2. Метод вызванных потенциалов мозга

2.1. Краткое описание вызванных потенциалов

Метод вызванных потенциалов (ВП) мозга основан на записи электроэнцефалограммы (ЭЭГ), которая измеряет спонтанную ритмическую активность мозга, происходящую с разной частотой (Kutas and Dale, 1997). Вызванными потенциалами (event-related potentials, ERPs) называются биоэлектрические сигналы мозга, которые появляются с постоянными временными интервалами после определенных внешних воздействий, или стимулов. Выделяются следующие характеристики потенциала: форма (наличие или отсутствие пиков), латентность (временной промежуток от момента подачи стимула до появления пика), длительность и амплитуда пиков. Каждый потенциал представляет собой синусоидальную волну, амплитуда которой изменяется во времени, и при этом полярность участков волны меняется от положительной к отрицательной. Участки волны разной полярности принято называть компонентами и обозначать латинскими буквами P (positive) и N (negative). В зависимости от периода времени анализа, т.е. времени возникновения мозговой активности после стимула, потенциалы подразделяются на коротколатентные, средне- и длиннолатентные. Коротколатентные потенциалы возникают уже через 10 мс после подачи стимула, в то время как среднелатентные после 100 мс, а длиннолатентные регистрируются значительно позднее, начиная от 300 мс и больше после сигнала.

В основе метода ВП лежит суммация и усреднение большого количества потенциалов, каждый из которых сам по себе слишком слаб и часто не отличим от спонтанных ритмов, не имеющих отношения к сигналу. В течение определенного времени после подачи стимула производится вычисление амплитуд электросигналов мозга, через временные интервалы, зависящие от частоты квантования. Полученные данные запоминаются и суммируются. В результате амплитуда стабильно возникающих после стимула потенциалов неуклонно возрастает, а амплитуда спонтанных ритмов в той же степени уменьшается. Для получения результируюших амплитуд ВП, амплитуда в каждой точке усредняется, т.е. делится на число стимулов.

Вызванные потенциалы мозга широко применяются как в научных исследованиях, так и в клинической практике (см. обзоры на английском и русском языках, Handy, 2004; Гнездицкий, 1997; 2003). Для исследования языка в зависимости от модальности предъявляемого стимула используются сенсорные ВП двух типов, зрительные и слуховые. При этом значительно преобладают эксперименты, основанные на записи зрительных потенциалов, которые, например, исследуют то, как реагирует мозг на конкретный внешний сигнал в виде слова, представленного на экране компьютера. Метод ВП является важным методом изучения восприятия языка, потому что вызванные потенциалы отражают процесс, который разворачивается в режиме реального времени и позволяет измерять несколько разных характеристик. В частности, ВП позволяют непосредственно судить о том, какая активность характеризует мозг до начала языкового сигнала, во время его восприятия и после его окончания, используя при этом частоту квантования в пределах миллисекунд. ВП могут продемонстрировать не только разницу между двумя критическими условиями в психолингвистическом эксперименте, но и охарактеризовать ее, например, показать наличие или отсутствие количественной/ качественной разницы по длительности или амплитуде волн и их топологическое распределение по зонам коры головного мозга (Kutas, Fedemeier, and Sereno, 1999).