Имени М. В. Ломоносова Биологический факультет



страница7/8
Дата27.10.2016
Размер0.52 Mb.
Просмотров385
Скачиваний0
ТипКурсовая
1   2   3   4   5   6   7   8

Анализ данных


Выделение ERP и их характеристик осуществляли в среде MATLAB R2012a (The MathWorks, США) с помощью специально написанных программ. Для визуализации данных и выделения артефактных эпох использовали приложение EEGLAB (CNL / The Salk Institute, 1997-2001, Swartz Center for Computational Neuroscience, http://sccn.ucsd.edu).

Каждая запись ЭЭГ прежде всего подвергалась фильтрации в диапазоне 0.5-20 Гц с помощью фильтра Butterworth 4 порядка с компенсацией сдвига фаз. Первым этапом каждую запись ЭЭГ разбивали на эпохи с границами [-0.4; 0.8] относительно начала стимула. Затем все эпохи просматривали в программе EEGLAB для выделения артефаткных эпох. Сначала использовали автоматическое выделение артефактных эпох, критерием для которого служило превышение амплитудой порога ±50 мкВ в одном или нескольких каналах. Затем записи просматривали вручную и снимали выделение с эпох, содержащих очень медленное изменение уровня базовой линии или содержащих артефакты в самом начале или конце эпохи (так как для дальнейшей обработки использовали эпохи с временным окном [-0.2; 0.6]), при этом отмечали эпохи с явными артефактами окулографического проихождения, даже если амплитуда сигнала в них не превысила установленного порога.

Число артефактных эпох значительно вариировало между испытуемыми (от 0.3 до 14% от общего числа эпох), составляя в среднем 3,4%; один испытуемый был исключен из дальнейшего анализа, так как доля артефактных эпох была слишком высока (>50%).

Далее разбитые на эпохи записи ЭЭГ использовали для получения ERP. Эпохи соответствующие целевым и нецелевым стимулам усредняли по отдельности, а эпохи, почемченные как артефактные исключали из усреднения. Затем с помощью специально написанных программ строили формы волн ERP отдельно для целевых и нецелевых стимулов и разностные потенциалы, когда из усредненных ERP в ответ на целевые стимулы вычитали ERP в ответ на нецелевые стимулы.

Амплитуду компонента P3 определяли как максимальное значение амплитуды сиганла ЭЭГ в разностных ERP в отведении Pz. Исходно временное окно для анализа составляло [250:500] мс, но затем для части испытуемых более узкое временное окно подбирали индивидуально, поскольку латентное время P3 сильно вариировало между испытуемыми.

Амплитуду компонента N1 определяли как минимальное значение амплитуды сиганла ЭЭГ в разностных ERP в усреднении по затылочным каналам (PO7, PO8, O1, O2) и в каждом из каналов отдельно. Временное окно для анализа составляло [120:250] мс, индивидуальной коррекции которого не потребовалось.

Статистическую обработку полученных данных провоили в среде R studio (http://www.rstudio.com). Дисперсионный анализ (ANOVA) проводили для двух факторов: тип стимулов (3 уровня: подсветка – F, подсветка и движение – FM, движение – M) и тип матрицы (2 уровня: компактная или разреженная матрица). В качестве зависимых переменный выступали точность работы, амплитуда волны P3 в отведениях Cz и Pz и амплитуда N1 в отведенииях PO7, PO8, O1, O2 и в усреднении по этим каналам. Затем попарные сравнения проводили с помощью критерия Тьюки.

Для оценки связи между точностью работы и амплитудами компонентов ERP вычисляли непараметрические коэффициенты корреляции Спирмена.


