, проведенных преимущественно на людях, но также и на животных с вероятностным предъявлением стимулов (парадигма «одд-болл»,

согласно которой низковероятный редкий стимул привлекает внимание и является значимым для организма) показано, что амплитудно-временные параметры длиннолатентных позитивных компонентов Р200 и, в большей степени, Р300 зависят от уровня селективного внимания при выполнении дискриминационных задач (Наатанен, 1998; Чернышев и др., 2005; Wilder et al., 1981; O'Connor, Starr, 1985; Ito et al., 1992; Kim et al., 2008; Lijffijt et al., 2009; Rosburg et al., 2009 и др.).

Подавляющее большинство работ, посвященных вниманию, проведено на человеке, в том числе с использованием методики одд-болл, и существенно в меньшем числе на животных преимущественно при простых формах стимуляции, предполагающих проявление внимания. Однако многие аспекты центральных механизмов внимания в исследованиях на человеке остаются практически недоступными. В связи с этим исследования внимания на животных становятся актуальными и обусловлены необходимостью изучения структурных, нейронных и медиаторных механизмов разнообразных форм внимания и наиболее объективных его показателей. Разработка экспериментальных поведенческих моделей для изучения внимания на животных, сопоставимых с применяемыми на человеке, становится перспективным направлением нейрофизиологии внимания.

В настоящее время целый ряд вопросов, связанных с исследованием внимания на животных требует специального изучения. К ним относятся такие, как: возможность моделирования на животных экспериментальных парадигм внимания и установление их тождественности применяемым на человеке; соответствие электрографических показателей внимания, регистрируемых у животных и, в частности у кроликов, наблюдаемым у человека; специфика влияния изменения уровня внимания на динамику гамма-активности и связанных с событием потенциалов у животных в связи с определением значимости стимулов, правильностью их распознавания и выполнением поведенческих реакций.

Целью данной работы стало исследование кортикальной гамма-активности и слуховых связанных с событием потенциалов как показателей внимания при

целенаправленном поведении кроликов в условиях вероятностного предъявления стимулов.

Задачи исследования:

1. Апробирование поведенческой модели активного одд-болла, модифицированной для кроликов:

а. Изучение закономерности дифференцирования стимулов, определения их значимости и выполнения/невыполнения инструментальной реакции при реализации задачи «активный одд-болл».

б. Изучение взаимодействия активационного и тормозного поведенческих навыков в условиях низкой вероятности предъявления значимого стимула.

2. Исследование кортикальной гамма-активности и связанных с событием потенциалов при реализации задачи «активный одд-болл»:

а. Изучение гамма-активности и связанных с событием потенциалов при определении значимости и правильности распознавания стимулов.

б. Изучение динамики гамма-ритма и связанных с событием потенциалов при выполнении и невыполнении инструментальной реакции на значимый и незначимый стимулы.

Положения, выносимые на защиту:

1. При целенаправленном поведении животного в ситуации низковероятного предъявления значимого стимула мощность кортикальной фоновой гамма-активности является показателем тонического непрерывного внимания, предшествующего предъявлению стимула. Модуляция мощности фонового гамма-ритма обусловлена изменением уровня тонического внимания, отражающего процесс настройки нервной системы на распознавание стимулов, правильность интерпретации их значимости и на совершение/несовершение поведенческой реакции.

2. Мощность гамма-активности и амплитудно-временные параметры связанных с событием потенциалов являются показателями селективного внимания, направленного на выделение редкого значимого стимула. Изменение уровня внимания находит отражение в динамике мощности гамма-активности и амплитудно-временных параметрах вызванных потенциалов. Наибольшее значение мощности гамма-ритма, а также амплитуды и латентного периода вызванных потенциалов наблюдаются в ответ на значимый стимул при правильной поведенческой реакции. Снижение уровня селективного внимания, приводящее к нарушению процессов идентификации стимулов, вызывает понижение мощности гамма-активности и амплитуды когнитивных потенциалов на незначимый стимул при совершении ошибочных реакций.

временных параметров потенциалов Р200 и РЗОО, коррелирующие с уровнем селективного внимания, зарегистрированы в лобном и латерально-теменном отведениях, в центрально-теменном локусе отмечена сходная тенденция.

4. Поведенческие показатели внимания, гамма-активность и связанные с событием позитивные потенциалы, зарегистрированные у кроликов в условиях целенаправленного поведения при низкой вероятности предъявления значимого стимула, идентичны по своим характеристикам, закономерности изменений электрографической активности и локализации этого процесса, наблюдаемым у человека при реализации парадигмы «активный одд-болл» и интерпретируемым как нейрофизиологические корреляты внимания.

Научная новизна.

1. Впервые с целью изучения процесса внимания на животных использована оригинальная методика дифференцирования стимулов при целенаправленном поведении в условиях низкой вероятности предъявления значимого, разработанная для кроликов и представляющая собой модификацию парадигмы «активный одд-болл», применяемой в аналогичных исследованиях на человеке.

2. Впервые на кроликах установлена закономерность дифференцирования стимулов при выполнении задачи «активный одд-болл». Показано, что высокая вероятность предъявления незначимого, неподкрепляемого и не требующего ответной реакции стимула, приводит к снижению уровня внимания к значимому стимулу.

3. Впервые продемонстрировано, что мощность кортикальной фоновой гамма-активности является показателем тонического непрерывного внимания, предшествующего предъявлению стимула. Модуляция мощности фоновой гамма-активности при выполнении задачи активного одд-болла обусловлена изменением уровня непрерывного тонического внимания, отражающего настройку нервной системы на их распознавание, правильность интерпретации их значимости и на совершение/несовершение поведенческой реакции.

4. Впервые показано, что мощность гамма-активности и амплитудно-временные параметры связанных с событием потенциалов, зарегистрированные у кролика, являются показателями селективного внимания, направленного на выделение редкого значимого стимула и планирование ответной двигательной инструментальной реакции.

5. Впервые показано, что закономерные изменения мощности гамма-активности и амплитудно-временных параметров позитивных связанных с событием потенциалов у кроликов вызваны изменением уровня селективного внимания при совершении/несовершении инструментальной поведенческой реакции на значимый или незначимый стимулы.

6. Впервые продемонстрировано снижение мощности гамма-активности и амплитуды Р200 и РЗОО в ответ на незначимый стимул при совершении ошибочных

поведенческих реакций по сравнению с реакцией на значимый стимул при правильным выполнением инструментальной реакции, что обусловлено понижением уровня селективного внимания.

Научно-теоретическое и практическое значение работы. Проведенное исследование характера и закономерности поведения животных, амплитудно-временных параметров когнитивных потенциалов и мощности гамма-акгивности в процессе дифференцирования стимулов с низкой вероятностью предъявления значимого (парадигма «активный одд-болл»), направленное на изучение внимания, имеет фундаментально-теоретическое значение. Полученные данные существенно расширяют и дополняют представление о характере взаимодействия формируемых при выполнении задачи «активный одд-болл» поведенческих навыков и о его влиянии на уровень распознавания стимулов; о влиянии уровня фонового и селективного внимания на электрическую активность головного мозга в связи с определением значимости стимулов и принятием решения о выполнении/невыполнении ответной реакции.

Проведенные исследования показали, что поведенческие показатели внимания, мощность гамма-активности и параметры связанных с событием позитивных потенциалов, зарегистрированные у кроликов, идентичны по своим характеристикам, закономерности изменений энцефалографической активности и локализации этого процесса наблюдаемым у человека при реализации парадигмы «активный одд-болл. Это позволяет использовать поведенческую модель активного одд-болла, модифицированную для кроликов, в фундаментальных исследованиях нейрофизиологических механизмов внимания, его структурных, медиаторных и нейронных основ на животных. Кроме того, данная модель парадигмы «активный одд-болл» может быть использована в прикладных целях при моделировании патологии внимания, при разработке медикаментозных средств для восстановления когнитивных функций у человека.

Выявленные закономерности генерации когнитивных потенциалов могут быть учтены при настройке интерфейсов мозг-компыотер и улучшении точности и скорости распознавания вводимой оператором команды.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Россия, Москва, 2008); на Третьей международной конференции по когнитивной науке (Россия, Москва, 2008); на II съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (Молдова, Кишинэу, 2008); на XV Международной конференции по нейрокибернетике (Россия, Ростов-на-Дону, 2009); на Четвертой международной конференции по когнитивной науке (Россия, Томск, 2010); на XXI Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Россия, Калуга, 2010); на V Международной научной конференции

«Психофизиологические и висцеральные функции в норме и патологии» (Украина, Киев, 2010).

Диссертация апробирована на заседании кафедры высшей нервной деятельности Биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова 27 июня 2011 г.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 11 научных публикациях, включая 1 статью в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием методики исследования, трех глав, содержащих собственные экспериментальные данные и обсуждение полученных результатов, заключения, выводов, списка литературы. Диссертация иллюстрирована 35 рисунками, содержит 4 таблицы. Список литературы включает 227 источников, 40 из которых на русском языке, 187 на иностранных.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты проведены на 17 взрослых кроликах самцах весом 3-4.5 кг. Исследования на животных проводили в соответствии с приказами Минвуза СССР № 742 от 13.11.1984 г. и№ 48 от23.01.1985 г.

Формирование распознавания стимулов с низкой вероятностью предъявления значимого стимула (парадигма «активный одд-болл»).

Суть разработанной в лаборатории «Нейрофизиологических механизмов обучения» МГУ им. М.В. Ломоносова поведенческой модели активного одц-болла для кроликов состоит в том, что при предъявлении двух разновероятных звуковых сигналов в квазислучайном порядке животное совершает инструментальное движение в ответ на редкий значимый стимул (ЗС), за которым следует питьевое подкрепление, в то время как совершение движения в ответ на частый незначимый стимул (НЗС) не подкрепляется (Семикопная и др., 2005). Согласно парадигме «активный одц-болл» редкий и требующий ответной реакции стимул привлекает внимание и является значимым для организма. Эта поведенческая модель в своей основе является дифференцированием стимулов с низкой вероятностью предъявления ЗС и высокой - НЗС.

Формирование дифференцирования стимулов проводили в два этапа:

1. выработка питьевого инструментального навыка;

2. выработка дифференцирования стимулов.

Стимулами служили тоны 800 и 2000 Гц интенсивностью около 70 дБ и длительностью 40 мс. У восьми животных ЗС был тон 2000 Гц и НЗС - 800 Гц, у девяти кроликов - наоборот. ЗС и НЗС предъявляли в квазислучайном порядке в соотношении 1:4, соответственно, с интервалами между стимулами 8±1 с. Для НЗС отдельно рассматривали реализации, в которых данный стимул предъявляли в

первый раз после ЗС (первые НЗС), и реализации, на которых непрерывная последовательность предъявлений НЗС заканчивалась, т.е. в которых НЗС предъявляли непосредственно перед ЗС (последние НЗС) (рис. 1).

... ЗС — НЗСпервыя НЗС НЗС НЗСроследний.— ЗС ... Рис. 1. Фрагмент протокола предъявления ЗС и НЗС при реализации парадигмы «активный одд-болл».

Питьевое подкрепление животное получало, если в течение 4 с после включения ЗС совершало выработанное инструментальное движение головой. Совершение животным инструментального движения в ответ на НЗС считали ошибкой и не подкрепляли.

Регистрация, обработка и анализ экспериментальных данных.

Эксперименты с регистрацией ЭЭГ и ВП проводили на 13 кроликах в условиях свободного поведения животного.

Регистрирующие макроэлектроды, изготовленные из серебряной проволоки толщиной 400 мкм в тефлоновой изоляции, устанавливали в точках с координатами (Fifkovâ, Maräala, 1967): А=7, L=l-3.5 - лобная (Л) кора; P=l-2, L=5.5-6 -латеральная теменная (лТ) кора; А=0, L=0 - центральная теменная (цТ) кора. Референтный электрод, аналогичный регистрирующим электродам, располагали в 10-15 мм кпереди от брегмы рядом с сагиттальным швом. Заземляющие электроды фиксировали в затылочной части черепа вблизи сагиттального шва. У шести кроликов электроды располагали унилатерально над правым полушарием мозга, а у семи — унилатерально над левым.

ЭЭГ и ВП регистрировали монополярно в Л, лТ и цТ областях коры с постоянной времени 1.6 с и ограничением полосы пропускания сверху до 70 Гц, частота оцифровки составляла 512 Гц. Выбор данных точек регистрации обусловлен тем, что в настоящее время лобным и теменным областям коры отводится значительная роль в организации внимания (Mesulam, 1998; Berger, Posner, 2000).

Эксперименты проводили в экранированной свето- и звукоизолированной камере. Управление экспериментом и регистрацию данных проводили с помощью программы "Emerald Spike" (автор - Б.В. Чернышев).

Мощность гамма-активности (28-68 Гц) вычисляли в скользящем окне длительностью 125 мс с шагом 64.5 мс с наложением окна Ханна (Оппенгейм, Шафер, 1979), с помощью быстрого преобразования Фурье. При этом анализировали 500 мс фоновой активности, предшествующей подаче стимула, и 500 мс постстимульной активности. Полученные значения мощности нормировали для каждого животного относительно уровня мощности фоновой гамма-активности перед предъявлением ЗС, которая была принята за 100%. Дополнительно также анализировали мощность гамма-активности с вычитанием соответствующего

уровня фоновой активности, вычитание производили для каждой анализируемой ситуации независимо.

В программе "Emerald Spike" для каждого кролика в каждом опыте проводили синхронное усреднение ВП (от 30 до 50 реализаций) в соответствии со стимулами и поведенческими реакциями. При анализе ВП в каждом отведении полуавтоматически идентифицировали длиннолатентные позитивные компоненты ВП для Р200 в диапазоне 150-300 мс, для Р300 - 250-500 мс. Оценивали величину пиковой латентности и амплитуду компонентов в точке максимального отклонения от изолинии.

Построение графиков динамики правильных и ошибочных ответов при дифференцировании стимулов, а также определение характера взаимодействия двух навыков - активационного и тормозного - проводили с помощью алгоритма A.B. Нарышкина, Ю.Н. Тюрина по критерию yj и критерию знаков (Нарышкин и др., 1996).

Оценку влияния фактора «значимость стимула» на мощность гамма-активности осуществили по непараметрическому критерию ANOVA Фридмена. Для оценки влияния групповых факторов «значимость стимула», «область регистрации» и «тип реакции» и их возможных сочетаний на амплитуду и латентный период (ЛП) компонентов Р200 и Р300 использовали многофакторный дисперсионный анализ ANOVA.

