УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭМОЦИЙ МЛАДЕНЦЕВ И ДЕТЕЙ МЛАДШЕГО ВОЗРАСТА Российский патент 2023 года по МПК A61B5/291 A61B5/377 A61B5/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее описание относится к портативным электроэнцефалографическим (ЭЭГ) гарнитурам для применения в исследованиях когнитивного и эмоционального развития младенцев и детей младшего возраста.

ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Развитие эмоций является важным условием оптимального роста когнитивных функций у младенцев. Этот процесс созревания основан на формировании и синхронизации сетей головного мозга, которые в конечном счете будут обуславливать когнитивные функции. Электроэнцефалография (ЭЭГ) представляет собой подходящую методику исследования когнитивных и эмоциональных коррелятов активности головного мозга. Однако применение этой методики у младенцев ограничено рядом практических и связанных с нейрональным развитием факторов по сравнению с исследованиями ЭЭГ у взрослых. Возрастной фактор и стабильность паттерна ЭЭГ могут играть важную роль в обеспечении валидации сбора данных у младенцев и функциональной интерпретации лежащих в их основе процессов головного мозга. При проведении исследований эмоционального развития младенцев методом ЭЭГ возникают технические и процедурные затруднения.

В традиционных электроэнцефалографических (ЭЭГ) системах для отслеживания нейрологической активности применяют электроды на коже головы, как правило, прикрепленные к эластичным шапочкам или лентам. Для улучшения чувствительности перед размещением электродов на кожу головы наносят электропроводящие гели и пасты. Однако нанесение электропроводящих гелей и паст младенцам и детям младшего возраста часто неудобно, занимает много времени и является нежелательным.

Была проведена работа по разработке более портативных, эффективных и результативных механизмов сбора данных ЭЭГ.

В патентах США №9,336,535 и 8,655,428, выданных компании Nielsen, описаны системы сбора данных нейрональных ответов, которые содержат гарнитуру для сбора первых данных нейронального ответа и вторых данных нейронального ответа от пользователя, когда пользователь подвергается воздействию стимулирующего материала, причем гарнитура включает в себя ленту, первый датчик и второй датчик, проходящие из ленты, причем первый датчик и второй датчик установлены с возможностью поворота относительно ленты, а также процессор. Эластичные шапочки или ленты могут быть неудобными для длительного применения.

В заменяющем патенте США № Re. 34,015, выданном Children's Medical Center Corporation, описано устройство для генерирования топографического отображения информации об электрической активности головного мозга на основе реакций преобразователей электрической активности, установленных на голове.

В патенте США №9,770,184, выданном Bittium Bioisignals OY, описано прикрепление конфигурации электродов к лишенным волос зонам головы пациента с целью получения высококачественной измерительной информации.

В патенте США №9,370,313 и ЕР 3087918 А1, выданных Bio-signal Group Corp., описано устройство для выполнения электроэнцефалографии у пациента, которое содержит сагиттальную часть, содержащую: i) налобный фиксатор, содержащий два плеча, первое налобное фиксирующее плечо и противоположное второе налобное фиксирующее плечо; ii) шейный фиксатор, содержащий два плеча, первое шейное фиксирующее плечо и противоположное второе шейное фиксирующее плечо; iii) среднюю часть между налобным фиксатором и шейным фиксатором; и iv) множество встроенных электродов в налобном фиксаторе и средней части. Устройство дополнительно содержит: коронарную часть, содержащую множество встроенных электродов; и электрические разъемы для электрического соединения встроенных электродов сагиттальной части и коронарной части с электроэнцефалографом.

Во французском патенте FR 2975276 B1 и в WO 2012156643 A1, выданных University de Picardie Jules Verne и Centre Hospitalier Universitaire d'Amiens, описано устройство для измерения сигналов активности головного мозга субъекта, которое содержит опорную конструкцию (2), предназначенную для удерживания датчиков, отличающееся тем, что опорная конструкция (2) образует каркас, который имеет соединительные элементы (5) и полости между указанными соединительными элементами, причем соединительные элементы (5) образуют по меньшей мере одну центральную цепь (50) и боковые цепи (51), причем боковые цепи (51) расположены с каждой стороны центральной цепи и имеют между собой зазоры и соединены посредством соединительных элементов (8), и при этом боковые цепи (51) шарнирно соединены с центральной цепью (50) и предпочтительно демонстрируют шарнирный поворот вокруг по меньшей мере двух осей поворота.

В WO 2013124366 A1 и GB 2499595 A, выданных James I.E. Roche, описана система энцефалографических электродов для применения при мониторинге головного мозга новорожденных, которая содержит деформируемую подложку, имеющую форму и размеры, соответствующие голове младенца, причем подложка предпочтительно образует четыре доли, при этом система дополнительно содержит матрицу электродов, выполненную вокруг долей подложки и способную обеспечивать электрический контакт с головой при расположении на ней подложки.

В патенте США №7,415,305 и US 20060074336 A1, выданных The Trustees of Columbia University in the City of New York, описаны способы и системы мониторинга и оценки электрической активности головного мозга. В этом источнике описано, что система содержит ЭЭГ-устройство для получения ЭЭГ-информации, причем устройство содержит множество электродов, размещенных для измерения электрической активности головного мозга субъекта; и устройство обработки для обработки ЭЭГ-информации для получения данных, включающих в себя локальную информацию о синхронизации, причем устройство обработки выполнено с возможностью выполнения компьютерного алгоритма снижения остаточного артефакта объемной проводимости в полученной информации о локальной синхронизации. «Локальную информацию о синхронизации» определяют как информацию, являющуюся количественной мерой локальной синхронности, в которой смежные электроды (или другие средства получения измерения электрической активности в некотором месте), применяемые при вычислении этого количественного показателя, разнесены не более чем на 3 сантиметра друг от друга. В некоторых вариантах осуществления в качестве меры локальной синхронизации применяют локальную когерентность.

В WO 2007006976 A3 и FR 2888487 A1, выданных University de Picardie Jules Veme и Centre Hospitalier Universitaire d'Amiens, описан головной колпак для измерения активности головного мозга субъекта, содержащий средства для измерения активности головного мозга (3) и окружающий элемент (2), которые могут быть расположены на голове человека. В источнике описано, что окружающий элемент (2) полностью или частично выполнен из материала в виде деформируемой пасты с эффектом запоминания формы, которая может быть отлита по форме головы субъекта.

В CN 103989473 B, выданном Ying Xue, описан способ правильного расположения электродов на голове человека.

В WO 2008058343 A1, выданном University of Queensland, описан способ обнаружения судорожного припадка у новорожденного или ребенка младшего возраста.

В опубликованной заявке на патент США №20040030258, поданной Tru-Test Limited, описан гибкий, выполненный с возможностью прилегания узел датчиков, который включает в себя матрицу электродов, специально выполненную с возможностью стабильной долгосрочной регистрации сигналов ЭЭГ у недоношенного или новорожденного младенца в отделении интенсивной терапии.

В публикации Grossman, Т., The Development of Emotion Perception in Face and Voice During Infancy, Restorative Neurology and Neuroscience, Vol. 28 (2010): 219-236 приведен обзор литературы о том, как возможность взаимодействия с другими людьми развивается в младенчестве, и какие процессы мозга лежат в основе восприятия эмоций разных модальностей у младенцев. В публикации Grossman описан набор электрофизиологических исследований, которые дают представление о процессах головного мозга, лежащих в основе развивающихся способностей у младенцев.

Доступные механизмы имеют разнообразные ограничения. Следовательно, желательно обеспечить улучшенные механизмы сбора данных ЭЭГ у младенцев и детей младшего возраста.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения указанной задачи в настоящем изобретении предлагается устройство для исследования когнитивного и эмоционального развития младенцев и детей младшего возраста, содержащее: электроды для электроэнцефалографии (ЭЭГ), выполненные с возможностью обеспечения оптимальных точечных контактов с кожей головы младенца или ребенка младшего возраста, причем электроды для ЭЭГ расположены в соответствии с вариантом А или В:

A) пары электродов размещены так, чтобы обеспечить симметричную запись в фронтальной, височной и теменной областях, при этом шесть электродов размещены в области фронтального полюса для оценки асимметрии ЭЭГ младенца или ребенка младшего возраста, два электрода размещены в височной области для изучения приятных/неприятных ощущений в слуховой зоне, а три электрода размещены в теменной области для исследования привлечения внимания к эмоциональной речи и соматосенсорной активности;

B) пары электродов размещены так, чтобы обеспечить симметричную запись в фронтальной, височной и теменной областях, при этом шесть электродов размещены в области фронтального полюса для оценки асимметрии ЭЭГ младенца или ребенка младшего возраста, два электрода размещены в височной области для изучения приятных/неприятных ощущений в слуховойзоне, пять электродов размещены в теменной области для исследования привлечения внимания к эмоциональной речи и соматосенсорной активности, а четыре электрода размещены в затылочной области для измерения визуальной обработки эмоций.

В частных вариантах осуществления предлагаемое устройство дополнительно содержит гибкую опорную конструкцию, прикрепленную к электродам; усилители, связанные с электродами, причем данные от каждого из электродов индивидуально усиливаются и изолируются. В частности, усилители выполнены на гибкой печатной плате. Усилитель предпочтительно передает объединенные данные беспроводным образом на удаленный анализатор данных. Усиленные данные могут быть объединены с усиленными данными от других электродов гарнитуры для ЭЭГ.

Описание будет лучше всего понятно при обращении к приведенному ниже описанию в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых проиллюстрированы конкретные варианты осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На Фиг. 1А и 1В проиллюстрированы примеры системы для выполнения сбора данных и функциональной интерпретации лежащих в основе процессов головного мозга у младенцев и детей младшего возраста.

На Фиг. 2А и 2В проиллюстрированы примеры конфигурации электродов для оптимального сбора данных.

На Фиг. 3 проиллюстрированы примеры характеристик ЭЭГ, которые можно наблюдать с помощью системы сбора данных.

На ФИГ. 4 проиллюстрирован один пример методики выполнения синхронизации данных.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

С рождения младенцы развиваются и демонстрируют способность испытывать и выражать разные эмоции. Они выражают базовые с биологической точки зрения эмоции, такие как удовольствие, когда они сыты, или беспокойство при необходимости внимания. Учитывая важную роль, которую играют эмоции в общем функционировании головного мозга, в последние десятилетия исследование природы эмоций младенцев вызывает значительный интерес. В настоящее время этот интерес сфокусирован на базовых паттернах головного мозга, связанных с эмоциональным восприятием и развитием у младенцев.

