Human PhysiologyHuman PhysiologyФизиология человека0131-16463034-6150The Russian Academy of Sciences66404710.31857/S0131164624040019BTPCFOArticlesСтатьиResearch ArticleInterindividual Similarity of the Spatial Organization of the EEG: an Ontogenetic StudyМежиндивидуальное сходство пространственной организации ЭЭГ: онтогенетическое исследованиеPanasevichЕ. А.ПанасевичЕ. А.
Russian Federation
panek1@yandex.ruTsitseroshinM. N.ЦицерошинМ. Н.
Russian Federation
panek1@yandex.ruSechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, RASФГБУН Институт эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова РАН3110202450432125022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0131-1646/article/view/664047

In this study took part 39 adult subjects, 28 children 12 years old, 21 children 8–9 years old, 26 children 5–6 years old and 19 newborns. In each age group, the coefficient of interindividual similarity (CIS) of the spatial organisation of the electroencephalogram (EEG) was calculated using Pearson's crosscorrelation algorithm. Results reveal high level of interindividual similarity of spatial structure of EEG distant connections. Both in adults and children CIS exceeded 0.80. In women, compared with men, a significantly higher level of interindividual similarity of the spatial organization of the EEG was revealed for all studied combinations of EEG connections. The obtained data shows that relative stability in ontogenesis of the spatial structure of dynamic activity of the cortex is apparently provided mainly through determined by a genotype distant intra- and interhemispheric interconnections that forming certain morfofunctional “skeleton” of neocortex. The functionally specific interactions realizable across more plastic “local chains” of near intercortical interrelations are carried out on basis of the dynamic activity of the brain hemispheres that ordered by means of such “global” interactions. Such system organization of intercortical interactions can provide both safety of individual properties of personality and the ability of the brain to effectively adapt to various influences of environment at phenotype formation in ontogenesis.

В исследовании принимали участие 39 взрослых испытуемых, 28 детей 12 лет, 21 ребенок 8–9 лет, 26 детей 5–6 лет и 16 новорожденных. В каждой возрастной группе вычисляли коэффициент межиндивидуального сходства пространственной организации электроэнцефалограммы (ЭЭГ) по алгоритму кросскорреляции Пирсона. Был выявлен высокий уровень межиндивидуального сходства пространственной структуры дистанционных связей ЭЭГ – и у взрослых, и у детей он превышал 0.80, – что позволяет предполагать наличие высокой общевидовой генетической детерминации формирования в онтогенезе ребенка морфофункциональной организации межкортикальных взаимодействий. У женщин, по сравнению с мужчинами, был выявлен достоверно более высокий уровень межиндивидуального сходства пространственной организации ЭЭГ по всем исследованным комбинациям связей ЭЭГ. Анализ полученных данных позволяет с высокой степенью вероятности предположить, что относительная стабильность в онтогенезе пространственной структуры динамической активности коры, по-видимому, обеспечивается главным образом за счет детерминированных генотипом отдаленных внутри- и межполушарных взаимосвязей, формирующих определенный морфофункциональный «каркас» неокортекса. Более функционально специфические взаимодействия реализуются, по всей видимости, через более пластичные «локальные цепочки» ближних межкортикальных взаимосвязей. Такая системная организация межкортикальных взаимодействий позволяет обеспечивать как сохранность индивидуальных свойств личности, так и способность мозга к эффективной адаптации к различным воздействиям окружающей среды при формировании фенотипа в онтогенезе.