Статистическое сравнение параметров проводили по непараметрическим критериям Вилкоксона и Манн-Уигни в программах Matlab 6.5 (MathWorks, Inc., 2002) и STATISTICA 6.0 (StatSoft, Inc., 2001), а сравнение вероятности событий -по таблице сопряженности 2x2 по критерию х2 (STATISTICA 6.0, StatSoft, Inc., 2001). Отличия считались достоверными при р < 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Анализ закономерности формирования распознавания стимулов в парадигме «активный одд-болл».

Формирование распознавания стимулов, один из которых редкий значимый, начинали при достижении 60-70% уровня обучении питьевому инструментальному навыку.

В процессе обучения дифференцированию стимулов вырабатываются два поведенческих навыка: на ЗС - положительный активационный, выражающийся в инструментальной поведенческой реакции, а на НЗС - тормозный, проявляющийся в отсутствии поведенческого ответа.

Введение высоковероятного неподкрепляемого НЗС вызывает подавление активационного навыка и достоверное преобладание правильных пропусков реакций на НЗС в сравнении с правильными поведенческими ответами на ЗС (критерий х2, р<0.001). При последующем многократном предъявлении ЗС и НЗС в

соотношении 1:4 в период регистрации электрической активности мозга у всех животных наблюдается картина стойкого доминирования тормозного навыка над активационным. Данная стадия характеризуется в среднем 50% уровнем правильных реакций на ЗС (28-70%) и менее 7% ошибочных реакций на НЗС. Анализ показал, что величина ЛП правильной реакции на ЗС (1.30±0.79 с) достоверно ниже (критерий Манн-Уитни, р<0.001) величины ЛП ошибочной реакции (1.8±1.14 с) на НЗС, т.е. ошибочное движение на НЗС совершалось с большим ЛП, чем правильный инструментальный ответ на ЗС.

Таким образом, при дифференцировании двух стимулов, один из которых -ЗС - предъявляется с более низкой вероятностью, чем НЗС, наблюдается ретроактивное подавление ранее выработанного активационного навыка вновь формируемым тормозным. Отсюда следует, что при изучении внимания при реализации парадигмы «активный одд-болл», необходимо учитывать взаимодействие двух одновременно реализуемых форм поведения, т.к. этот процесс может модулировать уровень внимания к ЗС и находить отражение в параметрах электрографических показателей внимания.

Наши исследования показали, что регистрируемое в ситуации воспроизведения задачи «активный одд-болл» поведение животных демонстрирует весь диапазон признаков внимания. Активное состояние кроликов во время опытов, угашение реакции на обстановочные сигналы, низкий уровень межсигнальных реакций, активная реакция только на звуковые стимулы, улучшение их распознавания характеризуют продуктивный компонент внимания. Запоминание стимулов, находящихся в поле внимании, и их значимости относятся к мнемическому признаку внимания. Наличие выраженных моторных и позно-тонических реакций, обеспечивающих лучшее восприятие сигнала (расположение животного около регистрирующего устройства, ориентация в направлении движения, ожидание ЗС в межстимульные периоды), и, наконец, избирательное поведенческое реагирование на ЗС отражают как внешние проявления внимания, так и его избирательность. Перечисленные компоненты поведения и, главное, избирательность реагирования на стимулы, согласно современным представлениям, отражают селективное внимание как у человека, так и у животных (Гиппенрейтер, 2005).

2. Гамма-активность при реализации парадигмы «активный одд-болл».

Эксперименты с регистрацией ЭЭГ проведены в 250 опытах на 13 кроликах.

В ЭЭГ, зарегистрированной от поверхности черепа кролика, выделены дельта-, тета-, альфа-, бета- и гамма-активность. При этом у кролика доля мощности гамма-активности, зарегистрированной в Л, лТ и цТ отведениях, составляет 6.25-8.15% от уровня мощности всей ЭЭГ.

Чрезвычайно важным является вопрос о физиологической природе гамма-активности. Одним из потенциальных источников электрических колебаний в

диапазоне гама-ритма могли оказаться обонятельные луковицы, поскольку референтный электрод располагался в относительной близости от них. Тем не менее, контрольные записи, в которых регистрацию ЭЭГ проводили относительно лТ отведения, либо относительно заземляющего электрода вместо стандартного референтного показали, что гамма-активность присутствовала в записи в любом из этих вариантов.

В отличие от многочисленных исследований на человеке, в которых максимальная мощность гамма-активности наблюдалась вблизи 40 Гц (Tiitinen et al., 1993; Tallon-Baudry et al., 1996; Debener et al., 2003; Doesburg et al„ 2008), при исследовании спектра гамма-ритма у кроликов установлено относительно равномерное распределение мощности по всем исследованным поддиапазонам частот от 28 до 68 Гц. Данное различие может быть обусловлено видоспецифическими особенностями экспериментального объекта и согласуются с результатами исследований гамма-ритма на других животных (Думенко, 2006; Bouyer et al., 1980).

Характер гамма-активности на звуковой тон разной высоты.

При реализации активного одц-болла в ответ на звуковые стимулы в ЭЭГ возникали два компонента ответа в частотном диапазоне гамма-ритма: ранний, развивающийся в первые 100-150 мс после включения стимула, и поздний -начинавшийся в 100-150 мс и длившийся до 400-500 мс и более. Ранний компонент гамма-активности был существенно выражен в ответ на звуковой тон 2000 Гц, а поздний компонент - на оба использовавшихся звуковых тона.

Мы установили следующие временные окна для анализа постстимульной гамма-активности: 0-125 мс для раннего компонента и 125-500 мс - для позднего. Поскольку в раннем компоненте паттерны реакции на два стимула различались в зависимости от высоты тона, мы отдельно рассматривали данные для раннего компонента по двум группам экспериментальных животных: для группы 2000 ЗС был тон 2000 Гц, НЗС - 800 Гц (7 кроликов), для группы 800 значение стимулов было противоположным (6 кроликов). Так как высота звукового стимула не оказывала влияние на поздний компонент гамма-активности, то мощность фоновой активности и позднего компонента в разных исследуемых ситуациях мы рассматривали по всей совокупности животных.

Влияние значимости стимула на мощность гамма-активности.

При анализе фоновой и постстимульной гамма-активности в ответ на ЗС и НЗС, для НЗС отдельно рассматривали первые НЗС и последние НЗС.

Мы предположили, что в первом случае, после подкрепления ЗС, внимание к последующему НЗС снижено, тогда как во втором - наоборот, после серии неподкрепляемых НЗС внимание в ожидании ЗС повышается.

Дисперсионный анализ по Фридмену показал зависимость мощности гамма-активности от значимости стимула и порядка следования НЗС после предъявления

ЗС. Достоверная зависимость мощности фоновой гамма-активности от типа стимула показана для Л [хи-квадр. (И = 12, ёГ = 2) = 8.17, р < 0.01685], лТ [хи-квадр. (Ы = 12, ■= 2) = 15.5, р < 0.00043] и цТ [хи-квадр. (Ы = 12, ^= 2) = 20.67, р < 0.00003] отведений. Для постстимульной гамма-активности во временном диапазоне от 0 до 500 мс после стимула также показана достоверная зависимость мощности от типа предъявляемого стимула во всех исследованных отведениях: Л [хи-квадр. (К = 26, df = 2) = 16.84615, р < 0.00022], лТ [хи-квадр. (Ы = 26, с^ = 2) = 21.30769, р < 0.00002] и цТ [хи-квадр. (Ы = 26, <1Г= 2) = 22.38462, р < 0.00001].

Выявлено, что у всех животных спонтанная фоновая гамма-активность была выше перед ЗС, чем перед первым и последним НЗС во всех регистрируемых отведениях. При этом показано достоверное увеличение мощности фоновой гамма-активности от первого НЗС к последнему НЗС и к ЗС (рис. 2А). Уровень фоновой активности достигал максимума непосредственно перед предъявлением ЗС, вслед за которым происходил резкий сброс спонтанной активности к минимальному уровню.

Отведения Отведения

□ первый НЗС а последний НЗС О ЗС

Рис. 2. Значения медианы мощности фоновой (А) и позднего компонента (Б) гамма-активности перед предъявлением первого НЗС, последнего НЗС и ЗС. N=250 опытов. Для каждого столбца указан интерквартильный размах. Достоверность различий по критерию Вилкоксона: * - р<0.05, ** - р<0.01, *** -р<0.001.

Можно предположить, что животные обучились тому, что непосредственно после ЗС, сигнализирующего о подкреплении и требующего инструментальной | реакции, не может сразу следовать еще один ЗС, что, как следствие, приводит к снижению уровня внимания. Усиление внимания животного в этом случае происходит по мере следования нескольких НЗС подряд и роста вероятность появления ЗС. Сброс уровня внимания после предъявления ЗС и нарастание уровня фонового непрерывного внимания по мере предъявления НЗС, вероятно, обусловлен нисходящим механизмом внимания, который является ' целенаправленным, зависит от опыта и изменяется в процессе обучения (ВеЬепег е! а]., 2003).

Анализ влияния значимости стимула на ранний компонент гамма-ритма был затруднен тем, что его выраженность зависела в значительной степени от высоты тона, а не его значимости. В группе 2000 мощность гамма-активности во временном интервале 0-125 мс была достоверно выше (критерий Вилкоксона, pcO.OOl) в ответ на ЗС (2000 Гц), чем на первый и последний НЗС (800 Гц) во всех отведениях, а в группе 800 мощность гамма-активности преобладала на НЗС (критерий Вилкоксона, р<0.01) - также тон 2000 Гц.

Вычитание уровня фоновой активности из уровня активности раннего компонента не повлияло на направление и достоверность различий мощности гамма-активности в ответ на ЗС и первый и последний НЗС. Это свидетельствует о значительном влиянии физических параметров стимула на выраженность гамма-ритма во временном диапазоне от 0 до 125 мс после предъявления стимула.

Тем не менее, сравнение раннего компонента гамма-активности на первый и последний НЗС, физические параметры которых были идентичны для каждой группы животных, показало, что когнитивные факторы восприятия стимулов: сброс внимания и последующее усиление его при ожидании стимулов - влияют на ранний компонент гамма-активности. Во всех отведениях у обеих групп животных ранний компонент гамма-активности в ответ на последний НЗС был выражен достоверно сильнее (критерий Вилкоксона, pO.OOl), чем на первый НЗС.

Связь раннего компонента гамма-активности с вниманием показана также в работах К.С. Херманна и др., X. Тиитинена и др., а также К.С. Херрманна и А. Меклингера (Tiitinen et al., 1993; Hermann et al., 1999; Herrmann, Mecklinger, 2000).

Мощность позднего компонента гамма-активности проявила отчетливую высоко достоверную зависимость от значимости стимула: она была достоверно выше для ЗС в сравнении как с первыми НЗС, так и последними НЗС (рис. 2Б).

Кроме того, мощность позднего компонента гамма-активности была достоверно выше в ответ на последний НЗС, чем на первый НЗС у всех кроликов (рис. 2Б), что подтверждает наше предположение о росте уровня внимания в ряду первый НЗС - последний НЗС.

Это свидетельствует о том, что значимость стимула непосредственно влияет на выраженность позднего компонента. Аналогичное повышение мощности позднего компонента (200-300 мс после стимула) гамма-активности в ответ на ЗС отмечено в ряде исследований с применением активного и пассивного одд-болла (Marshall et al., 1996; Bertrand et al., 1998). Данный эффект объясняют влиянием селективного внимания, благодаря которому ЗС выделяется из комплекса других сигналов и шума.

Мощность гамма-активности и выполнение/невыполнение инструментальной реакции.

Значения мощности фоновой активности в диапазоне гамма-ритма было достоверно выше в реализациях, в которых зарегистрированы инструментальные

движения в ответ на ЗС по сравнению с ошибочным пропуском реакции на этот стимул (рис. ЗА), а также при совершении ошибочного движения в сравнении с правильным отказом от выполнения движения на НЗС (рис. ЗБ).

дТ

В правильная реакция на ЗС И ошибочный пропуск реакции на ЗС

лТ

Отведения

И ошибочная реакция на НЗС 3 правильный отказ от реакции на НЗС

Рис. 3. Значения медианы мощности фоновой гамма-акгивности перед совершением: (А) правильной реакции и ошибочного пропуска реакции на ЗС (N=211) и (Б) ошибочной реакции и правильного отказа от реакции на НЗС (N=79). Остальные обозначения см. рис. 2.

Таким образом, движение (правильная и ошибочная инструментальная реакция) выполнялось в тех случаях, когда мощность фоновой гамма-активности перед моментом включения стимула была выше, отражая тем самым повышенный уровень фонового тонического внимания у животных, обусловленный нисходящим механизмом внимания. Связь фоновой гамма-активности со вниманием показана и в экспериментах на людях (Makeig, Jung, 1996).

Показано, что фоновая активность в лТ отведении перед совершением ошибочной двигательной реакцией на НЗС (медиана мощности - 97.71%) была достоверно выше (критерий Вилкоксона, р<0.05), чем перед правильной инструментальной реакцией на ЗС (95.91%).

Совершение ошибочного движения на НЗС, вероятно, связано с чрезмерным уровнем активации нервной системы на фоне избыточной активации холинергических проекций в кору больших полушарий, когда возникает так называемое «гипервнимание» (Sarter, Bruno, 2000). Другие авторы говорят о явлении «чрезмерной обработки» стимула, которая приводит к нарушению определения значимости стимула, а также оказывает влияние на время реакции и ухудшает эффективность выполнения задания (Kemp et al., 2010).

Характер поведенческого ответа на стимулы оказывает однонаправленное влияние на изменение мощности раннего компонента гамма-активности в обеих группах животных. Показано, что повышение мощности раннего компонента гамма-активности происходит в случае совершения инструментальной реакции на ЗС (правильная реакция) по сравнению с ситуацией отсутствия движения на этот стимул (ошибочный пропуск реакции) (рис. 4).

лТ

Отведения

□ правильная реакция на ЗС

Н ошибочный пропуск реакции на ЗС

Рис. 4. Значения медианы мощности раннего компонента гамма-активности при правильной реакции и ошибочном пропуске реакции на ЗС у кроликов группы 2000 (А) и группы 800 (Б). (N=96 для группы 2000, N=115 для группы 800). Остальные обозначения см. рис. 2.

