УДК 159.938:612.821
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРЕНИНГА ПРОИЗВОЛЬНОГО УВЕЛИЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭЭГ В ИНДИВИДУАЛЬНОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОМ АЛЬФА-ДИАПАЗОНЕ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОГНИТИВНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
© 2012 г. М. В. Алексеева1, Н. В. Балиоз2, К. Б. Муравлева1, Е. В. Сапина1, О. М. Базанова1
1НИУ Институт молекулярной биологии и биофизики СО РАМН 2 НИУ Институт физиологии СО РАМН, Новосибирск Поступила в редакцию 27.04.2011 г.
С целью изучения влияния одновременного а-ЭЭГ стимулирующего и электромиографического (ЭМГ) понижающего биоуправления на показатели а-активности и когнитивной деятельности, были исследованы показатели беглости, точности и креативности при выполнении когнитивных заданий, а также характеристики а-активности ЭЭГ у 27 здоровых мужчин в возрасте 18—34 лет до, во время и после 10 сессий тренинга произвольного увеличения а-мощности в индивидуальном высокочастотном а-диапазоне при закрытых глазах. Для выделения эффекта обратной связи в тренинге увеличения а-мощности, сравнивались данные испытуемых двух групп: экспериментальной (14 человек) с истинным и контрольной (13 человек) — с ложным биоуправлением. Через месяц после окончания тренинга проводилось повторное тестирование для определения стабильности эффектов. Результаты показали, что тренинг увеличения а-мощности с помощью биоуправления увеличивает частоту, ширину и мощность в индивидуальном а-диапазоне в состоянии покоя, и улучшает выполнение когнитивных задач только у лиц с исходно низкой а-частотой. В то же время тренинг увеличения а-мощности с помощью техник саморегуляции без сигнала обратной связи менее эффективно, чем биоуправление, но тоже способствует увеличению а-мощности только у лиц с исходно высокой а-частотой, и это увеличение не сопровождается улучшением выполнения когнитивных задач. Тренинг а-мощности с помощью биоуправления элиминирует реакцию снижения а-амплитуды при когнитивной нагрузке после курса биоуправления и этот эффект сохраняется через месяц. Можно заключить, что а-ЭЭГ-ЭМГ-биоуправление может быть использовано для улучшения когнитивных процессов у здоровых лиц, а также с проностической целью в клинической практике и технологии мозг-компьютер-интерфейс.
Ключевые слова: альфа-активность ЭЭГ, когнитивные функции, биоуправление, ложное биоуправление, эффективность тренинга.
Нейробиоуправление или ЭЭГ биоуправление — технология, которая позволяет приобрести навыки произвольной модификации частоты и/или амплитуды волн ЭЭГ. Цель нейробиоуправления — научить индивидуума ощущать и воспроизводить специфическую активность мозга. Поэтому ЭЭГ биоуправление представляет уникально полезный инструмент для установления соответствия между определенным состоянием мозговой активности и когнитивной деятельностью. Так, было установлено четкое соответствие между мощностью а-волн ЭЭГ в высокочастотном диапазоне (10—12 Гц) и эффективностью решения задач, требующих внутреннего контроля обработки информации, таких, как "mental rotation performance" [1—3] или музыкально-исполнительское движение [4]. На основании этих исследований было разработано а-стимулирующее биоуправление для улучшения психических функций и проде-
монстрирована ключевая роль а-активности в процессах контроля когнитивной деятельности [3, 5-9].
Однако по мере накопления данных о влиянии а-стимулирующего биоуправления на функции сознания, появился ряд методологических ограничений его использования. Так, заключение, сделанное об эффективности ЭЭГ биоуправления, не может считаться валидным, если оно не опирается на сравнение данных, полученных в результате тренинга с помощью процедуры биоуправления, с теми, которые получены при использовании только рекомендаций инструктора, таких же, как и при биоуправлении, но без обратной связи [10, 11]. Например, во многих исследованиях [7-9, 12] данные, полученные в результате биоуправления, сравниваются с данными контрольной группы, испытуемые которой не только не имели биологической обратной связи, но и ин-
51
4*
струкций по другим техникам саморегуляции, которые включены в сеансы биоуправления. Поэтому для выявления результатов воздействия биоуправления необходима адекватная контрольная группа, в которой предполагается использовать те же инструкции, рекомендации, методы воздействия, одинаковое время контакта испытуемого с инструктором, что и в экспериментальной, за исключением обратной связи. Такой "идеальный контроль" принято называть "ложным биоуправлением" [11, 13]. Поскольку до сих пор не было использовано такого адекватного метода идентификации эффекта биоуправления, не ясна исключительная роль обратной связи в тренинге увеличения а-активности, то есть не ясно — является ли это увеличение, и улучшение выполнения когнитивных заданий, результатом выполнения инструкций по технике саморегуляции или наличия обратной связи [10].
