Аннотация
Хорошо известно, что ритмическая световая стимуляция способна изменять электрическую активность мозга человека и животных. Причем, реакция мозга на определенные частоты мельканий значительно превышает отклики на соседние частоты. Это явление связывают с эффектом резонанса и в качестве доказательства приводят совпадение одного из максимумов в профиле реакции на вспышки с частотой альфа-ритма. Однако другие частоты, вызывающие увеличенную реакцию на вспышки, не находят отражения в виде доминирующих осцилляций в электроэнцефалограмме. Цель данного исследования заключалась в поиске взаимосвязи между локальными максимумами в профиле реакции на вспышки разной частоты и доминирующими осцилляциями мозга, регистрируемыми в электрокортикограмме (ЭКоГ) обезьян без стимуляции.
Исследование было проведено на четырех самцах обезьян Macaca mulatta. У трех животных максимальные реакции вызывали вспышки с частотой 8 Гц и 16 Гц, в то время как у одного примата наблюдали пики на частоте 8 Гц и в диапазоне 22-30 Гц. Первый максимум в профиле реакции на ритмическую фотостимуляцию совпадал с доминирующим ритмом, регистрируемым у обезьян в покое в затылочных и теменных областях – 8-10 Гц. Второй максимум на частоте 16 Гц совпал с доминирующим ритмом в ЭКоГ одного примата, когда он был в состоянии эмоционального возбуждения, что может объяснить резонансную природу увеличения ответов в этом частотном диапазоне.
Полученные данные говорят о том, что доминирующие ритмы мозга, в том числе и скрытые ритмы, выявляемые только с помощью ритмической фотостимуляции, могут совпадать по частоте у обезьян и человека. Обсуждаются нейронные механизмы избирательной чувствительности нейронных сетей к различным частотам фотостимуляции
Литература
Lakatos P, Gross J, Thut G (2019) A New Unifying Account of the Roles of Neuronal Entrainment. Current biology: CB 29(18), R890–R905. https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.07.075
Walter VJ, Walter WG (1949) The central effects of rhythmic sensory stimulation. Electroencephalography and clinical neurophysiology 1(1):57–86.
Regan D (1989) Human brain electrophysiology: Evoked potentials and evoked magnetic fields in science and medicine. New York. Elsevier.
María I. Robert de Ramírez de Arellano (1961). Maturational changes in the electroencephalogram of normal monkeys. Experimental Neurology 3(2):209–224. https://doi.org/10.1016/0014-4886(61)90071-1
Nakayama K, Mackeben K (1982) Steady state visual evoked potentials in the alert primate. Vision Research 22(10): 1261–1271. https://doi.org/10.1016/0042-6989(82)90138-9
Rager G, Singer W (1998) The response of cat visual cortex to flicker stimuli of variable frequency. Eur J Neurosci 10(5):1856–1877. https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.1998.00197.x
Lazarev VV, Simpson DM, Schubsky BM, Deazevedo LC (2001) Photic driving in the electroencephalogram of children and adolescents: harmonic structure and relation to the resting state. Braz J Med Biol Res 34(12):1573–1584. https://doi.org/10.1590/s0100-879x2001001200010
Birca A, Carmant L, Lortie A, Lassonde M (2006) Interaction between the flash evoked SSVEPs and the spontaneous EEG activity in children and adults. Clin Neurophysiol 117(2):279–288. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2005.10.001
Spaak E, de Lange FP, Jensen O (2014) Local entrainment of α oscillations by visual stimuli causes cyclic modulation of perception. J Neurosci 34(10):3536–3544. https://doi.org/doi:10.1523/JNEUROSCI.4385-13.2014
Herrmann CS (2001) Human EEG responses to 1-100 Hz flicker: resonance phenomena in visual cortex and their potential correlation to cognitive phenomena. Exp Brain Res 137(3-4):346–353. https://doi.org/10.1007/s002210100682
Bayram A, Bayraktaroglu Z, Karahan E, Erdogan B, Bilgic B, Ozker M, Kasikci I, Duru AD, Ademoglu A, Oztürk C, Arikan K, Tarhan N, Demiralp T (2011) Simultaneous EEG/fMRI analysis of the resonance phenomena in steady-state visual evoked responses. Clin EEG Neurosci 42(2):98–106. https://doi.org/10.1177/155005941104200210
Hindriks R, Micheli C, Bosman CA, Oostenveld R, Lewis C, Mantini D, Fries P, Deco G. (2018) Source-reconstruction of the sensorimotor network from resting-state macaque electrocorticography. Neuroimage 181:347–358. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.06.010
Ivanova LE, Podvigina DN, Varovin IA, Harauzov AK (2019) Electrophysiological indices of emotional arousal in monkeys. Neural networks and neurotechnologies. Saint-Petersburg. ВВМ. 72–75.