В течение десятилетий выражения эмоций изучали на популяции нормальных младенцев, и отмечается, что лицевые компоненты выражения эмоций присутствуют в очень ранние сроки после рождения (Camras, Holland and Patterson, 1993; Calhoun and Kuczera, 1996; Izard & Malatesta, 1987; Phillips, Wellman and Spelke, 2002). Если рассматривать выражения лица как внешние ориентиры, указывающие на внутреннее эмоциональное состояние, то следующий вопрос - испытывают ли младенцы так же эмоции, как дети или взрослые? Из различных исследований известно, что младенцы не осознают собственные эмоциональные состояния до 2-летнего возраста. Младенцы испытывают то, что известно как «диссоциация между состоянием и опытом» (Lewis and Michalson; 1983; Справочная литература). Это означает, что младенцы имеют эмоцию, но не испытывают эмоционального состояния. Способность испытывать собственные эмоции зависит от развития ряда когнитивных навыков, которые не проявляются до второго года жизни. Один из этих когнитивных навыков представляет собой так называемое «самосознание» (также называемое «самоощущение»), и его появление является продуктом процесса созревания структур головного мозга (главным образом, префронтальной коры, лимбической коры, базальных отделов переднего мозга, миндалевидного тела, гипоталамуса и ствола головного мозга), которые постоянно изменяются с рождения и в течение разных стадий младенчества, а не автоматическим процессом. Таким образом, до тех пор, пока младенцы не достигнут такого уровня неврологического развития, способность испытывать какие-либо эмоции как собственное осознанное состояние отсутствует (см. Lewis, 2003; 2011).

Благодаря последним достижениям в области нейровизуализации мы можем глубже исследовать нейрональные механизмы, связанные с ранними эмоциональными состояниями, с точки зрения созревания структур и формирования синапсов. Исследования с применением методик с высоким пространственным разрешением, таких как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), в значительной степени документально зарегистрировали вовлечение кортикальных и субкортикальных структур (например, главным образом, миндалевидного тела, передней островковой доли, медиальных отделов префронтальной коры) в обработку конкретных эмоций, таких как страх или эмоциональная связь, в течение первого года жизни (Callaghan et al., 2014; Johnstone, 2006; Morgane et al., 2005). Однако в фМРТ отсутствует временное разрешение, необходимое для регистрации текущих функциональных изменений нейронов, связанных с обработкой эмоций (Banaschewski and Brandeis, 2007; Hajcak, Moser, & Simons, 2006). С другой стороны, методика ЭЭГ особенно точна для исследования когнитивных процессов, которые происходят в миллисекундном диапазоне, учитывая ее высокое временное разрешение (de Haan, 2007; справочная литература). Такой уровень точности во времени очень важен при изучении ежемесячных изменений в связях мозга и поведения (Cuevas and Bell, 2011). Кроме того, для измерения связанной с эмоциями активности у детей младшего возраста ЭЭГ имеет много ключевых преимуществ по сравнению с другими способами нейровизуализации. Одним из этих преимуществ является то, что этот метод позволяет собирать связанные с головным мозгом данные в относительно неограниченной экспериментальной среде, сопоставимой с обычным поведением младенцев. Более того, применение ЭЭГ высокой плотности позволяет получить большее пространственное разрешение, которое имеет очень важное значение при выполнении сравнения полушарий головного мозга (например, асимметрии) и участков кожи головы. В целом, преимуществом метода ЭЭГ является то, что он объективен и не подвержен балльным оценкам наблюдателя.

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) представляет собой метод исследования с большой историей и многообещающим будущим в плане совершенствования изучения эмоционального развития младенцев.

2. Измерение эмоций с помощью ЭЭГ у детей младшего возраста (с разделением по возрасту)

Хотя имеется существенный прогресс в исследованиях эмоций младенцев с применением методов ЭЭГ (см. последние публикации в журналах: Gomez et al., 2016; Porto et al., 2016; Taylo-Colls and Pasco Fearon, 2015; Van den Boomen, Munsters and Kemmer, 2017), данные часто кажутся фрагментарными и полны неопределенностей, связанных с нейрональными сигнатурами, лежащими в основе обработки эмоций у младенцев и детей младшего возраста. Главным образом, в основе такого отсутствия согласованности лежит тип измеряемых эмоций (т.е. базовые или производные), возрастной фактор и методологические аспекты, такие как соответствующие парадигмы ЭЭГ-исследования.

Общий вопрос при проведении ЭЭГ-исследования у младенцев относится к правильной идентификации частот. Согласно исследованиям, нормальные преобладающие частотные полосы в ЭЭГ младенца составляют 4-6 Гц и 6-9 Гц (Calkins, Fox and Marshall, 1996; Marshall, Bar-Haim and Fox, 2002). Это медленные мозговые волны, которые, как считается, указывают на нейрональную активацию у младенцев (Allen, Coan and Nazarian, 2004; Davidson, 1988). Однако применительно к границам частотных диапазонов данные часто оказываются фрагментарными и полными противоречий. Главным образом, в основе такого отсутствия согласованности лежит тип измеряемых эмоций (т.е. базовые или производные), возрастной фактор и методологические аспекты, такие как более релевантный подход к ЭЭГ. Кроме того, ЭЭГ младенцев чувствительна к контексту регистрации. Это означает, что на ЭЭГ-изменения сильно влияет содержание сенсорного входа, значимость стимулов (Davidson and Fox, 1982; Missana and Grossmann, 2015), наблюдение за действиями (Cuevas et al., 2014; Fox et al., 2016; Marshall and Meltzoff, 2011) и психологический фон у матери, например депрессия (Field et al., 1995; Jones et al., 1997; Lusby, Goodman, Bell and Newport, 2014).

Поскольку развитие головного мозга является динамической системой, можно ожидать присутствия нестабильных паттернов нейрональной активности в разные возрастные периоды. Действительно, было показано, что ранняя эмоциональная стимуляция коррелирует со значительными изменениями в ЭЭГ у младенцев. Согласно обзору литературы, нейрональные сигнатуры развития положительных эмоций в первый год жизни могут быть исследованы в течение двух возрастных периодов. В следующем разделе представлен обзор последних исследований ЭЭГ в области эмоций младенцев в течение первого года жизни на основе связанных с возрастом критических изменений активности головного мозга. Более того, мы обсудим за и против методов ЭЭГ, которые в настоящее время применяют для исследования обработки эмоций у младенцев в клинической и неклинической популяциях.

Возрастной диапазон: 0-6 месяцев

Базовые эмоции

С биологической точки зрения появление эмоциональных сетей представляет собой последовательный процесс, поскольку развитие определенных эмоций (страх, грусть, вина, эмпатия, фрустрация и т.д.) обязательно предшествовало другим эмоциям (беспокойство, комфорт, интерес). С рождения (0-2 месяца) у младенцев отмечают врожденное восприятия выражений лиц и эмоционально окрашенного голоса. В настоящее время из исследований по нейровизуализации известно, что мозг новорожденного может различать базовые эмоции по выражению лица, например радость и грусть (Johnson, Dziurawiec, Ellis, and Morton, 1991), или по голосу с разной эмоциональной окраской (Cheng et al., 2012; Grossmann et al., 2005; Zhang et al., 2014). A именно, связанная с выражением лица активность в головном мозге младенца появляется приблизительно с 2 месяцев (de Heering et al., 2005, 2012), но не обязательно сопряжена с распознаванием или обработкой эмоций, как это происходит у взрослых. Необходимо предварительное созревание лимбических структур (миндалевидного тела), а также полное развитие зрительной системы для получения сходной со взрослой системы обработки эмоций.

С развитием кортикальных зон визуального представления ограниченное зрение младенца быстро развивается в полноценное бинокулярное зрение. Согласно литературным данным, раннее изменение восприятия лиц считается фундаментом для сети, связанной с обработкой эмоций (Leppänen and Nelson, 2008), поскольку с человеческими лицами связаны биологически значимые признаки (например, лица могут выражать угрозу или благополучие).

В возрасте 3-6 месяцев способность младенцев распознавать эмоции резко улучшается одновременно со значительным ростом лимбических структур, связанных с опознающей памятью (т.е. гиппокампом) и развитием ключевых нейрональных программ (т.е. в период бурного роста). В этом возрасте младенцы улыбаются и смеются (улыбка до наступления этого возраста считается подражающей, а не эмоциональной), демонстрируя возбуждение, если они видят или испытывают приятные события; они плачут, когда расстроены, стремятся к комфорту и способны различать взрослых на основе того, как они выглядят, говорят или ощущаются.

В следующем разделе описаны характеристики ЭЭГ у младенцев в зависимости от основных вех нейронального развития.

Основные изменения ЭЭГ в процессе развития

В период от 0 до 5 месяцев важно выявлять типичные ЭЭГ-сигнатуры и изменения частотных полос, связанные с эмоциональным поведением младенцев. Различные исследования прояснили, каким образом сигнал ЭЭГ изменяется в зависимости от разных стадий развития. Например, известно, что типичные альфа-колебания (спектр мощности от 7 до 15 Гц) отсутствуют до возраста 10 месяцев (Справочная литература). Вместо этого у младенцев проявляется так называемая «альфа-подобная» активность в задних отделах головного мозга (диапазон колебаний 8-13 Гц), напоминающая классический альфа-ритм, наблюдаемый у взрослых (Lindsley, 1938, 1939; Smith, 1938, 1941). Изменения таких задних ритмов могут происходить в течение коротких периодов времени, смещаясь от 3 9 Гц в возрасте 1 недели к 4 9 Гц. К возрасту 3 месяцев основной пик приходится приблизительно на 5 Гц (Diego, Jones and Field, 2009).