ontogenesissystemic brain activityspatial organization of EEGinter-individual similarityinter-individual variabilitysex factorонтогенезсистемная деятельность мозгапространственная организация ЭЭГмежиндивидуальное сходствомежиндивидуальная вариабельностьфактор полаBraitenberg V. Cortical architectonics: general and areal // Architectonics of the cerebral cortex. Brazier M.A.B., Petsche H. Raven Press. New York, 1978. P. 443.Braitenberg V. Cortical architectonics: general and areal / Architectonics of the cerebral cortex. Brazier M.A.B., Petsche H. Raven Press. New York, 1978. P. 443.Nunez P.L. Generation of human EEG by a combination of long and short range neocortical interactions // Brain Topographic. 1989. V. 1. № 3. P. 199.Nunez P.L. Neocortical dynamics and human EEG rhythms. New York, Oxford: Oxford. Univ. Press, 1995. 708 p.Thatcher R.W. Maturation of the human frontal lobes: physiological evidence for staging // Dev. Neurophysiol. 1991. V. 7. № 3. P. 397.Thatcher R.W. Cyclic cortical reorganization during early childhood // Brain Cogn. 1992. V. 20. № 1. P. 24.Thatcher R.W. Are rhythms of human cerebral development “travelling waves”? // Behav. Brain Sci. 1992b. V. 14. № 4. P. 575.Thatcher R.W. Are rhythms of human cerebral development “travelling waves”? // Behav. Brain Sci. 1992. V. 14. № 4. P. 575.Thatcher R.W., Biver C., McAlaster R., Salazar A. Biophysical linkage beetween MRI and EEG coherence in closed head injury // Neuroimage. 1998. V. 8. № 4. P. 307.Shepoval’nikov A.N., Tsitseroshin M.N., Pogosian A.A. [Principles of integration of bioelectric activity of spatially distributed areas of the neocortex into a whole dynamic system] // Fiziologiia Cheloveka. 1995. V. 21. № 5. P. 36.Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н., Погосян А.А. О некоторых принципах интеграции биоэлектрической активности пространственно-распределенных отделов неокортекса в целостную динамическую систему // Физиология человека. 1995. Т. 21. № 5. С. 36.Shepoval’nikov A.N., Tsitseroshin M.N. [Evolutionary aspects of development of the integrative activity in the human brain] // Ross. Fiziol. Zh. Im. I.M. Sechenova. 1999. V. 85. № 9–10. P. 1187.Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н. Эволюционные аспекты становления интегративной деятельности мозга человека // Рос. физиол. ж. им. И.М. Сеченова. 1999. Т. 85. № 9–10. С. 1187.Tsitseroshin M.N., Shepovalnikov A.N. [The formation of integrative brain function] / Ed. Bekhtereva N.P. St. Petersburg: Nauka, 2009. 249 p.Цицерошин М.Н., Шеповальников А.Н. Становление интегративной функции мозга / Под ред. акад. Бехтеревой Н.П. СПб.: Наука, 2009. 249 с.Ivonin A.A., Tsitseroshin M.N., Pogosyan A.A., Shuvaev V.T. Genetic detrermination of neurophysiological mechanisms of cortical-subcortical integration of bioelectrical brain activity // Neurosci. Behav. Physiol. 2004. V. 34. № 4. P. 369.Ивонин А.А., Цицерошин М.Н., Погосян А.А., Шуваев В.Т. Генетическая обусловленность нейрофизиологических механизмов корково-подкорковой интеграции биоэлектрической активности мозга // Рос. физиол. ж. им. И.М. Сеченова. 2002. Т. 88. № 10. С. 1330.Tsitseroshin M.N., Ivonin A.A., Pogosian A.A. et al. The role of the genotype in the development of neurophysiological mechanisms involved in the space integration of the neocortex bioelectric activity // Human Physiology. 2003. V. 29. № 4. P. 393.Цицерошин М.Н., Ивонин А.А., Погосян А.А. и др. Роль генотипа в становлении нейрофизиологических механизмов пространственной интеграции биоэлектрической активности неокортекса // Физиология человека. 