Ритмы ЭЭГ и когнитивные процессы

Для изучения когнитивных процессов высокую ценность представляют работы, совмещающие в себе психологический подход с нейрофизиологическим. Такое построение исследования позволяет приблизиться к пониманию базовых механизмов различных когнитивных процессов, описать закономерности формирования этих механизмов в онтогенезе, исследовать причины различных когнитивных нарушений, разработать методы коррекции этих нарушений. Перспективным для изучения механизмов когнитивных функций представляется метод электроэнцефалографии (ЭЭГ). Это неинвазивный, безопасный, относительно дешевый метод исследования функционального состояния мозга. В характеристиках ритмов ЭЭГ, зарегистрированной при различных когнитивных нагрузках, отражаются процессы функциональной модуляции активности нейронных сетей коры, которые служат нейрофизиологической основой внимания, памяти и других когнитивных процессов. В статье представлен обзор работ, посвященных анализу динамики альфа- и тета-ритмов в различных состояниях бодрствования, приведено обоснование методологии функционально-регуляторного подхода к интерпретации «поведения» ритмов ЭЭГ

1. Строганова Т.А., Посикера И.Н. Функциональная организация поведенческих состояний бодрствования младенцев (электроэнцефалографическое исследование) // Мозг и поведение младенца / Под ред. О.С. Адрианова. М.: Изд-во Ин-та психол. РАН. 1993. С. 78–166.
2. A method for the calculation of induced band power: implications for the significance of brain oscillations / Klimesch W., [et al.]. // Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1998. Vol. 108, no. 2. P. 123–30. doi:10.1016/S0168-5597(97)00078-6.
3. Brain oscillations and human memory: EEG correlates in the upper alpha and theta band / Klimesch W., [et al.]. // Neurosci Lett. 1997. Vol. 238, no. 1-2. P. 9–12. doi:10.1016/S0304-3940(97)00771-4.
4. Burgess N., Maguire EA, O'Keefe J. The human hippocampus and spatial and episodic memory // Neuron. 2002. Vol. 35, no. 4. P. 625–641. doi:10.1016/S0896-6273(02)00830-9.
5. Buzsáki G. Theta oscillations in the hippocampus // Neuron. 2002. Vol. 33, no. 3. P. 325–340. doi:10.1016/S0896-6273(02)00586-X.
6. Buzsáki G., Moser E.I. Memory, navigation and theta rhythm in the hippocampal-entorhinal system // Nature Neuroscience. 2013. Vol. 16. P.130–138. doi:10.1038/nn.3304.
7. Computational model of thalamo-cortical networks: dynamical control of alpha rhythms in relation to focal attention / Suffczynski P., [et al.]. // Int J Psychophysiol. 2001. Vol. 43, no. 1. P. 25–40. doi:10.1016/S0167-8760(01)00177-5.
8. Control mechanisms in working memory: A possible function of EEG theta oscillations / Sauseng P., [et al.]. // Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 2010. Vol. 34. P. 1015–1022. doi:10.1016/j.neubiorev.2009.12.006.
9. Distinct contributions of human hippocampal theta to spatial cognition and anxiety / Cornwell B.R., [et al.]. // Hippocampus. 2012. Vol. 22, no. 9. P. 1848–1859. doi: 10.1002/hipo.22019.
10. Distinct patterns of brain oscillations underlie two basic parameters of human maze learning / Caplan J.B., [et al.]. // J Neurophysiol. 2001. Vol. 86, no. 1. P. 368–380.
11. Duvernoy H.M. The human hippocampus: functional anatomy, vascularization and serial section with MRI (3rd ed.). Springer, 2005.
12. Dynamic Brain Sources of Visual Evoked Responses / Makeig S., [et al.]. // Science. 2002. Vol. 295. P. 690–694. doi:10.1126/science.1066168.
13. EEG alpha and cortical inhibition in affective attention / Uusberg A., [et al.]. // International Journal of Psychophysiology. 2013. Vol. 89, no. 1. P. 26–36. doi:10.1016/j.ijpsycho.2013.04.020.
14. EEG theta rhythm in infants and preschool children / Orekhova E.V., [et al.]. // Clin Neurophysiol. 2006. Vol. 117, no. 5. P. 1047–1062. doi:10.1016/j.clinph.2005.12.027.
