Spatio-Temporal EEG Markers for Recognition Auditory Images in Norm and Psychopathology

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The psychophysiological mechanisms of cognitive processes dysfunctions remain poorly understood. The purpose of this study was to modeling spatial-temporal parameters of coherent EEG assessment during auditory recognition in normal conditions and psychopathology. 40 healthy subjects and 72 patients with homogeneous psychopathological states depressive nature (average age of 34 ± 3.4 years) using the standard and original research methods were investigated. Individual-psychological characteristics and the severity of cognitive defect was evaluated according to the clinical interview, research verbal memory, the traditional methods of evaluating situational and personal anxiety, the differential diagnosis of depression. The study was conducted in St Petersburg “Psycho-Neurological Clinic No 1”. We have used the original method of studying the perception of auditory images, audiometry, computer electroencephalography with multidimensional mathematical treatment and psychological analysis of higher mental functions in patients with paranoid schizophrenia and control normal subjects. Analysis of coherence alpha- and beta-EEG rhythms in solving cognitive tasks for recognition of auditory images revealed that the functional interaction of the cortical areas normally significantly increased compared to background EEG. The features of the topography of functional relationships of alpha- and beta-EEG rhythms in the perception of auditory information are confirmed. Focuses interactions are recorded in the frontal areas. It marked the integration of these frontal zones with front associative cortex and temporal areas of the left hemisphere, as well as parietal and occipital areas of both hemispheres. At psychopathology reducing the number of coherent communications, violation of the formation of foci of coherence was registered.

About the authors

Ksenia A Belskaya

St Petersburg State Pediatric Medical University

Author for correspondence.
Email: belskaya.k.a@gmail.com
MD, PhD, Assistant Professor. Department of Human Physiology Russian Federation

Yuliya V Surovitskaya

St Petersburg State Pediatric Medical University

Email: iamps2008@mail.ru
Assistant Professor. Department of Human Physiology Russian Federation

Sergey A Lytaev

St Petersburg State Pediatric Medical University

Email: slytaev@spiiras.nw.ru
MD, PhD, Dr Med Sci, Professor, Head. Department of Human Physiology Russian Federation

