I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityI.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityЖурнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова0044-46773034-5316The Russian Academy of Sciences65204910.31857/S0044467723010112GJUMWOФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (КОГНИТИВНОЙ) ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКАФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (КОГНИТИВНОЙ) ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКАTHETA AND ALPHA BANDS SPECTRAL POWER OF RESTING-STATE EEG IN GROUPS WITH DIFFERENT EFFICIENCY OF JOINT ACTIVITY IN DIADSСпектральные характеристики тета- и альфа-ритмов ЭЭГ в покое у групп испытуемых с различной результативностью совместной деятельности в диадахMurtazinaE. P.МуртазинаЕ. П.e.murtazina@nphys.ruGinzburg-ShicYu. A.Гинзбург-ШикЮ. А.e.murtazina@nphys.ruAnokhin Institute of Normal PhysiologyФГБНУ НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина01012023731243702022025Copyright ©; 2023, Е.П. Муртазина, Ю.А. Гинзбург-ШикCopyright ©; 2023, Е.П. Муртазина, Ю.А. Гинзбург-Шик2023Е.П. Муртазина, Ю.А. Гинзбург-ШикЕ.П. Муртазина, Ю.А. Гинзбург-Шикhttps://innoscience.ru/0044-4677/article/view/652049

The aim of the study was to compare the spectral characteristics of theta and alpha frequency bands of the resting-state EEG between groups of subjects with different performance of subsequent joint sensorimotor activity in dyads. The study involved 26 men who, in 13 pairs, performed “Columns” trainings with biofeedback from EMG signals from the flexor muscles of the leading hand. According to their performance, the subjects of each pair were assigned to one of 2 groups: “winners” or “losers”. A higher spectral power of the theta rhythm of the EEG with closed eyes was found in the group of “losers” in comparison with the group of “winners” in the frontal, central and temporal zones of the cortex. The “winners” showed a higher level of spectral power of the EEG alpha rhythm with the eyes closed, especially in the alpha-2 frequency range in all 8 zones. The effectiveness of individual and joint training correlated negatively with the theta power and positively with the power of the EEG alpha rhythms in the closed-eyed state.

Цель исследования состояла в сравнительном анализе спектральных характеристик тета- и альфа-ритмов фоновых ЭЭГ между группами испытуемых с различной результативностью последующей совместной сенсомоторной деятельности в диадах. Обследовано 26 мужчин, которые в 13 парах выполняли тренинги “Столбики” с биологической обратной связью от ЭМГ-сигналов мышц сгибателей кисти ведущей руки. По результативности испытуемые каждой пары были отнесены к одной из 2 групп: “победители” или “проигравшие”. Обнаружена более высокая спектральная мощность тета-ритма ЭЭГ с закрытыми глазами в группе “проигравших” по сравнению с группой “победителей”, во фронтальных, центральных и височных зонах коры. У “победителей” выявлен более высокий уровень спектральной мощности альфа-ритма ЭЭГ при закрытых глазах в большинстве зон коры, особенно в альфа2-диапазоне частот. Результативность индивидуальных и совместных тренингов отрицательно коррелировала со спектральными мощностями тета- и положительно с активностью альфа-ритмов ЭЭГ в состоянии с закрытыми глазами.

resting-state EEGtheta rhythmalpha rhythmsensorimotor testjoint activitycompetitioncooperationЭЭГ покоятета-ритмальфа-ритмсенсомоторный тестсовместная деятельностьконкуренциякооперацияАвторы выражают благодарность Н.Ю. Трифоновой, И.С. Буяновой за помощь в проведении исследования и О.В. Сергиенко за помощь в рекрутировании испытуемых.Гаврон А.А., Araujo Ya.I.D., Шарова Е.В. Смирнов А.С., Князев Г.Г., Челяпина М.В., Фадеева Л.М., Абдулаев А.А., Куликов М.А., Жаворонкова Л.А., Болдырева Г.Н., Верхлютов В.М., Пронин И.Н. Групповой и индивидуальный фМРТ-анализ основных сетей покоя здоровых испытуемых. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2019. 69 (2): 150–163.Князев Г.Г., Бочаров А.В., Митрофанова Л.Г., Слободской-Плюснин Я.Ю., Пылкова Л.В. ЭЭГ-корреляты агрессивности и тревожности в модели социальных взаимодействий. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2011. 61 (6): 716–723.Князев Г.Г., Бочаров А.В., Савостьянов А.Н., Левин Е.А. ЭЭГ-корреляты активности дефолт-системы при обработке социально значимой информации. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2020. 70 (2): 174–181.Коробейникова И.И., Каратыгин Н.А., Венерина Я.А. Спектральные характеристики альфа-ритма ЭЭГ при различной успешности достижения результата теста “n-back” у человека в обычных условиях и при ритмически организованной оптической стимуляции с частотой 10 Гц. Психическое здоровье. 2021. 16 (1): 3–11.Крижановский С.А., Зима И.Г., Тукаев С.В., Чернинский А.А. Взаимосвязь эффективности деятельности человека с ЭЭГ-характеристиками его исходного состояния покоя. Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия: Биология Химия. 2009. 22 (61) (1): 50–58.Муртазина Е.П., Матюлько И.С., Журавлев Б.В. Система поведенческого доминирования: Обзор психофизиологических особенностей и нейробиологических маркеров. Журн. мед.-биол. исследований. 2020. 8 (4): 409–418.Павленко В.Б., Аликина М.А., Махин С.А. Взаимосвязь уровней общего и эмоционального интеллекта с амплитудой альфа- и бета-ритмов ЭЭГ покоя. Ученые записки Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2018. 4 (70) (3): 134–142.Станкова Е.П., Шеповальников А.Н. Функциональное объединение корковых полей в покое как механизм преднастройки мозга к целенаправленной деятельности. Физиология человека. 2018. 44 (6): 5–14.Al-Ezzi A., Kamel N., Faye I., Gunaseli E. Review of EEG, ERP, and Brain Connectivity Estimators as Predictive Biomarkers of Social Anxiety Disorder. Front Psychol. 2020. 11:730.Babiloni C., Percio C.D., Vecchio F., Sebastiano F., Di Gennaro G., Quarato P.P., Morace R, Pavone L., Soricelli A., Noce G., Esposito V., Rossini P.M., Gallese V., Mirabella G. Alpha, beta and gamma electrocorticographic rhythms in somatosensory, motor, premotor and prefrontal cortical areas differ in movement execution and observation in humans. Clinical Neurophysiology. 2016. 127 (1): 641–654.Balconi M., Mazza G. Lateralisation effect in comprehension of emotional facial expression: a comparison between EEG alpha band power and behavioural inhibition (BIS) and activation (BAS) systems. Laterality. 2010; 15 (3): 361–84.Balconi M., Pagani S. Personality correlates (BAS-BIS), self-perception of social ranking, and cortical (alpha frequency band) modulation in peer-group comparison. Physiol. Behav. 2014. 133: 207–215.Balconi M., Grippa E., Vanutelli M.E. What hemodynamic (fNIRS), electrophysiological (EEG) and autonomic integrated measures can tell us about emotional processing. Brain Cogn. 2015. 95: 67–76.Balconi M., Vanutelli M.E. Competition in the Brain. The Contribution of EEG and fNIRS Modulation and Personality Effects in Social Ranking. Front. Psychol. 2016. 7. 1587.Balconi M., Vanutelli M.E. Empathy in Negative and Positive Interpersonal Interactions. What is the Relationship Between Central (EEG, fNIRS) and Peripheral (Autonomic) Neurophysiological Responses. 2017. Advances in cognitive psychology, 13 (1). 105–120.Balconi M., Vanutelli M.E. Functional EEG connectivity during competition. BMC Neuroscience, 2018. 19: 63.Cao R., Shi H., Wang X., Huo S., Hao Y., Wang B., Guo H., Xiang J. Hemispheric Asymmetry of Functional Brain Networks under Different Emotions Using EEG Data. Entropy (Basel). 2020. 22 (9): 939.Carver C.S., White T.L. Behavioral Inhibition, Behavioral Activation and Affective Responses to Impending Reward and Punishment: The BIS/BAS Scales. J. Pers. Soc. Psychol. 1994. 67 (2): 319–333.Coomans E., Geraedts I., Keeser D., Pogarell O., Engelbregt H. Intersubject EEG Coherence in Healthy Dyads During Individual and Joint Mindful Breathing Exercise: An EEG-Based Experimental Hyperscanning Study. Advances in Cognitive Psychology, 2021. 17: 250–260.Drigas A.S., Papoutsi C. A New Layered Model on Emotional Intelligence. Behav Sci (Basel). 2018. 8(5): 45.Fox N.A., Bakermans-Kranenburg M.J., Yoo K.H., Bowman L.C. Cannon E.N., Vanderwert R.E., Ferrari P.F., van IJzendoorn M.H. Assessing human mirror activity with EEG mu rhythm: A meta-analysis. Psychol Bull. 2016. 142 (3): 291–313.Karamacoska D., Barry R.J., Steiner G.Z. Electrophysiological underpinnings of response variability in the Go/NoGo task. International Journal of Psychophysiology. 2018. 134: 159–167.Klados M.A., Konstantinidi P., Dacosta-Aguayo R., Kostaridou V.D., Vinciarelli A., Zervakis M. Automatic Recognition of Personality Profiles Using EEG Functional Connectivity During Emotional Processing. Brain sciences, 2020. 10 (5): 278.Knyazev G.G., Savostyanov A.N., Levin E.A. Alpha synchronization and anxiety: implications for inhibition vs. alertness hypotheses. Int J Psychophysiol. 2006. 59 (2): 151–158.Knyazev G., Merkulova E., Savostyanov A., Bocharov A., Saprigyn A. Personality and EEG correlates of reactive social behavior. Neuropsychologia. 2019. 124: 98–107.Konvalinka I., Bauer M., Stahlhut C., Hansen L.K., Roepstorff A., Frith C.D. Frontal alpha oscillations distinguish leaders from followers: multivariate decoding of mutually interacting brains. Neuroimage. 2014. 1. 94: 79–88.Li L., Bachevalier J., Hu X., Klin A., Preuss T.M., Shultz S., Jones W. Topology of the Structural Social Brain Network in Typical Adults. Brain Connect. 2018. 8 (9): 537–548.Lockley S.W., Evans E.E., Scheer F.A., Brainard G.C., Czeisler C.A., Aeschbach D. Short-wavelength sensitivity for the direct effects of light on alertness, vigilance, and the waking electroencephalogram in humans. Sleep. 2006. 29 (2): 161–168.Mahjoory K., Cesnaite E., Hohlefeld F.U., Villringer A., Nikulin V.V. Power and temporal dynamics of alpha oscillations at rest differentiate cognitive performance involving sustained and phasic cognitive control. NeuroImage. 2019. 188: 135–144.Miskovic V., Ashbaugh A.R., Santesso D.L., McCabe R.E., Antony M.M., Schmidt L.A. Frontal brain oscillations and social anxiety: a cross-frequency spectral analysis during baseline and speech anticipation. Biol. Psychol. 2010. 83: 125–132.Mu Y., Fan Y., Mao L., Han S. Event-related theta and alpha oscillations mediate empathy for pain. Brain Res. 2008. 1234: 128–136.Palacios-García I., Silva J., Villena-González M., Campos-Arteaga G., Artigas-Vergara C., Luarte N., Rodríguez E., Bosman C.A. Increase in Beta Power Reflects Attentional Top-Down Modulation After Psychosocial Stress Induction. Front Hum Neurosci. 2021. 15: 630813.Papo D. Why should cognitive neuroscientists study the brain’s resting state? Front. Hum. Neurosci. 2013. 7 (45): 1.Perry A., Stein L., Bentin S. Motor and attentional mechanisms involved in social interaction-Evidence from mu and alpha EEG suppression. Neuroimage. 2011. 58: 895–904.Petit S., Badcock N.A., Grootswagers T., Woolgar A. Unconstrained multivariate EEG decoding can help detect lexical-semantic processing in individual children. Sci Rep. 2020. 10 (1): 10849.Prat C.S., Yamasaki B.L., Kluender R.A., Stocco A. Resting-state qEEG predicts rate of second language learning in adults. Brain and Language. 2016. 157–158: 44–50.Rizzolatti G., Sinigaglia C. Mirrors in the brain: how our minds share actions and emotions – Oxford University Press, 2008. 242 p.Sadaghiani S., Hesselmann G., Kleinschmidt A. Distributed and antagonistic contributions of ongoing activity fluctuations to auditory stimulus detection. J Neurosci. 2009. 29 (42): 13410–13417.Sadaghiani S., Scheeringa R., Lehongre K., Morillon B., Giraud A.L., Kleinschmidt A. Intrinsic connectivity networks. α oscillations. and tonic alertness: A simultaneous electroencephalography/functional magnetic resonance imaging study. J. Neurosci. 2010. 30 (30): 10243–10250.Sargent K., Chavez-Baldini U., Master S.L., Verweij K.J.H., Lok A., Sutterland A.L., Vulink N.C., Denys D., Smit D.J.A., Nieman D.H. Resting-state brain oscillations predict cognitive function in psychiatric disorders: A transdiagnostic machine learning approach. Neuroimage Clin. 2021. 30: 102617.Zhao G., Zhang Y., Ge Y. Frontal EEG Asymmetry and Middle Line Power Difference in Discrete Emotions. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 2018. 12.Zinchenko O., Savelo O., Klucharev V. Role of the prefrontal cortex in prosocial and self-maximization motivations: An rTMS study. Scientific Reports, 2021. 11 (1): 22 334.