ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2013, том 63, № 6, с. 667-676
ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (ПСИХИЧЕСКОЙ) ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.821
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕТА2-РИТМА ЭЭГ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОГНИТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
© 2013 г. Т. Д. Джебраилова1' 2, И. И. Коробейникова1
1Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН, Москва, 2Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова,
e-mail: dzhebrailova@mail.ru Поступила в редакцию 06.03.2013 г. Принята в печать 20.05.2013 г.
Исследовали пространственную организацию бета2-ритма ЭЭГ у испытуемых с различным соотношением скорости и точности воспроизведения на экране монитора последовательности сигналов. Студенты с высокой точностью и скоростью выполнения задания характеризовались высокой лабильностью когерентных взаимосвязей бета2-ритма ЭЭГ, которая проявлялась в повышении когерентности во время запоминания и воспроизведения последовательности по сравнению с исходным состоянием. Напротив, у индивидов, выполнявших задание медленно и с ошибками, структура когерентных связей на этапах деятельности существенно не изменялась.
Ключевые слова: когнитивная деятельность, результативность, временные параметры, когерентность бета2-ритма ЭЭГ.
Spatial Organization of the Beta2 EEG Frequency Band and Effectiveness of the Intellectual Activity in Humans
T. D. Dzhebrailova, I. I. Korobeinikova
Anokhin Institute of Normal Physiology, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow, Sechenov First Moscow State Medical University, e-mail: dzhebrailova@mail.ru
Features of spatial organization of the beta2 EEG frequency band were studied in subjects with different speed and accuracy during task performance of the memorizing and subsequently reproducing of the sequence of signals on monitor screen. Students who had reached a high speed and accurately performed intellectual tasks were characterized by high lability of the coherent relations in the beta2 EEG range, which manifests itself in a significant coherence increase during memorization and reproduction of the signal sequence compared to the initial state. In contrast, in individuals who needed more much time for making decisions and mistakes, the number and structure of coherent relations from stage to stage of activity considerably did not change.
Keywords: intellectual activity, time parameters, effectiveness, coherence in beta2 EEG frequency band. DOI: 10.7868/S004446771306004X
К основным характеристикам, определяющим эффективность целенаправленной деятельности человека, относятся точность и время достижения полезного приспособительного результата, соотношение которых может быть разным. Быстро или, напротив, медленно может достигаться как правильный, так и ошибочный результат. Для многих
видов интеллектуальной деятельности, начиная от тестирования уровня знаний при обучении и заканчивая профессиональными обязанностями широкого круга специалистов, особенно в условиях компьютеризации, решающим фактором становится сочетание высокой точности и скорости достижения результата. При наличии большого числа ис-
следований, посвященных поиску физиологических коррелятов индивидуальной вариабельности результативности или временных параметров интеллектуальной деятельности, вопрос о том, с какими физиологическими особенностями ее обеспечения связаны индивидуальные различия соотношения времени и точности достижения результата, остается недостаточно изученным.
Ранее нами было показано, что у индивидов, быстро и точно воспроизводивших на экране монитора компьютера запомненную последовательность сигналов, на этапах деятельности наблюдалось возрастание когерентности и увеличение числа высоких когерентных взаимосвязей в альфа-диапазоне ЭЭГ [3, 10]. В то же время у испытуемых, выполнявших задание медленно и с ошибками, структура когерентных взаимосвязей потенциалов альфа-диапазона ЭЭГ от этапа к этапу деятельности практически не изменялась. Эти результаты позволили сформулировать положение о том, что одним из факторов, обусловливающих быстрое и точное достижение результата при выполнении зрительно-моторного задания, является функциональная подвижность структуры когерентных взаимосвязей альфа-диапазона ЭЭГ в соответствии со спецификой этапа деятельности [3]. Однако оставался неисследованным вопрос о том, насколько обнаруженные закономерности проявляются в пространственной организации других ритмов ЭЭГ. Учитывая представления о том, что в динамике когерентности медленноволновых диапазонов ЭЭГ может отражаться функциональное состояние ЦНС, а специфика мозговой организации невербальной (образной) деятельности характеризуется динамикой когерентности быстроволновых диапазонов ЭЭГ [1], на данном этапе работы мы сосредоточили внимание на динамике спектрально-когерентных характеристик бета2-ритма ЭЭГ.
Интерес к динамике когерентности именно этого диапазона ЭЭГ обусловлен еще и тем, что изменение спектрально-когерентных характеристик бета2-ритма рассматривают в качестве коррелятов разных когнитивных процессов, в частности внимания и перцепции [15, 18]. С усилением локального взаимодействия биопотенциалов бета-диапазона ЭЭГ в передне-центральных зонах мозга связывают поддержание произвольного неспецифического внимания как компонента рабочей памяти у взрослых испытуемых [6]. Рост
синхронизации электрической активности в диапазонах быстрых бета- и гамма-ритмов сопоставляют с процессами обработки информации при распознавании образов [17, 22].