15. Event-related desynchronization in the alpha band and the processing of semantic information / Klimesch W., [et al.]. // Brain Res Cogn Brain Res. 1997. Vol. 6, no. 2. P. 83–94. doi:10.1016/S0926-6410(97)00018-9.
16. Finding thalamic BOLD correlates to posterior alpha EEG / Liu Z., [et al.]. // Neuroimage. 2012. Vol. 63, no. 3. P. 1060–1069. doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.08.025.
17. Frontal-midline theta from the perspective of hippocampal "theta" / Mitchell D.J., [et al.]. // Prog Neurobiol. 2008. Vol. 86, no. 3. P. 156–85. doi: 10.1016/j.pneurobio.2008.09.005.
18. Guillery R.W., Harting J.K. Structure and connections of the thalamic reticular nucleus: Advancing views over half a century // J Comp Neurol. 2003. Vol. 463, no. 4. P. 360–371. doi: 10.1002/cne.10738.
19. Händel B.F., Haarmeier T., Jensen O. Alpha oscillations correlate with the successful inhibition of unattended stimuli // J Cogn Neurosci. 2011. Vol. 23, no. 9. P. 2494–2502. doi:10.1162/jocn.2010.21557.
20. Hasselmo M.E., Stern C.E. Theta rhythm and the encoding and retrieval of space and time // Neuroimage. 2014. Vol. 85. P. 656–666. doi:10.1016/j.neuroimage.2013.06.022.
21. Hindriks R., van Putten M.J.A.M. Thalamo-cortical mechanisms underlying changes in amplitude and frequency of human alpha oscillations // Neuroimage. 2013. Vol. 70. P. 150–163. doi:10.1016/j.neuroimage.2012.12.018.
22. Hsieh L.-T., Ranganath C. Frontal midline theta oscillations during working memory maintenance and episodic encoding and retrieval // Neuroimage. 2014. Vol. 85. P. 721–729. doi:10.1016/j.neuroimage.2013.08.003.
23. Intrinsic connectivity networks, alpha oscillations, and tonic alertness: a simultaneous electroencephalography/functional magnetic resonance imaging study / Sadaghiani S., [et al.]. // J. Neurosci. 2010. Vol. 30. P. 10243–10250. doi:10.1523/JNEUROSCI.1004-10.2010.
24. Jensen O., Mazaheri A. Shaping functional architecture by oscillatory alpha activity: gating by inhibition. // Front. Hum. Neurosci. 2010. Vol. 4. P. 186. doi: 10.3389/fnhum.2010.00186.
25. Kahana M.J., Seelig D., Madsen J.R. Theta returns // Curr Opin Neurobiol. 2001. Vol. 11, no. 6. P. 739–744. doi:10.1016/S0959-4388(01)00278-1.
26. Kandel E.R. Cellular Mechanisms of Learning and the Biological Basis of Individuality. In: E. R. Kandel, J. H. Schwartz, and T. M. Jessell (Eds.), Principles of Neural Science, 4th Ed. McGraw-Hill Companies, Inc. 2000. P. 1247–1279.
27. Klimesch W. Alpha-band oscillations, attention, and controlled access to stored information // Trends in cognitive sciences. 2012. Vol. 16, no. 12. P. 606–617. doi:10.1016/j.tics.2012.10.007.
28. Klimesch W., Sauseng P., Hanslmayr S. EEG alpha oscillations: The inhibition/timing hypothesis // Brain Research Reviews. 2007. Vol. 53. P. 63–88. doi:10.1016/j.brainresrev.2006.06.003.
29. Kugler J., Laub M. «Puppet show» theta rhythm // Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1971. Vol. 31. P. 532–533.
30. Lega B.C., Jacobs J., Kahana M. Human hippocampal theta oscillations and the formation of episodic memories // Hippocampus. 2012. Vol 22, issue 4. P. 748–761. doi: 10.1002/hipo.20937.
31. Maulsby R.L. An illustration of emotionally evoked theta rhythm in infancy: hedonic hypersynchrony // Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1971. Vol. 31, no. 2. P. 157–165. doi:10.1016/0013-4694(71)90186-6.
32. Neuronal Mechanisms and Attentional Modulation of Corticothalamic Alpha Oscillations / Bollimunta A., [et al.] // The Journal of Neuroscience. 2011. Vol. 31, no. 13. P. 4935–4943; doi:10.1523/JNEUROSCI.5580-10.2011.
