1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова
  4. T. 109, № 12, 2023

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2023, T. 109, № 12, стр. 1935-1951

Потенциалы, связанные с событиями, в Go/NoGo тесте как возможные нейромаркеры монотонии

М. В. Пронина 1, *, М. Г. Старченко 1, Ю. А. Бойцова 1, А. А. Богдан 1, Ю. Г. Хоменко 1, Г. В. Катаева 1, Ю. А. Шичкина 1, Ю. Д. Кропотов 1

1 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: marina.v.pronina@gmail.com

Поступила в редакцию 01.09.2023
После доработки 15.10.2023
Принята к публикации 16.10.2023

Аннотация

Монотония возникает при выполнении малосодержательной и однообразной работы, в том числе, работы оператора. Она сопровождается снижением концентрации внимания и скорости его переключения, замедлением процессов восприятия и двигательных реакций, что может привести к потере бдительности, самоконтроля и возникновению сонливости и, следовательно, повышению рисков производственных травм и аварий. В связи с этим актуальной задачей является разработка методов мониторинга состояния человека в процессе выполнения монотонной деятельности. В работе исследовалось влияние монотонии на волны потенциалов, связанных с событиями (ПСС), в Go/NoGo тесте с предупреждающим стимулом. Анализировались данные 31-канальной ЭЭГ 25 здоровых испытуемых, зарегистрированной до и после выполнения четырех зрительных тестов общей продолжительностью около 1.5 ч, представляющих собой однотипные задания с различными инструкциями и моделирующих условия монотонной работы. После выполнения четырех тестов было обнаружено повышение волны P2, снижение волн P3 Cue и условного негативного отклонения (УНО; волна ожидания), регистрируемых после предъявления предупреждающего стимула, а также снижение волны P300, наблюдаемой после предъявления NoGo стимула. Результаты, полученные в данной работе, по-видимому, отражают ослабление проактивного и реактивного когнитивного контроля при монотонии и позволяют рассматривать волны P2, P3 Cue, P3 NoGo и волну ожидания как возможные кандидаты на роль нейромаркеров монотонии, что делает перспективным использование этих показателей в системах мониторинга состояния человека во время выполнения операторской работы.

Ключевые слова: потенциалы, связанные с событиями, Go/NoGo тест, монотония, когнитивный контроль, волна P300, волна P2, условное негативное отклонение

Список литературы

  1. Леонова АБ (1984) Психодиагностика функциональных состояний человека. М. Изд-во Моск ун-та. [Leonova AB (1984) Psychodiagnostics of human functional states] M. Moscow Univer Press. (In Russ)].

  2. Hu X, Lodewijks G (2020) Detecting fatigue in car drivers and aircraft pilots by using non-invasive measures: The value of differentiation of sleepiness and mental fatigue. J Safety Res 72: 173–187. https://doi.org/10.1016/j.jsr.2019.12.015

  3. May JF, Baldwin CL (2009) Driver fatigue: The importance of identifying causal factors of fatigue when considering detection and countermeasure technologies. Transport Res Part F: Traffic Psychol Behav 12(3): 218–224. https://doi.org/10.1016/j.trf.2008.11.005

  4. Williamson A, Lombardi DA, Folkard S, Stutts J, Courtney TK, Connor JL (2011) The link between fatigue and safety. Accid Anal Prevent 43: 498–515. https://doi.org/10.1016/j.aap.2009.11.011

  5. Zhang Y, Ma J, Zhang C, Chang R (2021) Electrophysiological frequency domain analysis of driver passive fatigue under automated driving conditions. Scient Rep 11: 20348. https://doi.org/10.1038/s41598-021-99680-4

  6. Wascher E, Heppner H, Kobald SO, Arnau S, Getzmann S, Möckel T (2016a) Age-Sensitive Effects of Enduring Work with Alternating Cognitive and Physical Load. A Study Applying Mobile EEG in a Real Life Working Scenario. Front Hum Neurosci 9: 711. https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00711

  7. Wascher E, Getzmann S, Karthaus M (2016b) Driver state examination–Treading new paths. Accid Anal Prev 91: 157–165. https://doi.org/10.1016/j.aap.2016.02.029

  8. Tanaka M, Shigihara Y, Ishii A, Funakura M, Kanai E, Watanabe Y (2012) Effect of mental fatigue on the central nervous system: An electroencephalography study. Behav Brain Funct 8(1): 48. https://doi.org/10.1186/1744-9081-8-48

  9. Ahn S, Nguyen T, Jang H, Kim JG, Jun SC (2016). Exploring neurophysiological correlates of drivers’ mental fatigue caused by sleep deprivation using simultaneous EEG, ECG, and fNIRS data. Front Human Neurosci 10: 219. https://doi.org/10.3389/fnhum.2016.00219

  10. Кирой ВН, Асланян ЕВ (2005) Общие закономерности формирования состояния монотонии. Журн высш нерв деят 55 (6): 768–776. [Kiroy VN, Aslanyan EV (2005) General patterns of formation of the state of monotony. J Higher Nerv Activ 55 (6): 768–776. (In Russ)].