В исследованиях раннего развития более низкую частоту активности ЭЭГ тета-диапазона связывают с когнитивной и эмоциональной обработкой у младенцев младшего возраста (Futagi, et al., 1998; Kugler and Laub, 1971; Lehtonen et al., 2002; Paul, Dittrichova and Papousek, 1996). Увеличение мощности тета-полосы у младенцев по мере их взросления отмечают в возрасте от 3 до 6 месяцев (Lehtonen et al., 2002; Stroganova and Orekhova, 2007). В некоторых из этих исследований тета-активность ассоциировалась с ранним выражением у младенцев положительных и отрицательных эмоций, таких как комфорт или сонливость (Futagi et al., 1998). Конкретный диапазон тета-частот, отражающий появление таких эмоциональных состояний, подвержен изменениям, вызванным событиями нейронального развития. Например, известно, что тета-диапазон частот у младенцев, применяемый в качестве эталона, составляет приблизительно 3 6 Гц, но эти границы совпадают не во всех исследованиях, что затрудняет точную интерпретацию функционального значения спектров ЭЭГ. Таким образом, в свете наблюдаемой индивидуальной вариабельности в частотных полосах ЭЭГ у младенцев присвоение частотных интервалов конкретным колебаниям иногда может вводить в заблуждение, следовательно, калибровка возрастной корректировки не должна быть произвольной.

Исследования и методы ЭЭГ

Наиболее заметным сигналом ранней обработки эмоций у младенцев является присущая им восприимчивость к человеческим лицам. Рассмотренные данные указывают на то, что у младенцев некоторая степень обработки лиц начинает проявляться в возрасте приблизительно 2 месяцев (Easterbrook, Kisilevsky, Muir and Laplante, 1999; Walton & Bower, 1993). Действительно, данные нейровизуализации показывают, что субкортикальные структуры, такие как миндалевидное тело, функционируют с рождения, таким образом играя важнейшую роль в ранней склонности новорожденных обращать внимание на лица (Johnson, 2005; Leppänen and Nelson 2009). Однако развитие более совершенных навыков различения выражений эмоций на лице происходит при приобретении большего опыта социальных контактов (Le Grand, Mondloch, Maurer and Brent, 2001; Pascalis et al., 2005)

Что касается нейрональных коррелятов обработки лиц и эмоций, то исследования связанных с событиями потенциалов (ERP) показывают изменение характера нейрональной активности в ответ на демонстрацию лиц по сравнению с отличными от лиц объектами у младенцев в возрасте от 3 месяцев (Halit, et al., 2003; 2004). Однако, в отличие от взрослых, по-видимому, у младенца активируются одни и те же механизмы обработки лиц при предъявлении более широкого спектра других стимулов (т.е. объектов, животных), и это позволяет предположить, что лежащие в основе сети становятся более специализированными в отношении человеческих лиц в процессе развития (Halit et al., 2003).

У новорожденных довольно трудно точно определить уровень вовлеченности внимания применительно к вызывающим эмоции зрительным факторам, таким как лица, поскольку паттерны сетей внимания все еще незрелые. Кроме того, способность распознавать разные типы выражений лица отсутствует до возраста 5-7 месяцев. Напротив, система слуха является гораздо более развитой при рождении, чем зрительная система, и может обеспечить лучшие показатели ЭЭГ по различению эмоций (Carral et al., 2005; Gottlieb, 1971; Haden et al., 2009; Trehub, 2003; Ruusuvirta et al., 2003). Таким образом, для исследования восприятия эмоций у младенцев в первые месяцы жизни вместо применения визуальных стимулов, таких как выражения лица, более удобно применять мультимодальный подход. Например, можно применять синхронизацию лицевых и голосовых стимулов для измерения различения эмоций.

В свете вышеизложенного у младенцев в первые месяцы жизни уместно изучать связанную с ЭЭГ активность по обработке эмоций, применяя классические слуховые схемы экспериментов. Негативность рассогласования (MMN) особенно хорошо подходит для новорожденных, поскольку она может быть вызвана в отсутствие внимания (Nätänen et al., 1993; 2007; Luck, 2005). Кроме того, для измерения нейрональной реакции новорожденных на эмоционально окрашенный голос обычно применяют модифицированную слуховую схему исключения лишнего. В этом отношении мало исследований, которые выявили нейрональные корреляты обработки эмоционально окрашенного голоса у новорожденных с применением соответствующих схем, также сочетающихся с подходом ERP (Cheng et al., 2012; Zhang et al., 2014). В одном из этих исследований было показано, что эмоционально окрашенные голоса, выражающие страх и гнев, вызывают у новорожденных другой паттерн нейрональных коррелятов (например, рассогласование ответа приблизительно через 150-250 мс после стимула) (Zhang et al., 2014). Авторы пришли к выводу, что на ранних стадиях мозг может иметь другие нейрональные механизмы обработки голосового выражения страха и гнева, хотя они согласны с тем, что такое раннее различение нельзя объяснять наличием у новорожденных эмоционального опыта страха или гнева. С большей вероятностью оно может быть интерпретировано как предшествующий нейрональный вклад в дальнейшее развитие эмоций.

Обсуждение

Один из основных вопросов в исследовании нейрональной основы эмоций у младенцев (главным образом, до возраста 6 месяцев) относится к тому, какие конкретные эмоции можно изучать с минимальной достоверностью. Часто исследователи при интерпретации эмоций младенцев сосредоточены на наблюдаемых признаках выражения эмоций. Хотя декодирование выражений лица и тела дает информацию о распознаваемых эмоциях, исследователи имеют разные мнения о диапазоне эмоций, которые могут испытывать младенцы (см. Camras, 2004). В целом, эмоциональное состояние новорожденных определяется как непрерывный спектр вариаций настроения от беспокойства до комфорта и наоборот, и на это в значительной степени влияют собственные состояния людей, осуществляющих уход (т.е. младенцы становятся раздражительными при раздражительности матери). Однако проводятся изучения нейрональных коррелятов раннего страха или гнева у нормальных новорожденных раннего возраста (Cheng et al., 2012; Zhang et al., 2014), и результаты не являются окончательными. Действительно, согласующиеся данные показывают, что внимание к угрожающим стимулам появляется в возрасте 6-7 месяцев, что соответствует периоду развития, когда появляется страх (Leppänen and Nelson, 2012). Таким образом, спонтанные лицевые реакции страха и гнева у новорожденных могут отражать появление нейронной схемы для обработки более развитых эмоциональных стимулов с социально-эмоциональной значимостью, но не указывают на реальное переживание гнева или страха. Кроме того, мы обнаружили, что недостаточно разбирать эмоциональные состояния новорожденных на основе таких коррелятов, как выражения лица, учитывая, что младенцы в этом возрасте обладают высокой способностью имитировать взрослых (Неуе, 2011; Isomura and Nakano, 2016; Oostenbroek et al., 2016). Оптимальным способом изучения эмоционального опыта младенцев (т.е. гнева, комфорта, удовольствия) с применением ЭЭГ может быть индуцирование ситуаций прерывания или усиления важных действий, таких как сосание, кормление или аудиовизуальные ситуации (т.е. схема с блокировкой цели; Lewis etal., 1992).

Мы также обнаружили, что значительная часть исследований ЭЭГ сфокусирована на подходе с эмоциональной значимостью, направленном на испытывание новорожденными первичных эмоций, таких как удовольствие или беспокойство. В целом, эти эмоции раннего возраста изучают на основании различий в правых и левых зонах фронтальной коры в ответ на различные факторы, вызывающие положительные/отрицательные эмоции (Davidson and Fox, 1982 г.; Fox and Davidson, 1986; Fox and Davidson, 1987). Это допущение исходит из модели асимметрии ЭЭГ, в которой активация фронтальной левой области коры связана с положительными эмоциями, а активация фронтальной правой области связана с отрицательными эмоциями (Davidson, 1993, 2004; Coan and Allen, 2003). О такой дифференциальной латерализации у младенцев сообщается в ограниченном количестве исследований, хотя выводы могут быть интерпретированы на основании разных условий стимуляции (т.е. новых или знакомых стимулов), и иногда сложно определить, отражают ли эти фронтальные асимметрии активность по обработке эмоций или изменения, связанные с восприятием. Таким образом, исследователи должны помнить, что измерение фронтальной асимметрии ЭЭГ у младенцев в первые месяцы жизни часто сопровождается высоким уровнем погрешности или неточности из-за фактора нейронального развития и отсутствия выраженной функциональной значимости фронтальной асимметрии ЭЭГ в этом возрасте.

Наконец, предполагается не только, что фронтальные асимметрии ЭЭГ связаны с ранней эмоциональной реакцией, но также считается, что они отражают лежащий в основе механизм развития индивидуальной эмоциональной регуляции (Fox, 1994). Таким образом, такие ранние маркеры фронтальных асимметрий являются важными предпосылками для понимания индивидуальных различий в эмоциональном поведении.

6-12 месяцев: переключение нейронального развития

Базовые эмоции

Более общий вопрос в области исследований эмоций заключается в том, можно ли идентифицировать конкретные эмоции, такие как гнев или счастье, на основе конкретного паттерна активности головного мозга. У младенцев этот вопрос представляет все больший интерес, учитывая, что нейрональная реакция может служить маркером раннего развития и прогнозировать у младенцев будущие социо-эмоциональные навыки (Fox et al., 1995; Harmon-Jones et al., 2010: Paulus et al., 2013; Tomarken et al., 1992; Reid et al., 1998).

В процессе развития головного мозга более развитые эмоции появляются в ответ на более длительную стимуляцию со стороны окружения. К возрасту 6 месяцев и более проявляются другие наблюдаемые выражения лица (смех, недовольство, страх и т.д.), сопровождающиеся последовательностью движений тела (взмахи руками, ногами), указывающими на состояния удивления, интереса, радости, гнева, страха и недовольства (Lewis, 2007). Некоторые из этих эмоций (т.е. боязнь, удивление) могут отражать лежащие в основе когнитивные процессы, такие как перцептивное различение, кратковременная память или развитие социализации. Например, согласующиеся данные показывают, что внимание к испуганному лицу (появляющееся в возрасте около 6-7 месяцев) коррелирует с другими нейрональными реакциями, чем внимание к счастливому лицу (Jessen and Grossmann, 2015). Такое различение не происходит у младенцев более младшего возраста, которые большее внимание обращают на улыбающиеся лица, и это указывает на усиление кортикального ответа после возраста 6 месяцев (Bayet, Quinn, et al., 2015; Jessen and Grossmann, 2014, 2015; Leppänen and Nelson, 2009, 2012; Yrttiaho et al., 2014). В возрасте от 5 до 6 месяцев у младенцев начинает проявляться боязнь незнакомцев, и они демонстрируют видимые признаки дискомфорта или беспокойства.

Ближе к концу первого года жизни младенцы становятся очень эмоциональными, быстро переходя от абсолютного счастья к абсолютному расстройству или гневу. Они также понимают начинают понимать эмоции других людей, демонстрируя более тонкое понимание эмоциональных коммуникационных сигналов, например выдавая ожидаемую улыбку, а также управление контекстными эмоциональными сигналами при восприятии выражений лиц (Venezia, Messinger, Thorp and Mundy, 2004). В возрасте приблизительно 12 месяцев младенцы начинают улавливать связь между выражениями лица и конкретными эмоциями, таким образом демонстрируя зачаточную осознанность собственных эмоциональных состояний.

Основные изменения ЭЭГ

В целом, ожидаемыми являются изменения спектральной мощности ЭЭГ, обусловленные нейрональным развитием, с относительным уменьшением низкочастотных ритмов (т.е. дельта-волн 0,5-4 Гц). К возрасту 6 месяцев в ответ на различные факторы, вызывающие эмоции, и поведенческий контекст, включая кормление, сонливость, социальное взаимодействие или когнитивную активность (например, ожидание), возникают доминирующие тета-колебания (3-6 Гц), широко распределенные по фронтальным и задним зонам головы.

В ранних исследованиях фронтальное топографическое распределение тета-волн связывали с более высоким уровнем активности сетей внимания (Orekhova et al., 1999; Stroganova, Orekhova, and Posikera, 1998; Orekhova et al., 1999). В одном из этих исследований фронтальную тета-активность в период ожидания игры в прятки сравнивали с периодами тихого внимания (например, наблюдением за мыльными пузырьками) в разных возрастных группах (7-8 и 9-11 месяцев). Авторы сообщили о различиях в мощности тета-колебаний (оцениваемых в диапазоне 3,6-4,8 Гц), причем у младенцев более младшего возраста наблюдалась относительно более высокая амплитуда (Orekhova et al., 1999; Stroganova and Orekhova, 2007). Это согласуется с фундаментальным развитием исполнительных кортикальных сетей у младенцев и с другими исследованиями ЭЭГ, в которых отмечается более высокая степень синхронности тета-волн во фронтальной зоне (старше 8 месяцев), указывающих на устойчивое внимание (Bazhenova et al., 2007; Uhlhaas et al., 2010). Однако еще неясно, происходит ли увеличение тета-амплитуды при других задачах. В отличие от альфа-ритма младенца, исследования изменений тета-частоты в процессе развития в младенчестве являются недостаточными.

Кроме того, при связанных с развитием изменениях в частотном спектре и синхронизации нейрональных колебаний асимметричная активность головного мозга становится более надежным показателем для измерения обработки положительных/отрицательных эмоций (Fox et al., 1992; Справочная литература). По данным исследований Davidson and Fox (1982; REF), эта латерализованная активность ЭЭГ, по-видимому, является стабильной в возрасте 10 месяцев, что согласуется с большей демонстрацией социального и эмоционального поведения. Действительно, согласующиеся данные показывают, что правосторонняя фронтальная асимметрия ЭЭГ у младенцев связана с поведенческим ингибированием и социальным отчуждением, тогда как левая фронтальная асимметрия связана с характерными тенденциями в сторону обычного подхода или положительной эмоции (Fox and Henderson, 1999). Таким образом, большинство рассмотренных исследований, характеризующих нейрональные паттерны эмоционального поведения в данной возрастной группе, сфокусированы на асимметриях ЭЭГ в диапазоне 3-12 Гц.

Хотя такие асимметрии в настоящее время являются наиболее эффективным показателем эмоциональных состояний у младенцев, тем не менее, предполагаемая возрастная стабильность в разных исследованиях четко не определена. Например, Vuga с коллегами (2008) сообщает о длительной устойчивости фронтальной асимметрии в течение 6-36 месяцев, тогда как Jones с коллегами (1997) указывает срок 24-30 месяцев. Недавние исследования показали умеренную устойчивость в период от 10 до 24 месяцев (Howarth, Fettig, Curby and Bell, 2016). Эти противоречия затрудняют уточнение функциональной природы фронтальных асимметрий при исследовании обработки и развития эмоций у младенцев.

Исследования ЭЭГ и методы исследования

На основании рассмотренной литературы мы выделили две линии дальнейших исследований. Одна из них относится к нейрональным паттернам, связанным с распознаванием эмоций. Таким образом, в данном случае основным вопросом является то, как младенцы воспринимают и распознают эмоции других людей, а также то, как развивается их эмоциональное восприятие. Во второй линии исследований изучают ЭЭГ-маркеры дифференцированных эмоциональных состояний, выраженных у младенцев в виде конкретных настроений, таких как комфорт, счастье, беспокойство, грусть, вовлеченность и т.д., в ответ на эвокативный фактор или ситуацию (новая игрушка, близость матери), которые дополнительно могут модулироваться (или не модулироваться) нейрональным маркерным признаком. Далее описаны основные данные ЭЭГ по обработке эмоций у младенцев в соответствии с вышеуказанными линиями исследования.

Первая линия исследований: ERP и фронтальная асимметрия

Изучение эмоций разных модальностей у младенцев может быть относительно менее неопределенным, если проводить его в процессе развития, учитывая улучшение функционирования визуальных схем внимания. Это позволяет исследователям применять большее количество испытаний, которые представляют особый интерес с учетом обычно низкого отношения сигнал / шум при исследованиях ERP у младенцев. Кроме того, привлечение внимания младенцев на более длительное время является менее затруднительным после возраста 6 месяцев.

Большая доля исследовательских методов изучения реакций младенцев на эмоции основана на подходе ERP. Простейшая оценка заключается в регистрации активности ERP, когда младенцы наблюдают за изображениями радостных и испуганных лиц в сравнении с изображениями предметов. Расширенные исследования, в которых изучали чувствительные к лицам ERP у младенцев, выявили несколько компонентов (т.е. N170, N290, Nc, Р400), предположительно связанных с различными яркими выражениями эмоций на лицах (Allison et al., 1994 г., 1999; Batty and Taylor, 2006; De Haan and Nelson, 1999; Nelson and De Haan, 1996; Kobiella et al., 2007). Компонент Nc, возникающий в период от 400 до 800 мс, является одним из наиболее изученных компонентов в исследованиях ERP у младенцев. Этот компонент имеет отрицательное отклонение и в основном распределен по участкам фронтальных и центральных электродов. Несмотря на то, что он вызван не только в ответ на выражения лица, рассмотренные исследования показывают, что топографические и временные характеристики у младенцев отличаются от характеристик, связанных с восприятием объектов (de Haan and Nelson, 1999; Taylor, McCarthy, Saliba, and Degiovanni, 1999).

Восприимчивость к сердитым лицам по сравнению с лицами, выражающими боль или испуг, была изучена на популяции в возрасте от 7 до 8 месяцев на основе применения подхода ERP и фронтальной асимметрии (Missana, Grigutsch and Grossmann, 2014; Kobiella, Grossmann, Reid and Striano, 2008). В одном из этих исследований в ERP отмечался компонент Nc в ответ на эмоции, более акцентированные на выражении гнева. В этом контексте Nc был интерпретирован как отражающий привлечение внимания младенцев. Сравнение паттерна фронтальной асимметрии в ответ на сердитые лица у младенцев с аналогичным паттерном у взрослых показало противоположную фронтальную асимметрию: относительно более высокую степень левой фронтальной активации у взрослых (связанную с тенденцией к сближению) и относительно более высокую степень правой фронтальной активации у младенцев, предполагающую мотивационную тенденцию к избеганию.

Кроме того, компонент N290 появляется ко второй половине первого года, указывая на распознавание младенцами выражений лиц на основе социальных сигналов, а не просто на основе дихотомии отрицательной/положительной значимости. Например, было показано, что сердитое выражение лица вызывает более высокую амплитуду N290 по сравнению с испуганным выражением. Хотя обе эмоции отрицательны, считается, что сердитое выражение вызывает более дискомфортную реакцию по сравнению с испуганным выражением, таким образом указывая на процесс различения социальных сигналов (Kobiella et al., 2007).

Нейрональная основа обработки эмоций у младенцев по сенсорным модальностям (визуально-акустически-тактильные) представляет большой интерес для исследований. В очень малом количестве исследований ЭЭГ обработку эмоций рассматривают с применением мультимодальных экспериментальных схем (Grossmann et al., 2006; Friedrich and Friederici, 2005). Например, в одном из этих исследований ERP, указывающие на обработку эмоционально согласованных и несогласованных пар лицо - голос, исследовали на популяции младенцев в возрасте 7 месяцев. Результаты показали отчетливый паттерн ERP (в основном, Nc и Рс) в зависимости от перекрестно-модальной эмоциональной согласованности (Grossmann, Striano, and Friederici, 2006). Таким образом, это указывает на то, что интеграция эмоциональной информации разных модальностей происходит на относительно ранних этапах жизни.

Следовательно, подход с применением ERP может предлагать разные направления исследования вопросов обработки и развития эмоций у человеческих младенцев. Однако основным ограничением является то, что в отличие от взрослых у младенцев не наблюдаются четко выраженные пиковые ответы ERP. Вместо этого они демонстрируют более сильную медленноволновую активность, главным образом, в течение первых двух лет жизни, что указывает на плохую синаптическую эффективность. По мере увеличения устойчивости ответов головного мозга при взрослении ожидается появление более четких форм сигнала ERP приблизительно к 4 годам (Nelson and Luciana, 1998; Taylor, Batty, and Itier, 2004). Исследования ERP до этого возраста должны проводиться при высоких уровнях экспериментального контроля, который иногда препятствует желаемой экологической оценке эмоций.

- Вторая линия исследования

В процессе развития младенцы выражают эмоциональные состояния посредством наблюдаемого набора выражений лица, который все более напоминает тот, который применяют взрослые. Они улыбаются, сообщая о счастье, и плачут, выражая недовольство или дискомфорт. Кроме того, у младенцев уже проявляются «эмоциональные стили» в ответ на разные эвокативные стимулы или события, варьирующиеся по интенсивности и длительности (Davidson, 2003, 2004). Такая эмоциональная предрасположенность связана с конкретными паттернами фронтального ЭЭГ, которые характеризуются как ранние признаки эмоциональных способностей младенцев. Из эмоций, исследованных в данном возрасте, наибольшее внимание уделяется таким как счастье, страх, грусть и недовольство (по сравнению, например, с гневом), поскольку их относительно легче вызывать в лаборатории при помощи установленных нормированных стимулов (например, изображений, выражений лица, фильмов).

По существу паттерн фронтальной асимметрии ЭЭГ показывает предрасположенность или склонность младенца к поведениям в диапазоне отчуждение - близость (например, Fox, Henderson, Rubin, Calkins and Schmidt, 2001), вероятно, отражая активность миндалевидного тела (Davidson, 2000). На исходном уровне, в покое, фронтальная асимметрия ЭЭГ может быть важным нейрональным маркером для прогнозирования эмоциональных реакций у младенцев в ответ на эвокативные стимулы или события (Wheeler et al., 1993). Например, существуют данные, показывающие, что младенцы с правой фронтальной асимметрией в состоянии покоя склонны больше плакать при разделении с матерью (Davidson and Fox, 1989; Fox et al., 1992). На данный момент фронтальная асимметрия является наиболее часто применяемым подходом к изучению эмоциональных признаков или способностей у младенцев (Coan and Allen, 2004; Davidson and Fox, 1989; Davidson, 1992; 1993; Fox, 1991, 1994).

В соответствии с известными моделями фронтальной асимметрии (сближение/отчуждение и положительная - отрицательная значимость; Davidson 1993; 2002) предполагается, что фронтальная ЭЭГ-активность в состоянии покоя отражает предрасположенность к положительной или отрицательной эмоции и будущую способность младенцев регулировать эмоции. Часть внимания в рамках этой линии исследований уделяют потенциальному клиническому применению для прогнозирования предрасположенности младенцев к определенным эмоциональным расстройствам или стилям. Действительно, активность во фронтальной зоне полушарий в состоянии покоя считается ранним нейрофизиологическим маркером риска депрессии (Allen and Reznik, 2015). Например, существует большой объем данных, показывающих более высокую относительную правостороннюю фронтальную асимметрию ЭЭГ в периоды покоя у младенцев (например, в возрасте 10 месяцев) от матерей с депрессией по сравнению с младенцами от матерей без депрессии (Dawson et al., 1992; Diego et al., 2006; Field et al., 1995; 2000; Field and Diego, 2009; Jones et al., 2001; Jones, Field and Almeida, 2009). В других исследованиях, в которых изучались нейрональные маркеры тревоги, связанной с разлукой, также обнаружили повышенную правостороннюю фронтальную активность в состоянии покоя у младенцев, которые плакали в ответ на разлуку с матерью, по сравнению с теми младенцами, которые не плакали (Davidson and Fox, 1989).

Фронтальная асимметрия, выявленная в период покоя, может изменяться в ответ на различные факторы, вызывающие эмоции. Таким образом, осуществимым способом прогнозирования изменений эмоционального состояния у младенцев является измерение влияния на фронтальную активность стимулов, ориентированных на близость (т.е. эмоционального прикосновения, знакомого голоса), в сравнении со стимулами, ориентированными на отчуждение (т.е. незнакомый человек, назойливое поведение) (Coan et al., 2001; Coan and Allen, 2004; Ekman et al., 1990; Davidson and Fox, 1982). Настоятельно рекомендовано одновременно измерять корреляты физиологической активации (частоту сердечных сокращений) и вовлеченности (продолжительность рассматривания и смещение взгляда) с применением подходящих схем (т.е. зрительной дискриминации, социальной референции с игрушками, перекрестно-модального переноса), особенно если главная цель исследования состоит в оценке изменений эмоционального состояния в результате эвокативных стимулов.

Кроме того, следует учитывать тот тип эмоционально эвокативных стимулов, который применяют для исследования паттернов фронтальной асимметрии. Можно обоснованно ожидать индивидуальных различий в асимметрии фронтальной активности, влияющих на реакцию младенцев на один и тот же эвокативный фактор (Davidson and Fox, 1989). Однако в зависимости от целей исследования можно применять подход с индивидуальными различиями или нормативный подход. Таким образом, предыдущая рекомендация применяется к исследованиям, сосредоточенным на изучении паттернов асимметрии кортикальной активации в качестве устойчивого признака для прогнозирования эмоциональной реактивности или мотивационной склонности к эвокативным стимулам. Например, предрасположенность младенцев к плачу или его отсутствию в ответ на разлуку с ухаживающим за ним человеком, или к улыбкам, или к стеснению в присутствии незнакомого человека может быть спрогнозирована на основании индивидуальных особенностей фронтальной асимметрии. В рамках этого подхода рекомендовано добавлять лонгитюдный компонент для изучения влияния раннего положительного и отрицательного эмоционального опыта на развитие (Calkins et al., 2002; Coan and Allen, 2003; Davidson, 1998; Gaertner et al., 2008; Hill-Sonderlund and Braungart-Rieker, 2008; Kochanska and Knaack, 2003; Wheeler, et al., 1993). Напротив, нормативный подход применяется к тем исследованиям, которые в большей степени сосредоточены на измерении у младенцев фронтальной асимметрии, связанной с эмоциональными состояниями, вызванными в контролируемых экспериментальных условиях окружающей среды (Buss et al., 2003; Cattell and Scheier, 1961; Diaz and Bell, 2012; Fox et al., 2001;). Примеры включают в себя различия во фронтальной асимметрии у младенцев, вызванные демонстрацией радостных и грустных выражений лиц, стрессовыми ситуациями, такими как приближение незнакомца, или разными типами новых стимулов.

Кроме того, при рассмотрении асимметрий фронтальной активности в неклинической популяции комбинация записей ЭЭГ с другими методиками, такими как одновременное кодирование выражения лица, может дать дополнительную информацию о категориях эмоциональных состояний у младенцев. Подход к кодированию выражений лица включает в себя исследование правосторонних и левосторонних паттернов ЭЭГ на исходном уровне и при вызывающих эмоцию условиях (например, игра в прятки) с одновременным кодированием эмоций младенца (выражений лица), например как положительных, отрицательных и нейтральных. В этом отношении имеются данные, показывающие отличительный и независимый паттерн левосторонней фронтальной активации, отражающий два типа улыбок младенца: реакция на мать и реакция на приближение незнакомца (Fox and Davidson, 1988; см. также Field et al., 2011; Jones et al., 2001). Кроме того, функциональная значимость транзиторного тета-ритма у младенцев была изучена с помощью метода ЭЭГ с видеорегистрацией (Dawson et al., 1992; Field et al., 2011; Futagi et al., 1998). В одном из этих исследований было показано, что паттерны тета-ритмов передних и задних отделов головного мозга ассоциируются с эмоциональными реакциями, такими как плач и сосание, а также с другой кортикальной активностью, такой как рассматривание и работа руками (Futagi et al., 1998).

Наконец, при измерении фронтальной асимметрии следует учитывать применяемую монтажную точку электрода сравнения. Традиционные точки сравнения (т.е. макушка Cz, сосцевидные отростки) вызывают проблемы при ЭЭГ-измерении по спектрам мощности (см. Pivik et al., 1993; Hagemann et al., 2001). Таким образом, основная рекомендация заключается в применении схемы сравнения при регистрации, достаточно чувствительной для учета индивидуальных вариаций фронтальной асимметрии. Для получения более подробной информации по выбору точки сравнения обращайтесь к литературе по ЭЭГ (Hagemann, 2004; Nunez et al., 1994; Pivik et al., 1993).

В целом, в литературе о младенцах фронтальная асимметрия определяется как преимущественный подход к измерению эмоций на ранних стадиях развития. Однако мы считаем, что все еще существуют несоответствия, вероятно, обусловленные различными теоретическими и эмпирическими основами. В следующем разделе мы обсудим эти противоречия и дадим некоторые рекомендации для будущих исследований.

Обсуждение

Большинство рассмотренных исследований сходятся в том, что асимметричные паттерны активности на фронтальных участках могут служить нейрональным маркером эмоционального ответа у младенцев. Мы также рассмотрели, что эта фронтальная асимметрия, которая приобретает стабильный вид в возрасте около 10 месяцев, коррелирует с мотивационными свойствами эмоциональных состояний (поведение близость - отчуждение), а также с опытом и выражением положительных/отрицательных эмоций (Dawson, 1994; Diaz and Bell, 2012; Fox, 1991, 1994). Это не означает, что фронтальная асимметрия имеет причинную связь с такими эмоциональными реакциями, поскольку данные, поддерживающие это предположение у младенцев, главным образом, основаны на корреляционных доказательствах и, следовательно, могут иметь альтернативные объяснения. Например, паттерн фронтальной активации может также отражать связанные с развитием функциональные изменения в соответствующих нейронных схемах (т.е. сети тревожного внимания) или влияние вознаграждающей значимости стимулов.

Кроме того, хотя количество исследований, подтверждающих такую прямую связь, достаточно велико в литературе, относящейся ко взрослым, в исследованиях с привлечением младенцах мы обнаружили, что асимметричная фронтальная активность и соответствующий эмоциональный опыт и выражение эмоций недостаточно изучены вне контекста распознавания эмоций (например, главным образом, основаны на визуальном различении выражений лиц). Еще меньше исследований ЭЭГ, изучающих связь между фронтальными асимметриями и изменениями эмоциональных состояний, проведено на неклинической популяции.

Вторая часть данного обсуждения относится к влиянию индивидуальных различий во фронтальной асимметрической активации в ЭЭГ и ее функциональном значении в контексте неклинических исследований. При измерении кортикальных асимметрий у младенцев либо с целью получения информации об их эмоциональном состоянии в отношении эвокативных стимулов, либо с целью прогнозирования их эмоциональных особенностей существуют источники вариаций, в основном связанные с индивидуальными различиями. Применительно к гипотезе о характеристических асимметриях у младенцев высокая наследуемость спектров ЭЭГ затрудняет точное определение того, возникает ли фронтальная асимметрия вследствие генетической предрасположенности или воздействия окружающей среды (Coan, 2003; MacDhomhail et al., 1999; Lykken et al., 1982). В обоих случаях рекомендовано усовершенствовать методологические аспекты для обеспечения надежности измерений (например, увеличить размер выборки, время покоя, выбрать подходящую монтажную схему точки сравнения). Например, измерение единообразия фронтальной асимметрии в состоянии покоя во множестве сеансов позволит исследователям отличать изменения, обусловленные устойчивым индивидуальным признаком, от изменений в ответ на конкретные экспериментальные манипуляции (см. Hagemann, 2000). В рамках того же экспериментального сеанса проведение нескольких измерений фронтальной активности в состоянии покоя может повысить надежность данных, но имеет и некоторые недостатки. В связи с этим мы заметили, что в большинстве исследований проводят только одно измерение фронтальной асимметрии в состоянии покоя или в исходном состоянии. Обычно это связано с тем, что младенцам сложно спокойно пребывать в лаборатории в течение длительных периодов времени без нежелательных изменений настроения, влияющих на показания.