Другим методическим ограничением проведения ЭЭГ биоуправления является "зашумленность" миографическими артефактами ЭЭГ, избавление от которых существующими методами неудовлетворительно [14]. Между тем одновременная регистрация ЭЭГ и электромиограммы (ЭМГ) на скальпе и коже предплечья обнаружила когерентность этих сигналов, достигающих наибольших значений в диапазонах ниже 10 и выше 13 Гц [15, 16]. Это значит, что увеличение, амплитуды в этих диапазонах может означать увеличение как мозговой, так и мышечной активности [15]. Кроме того, ранее Паашер и Хлем-Хилкема показали, что психоэмоциональное напряжение, вызванное решением когнитивных заданий, увеличивало амплитуду ЭМГ мышц лба [17]. Более того, релаксирующий тренинг биоуправления, снижающий мышечное напряжение, параллельно увеличивает амплитуду а-волн ЭЭГ [18—20]. Таким образом, задача увеличения а-ЭЭГ-ам-плитуды с помощью биоуправления должна решаться одновременно с контролем снижения ЭМГ-амплитуды [2, 21].
В дополнение к вышесказанному важно отметить, что ни одно из вышеперечисленных исследований влияния а-стимулирующего биоуправления на когнитивную деятельность не изучало так называемый "отставленный" эффект тренинга — то есть сохранение изменений, вызванных биоуправлением, через некоторое время (например, через месяц). Изучение этого эффекта могло бы прояснить вопрос, насколько устойчивы изменения в когнитивной деятельности и показателях а-активности, вызванные тренингом биоуправления [22].
Таким образом, целью настоящего исследования было изучить влияние одновременного а-стимулирующего и ЭМГ-понижающего биоуправления на показатели а-активности и когни-
тивной деятельности у здоровых лиц, что определило следующие задачи:
1) исследование эффектов тренинга увеличения а-мощности с помощью биоуправления на показатели а-активности мозга и характеристики когнитивной деятельности;
2) сравнение эффектов тренинга увеличения а-мощности с помощью биоуправления и с помощью использования обычных техник саморегуляции;
3) изучение отставленного эффекта биоуправления на кортикальную активность в состоянии покоя и во время когнитивной нагрузки.
Данные настоящего исследования помогут развить теоретические представления о механизмах зависимости эффективности когнитивной деятельности от а-активности мозга. С прикладной точки зрения, это исследование даст обоснование использования ЭЭГ биоуправления для улучшения когнитивных процессов у здоровых лиц, и разработает индивидуальные подходы к нейробиоуправлению, которые могут быть использованы как в клинической практике для терапии и реабилитации психосоматических синдромов, так и в технологии мозг-компьютер—интерфейс.
МЕТОДИКА
В исследовании приняли участие на добровольной оплачиваемой основе 27 здоровых мужчин в возрасте от 18 до 32 лет. Из них 14 составили группу, которая обучалась увеличивать а-мощ-ность с помощью биоуправления, а 13 вошли в контрольную группу, которая также обучалась увеличивать а-мощность, но только с помощью инструкций или так называемого "ложного биоуправления" (разъяснение приводится ниже). Группы были сбалансированы по возрасту (в экспериментальной группе М£ = 19.5, = 0.4, и в контрольной — М£ = 19.8, £Б = 0.6) и виду профессиональной деятельности (студенты университета, программисты и сотрудники охраны). Для исключения случаев психиатрической патологии, использования лекарств и наличия эпилепсии в семейном анамнезе все испытуемые заполняли специально разработанные анкеты [22]. Кроме того, испытуемые подписывали информационное письмо — согласие на участие в исследовании. По окончании эксперимента те, кто прошли все 11 сессий, получили денежное вознаграждение. План и процедура эксперимента были утверждены этическим комитетом при ученом совете Института молекулярной биологии и биофизики СО РАМН.
Сначала для всех испытуемых проводилось психометрическое и электрофизиологическое тестирование и одна пробная сессия биоуправле-
ния. Эта сессия была необходима, во-первых, для того, чтобы ознакомить всех испытуемых со способами повышения а-активности и, во-вторых, для определения коэффициента обучаемости.
Затем испытуемые экспериментальной группы проходили курс 8 сессий биоуправления, а испытуемые контрольной группы — 8 сессий ложного биоуправления. Затем опять проходило психометрическое и электрофизиологическое тестирование и тестовая сессия биоуправления. Через месяц такое тестирование повторялось, чтобы изучить отставленный эффект биоуправления. Схема эксперимента предполагала анализ влияния на показатели когнитивных функций и а-активности факторов ВРЕМЕНИ (3 уровня: до, после и через месяц после тренингов) и БИОУПРАВЛЕНИЯ (2 уровня: истинное vs. ложное) и их взаимодействия (рис. 1).
Измерения. До, после и через месяц после окончания курса тренингов измерялись психометрические характеристики тех видов когнитивной деятельности, которые, согласно литературным данным, чувствительны к изменению уровня а-активности. Сюда вошли тесты на выполнение мысленной ротации стереометрических фигур (Mentalrotation task: [6]), на семантическую оперативную память (conceptual span task [23, 24]), на креативность [25, 26], тест самоконтроля "локус контроль" как тест когнитивного стиля саморегуляции, проявляющийся в сфере обучения [27— 29
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.