  11. Лебедева НН, Каримова ЕД (2014) Нейрофизиологические проявления состояния монотонии у операторов с различной межполушарной асимметрией альфа-активности. Журн высш нерв деят 64(4): 428. [Lebedeva NN, Karimova ED (2014) Neurophysiological manifestations of the state of monotony in operators with different interhemispheric asymmetry of alpha activity. J Higher Nerv Activ 64 (4): 428. (In Russ)].

  12. Wang C, Li B, Yao Y (2021) Proactive Control Mediates the Relationship Between Working Memory and Math Ability in Early Childhood. Front Psychol 12: 611429. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2021.611429

  13. Kropotov JD, Pronina MV, Ponomarev VA, Poliakov YI, Plotnikova IV, Mueller A (2019) Latent ERP components of cognitive dysfunctions in ADHD and schizophrenia. Clin Neurophysiol 130(4): 445–453.https://doi.org/10.1016/j.clinph.2019.01.015

  14. Kropotov J, Ponomarev V, Tereshchenko EP, Müller A, Jäncke L (2016) Effect of Aging on ERP Components of Cognitive Control. Front Aging Neurosci 8: 69. https://doi.org/10.3389/fnagi.2016.00069

  15. Braver TS (2012) The variable nature of cognitive control: a dual mechanisms framework. Trends Cogn Sci 16(2): 106–113. https://doi.org/10.1016/j.tics.2011.12.010

  16. Näätänen R, Picton TW (1986) N2 and automatic versus controlled processes. Electroencephal Clin Neurophysiol Suppl 38: 169–186.

  17. Walter WG, Cooper R, Aldridge VJ, McCallum WC, Winter AL (1964) Contingent Negative Variation: an electric sign of sensori-motor association and expectancy in the human brain. Nature (Lond) 203: 380.

  18. Bekker EM, Kenemans JL,Verbaten MN (2004) Electrophysiological correlates ofattention, inhibition, sensitivity and bias in a continuous performance task. Clin Neurophysiol 115: 2001–2013.

  19. Verleger R (2020) Effects of relevance and response frequency on P3b amplitudes: Review of findings and comparison of hypotheses about the process reflected by P3b. Psychophysiology 57(7): e13542. https://doi.org/10.1111/psyp.13542

  20. Barkley RA (1997) Behavioral inhibition, sustained attention, and executive functions: constructing a unifying theory of ADHD. Psychol Bull 121(1): 65–94. https://doi.org/10.1037/0033-2909.121.1.65

  21. van Veen V, Carter CS (2002) The anterior cingulate as a conflict monitor: fMRI and ERP studies. Physiol Behav 77(4-5): 477–482. https://doi.org/10.1016/s0031-9384(02)00930-7

  22. Boksem MA, Meijman TF, Lorist MM (2006) Mental fatigue, motivation and action monitoring Biol Psychol 72(2): 123–132.https://doi.org/10.1016/j.biopsycho.2005.08.007

  23. Lorist MM (2008) Impact of top-down control during mental fatigue. Brain Res 1232: 113–123. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2008.07.053

  24. Käthner I, Wriessnegger SC, Müller-Putz GR, Kübler A, Halder S (2014) Effects of mental workload and fatigue on the P300, alpha and theta band power during operation of an ERP (P300) brain-computer interface. Biol Psychol 102: 118–129. https://doi.org/10.1016/j.biopsycho.2014.07.014

  25. Jia H, Lin CJ, Wang EM (2022) Effects of mental fatigue on risk preference and feedback processing in risk decision-making. Sci Rep 12: 10695. https://doi.org/10.1038/s41598-022-14682-0

  26. Сериков ВВ, Обознов АА, Колягин ВЯ, Закревская АА (2018) Применение когнитивного вызванного потенциала Р-300 для оценки работы мозга машинистов. Организ психол и психол труда 3(2): 166–182. [Serikov BB, Oboznov AA, Kolyagin VYA, Zakrevskaya AA (2018) The use of cognitive evoked potential P-300 to assess the work of the brain of machinists. Organizat Psychol and Psychol Work 3(2): 166–182. (In Russ)].

  27. Takács E, Barkaszi I, Altbäcker A, Czigler I, Balázs L (2019) Cognitive resilience after prolonged task performance: an ERP investigation. Exp Brain Res 237(2): 377–388. https://doi.org/10.1007/s00221-018-5427-8

  28. Maris E, Oostenveld R (2007) Nonparametric statistical testing of EEG- and MEG-data. J Neurosci Methods 164(1): 177–190. https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2007.03.024

  29. Reteig LC, van den Brink RL, Prinssen S, Cohen MX, Slagter HA (2019) Sustaining attention for a prolonged period of time increases temporal variability in cortical responses. Cortex 117: 16–32. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2019.02.016

  30. Albrecht B, Brandeis D, Uebel-von Sandersleben H, Valko L, Heinrich H, Xu X, Drechsler R, Heise A, Kuntsi J, Müller UC, Asherson P, Steinhausen HC, Rothenberger A, Banaschewski T (2014) Genetics of preparation and response control in ADHD: the role of DRD4 and DAT1. J Child Psychol Psychiatry 55(8): 914–923. https://doi.org/10.1111/jcpp.12212

