Ulyanovsk Medico-biological Journal

PHYSIOLOGY

Download  article

DOI 10.34014/2227-1848-2019-1-85-92

CHANGES IN ELECTROENCEPHALOGRAM PATTERN IN RIGHT- AND LEFT-HANDERS DURING IMAGINARY MOVEMENTS

 

K.A. Morenova, O.A. Vedyasova

Samara National Research University named after S.P. Korolev, Samara, Russia

e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

The objective of the paper is to analyze changes in electroencephalogram (EEG) pattern in right- and left-handers during imaginary movements of leading and non-leading legs.

Materials and Methods. The authors examined 40 right-handers and 20 left-handers, whose motor domination profile was determined by standard tests. EEGs were recorded at rest and during imaginary rotational movements of the right and left legs. NVX 36 digital DC EEG neurovisor, “10–20” system, was used for this perpose. The authors also analyzed the amplitude of the EEG rhythms (standard frequency ranges), evaluated changes in hemispheric asymmetry coefficients of frontal and central alpha and beta1 rhythms as EEG correlates of imaginary activity.

Results. Imaginary movements caused a decrease in the amplitude of alpha, beta1, theta and delta rhythms on EEG in all trial subjects. The intensity of observed changes in right- and left-handers differed in symmetrical leads. As for frontal and central alpha and beta1 rhythms, which marked changes in the EEG pattern during imaginary movements, right-handers demonstrated that their depression level in symmetric cortical areas depended significantly on the imaginary movements of leading and non-leading legs and dominated in left or right hemispheres, respectively. For left-handers, changes in alpha and beta1 waves during imaginary movements of leading and non-leading legs did not differ significantly and in both cases dominated in the right hemisphere.

Conclusion. Thus, the intra- and inter-hemispheric dynamics of the EEG pattern, while forming the concept and program of complex motor leg actions in left-handers, is alternative in comparison to right-handers.

Keywords: EEG, alpha rhythm, beta1 rhythm, imaginary leg movements, hemispheric asymmetry, right-handers, left-handers.

 