Оптимальный уровень внимания к стимулу и высокий уровень мощности раннего компонента приводит к правильной интерпретации значимости стимула и совершению правильного инструментального ответа. Однако в литературе отсутствуют какие-либо данные о зависимости раннего компонента от характера поведенческого ответа.

Мощность позднего компонента гамма-акгивности была выше при совершении движения, чем при его пропуске. Данный эффект проявлялся с высокой достоверностью при сравнении выполнения правильной инструментальной реакции в ответ на ЗС с ее пропуском на этот же стимул (рис. 5А). Аналогично этому, в ответ на НЗС при ошибочных инструментальных реакциях мощность позднего компонента гамма-активности была выше, чем при правильных отказах от реакции (рис. 5Б).

А 150 " . 130 -

г?

! ПО

| 90-

70 " 50

ли.

Л лТ

Отведения ----------

О правильная реакция на ЗС И ошибочный пропуск реакции на ЗС

Е ошибочная реакция на НЗС Ш правильный отказ от реакции на НЗС

Рис. 5. Значения медианы мощности позднего компонента гамма-активности при совершении: (А) правильной реакции и ошибочном пропуске реакции на ЗС (N=211) и (Б) правильной реакции на ЗС, ошибочной реакции и правильном отказе от реакции на НЗС (N=79). Остальные обозначения см. рис. 2.

Вычитание из уровня мощности позднего компонента уровень фоновой активности сохраняет данные различия и достоверность, что исключает влияние фоновой гамма-активности на данные различия и свидетельствует в пользу того, что именно когнитивные факторы восприятия и оценки стимула, в том числе и внимание, оказывают влияние на них.

Особый интерес представляет сравнение гамма-активности при правильном выполнении инструментальной реакции на ЗС и ошибочном выполнении на НЗС, т.е. двух ситуаций совершения инструментальной двигательной реакции: правильного и ошибочного. Выраженность позднего компонента была ниже при совершении ошибочного движения на НЗС, чем при правильном движении в ответ на ЗС (рис. 5Б). К тому же, ЛП ошибочной инструментальной реакции на НЗС были достоверно выше по сравнению с реакцией на ЗС. В качестве возможной интерпретации можно предположить, что в состоянии "гипервнимания" анализ стимула в мозге происходит медленнее и не столь эффективно, как при оптимальном состоянии внимания. Большие ЛП могут также говорить о конкуренции при принятии одного из двух возможных решений: выполнить инструментальную реакцию или воздержаться от нее.

Таким образом, гамма-активность является адекватным физиологическим показателем внимания у кроликов при реализации активного одц-болла. Мощность колебаний в диапазоне гамма-ритма (28-68 Гц в нашем исследовании) была явным образом связана с процессами устойчивого (тонического) и селективного внимания, проявлявшимися как в виде ожидания стимула в межстимульные интервалы, так и в реакциях на стимулы.

3. Связанные с событием корковые потенциалы при реализации парадигмы «активный одд-болл».

Регистрация ВП в ответ на предъявление ЗС и НЗС при реализации парадигмы «активный одд-болл» проведена на 13 животных в ходе 230 опытов.

Характеристика амплитудно-временных параметров слуховых ССП кролика.

У всех животных были выделены позитивные длиннолатентные компоненты вызванных потенциалов (ВП) - Р200 и РЗОО - и определены их амплитудно-временные параметры и вероятность выделения (рис. 6).

Волна Р200 - стабильно регистрируемое позитивное колебание слухового ССП, наблюдаемое во всех регистрируемых отведениях. Вероятность выделения данной волны составляла от 39.62% до 67.39% в зависимости от отведения, значимости стимула и наличия поведенческого ответа на стимул.

J\» л ,

V2 г /

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 04 0.S

Рис. 6. Слуховые длиннолатентные ВП, зарегистрированные в цТ отведении от поверхности черепа кролика. Усреднения по 50 реализациям стимула. Ось абсцисс - 0 - момент включения стимула.

Дисперсионный анализ показал, что на величину амплитуды и пиковой латентности волны Р200 оказывают влияние индивидуальные свойства животного [для амплитуды F(12, 3258)=114.33, р=0.0000; для ЛП F(12, 3258)=99.819, р=0.0000], область регистрации ВП [для амплитуды F(2, 3268)=938.14, р=0.0000; для ЛП F(2, 3268)=8.6602, р=0.00018] и характер поведенческой реакции [для амплитуды F(4, 1789)=6.5111, р=0.00003; для ЛП F(4, 1789)=24.940, р=0.0000].

Волна Р300 - поздний позитивный компонент слухового ССП, зарегистрирован во всех отведениях. Вероятность выделения Р300 в зависимости от отведения, значимости стимула и поведения составляла 33.91% - 72.96%.

Дисперсионный анализ амплитудно-временных параметров волны Р300 продемонстрировал их достоверную зависимость от индивидуальных свойств животного [для амплитуды F(12, 3219)=139.27, р=0.0000; для ЛП F(12, 3219)=74.928, рЮ.ОООО], от области регистрации [для амплитуды F(2, 3229)=655.18, р=0.0000; для ЛП F(2, 3229)=3.2789, р=0.03779] и поведения животного [для амплитуды F(4, 1732)=! 7.539, р=0.00000; для ЛП F(4, 1732)=7.7679, р=0.00000].

Амплитудно-временные параметры волн Р200 и Р300 в трех исследуемых отведениях представлены в таблице 1.

Таблица 1. Медианы, минимальные и максимальные значения амплитуды и ЛП компонентов Р200 и Р300, зарегистрированных в коре больших полушарий кроликов при реализации парадигмы «активный одц-болл».

Компонент ВП Область отведения п' Амплитуда, мкВ ЛП, мс

Медиана Min Мах Медиана Min Мах

Р200 Л кора 804 28.1 6.2 86.5 213.4 149.0 320.6

лТ кора 1144 103.7 13.9 350.1 207.5 121.0 332.3

цТ кора 1096 46.5 6.7 175.4 215.3 147.1 334.3

Р300 Л кора 793 27.1 6.7 88.2 346.0 256.3 492.2

лТ кора 1026 78.5 9.9 352.2 342.1 246.5 476.6

цТ кора 1158 39.6 5.4 194.0 340.1 250.4 474.7

_ п _ число измерений ВП на ЗС и НЗС, для каждого измерения произведена суперпозиция в среднем 35 реализаций соответствующего стимула.

По данным литературы известно, что у человека и высших приматов выделяют компоненты Р200 и Р300 слухового ВП со средней латентностью Р200 -120 - 200 мс и Р300 - 250 - 500 мс (Наатанен, 1998; Polich, 2003; Glover et al., 1986; Coull, 1998; Basar-Eroglu et al., 2001). Таким образом, выделенные y кролика волны Р200 и Р300 совпадают по амплитудно-временным параметрам с позитивными длиннолатентными компонентами слуховых ВП человека. Более того, параметры зарегистрированных нами колебаний ССП у кроликов совпадают с параметрами Р200 и РЗОО, описанными в литературе на разных животных (Knight et al., 1985; O'Connor, Starr, 1985; Wang et al., 1997, 1999; Ehlers, Somes, 2002).

Влияние значимости стимула на генерацию и амплитудно-временные параметры позитивных компонентов ССП.

При реализации парадигмы «активный одд-болл» вероятность выделения волны РЗОО значимо выше (таблица сопряженности 2x2, критерий -¿, р<0.05) в Л и лТ отведениях в ответ на ЗС в сравнении с НЗС. Для волны Р200 такая закономерность не была обнаружена. В случае правильной интерпретации кроликом значимости стимулов и адекватного реагирования на них компонент РЗОО в Л и лТ отведениях генерировался с достоверно большей вероятностью (таблица сопряженности 2x2, критерий у}, р<0.001 и р<0.01, соответственно) при совершении правильной инструментальной реакции на ЗС по сравнению с правильным отказом от реакции на последний НЗС.

Дисперсионный анализ показал достоверное влияние фактора значимости стимула на амплитуду [для Р200 F(l, 784)=4.3579, р=0.03716; для РЗОО F(l, 720)=21.376, р=0.00000] и пиковую латентность [для Р200 F(l, 784)=37.148, р=0.00000; для РЗОО F(l, 720)=6.7569, р=0.00953] когнитивных ВП.

В литературе имеются отдельные и противоречивые сведения о влиянии внимания на параметры волны Р200 (Lijffijt et al., 2009; Rosburg et al., 2009).

Сопоставление величины параметров ССП показало, что амплитуда компонента Р200 в Л отведении и РЗОО в Л и лТ отведениях была достоверно выше в ответ ЗС по сравнению с НЗС (рис. 7А).

Адекватная поведенческая реакция на дифференцируемые стимулы наглядно демонстрирует привлечение внимания к целевому стимулу. Анализ параметров ССП установил достоверное увеличение амплитуды потенциалов Р200 и РЗОО в Л и лТ отведениях в ответ на ЗС по сравнению с НЗС в ситуации выполнения инструментальной реакции на ЗС и правильного отказа от поведенческого ответа на НЗС (рис. 7Б).

□ зс

□ нзс

лТ

Отведения 0 правильная реакция на ЗС В правильный отказ от реакции на НЗС

Рис. 7. Значения медиан амплитуды волн Р200 и Р300, зарегистрированных в разных областях коры больших полушарий: (А) в ответ на предъявление ЗС и НЗС (число измерений п=85-155) и (Б) при правильном реагировании на ЗС и НЗС (п=78-140). Для каждого столбца указан интерквартильный размах. Достоверность различий по критерию Манна-Уитни: * - р<0.05; ** - р<0.01; *** - р<0.001.

Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что в ситуации активного различения стимулов амплитуда волны P20Û модулируется селективным вниманием к стимулу.

Увеличение вероятности появления Р300 и рост амплитуды на ЗС говорит о связи этой волны с процессами направленного селективного внимания, отвечающих за выделение редкого ЗС из общей последовательности стимулов. То, что релевантный стимул сопровождается большим по амплитуде компонентом РЗОО, чем нерелевантный, впервые было найдено и описано у человека (Simson et al., 1985; Nasman, Rosenfeld, 1990; Castro, Diaz, 2001), a впоследствии подтверждено на животных (Wilder et al., 1981; O'Connor, Starr, 1985; Wang Y. et al., 1997, 1999; Takeuchi et al., 1999). Такие изменения позволяют провести аналогию выделяемой нами волны с компонентом РЗ человека (Рутман, 1979; Наатанен, 1998; Clarke et al., 1999).

Показано, что величина пиковой латентности для волн Р200 и РЗОО также зависит от значимости стимулов. Показано достоверное увеличение ЛП компонента Р200 во всех отведениях (критерий Манн-Уитни, р<0.01) и РЗОО в Л коре (р<0.05) при предъявлении ЗС (медиана ЛП Р200 в Л, лТ, цТ отведениях: 217.3, 209.5, 223.1 мкВ, соответственно, и РЗОО в Л: 351.8 мкВ) по сравнению с НЗС (202.7, 119.7, 205.6 и 338.2 мкВ, соответственно), при совершении животным правильной реакции на ЗС (219.2. 211.4, 217.3 и 351.8 мкВ) по сравнению с правильным отказом от реакции на НЗС (204.6, 119.7, 202.7 и 351.8 мкВ), а также в ответ на ЗС (227.0, 223.1, 232.9 и 363.6 мкВ) по сравнению с НЗС (209.5, 205.6, 213.4 и 334.3 мкВ) в ситуации отсутствия инструментального движения на эти стимулы.

Латентность Р200 и Р300, вероятно, отражает относительную длительность процессов определения значимости стимула. Так, известно, что увеличение трудности выделения стимула из фонового шума приводит к росту ЛП Р300 (Magliero et al., 1984; Kim et al., 2008). В связи с этим можно предположить, что в ситуации предъявления ЗС и НЗС с вероятностью 1:4, животному требуется больше усилия для идентификации целевого стимула и принятия решения относительно поведенческой реакции. С другой стороны, одним из механизмов увеличения ЛП компонентов можно рассматривать развитие в задаче «одд-болл» ретроградного подавления активационного навыка тормозным. В этом контексте увеличение ЛП генерации Р200 и РЗОО вызвано снижением внимания к ЗС.

Амплитуда компонентов Р200 и РЗОО и выполнение/невыполнение инструментальной реакции.

Особый интерес представляет изучение влияния поведенческой реакции на параметры позитивных длиннолатентных потенциалов. Анализ показал, что характер поведенческой двигательной реакции, совершаемой в ответ на стимулы, модулирует только амплитуду ВП.

Сравнение амплитуды волн Р200 и РЗОО при выполнении животным правильной реакции и ошибочном пропуске реакции на ЗС показало, что в Л коре амплитуда достоверно выше (критерий Манн-Уитни, р<0.01) при правильном совершении инструментальной реакции на ЗС (медиана амплитуды компонентов Р200 и РЗОО: 38.6 и 41.1 мкВ, соответственно) по сравнению с ошибочным пропуском ответа (30.7 и 30.65 мкВ, соответственно). В лТ и цТ отведениях показана аналогичная тенденция роста амплитуды при положительной двигательной реакции.

Данные различия четко отражают уровень внимания к ЗС. Оптимальный уровень селективного внимания обеспечивает правильную интерпретацию значимости стимула и приводит к свершению инструментальной реакции. При снижении уровня внимания, идентификация значимости стимула, вероятно, нарушается, в связи с чем, происходит неправильная оценка стимула, и инструментальная реакция не совершается.

Интерес представляет сравнение двух ситуаций совершения движения на стимулы: правильного инструментального ответа на ЗС и ошибочной двигательной реакции на НЗС. Анализ параметров изучаемых компонентов показал, что амплитуда компонентов Р200 во всех отведениях и РЗОО в лобном отведении достоверно выше при совершении правильной реакции на ЗС по сравнению с ошибочным выполнением инструментального ответа на НЗС (рис. 8).

Данные результаты указывают на то, что правильная реакция на стимулы возможна только при определенном уровне внимания, который сопровождается повышением амплитуды позитивных компонентов СПП, а снижение внимания, а

значит, и уменьшение амплитуды Р200 и Р300, приводит к нарушению процессов идентификации стимула и совершению ошибочных реакций.

