ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2010 том 60, № 5, с. 534-542
ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (ПСИХИЧЕСКОЙ) ^^^^ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.822.3 + 612.821
ЭЭГ ПРИ РЕШЕНИИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
© 2010 г. Р. А. Павлыгина, В. И. Давыдов, Д. С. Сахаров, М. В. Тутушкина, А. А. Прямоносова
Учреждение Российской академии наук Институт высшей нервной деятельности
и нейрофизиологии РАН, Москва, e-mail: sakharovdm@yandex.ru Поступила в редакцию 01.07.2009 г. Принята в печать 26.10.2009 г.
Разработана модель создания доминантного состояния в ЦНС, возникающего при решении специально составленных математических логических задач. Доминантное состояние сопровождалось повышением значений когерентности в дельта-диапазоне. В низкочастотных диапазонах (дельта, тета, альфа) наблюдалось повышение сочетанности потенциалов фронтальной коры. В высокочастотных диапазонах (бета1, бета2, гамма) в лобных областях коры когерентность снижалась, а повышение ее отмечалась в центральной, париетальной, височной и окципитальной областях с преобладанием в левом полушарии. Значительные изменения количества связей в сторону повышения происходили в значениях диагональной когерентности. Анализ спектральной мощности ЭЭГ показал, что при решении задач возникает генерализованное по коре повышение ее значений в дельта-диапазоне. Тета-активность повышалась во фронтальной коре, а гамма — в затылочных областях. Мощность спектра в альфа-диапазоне преимущественно снижалась.
Ключевые слова: математические логические задачи, спектральная мощность, когерентность ЭЭГ.
An EEG during Decision of Mathematical Logical Tasks
R. A. Pavlygina, V. I. Davydov, D. S. Sakharov, M. V. Tutushkina, A. A. Pryamonosova
Russian Academy of Science Establishment, Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology,
Russian Academy of Sciences, Moscow, e-mail: sakharovdm@yandex.ru
The model of mathematical logic tasks was developed at which decision there was a value coherence in delta-range raised. In low-frequency ranges (delta, theta, and alpha) a coherence of potentials of frontal cortex were increased. In high-frequency ranges (betal, beta2, gamma) in frontal cortex coherence was decreased, and its increasing in central, parietal, temporal, and occipital areas with prevalence in the left hemisphere. Most changes of quantity of positive connections observed in value diagonal coherence. Analysis of spectral power EEG has shown, that at the decision of tasks there is a generalised raising on a cortex in delta-range. Theta-activity increased in a frontal cortex, and gamma band was raised in occipital areas. A spectral power in an alpha range mainly decreased.
Key words: mathematical logic tasks, spectral power, coherence EEG.
А.А. Ухтомский рассматривал доминанту как один из основных принципов межцентрального взаимодействия [12]. Формирование в ЦНС стабильного очага возбуждения приводит к такой перестройке межцентральных отношений, при которой доминирующий в данный момент очаг начинает усиливаться при активировании других структур, не имеющих прямого отношения к данной
деятельности. Закономерности доминанты, непосредственно связанные с проблемой детерминации поведения и профессиональной деятельности человека, представляют интерес для нейрофизиологов, психологов, педагогов. В поисках экспериментальных подходов к изучению этого сложного феномена ранее нами были проведены исследования доминанты у человека с привлечением наибо-
лее простых моделей: двигательной и доминанты голода [4, 7].
На определенном этапе исследования возник вопрос об использовании механизма доминанты для повышения результативности деятельности человека в процессе слежения за значимыми для него сигналами. Распознавание образов является неотъемлемой частью любой операторской деятельности. Была проведена серия работ [6, 8], в которой для создания стационарного очага возбуждения в ЦНС применялась модель распознавания за-шумленных зрительных образов (арабских цифр). Для усиления наличного доминантного состояния была применена музыка, которую можно рассматривать как стимул, имеющий адекватное воздействие на мозг, так как она по своей структуре, так же как и электрическая активность мозга, нестационарна и полиморфна. Использование музыки в исследовании доминанты у человека оправдано еще и тем, что музыка присутствует в повседневной жизни и может применяться для повышения эффективности многих видов профессиональной деятельности. Как показали результаты исследования "распознавательной доминанты", музыка определенной мощности повышала результативность распознавания: увеличивался процент правильного распознавания и уменьшалось время принятия решения.
Следующим этапом исследования проявления доминанты в когнитивной деятельности мозга человека была разработка новой модели создания доминантного состояния в ЦНС, а именно, возникающего при длительном решении математических логических задач. В литературе имеется много работ с использованием арифметического счета как теста функционального состояния мозга в норме и при патологии, но мы не встречали работ, ставящих целью исследование повышения эффективности решения математических задач благодаря использованию принципа доминанты. Без сомнения, такого плана работа интересна не только для школьников и студентов, но и для людей, имеющих дело с математическим аппаратом в профессиональной деятельности.
