СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2014, том 28, № 3, с. 16-27
УДК 612.821+612.822.3 + 612.6.65+612.789
ОБЩЕЕ И ИНДИВИДУАЛЬНОЕ В ОРГАНИЗАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ КОРКОВЫХ ПРОЦЕССОВ У ПОДРОСТКОВ ПРИ ВЕРБАЛЬНО-МНЕСТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
© 2014 г. Е. И. Гальперина, О. В. Кручинина, В. П. Рожков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии
и биохимии им. И.М. Сеченова РАН 194223 Санкт-Петербург, пр. Тореза, 44 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет Министерства здравоохранения РФ 194100 Санкт-Петербург, ул. Литовская, 2 Е-таИ: galperina-e@yandex.ru
Поступила в редакцию 25.03.2014 г.
Разнообразие свойств личности, врожденных способностей, темпераментов, интеллекта делают актуальным поиск индивидуальных особенностей в нейрофизиологических механизмах когнитивной деятельности. Цель работы состояла в оценке соотношения между общим и индивидуальным в организации пространственного взаимодействия корковых процессов, обеспечивающих вер-бально-мнестическую деятельность. Подростки 15-17 лет (п=39) выполняли вербальные задания на русском и английском языках, которые заключались в запоминании стихов на слух и их мысленном воспроизведении. С помощью дискриминантного анализа проведена классификация эпох анализа ЭЭГ по показателям топического распределения уровней пространственной синхронизации биопотенциалов (ПСБП) в фоне и при выполнении заданий в отдельности у каждого подростка и по объединенным по всей группе подростков данным. ЭЭГ каждого из подростков в фоне и при вербальной деятельности правильно классифицировались, в среднем, в 91% случаев. Вероятность правильного распознавания ЭЭГ в объединенных по группе данных составила 47% при прослушивании стихов на английском языке, 32% - на родном языке, и менее 33% при мысленном воспроизведении стихов. Сходство паттернов ПСБП у каждого испытуемого даже при выполнении различных заданий оказалось существенно выше, чем у разных испытуемых при выполнении одного и того же задания. Очевидно, что индивидуальные особенности организации ПСБП проявляются не только в исходном состоянии, определяя "фон", на котором разворачивается деятельность, но сугубо индивидуальными являются также паттерны взаимодействия корковых процессов при различных видах вербально-мнестической деятельности.
Ключевые слова: речь, когнитивная деятельность, пространственно-временная организация ЭЭГ, индивидуальные особенности.
В психофизиологическом обеспечении вер-бально-мнестической, как и любой другой деятельности мозга, присутствуют не только компоненты, связанные со специфичностью задания (Weiss, Mueller, 2003; Цицерошин и др., 2012), но и индивидуальные стратегии (Seghier, Price, 2009; Szenkovits et al., 2012), привычные операциональные схемы, навыки, выработанные в ходе индивидуального развития (Павлова, Рома-ненко, 1988).
Важную роль в изучении процессов интеграции и организации межцентральных взаимодействий играет концепция пространственной синхронизации биопотенциалов (ПСБП) мозга (Ливанов, 1972). К числу наиболее эффективных подходов исследования закономерностей системного взаимодействия в ЦНС можно отнести анализ пространственно-временных отношений колебаний биоэлектрической активности мозга путем изучения кросскорреляционных и когерентных связей
между ЭЭГ процессами в различных областях коры головного мозга (Weiss, Mueller 2003, 2012; Цицерошин и др., 2000, 2012; Цицерошин, Шепо-вальников, 2009; Stam et al., 2012; Кручинина и др., 2012; Мачинская, Курганский, 2013).
Исследования когерентных взаимоотношений колебаний биопотенциалов у взрослых и детей разного возраста (от 5 до10 лет) показывают существование качественных различий в изменениях пространственной организации основных ритмических составляющих колебаний ЭЭГ детского и взрослого мозга, сопровождающих процессы когнитивной и мыслительной деятельности (Ци-церошин, Шеповальников, 2009). Подростковый возраст характеризуется как ключевой период становления индивидуальности на базе сформировавшихся навыков вербальной деятельности и когнитивного стиля. Мы выбрали этот возраст, как потенциально наиболее ярко иллюстрирующий индивидуальное разнообразие в реализации когнитивной деятельности на примере речевых заданий.
В подавляющем множестве работ, описывающих нейрофизиологические основы когнитивной деятельности, основной акцент делается на общие черты, проявляющиеся у большинства испытуемых, и которые получаются путем усреднения данных. При усреднении проявляются наиболее "инерционные", морфологически детерминированные особенности организации сенсорных, моторных и ассоциативных систем. При этом индивидуальные данные зачастую отличаются, а порой и противоречат усредненным.
Цель работы - оценить соотношения между общими и индивидуальными особенностями в организации пространственного взаимодействия корковых процессов, обеспечивающих вербаль-но-мнестическую деятельность у подростков.
