Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2020, T. 70, № 5, стр. 616-634

Ритмическая активность мозга человека, связанная с движением звуковых стимулов

Л. Б. Шестопалова 1*, Е. А. Петропавловская 1, В. В. Семенова 1, Н. И. Никитин 1

1 Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: shestopalovalb@infran.ru

Поступила в редакцию 23.03.2020
После доработки 19.05.2020
Принята к публикации 01.06.2020

Аннотация

Исследовалась вызванная ритмическая активность мозга, лежащая в основе реакции на движение звукового стимула (motion-onset response, MOR). Запись ЭЭГ проводилась в условиях либо активной, либо пассивной локализации движущихся стимулов здоровыми испытуемыми. Анализировалось влияние направленности внимания слушателя и скорости движения стимула на суммарный ответ (MOR), а также на вызванное спектральное возмущение (event-related spectral perturbation, ERSP) и фазовую когерентность (inter-trial phase coherence, ITC). Пассивная локализация движущихся стимулов вызывала фазовую реорганизацию активности в дельта-альфа-диапазоне. При максимальной скорости движения наблюдались индуцированные слабо когерентные колебания. Привлечение внимания к движению звука сильнее отражалось на ритмической активности, чем на суммарной реакции. Активная локализация сопровождалась фазовой подстройкой и усилением дельта-тета-колебаний после начала движения, а также появлением колебаний, не синхронизированных по фазе с началом движения стимула.

Ключевые слова: пространственный слух, внимание, движение звукового стимула, вызванные потенциалы, вызванное спектральное возмущение, фазовая когерентность

DOI: 10.31857/S0044467720050111

Список литературы

  1. Варфоломеев А.Л., Старостина Л.В. Слуховые вызванные потенциалы человека при иллюзорном движении звукового образа. Рос. физиол. журн. им. Сеченова. 2006. 92 (9): 1046–1057.

  2. Кропотов Ю.Д. Количественная ЭЭГ, когнитивные вызванные потенциалы мозга человека и нейротерапия. Перевод с англ. под ред. В.А. Пономарева. Донецк: Изд. Заславский А.Ю. 2010. 512 с.

  3. Шестопалова Л.Б., Василенко Ю.А. Различение движущихся звуковых образов: негативность рассогласования и психофизическое тестирование. Физ. Чел. 2010. 36 (2): 23–31.

  4. Шестопалова Л.Б., Петропавловская Е.А., Семенова В.В., Никитин Н.И. Вызванные потенциалы на звуковые стимулы с отсроченным началом движения в условиях активного и пассивного прослушивания. Журнал высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2016. 66 (5): 1–14.

  5. Arnal L.H., Giraud A.L. Cortical oscillations and sensory predictions. Trends Cogn. Sci. 2012. 16 (7): 390–398. https://doi.org/10.1016/j.tics.2012.05.003

  6. Bishop D.V.M., Hardiman M.J. Measurement of mismatch negativity in individuals: A study using single-trial analysis. Psychophysiol. 2010. 47: 697–705. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.2009.00970.x

  7. Briley P.M., Kitterick P.T., Summerfield A.Q. Evidence for opponent process analysis of sound source location in humans. J. Assoc. Res. Otolaryngol. 2012. 14: 83–101. https://doi.org/10.1007/s10162-012-0356-x

  8. Costa-Faidella J., Sussman E.S., Escera C. Selective entrainment of brain oscillations drives auditory perceptual organization. NeuroImage. 2017. 159: 195–206. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.07.056

  9. Delorme A., Sejnowski T., Makeig S. Enhanced detection of artifacts in EEG data using higher-order statistics and independent component analysis. Neuroimage. 2007. 34 (4): 1443–1449. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2006.11.004

  10. Engel A.K., Fries P., Singer W. Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing. Nat. Rev. Neurosci. 2001. 2: 704–716.

  11. Fuentemilla L., Marco-Pallarés J., Grau C. Modulation of spectral power and of phase resetting of EEG contributes differentially to the generation of auditory event-related potentials. NeuroImage. 2006. 30: 909–916.

  12. Fuentemilla L., Marco-Pallarés J., Münte T.F., Grau C. Theta EEG oscillatory activity and auditory change detection. Brain Res. 2008. 1220: 93–101.

  13. Fujioka T., Trainor L.J., Large E.W., Ross B. Internalized Timing of Isochronous Sounds Is Represented in Neuromagnetic Beta Oscillations. J. Neurosci. 2012. 32 (5): 1791–1802. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4107-11.2012

  14. Getzmann S. Effect of auditory motion velocity on reaction time and cortical processes. Neuropsychologia. 2009. 47: 2625–2633. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2009.05.012

  15. Getzmann S. Auditory motion perception: onset position and motion direction are encoded in discrete processing stages. Eur. J. Neurosci. 2011. 33: 1339–1350. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2011.07617.x

  16. Getzmann S., Lewald J. Effects of natural versus artificial spatial cues on electrophysiological correlates of auditory motion. Hear Res. 2010a. 259: 44–54.