Как показали наши исследования, эффективность решения математических задач повышается при сопровождении работы музыкой определенной мощности. Настоящая работа посвящена изложению результатов, полученных на первом этапе изучения доми-
нанты — пространственно-временной организации ЭЭГ при формировании стационарного очага возбуждения в ЦНС во время решения математических логических задач в сенсорно обедненной среде.
МЕТОДИКА
В эксперименте участвовали 10 правшей разного пола (5 мужчин, 5 женщин), не являющихся профессиональными музыкантами. Средний возраст испытуемых составлял 30 лет, у всех на ЭЭГ присутствовал альфа-ритм. Было проведено 60 экспериментов, 40 из них — с регистрацией ЭЭГ.
Во время эксперимента испытуемый находился в кресле с открытыми глазами на расстоянии 50 см от экрана монитора. Методика предъявления математических логических задач (МЛЗ) и оценки качества решения была разработана В.И. Давыдовым. Процедура решения МЛЗ заключалась в том, что на экране монитора испытуемому предъявлялась таблица, состоящая из 9 равных ячеек (3 по горизонтали и 3 по вертикали), в которых были расположены числа. Последовательности чисел представляли ряды, содержащие одну из трех МЛЗ. Среди задач могла быть последовательность, где третий элемент — сумма первого и второго (а1, а2, а3 = а1 + а2), арифметическая прогрессия (а1, а2 = а1 + ё, а3 = а2 + ё) или геометрическая прогрессия (Ь1, Ь2 = Ь^, Ь3 = = Ь2д). Эти ряды могли располагаться как по вертикали, так и по горизонтали таблицы. Две из трех последовательностей были законченными, а третья содержала пропущенный элемент, обозначавшийся знаком "?". Испытуемому надо было логически определить, вертикально или горизонтально расположены ряды чисел, далее — тип задачи, после чего нужно было определить числовое значение недостающего элемента. Под таблицей в ячейках в порядке возрастания был расположен ряд из шести чисел, одно их которых являлось правильным ответом. Клавиши, соответствующие первым трем числам в ряду, нажимались тремя пальцами левой руки, остальные — тремя правой руки. Каждый палец постоянно находился над соответствующей клавишей клавиатуры. Использование двух рук в ходе решения задач было необходимо для того, чтобы избежать навязанной асимметрии на ЭЭГ испытуемого и для минимизации артефактов, связанных с движением глаз и рук. Для решения одной МЛЗ да-
2 3 5
10 9 10
50 ? • 20
12 18 21 27 30 60
Рис. 1. Пример математической логической задачи, решаемой по вертикали, определяемой как геометрическая прогрессия. Недостающий элемент в последовательности — 27 (четвертый вариант ответа из нижней строки).
Fig. 1. An example of mathematical logical task vertical decisived, defined as geometrical progression. Absented element in the succession is 27 (response number four on the lower line).
валось не более 50 с. Испытуемый должен был решить по 12 задач каждого типа, всего за эксперимент соответственно 36 таблиц, следующих в квазислучайном порядке. В качестве примера представляем одну из возможных задач (рис. 1).
В конце эксперимента результаты работы предъявлялись в виде таблицы, содержащей количество правильных ответов и среднее время решения по каждому типу МЛЗ, количество неправильно решенных задач.
Эксперимент проходил в два этапа. На подготовительном этапе, в течение двух-трех экспериментов, испытуемый знакомился с типами задач, обучался двигательным навыкам при их решении. Проводился анализ результативности работы. При этом ЭЭГ не регистрировали.
На основном этапе эксперимента первые 5 мин регистрировали фоновую ЭЭГ в сенсорно обедненной среде. Далее испытуемый с перерывом 1—2 мин решал 2 серии МЛЗ по 36 в каждой. Перерыв между опытами составлял 7 дней.
ЭЭГ регистрировали в 16 отведениях, расположенных по стандартной системе 10— 20%; референтным служил объединенный ушной электрод. Регистрацию, удаление артефактов и обработку ЭЭГ проводили с ис-
пользованием программы Brainwin (Bransis Neuro KM-640). Анализировали средние значения спектральной мощности (СМ) и когерентности (Ког) электрической активности (ЭА) мозга с использованием процедуры быстрого преобразования Фурье в стандартных физиологических диапазонах частот: дельта — 0.5—4 Гц; тета — 4—8 Гц; альфа — 8—13 Гц; бета1 — 13—20 Гц; бета2 — 20—30 Гц; гамма — 30—45 Гц. Эпоха анализа составляла 4 с, частота опроса — 200 Гц. Учитывали только достоверные изменения Ког ЭЭГ (p < 0.05), которые оценивали для каждого испытуемого и для всей группы по критерию Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
При решении МЛЗ происходят перестройки пространственно-временной организации ЭЭГ по сравнению с фоном. На рис. 2 приводятся результаты изменений внутриполу
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.