33. Nyhus E., Curran T. Functional role of gamma and theta oscillations in episodic memory // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2010. Vol. 34, no. 7. P. 1023–1035. doi:10.1016/j.neubiorev.2009.12.014.
34. Orekhova E.V., Stroganova T.A., Posikera I.N. Alpha activity as an index of cortical inhibition during sustained internally controlled attention in infants // Clin Neurophysiol. 2001. Vol. 112, no. 5. P. 740–749. doi:10.1016/S1388-2457(01)00502-8.
35. Report of IFCN Committee on Basic Mechanisms. Basic mechanisms of cerebral rhythmic activities / Steriade M., [et al.]. // Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1990. Vol. 76, no. 6. P. 481–508. doi:10.1016/0013-4694(90)90001-Z.
36. Resting EEG theta activity predicts cognitive performance in attention-deficit hyperactivity disorder / Hermens D.F., [et al.]. // Pediatric Neurology. 2005. Vol. 32, no. 4. P. 248–256. doi:10.1016/j.pediatrneurol.2004.11.009.
37. Roux F., Uhlhaas P.J. Working memory and neural oscillations: alpha–gamma versus theta–gamma codes for distinct WM information? // Trends in Cognitive Neuroscience. 2014. Vol. 18, no. 1. P. 16–25. doi:10.1016/j.tics.2013.10.010.
38. Sherman S.M., Guillery R.W. Functional connections of cortical areas: a new view from the thalamus. The MIT Press. 2013.
39. Spontaneous EEG alpha oscillation interacts with positive and negative BOLD responses in the visual–auditory cortices and default-mode network / Mayhew S.D., [et al.]. // Neuroimage. 2013. Vol. 76. P. 362–372. doi:10.1016/j.neuroimage.2013.02.070.
40. Staudigl T., Hanslmayr S. Theta oscillations at encoding mediate the context-dependent nature of human episodic memory // Current Biology. 2013. Vol. 23, no. 12. P. 1101–1106. doi:10.1016/j.cub.2013.04.074.
41. Stroganova T.A., Orekhova E.V. EEG and infant states. In: M. de Haan (Ed.), Infant EEG and Event-Related Potentials. Psychology Press, 2013. P. 251–287.
42. Stroganova T.A., Orekhova E.V., Posikera I.N. Externally and internally controlled attention in infants: an EEG study // Int J Psychophysiol. 1998. Vol. 30, no. 3. P. 339–351. doi:10.1016/S0167-8760(98)00026-9.
43. Synaptic kainate receptors in CA1 interneurons gate the threshold of theta-frequency-induced long-term potentiation / Clarke V.R.J., [et al.]. // J Neurosci. 2012 Vol. 32, no. 50. P. 18215–26. doi:10.1523/JNEUROSCI.2327-12.2012.
44. The effects of feeding on the electroencephalogram in 3- and 6-month-old infants / Lehtonen J., [et al.]. // Psychophysiology. 2002. Vol. 39. no. 1. P. 73–79. doi:10.1111/1469-8986.3910073.
45. Theta band power in the human scalp EEG and the encoding of new information / Klimesch W., [et al.]. // Neuroreport. 1996. Vol. 7. no. 7. P. 1235–1240.
46. Theta rhythms associated with sucking, crying, gazing and handling in infants / Futagi Y., [et al.]. // Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1998. Vol. 106, no. 5. P. 392–399. doi:10.1016/S0013-4694(98)00002-9.
47. Van der Molen M.W. Developmental changes in inhibitory processing: evidence from psychophysiological measures // Biological Psychology. 2000. Vol. 54. P. 207–239.
48. Vinogradova O.S., Kitchigina V.F., Zenchenko C.I. Pacemaker neurons of the forebrain medical septal area and theta rhythm of the hippocampus // Membr Cell Biol. 1998. Vol. 11, no. 6. P. 715–725.
49. Where is the semantic system? A critical review and meta-analysis of 120 functional neuroimaging studies / Binder J.R., [et al.]. // Cereb. Cortex. 2009. Vol. 19, no. 12. P. 2767–2796. doi:10.1093/cercor/bhp055.
50. Will and frontal theta activity / Kornhuber A.W., [et al.]. In: C.H.M. Brunia, A.W.K. Galliard, A. Kok (Eds.), Psychophysiological brain research. Tillburg: Tillburg University Press. 1990. Vol. 1. P. 53–58.