научная статья по теме МЕХАНИЗМЫ ОРИЕНТАЦИОННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА. СООБЩЕНИЕ II. КОРКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ РАННИХ ЭТАПОВ ПЕРЕРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОРИЕНТАЦИИ ЛИНИЙ Биология

Текст научной статьи на тему «МЕХАНИЗМЫ ОРИЕНТАЦИОННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА. СООБЩЕНИЕ II. КОРКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ РАННИХ ЭТАПОВ ПЕРЕРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОРИЕНТАЦИИ ЛИНИЙ»

ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2015, том 41, № 3, с. 5-18

УДК 612.821+612.014.423+843.7

МЕХАНИЗМЫ ОРИЕНТАЦИОННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА. СООБЩЕНИЕ II. КОРКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ РАННИХ ЭТАПОВ ПЕРЕРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОРИЕНТАЦИИ ЛИНИЙ

© 2015 г. Е. С. Михайлова, Н. Ю. Герасименко, М. А. Крылова, И. В. Изъюров, А. В. Славуцкая

Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва E-mail: esmikhailova@mail.ru Поступила в редакцию 08.10.2014 г.

У 41 здорового испытуемого (20 мужчин, 21 женщина) регистрировали ЭЭГ высокой плотности в задаче идентификации базовых (горизонталь, вертикаль) и наклонных (45 град, 135 град) ориента-ций. Анализ адаптивного (усреднение по 4 мс) максимума/минимума амплитуды компонентов P1 и N1 вызванных потенциалов в симметричных затылочных, теменных и нижневисочных отведениях и моделирование распределенных дипольных источников обнаружили в интервале 80—150 мс зависимость корковых ответов от ориентации линий: амплитуда P1 и N1 на наклонные ориентации выше, чем на базовые. Выявлены временные и регионарные особенности корковых ответов: более ранний ориентационно-селективный ответ (латентность пика 90 мс) регистрируется в теменных областях, более поздний (латентность пика 140 мс) — в затылочных. Организация ранних стадий детектирования ориентаций зависела от пола: у мужчин выше амплитуда компонентов, шире область локализации их дипольных источников, помимо затылочной и теменной коры вовлечены нижневисочные области. Полученные данные рассматриваются в свете представлений об эффективном нервном кодировании и особенностях обработки пространственной информации в зрительной системе мужчин и женщин.

Ключевые слова: человек, зрение, ориентационная чувствительность, анизотропия, зрительные вызванные потенциалы, половые различия.

DOI: 10.7868/S013116461503011X

Ориентация линейного отрезка внешнего контура изображения или контура его значимых фрагментов считается признаком первого порядка, на котором базируются операции раннего анализа формы зрительного объекта — сегментация, выделение и кодирование элементарных признаков. Детектирование ориентации является первой принципиальной операцией по анализу формы изображения и происходит на уровне первичных зрительных областей коры. Ее нейрофизиологические механизмы детально исследованы в экспериментах на животных, открыты специализированные нейроны-детекторы ориентаций, изучены их функциональные характеристики, особенности корковой топографии [1—5]. Несмотря на важность функции ориентационной чувствительности для зрительного поведения человека, сведения о ее мозговой организации недостаточны. Важной вехой было открытие в 1966 году Кемпбеллом с соавт. [6] эффекта промежуточных ориентаций, или "oblique" эффекта, кото-

рый проявлялся в лучшей контрастной чувствительности при ориентации тестовых стимулов вдоль кардинальных осей. В последующем, преимущество кардинальных ориентаций было показано для широкого круга зрительных задач [7] и в литературе традиционно обозначалось термином анизотропия. Распространенность и устойчивость поведенческого "oblique" эффекта привела к тому, что во многих работах исследователи стремились установить прямое соответствие между характеристиками корковых реакций на базовые и наклонные ориентации и разницей поведенческих ответов. Подобные соотношения описаны во многих работах с применением техники функциональной магнитно-резонансной томографии — фМРТ [8—12]. Так, например, в работе [8] выявлен классический "oblique" эффект в виде более мощного метаболического (BOLD) ответа в области V1 на базовые ориентации по сравнению с наклонными, который сочетался с лучшим выделением горизонталей и вертикалей по сравнению с

наклонными ориентациями и более низкими порогами контрастной чувствительности для стимулов, ориентированных вдоль кардинальных осей. Некоторые авторы указывают на большую площадь зоны активации на кардинальные оси по сравнению с наклонными, считая это превышение субстратом "oblique" эффекта [13], хотя при этом они не находят значимых различий между ориентациями по величине BOLD сигнала. Другие исследователи, напротив, приводят данные о более высоком BOLD ответе на наклонные ориентации [12].