Л лТ ЦТ

Отведения

Э правильная реакция на ЗС И ошибочная реакция на НЗС

Рис. 8. Значения медиан амплитуды компонентов Р200 и РЗОО для всех отведений при правильном реагировании на ЗС и ошибочном на НЗС. Число измерений п=15-26. Остальные обозначения см. на рис. 7.

Амплитуда позитивных компонентов, вероятно, отражает не сам факт совершения движения на ЗС и НЗС, а говорит о диапазоне внимания, в котором возникает движение. Снижение внимания, а значит и уменьшение амплитуды компонентов ССП, может указывать на субъективную оценку низкой вероятности получения подкрепления.

Итак, полученные результаты свидетельствуют об изменении уровня активации исследованных областей коры больших полушарий в зависимости от значимости стимула, а также от выполнения и невыполнения инструментальной задачи, что может быть отражением уровня привлечения селективного внимания к стимулам, оценки их значимости и планированием ответной реакции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведено исследование характера и закономерности поведения животных, мощности гамма-акгивности и амплитудно-временных параметров когнитивных потенциалов в процессе дифференцирования стимулов с низкой вероятностью предъявления значимого (парадигма «активный одд-болл»), направленное на изучение внимания.

Полученные результаты показали, что регистрируемое при реализации задачи «активный одд-болл» поведение животных демонстрирует весь диапазон признаков внимания, таких как: повышение и улучшение процессов восприятия и распознавания стимулов, развивающиеся вследствие внимания; запоминание стимулов, находящихся в поле внимания; моторные, позно-тонические проявления, обеспечивающие лучшее восприятие сигнала; избирательное реагирование на ограниченный круг сигналов. Перечисленные компоненты поведения и, главное,

избирательность реагирования на стимулы, согласно современным представлениям, отражают селективное внимание (Гиппенрейтер, 2005).

Анализ экспериментальных данных показал, что при реализации задачи «активный одд-болл» в электрической активности головного мозга кроликов регистрируется как гамма-активность, так и ССП, которые являются основными показателями внимания, описанными для человека (Иваницкий, Стрелец, 1976; Наатанен, 1998; Polich, 1990; Herrmann, Knight, 2001; Debener et al., 2003 и др.).

Нами установлено, что зарегистрированные электрографические показатели внимания у кроликов подчиняются определенным закономерностям при распознавании значимых и незначимых для организма стимулов. Так, показано, что мощность гамма-ритма и амплитудно-временные Р200 и Р300 модулируется двумя факторами: значимостью стимула и адекватностью выполнения инструментальной реакции в соответствии с условиями задачи «активный одд-болл». Это свидетельствует о том, что в параметрах этих показателей отражаются уровень внимания к ЗС и НЗС, а также принятие решения о выполнении инструментальной реакции как правильной, так и ошибочной. Эти изменения для ССП были наиболее выражены в лобной и латеральной теменной отведениях от коры, а различия, наблюдаемые в центрально-теменном локусе, имели ту же тенденцию, но были не достоверны. В то же время изменения гамма-активности были достоверно выражены во всех исследованных отведениях. Таким образом, можно утверждать, что мощность гамма-ритма и амплитуда ССП отражают уровень селективного внимания к распознаваемым стимулам. Локализация этих процессов в лобно-теменных проекциях коры больших полушарий подтверждает представление о ведущей роли этих отделов в организации внимания (Mesulam, 1998; Berger, Posner, 2000). Результаты наших исследований согласуются с данными, полученными на человеке в сходных экспериментальных условиях (Наатанен, 1998; Ito et al., 1992; Tiitinen et al., 1993; Marshall et al., 1996; Takeushi et al., 1999; Debener et al„ 2003; Polich, 2003; Kim et al., 2008).

В контексте наших исследований на животных необходимым становится сопоставление выраженности и информативности двух показателей внимания и уровней его проявления - гамма-активности и ССП.

Согласно данным литературы, существует не просто совпадение во времени, а выраженная корреляционная связь между отдельными компонентами гамма-ритма и длиннолатентными ССП. Позитивные длиннолатентные компоненты ВП Р200 и РЗОО при реализации кроликами парадигмы «активный одд-болл» зарегистрированы во всех исследованных областях коры с латентностью 120-334 и 246-492 мс, соответственно. Таким образом, их генерация происходит во время выделенного нами позднего компонента гамма-активности (125-500 мс).

Помимо совпадения во времени данных электрографических показателей, нами отмечена одинаковая зависимость параметров гамма-активности и ССП от

уровня внимания к стимулам. Преимуществом регистрации гамма-активности в экспериментах по исследованию внимания является тот факт, что в мощности фонового гамма-ритма, предшествующего подаче стимула, находит отражение изменение непрерывного тонического внимания, что позволяет прогнозировать правильную интерпретацию значимости стимулов и вероятность совершения/несовершения поведенческой реакции.

Выявленные нами закономерности генерации гамма-ритма и ССП у кроликов в связи с вниманием сходны с установленными в работах на людях, что дает возможность использовать данную модель для более детального нейрофизиологического изучения структурных, нейронных и медиаторных механизмов внимания, а также механизмов генерации гамма-ритма и СПП в связи с вниманием и другими когнитивными процессами.

ВЫВОДЫ

1. Фоновая гамма-активность, зарегистрированная при целенаправленном поведении кролика в условиях низковероятного предъявления значимого стимула, является показателем тонического непрерывного внимания, предшествующего предъявлению стимулов, и отражает процесс настройки нервной системы на восприятие, распознавание стимулов и реагирования на них.

2. Высокий уровень внимания в ожидании значимого стимула сопровождается высоким уровнем фонового гамма-ритма; повышение или понижение мощности гамма-ритма определяет адекватность поведения -совершение правильных или ошибочных реакций на стимулы.

3. Мощность гамма-активности и амплитудно-временные параметры связанных с событием потенциалов, зарегистрированные у кролика, являются показателями уровня селективного внимания при распознавании значимости стимула и планировании ответной поведенческой реакции. Изменение уровня внимания коррелирует с изменением параметров электрической активности: увеличение мощности гамма-ритма, а также амплитуды и латентного периода вызванных потенциалов наблюдается в ответ на значимый стимул при правильной поведенческой реакции; снижение уровня мощности гамма-акггивности и амплитуды когнитивных потенциалов ведет к пропуску реакции на значимый стимул и совершению ошибочных реакций на незначимый.

4. Закономерные изменения гамма-активности, отражающие уровень тонического и селективного внимания кролика, достоверно выражены в лобном, центрально- и латерально-теменных отведениях; значимые изменения амплитудно-временных параметров потенциалов Р200 и Р300, коррелирующие с уровнем селективного внимания, зарегистрированы в лобном и латерально-теменном отведениях, в центрально-теменном локусе отмечена сходная тенденция.

5. Поведенческие показатели внимания, гамма-активность и связанные с событием позитивные потенциалы, зарегистрированные у кроликов в условиях целенаправленного поведения при низкой вероятности предъявления значимого стимула, по своим характеристикам, закономерности электрографических изменений и их локализации в лобно-теменных отведениях идентичны, наблюдаемым у человека при реализации парадигмы «активный одд-болл».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мацелепа О.Б. Динамика выработки дифференцировочного торможения и

взаимодействие активационных и тормозных процессов при реализации парадигмы одд-болл у кроликов // Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008». Секция «Биология». Тезисы докладов. М.: МАКС Пресс, 2008. С. 170-171.

2. Семикопная И.И., Мацелепа О.Б., Москвитин A.A., Чернышев Б.В., Тимофеева

И.О. Дифференцирование стимулов и интерференция поведенческих навыков при реализации парадигмы одд-болл у кроликов // Третья международная конференция по когнитивной науке. Тезисы докладов. В 2 т. М.: Художественно-издательский центр, 2008. Т. 2. С. 441-442.

3. Мацелепа О.Б., Семикопная И.И., Чернышев Б.В., Москвитин A.A., Тимофеева

Интерференция активационного и тормозного двигательных навыков при дифференцировании разновероятных стимулов у кроликов // Научные труды II съезда физиологов СНГ. Москва-Кишинэу: Медицина-Здоровье, 2008. С.53.

4. Чернышев Б.В., Мацелепа О.Б., Семикопная И.И., Москвитин A.A., Золотова

Т.Е., Тимофеева Н.О. Гамма-активность как показатель внимания при реализации парадигмы активный одд-болл у кроликов // Научные труды II съезда физиологов СНГ. Москва-Кишинэу: Медицина-Здоровье, 2008. С.79.

5. Мацелепа О.Б., Чернышев Б.В., Семикопная И.И., Москвитин A.A., Золотова

Т.Е., Тимофеева Н.О. Исследование мощности и когерентности гамма-активности при реализации парадигмы активный одд-болл у кроликов // Материалы XV Международной конференции по нейрокибернетике. 23-25 сентября, 2009. Том 1. Секционные доклады. В 3 т. Ростов-на-Дону: Изд. ЮФУ, 2009. Т. 1.С. 117-120.

6. Мацелепа О.Б., Чернышев Б.В., Семикопная И.И., Тимофеева Н.О. Фоновая

активность в диапазоне гамма-ритма связана с уровнем непрерывного (тонического) внимания // Четвертая международная конференция по когнитивной науке. Тезисы докладов: В 2 т. Т.2. Томск: Томский государственный университет, 2010. С. 404-405.

7. Мацелепа О.Б., Семикопная И.И., Чернышев Б.В., Москвитин A.A., Тимофеева

Н.О. Интерференция активационного и тормозного навыков при дифференцировании разновероятных стимулов у кроликов И XXI Съезд

Физиологического общества им. И.П. Павлова. Тезисы докладов. М.-Калуга: «БЭСТ-принт», 2010. С. 389.

8. Тимофеева И.О., Семикопная И.И., Чернышев Б.В., Панасюк Я.А., Мацелепа

О.Б., Москвитин A.A. Тоническая активность в диапазоне гамма-ритма и внимание при дифференцировании разновероятных стимулов // XXI Съезд Физиологического общества им. И.П. Павлова. Тезисы докладов. М.-Калуга: «БЭСТ-принт», 2010. С. 603-604.

9. Чернышев Б.В., Семикопная И.И., Мацелепа О.Б., Тимофеева И.О.

Холинергические механизмы внимания и гамма-ритм // XXI Съезд Физиологического общества им. И.П. Павлова. Тезисы докладов. М.-Калуга: «БЭСТ-принт», 2010. С. 674.

10. Мацелепа О.Б., Чернышев Б.В., Семикопная И.И., Тимофеева И.О. Селективное внимание и динамика мощности и когерентности гамма-ритма у кроликов // V Международная научная конференция «Психофизиологические и висцеральные функции в норме и патологии». Тезисы. Киев - Изд.-полиграф. центр «Киевский университет», 2010. С. 125.

11. Панасюк Я.А., Мацелепа О.Б., Чернышев Б.В., Семикопная И.И., Москвитин

A.A., Тимофеева Н.О. Фоновая гамма-активность в электроэнцефалограмме как показатель уровня устойчивого (тонического) внимания при реализации парадигмы активный одд-болл у кроликов // Журн. высш. нерв, деят., 2011. Т. 61. № 1. С.75-84.

Напечатано с готового оригинал-макета

Подписано в печать 31.08.2011 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печл. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 360.

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N00510oT01.12.99r. Тел. 939-3890. Тел./факс 939-3891. 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 527 к.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Мацелепа, Оксана Борисовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Внимание как основа индивидуального адаптивного поведения.

1.2. Участие медиаторных систем мозга в регуляции внимания.

1.2.1. Норадренергическая система.

1.2.2. Дофаминергическая система.

1.2.3. Холинергическая система.

А. Функциональная роль холинергической системы в процессах внимания.

1.3. Физиологические корреляты процессов внимания.

1.3.1. Гамма-ритм как вид электрической активности головного мозга.

A. Нейронные механизмы генерации гамма-активности.

Б. Гамма-ритм и активность холинергической системы основания переднего мозга.

B. Гамма-активность как коррелят внимания.

1.3.2. Длиннолатентные компоненты Р200 и РЗОО связанных с событием потенциалов как корреляты внимания.

А. Компонент Р200.

Б. Компонент РЗОО.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Формирование распознавания стимулов с низкой вероятностью предъявления значимого стимула (парадигма «активный одд-болл»).

2.1.1. Выработка питьевого инструментального навыка.

2.1.2. Выработка дифференцирования стимулов.

2.1.3. Регистрируемые параметры инструментального поведения.

2.2. Хирургическая операция по вживлению регистрирующих электродов.

2.3. Регистрация электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов, обработка и анализ экспериментальных данных.

2.3.1. Схема эксперимента и регистрация поведенческих реакций животного.

2.3.2. Регистрация электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов.

2.3.3. Анализ и обработка экспериментальных данных.

A. Анализ параметров поведения животных при реализации парадигмы «активный одд-болл».

Б. Анализ гамма-активности.

B. Анализ связанных с событием корковых потенциалов.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Анализ закономерности формирования распознавания стимулов в парадигме «активный одд-болл».

3.1.1. Выработка питьевого инструментального поведения.

3.1.2. Формирование дифференцирования стимулов с разной вероятностью предъявления значимого стимула.

А. Соотношение значимого и незначимого стимулов 2:1.

Б. Соотношение значимого и незначимого стимулов 1:4.

3.1.3. Характер взаимодействия активационного и тормозного поведенческих навыков при регистрации гамма-ритма и связанных с событием потенциалов.

3.1.4. Обсуждение.

3.2. Гамма-активность при реализации парадигмы «активный одд-болл» у кроликов.

3.2.1. Характер гамма-активности на звуковой тон разной высоты.

3.2.2. Влияние значимости стимула на мощность гамма-активности.

A. Фоновая активность.

Б. Ранний компонент реакции на стимул.

B. Поздний компонент реакции на стимул.

3.2.3. Мощность гамма-активности и выполнение/невыполнение инструментальной реакции.

A. Фоновая активность.

Б. Ранний компонент реакции на стимул.

B. Поздний компонент реакции на стимул.

3.2.4. Обсуждение.

A. Отражение в мощности гамма-ритма значимости стимулов.

Б. Гамма-активность как показатель уровня непрерывного и селективного внимания при выполнении/невыполнении инструментальной задачи.

B. Функциональное значение уровня фоновой активации.

Г. Функциональное значение гамма-активности при реализации парадигмы «активный одд-болл».