2003. Т. 29. № 4. С. 5.Van Baal G.C., de Geus E.J., Boomsma D.I. Genetic influences on EEG coherence in 5-year-old twins // Behav. Genet. 1998. V. 28. № 1. Р. 9.Galton F. On men of science, their nature and their nurture // Proc. Royal Inst. 1874. V. 7. P. 227.Galton F. The history of twins, as a criterion of the relative powers of nature and nurture // Fraser’s Magazine. 1875. V. 12. P. 566.Galton F. Arithmetic notation of kinship (Letter) // Nature. 1883. V. 28. P. 435.Maryutina T.M. [Species and individual in human development]. Moscow, 2007. (Electronic resource: Ethology.ru).Марютина Т.М. Видовое и индивидуальное в развитии человека. М., 2007. (Электронный ресурс: Этология.ру).Ravich-Shcherbo I.V., Maryutina T.M., Grigorenko E.L. [Psychogenetics]. M.: Aspect-Press, 1999. 447 p.Равич-Щербо И.В., Марютина Т.М., Григоренко Е.Л. Психогенетика. М.: Аспект-Пресс, 1999. 447 c.Vogel F., Motulski A. [Human genetics]. M.: Mir, 1990. V. 3. P. 111.Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. М.: Мир, 1990. Т. 3. С. 111.Plomin R. Development, genetics, and psychology. Hillsdale, N.J.: L. Erlbaum Associates, 1986. 372 p.Plomin R., Daniels D. Why are children in the same family so different from one another? // Int. J. Epidemiol. 2011. V. 40. № 3. P. 563.Panasevich E.A. [Sexual features of the spatiotemporal organization of the interaction of brain biopotentials in adults and children. Cand. of biol. sci. diss. St. Petersburg, 2009. 202 p.Панасевич Е.А. Половые особенности пространственно-временной организации взаимодействия биопотенциалов мозга у взрослых и детей. Дис. … канд. биол. наук: 13.00.02. Санкт-Петербург, 2009. 202 с.Hackman D.A., Farah M.J. Socioeconomic status and the developing brain // Trends Cogn. Sci. 2009. V. 13. № 2. P. 65.Zavala C., Beam C.R., Finch B.K. et al. Attained SES as a moderator of adult cognitive performance: Testing gene–environment interaction in various cognitive domains // Dev. Psychol. 2018. V. 54. № 12. P. 2356.Zakharov I.M., Maljich S.B. [Studies of the structural characteristics of the brain in psychogenetics] // Ross. Fiziol. Zh. Im. I.M. Sechenova. 2020. V. 17. № 2. P. 17.Захаров И.М., Малых С.Б. Исследования структурных характеристик мозга в психогенетике // Рос. физиол. ж. им. И.М. Сеченова. 2020. Т. 17. № 2. P. 17.Hulshoff Pol H.E., Schnack H.G., Posthuma D. et al. Genetic contributions to human brain morphology and intelligence // J. Neurosci. 2006. V. 26. № 40. P. 10235.Joshi A.A., Leporé N., Joshi S.H. et al. The contribution of genes to cortical thickness and volume // NeuroReport. 2011. V. 22. № 3. P. 101.Lenroot R.K., Schmitt J.E., Ordaz S.J. et al. Differences in genetic and environmental influences on the human cerebral cortex associated with development during childhood and adolescence // Hum. Brain Mapp. 2009. V. 30. № 1. P. 163.Rimol L.M., Agartz I., Djurovic S. et al. Sex-dependent association of common variants of microcephaly genes with brain structure // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010. V. 107. № 1. P. 384.30 Yoon U., Fahim C., Perusse D., Evans A.C. Lateralized genetic and environmental influences on human brain morphology of 8-year-old twins // NeuroImage. 2010. V. 53. № 3. P. 1117.Yoon U., Fahim C., Perusse D., Evans A.C. Lateralized genetic and environmental influences on human brain morphology of 8-year-old twins // NeuroImage. 2010. V. 53. № 3. P. 1117.Cannon T.D., Thompson P.M., van Erp T.G.M. et al. Mapping heritability and molecular genetic associations with cortical features using probabilistic brain atlases: Methods and applications to schizophrenia // Neuroinformatics. 