  17. Getzmann S., Lewald J. Shared cortical systems for processing of horizontal and vertical sound motion. J. Neurophysiol. 2010b. 103: 1896–1904.

  18. Getzmann S., Lewald J. Cortical processing of change in sound location: smooth motion versus discontinuous displacement. Brain Res. 2012. 1466: 119–127. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2012.05.033

  19. Haegens S., Golumbic E.Z. Rhythmic facilitation of sensory processing: A critical review. Neurosci. Biobehav. Rev. 2018. 86: 150–165. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2017.12.002

  20. Herrmann C.S., Grigutsch M., Busch N.A. EEG oscillations and wavelet analysis. In T.C. H and y (Ed.), Event-related potentials: A methods h and book. 2005. Cambridge, MA: MIT Press.

  21. Hsiao F.J., Wu Z.A., Ho L.T., Lin Y.Y. Theta oscillation during auditory change detection: An MEG study. Biol. Psychol. 2009. 81: 58–66.

  22. Klatt L.-I., Getzmann S., Wascher E., Schneider D. The contribution of selective spatial attention to sound detection and sound localization: Evidence from event-related potentials and lateralized alpha oscillations. Biol. Psychol. 2018. 138: 133–145.

  23. Klimesch W., Sauseng P., Hanslmayr S., Gruber W., Freunberger R. Event-related phase reorganization may explain evoked neural dynamics. Neurosci. and Biobehav. Reviews. 2007. 31: 1003–1016. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2007.03.005

  24. Kreitewolf J., Lewald J., Getzmann S. Effect of attention on cortical processing of sound motion: An EEG study. NeuroImage. 2011. 54: 2340–2349.

  25. Krumbholz K., Hewson-Stoate N., Schönwiesner M. Cortical response to auditory motion suggests an asymmetry in the reliance on inter-hemispheric connections between the left and right auditory cortices. J. Neurophysiol. 2007. 97: 1649–1655.

  26. Magezi D.A., Krumbholz K. Evidence for opponent-channel coding of interaural time differences in human auditory cortex. J. Neurophysiol. 2010. 104: 1997–2007.

  27. Makeig S., Debener S., Onton J., Delorme A. Mining event-related brain dynamics. Trends Cogn. Sci. 2004. 8(5): 204–210. https://doi.org/10.1016/j.tics.2004.03.008

  28. Makeig S., Westerfield M., Jung T.-P., Enghoff S., Townsend J., Courchesne E., Sejnowski T.J. Dynamic brain sources of visual evoked responses. Science. 2002. 295: 690–694.

  29. Mäkelä J.P., McEvoy L. Auditory evoked fields to illusory sound source movements. Exp. Brain Res. 1996. 110: 446–454.

  30. Ng B.S.W., Schroeder T., Kayser C. A Precluding But Not Ensuring Role of Entrained Low-Frequency Oscillations for Auditory Perception. J. Neurosci. 2012. 32 (35): 12268–12276. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1877-12.2012

  31. Pfurtscheller G. Induced oscillations in the alpha band: functional meaning. Epilepsia. 2003. 44 (Suppl 12): 2–8.

  32. Schroeder C.E., Lakatos P. Low-frequency neuronal oscillations as instruments of sensory selection. Trends Neurosci. 2009. 32: 9–18.

  33. Shestopalova L.B., Petropavlovskaia E.A., Vaitulevich S.Ph.,Vasilenko Yu.A., Nikitin N.I., Altman J.A. Discrimination of auditory motion patterns: The mismatch negativity study. Neuropsychologia. 2012. 50: 2720–2729.

  34. Stefanics G., Hangya B., Hernádi I., Winkler I., Lakatos P., Ulbert I. Phase Entrainment of Human Delta Oscillations Can Mediate the Effects of Expectation on Reaction Speed. J. Neurosci. 2010. 30 (41): 13578–13585.

  35. VanRullen R., Busch N.A., Drewes J., Dubois J. Ongoing EEG phase as a trial-by-trial predictor of perceptual and attentional variability. Front. Psychol. 2011. 2: 60.https://doi.org/10.3389/fpsyg.2011.00060

  36. Weisz N., Obleser J. Synchronisation signatures in the listening brain: a perspective from non-invasive neuroelectrophysiology. Hear Res. 2014. 307: 16–28. https://doi.org/10.1016/j.heares.2013.07.009

  37. Womelsdorf T., Fries P. The role of neuronal synchronization in selective attention. Curr. Opin. Neurobiol. 2007.17: 154–160. https://doi.org/10.1016/j.conb.2007.02.002

  38. Wöstmann M., Herrmann B., Maess B., Obleser J. Spatiotemporal dynamics of auditory attention synchronize with speech. 2016. PNAS 113 (14): 3873–3878. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1523357113.

  39. Zoefel B., ten Oever S., Sack A.T. The Involvement of Endogenous Neural Oscillations in the Processing of Rhythmic Input: More Than a Regular Repetition of Evoked Neural Responses. Front. Neurosci. 2018. 12: 95. https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00095

Дополнительные материалы отсутствуют.