3.3. Связанные с событием корковые потенциалы у кролика при реализации парадигмы «активный одд-болл».

3.3.1. Характеристика амплитудно-временных параметров слуховых связанных с событием потенциалов кролика.

3.3.2. Влияние значимости стимула на генерацию и амплитудно-временные параметры позитивных компонентов связанных с событием потенциалов.

3.3.3. Амплитудно-временные параметры связанных с событием потенциалов и выполнение/невыполнение инструментальной реакции.

3.3.4. Обсуждение.

А. Влияние значимости стимула на параметры позитивных компонентов связанных с событием потенциалов.

Б. Связь параметров связанных с событием потенциалов с уровнем внимания при правильном и ошибочном реагировании на стимулы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Кортикальная гамма-активность и слуховые связанные с событием потенциалы при целенаправленном поведении кроликов в условиях вероятностного предъявления стимулов"

Актуальность проблем.

Ключевым механизмом целенаправленного поведения человека и животных является внимание, лежащие в основе поведенческой адаптации организма к условиям окружающей среды. Оно позволяет выделять значимые сигналы из всей совокупности стимулов и своевременно реагировать на них. Такие когнитивные функции как обучение и память не могут быть реализованы в отсутствии внимания. Внимание, как процесс выделения ресурсов центральной нервной системы для четкого восприятия, эффективной обработки и правильной интерпретации значения сигналов внешней и внутренней среды, определяет эффективность большинства видов деятельности человека и животных, связанной с необходимостью быстро и точно реагировать на поступающие сигналы.

Нарушение внимания наряду с расстройствами других когнитивных функций развивается при ряде патологий центральной нервной системы, таких как нейродегенеративные заболевания, шизофрения, синдром дефицита внимания/гиперактивности, депрессия и другие (Lee et al., 2003; Hasler et al., 2004; Herrmann, Demiralp, 2005; Kozak et al., 2007; Volkow et al., 2007; Kemp et al., 2010). Изучение внимания и наиболее информативных его показателей проводится в связи с деятельностью человека-оператора (Коган, Ермаков, 1987; Изнак, 1989; Изнак, Чаянов, 1989; Лебедева и др., 2009; Berka et al., 2007), с созданием интерфейса «мозг-компьютер» (Шишкин и др., 2009; Farwell, Donchin, 1988; Guger et al., 2009; Shishkin et al., 2009; Brunner et al., 2011; Liu et al., 2011), с разработкой медикаментозных средств для восстановления функций нервной системы, с проблемой реабилитации человека с поражением центральной нервной системы.

Физиологическими коррелятами, доступными для электрофизиологического изучения внимания на человеке и животных, являются длиннола-тентные вызванные потенциалы (Иваницкий, Стрелец, 1976; Костандов, 1995; Наатанен, 1998; Мачинская, 2003; Squires et al., 1975; Polich, 1990; Ito et al., 1992; Lijffijt et al., 2009; Rosburg et al., 2009; Kemp et al., 2010) и кортикальная гамма-активность (Думенко, 2006, 2007; Данилова, Астафьев, 2000; Сорокина и др., 2006; Engel et al, 2001; Fries et al., 2001; Herrmann, Knight, 2001; Debener et al., 2003).

Так, в исследованиях, проведенных преимущественно на людях, но и на животных с вероятностным предъявлением стимулов (парадигма «одц-болл», согласно которой низковероятный редкий стимул привлекает внимание и является значимым для организма) показано, что амплитудно-временные параметры длиннолатентных позитивных компонентов Р200 и, в большей степени, РЗОО зависят от уровня селективного внимания при выполнении дискриминационных задач (Наатанен, 1998; Чернышев и др., 2005; Wilder et al., 1981; O'Connor, Starr, 1985; Glover et al., 1986; Ito et al., 1992; Ta-keushi et al., 1999; Kim et al., 2008; Lijffijt et al., 2009; Rosburg et al., 2009).

Эти показатели широко используются при исследовании когнитивной деятельности животных и человека, а также являются эффективным диагностическим инструментом в медицине и объективным средством оценки результативности лечения когнитивных нарушений. Установлено, что амплитудно-временные параметры РЗОО могут иметь диагностическое значение при деменциях (например, болезнь Альцгеймера, фронто-темпоральная де-менция), неврологических заболеваниях (атеросклеротическое повреждение внутренней сонной артерии, ишемический инсульт, рассеянный склероз) и психических нарушениях (депрессивные расстройства) (Алешина и др., 2009).

Наряду с когнитивными потенциалами маркерами внимания являются ритмы суммарной кортикальной электрической активности мозга. Так, при помощи методики одд-болл на людях было установлено, что значимые стимулы вызывают значительно большую активацию гамма-ритма, чем незначимые. Такие работы проводились на людях с применением как зрительных стимулов (Herrmann et al., 1999; Foucher et al., 2003), так и слуховых (Tiitinen et al., 1993; Marshall et al., 1996; Debener et al., 2003). При этом значительное количество исследований, проведенных как на животных (Думенко, 2007; Roelfsema et al., 1997; Fries et al., 2001), так и на человеке (Думенко, 2007; Haig et al., 2000; Bhattacharya et al., 2001; Gruber et al., 2002; Doesburg et al., 2008; Kim et al., 2008; Fries, 2009), указывают на важную роль пространственной синхронизации гамма-активности в процессе внимания.

Результаты ряда исследований позволяют предположить,, что разные компоненты гамма-активности (вызванная и индуцированная) неодинаково связаны с вниманием (Gruber et al., 1999; Miiller et al., 2000; Herrmann, Meck-linger, 2000; Yordanova et al., 2002; Kim et al., 2008). Так, достоверные различия между значимыми и незначимыми стимулами выявляются при анализе поздней индуцированной гамма-активности (развивающейся одновременно с волной Р300) (Gruber et al., 1999; Miiller et al., 2000), в то время как ранняя вызванная гамма-активность (в пределах до 150 мс от включения стимула) связана преимущественно с сенсорными характеристиками стимулов (Busch et al., 2004; Schadow et al., 2007; Herrmann et al., 2010). Одновременно с этим отмечена модуляция вызванной активности вниманием и когнитивной нагрузкой (Karakas, Basar, 1998; Kim et al., 2008; Herrmann et al., 2010).

Целью данной работы стало исследование кортикальной гамма-активности и слуховых связанных с событием потенциалов как показателей внимания при целенаправленном поведении кроликов в условиях вероятностного предъявления стимулов.

Основные задачи исследования состояли в следующем:

1. Апробирование поведенческой модели активного одд-болла, модифицированной для кроликов: а. Изучение закономерности дифференцирования стимулов, определения их значимости и выполнения/невыполнения инструментальной реакции при реализации задачи «активный одд-болл». б. Изучение взаимодействия активационного и тормозного поведенческих навыков в условиях низкой вероятности предъявления значимого стимула.

2. Исследование кортикальной гамма-активности и связанных с событием потенциалов при реализации задачи «активный одд-болл»: а. Изучение гамма-активности и связанных с событием потенциалов при определении значимости и правильности распознавания стимулов. б. Изучение динамики гамма-ритма и связанных с событием потенциалов при выполнении и невыполнении инструментальной реакции на значимый и незначимый стимулы.

Положения, выносимые на защиту.

3. Закономерные изменения гамма-активности, отражающие уровень тонического и селективного внимания кролика, достоверно выражены в лобном, центрально- и латерально-теменных отведениях; значимые изменения амплитудно-временных параметров потенциалов Р200 и Р300, коррелирующие с уровнем селективного внимания, зарегистрированы в лобном и лате-рально-теменном отведениях, в центрально-теменном локусе отмечена сходная тенденция.

Научная новизна.

6. Впервые продемонстрировано снижение мощности гамма-активности и амплитуды Р200 и Р300 в ответ на незначимый стимул при совершении ошибочных поведенческих реакций по сравнению с реакцией на значимый стимул при правильным выполнением инструментальной реакции, что обусловлено понижением уровня селективного внимания.

Научно-теоретическое и практическое значение работы.

Проведенное исследование характера и закономерности поведения животных, амплитудно-временных параметров когнитивных потенциалов и мощности гамма-активности в процессе дифференцирования стимулов с низкой вероятностью предъявления значимого- (парадигма «активный одд-болл»), направленное на изучение внимания, имеет фундаментально-теоретическое значение. Полученные данные существенно расширяют и дополняют представление о характере взаимодействия формируемых при выполнении задачи «активный одд-болл» поведенческих навыков и о его влиянии на уровень распознавания стимулов; о влиянии уровня фонового и селективного внимания на электрическую активность головного мозга в связи с определением значимости стимулов и принятием решения о выполнении/невыполнении ответной реакции.

Проведенные исследования показали, что поведенческие показатели внимания, мощность гамма-активности и параметры связанных с событием позитивных потенциалов, зарегистрированные у кроликов, идентичны по своим характеристикам, закономерности изменений энцефалографической активности и локализации этого процесса наблюдаемым у человека при реализации парадигмы «активный одд-болл. Это позволяет использовать поведенческую модель активного одц-болла, модифицированную для кроликов, в фундаментальных исследованиях нейрофизиологических механизмов внимания, его структурных, медиаторных и нейронных основ на животных. Кроме того, данная модель парадигмы «активный одд-болл» может быть использована в прикладных целях при моделировании патологии внимания, при разработке медикаментозных средств для восстановления когнитивных функций у человека.

Выявленные закономерности генерации когнитивных потенциалов могут быть учтены при настройке интерфейсов мозг-компьютер и улучшении точности и скорости распознавания вводимой оператором команды.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы доложены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Россия, Москва, 2008); на Третьей международной конференции по когнитивной науке (Россия, Москва, 2008); на II съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (Молдова, Кишинэу, 2008); на XV Международной конференции по нейрокибернетике (Россия, Ростов-на-Дону, 2009); на Четвертой международной конференции по когнитивной науке (Россия, Томск, 2010); на XXI Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Россия, Калуга, 2010); на V Международной научной конференции «Психофизиологические и висцеральные функции в норме и патологии» (Украина, Киев, 2010).

Публикации.

Основное содержание диссертации отражено в 11 научных публикациях, включая 1 статью в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Мацелепа, Оксана Борисовна

5. ВЫВОДЫ

2. Высокий уровень внимания в ожидании значимого стимула сопровождается высоким уровнем фонового гамма-ритма; повышение или понижение мощности гамма-ритма определяет адекватность поведения - совершение правильных или ошибочных реакций на стимулы.

3. Мощность гамма-активности и амплитудно-временные параметры связанных с событием потенциалов, зарегистрированные у кролика, являются показателями уровня селективного внимания при распознавании значимости стимула» и планировании ответной поведенческой реакции. Изменение уровня внимания коррелирует с изменением параметров электрической активности: увеличение мощности гамма-ритма, а также амплитуды и латентного периода вызванных потенциалов наблюдается в ответ на значимый стимул при правильной поведенческой реакции; снижение уровня мощности гамма-активности и амплитуды когнитивных потенциалов ведет к пропуску реакции на значимый стимул и совершению ошибочных реакций на незначимый.

4. Закономерные изменения гамма-активности, отражающие уровень тонического и селективного внимания кролика, достоверно выражены в лобном, центрально- и латерально-теменных отведениях; значимые изменения амплитудно-временных параметров потенциалов Р200 и Р300, коррелирующие с уровнем селективного внимания, зарегистрированы в лобном и лате-рально-теменном отведениях, в центрально-теменном локусе отмечена сходная тенденция.

5. Поведенческие показатели внимания, гамма-активность и связанные с событием позитивные потенциалы, зарегистрированные у кроликов в уеловиях целенаправленного поведения при низкой вероятности предъявления значимого стимула, по своим характеристикам, закономерности электрографических изменений и их локализации в лобно-теменных отведениях идентичны, наблюдаемым у человека при реализации парадигмы «активный одд-болл».

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведено исследование характера и закономерности поведения животных, мощности гамма-активности и амплитудно-временных параметров когнитивных потенциалов в процессе дифференцирования стимулов с низкой вероятностью предъявления значимого (парадигма «активный одд-болл»), направленное на изучение внимания.

Полученные результаты показали, что регистрируемое при реализации задачи «активный одд-болл» поведение животных демонстрирует весь диапазон признаков внимания, таких как: повышение и улучшение процессов восприятия и распознавания стимулов; развивающиеся вследствие внимания; запоминание стимулов, находящихся в поле внимания; моторные, позно-тонические проявления, обеспечивающие лучшее восприятие сигнала; избирательное реагирование на ограниченный круг сигналов. Перечисленные компоненты поведения и, главное, избирательность реагирования, на стимулы, согласно современным представлениям, отражают селективное внимание (Гиппенрейтер, 2005).

Анализ экспериментальных данных показал, что при реализации задачи1 «активный одд-болл» в.электрической активности головного мозга кроликов, регистрируется как гамма-активность, так и ССП, которые являются основными показателями внимания, описанными для человека (Иваницкий, Стрелец, 1976; Наатанен, 1998; Polich; 1990; Debener et al., 2003 и др.).

У- кроликов выявлены специфические особенности выраженности' гамма-ритма в ЭЭГ-спектре, где доля его мощности составляет от 6.25% до 8.15% от уровня всех зарегистрированных ритмов ЭЭГ. У человека гамма-ритм составляет около 1% от всего спектра частот ЭЭГ (Gross, Gotman, 1999). Второй особенностью является относительно равномерное распределение мощности гамма-ритма по всем исследованным поддиапазонам частот от 28 до 68 Гц, тогда как у человека максимальная мощность гамма-активности регистрируется в области 40 Гц.

Для ССП показано временное соответствие негативно-позитивных длиннолатентных потенциалов наблюдаемым когнитивным потенциалам у человека при активации внимания в условия одд-болл парадигмы.