2006. V. 4. № 1. P. 5.Thompson P.M., Cannon T.D., Narr K.L. et al. Genetic influences on brain structure // Nat. Neurosci. 2001. V. 4. № 12. P. 1253.Peper J.S., Zwiers M.P., Boomsma D.I. et al. Human brain volume: What is in the genes? // Handbook of Behavior Genetics. New York: Springer, 2009. P. 137.Shena K.-K., Rosea S., Frippa J. et al. Investigating brain connectivity heritability in a twin study using diffusion imaging data // Neuroimage. 2014. V. 100. P. 628.Anokhin P.K. [Systemogenesis as a general regularity of the evolutionary process] // Bul. Exp. Biol. Med. 1948. V. 26. Pt. 2. P. 81.Анохин П.К. Системогенез как общая закономерность эволюционного процесса // Бюл. эксп. биол. и мед. 1948. Т. 26. Вып. 2. С. 81.Anokhin A.P. [Analysis of the variability of some indicators of bioelectric activity of the human brain / Systemogenesis and problems of brain genetics]. Moscow: Nauka, 1983. P. 181.Анохин А.П. Анализ изменчивости некоторых показателей биоэлектрической активности мозга человека / Системогенез и проблемы генетики мозга. М.: Наука, 1983. С. 181.Anokhin P.K. [Essays on the physiology of functional systems]. Moscow: Medicine. 1975. 448 p.Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М.: Медицина, 1975. 448 с.[Two sexes. Wherefore and why? The evolutionary theory of sex] / Ed. Geodakian S.V. Moscow, 2012. 250 p.Два пола. Зачем и почему? Эволюционная теория пола. Сост. и ред. С.В. Геодакян. М., 2012. 250 c.Rowe L., Houle D. The lek paradox, condition dependence and genetic variance in sexually selected traits // Proc. R. Soc. Lond. Ser. B: Biol. Sci. 1996. V. 263. № 1375. P. 1415.Lehre A.C., Laake P., Sexton J.A. Differences in birth weight by sex using adjusted quantile distance functions // Stat. Med. 2013. V. 32. № 17. P. 2962.Lehre A.C., Lehre K.P., Laake P., Danbolt N.C. Greater intrasex phenotype variability in males than in females is a fundamental aspect of the gender differences in humans // Dev. Psychobiol. 2009. V. 51. № 2. P. 198.Hart R. Children’s experience of Place: A Developmental Study. New York: Irvington Publishers, 1978. 518 р.Hedges L.V., Nowell A. Sex differences in mental test scores, variability, and numbers of high-scoring individuals // Science. 1995. V. 269. № 5220. P. 41.Deary I.J., Thorpe G., Wilson V. et al. Population sex differences in IQ at the age 11: The Scottish mental survey 1932 // Intelligence. 2003. V. 31. № 6. P. 533.Deary I.J., Irwing P., Der G., Bates T.C. Brother–sister differences in the g factor in intelligence: Analysis of full, opposite-sex siblings from the NLSY1979 // Intelligence. 2007. V. 35. № 5. P. 451.Malykh S.B., Egorova M.S., Meshkova T.A. [Psychogenetics]. St. Petersburg: Piter, 2008. 336 p.Малых С.Б., Егорова М.С. Мешкова Т.А. Психогенетика. СПб.: Питер, 2008. 336 c.Iacono W.G. Genome-wide scans of genetic variants for psychophysiological endophenotypes: Introduction to this special issue of Psychophysiology // Psychophysiology. 2014. V. 51. № 12. P. 1201.Ingalhalikar M., Smith A., Parker D. et al. Sex differences in the structural connectome of the human brain // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013. V. 111. № 2. P. 823.Shepoval’nikov A.N., Tsitseroshin M.N., Levinchenko N.V. [The “age-related minimization” of areas of the brain participating in the systems support of mental functions: the arguments pro and con] // Fiziologiia Cheloveka. 1991. V. 17. № 5. P. 28.Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н., Левинченко Н.В. "Возрастная минимизация" областей мозга, участвующих в системном обеспечении психических функций: аргументы за и против // Физиология человека. 1991. Т. 17. № 5. С. 28.