References

  1. Frolov A.A., Fedotova I.R., Gusek D., Bobrov P.D. Ritmicheskaya aktivnost' mozga i interfeys «mozg-komp'yuter», osnovannyy na voobrazhenii dvizheniy [Rhythmic brain activity and brain computer interface based on imaginary movements]. Uspekhi fiziologicheskikh nauk. 2017; 48 (3): 72–91 (in Russian).
  2. Kaplan F.Y. Neurophysiological foundations and practical realizations of the brain-machine interfaces in the technology in neurological rehabilitation. Human physiology. 2016; 42 (1): 103–110.
  3. Kotov S.V., Turbina L.G., Bobrov P.D., Frolov A.A., Pavlova O.G. Kurganskaya M.E., Biryukova E.V. Primenenie kompleksa «interfeys «mozg-komp'yuter» i ekzoskelet» i tekhniki voobrazheniya dvizheniya dlya reabilitatsii posle insul'ta [The use of a complex “brain-computer interface and exo-skeleton” and movement imagination technique for post-stroke rehabilitation]. Al'manakh klinicheskoy meditsiny. 2015; 39: 15–21 (in Russian).
  4. Zhavoronkova L.A. Pravshi i levshi: osobennosti mezhpolusharnoy asimmetrii mozga i parametrov kogerentnosti EEG [Right- and left-handers: inter-hemispheric brain asymmetry and EEG coherence parameters]. Zhurnal vysshey nervnoy deyatel'nosti im. I.P. Pavlova. 2007; 57 (6): 545–662.
  5. Pyatin V.F., Kolsanov A.V., Sergeeva M.S., Zakharov A.V., Antipov O.I., Korovina E.S., Tyurin N.L., Glazkova E.N. Informatsionnye vozmozhnosti ispol'zovaniya myu- i beta-ritmov EEG dominantnogo polushariya v konstruirovanii neyrokomp'yuternogo interfeysa [Information possibilities of using dominant hemisphere EEG mu- and beta-rhythms in neurocomputer interface]. Fundamental'nye issledovaniya. 2015; 2–5: 975–978 (in Russian).
  6. Markina L.D., Barkar A.A. Mezhpolusharnaya asimmetriya golovnogo mozga: morfologicheskiy i fiziologicheskiy aspekty [Inter-hemispheric brain asymmetry: morphological and physiological aspects]. Tikhookeanskiy meditsinskiy zhurnal. 2014; 1: 66–70 (in Russian).
  7. Zhavoronkova L.A. Pravshi – levshi: mezhpolusharnaya asimmetriya elektricheskoy aktivnosti mozga cheloveka [Right- and left-handers: hemispheric asymmetry of the human brain electrical activity]. Moscow: Nauka; 2006. 222 (in Russian).
  8. Alikina M.A., Makhin S.A., Pavlenko V.B. Sravnenie effektov reaktivnosti sensomotornogo ritma EEG v usloviyakh sinkhronnoy imitatsii biologicheskogo i nebiologicheskogo dvizheniy [Comparison of reactivity effects of EEG sensorimotor rhythm under simultaneous imitation of biological and non-biological movements]. Uchenye zapiski Krymskogo federal'nogo universiteta im. V.I. Vernadskogo. Biologiya. Khimiya. 2017; 3 (4): 3–12 (in Russian).
  9. Hari R., Forss N., Avikainen S., Kirveskari E., Salenius S., Rizzolatti G. Activation of human primary motor cortex during action observation: a neuromagnetic study. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998; 95: 15061–15095.
  10. Pfurtscheller G., Brunner C., Schlögl A., Lopes da Silva F.H. Mu rhythm (de)synchronization and EEG single-trial classification of different motor imagery tasks. NeuroImage. 2006; 31: 153–159.
  11. Aleksandrov A.A., Tugin S.M. Izmeneniya µ-ritma pri razlichnykh formakh dvigatel'noy aktivnosti i nablyudenii dvizheniy [Changes in µ-rhythm under various forms of motor activity and movement assessment]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 2010; 96 (11): 46–54 (in Russian).
  12. Lazurenko D.M., Kiroy V.N., Aslanyan E.V., Shepelev I.E., Bakhtin O.M., Minyaeva N.R. Elektrograficheskie kharakteristiki svyazannykh s dvizheniyami potentsialov [Electrographic characteristics of movement-related potentials]. Zhurnal vysshey nervnoy deyatel'nosti im. I.P. Pavlova. 2017; 67 (4): 430–444 (in Russian).
  13. Sasaoka T., Mizuhara H., Inui T. Dynamic parieto-premotor network for mental image transformation revealed by simultaneous EEG and fMRI measurement. J. Cogn. Neurosci. 2014; 26 (2): 232–246.
  14. Klimesch W. Alpha-band oscillations, attention, and controlled access to stored information. Trends Cogn. Sci. 2012; 16 (12): 606–617.
  15. Lukoyanov M.V., Krylov V.N. Kogerentnost' EEG pri passivnom vospriyatii liniy s razlichnym uglom naklona u levshey i pravshey [EEG coherence with passive perception of lines with different angles of inclination for left-handers and right-handers]. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N.I. Lobachevskogo. 2012, 5: 135–139 (in Russian).
  16. Demiralp T., Basar-Eroglu C. Theta rhythmicities following expected visual and auditory targets. Int. J. Psychophysiol. 1992; 13: 147–160.

 

Скачать статью

DOI 10.34014/2227-1848-2019-1-85-92

УДК 612.825:612.821.2

 

ИЗМЕНЕНИЕ ПАТТЕРНА ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ У ПРАВШЕЙ И ЛЕВШЕЙ ПРИ ВООБРАЖЕНИИ ДВИЖЕНИЙ

К.А. Моренова, О.А. Ведясова

ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева», г. Самара, Россия

e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Цель работы – анализ изменений паттерна электроэнцефалограммы (ЭЭГ) у правшей и левшей при мысленном представлении движений ведущей и неведущей ног.

Материалы и методы. Обследованы студенты (40 правшей и 20 левшей), профиль моторного доминирования у которых определяли по стандартным тестам. ЭЭГ регистрировали на нейровизоре NVX 36 digital DC EEG по системе «10–20» в покое и при воображении вращательных движений правой, затем левой ногами. Анализировали амплитуду ритмов ЭЭГ стандартных частотных диапазонов, также оценивали коэффициенты межполушарной асимметрии изменений фронтальных и центральных альфа- и бета1-ритмов как ЭЭГ-коррелятов воображаемой деятельности.