  31. Grane VA, Brunner JF, Endestad T, Aasen IES, Kropotov J, Knight RT, Solbakk AK (2016) ERP Correlates of Proactive and Reactive Cognitive Control in Treatment-Naïve Adult ADHD. PLoS One 11(7): e0159833. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0159833

  32. Elke S, Wiebe SA (2017) Proactive control in early and middle childhood: An ERP study. Dev Cogn Neurosci 26: 28–38. https://doi.org/10.1016/j.dcn.2017.04.005

  33. Rêgo GG, Gonçalves ÓF, Boggio PS (2022) Attention neuroenhancement through tDCS or neurofeedback: a randomized, single-blind, controlled trial. Sci Rep 12(1): 17613. https://doi.org/10.1038/s41598-022-22245-6

  34. Rohrbaugh JW, McCallum WC, Gaillard AW, Simons RF, Birbaumer N, Papakostopoulos D (1986) ERPs associated with preparatory and movement-related processes. A review. Electroencephal Clin Neurophysiol Suppl 38: 189–229.

  35. Aydin M, Carpenelli AL, Lucia S, Di Russo F (2022) The Dominance of Anticipatory Prefrontal Activity in Uncued Sensory-Motor Tasks. Sensors (Basel) 22(17): 6559. https://doi.org/10.3390/s22176559

  36. Kóbor A, Kardos Z, Horváth K, Janacsek K, Takács Á, Csépe V, Nemeth D (2021) Implicit anticipation of probabilistic regularities: Larger CNV emerges for unpredictable events. Neuropsychologia 156: 107826. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2021.107826

  37. Wu Y, Ma S, He X, Xiang S, Qi S (2021) Trait anxiety modulates the temporal dynamics of Stroop task switching: An ERP study. Biol Psychol 163: 108144. https://doi.org/10.1016/j.biopsycho.2021.108144

  38. Osborne KJ, Kraus B, Lam PH, Vargas T, Mittal VA (2020) Contingent Negative Variation Blunting and Psychomotor Dysfunction in Schizophrenia: A Systematic Review. Schizophr Bull 46(5): 1144–1154. https://doi.org/10.1093/schbul/sbaa043

  39. Catalano LT, Wynn JK, Green MF, Gold JM (2022) Reduced neural activity when anticipating social versus nonsocial rewards in schizophrenia: Preliminary evidence from an ERP study. Schizophr Res 246: 7–16. https://doi.org/10.1016/j.schres.2022.05.028

  40. Hohnsbein J, Falkenstein M, Hoormann J (1998) Performance differences in reaction tasks are reflected in event-related brain potentials (ERPs). Ergonomics 41(5): 622–633. https://doi.org/10.1080/001401398186793

  41. Aasen IE, Brunner JF (2016) Modulation of ERP components by task instructions in a cued go/no-go task. Psychophysiology 53(2): 171–185. https://doi.org/10.1111/psyp.12563

  42. Finnigan S, O’Connell RG, Cummins TDR, Broughton M, Robertson IH (2011) ERP measures indicate both attention and working memory encoding decrements in aging. Psychophysiology 48: 601–611. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.2010.01128.x

  43. Freunberger R, Klimesch W, Doppelmayr M, Höller Y (2007) Visual P2 component is related to theta phase-locking. Neurosci Lett 426: 181–186. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2007.08.062

  44. Cepeda-Freyre HA, Garcia-Aguilar G, Eguibar JR, Cortes C (2020) Brain Processing of Complex Geometric Forms in a Visual Memory Task Increases P2 Amplitude. Brain Sci 10(2): 114. https://doi.org/10.3390/brainsci10020114

  45. Male AG, O’Shea RP (2023) Attention is required for canonical brain signature of prediction error despite early encoding of the stimuli. PLoS Biol 21(6): e3001866. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001866

  46. Sun L, Guo Z, Yuan X, Wang X, Su C, Jiang J, Li X (2022) An Investigation of the Effects of Brain Fatigue on the Sustained Attention of Intelligent Coal Mine VDT Operators. Int J Environ Res Public Health 19(17): 11034.https://doi.org/10.3390/ijerph191711034

  47. Bokura H, Yamaguchi S, Kobayashi S (2001) Electrophysiological correlates for response inhibition in a Go/NoGo task. Clin Neurophysiol 112(12): 2224–2232. https://doi.org/10.1016/s1388-2457(01)00691-5

  48. Wessel JR, Aron AR (2014) It’s not too late: The onset of the frontocentral P3 indexes successful response inhibition in the stop-signal paradigm. Psychophysiology 52: 472–480. https://doi.org/10.1111/psyp.12374

  49. Huster RJ, Enriquez-Geppert S, Lavallee CF, Falkenstein M, Herrmann CS (2013) Electroencephalography of response inhibition tasks: Functional networks and cognitive contributions. Int J Psychophysiol 87: 217–233. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2012.08.001

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал