Регрессионный анализ объединённых данных ЭЭГ и регистрации движений глаз: теория и применение

Потенциалы, связанные с фиксацией взгляда (FRP), — нейронные ответы, синхронизированные с окончанием саккад, — представляют собой перспективный инструмент для изучения динамики внимания и когнитивных процессов при естественном зрительном восприятии. Ранее анализ таких экспериментов, объединяющих регистрацию движений глаз и электроэнцефалографию, осложняли четыре методологические проблемы: (1) синхронизация потоков данных; (2) удаление глазодвигательных артефактов; (3) обусловленное экспериментальными условиями временно́е перекрытие мозговых ответов на последовательные фиксации; (4) влияние на постсаккадические нейронные ответы многочисленных низкоуровневых характеристик стимулов и саккад. Для первых двух проблем уже существуют эффективные решения, тогда как способы решения двух последних только начинают разрабатываться. В этой статье мы представляем и рассматриваем единый регрессионный подход к анализу FRP, который позволяет разделять перекрывающиеся потенциалы методом деконволюции и одновременно учитывать линейные и нелинейные факторы, влияющие на форму волны FRP. Для всех процедур предоставлена открытая программная реализация. Затем мы демонстрируем преимущества предложенного подхода к (не)линейному моделированию с деконволюцией на данных, полученных в трёх распространённых экспериментальных парадигмах: восприятии лиц, рассматривании сцен и чтении. Во-первых, на примере традиционного исследования распознавания лиц с регистрацией вызванных потенциалов (ERP) мы показываем, как этот метод позволяет отделить вызванные стимулом ERP от перекрывающихся мышечных и мозговых потенциалов, возникающих при небольших саккадах (микросаккадах) во время рассматривания лица. Во-вторых, при естественном рассматривании сцен мы моделируем и выделяем множественные нелинейные эффекты параметров саккад на FRP. Наконец, на примере исследования чтения естественных предложений с использованием парадигмы границы мы показываем, как можно изучать нейронные корреляты парафовеального предварительного восприятия после устранения ложных эффектов перекрытия, обусловленных различием средней длительности фиксации. Полученные результаты указывают на принципиальную возможность надёжно измерять мозговую активность, связанную с движениями глаз, при естественном зрительном восприятии.