Методы многомерного статистического анализа позволяют распознавать и классифицировать паттерны пространственно-временной организации ЭЭГ, как в отношении топического распределения характеристик локальных процессов (Николаев и др, 1998), так и тесноты связей между локальными процессами. Мы использовали дис-криминантный анализ, в котором предусмотрена проверка непротиворечивости результатов проведенной классификации с данными исходной классификации. Это дает возможность оценить, какова степень сходства показателей, характеризующих ПСБП, у каждого испытуемого отдельно в фоне и при выполнении конкретного задания, и насколько различаются эти показатели у различ-
ных испытуемых в сходных состояниях. В связи с этим были поставлены задачи: количественная оценка эффективности классификации изучаемых показателей пространственно-временной организации ЭЭГ в фоне и при выполнении речевых заданий по усредненным по группе испытуемых данным и по динамике индивидуальных показателей; сопоставление топических изменений уровней ПСБП при вербальной деятельности, выявленных по результатам усреднения по группе и по индивидуальным данным.
В качестве вербальных нагрузок были выбраны задания разного уровня сложности (на русском и английском языках), отличающиеся также и психофизиологическим содержанием деятельности, направленной на восприятие и запоминание вербальной информации, с одной стороны, и с извлечением ее из памяти и с мысленным воспроизведением - с другой.
МЕТОДИКА
В исследовании принимали участие 39 подростков 15-17 лет (средний возраст 16.0 лет), из них 21 юноша и 18 девушек; у 38 подростков ведущей рукой была правая (оценено по модифицированному тесту Annett) (Annett, 1967), один подросток был амбидекстром. Школьная оценка по предмету "английский язык" в группе испытуемых составляла в среднем 4.1 балла. Все испытуемые не имели жалоб на здоровье, неврологических заболеваний и речевых нарушений в анамнезе и не принимали лекарственных препаратов на момент обследования. Родители учащихся были информированы о целях обследования и согласны с условиями их проведения, о чем дали письменное информированное согласие. Подростки участвовали в исследованиях на добровольной основе.
Подростки выполняли четыре вербальных задания: прослушивание; мысленное воспроизведение стихотворения на русском языке; прослушивание; мысленное воспроизведение стихотворения на английском языке. Стихи, записанные на цифровые носители, были новыми для испытуемых и предъявлялись бинаурально через наушники. Каждому испытуемому предлагали фрагмент из стихотворения А.С. Пушкина "Полководец", содержащий 189 знаков в шести строках и стихотворение на английском языке Хокинса (W.E. Hawkins) "Ask me...", содержащее 166 знаков в восьми строках.
Исследование проводили в одной и той последовательности для всех подростков. После постановки электродов и периода адаптации в
течение 3 мин регистрировали ЭЭГ в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами "фон". Процедура заучивания русского и английского стихов была аналогичной и состояла из двух последовательно чередующихся этапов: неоднократное прослушивание стихотворения с запоминанием ("прослушивает стихи") и мысленное воспроизведение стихотворения по окончании каждого из прослушиваний ("вспоминает стихи"). После каждого цикла, включающего эти два этапа, испытуемый самостоятельно запускал прослушивание стиха вновь, эта процедура повторялась до заучивания стихотворения. Для контроля выполнения задания испытуемые по окончании заучивания декламировали стих, в этот момент запись ЭЭГ не производили. В первую очередь выполняли задание на английском языке, затем на русском. Средняя продолжительность исследования составляла 45 мин. В исходном состоянии (фон) и при выполнении заданий испытуемые располагались сидя в кресле с закрытыми глазами.
ЭЭГ непрерывно регистрировали в фоне и при выполнении заданий на 24-канальном компьютерном электроэнцефалографе Brain Dynamics analyzer с полосой пропускания - 0.5 - 30 Гц, с частотой дискретизации 185 Гц по каждому из каналов. Запись производили от 20 монополярных отведений, из них 16 располагали по международной схеме 10-20 (Fp1, Fp2, F3, F4, F7, F8, C3, C4, T3, T4, T5, T6, Р3, Р4, O1, O2). Для более детального анализа роли височных областей в осуществлении речевой функции дополнительно устанавливали четыре электрода: два - в перед-невисочных областях каждого из полушарий (T1, T2), и два - в зонах ТРО, т.е. в зонах перекрытия височной, теменной и затылочной областей (ТР1, ТР2). В качестве референтного отведения использовали объединенные электроды на мочках ушей.
После удаления артефактов ЭЭГ разделяли на эпохи анализа по 4 с, для каждой эпохи анализа вычислялись матрицы (размерностью 20 х 20) коэффициентов кросскорреляции (КК) между ЭЭГ от всех отведений попарно (всего 190 значений КК ЭЭГ).
Для определения степени общей пространственной синхронизации биопотенциалов мозга (ПСБП) и особенностей топической организации ПСБП матрицы КК ЭЭГ анализировали методом "объемов" (Ба
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.