Кроме того, для повышения внутренней достоверности исследования и предотвращения возможного искажения в последних исследованиях сравнивают данные по сходству фронтальной асимметрии у матери и младенца в эмоционально окрашенных ситуациях (Collan and Allen, 2004; Jones et al., 2001; Atzaba-Poria, Deater-Deckard, Ann-Bell, 2017). В связи с этим также может быть удобно связать фронтальные ЭЭГ-реакции с одновременными измерениями влияющего на младенца поведения матери (т.е. положительного или отрицательного эмоционального воздействия), чтобы определить, обусловлена ли функциональная значимость фронтальной асимметрии ЭЭГ мотивационно-специфическими факторами или биологической характеристикой (LoBue, Соап, Thrasher, DeLoache, 2011; Wen et al., 2017). Наконец, при применении изменений фронтальной асимметрии в зависимости от конкретных эвокативных стимулирующих условий рекомендовано контролировать индивидуальные различия, обусловленные возрастом, так как они могут объяснить типичные противоречия в вариациях мощности ЭЭГ в отношении конкретных факторов, вызывающих эмоции.

В какой-то момент мы нашли формулировку фронтальной асимметрии, склонной к чрезмерному упрощению при исследовании у младенцев, частично из-за некоторых несоответствий данных, а также из-за отсутствия точного определения того, что может представлять собой эмоциональная значимость и мотивационная фронтальная асимметричная активность у младенцев младше одного года (в отличие от взрослых). Например, у младенцев (в возрасте 4-9 месяцев) еще не ясна связь правой фронтальной асимметрии ЭЭГ с гневом, поскольку в некоторых из рассмотренных исследований валентность эмоций (положительные - отрицательные) путали с направленностью мотивации (близость - избегание), что затрудняет различение того, что из этого (или их комбинацию) отражает фронтальная асимметрия (Davidson and Fox, 1989; Harmon-Jones, 2004; He, Degnan, McDermott et al., 2010). Таким образом, для будущих исследований очень важно определить состояния, при которых фронтальная асимметрия является наиболее подходящим подходом к изучению изменений эмоций во время эвокативной задачи или стимуляции. В качестве альтернативы мы обнаружили многообещающую модель способностей, предложенную Coan and Allen (2006), в которой предполагается, что индивидуальные различия во фронтальной асимметрии будут более выраженными в ходе эвокативной задачи или эмоциональной стимуляции, а не в состоянии покоя.

3. Общие положения: современные перспективы и направления исследований

В этом обзоре мы осветили наиболее важные достижения и теоретические перспективы в отношении эмоционального поведения младенцев в зависимости от стадии нейронального развития. Кроме того, мы обсудили основные преимущества и недостатки применения ЭЭГ для исследования эмоций младенцев, а также сильные и слабые стороны имеющихся результатов.

Интерес к методам ЭЭГ в исследовании эмоционального развития младенцев в течение первого года жизни значительно возрос в течение последнего десятилетия. Несмотря на то что ЭЭГ не дает точных изображений головного мозга с высоким разрешением, этот метод обеспечивает важные средства для оценки основных нейрональных особенностей, ассоциированных с эмоциональным развитием человека в течение первых лет жизни. По существу измерения ERP и спектра мощности стали принципиально значимыми для исследования когнитивной неврологии у младенцев. Другие способы нейрональной визуализации, такие как локализация источника, могут дополнительно прояснить интерпретацию ERP или частотного спектра, но весьма сложно картировать такую активацию на изображениях головного мозга, полученных структурным МРТ. Это практически невозможно в неклинических исследованиях в возрасте до 36 месяцев. Альтернативно магнитоэнцефалография (МЭГ) представляет собой интересную методику изучения эмоций с учетом высокой точности локализации сигналов по сравнению с ЭЭГ. Однако, хотя ее вполне можно применять у младенцев, она связана с более высокими затратами и технически более сложна, чем ЭЭГ (см. Imada et al., 2006).

Комбинация ЭЭГ с другими методиками нейровизуализации стала общепринятой практикой изучения когнитивных и эмоциональных сфер. Например, одновременная запись ЭЭГ и функциональной спектроскопии в ближней инфракрасной области (fNIRS) является подходящим способом для измерения роли префронтальной активации коры головного мозга при обработке эмоций (например, Nishitani, Doi, Koyama and Shinohara, 2011). Такая совместная регистрация является практичной при применении у младенцев, поскольку требует меньше действий с их стороны (например, Koch, Steinbrink, Villringer and Obrig, 2006). Особенно перспективным является применение методики гиперсканирования для понимания межмозговой синхронизации матери и младенца в процессе эвокативного переживания, такого как эмоциональная связь, удерживание на руках или речь (Hirata et al., 2014).

Ниже будут более подробно рассмотрены некоторые конкретные примеры изобретения, включая наилучшие режимы применения изобретения, предусмотренные авторами изобретения. Примеры таких конкретных вариантов осуществления изображены на сопроводительных графических материалах. Хотя изобретение описано применительно к этим конкретным вариантам осуществления, следует понимать, что это не должно ограничивать изобретение описанными вариантами осуществления. Напротив, предполагается, что оно охватывает альтернативы, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в сущность и объем изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения.

Общее описание

Предложены результативная и эффективная система и устройство для сбора электроэнцефалографических (ЭЭГ) данных у младенцев и детей младшего возраста. В системе и способе применяют гарнитуру для ЭЭГ, имеющую электроды, расположенные в оптимальных местах.

Примеры осуществления

Следовательно, в системе и устройстве изобретения применяют ЭЭГ-измерения для обеспечения более точного измерения и мониторинга внимания и вовлеченности младенцев и детей младшего возраста. В соответствии с различными вариантами осуществления субъектам предлагают гарнитуру для ЭЭГ для применения в лабораторных условиях. В конкретных вариантах осуществления гарнитура для ЭЭГ включает в себя множество электродов, расположенных в оптимальных положениях. Данные от индивидуальных электродов могут обрабатываться перед непрерывной передачей в анализатор данных. Обработка может включать в себя фильтрацию для удаления шума и артефактов, а также сжатие и/или шифрование. Отдельные электроды выполнены с возможностью контакта с кожей головы в различных зонах.

ЭЭГ-электроды позволяют осуществлять мониторинг и отслеживание активности in situ, включая уровни вовлеченности. В соответствии с различными вариантами осуществления механизм сбора данных синхронизирован со стимулирующим материалом, что позволяет определять аспекты стимулирующих материалов, вызывающие конкретные неврологические реакции

В соответствии с различными вариантами осуществления гарнитура для ЭЭГ сохраняет данные, собранные от пользователя под воздействием стимулирующего материала, для передачи в анализатор данных.

Субъект может носить портативный механизм сбора данных во время различных видов деятельности. Это позволяет собирать данные из различных источников, когда субъект находится в естественном состоянии. В конкретных вариантах осуществления сбор данных может эффективно происходить в рабочих или лабораторных условиях.

В механизм сбора данных может быть интегрирован ряд неврологических, нейрофизиологических и эффекторных механизмов. При ЭЭГ измеряют электрическую активность, связанную с постсинаптическими токами, возникающими в миллисекундном диапазоне. Тем не менее, при правильном анализе поверхностная ЭЭГ дает массу электрофизиологической информации. Большое количество информации дает портативный аппарат ЭЭГ с электродами.

В соответствии с различными вариантами осуществления субъекты могут быть подвергнуты воздействию предварительно заданного или отобранного стимулирующего материала. В других примерах не предусмотрено предварительно заданного или отобранного стимулирующего материала, и система собирает данные по стимулирующему материалу, воздействию которого подвергается пользователь во время обычной деятельности.

Например, нескольким субъектам могут быть предоставлены портативные системы ЭЭГ-мониторинга с электродами, которые позволяют отслеживать активность. Данные ответов анализируют и объединяют. В некоторых примерах для анализа данных предоставляют все данные ответов. В других примерах для анализатора данных предоставляют интересные данные ответов вместе с записанным стимулирующим материалом. В соответствии с различными вариантами осуществления данные ответов анализируют и улучшают для каждого субъекта, а также дополнительно анализируют и улучшают путем интегрирования данных множества субъектов.

В соответствии с различными вариантами осуществления индивидуальные и интегрированные данные ответов сохраняют в числовом виде или представляют графически. Для определения возможных паттернов, флуктуации, профилей и т.д. анализируют результаты измерений от множества субъектов.

В соответствии с различными вариантами осуществления данные могут демонстрировать конкретную эффективность стимулирующего материала для конкретной подгруппы субъектов. Можно анализировать разнообразные стимулирующие материалы. В соответствии с различными вариантами осуществления улучшенные данные генерируют с помощью анализатора данных, который выполняет как улучшения измерений одной модальности, так и улучшения межмодальностных измерений. В соответствии с различными вариантами осуществления активность головного мозга измеряют не только для определения областей активности, но и для определения взаимодействий и типов взаимодействий между различными областями. Методики и механизмы настоящего изобретения учитывают, что взаимодействия между нейрональными областями обеспечивают скоординированное и организованное поведение. Внимание, эмоции, память, ретенция, праймирование и другие характеристики основаны не только на одной части головного мозга, но и на сетевых взаимодействиях между областями головного мозга.

Методики и механизмы настоящего изобретения дополнительно учитывают, что разные полосы частот, применяемые для связи между множеством областей, могут указывать на эффективность стимулов. В конкретных вариантах осуществления оценки калибруют для каждого субъекта и синхронизируют для разных субъектов. В конкретных вариантах осуществления для субъектов создают шаблоны с целью получения исходного уровня для измерений различий до и после стимуляции.