Нами установлено, что зарегистрированные электрографические показатели внимания у кроликов подчиняются определенным закономерностям при распознавании значимых и незначимых для организма стимулов. Так, показано, что мощность гамма-ритма и амплитуда Р200 и Р300 модулируется двумя факторами: значимостью стимула и адекватностью выполнения инструментальной^ реакции в соответствии с условиями задачи «активный одд-болл». Это свидетельствует о том, что в параметрах этих показателей отражаются уровень внимания^ к ЗС и НЗС, а также принятие решения о выполнении инструментальной реакции как правильной, так и ошибочной. Эти изменения для' ССП были наиболее выражены в лобной и латеральной теменной отведениях от коры, а1 различия; наблюдаемые в центрально-теменном локусе, имели-ту же тенденцию, но были не достоверны. В то же время изменения гамма-активности были достоверно выражены во всех исследованных отведениях. Таким образом, можно утверждать, что мощность гамма-ритма и амплитуда ССП отражают уровень селективного внимания к распознаваемым стимулам. Локализация этих процессов в лобно-теменных проекциях коры больших полушарий подтверждает представление о ведущей роли этих отделов в организации внимания (Mesulam, 1998; Berger, Posner, 2000). Результаты наших исследований согласуются с данными, полученными на человеке в сходных экспериментальных условиях (Наатанен, 1998; Ito et al., 1992; Tiitinen et al., 1993; Marshall et al., 1996; Takeushi et al., 1999; Debener et al., 2003; Polich, 2003; Kim et al., 2008).

Не менее существенны данные о связи латентности ССП с селективным вниманием и поведенческими ответами на дифференцируемые стимулы. Нами показано увеличение ЛП потенциалов Р200 и Р300 в ответ на ЗС по сравнению с НЗС, а также в ситуации правильной реакции на ЗС в сравнении с правильным отказом от реакции на НЗС. Существует несколько интерпретаций этого феномена. Одна из них выдвигает представление о полигенной природе РЗОО и его разделении на два субкомпонента: РЗа и РЗЬ. В ситуации направленного внимания при необходимости активного реагирования на стимул генерируется волна РЗЬ, с большим ЛП, чем в ситуации невнимания к стимулам (Squires et al., 1975). В тоже время одним из механизмов увеличения латентности позитивных компонентов может быть показанное нами развитие в ситуации одд-болла ретроактивного подавления активационного навыка тормозным, вызванное высокой вероятностью НЗС, что может приводить к снижению избирательного внимания к релевантному стимулу. В5 этом контексте увеличение ЛП генерации Р200 и РЗОО может быть интерпретировано как результат понижения внимания к ЗС.

Значительный интерес представляют данные, демонстрирующие отражение в фоновой гамма-активности процесса настройки центральной нервной системы на различение стимулов и адекватное реагирование на них, что проявляется в изменении мощности в диапазоне гамма-ритма. При этом правильное реагирование на ЗС и НЗС осуществляется на определенном уровне фоновой гамма-активности. Отклонение этого уровня в сторону понижения приводит к пропускам инструментального ответа на ЗС, а увеличение - к ошибочным реакциям на НЗС.

Важным также является такой показатель как вероятность выделения ССП в ответ на ЗС и НЗС и при выполнении/невыполнении поведенческой реакции. Нами установлено, что вероятность выделения РЗОО значимо увеличивается в ответ на ЗС при правильном реагировании в сравнении с НЗС в случае правильного отказа от движения. Для Р200 такая закономерность не обнаружена, а отмечена высокая вероятность его выделения во всех ситуациях при дифференцировании стимулов. Это, по-видимому, обусловлено его экзогенной природой и зависимостью от стимула и его параметров (Miltner et al., 1989).

Итак, из нашей работы следует, что гамма-активность и ССП являются нейрофизиологическими коррелятами как уровня устойчивого тонического фонового внимания, так и избирательного селективного внимания, а также отражают готовность к адекватному реагированию на ЗС и НЗС.

В контексте наших исследований на животных необходимым становится сопоставление выраженности и информативности двух показателей внимания и уровней его проявления — гамма-активности и ССП.

Согласно данным литературы существует не просто совпадение во времени, а выраженная корреляционная связь между отдельными компонентами гамма-ритма и средне- и длиннолатентными ССП. Считается, что ранняя вызванная гамма-активность предшествует генерации волны N100 (средняя латентность 80-160-мс), а поздняя индуцированная гамма- активность связана с генерацией волн N2b (220-270 мс) и Р300 (250-500 мс) (Basar-Eroglu et al., 1996; Herrmann et al., 1999; Gurtubay et al., 2001; Watanabe et al., 2002).

Так, в аналогичном исследовании при реализации одд-болла у кроликов в ЭЭГ был выделен негативный длиннолатентный компонент N100 со средней пиковой латентностью 107.5±37.1 мс (Тимофеева и др., 2005), что соответствует временным характеристикам идентифицированного нами раннего компонента гамма-активности (0-125 мс после предъявления стимула). Как известно, компонент N100 преимущественно отражает физические характеристики стимулов и зависит от их интенсивности (Наатанен, 1998). Аналогичную зависимость от параметров стимула мы выявили и при исследовании раннего компонента гамма-активности. В тоже время выделенный нами ранний компонент гамма-активности в пределах 0-125 мс после предъявления стимула модулируется как непрерывным (тоническим), так и селективным вниманием, что находит отражение в изменении его спектральной мощности.

Позитивные длиннолатентные компоненты ВП Р200 и Р300 при реализации кроликами парадигмы, «активный одд-болл» зарегистрированы во всех исследованных областях коры с латентностью 120-334 и 246-492 мс, соответственно. Таким образом, их генерация происходит во время выделенного нами позднего компонента гамма-активности (от 125 мс до 500 мс).

Помимо совпадения во времени данных электрографических показателей нами отмечена одинаковая зависимость параметров гамма-активности и ССП от уровня внимания к стимулам. Так, при реализации одд-болла у кроликов в ответ на ЗС Р200 генерировался с большей амплитудой, а РЗОО с большей вероятностью и амплитудой в лобной и латеральной теменной коре по сравнению с НЗС. Сходный характер ответа на ЗС продемонстрирован и в реакции позднего компонента гамма-активности. Так, в ответ на ЗС по сравнению с НЗС в наших исследованиях наблюдалось повышение мощности позднего компонента активности в диапазоне гамма-ритма.

Одинаковая зависимость параметров гамма-активности и позитивных компонентов ССП от уровня внимания отмечена и в случае выполнения и невыполнения животными инструментальной реакции на стимулы. Повышение амплитуды Р200 и РЗОО в лобной коре на ЗС предшествовало совершению правильной инструментальной реакции. Аналогично для позднего компонента гамма-ритма отмечено повышение мощности во всех исследованных областях коры перед правильным совершением реакции на ЗС и НЗС по сравнению с ошибочным ответом на эти стимулы.

Таким образом, как гамма-активность, так и ССП демонстрируют одинаковую выраженность и направленность изменений, обусловленных селективным вниманием.

Преимуществом регистрации ¡гамма-активности в экспериментах по-исследованию внимания является тот факт, что в мощности фонового гамма-ритма, предшествующего подаче стимула, находит отражение изменение непрерывного тонического внимания, что позволяет прогнозировать правильную интерпретацию значимости стимулов и, вероятность совершения/несовершения поведенческой реакции.

Проведенные нами исследования показали, что поведенческие показатели внимания, мощность гамма-активности и параметры связанных с событием позитивных потенциалов, зарегистрированные у кроликов в условиях целенаправленного поведения при вероятностном предъявлении стимулов, идентичны по своим характеристикам и закономерности динамики наблюдаемым у человека при реализации парадигмы «активный одд-болл. Это дает возможность использовать поведенческую модель активного одд-болла, модифицированную для кроликов в фундаментальных и прикладных исследованиях на животных. г

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Мацелепа, Оксана Борисовна, Москва

1. Алешина Е.Д., Коберская H.H., Дамулин И.В. Когнитивный вызванный потенциал Р300: методика, опыт применения, клиническое значение // Журн. невролог, психиатр. 2009. Т. 8. № 109. С. 77-84.

2. Гиппенрейтер Ю.Б. Деятельность,и внимание // Психология внимания / Ред. Гиппенрейтер Ю.Б., Романов В.Я. М.: ЧеРо, Омега-Л, 2005. 858 с.

3. Гнездицкий В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая энцефалография. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. 514'с.

4. Гнездицкий В.В. Эндогенные ВП // Опыт применения вызванных потенциалов в клинической практике / Ред. Гнездицкий1 В.В., Шамшинова A.M. M.: АОЗТ «Антидор», 2001. С. 103-119.

5. Данилова H.H. Психофизиология. М.: Аспект Пресс, 2004. 368 с.

6. Данилова H.H., Астафьев C.B., Внимание человека как специфическая связь ритмов ЭЭГ с волновыми модуляторами сердечного ритма // Журн. высш. нерв: деят. 2000. Т. 50. № 5. С. 791-804.

7. Думенко В.Н. Высокочастотные компоненты ЭЭГ и инструментальное обучение. М.: Наука, 2006. 151 с.

8. Думенко В.Н. Феномен пространственной синхронизации между потенциалами коры головного мозга в широкой полосе частот 1-250 Гц // Журн. высш. нерв. деят. 2007. Т. 57. № 5. С. 520-532.

9. Иваницкий A.M. Мозговые механизмы оценки сигналов. М.: Медицина, 1976. 262 с.

10. Иваницкий A.M., Стрелец В.Б. Вызванный потенциал и психофизические характеристики восприятия // Журн. высш. нерв. деят. 1976. Т. 24. №4. С. 793.

11. Изнак А.Ф. Модуляция сенсорно-моторной деятельности человека на фоне альфа-ритма ЭЭГ / Проблемы развития науч. исслед. в обл. псих, здоровья // Ред. Изнак. А.Ф. МЗ СССР, АМН СССР. 1989. С. 3-24.

12. Изнак А.Ф., Чаянов Н.В. Субъективные корреляты вспышек альфа-ритма в ЭЭГ человека при зрительно-моторной операторской деятельности //

13. Тр. Всес. научн. Центра психич. здоровья АМН СССР. 1989. Т. 5. С. 24.

14. Коган А.Б., Ермаков П.Н. Электрическая активность мозга человека в экстремальных условиях деятельности // Психол. Ж. 1987. Т. 8. № 5. С. 112-117.

15. Конорски Ю. Интегративная деятельность мозга. М.: Мир, 1970. 416 с.

16. Костандов Э.А. Роль когнитивных факторов в организации поздний слуховых корковых вызванных потенциалов // Физиол. Человека. 1995. Т. 21. № 1.С. 38-46.

17. Котляр Б.И., Тимофеева Н.О. Тоническая1 составляющая условнорефлекторного процесса и ее функциональная роль // Журн. высш. нерв. деят. 1983. Т.ЗЗ. № 6. С. 1059 1066.

18. Котляр Б.И., Тимофеева Н.О. Тонические механизмы условного рефлекса // Успехи физиол. наук. 1986. Т. 17. № 3. С. 3-21.

19. Кравков C.B. Внимание // Психология внимания / Ред. Гиппенрейтер Ю.Б., Романов В .Я. М.: ЧеРо, Омега-Л, 2005. 858 с.

20. Лебедева H.H., Вехов A.B., Коноплёв С.П., Ткаченко О.Н. Коррекция функционального состояния человека-оператора с помощью низкоинтенсивного сложномодулированного электромагнитного излучения //Биомед. радиоэлектроника. 2009. №12. С. 12-17.

21. Мачинская Р.И. Нейрофизиологические механизмы произвольного внимания (аналитический обзор) // Журн. высш. нерв. деят. 2003. Т. 53. №2. С. 133-150.

22. Наатанен Р. Внимание и функции мозга. М.: Изд-во МГУ, 1998. 560 с.

23. Нарышкин A.B., Тимофеева Н.О., Тюрин Ю.Н. Статистическая оценка достоверности различия кривых обучения // Журн. высш. нерв. деят. 1996. Т. 46. №6. С. 1122-1128.

24. Олерон Ж. Перенос // Экспериментальная психология / Ред. Фресс П., Пиаже Ж. М.: Прогресс, 1973. 344 с.

25. Оппенгейм Э., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов / Пер. с англ. / Под ред. С. Я'. Шаца. М.: Связь, 1979. 416 с.

26. Панасюк Я.А. Роль базального крупноклеточного ядра основания, переднего мозга в условнорефлекторной деятельности. Дис. канд. биол. наук. М., 2004. 146 с.

27. Панасюк Я.А., Чернышев Б.В., Семикопная Н.О., Тимофеева Н.О. Активность нейронов базального крупноклеточного ядра при условнорефлекторной деятельности // IV съезд физиологов Сибири. Тезисы докладов. Новосибирск. 2002. С. 212.

28. Протопопов В.П. Условия образования моторных навыков и, их физиологическая характеристика. К.-Х.: Госмед. изд-во, 1935. 103 с.

29. Рутман Э.М. Вызванные потенциалы в психологии и психофизиологии. М.: Наука, 1979. 213 с.

30. Семикопная И.И., Чернышев Б.В., Панасюк Я.А., Тимофеева Н.О. Модель парадигмы, необычного стимула (одд-болл) для кроликов // Механизмы адаптивного поведения: Тез: докл. СПб., 2005. С. 81-82.

31. Сорокина Н.Д., Селицкий Г.В., Косицын Н.С. Нейробиологические исследования биоэлектрической активности мозгам в диапазоне гамма-ритма у человека // Успехи физиол. наук. 2006. Т. 37. № 3. С. 3-10.

32. Сторожук В.М., Зинюк Л.Э. Реакции нейронов безымянной субстанции мозга кошки при инструментальном условном рефлексе // нейрофизиология. 1989. Т. 21. № 6. С. 796-804.

33. Тимофеева Н.О., Ивлиева Н.Ю., Семикопная И.И., Нарышкин A.B. Взаимодействие двигательных однородных условных рефлексов при условнорефлекторном переключении: перенос обучения и интерференция // Журн. высш. нерв. деят. 1995. Т. 45. № 6. С. 1112-1120.

34. Уточкин И.С. Теоретические и эмпирические основания уровневого подхода к вниманию, // Психология. Журн. высш. школы экономики. 2008. Т. 5.№З.С. 31-66.

35. Чарвей А. Когнитивный вызванный потенциал РЗОО у пациентов с дисциркулярной афазией с легкими, и умеренными когнитивными расстройствами. Автореф. дис. канд. мед. наук. М., 2006.

36. Чернышев Б.В., Панасюк Я.А., Семикопная И.И., Тимофеева Н.О. Активность нейронов» базального крупноклеточного ядра при выполнении инструментальной задачи // Журн. высш. нерв. деят. 2003. Т. 53. № 5. С. 624-636.

37. Шишкин С.Д., Ганин И.П., Басюл И.А., Каплан А.Я. Интерфейс мозг-компыотер на основе волны РЗОО: волна N1 и проблема дистракторов // Материалы XV Международной конференции по нейрокибернетике. Т. 2. Ростов-на-Дону. 2009. С. 30-33.

