Bioelectric brain activity in boys and girls with different scaling of short time intervals
- Authors: Bulgakova Y.V.1, Bulgakov D.Y.2, Turovsky Y.A.3, But M.S.1, Kolesnikova A.Y.1
-
Affiliations:
- I.M. Sechenov First Moscow State Medical University
- “Modern solutions” IT company
- Trapeznikov Institute of Management Problems of the Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 22, No 1 (2025)
- Pages: 114-118
- Section: Original Researches
- URL: https://journals.rcsi.science/1994-9480/article/view/289310
- DOI: https://doi.org/10.19163/1994-9480-2025-22-1-114-118
- ID: 289310
Cite item
Full Text
Full Text
Точность оценки коротких интервалов времени во многом определяет успешность различных видов деятельности [1]. Экспериментальные работы обнаруживают взаимосвязь этого процесса с обработкой моторной и зрительной сенсорной информации [2, 3], формированием обратной связи в поведенческих актах, эмоциональной саморегуляцией, памятью [1]. Работа сложной системы оценки времени включает ритмические процессы в различных структурах мозга [1, 3]. Эти процессы образуют шкалу нервной активности, на которой отображается длительность временного отрезка [3]. В ряде исследований описано, что испытуемые склонны недооценивать либо переоценивать длительность временных отрезков во время экспериментов. Обнаружены отличия электрической активности мозга у испытуемых мужского и женского пола в фоновой активности и при воспроизведении длительности световых и звуковых стимулов [4, 5]. Однако вопрос об ЭЭГ признаках работы временных шкал у испытуемых разного пола без эталонных сигналов внешней среды, остается открытым.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Определить особенности биоэлектрической активности мозга у юношей и девушек в экспериментальной модели шкалирования коротких интервалов времени.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании на основе добровольного информированного согласия приняли участие 40 практически здоровых испытуемых (22 юноши и 18 девушек, правшей) в возрасте 18–19 лет. Эксперименты проведены в течение одного месяца в одинаковое время суток (11–14 часов). Испытуемые отмеривали интервалы времени длительностью 5 и 15 секунд нажатием левой клавиши компьютерной «мыши», по 5 попыток для каждой пробы. Считать при отмерах не разрешалось. Предварительной тренировки не проводилось. Нажатие клавиши мыши наносилось непосредственно на ЭЭГ в виде метки. Длительность субъективного интервала вычисляли в мс по расстоянию между метками.
ЭЭГ выполнили на электроэнцефалографе «Неокортекс» ООО «Нейроботикс» (г. Зеленоград) монополярно по схеме «10–20» в фронтальных (F3, F4), париетальных (Р3, Р4), височных (Т3, Т4,), центральных (С3, С4) и затылочных (О1, О2) отведениях. ЭЭГ регистрировали с включенным режекторным фильтром (50 Гц) и выключенными фильтрами высоких и низких частот с частотой дискретизации 1 кГц при разрядности АЦП – 16 бит, использовали хлорсеребряные электроды фирмы «MКС» (Россия). Объединённые референтные электроды располагались на мочках ушей. Спектральную плотность мощности (СПМ) сигналов вычисляли в период 3 секунды после отмеривания временного интервала в диапазонах частот θ – тета-ритма (4–7 Гц), α – альфа-ритма (7–14 Гц), нижнего β1 и верхнего β2 бета-ритмов (14–24 и 24–40 Гц соответственно) после классического дискретного преобразования Фурье [6].
Для оценки фоновой активности усредненный спектр ЭЭГ вычисляли по методу Уэлча [6]: период записи 60 секунд разбивали на эпохи (окна) 3 секунды с перекрытием в 1 секунду, всего 60 отрезков, на основе которых строили доверительный интервал и оценивали вариабельность показателей. Точность шкалирования времени определили как разность между объективным интервалом времени длительностью 5 000 и 15 000 мс и субъективно отмеренным временем, а затем нормировали, разделив на величину соответствующего объективного интервала. Показатели кластеризовали методом k-средних, при этом выборка разделилась на 2 кластера. Увеличение числа кластеров приводило к детализации существующего разделения без выявления принципиально новых траекторий. Кластер высоких значений характеризовался меньшей точностью и склонностью недоотмеривать время. Кластер низких значений отличался большей точностью отмеров и склонностью отмеривать КИВ длиннее, чем объективный отрезок времени. Выборки сравнили с использованием критерия Краскела – Уоллиса, эффект множественных сравнений корректировали, используя формулу Бернулли [7]. Различия считали достоверными при р < 0,05. Статобработка выполнена с использованием библиотек Python и программного комплекса Импульс [8].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При сравнении мощность спектра фоновой ЭЭГ юношей и девушек различалась как при открытых, так и при закрытых глазах на частоте θ-ритма в отведениях О1, О2, на частоте β1и β2-ритмов в большинстве отведений. При этом у девушек отмечался более высокий уровень электрогенеза. Результаты скрининговых обследований свидетельствовали о сходных закономерностях [4, 5]. Принимая это во внимание, можно согласиться с предположением авторов о том, что различия связаны с более интенсивной эмоциональностью женщин по сравнению с мужчинами и определяются, в том числе, более интенсивными межполушарными взаимодействиями, выявляемыми при исследовании структуры фоновой ЭЭГ у испытуемых женского пола. Исследования гемодинамического обеспечения головного мозга согласуются с описанными явлениями. Их результаты описывают перераспределение кровотока в затылочных долях обоих полушарий у испытуемых женского пола, в отличие от правосторонних изменений, наблюдаемых у мужчин [9].