References

  1. Александровский Ю.А. Пограничные психические расстройства. — М.: Медицина, 2000. [Aleksandrovskij JA. Pogranichnye psihicheskie rasstrojstva. Moscow: Medicina; 2000. (In Russ).]
  2. Гурович И.Я. Психосоциальное лечение и психосоциальная реабилитация // Психиатрия. Национальное руководство. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. — С. 469–474. [Gurovich IJ. Psihosocial’noe lechenie i psihosocial’naja reabilitacija. In: Psihiatrija. Nacional’noe rukovodstvo. Moscow: GJeOTAR-Media; 2009:469-74. (In Russ).]
  3. Иваницкий А.М. Нейрофизиологические механизмы восприятия и памяти: вызванные потенциалы // Механизмы деятельности мозга человека. — Л.: Наука, 1988. С. 151–170. [Ivanickij AM. Nejrofiziologicheskie mehanizmy vosprijatija i pamjati: vyzvannye potencialy. In: Mehanizmy dejatel’nosti mozga cheloveka. Leningrad: Nauka; 1988:151-70. (In Russ).]
  4. Иваницкий А.М. Сознание, его критерии и возможные механизмы // Журн. высш. нервн. деят. — 1991. — № 5. — С. 870–878. [Ivanickij AM. Soznanie, ego kriterii i vozmozhnye mehanizmy. Zhurn. vyssh. nervn. dejat. 1991;(5):870-78. (In Russ).]
  5. Кропотов Ю.Д. Количественная ЭЭГ, когнитивные вызванные потенциалы мозга человека и нейротерапия. — Донецк: Изд. Заславский А.Ю., 2010. [Kropotov JD. Kolichestvennaja EEG, kognitivnye vyzvannye potencialy mozga cheloveka i nejroterapija. Doneck: Izd. Zaslavskij A.Ju.; 2010.]
  6. Крыжановский Г.Н. Общая патофизиология нервной системы: Руководство. — М.: Медицина, 1997. [Kryzhanovskij GN. Obshhaja patofiziologija nervnoj sistemy. Rukovodstvo. Moscow: Medicina; 1997. (In Russ).]
  7. Смирнов В.К., Шостак В.И., Лытаев С.А., Дутов В.Б. Особенности перцептивного обучения и памяти при психопатологических состояниях // Журн. высш. нервн. деят. — 1991. — № 2. — С. 237–245. [Smirnov VK, Shostak VI, Lytaev SA, Dutov VB. Osobennosti perceptivnogo obuchenija i pamjati pri psihopatologicheskih sostojanijah. Zhurn. vyssh. nervn. dejat. 1991;(2):237-45. (In Russ).]
  8. Стрелец В.Б., Гарах Ж.В., Новотоцкий-Власов В.Ю., Магомедов Р.А. Соотношение между мощностью и синхронизацией ритмов ЭЭГ в норме и при когнитивной патологии // Журн. высш. нервн. деят. — 2005. — № 4. — С. 496–504. [Strelec VB, Garah ZhV, Novotockij-Vlasov VJ, Magomedov RA. Sootnoshenie mezhdu moshhnost’ju i sinhronizaciej ritmov EEG v norme i pri kognitivnoj patologii. Zhurn. vyssh. nervn. dejat. 2005;(4):496-504. (In Russ).]
  9. Циркин С.Ю. Аналитическая психопатология. — М.: Бином, 2009. [Cirkin SJ. Analiticheskaja psihopatologija. Moscow: Binom; 2009. (In Russ).]
  10. Bechtereva NP. Error detection mechanisms of the brain: background and prospects. Int J Psychophysiol. 2004;(1–2):6-7.
  11. Frith Ch, Dolan R. The role of the prefrontal cortex in higher cognitive functions. Cognitive Brain Research. 1996;(5):175-81. doi: 10.1016/S0926-6410(96)00054-7.
  12. Klimech W, Hanslmayr S, Sauseng P, et al. Oscillatory EEG correlates of episodic trace decay. Cerebral Cortex. 2006;(3):280–90.
  13. 13.Konishi S, Hayashi T, Uchida I, et al. Hemispheric asymmetry in human lateral prefrontal cortex during cognitive set shifting. PNAS. 2002;(11):7803-8. doi: 10.1073/pnas.122644899.
  14. Lytaev S. Brain Topography of Perception of Target and Non-Target Acoustic Signals. In: Theoretical and Computational Acoustics. 2003. New Jersey, London, Singapore, Beijing: World Scientific; 2004:291-7. doi: 10.1142/9789812702609_0027.
  15. Lytaev S, Surovitskaya Y. The Frustration Status and Noise Proof Feature During Perception of the Auditory Images. Lecture Notes in Computer Sciences. V. 6780. New York, Orlando: Springer; 2011:186-93.
  16. Lytaev SA, Belskaya KA. Integration and Disintegration of Auditory Images Perception. Lecture Notes in Computer Sciences. V. 9183. LNAI. Heidelberg, New York, Los Angeles, Dordrecht, London: Springer; 2015:470-80.
  17. Miller BT, Deouel LY, Dam C, et al. Spatio-temporal dynamics of neural mechanisms underlying component operations in working memory. Brain Res. 2008;1206:61-75. doi: 10.1016/j.brainres.2008.01.059.
  18. Newmann SD, Just MA, Carpenter PA. The Synchronization of the Human Cortical Working Memory Network. NeuroImage. 2002;(7):810-22. doi: 10.1006/nimg.2001.0997.
  19. Posner MI, Rothbart MK, Sheese BE, et al. The anterior cingulate girus and the mechanism of self-regulation. Cognitive, Affective, Behavioral Neuroscience. 2007;(4):391-5. doi: 10.3758/CABN.7.4.391.
  20. Raghavachari S, Lisman JE, Tully M, et al. Theta oscillations in human cortex during a working-memory task: evidence for local generators. J Neurophysiology. 2006;95(3):1630-8. doi: 10.1152/jn.00409.2005.
  21. Sarnthein J, Petsche H, Rappelsberger P, et al. Synchronization between prefrontal and posterior association cortex during human working memory. PNAS. 1998;95:7092-6. doi: 10.1073/pnas.95.12.7092.
  22. Savage CR, Deckerbach T, Heckers S, et al. Prefrontal regions supporting spontaneous and directed application of verbal learning strategies: evidence from PET. Brain. 2001;124(1):219-31. doi: 10.1093/brain/124.1.219.
  23. Segalowitz SJ, Dywan J. Individual differences and developmental change in the ERN response: implications for models of ACC function. Psychological Research. 2009;(6):857-70. doi: 10.1007/s00426-008-0193-z.
  24. Tesche CD, Karhu J. Theta oscillation index human hippocampal activation during memory task. PNAS. 2000;(2):919-24. doi: 10.1073/pnas.97.2.919.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2016 Belskaya K.A., Surovitskaya Y.V., Lytaev S.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».