38. Antal A., Kovanecz I., Bodis-Wollner I. Visual discrimination and P300 are affected in parallel by cholinergic agents in the behaving monkey // Physiol. Behav. 1994. V. 56(1). P. 161-166.

39. Arnsten A.F.T., Contant T.A. Alpha-2 adrenergic agonist decrease distractability in aged monkeys performing the delayed response task // Psychopharmac. 1992. V. 108. P. 159-169.

40. Arthur D.L., Starr A. Task-relevant late positive component of the auditory event-related potential in monkeys resembles P300 in humans // Science. 1983. V. 223. P. 186

41. Aston-Jones G., Bloom F.E. Activity of norepineprine-containing locus coeruleus in behaving rats anticipates fluctuations in the sleep-waking cycle // J. Neurosci. 1981. V. 1 (8). P. 876-886.

42. Baird B. An oscillating cortical model of auditory attention and electrophysiology //Neurocomputing. 1999. V. 26-27. P. 319-328.

43. Ba§ar E., Schiirmann M., Ba§ar-Eroglu C., Demiralp T. Selectively distributed gamma band system of the brain // Int. J. Psychophysiol. 2001. V. 39(2-3). P. 129-135.

44. Basar-Eroglu C., Demiralp T., Schurmann M., Basar E. Topological distribution of the oddball "P300" responses // Int. J. Psychophysiol. 1996. V. 39. P. 213-220.

45. Bennington J.Y., Polish J. Comparison of P300 from passive and active tasks for auditory and visual stimuli // Int. J. Psychophysiol. 1999. V. 34. P. 171177.

46. Berger A., Posner M.I. Pathologies of brain attentional networks // Neurosci. Biobehav. Rev. 2000. V. 24(1). P. 3-5.

47. Berntson G.G., Shafi R., Sarter M. Specific contributions of the basal forebrain corticopetal cholinergic system to electroencephalographic activity and sleep/waking behavior//Eur. J. Neurosci. 2002. V. 16. P. 2453-2461.

48. Bertrand O., Tallon-Baudry C., Giard M.H., Pernier J. Auditory induced 40Hz activity during a frequency discrimination task // Neuroimage. 1998. V. 7. P. 370.

49. Bhattacharya J., Petsche H., Feldmann- U., Rescher B. EEG gamma-band phase synchronization, between posterior and frontal cortex during mentalrotation in humans // Neurosci. Lett. 2001. V. 311. P. 29-32.

50. Botly L.C., De Rosa E. Cholinergic deafferentation of the neocortex using 192 IgG-saporin impairs feature binding in rats // J. Neurosci. 2009. V. 29(13). P. 4120-4130.

51. Brown C.R., Barry R.J. Clarke A.R ERPs to infrequent auditory stimuli in two- and three- stimulus versions of the inter-modal oddball'task // Int. J. Psychophysiol. 2009. V. 74. P. 174-182.

52. Brunner P., Ritaccio A.L., Emrich J.F., Bischof H., Schalk G. Rapid communication with a "P300" matrix speller using electrocorticographic signals (ECoG) // Front. Neurosci: 2011. V. 5. P. 5.

53. Buhl E.H., Tamas G., Fisahn A. Cholinergic activation and tonic excitation induce persistent gamma oscillations in mouse somatosensory cortex in vitro // J. Physiol. 1998. V. 513 (1). P. 117-126.

54. Busch N.A., Debener S., Kranczioch C., Engel A.K., Herrmann C.S. Sizematters: effects of stimulus size, duration and eccentricity on the visual gamma-band response // Clin. Neurophysiol. 2004. V. 115 (8). P. 1810-1820.

55. Cape E.G., Jones B.E. Effects of glutamate agonist versus procaine microinjections into the basal forebrain cholinergic cell area-upon gamma and theta EEG activity and sleep-wake state // Eur. J. Neurosci. 2000. V. 12. P. 2166-2184.

56. Castro A., Diaz F. Effect of the relevance and position of the target stimuli on P300 and reaction time // Int. J. Psychophysiol. 2001. V. 41. P. 43-52.

57. Chiba A.A., Bucci D.J., Holland P.C., Gallagher M. Basal forebrain cholinergic lesions disrupt increments but not decrements in conditioned stimulus processing // J. Neurosci. 1995. V. 15. P. 7315-7322.

58. Clarke J.M., Halgren E., Chauvel P. Intracranial ERPs in humans during alateralized visual oddball task: II. Temporal, parietal and frontal recordings // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1999. V. 110 (1). P. 1226-1244.

59. Comerchero M.D., Polich J. P3a and P3b from typical auditory and visual stimuli // Clin. Neurophysiol. 1999. V. 110. P. 24-30.

60. Coull J.T. Neural correlates of attention and arousal: insights from electrophysiology, functional neuroimaging and psychopharmacology // Prog. Neurobiol. 1998. V. 55. P. 343-361.

61. Coull J.T., Biichel C., Friston K.J., Frith C.D. Noradrenergically mediated plasticity in a human attentional neuronal network // Neuroimage. 1999. V. 10(6). P. 705-715.

62. Coull J.T., Middleton H.C., Robbins T.W., Sahakian BJ. Clonidine and diazepam have differential effects on tests of attention and learning // Psychopharmac. 1995. V. 120. P. 322-332.

63. Debener S., Hermann C.S., Kranczioch C., Gembris D., Engel A.K. Top-down attentional processing enhances evoked gamma band activity // NeuroReport. 2003. V. 14. P. 683-686.

64. Debener S., Kranczioch C., Hermann C.S., Engel A.K. Auditory novelty oddball allows reliable distinction of top-down and bottom-up processes of attention // Int. J. Psychophysiol. 2002. V. 46. P. 77-84.

65. De Martino B., Strange B.A., Dolan R.J. Noradrenergic neuromodulation of human attention for emotional and neutral stimuli // Psychopharmac. 2008 V. 197. P. 127-136.

66. Dickson C.T., Biella G., Curtis M. Evidence for spatial modules mediated by temporal synchronization of carbachol-induced gamma rhythm in medial entorhinal cortex // J. Neurosci. 2000. V. 20. P. 7846-7854.

67. Doesburg S.M., Roggeveen A.B., Kitajo K., Ward L.M. Large-scale gamma-band phase synchronization and selective attention // Cerebral Cortex. 2008. V. 18. P. 386-396.

68. Donchin E., Coles M.G.H. Is the P300 component a manifestation of the context updating? // Behav. Brain Sci. 1988. V. 11 (3). P. 357-374.

69. Egly R., Diver J., Rafal R.D. Shifting visual attention between objects and locations: evidence from normal and parietal lesion subjects // J. Exp. Psychol. Gen. 1994. V. 123. P. 161-177.

70. Ehlers C.L., Somes C. Long latency event-related potentials in mice: effects of stimulus characteristics and strain // Brain Res. 2002. V. 957(1). P. 117-128.

71. Engel A.K., Fries P., Singer W. Dynamic prediction: oscillations and synchrony in top-down processing // Nat. Rev. Neurosci. 2001. V. 2. P. 704716.

72. Everitt B.J., Robbins T.W. Central cholinergic systems and cognition // Annu. Rev. Psychol. 1997. V. 48. P. 649-684.

73. Farwell L.A., Donchin E. Talking off the top of your head: toward a mental prosthesis utilizing event-related brain potentials // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1988. V. 70(6). P. 510-523.

74. Fell J., Hinrichs H., Roschke J. Time course of human 40 Hz EEG activity accompanying P3 responses in an auditory oddball paradigm // Neurosci. Lett. 1997. V. 235. P. 121-124.

75. Fell J., Klaver P., Elger C.E., Fernandez G. Suppression of EEG gamma activity may cause the attentional blink // Consci. Cogn. 2002. V. 11. P. 114

76. Fifkova E., Marsala J. Stereotaxic atlases for the cat, rabbit and rat // Electrophysiological methods in biological research / Eds. Bures J., Petran M. New York: Acad. Press, 1967. 731 p.

77. Fries P. Neuronal gamma-band'synchronization as a fundamental-process in cortical computation // Annu. Rev. Neurosci. 2009. V. 32. P. 209-224.

78. Fries P., Reynolds J!, Rorie A.E., Desimone R. Modulation of oscillatory neuronal synchronization by selective visual attention // Science. 2001. V. 291. P: 1560-1563.

79. Foucher J.R., Otzenberger H., Gounot D. The BOLD response and the gamma oscillations respond differently than evoked potentials: an interleaved EEG-fMRI study // BMG Neurosci. 2003. V. 19: P. 22. ■

80. Friedmen D., Vaughan H.G. Jr., Erlenmeyer-Kimling L. Multiple late positive potentials in two visual» discrimination tasks // Psychophysiology. 1981". V.18 (6). P. 635-649

81. Friind I., Busch N.A., Schadow J., Korner.U., Herrmann C.S. From perception to action: phase-locked gamma-oscillations correlate with reaction times in speeded response task // BMC Neurosci. 2007. V. 8. P. 27.

82. Galambos R. A comparison of certain gamma band,(40-Hz) brain rhythms in the cat and man // Induced rhythms in the brain / Eds. Basar E., Bullock T.H. Boston: Birkhauser, 1992. P. 201-216.

83. Glover A.A., Onofrj M.C., Ghilardi M.F., Bodis-Wollner I. P300-like potentials in the normal monkey using classical conditioning and auditory "oddball" paradigm // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1986. V. 65. P. 231-235.

84. Goodin D.S., Squires K.C., Henderson B.H., Starr A. An early event-relatedcortical potential//Psychophysiology. 1978. V. 15. P. 360-365.

85. Gross D.W., Gotman J. Correlation of high-frequency oscillations with the sleep-wake cycle and cognitive activity in humans // Neurosci. 1999. V. 94. P. 1005-1018.

86. Gruber T., Müller M.M., Keil A., Elbert T. Selective visual-spatial attention alters induced gamma band responses in the human EEG // Clin. Neurophysiol. 1999. V. 110. P. 2074-2085.

87. Gruber T., Müller M.M., Keil A. Modulation of induced gamma band responses in a perceptual learning task in the human EEG // J. Cogn. Neurosci. 2002. V. 14. P. 732-744.

88. Gruber T., Müller M.M. Effects of picture repetition on induced gamma band responses, evoked potentials and phase synchrony in the human EEG // Brain Res. Cogn. Brain Res. 2002. V. 13 (3). P. 377-392.

89. Gruber T., Müller M.M. Oscillatory brain activity dissociates between associative stimulus content in a repetition priming task in the human EEG // Cereb. Cortex. 2005. V. 15 (1). P. 109-116.

90. Guger C., Daban S., Sellers E., Holzner C., Krausz G., Carabalona R., Gramatica F., Edlinger G. How many people are able to control a P300-based brain-computer interface (BCI)? //Neurosci. Lett. 2009. V. 462(1). P. 94-98.

91. Gurtubay I.G., Alegre M., Labarga A., Malanda A., Iriarte J., Artieda J. Gamma band activity in an auditory oddball paradigm studied with the wavelet transform // Clin. Neurophysiol. 2001. V. 112. P. 1219-1228.

92. Haig A.R., De Pascalis V., Gordon E. Peak gamma latency correlated with reaction time in a conventional oddball paradigm // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1999. V. 110. P. 158-165.

93. Haig A.R., Gordon E., Wright J.J., Meares R.A., Bahramali H. Synchronous cortical gamma-band activity in task-relevant cognition // Neuroreport. 2000. V. 11. P. 669-675.

94. Hasler G., Drevets W.C., Manji H.K., Charney D.S. Discovering endophenotypes for major depression // Neuropsychopharmac. 2004. V. 29. P. 1765-1781.

95. Herrmann C.S., Demiralp T. Human EEG gamma oscillations in neuropsychiatric disorders // Clin. Neurophysiol. 2005. V. 116. P. 2719-2733.

96. Herrmann C.S., Friind I., Lenz D. Human gamma-band activity: A review on cognitive and behavioral correlates and network models // Neurosci. and Behav. Rev. 2010. V. 34. P. 981-992.

97. Herrmann C.S., Knight R.T. Mechanisms of human attention: event-related potentials and oscillations // Neurosci. and Behav. Rev. 2001. V. 25. P. 465476.

98. Herrmann C.S., Mecklinger A. Magnetoencephalographic responses to illusory figures: early evoked gamma is affected by processing of stimulus features // Int. J. Psychophysiol. 2000. V. 38. P. 265-281.

99. Herrmann C.S., Mecklinger A., Pfeifer E. Gamma responses and ERPs in a visual classification task// Clin. Neurophysiol. 1999. Y. 110. P. 636-642:

100. Herrmann C.S., Munk M.H.J., Engel A.K. Cognitive functions, of gamma-band activity: memory match and utilization // Trends Cogn. Sci. 2004. V. 8. P. 347-355.

101. Hillyard S.A., Vogel E.K., Luck S.J. Sensory gain control (amplification) as a mechanism of selective attention: electrophysiological and neuroimaging evidence // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1998. V. 353(1373). P. 1257-1270.

102. Himmelheber A.M., Sarter M., Bruno J.P. Increases in cortical acetylcholine release during sustained attention performance in rats // Cogn. Brain Res. 2000. V. 9. P. 313-325.

103. Hollander E., Davidson M., Mohs R.C., Horvath T.B., Davis B.M., Zemishlany Z., Davis K.L. RS 86 in the treatment of Alzheimer's disease:cognitive and biological effects // Biol. Psychiatry. 1987. V. 22(9). P. 10671078.

104. Hu L., Boutros N.N., Jansen B.H. Evoked potential variability // J. Neurosci. Methods. 2009. V. 178. P. 228-236.

105. James W. The principles of psychology. New York: Holt, 1890. (u,ht. no HaaTaHeH, 1998, c. 17).

106. Joliot M., Ribary U., Llinas R. Human oscillatory brain activity near 40 Hz coexists with cognitive temporal binding // Proc. Natl. Acad. sci. USA. 1994. V 91. P. 11748-11751.

107. Josiassen R.C., Shagass C., Roemer R.A., Ercegovac D.V., Straumanis J.J. Somatosensory evoked potential' changes with selective attention task // Psychophysiology. 1982. V. 19 (2). P. 146-159.'