Рис. Локализация различий СПМ между кластерами высоких и низких значений у девушек (слева) и юношей (справа) при шкалирования коротких интервалов времени
Анализ фоновой ЭЭГ с учетом кластеризации (табл.) показывает, что у юношей, недоотмеривших время (кластер высоких значений), сумма СПМ на частоте бета-ритма в центральных и лобных отведениях справа и слева, затылочном отведении справа была ниже, чем у тех, кто переотмерил время (кластер низких значений).
У операторов женского пола в фоновой биоэлектрической активности не было обнаружено межкластерных различий.
При шкалировании как 5, так и 15 секунд межкластерные различия биоэлектрической активности мозга обнаруживались как у юношей, так и у девушек в широком диапазоне ритмов (тета, альфа, бета), с преимуществом в сторону β2-ритма (рис.). Заметно, что у девушек в большем количестве они обнаруживались справа, в лобной, височной и затылочной долях. Количество межкластерных различий СПМ ЭЭГ у юношей превышало таковое у девушек. Различалась и их локализация: наибольшее количество концентрировалось в области лобных долей с обеих сторон.
Сумма СПМ фоновой ЭЭГ у юношей разных кластеров (медиана, среднее значение ± ошибка среднего)
Показатель | Кластер высоких | Кластер низких |
Фон, глаза открыты, β1, O2* | 24822757 32607282 ± 6209469 | 36093026 57717672 ± 13318632 |
Фон, глаза открыты, β2, C3* | 4946051 5169917 ± 438456 | 7181029* 7963500 ± 959033 |
Фон, глаза открыты, β2, C4* | 4207669 5141182 ± 715165 | 6989021 7876297 ± 931478 |
Фон, глаза открыты, β2, F4* | 10994607 12465958 ± 2500348 | 16562120 22142891 ± 6268368 |
Фон, глаза закрыты, β2, C3* | 4664989 5090457 ± 532933 | 7995847 8577546 ± 1151814 |
Фон, глаза закрыты, β2, F3* | 10053267 10804505 ± 1032239 | 14770815 14758236 ± 1154765 |
Фон, глаза закрыты, β2, F4* | 9550576 11690646 ± 2509538 | 15948577 600881 ± 1483351 |
* Различия достоверны, р < 0,05.
Как в зарубежной, так и в отечественной научной литературе случаи разделения испытуемых по отклонениям шкалирования временных промежутков описывались неоднократно [10]. Если принимать в качестве отправной точки рассуждений гипотезу о работе СШВ, как о процессе синхронизации ритмических процессов, протекающих в различных структурах мозга [1, 3], то полученные в нашем исследовании данные можно трактовать как признаки различной организации активности мозговых структур, связанных с оценкой времени у испытуемых, недоотмеривающих (кластер высоких значений) и переотмеривающих (кластер низких значений) КИВ. При этом выраженность межкластерных различий имеет гендерные особенности. У юношей различия СПМ ЭЭГ обнаруживаются как при выполнении задач шкалирования коротких интервалов времени, так и в фоновой биоэлектрической активности. У девушек межкластерные различия биоэлектрической активности мозга отмечаются при выполнении задач шкалирования временных промежутков и не обнаруживаются в фоновой записи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
У юношей, по-разному шкалирующих КИВ в экспериментальной модели, обнаруживаются различия спектральной плотности мощности ЭЭГ между кластером переоценивающих длительность времени и недооценивающих ее. Межкластерные различия у юношей можно обнаружить как в фоновой биоэлектрической активности мозга, так и в процессе выполнения ими задач шкалирования КИВ. У девушек подобные различия обнаруживаются только при выполнении теста шкалирования времени и не проявляются в фоновой активности.
***
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.
Supplementary files
