CHANGES IN PATTERNS OF SENSORIMOTOR EEG RHYTHMS DURING MOTOR IMAGERY


Cite item

Full Text

Abstract

Aim - the determination of common and individual characteristics in patterns of sensorimotor rhythms of EEG during motor imagery in upper and lower limbs. Materials and methods. 20 right-handed students of Samara State Medical University at the age of 18-20 years took part in the investigation, signing informed consent. Monopolar EEG was recorded with the use of 128-channel EEG recording system (BP-010302 BrainАmpStandart 128) at rest and during the imagining of monovector movements in 4 limbs (bending fingers of the right hand, bending fingers of the left hand, dorsiflexion of the right foot, dorsiflexion of the left foot); and during the imagining of triple-vector movements in the dominant hand (fingers bending, elbow flexion, wrist rotation). The following programs and methods were used during the processing of EEG: MatLab, IBM SPSS Statistics 22, ICA (independent component analysis), CSP (Common Spatial Pattern), LORETA. Results. It was found out that alpha2- and beta2- EEG frequency bands are highly significant for the formation of contralateral activation focus during motor imagery in the 4 limbs. ERD / ERS of the EEG rhythms were more pronounced during imagining movements in the dominant limbs (right hand, right leg) than in non-dominant.We found individuality of responses of sensorimotor EEG rhythms in addition to the general trends of EEG changes during imagination of one-type movement in the 4 limbs. The significance of changes in the power of EEG sensorimotor rhythms for differentiating 3 degrees of freedom during motor imagery in one limb was not found. Conclusion. Event-related desynchronization/synchro-nization(ERD/ERS) of sensorimotor EEG rhythms related to motor imagery has individual characteristics and their classification will lead to the significant increase of the number of degrees of freedom in creation and implementation of BCI.

About the authors

VF F Pyatin

Samara State Medical University

Email: pyatin_vf@list.ru
hD, professor, Head of the Department of Physiology with the course of life safety and medicine of catastrophes SSMU, Head of the Department of Neurointerface and Applied Neurophysiology of the Center for breakthrough research «IT in Medicine» Russia, 443081. ap. 85, 59 Fadeev st., Samara

AV V Kolsanov

Samara State Medical University

Email: avkolsanov@mail.ru
PhD, professor, director of the Institute of innovative development of Samara State Medical University Russia, 443081. ap. 85, 59 Fadeev st., Samara

MS S Segreeva

Samara State Medical University

Email: marsergr@yandex.ru
PhD, associate professor of the Department of Physiology with the course of life safety and medicine of catastrophes SSMU, Head of the Laboratory of Applied Neurophysiology of the Center for breakthrough research «IT in Medicine Russia, 443081. ap. 85, 59 Fadeev st., Samara

ES S Korovina

Samara State Medical University

Email: korovina_ekateri@mail.ru
postgraduate student at the Department of Physiology with the course of life safety and medicine of catastrophes Russia, 443081. ap. 85, 59 Fadeev st., Samara

AV V Zakharov

Samara State Medical University

Email: zakharov1977@mail.ru
PhD, associate professor of the Department of Neurology and Neurosurgery, Head of the Laboratory of Neurointerface of the Center for breakthrough research «IT in Medicine» Russia, 443081. ap. 85, 59 Fadeev st., Samara

References

  1. Пятин В.Ф., Колсанов А.В., Сергеева М.С., Захаров А.В., Антипов О.И., Коровина Е.С., Тюрин Н.Л., Глазкова Е.Н. Информационные возможности использования мю- и бета-ритмов ЭЭГ доминантного полушария в конструировании нейрокомпьютерного интерфейса. Фундаментальные исследования. 2015;2(5):975-978
  2. Хивинцева Е.В., Сергеева М.С., Пятин В.Ф., Колсанов А.В., Захаров А.В., Антипов О.И., Коровина Е.С. Динамика сенсомоторной активности коры головного мозга при интенции движения. Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2016;(6):40-43
  3. Gao Q, Duan X, Chen H. Evaluation of effective connectivity of motor areas during motor imagery and execution using conditional Granger causality. Neuroimage. 2011;54(2):1280-1288.
  4. McFarland DJ, Sarnacki WA, Wolpaw JR. Effects of training pre-movement sensorimotor rhythms on behavioral performance. J Neural Eng. 201 5; 1 2(6):066021.
  5. La Fleur K, Cassady K, Doud A, Shades K, Rogin E, He B. Quadcopter control in three-dimensional space using a noninvasive motor imagery-based brain-computer interface. Journal of Neural Engineering. 2013; 10(4): 1 - 15.
  6. Plow EB, Arora P, Pline MA, Binenstock MT, Carey JR. Withinlimb somatotopy in primary motor cortex-revealed using fMRI. Cortex. 2010;46(3):310-321.
  7. Пятин В.Ф., Сергеева М.С., Королев В.В., Коровина Е.С., Лавров О.В. Увеличение мощности дельта-ритма ЭЭГ после физической нагрузки на тренажере Power Plate. Вестник ТвГУ. Серия Биология и экология. 2012;(28):7-21
  8. Пятин В.Ф., Сергеева М.С., Коровина Е.С., Шалдыбина Ю.Э., Меркулова С.В. Активация проприоцептивной сенсорной системы уменьшает проявления психологического стресса у студентов. Современные проблемы науки и образования. 2014;(6)
  9. Сергеева М.С, Пятин В.Ф., Колсанов А.В., Захаров А.В., Антипов О.И., Коровина Е.С. Модуляция сенсомоторных ритмов ЭЭГ. Биомедицинская радиоэлектроника. По материалам XII Международного междисциплинарного конгресса и Научной школы «Нейронаука для медицины и психологии. Новейшие разработки в фундаментальных и прикладных нейроисследованиях и психологии». 2016;5(2):28-30

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2016 Pyatin V.F., Kolsanov A.V., Segreeva M.S., Korovina E.S., Zakharov A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».