ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2013, том 63, № 6, с. 677-686
ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (ПСИХИЧЕСКОЙ) ^^^^ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.821.6
КАРТИРОВАНИЕ МОЗГА ПРИ ВЕРБАЛЬНОМ И ПРОСТРАНСТВЕННОМ МЫШЛЕНИИ
© 2013 г. А. М. Иваницкий1, Г. В. Портнова1, О. В. Мартынова1, Л. А. Майорова1, 2, О. Н. Федина2, А. Г. Петрушевский2
1Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, 2Центр патологии речи и нейрореабилитации, Москва, e-mail: alivanit@aha.ru Поступила в редакцию 15.04.2013 г.
Принята в печать 20.05.2013 г.
Целью работы было описать топографию активных корковых зон и подкорковых образований при вербальном и пространственном мышлении, используя метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В исследовании приняли участие 18 праворуких испытуемых. Предъявлялись четыре типа заданий: два основных — вербальное (анаграммы) и пространственное (поиск фигуры, дополняющей квадрат), а также два типа контрольных задач (слова и пространственная задача, где все фигуры идентичны). При решении вербальных заданий наблюдался больший объем активации левого полушария с вовлечением зоны Брока, при решении пространственных задач была активирована средняя лобная извилина справа. В затылочной области при решении пространственных задач более выражена была активация зрительного поля 18, а при решении анаграмм — активация поля 19, связанного с более высоким уровнем обработки зрительной информации. Мозжечок активировался в обоих заданиях в большей степени при решении пространственной задачи. Полученные данные фМРТ свидетельствуют о том, что вербальный и пространственный типы мышления обеспечиваются активностью узко специфичного набора структур мозга, в то время как более ранние электрофизиологические исследования указывают на распределенный характер процессов мозга при мышлении. Объединяя эти два подхода, можно прийти к заключению, что когнитивные функции обеспечиваются мозговыми процессами системного характера с выделением некоторых ключевых структур.
Ключевые слова: картирование мозга, фМРТ, вербальное и пространственное мышление, анаграммы, мысленное вращение.
Brain Mapping in Verbal and Spatial Thinking
A. M. Ivanitsky, G. V. Portnova, O. V. Martynova, L. A. Mayorova, O. N. Fedina, A. G. Petrushevsky
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences Center of Speech Pathology and Neurorehabilitation, Moscow, e-mail: alivanit@aha.ru
The goal of this study was to describe the topography of the active cortical areas and subcortical structures in verbal and spatial thinking. The method of functional magnetic resonance imaging (fMRI) was used. 18 right-handed subjects participated in the study. Four types of tasks were presented: two experimental tasks — verbal (anagram) and spatial (search for a piece to complement a square), and two types of control tasks (written words and a spatial task, where all the pieces are identical). In solving verbal tasks the greater volume of activation was observed in the left hemisphere involving Broca's area, while the right middle frontal gyrus was activated in solving the spatial tasks. For occipital region an activation of the visual field 18 was more explicitin solving spatial problems, while the solution of anagrams caused an activation of the field 19 associated with higher levels of visual processing. The cerebellum was active bilaterally in both tasks with predominance in the second. The obtained fMRI data indicate that the verbal and spatial types of thinking are provided by an activation of narrow specific sets of brain structures, while the previous electrophysiological studies indicate the distributed nature of the brain processes in
thinking. Combining these two approaches, it can be concluded that cognitive functions are supported by the systemic brain processes with a distinct location of the particular salient structures.
Keywords: brain mapping, fMRI, verbal and spatial thinking, anagram, mental rotation. DOI: 10.7868/S0044467713060075
По мнению английского философа Д.Чал-мерса [10], проблема "психика и мозг" включает две подпроблемы, которые можно условно обозначить как трудная и простая. Первая — понять, как субъективные переживания возникают из движения нервных импульсов, вторая (на самом деле также очень сложная) — описать конкретные мозговые механизмы определенных психических функций. В качестве возможного ответа на "трудную" подпро-блему предложено несколько теорий сознания (см. [2]). Мощным импульсом в решении "простой" задачи стало создание методов изображения живого мозга, таких как пози-тронно-эмиссионная томография, функциональная магнитно-резонансная томография и многоканальная запись электрической активности мозга. Настоящее исследование ставило своей целью сравнить топографию активных корковых полей и подкорковых образований при двух базовых типах мышления: вербальном и пространственном.