На ФИГ. 1 показан один пример системы сбора данных. Субъекты связаны с механизмами сбора данных. В соответствии с различными вариантами осуществления субъекты добровольно применяют механизмы сбора данных, такие как шапочки для ЭЭГ, в процессе воздействия конкретных стимулирующих материалов, предоставляемых механизмом представления стимулов. Механизмы сбора данных включают в себя механизмы длительного хранения и сетевые интерфейсы, которые применяют для передачи собранных данных в анализатор данных. В других примерах механизмы сбора данных включают в себя интерфейсы с компьютерными системами, которые выполнены с возможностью передачи данных в анализатор данных по одной или более сетям.

К материалам, вызывающим ответ у субъектов, могут относится люди, действия, изображения, композиции для личной гигиены, а также они могут включать определенные вкусы, запахи, внешние облики, текстуры и/или звуки. В некоторых примерах выбирают стимулирующий материал для предъявления субъектам.

В соответствии с различными вариантами осуществления субъекты подключены к механизмам сбора данных. Механизмы сбора данных включают в себя электроды ЭЭГ, хотя при некоторых реализациях также могут включать в себя различные измерительные механизмы, включая неврологические и нейрофизиологические измерительные системы, например для электроокулограммы, измерения гальванического кожного ответа, электрокардиограммы, расширения зрачка, отслеживания движения глаз, кодирования выражения эмоций на лице, определения времени реакции и т.д. В соответствии с различными вариантами осуществления данные включают в себя данные о центральной нервной системе, вегетативной нервной системе и/или эффекторной системе.

В конкретных вариантах осуществления собранные данные оцифровывают и сохраняют для последующего анализа. В конкретных вариантах осуществления собранные данные могут быть проанализировать в режиме реального времени.

В одном конкретном варианте осуществления механизм сбора данных включает в себя ЭЭГ-измерения, выполненные с применением электродов, размещенных на коже головы.

На ФИГ. 2А и 2В представлен механизм сбора данных, включающий в себя множество электродов. В соответствии с различными вариантами осуществления механизм сбора данных представляет собой мягкую шапочку, содержащую электроды, выполненные с возможностью контакта с кожей головы без применения электропроводящих гелей. Сигналы могут быть направлены контроллеру/процессору для немедленной передачи в анализатор данных или сохранены для последующего анализа. Контроллер/процессор могут быть применены для синхронизации данных со стимулирующими материалами.

На ФИГ. 2А и 2В проиллюстрирован механизм сбора данных. Механизм сбора данных включает в себя множество электродов, включая. Следует отметить, что, хотя конкретная конструкция электродов может варьировать в зависимости от реализации, в настоящем документе приводится предпочтительная конструкция электродов.

На фиг. 2А показано расположение электродов (13)(выделенных желтым цветом, при этом на черно-белом изображении представлено светло-серым цветом) для эффективной оценки положительных и отрицательных эмоций младенцев с приемлемым уровнем точности. Участки кожи головы были выбраны таким образом, чтобы обеспечить симметричную запись во фронтальной, височной и теменной зонах. Электроды на фронтальном полюсе (AF3, AF4, F5, F6, FC1, FC2) позволяют оценивать у младенцев асимметрию ЭЭГ. Височные электроды (Т2, Т3) позволяют изучать приятные/неприятные ощущения в слуховой зоне. Теменные/центротеменные электроды (Р7, Р8, CPz) позволяют исследовать привлечение внимания к эмоциональной речи и соматосенсорную активность. Затылочные электроды (O1, O2) измеряют визуальную обработку эмоций. А1 и А2 соответствуют точкам сравнения. Шаблон номенклатуры положений электродов взят из руководств Американского электроэнцефалографического общества, 1991; Journal of Clinical Neurophysiology, 8, pp. 200-201.

На фиг. 2В показано расположение электродов (17) (выделенных красным цветом, при этом на черно-белом изображении представлено темно-серым цветом) для эффективной оценки положительных и отрицательных эмоций младенцев с более высоким уровнем точности. Участки кожи головы были выбраны таким образом, чтобы обеспечить симметричную запись во фронтальной, височной и теменной зонах. Электроды на фронтальном полюсе (AF3, AF4, F5, F6, FC1, FC2) позволяют оценивать у младенцев асимметрию ЭЭГ. Височные 30 Измененная страница электроды (Т2, Т3) позволяют изучать приятные/неприятные ощущения в слуховой зоне. Теменные/центротеменные электроды (Р7, Р8, СР3, СР4, CPz) позволяют исследовать привлечение внимания к эмоциональной/социально-значимой речи и соматосенсорную активность. Затылочные электроды (РО3, PO4, 01, O2) измеряют визуальную обработку эмоций и фронтально-теменные взаимодействия. А1 и А2 соответствуют точкам сравнения. Шаблон номенклатуры положений электродов взят из руководств Американского электроэнцефалографического общества, 1991; Journal of Clinical Neurophysiology, 8, pp. 200-201.

В соответствии с различными вариантами осуществления получение данных с помощью электродов синхронизировано со стимулирующим материалом, предъявляемым пользователю. Механизм сбора данных также включает в себя передатчик и/или приемник для отправки собранных данных в систему анализа данных.

В некоторых примерах приемопередатчик может быть подключен к компьютерной системе, которая затем передает данные по глобальной сети в анализатор данных.

Следует отметить, что некоторые компоненты механизма сбора данных не показаны для ясности.

Запросы, основанные на оценках ответа, могут включать в себя оценки внимания, эмоций и эффективности в баллах. Такие запросы могут касаться материалов, которые привели к получению конкретных оценок в баллах. В запросах, основанных на измерении профиля ответа, могут быть применены средние пороговые показатели, показатели дисперсии, количество обнаруженных пиков и т.д. Запросы групповых ответов могут включать в себя групповую статистику, такую как среднее значение, дисперсия, крутизна, р-значение и т.д, размер группы и показатели оценки выбросов.

На ФИГ. 3 проиллюстрирован один пример сбора данных. Принимают пользовательскую информация от субъекта, которому предоставлен механизм сбора данных. Принимают данные от механизма сбора данных по субъекту. В некоторых конкретных вариантах осуществления могут быть переданы данные ЭЭГ, электроокулограммы, данные по расширению зрачка, данные кодирования эмоций на лице, видео, изображения, аудио и т.д. от субъекта к анализатору данных. В конкретных вариантах осуществления передаются только данные ЭЭГ. В соответствии с различными вариантами осуществления ответ и связанные с ним данные передаются непосредственно с шапочки для ЭЭГ через интерфейс глобальной сети на анализатор данных. В конкретных вариантах осуществления ответ и связанные с ним данные передаются в компьютерную систему, которая затем выполняет сжатие и фильтрацию данных перед передачей данных анализатору данных по сети.

В конкретных вариантах осуществления устройство передачи данных отправляет данные в систему интеграции ответов. В соответствии с различными вариантами осуществления система интеграции ответов объединяет проанализированные и улучшенные ответы на стимулирующий материал, применяя информацию об атрибутах стимулирующего материала. В конкретных вариантах осуществления система интеграции ответов также собирает и интегрирует поведенческие ответы пользователя с проанализированными и улучшенными данными ответов для более эффективного измерения и отслеживания с стимулирующих материалов.

Хотя вышеуказанное изобретение было подробно описано в целях ясности и лучшего понимания, будет очевидно, что некоторые изменения и модификации могут быть реализованы в рамках объема приложенной формулы изобретения. Таким образом, настоящие варианты осуществления следует рассматривать как иллюстративные и не имеющие ограничительного характера, и настоящее изобретение не должно ограничиваться деталями, приведенными в настоящем документе, но может быть модифицировано в пределах объема и эквивалентов прилагаемой формулы изобретения.

Справочная литература

A. Porto, J., L. Nunes, M., & Nelson, С.A. (2016). Behavioral and neural correlates of emotional development: typically developing infants and infants of depressed and/or anxious mothers. Jornal de Pediatria. https://doi.org/10.1016/j.jped.2015.12.004

Addabbo, M., Longhi, E., Marchis, I.C, Tagliabue, P., & Turati, C. (2018). Dynamic facial expressions of emotions are discriminated at birth. PLoS ONE.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0193868

Allen, J.J.В., Coan, J.A., & Nazarian, M. (2004). Issues and assumptions on the road from raw signals to metrics of frontal EEG asymmetry in emotion. Biological Psychology.

https://doi.org/10.1016/j.biopsycho.2004.03.007

Allen, J.J.В., Harmon-Jones, E., & Cavender, J.H. (2001). Manipulation of frontal EEG asymmetry through biofeedback alters self-reported emotional responses and facial EMG.

Psychophysiology. https://doi.org/10.1017/S0048577201991255

Banaschewski, Т., & Brandeis, D. (2007). Annotation: What electrical brain activity tells us about brain function that other techniques cannot tell us - A child psychiatric perspective.

Journal of Child Psychology and Psychiatry and Allied Disciplines.

https://doi.org/10.1111/j.1469-7610.2006.01681.x

Blau, V.C., Maurer, U., Tottenham, N., & McCandliss, B.D. (2007). The face-specific N170 component is modulated by emotional facial expression. Behavioral and Brain Functions.

https://doi.org/10.1186/1744-9081-3-7

Brooker, R.J., Canen, M.J., Davidson, R.J., & Hill Goldsmith, H. (2017). Short- and long-term stability of alpha asymmetry in infants: Baseline and affective measures. Psychophysiology. https://doi.org/10.1111/psyp.12866

Calkins, S.D., Fox, N.A., & Marshall, T.R. (1996). Behavioral and Physiological Antecedents of Inhibited and Uninhibited Behavior. Child Development, https://doi.org/10.1111/j.1467-8624.1996.tb01749.x

Camras, L.A., Holland, E.A., & Patterson, M.J. (1993). Facial expression. Handbook of emotions.

Cheng, Y, Lee, S.-Y, Chen, H.-Y, Wang, P.-Y, & Decety, J. (2012). Voice and Emotion Processing in the Human Neonatal Brain. Journal of Cognitive Neuroscience. https://doi.org/10.1162/jocn_a_00214

Constant, I., & Sabourdin, N. (2012). The EEG signal: A window on the cortical brain activity. Paediatric Anaesthesia. https://doi.Org/10.1111/j.1460-9592.2012.03883.X

Cuevas, K, & Bell, M.A. (2011). EEG and ECG from 5 to 10 months of age: Developmental changes in baseline activation and cognitive processing during a working memory task.

