Когерентность

Когерентность мера синхронизации ЭЭГ-активности, зарегистрированной с разных областей скальпа. Когерентность отражает корреляцию спектральной мощности ЭЭГ, вычисленной для разных электродов в одном и том же частотном диапазоне.

Физиологическое значение

С анатомической точки зрения самая поразительная особенность мозга — обилие возможностей взаимосвязи между нейронами. С функциональной точки зрения эта способность к взаимодействию отражается в синхронизации активности в пределах мозга: нейроны в анатомически связанных структурах имеют тенденцию генерировать разряды синхронно. Электрофизиологические данные показывают, что эта синхронность в разрядах повторяется для различных частот. Частота, на которой происходит синхронизация, по-видимому, определяет функциональное значение взаимосвязей. Например, альфа-частоты — это частоты’покоя сенсорных систем, и синхронизация в частоте 10 Гц указывает на состояние сенсорной системы, когда нейроны не передают сенсорную информацию, но готовы начать, кем только появится релевантный стимул. Предполагается, что синхронизация колебаний в гамма-диапазоне может быть обязательным механизмом объединения различных особенностей объекта в целостный объект перцепции. Синхронизация в частоте 40 Гц указывает на синхронную активацию нейронов, ответственных за обнаружение различных особенностей одного и того же стимула. Нарушение нормальной синхронизации может быть признаком неврологической или психической дисфункции. Например, аномальный паттерн синхронизаций между различными частями базальных ганглиев может быть связан с возникновением тремора и дискинезии при болезни Паркинсона.

Представление отклонений от нормальности

В ЭЭГ мерой синхронизации между двумя различными скальповыми отведениями является параметр, названный когерентность. Когерентность вычисляется для двух каналов, т.е. если вы имеете 19 электродов, общее количество пар 19 х 18 / 2 = 171. Это количество значений невозможно нанести на одну голограмму. Было предложено несколько способов представления когерентности.

С функциональной точки зрения, когерентность — мера корреляции между мощностями ЭЭГ, вычисленными в одном и том же диапазоне частот, но в различных отведениях. Математически когерентность ЭЭГ вычисляется следующим образом: Cohxy = | Sxy(f)2| / Sxx (f) Syy (f),

где (f) — значение кросс-спектра на данной частоте Sxx (f) и Syy (f) — значения автоспектров х и у в той же частоте.

Коэффициент корреляции определяется как R = (∑ ху) / (√x2 √у2). где х и у — отклонения от средних двух переменных. В нашем конкретном случае х и у соответствуют мощности ЭЭГ, измеренной в двух отведениях в некотором диапазоне частот. R изменяется между -1 и +1. Так, если две переменные х и у изменяются синхронно и в одном направлении во времени, коэффициент корреляции между этими двумя переменными стремится к 1. Если две переменные изменяются не в фазе, коэффициент корреляции между этими переменными -I.

На рис.  показаны результаты сравнения когерентности ЭЭГ, вычисленной у 45-летнего субъекта с нормативными данными. Это человек с нормальным адаптивным поведением, без психиатрических и неврологических жалоб, но с частичной атрофией мозолистого тела. Справа изображены результаты вычитания нормативной когерентности (из базы данных) из когерентности, вычисленной для субъекта. Когерентность вычислена для двух пар электродов: СЗ-С4 и F3—F4. ЭЭГ была зарегистрирована в трех различных условиях: с открытыми глазами, при решении GO/NOGO и математической задач. На этой картине изображены только симметричные межполушарные связи. Полосы пропускания ЭЭГ были отрегулированы согласно индивидуальным спектральным характеристикам ЭЭГ Этот способ представления данных ясно показывает, что когерентность между двумя полушариями у этого субъекта всегда меньше, чем в нормальной группе.

Недостаточная межполушарная когерентность у субъекта с атрофией мозолистого тела
Недостаточная межполушарная когерентность у субъекта с атрофией мозолистого тела

А. Диаграммы связей для трех диапазонов частот и трех условий регистрации. Обозначены только межполушарные связи, в которых когерентность ниже или выше нормальной когерентности с порогами, определенными внизу. Б. Примеры отклонений когерентности от нормы для двух пар электродов.