Hacker CD, Snyder AZ, Pahwa M, Corbetta M, Leuthardt EC (2017) Frequency-specific electrophysiologic correlates of resting state fMRI networks. Neuroimage 149:446–457. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.01.054
Kirasirova L, Bulanov V, Ossadtchi A, Kolsanov A, Pyatin V, Lebedev MA (2020) P300 Brain-Computer Interface With a Reduced Visual Field. Front Neurosci 14:604629. https://doi.org/10.3389/fnins.2020.604629
Pastor MA, Artieda J, Arbizu J, Valencia M, Masdeu JC (2003) Human cerebral activation during steady-state visual-evoked responses. J Neurosci 23(37):11621–116217. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.23-37-11621.2003
Salelkar S, Ray S (2020) Interaction between steady-state visually evoked potentials at nearby flicker frequencies. Sci Rep 10(1):5344. https://doi.org/10.1038/s41598-020-62180-y
Toman J (1941) Flicker potentials and the alpha rhythm in man. J Neurophysiology 4(1):51–61. https://doi.org/10.1152/jn.1941.4.1.51
Wang XJ (2010) Neurophysiological and computational principles of cortical rhythms in cognition. Physiological reviews 90(3):1195–1268. https://doi.org/10.1152/physrev.00035.2008
Hutcheon B, Yarom Y (2000) Resonance, oscillation and the intrinsic frequency preferences of neurons. Trends Neurosci 23(5):216–222. https://doi.org/10.1016/s0166-2236(00)01547-2
Buzsáki G, Draguhn A (2004) Neuronal oscillations in cortical networks. Science (New York, N.Y.) 304(5679):1926–1929. https://doi.org/10.1126/science.1099745
Lea-Carnall CA, Montemurro MA, Trujillo-Barreto NJ, Parkes LM, El-Deredy W (2016) Cortical Resonance Frequencies Emerge from Network Size and Connectivity. PLoS Comput Biol 12(2). https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004740
Alonso A, Llinás RR (1989) Subthreshold Na+-dependent theta-like rhythmicity in stellate cells of entorhinal cortex layer II. Nature 342(6246):175–177.
Lampl I, Yarom Y (1993) Subthreshold oscillations of the membrane potential: a functional synchronizing and timing device. J Neurophysiol 70:2181–2186.
Llinás R, Grace A, Yarom Y (1991) In vitro neurons in mammalian cortical layer 4 exhibit intrinsic oscillatory activity in the 10- to 50-Hz frequency range. Proc Natl Acad Sci USA 88: 897–901.
Hughes SW, Lorincz M, Cope DW, Blethyn KL, Kekesi KA, Parri HR (2004) Synchronized oscillations at alpha and theta frequencies in the lateral geniculate nucleus. Neuron 42(2):253–268.
Lorincz ML, Crunelli V, Hughes SW (2008) Cellular dynamics of cholinergically-induced alpha (8–13 Hz) rhythms in sensory thalamic nuclei in vitro. J Neurosci 28: 660–671.
Hughes SW, Crunelli V (2005) Thalamic mechanisms of EEG alpha rhythms and their pathological implications. Neuroscientist. 11(4):357–372.
Buzsáki G, Moser EI (2013) Memory, navigation and theta rhythm in the hippocampal-entorhinal system. Nat Neurosci 16(2):130–138. https://doi.org/10.1038/nn.3304
Whittington MA, Traub RD, Kopell N, Ermentrout B, Buhl EH (2000) Inhibition-based rhythms: experimental and mathematical observations on network dynamics. Int J Psychophysiol 38(3):315–336.
Roopun AK, Kramer MA, Carracedo LM, Kaiser M, Davies CH, Traub RD, Kopell NJ, Whittington MA (2008) Period concatenation underlies interactions between gamma and beta rhythms in neocortex. Front Cell Neurosci 2:1. https://doi.org/10.3389/neuro.03.001.2008.
Koppell N, Ermentrout GB, Whittington MA, Traub RD (2000) Gamma rhythms and beta rhythms have different synchronization properties. PNAS USA 97: 1867–1872.
Lea-Carnall CA, Montemurro MA, Trujillo-Barreto NJ, Parkes LM, El-Deredy W (2016) Cortical Resonance Frequencies Emerge from Network Size and Connectivity. PLoS computational biology 12(2):e1004740. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004740
Gray CM, König P, Engel AK, Singer W (1989) Oscillatory responses in cat visual cortex exhibit inter-columnar synchronization which reflects global stimulus properties. Nature 338 (6213): 334–337
Voloh B, Womelsdorf T (2016) A Role of Phase-Resetting in Coordinating Large Scale Neural Networks During Attention and Goal-Directed Behavior. Frontiers in systems neuroscience 10:18. https://doi.org/10.3389/fnsys.2016.00018
Emir UE, Bayraktaroglu Z, Ozturk C, Ademoglu A, Demiralp T (2008) Changes in BOLD transients with visual stimuli across 1-44 Hz. Neurosci Lett 436(2):185–188. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2008.03.021
Harding GF, Harding PF (1999) Televised material and photosensitive epilepsy. Epilepsia 40(4):65–69. https://doi.org/10.1111/j.1528-1157.1999.tb00909.x.
Lytovchenko TA (2017) Reflex (Stimulus-Sensitive) Epilepsy (Clinical Lecture for Neurologists, Psychiatrists, Pediatric Neurologists and Psychiatrists, Family Doctors). International neurological journal 7(85): 49–55. https://doi.org/10.22141/2224-0713.7.85.2016.86917
Faught E (2004) Attack of the pocket monsters: no lasting effects. Epilepsy currents 4(5):198–199. https://doi.org/10.1111/j.1535-7597.2004.04511.x