Сведения об отражении ориентационных характеристик стимула в вызванной активности мозга человека ограничены. Кроме того, во многих исследованиях задача идентификации ориентации линий сочеталась с другой когнитивной нагрузкой. Так, например, в работе [14] при придании дополнительной значимости стимулу (модель "odd-ball") показано более точное обнаружение базовой ориентации (вертикаль) по сравнению с наклонными, что сопровождалось более высокой амплитудой компонента Р300 на вертикаль в вызванных потенциалах (ВП) нижневисочных областей. В работе [15] выявлено, что амплитуда волны рассогласования (mismatch negativity) выше при смене одной базовой ориентации линии на другую по сравнению со сменой двух наклонных ориентаций линий. Это превышение наблюдали даже в том случае, если испытуемый в это время выполнял другую зрительную задачу, то есть смена ориентации линий находилась вне фокуса внимания. В исследовании [16] обнаружено, что преимущество базовых ориентаций не зависит от свойства "реальности" стимула и имеет сходные электроэнцефалографические характеристики при идентификации ориентации отрезков реальных и виртуальных линий. В работах [16, 17] показано, что различия в механизмах идентификации базовых и наклонных ориентаций проявляются в неодинаковом влиянии тренировки, которая эффективна только для наклонных линий и сопровождается изменением амплитуды ВП затылочных, теменных и центральных областей коры. Подчеркнем, что связанные с ориентацией изменения вызванной активности в упомянутых выше работах показаны для относительно поздних (после 200 мс) этапов переработки информации. Сведения о проявлениях анизотропии ответов на ранних стадиях анализа ориента-ций приведены только в одной работе [18].

В нашем предыдущем первом сообщении мы представили данные о поведенческих характеристиках определения ориентации отрезков линий [19]. Показано, что, независимо от характера задания, базовые ориентации определяются точнее и быстрее по сравнению с промежуточными, а ошибочные оценки наклонных линий "смещаются" в сторону базовых ориентаций. Все это указы-

вает на существование у человека устойчивой системы кардинальных пространственных осей. Были выявлены значимые половые различия: женщины совершали больше ошибок при определении промежуточных ориентаций, хуже выполняли задания, которые требовали точной оценки наклона, что указывает на более слабые метрические способности.

В настоящем сообщении мы представляем результаты анализа зрительных вызванных потенциалов, зарегистрированных при выполнении испытуемыми задачи по идентификации четырех ориентаций линий: горизонтальной, вертикальной и двух наклонных — 45 и 135 град. Поведенческие характеристики ее выполнения этими же испытуемыми изложены в сообщении I [19].

Цель настоящей работы — по критерию вызванной активности провести анализ ранних этапов переработки информации об ориентации линий и сравнить их характеристики в группах мужчин и женщин. До сих пор вопросу гендерной специфики ориентационной чувствительности уделяли недостаточно внимания, хотя данные поведенческих и психофизических исследований напрямую указывают на возможность связанных с полом различий в выделении и кодировании базовых характеристик зрительного пространства.

МЕТОДИКА

В исследовании принял участие 41 испытуемый (21 женщина и 20 мужчин) c нормальным зрением. Средний возраст мужчин — 23.3 ± ± 0.9 лет, женщин — 22.2 ± 0.8 лет. Шесть испытуемых (2 женщины и 4 мужчины) были исключены из анализа вызванных потенциалов в связи с большим количеством артефактов записи. Таким образом, в окончательный анализ были включены данные 35 человек (19 женщин и 16 мужчин). Во всех случаях было получено согласие испытуемых (студентов биологического и физического факультетов МГУ, аспирантов и сотрудников ИВНД и НФ РАН) на проведение исследования, согласно протоколу, утвержденному этической комиссией ИВНД и НФ РАН. Исследования проводили c 9 до 15 ч. Участие в эксперименте оплачивалось.

Стимулы представляли собой контрастные решетки с наклоном линий 0 (горизонталь), 90 (вертикаль), 45 и 135 град от вертикали. Размер стимула на экране — 11 см, что при расстоянии 120 см от экрана до глаз испытуемого составляло 5.5 угловых градусов.

Во время исследования испытуемый сидел в удобном кресле в затемненной и звукозаглушен-ной комнате на расстоянии 120 см от экрана монитора Dell E1911c (диагональ 17 дюймов). Освещенность на уровне глаз испытуемого — 3 лк. Го-

ризонтальные и вертикальные края корпуса монитора и экрана были закрыты экраном с закругленными краями и круглой апертурой. Стимулы предъявляли в центр экрана монитора с помощью программы E-Prime 2.0 (Psychology Software Tools, Inc., США). Длительность стимула 100 мс, межстимульный интервал программно в случайном порядке изменялся от 3 до 4 секунд. Каждый стимул предъявляли по 34 раза, последовательность стимулов — случайная. Испытуемого просили определить угол наклона линий и нажать на соответствующую клавишу выносной клавиатуры Serial Response Box (Psychology Software Tools, Inc., США). Регистрировали точность опознания стимула.

Регистрацию осуществляли на 128-канальном энцефалографе фирмы Geodesics (Electrical Geo-desics Inc., USA). С помощью шлема HydroCel Geodesic Sensor Net (Electrical Geodesics Inc., США) проводили регистрацию электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с частотой квантования сигнала 500 Гц. Сопротивление электродов не превышало 50 кОм. Полоса частот усилителя ограничивалась сверху 70 Гц, а снизу — 0.1 Гц, а также узкополосным заграждающим фильтром для частоты 50 Гц (notch фильтр). При записи в качестве индифферентного электрода использовали вертекс (Cz). При off-line обработке записи в качестве референтного электрода выбирали усредненный ма-стоид.

Данные ЭЭГ обрабатывались off-line в программе NetStation 4.5.4 (Electrical Geodesics Inc., США). Предварительно фильтрова

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.

Показать целиком