РЕЗУЛЬТАТЫ

Общий обзор потенциалов, связанных с событиями в P300 ИМК


На рис. 3 приведены усредненные по группе (n=11) потенциалы, связанные с событиями. В составе ERP, возникающих в ответ на значимый редко предъявляемый стимул (показаны красным цветом на рис. 3), можно увидеть высокоамплитудный позитивный пик с латентностью около 400 мс в отведениях Cz и Pz – P3. В затылочных отведениях выражен негативный пик с латентностью в данных условиях около 180 мс – N1. В ответ на более частые и незначимые стимулы (показаны синим на рис. 3) эти пики также присутствовали, но были выражены значительно слабее. Поскольку интервал времени между стимулами (150 мс) был значительно меньше продолжительности эпохи (800 мс) и был постоянным, помимо ответов на нецелевые стимулы в границы эпохи попадали ответы на множественные нецелевые стимулы в виде медленных изменений потенциала - т.н. steady-state паттерн.

an mactire:users:righeile:downloads:play_f_close_t_vs_nt-1.tif

Рис. 3. Усредненные по группе (n=11) ERP в режиме со стимулами в виде подсветок (F) и с компактной матрицей, оранжевым показаны ответы на целевые стимулы, синим – на нецелевые стимулы. Здесь и далее: количество усреднений единичных потенциалов для каждого испытуемого: целевые стимулы – 80, нецелевые – 400.

Для того, чтобы уменьшить эффект наложения ответов на нецелевые стимулы на ответ на целевой стимул, мы вычитали ответы на нецелевые стимулы из ответов на целевые и получали т.н. «разностные потенциалы», пример которого показан на рис. 4, которые, в основном, использовались для последующего анализа.

an mactire:users:righeile:downloads:play_f_close_t_-_nt-1.tif

Рис. 4. «Разностные потенциалы», усредненные по группе (n=11) в режиме со стимулами в виде подсветок (F) и с компактной матрицей.



Сравнение ERP при различных форматах стимуляции


В каждом из режимов для каждого испытуемого мы получили для усреднения 80 ответов на целевые стимулы и 400 ответов на нецелевые стимулы. Известно, что форма ERP остается стабильной для каждого человека при определенном режиме стимуляции, однако внутри популяции наблюдаются существенные различия в форме, латентности, выраженности и количестве пиков. Поэтому для усреднения по группе имеет смысл использовать только более-менее стандартные потенциалы. При измерении амплитуды компонента N1 мы обнаружили, что он присутствовал не у всех испытуемых, у одного испытуемого в затылочных отведениях вместо негативного пика с латентностью около 200 мс наблюдался позитивный пик, у части испытуемых N1 накладывался на общее позитивное отклонение, поэтому абсолютное значения амплитуды не могло характеризовать этот компонент у таких испытуемых. По этому признаку при построении усредненных по группе ERP мы использовали данные по семи испытуемым. Форма волн P3 была более стабильна, чем N1, но и в ней наблюдались индивидуальные различия. По этой причине для анализа амплитуды P3 мы задавали довольно широкое временное окно. Стоит отметить, что у одного испытуемого во всех режимах наблюдались разные по латентности и форме P3, в том числе острый высокоамплитудный P2, который, как известно из литературы (например, Townsend et al., 2010), может у некоторых испытуемых быть аналогичен P3.

На рис. 5 представлены «разностные» усредненные потенциалы в каналах Cz и Pz для исследованных режимов стимуляции.


an mactire:users:righeile:downloads:play_f_fj_j_(far)_targets__subplot_11sbjs.pictan mactire:users:righeile:downloads:play_f_fj_j_(close)_targets__subplot_11sbjs.png

Рис. 5. Разностные потенциалы для отведений Cz и Pz (n = 11). Здесь и далее: сплошной линией показаны режимы с компактной матицей, прерывистой – с разреженной, режим со стимулами в виде подсветок синим цветом, подсветок+движения – зеленым, с движущимися стимулами – оранжевый цветом.

В таблице 2 приведены амплитуды P3, измеренные по разностным потенциалам по группе из 11 испытуемых, и характеристики выборки. На рис. 6 представлено сравнение средних значений амплитуд P3 при различных режимах стимуляции. Данные по амплитудам P3 использовали для дисперсионный анализа, в качестве зависимой переменной выступала амплитуда P3 в отведении Pz или Cz соответственно, в качестве факторов - тип стимула (3 уровня: подсветка, движение и подсветка+движение), формат матрицы (2 уровня: компактная или разреженная матрица) и взаимодействие этих факторов.

Таблица 2. Амплитуды (мкВ) компонента P3 при различных режимах стимуляции.



канал

среднее

ст. откл.