International Journal of Psychophysiology. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2011.02.009

Davidson, R., & Fox, N. (1982). Asymmetrical brain activity discriminates between positive and negative affective stimuli in human infants. Science.

https://doi.org/10.1126/science.7146906

Davidson, R.J. (1988). EEG measures of cerebral asymmetry: Conceptual and methodological issues. International Journal of Neuroscience. https://doi.org/10.3109/00207458808985694

Diego, M.A., Jones, N.A., & Field, T. (2010). EEG in 1-week, 1-month and 3-month-old infants of depressed and non-depressed mothers. Biological Psychology.

https://doi.org/10.1016/j.biopsycho.2009.09.007

Field, T., Fox, N.A.,. Pickens, J., & Nawrocki, T. (1995). Relative Right Frontal EEG Activation in 3- to 6-Month-Old Infants of "Depressed" Mothers. Developmental Psychology.

https://doi.org/10.1037/0012-1649.3L3.358

Fox, N.A., & Davidson, R.J. (1986). Taste-elicited changes in facial signs of emotion and the asymmetry of brain electrical activity in human newborns. Neuropsychologia.

https://doi.org/10.1016/0028-3932(86)90028-X

Fox, N.A., & Davidson, R.J. (1988). Patterns of Brain Electrical Activity During Facial Signs of Emotion in 10-Month-Old Infants. Developmental Psychology.

https://doi.org/10.1037/0012-1649.24.2.230

Fox, N.A., Yoo, K.H., Bowman, L.C., Cannon, E.N., Ferrari, P.F., Bakermans-Kranenburg, M.J., … Van IJzendoorn, M.H. (2016). Assessing human mirror activity With EEG mu rhythm: A meta-analysis. Psychological Bulletin, https://doi.org/10.1037/bu10000031

Gómez, A., Quintero, L., López, N., & Castro, J. (2016). An approach to emotion recognition in single-channel EEG signals: A mother child interaction. In Journal of Physics: Conference Series. https://doi.org/10.1088/1742-6596/705/l/012051

Harmon-Jones, E., & Allen, J.J. B. (1997). Behavioral activation sensitivity and resting frontal EEG asymmetry: Covariation of putative indicators related to risk for mood disorders. Journal of Abnormal Psychology, https://doi.org/10.1037/0021-843X.106.1.159

Howarth, G.Z., Fettig, N.B., Curby, T.W., & Bell, M.A. (2016). Frontal Electroencephalogram Asymmetry and Temperament Across Infancy and Early Childhood: An Exploration of Stability and Bidirectional Relations. Child Development.

https://doi.org/10.1111/cdev.12466

Johnson, M.H., Dziurawiec, S., Ellis, H., & Morton, J. (1991). Newborns' preferential tracking of face-like stimuli and its subsequent decline. Cognition, https://doi.org/10.1016/0010-0277(91)90045-6

Kaneshige, T., & Haryu, E. (2015). Categorization and understanding of facial expressions in 4-month-old infants. Japanese Psychological Research, https://doi.org/10.1111/jpr.12075

Krompinger, J.W., Moser, J.S., & Simons, R.F. (2008). Modulations of the Electrophysiological Response to Pleasant Stimuli by Cognitive Reappraisal. Emotion.

https://doi.org/10.1037/1528-3542.8.1.132

Leppänen, J.M., & Nelson, C.A. (2009). Tuning the developing brain to social signals of emotions. Nature Reviews Neuroscience. https://doi.org/10.1038/nrn2554

Lewis, M., Sullivan, M.W., Stanger, C., & Weiss, M. (1989). Self development and self-conscious emotions. Child Development, https://doi.org/10.1111/j.1467-8624.1989.tb02704.x

Lusby, С.M., Goodman, S.H., Bell, M.A., & Newport, D.J. (2014). Electroencephalogram patterns in infants of depressed mothers. Developmental Psychobiology. https://doi.org/10.1002/dev.21112

Mai, X., Xu, L., Li, M., Shao, J., Zhao, Z., Lamm, C., … Lozoff, B. (2014). Sounds elicit relative left frontal alpha activity in 2-month-old infants. International Journal of Psychophysiology. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2014.09.008

Marshall, P.J., Bar-Haim, Y., & Fox, N.A. (2002). Development of the EEG from 5 months to 4 years of age. Clinical Neurophysiology. https://doi.org/10.1016/S1388-2457(02)00163-3

Marshall, P.J., & Meltzoff, A.N. (2011). Neural mirroring systems: Exploring the EEG mu rhythm in human infancy. Developmental Cognitive Neuroscience.

https://doi.org/10.1016/j.dcn.2010.09.001

Maulsby, R.L. (1971). An illustration of emotionally evoked theta rhythm in infancy: Hedonic hypersynchrony. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology.

https://doi.org/10.1016/0013-4694(71)90186-6

Missana, M., & Grossmann, T. (2015). Infants' emerging sensitivity to emotional body expressions: Insights from asymmetrical frontal brain activity. Developmental Psychology. https://doi.org/10.1037/a0038469

Miyoshi, M., Katayama, J., & Morotomi, T. (2004). Face-specific N170 component is modulated by facial expressional change. NeuroReport. https://doi.org/10.1097/00001756-200404090-00035

Morgane, P.J., & Mokler, D.J. (2006). The limbic brain: Continuing resolution. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2005.04.020

Nelson, C.A. (2001). The development and neural bases of face recognition. Infant Child Dev. https://doi.org/10.1002/icd.239

Pascalis, O., De Haan, M., Nelson, C.A., & De Schonen, S. (1998). Long-term recognition memory for faces assessed by visual paired comparison in 3- and 6-month-old infants. Journal of Experimental Psychology: Learning Memory and Cognition. https://doi.org/10.1037/0278-7393.24.1.249

Phillips, А.Т., Wellman, H.M., & Spelke, E.S. (2002). Infants' ability to connect gaze and emotional expression to intentional action. Cognition. https://doi.org/10.1016/S0010-0277(02)00073-2

Rose, S.A., Feldman, J.F., & Jankowski, J.J. (2004). Infant visual recognition memory. Developmental Review, https://doi.org/10.1016/j.dr.2003.09.004

Taylor-Colls, S., & Pasco Fearon, R.M. (2015). The Effects of Parental Behavior on Infants' Neural Processing of Emotion Expressions. Child Development.

https://doi.org/10.1111/cdev.12348

van den Boomen, C., Munsters, N.M., & Kemner, C. (2017). Emotion processing in the infant brain: The importance of local information. Neuropsychologia.

https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2017.09.006

Izard, С.E., & Malatesta, C.Z. (1987). Perspectives on emotional development I: Differential emotions theory of early emotional development. In J.D. Osofsky (Ed.), Wiley series on personality processes. Handbook of infant development (pp. 494-554). Oxford, England: John Wiley & Sons.

de Haan, M. (2007). Visual attention and recognition memory in infancy. In M. de Haan (Ed.), Studies in developmental psychology. Infant EEG and event-related potentials (pp. 101-143). New York, NY, US: Psychology Press.

Изобретение относится к портативным электроэнцефалографическим (ЭЭГ) гарнитурам для применения в исследованиях когнитивного и эмоционального развития младенцев и детей младшего возраста. Устройство содержит электроды для ЭЭГ, выполненные с возможностью обеспечения оптимальных точечных контактов с кожей головы младенца или ребенка младшего возраста, которые расположены в соответствии с вариантом A или B. В случае варианта А пары электродов размещены так, чтобы обеспечить симметричную запись во фронтальной, височной и теменной областях. Шесть электродов размещены в области фронтального полюса для оценки асимметрии ЭЭГ младенца или ребенка младшего возраста. Два электрода размещены в височной области для изучения приятных/неприятных ощущений в слуховой зоне. Три электрода размещены в теменной области для исследования привлечения внимания к эмоциональной речи и соматосенсорной активности. В случае варианта В пары электродов размещены так, чтобы обеспечить симметричную запись во фронтальной, височной и теменной областях. Шесть электродов размещены в области фронтального полюса для оценки асимметрии ЭЭГ младенца или ребенка младшего возраста. Два электрода размещены в височной области для изучения приятных/неприятных ощущений в слуховой зоне. Пять электродов размещены в теменной области для исследования привлечения внимания к эмоциональной речи и соматосенсорной активности. Четыре электрода размещены в затылочной области для измерения визуальной обработки эмоций. Достигается более точное измерение и мониторинг внимания и вовлеченности младенцев и детей младшего возраста. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для исследования когнитивного и эмоционального развития младенцев и детей младшего возраста, содержащее электроды для электроэнцефалографии (ЭЭГ), выполненные с возможностью обеспечения оптимальных точечных контактов с кожей головы младенца или ребенка младшего возраста, причем электроды для ЭЭГ расположены в соответствии с вариантом А или В:

A) пары электродов размещены так, чтобы обеспечить симметричную запись в фронтальной, височной и теменной областях, при этом шесть электродов размещены в области фронтального полюса для оценки асимметрии ЭЭГ младенца или ребенка младшего возраста, два электрода размещены в височной области для изучения приятных/неприятных ощущений в слуховой зоне, а три электрода размещены в теменной области для исследования привлечения внимания к эмоциональной речи и соматосенсорной активности;

B) пары электродов размещены так, чтобы обеспечить симметричную запись в фронтальной, височной и теменной областях, при этом шесть электродов размещены в области фронтального полюса для оценки асимметрии ЭЭГ младенца или ребенка младшего возраста, два электрода размещены в височной области для изучения приятных/неприятных ощущений в слуховой зоне, пять электродов размещены в теменной области для исследования привлечения внимания к эмоциональной речи и соматосенсорной активности, а четыре электрода размещены в затылочной области для измерения визуальной обработки эмоций.

2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее гибкую опорную конструкцию, прикрепленную к электродам.

3. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее усилители, связанные с электродами, причем данные от каждого из электродов индивидуально усиливаются и изолируются.

4. Устройство по п. 3, в котором усилители выполнены на гибкой печатной плате.

5. Устройство по п. 3, в котором усилитель передает объединенные данные беспроводным образом на удаленный анализатор данных.

6. Устройство по п. 3, причем усиленные данные объединяют с усиленными данными от других электродов гарнитуры для ЭЭГ.