108. Karaka§ S., Ba§ar E. Early gamma response is sensory in origin: a conclusion based on cross-comparison of results from multiple experimental paradigms // Int. J. Psychophysiol. 1998. V. 31. P. 13-31.

109. Kastner S., Pinsk M.A., De Weerd P., Desimone R., Ungerleider L.G. Increased activity in human visual cortex during directed attention in the absence of visual stimulation//Neuron. 1999. V. 22 (4). P. 751-761.

110. Kastner S., Ungerleider L.G. Mechanisms of visual attention in the human cortex//Annu. Rev. Neurosci. 2000. V. 23. P. 315-341.

111. Kim K.H., Yoon J., Kim J.H., Jung K.Y. Changes in gamma-band power and phase synchronization with the difficulty of a visual oddball task // Brain Res. 2008. V. 1236. P. 105-112.

112. Kimura H., McGeer P.I., Peng J.H., McGeer E.G. The central cholinergic system studied by choline acetyltransferase immunohistochemistry in the cat // J. Comp. Neurol. 1981. V. 200: P. 151-201.

113. Knight R.T., Brailowsky S., Scabini D., Simpson G.V. Surface auditory evoked potentials in the unrestrained rat: component definition // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1985. V. 61(5). P. 430-439.

114. Knight R.T. Distributed cortical network for visual attention // Ji Cogn. Neurosci. 1997. V. 9. P. 75-91.

115. Kozak R., Bruno J.P., Sarter M. Augmented prefrontal acetylcholine release during challenged attentional performance //. Cereb. Cortex. 2006. V. 16. P. 917.

116. Kuwata T., Funahashi K., Maeshima S., Ogura M., Hyotani G., Terada T., Itakura T., Hayashi S., Komai N. Influence of regional cerebral blood flow on the event-related potential (P300) // Neural. Med. Chir. 1993. V. 33. P. 146151.

117. Lee K.H., Williams L.M., Breakspear M., Gordon E. Synchronous gamma activity: a review and contribution to an integrative neuroscience model of schizophrenia//Brain Res. Rev. 2003. V. 41. P. 57-78.

118. Lee M.G., Hassani O.K., Alonso A., Jones B.E. Cholinergic basal forebrain neurons burst with theta during waking and paradoxical sleep // J. Neurosci. 2005. V. 25 (17). P. 4365-4369.

119. Lindman, H. R. Analysis of variance in complex experimental designs. San Francisco: W. H. Freeman & Co, 1974. 352 p. \

120. Liu Y., Zhou Z., Hu D: Gaze independent brain-computer speller with covert visual search tasks // Clin. Neurophysiol. 2011. V. 122(6). P. 1127-1136.

121. Llinas R., Ribary U. Coherent 40-Hz oscillations characterizes dream.state in humans //Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993. V. 90. P. 2078-2081.

122. Luciana M:, Depue R., Arbisi P., Leon« A. Facilitation of working memory in humans by a D2 dopamine receptor agonists // J. Cog. Neurosci. 1992. P: 5868.

123. Magliero A., Bashore T.R., Coles M.G.H.4, Donchin E. On the dependence of P300 latency on the stimulus evaluation processes // Psychophysiology. 1984. V. 21 (2). P. 171-186.

124. Maho C., Hars B., Edeline J.M., Hennevin E. Conditioned changes in the basal forebrain: relations with learning-induced cortical1 plasticity // Psychobiology. 1995. V. 23(1). P. 10-25.

125. Makeig S., Jung T.P. Tonic, phasic and1 transient EEG correlates of auditory awareness in drowsiness // Cogn. Brain. Res. 1996. V. 4. P. 15-25.

126. Marshall L., Molle M., Bartsch P. Event-related gamma band-activity during passive and active oddball tasks //Neuroreport. 1996.V. 7. P. 1517-1520.

127. McGaughy J., Everitt B.J., Robbins T.W., Sarter M. The role of cortical cholinergic afferent projections in cognition: impact of new selective immunotoxins // Behav. Brain Res. 2000. V. 115. P. 251-263.

128. McGaughy J., Sarter M. Sustained attention performance in rats with intracortical infusions of 192 IgG-saporin-induced cortical cholinergic deafferentation: effects of physostigmine and FG 7142 // Behav. Neurosci. 1998. V. 112. P. 1519-1525.

129. Meador K.J., Loring D.W., Hendrix N., Nichols M.E., Oberzan R., Moore E.E. Synergistic anticholinergic and. antiserotonergic effects in humans // J. Clin. Exp. Neuropsychol. 1995. V. 17(4). P. 611-621.

130. Mesulam M.M. From sensation-to cognition // Brain. 1998. V. 121. P. 101<3-1052.

131. Mesulam M.M., Geula C. Nucleus basalis (Ch4) and cortical cholinergic innervation in the human brain: observation based on the distribution of acetylcholinesterase and choline acetyltransferase // J. Comp. Neurol. 1988. V. 275. P. 216-240.

132. Mesulam M.M., Mufson E.J., Wainer B.H., Levey A.I. Central cholinergic pathways in the rat: an overview based on an alternative nomenclature (Chl-Ch6)//Neurosci. 1983b. V. 10. P. 1185-1201.

133. Metherate R., Cox C.L., Ashe J.H. Cellular bases of neocortical activation:modulation of neural oscillations by the nucleus basalis and endogenous acetylcholine // J. Neurosci. 1992. V. 12. P. 4701-4711.

134. Miltner W., Johnson R. Jr., Braun C., Larbig W. Somatosensory event-related potentials to painful and non-painful stimuli: effects of attention // Pain. 1989. V. 38 (3). P: 303-312.

135. Müller M.M., Gruber T., Keil A. Modulation of induced gamma band activity in the human EEG by attention and visual information processing // Int. J. Psychophysiol. 2000. V. 38. P. 283-299.

136. Nasman V.T., Rosenfeld J.P. Parietal P3 response as an indicator of stimulus categorization: increased P3 amplitude to categorically deviant target and nontarget stimuli // Psychophysiol. 1990. V. 27(3). P. 338-350.

137. Parikh V., Kozak R., Martinez V., Sarter M. Prefrontal acetylcholine release controls cue detection on multiple time scales // Neuron. 2007. V. 56 (1). P. 141-154.

138. Passetti F., Dalley J.W., O'Connell M.T., Everitt B.J., Robbins T.W. Increased acetylcholine release in the rat* prefrontal cortex during performance of a visual attentional task // Eur. J. Neurosci. 2000. V. 12. P. 3051-3058:

139. Polich J. P300, probability and interstimulus interval // Psychophysiology. 1990. V.27 (4). P. 396-403.

140. Polich J. Clinical application of the P300 event-related brain potential :// Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 2004. V. 15(1). P. 133-61.

141. Polich J. Theoretical overview of P3a and P3b // Detection of change: event-related potential and fMRI findings / Ed. Polich J. Boston/Dordrecht/NY/London: Kluwer academic publishers, 2003. .

142. Polish L, Kok A. Cognitive and biological determinants of P300: an integrative review // Biol. Psychol. 1995. V. 41(2). P. 103-146.

143. Rizzolatti G., Riggio L., Sheliga B.M. Space and selective attention // Attention and Performance XV / Eds. Umilta C., Moscovitch M. Cambridge, MA: MIT Press, 1994. V. 15. P. 231-265.

144. Robbins T.W. Cortical noradrenalin, attention and arousal // Psychol. Med. 1984. V. 14. P. 13-21.

145. Robbins T.W., Everitt B.J. Functions of dopamine in the dorsal and ventral striatum // Sem. Neurosci. 1992. V. 4. P. 119-127.

146. Roelfsema P.R., Engel A.K., König P., Singer W. Visuomotor integration is associated with zero time-lag synchronization among cortical areas // Nature. 1997. V. 385. P. 157-161.

147. Rosburg T., Trautner P., Elger C.E., Kurthen M. Attention effects on sensory gating intracranial and scalp recordings // Neuroimage. 2009. V. 48 (3). P. 554-563.

148. Sarter M., Bruno J.P. Cortical cholinergic inputs mediating arousal, attentional processing and dreaming: differential afferent regulation of the basal forebrain by telencephalic and brainstem afferents // Neurosci. 2000. V. 95(4). P. 933952.

149. Sarter M., Gehring W.J., Kozak R. More attention must be paid: The neurobiology of attentional effort//Br. Res. Rev. 2006. V. 51. P. 145-160.

150. Sarter M., Givens B., Bruno JjP. The cognitive neuroscience of sustained attention: where top-down meets bottom-up // Br. Res. Rev. 2001. V. 35. P. 146-160.

151. Sarter M., Hasselmo M.E., Bruno J.P., Givens B. Unraveling the attentionalfunctions of cortical cholinergic inputs: interactions between signal-driven and cognitive modulation of signal detection // Brain Res. Rev. 2005. V. 48. P. 98-111.

152. Electroencephalog. Clin. Neurophysiol. 1975. V. 38 (5). P. 387-401.

153. Steinmetz P.N., Roy A., Fitzgerald P.J., Hsiao S.S., Johnson K.O., Niebur E. Attention modulates synchronized neuronal firing in primate somatosensory cortex//Nature. 2000. V. 404. P. 187-190.

154. Steriade- M., Contreras D., Amzica F., Timofeev I. Synchronization of fast (30-40 Hz) spontaneous oscillations in intrathalamic and thalamocortical networks //J. Neurosci. 1996. V. 16 (8). P. 2788-2808.

155. Steriade M., Dossi R.C., Pare D., Oakson G. Fast oscillations (20-40 Hz) in thalamocortical systems and their potenctiation by mesopontine cholinergic nucleus in the cat // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. V. 88. P. 4396-4400.

156. Steriade M., Jones E.G., McCormick D.A. Thalamus, vol.1. Amsterdam: Elsevier, 1997.

157. Stice E., Yokum S., Zald D.', Dagher A. Dopamine-based reward circuitry responsivity, genetics, and overeating // Curr. Top Behav. Neurosci. 2011. V. 6. P. 81-93.

158. Takeushi S., Jodo E., Suzuki Y., Matsuki T., Niwa S., Kayama Y. effects of repeated administration of methamphetamine on P3-like potentials in rats // Int. J. Psychophysiol. 1999. V. 32 (3). P. 183-192.

159. Tallon-Baudry C., Bertrand O. Oscillatory gamma activity in humans and its role in object representation // Trends. Cogn. Sci. 1999. V. 3. P. 151-162.

160. Tiitinen H., Sinkkonen J., Reinikainen K., Alho K., Lavikainen J., Naatanen R. Selective attention enhances the auditory 40-Hz transient response in humans // Nature. 1993. V. 364. P. 59-60.

161. Treue S., Maunsell J.H. Attentional modulation of visual motion processing in cortical areas MT and MST // Nature. 1996. V. 382. P. 539-541.

162. Turchi J., Sarter M. Cortical acetylcholine and cortical capacity: effects ofcortical deafferentation on crossmodal divided attention in rats // Cogn. Brain Res. 1997. V. 6. P. 147-158.

163. Vanduffel W., Tootell R.B., Orban G.A. Attention-dependent suppression of metabolic activity in the early stages of the macaque visual system // Cereb. Cortex. 2000. V. 10. P. 109-126.

164. Vidal J.R., Chaumon M., O'Regan J.K., Tallon-Baudry C. Visual grouping and the focusing of attention induce gamma-band oscillations at different frequencies in human magnetoencephaloram signals // J. Cogn. Neurosci.2006. V. 18. P. 1850-1862.

165. Voytko M.L., Olton D.S., Richardson R.T., Gorman L.K., Tobin J.R., Price D.L. Basal forebrain lesions in monkeys disrupt attention but not learning and memory // J. Neurosci. 1994. V. 14. P. 167-186.

166. Wang Y., Kawai Y., Nakashima K. Rabbit P300-like potential depends on cortical muscarinic receptor activation // Neurosci. 1999. V. 89 (2). P. 423427.

167. Wang Y., Nakashima K., Shiraishi Y., Kawai Y., Ohama E., Takahashi K. P300-like potential disappears in rabbits with lesions in the nucleus basalis of Meynert // Exp. Brain Res. 1997. V. 114. P. 288-292.

168. Weinberger N.M. Learning-induced changes of auditory receptive fields // Curr. Opin. Neurobiol. 1993. V. 3(4). P. 570-577.

169. Weissman D.H., Mangun G.Rl, Woldorff M.G. A role for top-down attentional orienting during interference between global and local aspects of hierarchical stimuli //Neurolmage. 2002. V. 17. P. 1266-1276.

170. Wesnes K., Revell A. The separate and'combined effects of scopolamine and nicotine on human information processing // Psychopharmac. 1984. V. 84. P. 5-11.

171. Whittington M.A., Traub R.D., Kopell N., Ermentrout B., Buhl E.H. Inhibition-based rhythms: experimental and mathematical observations on network dynamics // Int. J. Psychophysiol. 2000. V. 38. P. 315-336.

172. Wilder M.B., Farley* G.R., Starr A. Endogenous late positive component of the evoked1 potential in cats corresponding to P300 in humans // Science. 198T. V. 211. P. 605-607.

173. Williams J.H., Wellman N.A., Geaney D.P., Feldon J., Gowen P.J., Rawlins J.N. Haloperidol enhances latent inhibition in visual tasks in healthy people // Psychopharmacol. 1997. V. 133. P. 262-268.

174. Witte E.A., Marrocco R.T. Alteration of brain noradrenergic activity in rhesus monkey affects the component of covert orienting // Psychopharmac. 1997. V. 132. P. 315-323'.

175. W6rgotter F., Eysel U.T. Cortex, state and the receptive fields of striatal cortex cells // Trends Neurosci. 2000. V. 23. P. 497-503.

176. Yamaguchi S., Knight R.T. P300 generation by novel somatosensory stimuli // Electroencephal. Clin. Neurophysiol. 1991. V. 78 (1). P. 50-55.

177. Yordanova J., Kolev V., Heinrich H., Woerner W., Banaschewski T., Rothenberger A. Developmental event-related gamma oscillations: effects of auditory attention//Europ. J. Neurosci. 2002. V. 16. P. 2214-2224.

Информация о работе

Мацелепа, Оксана Борисовна
кандидата биологических наук
Москва, 2011
ВАК 03.03.01

Диссертация

Кортикальная гамма-активность и слуховые связанные с событием потенциалы при целенаправленном поведении кроликов в условиях вероятностного предъявления стимулов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы