ДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РИТМОВ ЭЭГ, ПРЕДШЕСТВУЮЩАЯ МОМЕНТУ ПРОБУЖДЕНИЯ, С ПОСЛЕДУЮЩИМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПОСЛЕ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ЭПИЗОДОВ ЗАСЫПАНИЙ
PDF

Ключевые слова

когнитивное пробуждение
психомоторный тест
многоканальная ЭЭГ
вейвлет-преобразование
взаимодействие ритмов ЭЭГ

Как цитировать

Яковенко, И. А., Петренко, Н. Е., Черемушкин, Е. А., & Дорохов, В. Б. (2022). ДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РИТМОВ ЭЭГ, ПРЕДШЕСТВУЮЩАЯ МОМЕНТУ ПРОБУЖДЕНИЯ, С ПОСЛЕДУЮЩИМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПОСЛЕ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ЭПИЗОДОВ ЗАСЫПАНИЙ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 108(4), 443–454. https://doi.org/10.31857/S0869813922040094

Аннотация

Исследование перехода от сна к бодрствованию, сопровождаемого восстановлением деятельности, дает возможность изучения процессов активации последовательных уровней сознания при пробуждении. Экспериментальной моделью для исследования восстановление деятельности при пробуждении служил непрерывно-дискретный психомоторный тест. Задачей исследования был анализ динамики взаимодействия ритмов ЭЭГ на 20-секундном отрезке, предшествующем моменту когнитивного пробуждения (появлению выраженного альфа-ритма с последующим восстановлением деятельности). Для анализа многоканальной ЭЭГ использовали вейвлет-преобразование на основании материнского вейвлета Морле. Амплитудное взаимодействие ритмов ЭЭГ (дельта, тета, альфа1, альфа2, бета, гамма) оценивалось с помощью коэффициента корреляции Кендалла. Показано, что процесс пробуждения является пролонгированным явлением со сложной динамикой взаимодействия ритмов ЭЭГ. Было выделено три блока связей ритмов ЭЭГ. В интервале 20–15 с до пробуждения преобладал блок связей альфа-ритма с бета- и гамма-ритмами, хотя присутствовали единичные связи дельта-тета, тета-альфа1 и бета-гамма. Следующий интервал (15–5 с) до пробуждения характеризовался присоединением к уже действующему блоку связей альфа-ритма блока связей тета-ритма с более быстрыми ритмами. А в интервале 5–0 с добавлялся третий блок, а именно, связей дельта-ритма с тета- и альфа-ритмами.

https://doi.org/10.31857/S0869813922040094
PDF

Литература

Horton CL (2017) Consciousness across sleep and wake: discontinuity and continuity of memory experiences as a reflection of consolidation processes. Front Psychiatry 8:art 159. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2017.00159

Windt J M (2020) Consciousness in sleep: How findings from sleep and dream research challenge our understanding of sleep, waking, and consciousness. Philosophy Compass e12661: 1-16. https://doi.org/10.1111/phc3.12661

Voss U (2010) Changes in EEG pre and post awakening. Int RevNeurobiol 93:23-55. https://doi: 10.1016/S0074-7742(10)93002-X

Peter-Derex L, Magnin M, Bastuji H (2015) Heterogeneity of arousals in human sleep: A stereo-electroencephalographic study. NeuroImage123:229-244. https://doi: 10.1016/j.neuroimage.2015.07.057

Vallat R, Meunier D, Nicolas A, Ruby P (2019) Hard to wake up? The cerebral correlates of sleep inertia assessed using combined behavioral, EEG and fMRI measures. Neuroimage 184: 266-278. https://doi: 10.1016/j.neuroimage.2018.09.033

McKinnon AC, Duffy SL, Cross NE, Terpening Z, Grunstein RR, Lagopoulos J, Batchelor J, Hickie IB, Lewis SJ, Shine JM, Naismith SL (2017) Functional Connectivity in the Default Mode Network is Reduced in Association with Nocturnal Awakening in Mild Cognitive Impairment. J Alzheimers Dis 56(4):1373-1384. https://doi: 10.3233/JAD-160922

Hyafil A, Giraud A-L, Fontolan L, GutkinB (2015) Neural cross-frequency coupling: connecting architectures, mechanisms, and functions. Trends Neuroscie 38(11):725-740. https://doi: 10.1016/j.tins.2015.09.001

Márton CD, Fukushima M, Camalier CR, Schultz CR, Averbeck BB (2019) Signature Patterns for Top-Down and Bottom-Up Information processing via cross-frequency coupling in macaque auditory cortex. eNeuro 6(2) e0467-18:1-14. https:// doi: 10.1523/ENEURO.0467-18.2019

Salimpour Y, William SA (2019) Cross-Frequency Coupling Based Neuromodulation for Treating Neurological Disorders. Front Neurosci 13:Article 125. https:// doi:10.3389/fnins.2019.00125

Siems M, Siegel M (2020) Dissociated neuronal phase- and amplitude-coupling patterns in the human brain. Neuroimage209: 116538. https:// doi:10.1016/j.neuroimage.2020.116538

Schanze T, Eckhorn R (1997) Phase correlation among rhythms present at different frequencies: spectral methods, application to microelectrode recordings from visual cortex and functional implications. Int J Psychophysiol 26:171-189. https:// doi: 10.1016/s0167-8760(97)00763-0

Rodriguez-Martinez EI, Barriga-Paulino CI, Rojas-Benjumea MA, Gomez CM (2015) Co-maturation of theta and low—beta rhythms during child development. Brain Topogr 28:250-260. https://doi: 10.1007/s10548-014-0369-3

Canolty RT, Knight RT (2010) The functional role of cross-frequency coupling. Trends CognSci14(11): 506-517. https://doi: 10.1016/j.tics.2010.09.001

Amiri M, Frauscher B, Gotman J (2016) Phase-amplitude coupling is elevated in deep sleep and in the onset of focal epileptic seizures. Front Human Neurosci 10:387. https://doi.org/10.3389/fnhum.2016.0038

Ladenbauer J, Ladenbauer J, Külzow N, de Boor R, Avramova E, Grittner U, Floel A (2017) Promoting sleep oscillations and their functional coupling by transcranial stimulation enhances memory consolidation in mild cognitive impairment. J Neurosci 37(30):7111-7124. https://doi: 10.1523/JNEUROSCI.0260-17.2017

Sanders TH, McCurry M, Clements MA (2014) Sleep stage classification with cross frequency coupling. 36th Ann Int Confer of the IEEE4579-4582. https://doi: 10.1109/EMBC.2014.6944643

Dimitriadis SI, Salis C, Linden D (2018) A novel, fast and efficient single-sensor automatic sleep-stage classification based on complementary cross-frequency coupling estimates. ClinNeurophysiol 129(4):815-828. https://doi: 10.1016/j.clinph.2017.12.039

Takeuchi S, Mima T, Murai R, Shimazu H, Isomura Y, Tsujimoto T (2015) Gamma oscillations and their cross-frequency coupling in the primate hippocampus during sleep. Sleep 38(7):1085-1091. https://doi: 10.5665/sleep.4818

Scheffzuk C, Kukushka VI, Vyssotski AL, Draguhn A, Tort ABL, Brankačk J (2011) Selective coupling between theta phase and neocortical fast gamma oscillations during REM-sleep in mice. PLoS ONE 6(12):e28489. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0028489

Yakovenko IA, Shumov DE, Petrenko NE, Kozlov MK, Dorokhov VB (2019) The study of rhythmic component coupling at the first stage of day sleep. Moscow UniverBiolSci Bull 74(2):98-102. https://doi :10.3103/S0096392519020111

Dorokhov VB, Malakhov DG, Orlov VA, Ushakov V (2018) Experimental model of study of consciousness at the awakening: FMRI, EEG and behavioral methods. In book: Biologically Inspired Cognitive Architectures. Springer Cham 82-87. https://doi.org/10.1007/978-3-319-99316-4_11

Черемушкин ЕА, Петренко НЕ, Генджалиева МС, Яковенко ИА, Малахов ДГ, Дорохов ВБ (2019) ЭЭГ активность мозга, предшествующая спонтанному восстановлению психомоторной деятельности после эпизодов микросна. Рос физио лжурн им ИМ Сеченова 105(8): 1002-1012. [Cheremushkin EA, Petrenko NE, Yakovenko IA, Malakhov DG, Dorokhov VB (2019) EEG brain activity preceding spontaneous recovery of psychomotor activity after episodes microsleep. Russ J Physiol 105(8): 1002–1012. (In Russ)]. https://doi.org/10.1134/S086981391908003X

Tallon-Baudry C, Bertrand O, Peronnet F, Pernier J (1998) Indused gamma band activity during the delay of a visual short term memory task in humans. J Neurosci18(11): 4244-4254. https://doi: 10.1523/JNEUROSCI.18-11-04244.1998

Caporro M, Haneef Z, Yeh HJ, Lenartowicz A, Buttinelli C, Parvizi J, Stern JM (2012) Functional MRI of sleep spindles and K-complexes. Clin Neurophysiol 123:303-309. https://doi: 10.1016/j.clinph.2011.06.018

Hilditch C J, Bansal K, Chachad R, Wong LR, Bathurst NG, Feick NH, Santamaria A, Shattuck NL, Garcia JO, Flynn-Evans EE (2021) Reconfigurations in brain networks upon awakening from slow wave sleep: Interventions and implications in neural communication. bioRxiv The preprint server for biology. https://doi.org/10.1101/2021.12.07.471633

Harmony T (2013) The functional significance of delta oscillations in cognitive processing. Front IntegrNeurosci7:83. https://doi.org/10.3389/fnint.2013.00083

Steriade M (2006) Grouping of brain rhythms in cortico thalamic systems. Neuroscience137(4):1087-1106. https://doi: 10.1016/j.neuroscience.2005.10.029.

Gao S, Proekt A, Renier N, Calderon DP, Pfaff DW (2019) Activating an anterior nucleus gigantocellularis subpopulation triggers emergence from pharmacologically-induced coma in rodents. Nature Communicat 10: аrticle number: 2897. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10797-7