ош. сред.

доверит. инт.

мин.

макс.

+95%

-95%

Подсветки+движение, компактная матрица

Pz

4.082

2.047

0.617

5.292

2.872

1.485

7.787

Cz

4.234

1.929

0.581

5.374

3.094

2.081

7.321

Подсветки+движение, разреженная матрица

Pz

3.732

1.351

0.407

4.530

2.933

2.430

6.532

Cz

3.837

1.395

0.421

4.662

3.012

1.941

6.654

Подсветки, компактная матрица

Pz

4.077

1.451

0.438

4.934

3.219

1.430

6.367

Cz

4.942

1.700

0.513

5.947

3.937

2.062

8.248

Подсветки, разреженная матрица

Pz

4.387

1.727

0.521

5.407

3.366

1.810

8.046

Cz

4.537

1.341

0.404

5.330

3.744

2.231

6.566

Движение, компактная матрица

Pz

2.902

1.370

0.413

3.712

2.092

0.047

4.595

Cz

3.056

1.401

0.422

3.884

2.228

1.220

5.604

Движение, разреженная матрица

Pz

3.611

1.827

0.551

4.691

2.532

1.149

7.645

Cz

3.782

1.681

0.507

4.775

2.789

1.116

6.422


an mactire:users:righeile:desktop:results:p3plot.tiff

Рис. 6. Амплитуды компонента P3 (по оси ординат мкВ) (n =11) при различных режимах стимуляции. На графиках показан 95% доверительный интервал для среднего. Здесь и далее: зеленым цветом показаны режимы с компактной матрицей, оранжевым – с разреженной. Flash – подсветки, Flash + Move – подсветки+движение, Move – движение.

Для амплитуды P3 в отведении Cz были выявлены значимые различия для типа стимулов (F = 3.718, p = 0.03) и не выявлено значимых различий для фактора формата матрицы (F = 0.015, p = 0.9) или для взаимодействия этих факторов. Парные сравнения с помощью критерия Тьюки выявили значимые различия (p = 0.02) в амплитуде P3 между типами стимулов подсветки (F) и движения (M) и не выявили различий между режимами F и FM, M и FM.

Значимого влияния вышеуказанных факторов на амплитуду P3 в отведении Pz выявлено не было (для типа стимула p = 0.15).

На рис. 7 представлены «разностные» усредненные потенциалы в каналах PO7, PO8, O1 и O2 для исследованных режимов стимуляции.

an mactire:users:righeile:desktop:results:play_f_fj_j_(close)_average_7sbjs.png

Рис. 7. Разностные потенциалы (n = 7) для усреднения по затылочным отведениям. Сплошной линией показаны режимы с компактной матицей, прерывистой – с разреженной, режим со стимулами в виде подсветок синим цветом, подсветок+движения – зеленым, с движущимися стимулами – оранжевым цветом.

В таблице 3 приведены значения амплитуд компонента N1 в затылочных отведениях, измеренные по семи испытуемым, выбранных по критерию наличия негативного пика с латентностью около 200 мс из общей выборки. На рис. 8а и 8б представлен график зависимости амплитуд компонента N1 от режима стимуляции для каждого из четырех затылочных каналов отдельно и для усреднения (PO7+PO8+O1+O2)/4 соответственно.

Таблица 3. Амплитуды (мкВ) компонента N1 при различных режимах стимуляции для семи испытуемых.



канал

среднее

ст. откл.

ош. сред.

доверит. инт.

мин.

макс.