Данному вопросу посвящена достаточно большая литература. Однако большинство исследований, согласно парадигме когнитивной психологии, разделяющей психический акт на ряд последовательных действий, описывает, как правило, корковую топографию отдельных умственных операций. В настоящем исследовании мы ставили своей задачей проследить весь ход мыслительного процесса от понимания условий задания до принятия решения. Мы хотели также минимизировать различия во второстепенных умственных операциях, необходимых для поиска ответа, оставив только их суть: оперирование вербальными или геометрическими знаками. В соответствии с этим было выбрано два типа заданий: решение анаграмм и поиск фигуры, образующей с основной фигурой квадрат. Эти задачи, в известной мере, сходны, потому что в обоих случаях для нахождения решения необходимо перемещать в уме элементы изображения — буквы или фигуры, но в первом случае эти элементы образовывали слово с его понятным смыслом, а во втором — знакомый геометрический образ в виде квадрата. Работа проведена с использованием метода
функциональной магнитно-резонансной томографии, имеющего высокое пространственное разрешение. Это давало возможность точно идентифицировать топографию активированных мозговых структур, в том числе отдельных корковых полей по Бродману.
МЕТОДИКА
Работа проводилась на базе Центра патологии речи и нейрореабилитации (ГУЗ ЦПРиН). В исследовании приняли участие 18 правору-ких испытуемых (11 мужчин), средний возраст составил 30.7 (±7.3) года. Все участвующие в эксперименте испытуемые были русскоговорящими, не имели отклонений со стороны зрения и слуха, а также заболеваний психической сферы. Испытуемые получали подробные инструкции по решению задач и подписали информированное согласие об участии в эксперименте, одобренное этическим комитетом ИВНД и НФ РАН и ЦПРиН.
Парадигма эксперимента и стимулы
Парадигма исследования, как уже говорилось, состояла из предъявления задач двух типов: вербальных и пространственных. В качестве вербальной задачи было использовано решение анаграмм, т.е.нахождение слова из показанных в случайной последовательности букв (рис. 1). Пространственная задача заключалась в нахождении одной фигуры из трех показанных, которая после перемещения и мысленного вращения могла бы образовать квадрат с показанной вверху опорной фигурой. Для каждого основного задания была подобрана контрольная задача. Для анаграмм контролем было предъявление слова, а для пространственной задачи — предъявление четырех одинаковых фигур, расположенных так же, как и в основной задаче. Контрольные задачи давали возможность путем вычитания контрольных карт из карт, полученных при решении основных задач, выявить области коры, которые дополнительно активировались при выполнении мысленных действий вербальной или пространственной
ОККАШ f
Анаграмма В
Фигуры Г
С?
ЦИФРА ^ ъ
Слово
Контроль
Рис. 1. Пример предъявляемых испытуемым основных задач (A — анаграммы, Б — фигуры) и контрольных задач (В — слово, Г — все фигуры одинаковые).
Fig. 1. The examples of the tasks used in the study (A — anagram, Б — figures) and the control tasks (В — written word, Г — all figures are the same).
модальности, т.е. действий, необходимых собственно для нахождения решения и не связанных, например, с рассматриванием изображений.
Предъявление задач разных групп происходило в случайном порядке на МРТ-совме-стимом мониторе Invivo (USA). Предъявляемые на экране стимулы выравнивались как по интенсивности, так и по яркости для всех типов заданий. После фиксирующего креста длительностью 1 с на экране предъявлялась задача определенного типа в течение 14 с, далее эта последовательность (крест + задача) повторялась для нового типа заданий. Каждый тип заданий предъявлялся 29 раз, при этом задачи не повторялись. Слова для анаграмм и контрольных слов различались, но были подобраны по частоте встречаемости, длительности и относились к группе конкретных слов. Слова были отобраны из частотного словаря русского языка [5], каждое слово состояло из пяти букв. Все анаграммы были нормированы по количеству перемещений букв, которые необходимо сделать для того, чтобы решить задачу. Количество таких действий было от 3 до 4 (в среднем 3.4). Задачи были адаптированы из исследований
классификации типа мыслительных операций по ритмам ЭЭГ [1, 4], при этом использовали только те пространственные и вербальные задания, время решения которых статистически не отличалось в проводимых ранее экспериментах с регистрацией ЭЭГ. После участия в эксперименте испытуемым предлагалось высказать мнение о корректности решения задач, проценте правильно решенных задач и о том, насколько сложным было нахождение решения. Испытуемым также предлагалось описать сам процесс решения задачи с учетом наводящих вопросов, а именно, имела ли место перестановка букв, вращение фигур или решение приходило внезапно. Испытуемые также могли самостоятельно описать процесс решения. По результатам опроса было установлено, что задачи пространственного типа успешно решалось всеми испытуемыми. При решении анаграмм большинство заданий также решалось успешно. 15 из 18 испытуемых
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.