Выявление нейрофизиологических маркеров обработки интрацептивных сигналов с помощью метода связанных с событиями потенциалов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Работа посвящена представлению и оценке работы алгоритма выделения мозгового вызванного потенциала, связанного с сердцебиением (ВПС), с помощью метода независимых компонент. Алгоритм включает одновременную регистрацию электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и фотоплетизмограммы (ФПГ), выделение из ЭЭГ фрагментов, соответствующих пику пульсовой волны ФПГ, удаление из полученных фрагментов кардиогенной активности с помощью метода независимых компонент (МНК), синхронизацию фрагментов с R-зубцом кардиограммы. Для уточнения локализации источника полученного потенциала применен пространственный фильтр “current source density” (CSD). Алгоритм был апробирован на 21 участнике эксперимента и выявил характерное повышение амплитуды потенциала в промежутке от 0 до 400 мс после удара сердца — ВПС.

Таким образом, применение методов независимых компонент и пространственной фильтрации к ЭЭГ-фрагментам, синхронизированным с ФПГ, позволяет выделить мозговой вызванный потенциал, связанный с ударом сердца, независимый от собственно сердечной активности, регистрируемой скальповыми отведениями.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Д. Словенко

ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ekaterinaslovenko@gmail.com
Россия, Москва

О. В. Сысоева

ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН; Научно-технологический университет “Сириус”

Email: ekaterinaslovenko@gmail.com
Россия, Москва; Сочи

Список литературы

  1. Abtahi F., Seoane F., Lindecrantz K., Löfgren N. Elimination of ECG Artefacts in Fetal EEG Using Ensemble Average Subtraction and Wavelet Denoising Methods: A Simulation. XIII Mediterranean Conference on Medical and Biological Engineering and Computing 2013. 2014. 41: 551–554.
  2. Azzalini D., Rebollo I., Tallon-Baudry C. Visceral Signals Shape Brain Dynamics and Cognition. Trends in Cognitive Sciences. 2019. 23 (6): 488–509.
  3. Coll M., Hobson H., Bird G., Murphy J. Systematic review and meta-analysis of the relationship between the heartbeat-evoked potential and interoception. Neurosci Biobehav Rev. 2020. 122: 190–200.
  4. Dai C., Wang J., Xie J., Li. W., Gong Y., Li .Y. Removal of ECG Artifacts from EEG using an Effective Recursive Least Square Notch Filter. IEEE Access. 2019. 7: 158872–158880.
  5. MNE/ tutorials/ Repairing artifacts with ICA [сайт]. URL: https://mne.tools/stable/auto_tutorials/preprocessing /40_artifact_correction_ica.html (дата обращения: 17.10.23).
  6. MNE/tools/preprocessing/ICA [сайт].URL:https://mne.tools/stable/generated/mne.preprocessing.ICA.html
  7. MNE/tools/preprocessing/Compute_current_source_density https://mne.tools/dev/generated/mne.preprocessing.compute_current_source_density.html
  8. Montoya P., Schandry R., Müller A. Heartbeat evoked potentials (HEP): topography and influence of cardiac awareness and focus of attention. Electroencephalography and clinical neurophysiology. 1993. 88 (3): 163–172.
  9. Park H.D., Blanke O. Heartbeat-evoked cortical responses: Underlying mechanisms, functional roles, and methodological considerations. NeuroImage. 2019. 197: 502–511.
  10. Petzschner F.H., Weber L.A., Wellstein K.V., Paolini G., Do C.T. et al. Focus of attention modulates the heartbeat evoked potential. NeuroImage. 2019. 186: 595–606.
  11. Pollatos O., Schandry R. Accuracy of heartbeat perception is reflected in the amplitude of the heartbeat-evoked brain potential. Psychophysiology. 2004. 41 (3): 476–482.
  12. Raimondo F., Rohaut B., Demertzi A., Valente M., Engemann D.A., Salti M. et al. Brain-heart interactions reveal consciousness in noncommunicating patients. Annals of neurology. 2017. 82 (4): 578–591.
  13. Jammal Salameh L., Bitzenhofer S.H., Hanganu-Opatz I.L., Dutschmann M., Egger V. Blood pressure pulsations modulate central neuronal activity via mechanosensitive ion channels. Science. 2024. 383 (6682).
  14. Soghoyan G., Ledovsky A., Nekrashevich, Martynova M., Polikanova O., Portnova I., et al. A Toolbox and Crowdsourcing Platform for Automatic Labeling of Independent Components in Electroencephalography. Frontiers in neuroinformatics. 2021. 15: 720229.
  15. Terhaar J., Viola F.C., Bär K.J., Debener S. Heartbeat evoked potentials mirror altered body perception in depressed patients. Clinical neurophysiology: official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 2012. 123 (10): 1950–1957.
  16. Zaccaro A., Perrucci M.G., Parrotta E., Costantini M., Ferri F. Brain-heart interactions are modulated across the respiratory cycle via interoceptive attention. NeuroImage. 2022. 262: 119548.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. Схема алгоритма.

Скачать (509KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пример одновременной записи ФПГ (на нижнем канале) и ЭЭГ. Вертикальными линиями выделены пики ФПГ, по которым были выбраны ЭЭГ фрагменты.

Скачать (4MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вызванный потенциал, синхронизированный с ударами сердца, полученный в результате усреднения разного количества индивидуальных эпох: 1326 (а), 100 (б) и 150 (в). Для каждого усреднения представлено по два рисунка. Верхний рисунок отражает результат, полученный до удаления независимых компонент (НК), содержащих кардиогенные артефакты, а нижний – после.

Скачать (2MB)
Метаданные
5. Рис. 4. 40 независимых компонент (НК), выделенных из энцефалограммы ХХ033 (а). Серым цветом выделены названия компонент, содержащих глазодвигательную (0 и 1) и кардиогенную (4, 5, 6, 8, 9, 12, 21, 26, 39) активность. Топография, усредненный потенциал, частотный спектр и вариабельность сигнала в разных сегментах для компонент, содержащих кардиогенную активность (б).

Скачать (3MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Все НК, выделенные на основе 100 (б) и 150 (г) фрагментов ЭЭГ ХХ033. Серым цветом выделены названия НК, предположительно содержащих глазодвигательную и сердечную активность. НК, предположительно содержащие сердечную активность, выделенные на основе 100 (а) и 150 (в) фрагментов энцефалограммы ХХ033, синхронизированных с ФПГ.

Скачать (5MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Потенциал, связанный с R-зубцом кардиоцикла, усредненный по группе до (а) и после (б) применения CSD. Потенциал, связанный с R-зубцом кардиоцикла (в), и графики Т-критерия различий амплитуды в отведениях Cz, C1, C2, CPz, CP1, CP2 после применения CSD (г). Оранжевым цветом выделены интервалы, где различия по сравнению с 0 значимы на уровне 0.05.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024