+95%

-95%

Подсветки+движение, компактная матрица

PO7

-2.409

1.709

0.646

-1.143

-3.676

-4.755

0.196

PO8

-2.811

1.561

0.590

-1.655

-3.967

-4.131

-0.676

O1

-2.045

1.839

0.695

-0.682

-3.407

-4.794

0.527

O2

-2.369

1.628

0.615

-1.163

-3.575

-4.824

0.139

(PO7+PO8+O1+O2)/4

-2.332

1.575

0.595

-1.165

-3.499

-4.587

-0.268

Подсветки+движение, разреженная матрица

PO7

-3.025

1.351

0.511

-2.024

-4.025

-4.453

-0.692

PO8

-2.347

1.416

0.535

-1.298

-3.396

-4.452

0.355

O1

-2.606

1.461

0.552

-1.524

-3.689

-4.516

-0.732

O2

-2.091

1.209

0.457

-1.195

-2.987

-3.104

0.432

(PO7+PO8+O1+O2)/4

-3.379

1.645

0.622

-2.161

-4.598

-5.697

-0.692

Подсветки, компактная матрица

PO7

-3.127

1.405

0.531

-2.086

-4.168

-4.832

-0.600

PO8

-2.671

1.841

0.696

-1.307

-4.035

-5.748

-0.234

O1

-2.797

1.878

0.710

-1.406

-4.188

-5.917

0.448

O2

-2.542

2.207

0.834

-0.907

-4.177

-5.843

0.827

(PO7+PO8+O1+O2)/4

-2.690

1.736

0.656

-1.404

-3.976

-5.206

0.217

Подсветки, разреженная матрица

PO7

-3.428

1.371

0.518

-2.412

-4.443

-5.697

-1.534

PO8

-2.902

1.560

0.590

-1.746

-4.058

-5.659

-0.878

O1

-3.484

1.426

0.539

-2.428

-4.541

-5.188

-0.894

O2

-3.338

1.848

0.699

-1.969

-4.707

-6.103

-0.365

(PO7+PO8+O1+O2)/4

-3.212

1.297

0.490

-2.251

-4.173

-4.597

-0.902

Движение, компактная матрица

PO7

-1.735

1.358

0.513

-0.729

-2.741

-3.890

0.007

PO8

-1.955

1.463

0.553

-0.871

-3.038

-3.848

0.314

O1

-1.400

1.623

0.613

-0.198

-2.602

-3.443

0.554

O2

-1.425

1.510

0.571

-0.306

-2.544

-3.327

1.009

(PO7+PO8+O1+O2)/4

-1.561

1.338

0.506

-0.570

-2.553

-3.137

0.475

Движение, разреженная матрица

PO7

-1.699

1.107

0.418

-0.878

-2.519

-2.895

-0.212

PO8

-1.550

1.467

0.554

-0.463

-2.636

-3.963

0.704

O1

-0.859

1.243

0.470

0.062

-1.779

-2.409

1.031

O2

-1.117

1.280

0.484

-0.168

-2.065

-2.269

1.014

(PO7+PO8+O1+O2)/4

-1.092

1.013

0.383

-0.342

-1.843

-2.050

0.412


an mactire:users:righeile:desktop:results:n1plot.tiff

Рис. 8a. Модули амплитуд (мкВ) компонента N1 (n = 7) при различных режимах стимуляции для отведений PO7, PO8, O1 и O2. На графиках показан 95% доверительный интервал для среднего.


an mactire:users:righeile:desktop:results:n1plotaverage.tiff

Рис. 8б. Модули амплитуд компонента N1 (n = 7) при различных режимах стимуляции для усреднения по затылочным отведениям (PO7+PO8+O1+O2)/4. На графиках показан 95% доверительный интервал для среднего.

Для амплитуды N1 в отведениях PO7, O1 и O2 были выявлены значимые различия для типа стимулов (статистика критерия: F = 4.498, p = 0.02, F = 5.636, p = 0.007 и F = 3.621, p = 0.04, для трех каналов соответственно), для отведения PO8 значимых различий не выявлено (p > 0.1). В этом случае также не выявлено значимых различий для фактора формата матрицы (p > 0.5) или для взаимодействия этих факторов. Парные сравнения с помощью критерия Тьюки выявили значимые различия в амплитуде N1 между типами стимулов подсветки (F) и движения (M) в отведениях O2 и O1 (p = 0.03 и p = 0.005 соответственно) и не выявили различий между режимами F и FM, M и FM.

В усреднении по затылочным отведениям также выявили значимые действие фактора типа стимулов (F = 4.963, p = 0.01), влияния формата матрицы выявлено не было. Post hoc анализ с помощью критерия Тьюки выявил значимые различия между режимами стмуляции подсветки и движения (p = 0.01) и не выявил различия для других уровней данного фактора.





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал