Spectral dynamics of electroencephalographic rhythms during verbal learning: analysis of the Rey test stages

Abstract

This study is devoted to analyzing changes in the spectral power of primary cortical rhythms (delta: 1–4 Hz; theta: 4–8 Hz; alpha: 8–13 Hz; beta: 13–30 Hz; gamma: 30–50 Hz) in healthy adult participants while performing the Rey Auditory Verbal Learning Test (RAVLT). Particular attention is paid to the topographic distribution and dynamics of these rhythms during the stages of memorizing words from a verbal list, introducing an interfering list, and during immediate and delayed recall of the material. The study aims to identify neurophysiological markers of initial encoding, automation of memorization, mechanisms for overcoming interference, and processes of systemic consolidation of long-term memory. The obtained data are intended to clarify the temporal organization of mnemonic processes and spectral indicators of cognitive load, which may contribute to the development of diagnostic and rehabilitation techniques for assessing and correcting verbal memory. The study involved 60 healthy subjects (ages 18–44) who had no neurological or mental disorders. EEG was recorded using 19 channels (10–20 system) with a "Mizar-202" electroencephalograph. Spectral analysis was conducted using the Welch method, and power was logarithmically transformed. Statistical processing included RM-ANOVA with Holm correction (α = 0.05). The study of neurophysiological markers of memory and mechanisms of interference is gaining particular significance in the context of assessing cognitive disorders. The evaluation of electroencephalographic rhythms accompanying the processes of memorization, interference, and recall of information allows for a deeper understanding of the mechanisms of cognitive resource redistribution and an assessment of the role of functional organization of rhythms in implementing mnemonic tasks. The results demonstrate statistically significant differences in the power of EEG rhythms depending on the stage of the RAVLT test. Alpha and beta synchronization are associated with active information processing and voluntary attention, while the reduction of low-frequency rhythms indicates the overcoming of interference. The observed dynamics of rhythms confirm the functional specialization of cortical areas when performing verbal tasks of varying complexity. Experimental data supplement the understanding of the temporal and spatial organization of mnemonic processes and can be utilized for assessing the state of cognitive functions in clinical practice.

References

  1. Созинов А. А., Диговцов Г. В., Лимонова О. О. Консолидация, реконсолидация памяти, угашение и забывание: обзор литературы // Российский психологический журнал. 2023. Т. 20. № 3. С. 131-156. doi: 10.21702/rpj.2023.3.7. EDN: ENJUBJ.
  2. Miller G. A. The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information // Psychological Review. 1956. Vol. 63. № 2. P. 81-97.
  3. Лимонова О. О., Диговцов Г. В. Особенности проявления памяти и её влияние на жизнь человека // Приоритетные научные направления: от теории к практике: сборник материалов XXXVIII Международной научно-практической конференции, Новосибирск, 28 апреля 2017 года. Новосибирск: Центр развития научного сотрудничества, 2017. С. 88-91. EDN: YOLDQV.
  4. Babiloni C., Vecchio F., Mirabella G. et al. Hippocampal, amygdala, and neocortical synchronization of theta rhythms is related to an immediate recall during Rey auditory verbal learning test // Hum Brain Mapp. 2009. Vol. 30. № 7. P. 2077-2089.
  5. Аллахвердов М. В. Интерпретация интерференционных феноменов и теория "иронического" мышления Дэниела Вегнера // Петербургский психологический журнал. 2015. № 12. С. 16-37. EDN: VAAWBP.
  6. Klimesch W. EEG-alpha rhythms and memory processes // International Journal of Psychophysiology. 1997. Vol. 26. № 1-3. P. 319-340.
  7. Stipacek A., Grabner R. H., Neuper C., Fink A., Neubauer A. C. Sensitivity of human EEG alpha band desynchronization to different working memory components and increasing levels of memory load // Neuroscience Letters. 2003. Vol. 353. № 3. P. 193-196.
  8. Nyhus E., Curran T. Functional role of gamma and theta oscillations in episodic memory // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2010. Vol. 34. № 7. P. 1023-1035. doi: 10.1016/j.neubiorev.2009.12.014. EDN: YPZMVS.
  9. Johnson E. L., Yin Q., O'Hara N. B. et al. Dissociable oscillatory theta signatures of memory formation in the developing brain // Curr Biol. 2022. Vol. 32. № 7. P. 1457-1469.
  10. Boonstra T. W., Powell T. Y., Mehrkanoon S., Breakspear M. Effects of mnemonic load on cortical activity during visual working memory: linking ongoing brain activity with evoked responses // Int J Psychophysiol. 2013. Vol. 89. № 3. P. 409-418.
  11. Staudigl T., Hanslmayr S., Bäuml K. H. Theta oscillations reflect the dynamics of interference in episodic memory retrieval // J Neurosci. 2010. Vol. 30. № 34. P. 11356-11362.
  12. Rodriguez-Larios J., Haegens S. Genuine beta bursts in human working memory: controlling for the influence of lower-frequency rhythms // BioRxiv. 2023.
  13. Schmidt R. et al. Beta oscillations in working memory, executive control of movement and thought, and sensorimotor function // Journal of Neuroscience. 2019. Т. 39. № 42. С. 8231-8238. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1163-19.2019. EDN: ISBHZS.
  14. Harmony T. The functional significance of delta oscillations in cognitive processing // Frontiers in Integrative Neuroscience. 2013. Т. 7. С. 83. doi: 10.3389/fnint.2013.00083. EDN: SOIHMZ.
  15. Алфимова М. В., Голимбет В. Е. Применение "Теста слухоречевой памяти Рея" у больных шизофренией: методические рекомендации. Москва: ГБУЗ "ПКБ № 1 ДЗМ", 2024. С. 29.
  16. Vakil E., Blachstein H. Rey Auditory-Verbal Learning Test: structure analysis // J Clin Psychol. 1993. Vol. 49. № 6. P. 883-890. EDN: HIJLQX.
  17. Rosenberg S. J., Ryan J. J., Prifitera A. Rey Auditory-Verbal Learning Test performance of patients with and without memory impairment // J Clin Psychol. 1984. Vol. 40. № 3. P. 785-787.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».