Результаты. Воображение движений вызывало снижение амплитуды альфа-, бета1-, тета- и дельта-ритмов на ЭЭГ у всех испытуемых, при этом выраженность наблюдаемых изменений
у правшей и левшей различалась в симметричных отведениях. Что касается фронтального и центрального альфа- и бета1-ритмов, маркирующих изменения паттерна ЭЭГ при представлении движений, то у правшей уровень их депрессии в симметричных корковых областях существенно зависел от воображаемого использования ведущей и неведущей ног и доминировал в левом или правом полушариях соответственно. У левшей изменения альфа- и бета1-волн при мысленных движениях ведущей и неведущей ног значимо не различались и в обоих случаях доминировали в правой гемисфере.

Выводы. Внутри- и межполушарная динамика паттерна ЭЭГ в процессе формирования замысла и программы сложных двигательных актов ногами у левшей является альтернативной по сравнению с правшами.

Ключевые слова: ЭЭГ, альфа-ритм, бета1-ритм, воображаемые движения ног, межполушарная асимметрия, правши, левши.

 

Литература

  1. Фролов А.А., Федотова И.Р., Гусек Д., Бобров П.Д. Ритмическая активность мозга и интерфейс «мозг-компьютер», основанный на воображении движений. Успехи физиологических наук. 2017; 48 (3): 72–91.
  2. Kaplan F.Y. Neurophysiological foundations and practical realizations of the brain-machine interfaces in the technology in neurological rehabilitation. Human physiology. 2016; 42 (1): 103–110.
  3. Котов С.В., Турбина Л.Г., Бобров П.Д., Фролов А.А., Павлова О.Г., Курганская М.Е., Бирюкова Е.В. Применение комплекса «интерфейс «мозг-компьютер» и экзоскелет» и техники воображения движения для реабилитации после инсульта. Альманах клинической медицины. 2015; 39: 15–21.
  4. Жаворонкова Л.А. Правши и левши: особенности межполушарной асимметрии мозга и параметров когерентности ЭЭГ. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2007; 57 (6): 545–662.
  5. Пятин В.Ф., Колсанов А.В., Сергеева М.С., Захаров А.В., Антипов О.И., Коровина Е.С., Тюрин Н.Л., Глазкова Е.Н. Информационные возможности использования мю- и бета-ритмов ЭЭГ доминантного полушария в конструировании нейрокомпьютерного интерфейса. Фундаментальные исследования. 2015; 2–5: 975–978.
  6. Маркина Л.Д., Баркар А.А. Межполушарная асимметрия головного мозга: морфологический и физиологический аспекты. Тихоокеанский медицинский журнал. 2014; 1: 66–70.
  7. Жаворонкова Л.А. Правши – левши: межполушарная асимметрия электрической активности мозга человека. М.: Наука; 2006. 222.
  8. Аликина М.А., Махин С.А., Павленко В.Б. Сравнение эффектов реактивности сенсомоторного ритма ЭЭГ в условиях синхронной имитации биологического и небиологического движений. Ученые записки Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2017; 3 (4): 3–12.
  9. Hari R., Forss N., Avikainen S., Kirveskari E., Salenius S., Rizzolatti G. Activation of human primary motor cortex during action observation: a neuromagnetic study. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998; 95: 15061–15095.
  10. Pfurtscheller G., Brunner C., Schlögl A., Lopes da Silva F.H. Mu rhythm (de)synchronization and EEG single-trial classification of different motor imagery tasks. NeuroImage. 2006; 31: 153–159.
  11. Александров А.А., Тугин С.М. Изменения µ-ритма при различных формах двигательной активности и наблюдении движений. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2010; 96 (11): 46–54.
  12. Лазуренко Д.М., Кирой В.Н., Асланян Е.В., Шепелев И.Е., Бахтин О.М., Миняева Н.Р. Электрографические характеристики связанных с движениями потенциалов. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2017; 67 (4): 430–444.
  13. Sasaoka T., Mizuhara H., Inui T. Dynamic parieto-premotor network for mental image transformation revealed by simultaneous EEG and fMRI measurement. J. Cogn. Neurosci. 2014; 26 (2): 232–246.
  14. Klimesch W. Alpha-band oscillations, attention, and controlled access to stored information. Trends Cogn. Sci. 2012; 16 (12): 606–617.
  15. Лукоянов М.В., Крылов В.Н. Когерентность ЭЭГ при пассивном восприятии линий с различным углом наклона у левшей и правшей. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2012, 5: 135–139.
  16. Demiralp T., Basar-Eroglu C. Theta rhythmicities following expected visual and auditory targets. Int. J. Psychophysiol. 1992; 13: 147–160.