Учитывая изложенное выше, целью работы было исследование взаимосвязи индивидуальных особенностей соотношения точности и времени принятия решения при воспроизведении на экране монитора зрительной информации с динамикой мощности и когерентности потенциалов бета2-диапазона ЭЭГ.
МЕТОДИКА
В исследовании на основе добровольного информированного согласия приняли участие 46 студентов — мужчин, правшей, в возрасте 18—21 года.
При выполнении теста, в соответствии с инструкцией, студенты, сидящие перед экраном монитора, должны были запомнить последовательность из шести поочередно появляющихся на экране сигналов в форме кругов диаметром 1 см. Последовательность сигналов демонстрировали 2 раза, затем студентам предлагали 10 раз как можно точнее воспроизвести запомненную последовательность. При воспроизведении на экране монитора появлялся первый сигнал, после чего испытуемые с помощью курсора и компьютерной мыши должны были предсказать место появления следующего сигнала. Сразу после фиксации испытуемым места положения курсора (нажатие пальцем правой руки левой клавиши мыши) кружок появлялся в месте его действительного расположения. При этом цвет сигнала соответствовал точности предсказания. Если испытуемый помещал курсор не далее 1 см от центра действительного расположения круга, включался сигнал зеленого цвета. Если указанное испытуемым место отстояло от центра точного положения более чем на 1 см, но менее чем на 1.5 см, включался сигнал желтого цвета. При отклонении от центра действительного расположения более чем на 1.5 см включался сигнал красного цвета. Перед основным заданием студентам предлагали выполнить предварительную тренировочную задачу по запоминанию и воспроизведению последовательности из трех сигналов.
Комплекс программ оригинальной компьютерной методики [11] предусматривает автоматическую оценку точности и времен-ньгх параметров выполнения основного зада-
ния для каждого испытуемого. Определяли число точных (менее 1.5 см от центра) предсказаний места появления и среднее время предсказания места появления очередного сигнала. Среднее время предсказания (в миллисекундах) места появления очередного сигнала состояло из двух периодов. Первый, в течение которого курсор был неподвижен, мы расценивали как время принятия решения к реализации конкретной двигательной программы (мс). Во второй период испытуемый перемещал курсор в место предполагаемого расположения следующего сигнала (время движения, мс).
По соотношению среднего времени принятия решения и числа точных предсказаний места появления очередного сигнала были выделены две группы испытуемых. Критерием включения испытуемых в группы служили значения M ± mt, где М — среднее значение показателя; m — стандартная ошибка оценки; t — значение критерия Стьюдента приp < 0.05 для соответствующего объема выборки. В первую группу (группа 1) вошли испытуемые (10 человек), которые отличались коротким временем принятия решения (менее чем M — mt) и высокой точностью предсказания места появления очередного сигнала на экране монитора (более чем M + mt). Вторую группу (группа 2, 8 человек) составили испытуемые, у которых при длительном времени принятия решения (более чем M + mt), число точных ответов было менее чем M — mt.
У студентов регистрировали электроэнцефалограмму (ЭЭГ) при открытых глазах в исходном состоянии (после получения инструкции, 40 с), во время запоминания (36 с) и воспроизведения последовательности сигналов (первые 300 с).
ЭЭГ регистрировали с помощью электроэнцефалографа MINGOGRAF EEG-21 ("SIEMENS - ELEMA", Швеция) и компьютерной системы BRAINGAM монополярно (по схеме "10-20"), в затылочных (О2, О1), теменных (Р4, Р3), центральных (С4, С3), лобных (F4, F3) и височных (Т4, Т3) отведениях. Объединенные референтные электроды располагались на мочках ушей. Полоса фильтрации составляла 0.5-45.0 Гц, постоянная времени - 0.3 с.
Артефакты исключали из анализируемой записи с использованием возможностей программного комплекса BRAINGAM (в частно-
сти, процесса автоматического распознавания артефактов с визуальным контролем).
Спектрально-когерентный анализ ЭЭГ проводили на основе быстрого преобразования Фурье (пакет программ BRAINGAM). Эпоха анализа составляла 4 с, частота оцифровки — 200 Гц. Рассчитывали абсолютные значения мощности бета2-ритма (20—32 Гц, мкВ2). Для всех пар отведений ЭЭГ (всего 45) вычисляли средние значения коэффициентов когерентности в диапазоне бета2-ритма.
Для статистической обработки и представления результатов использовали пакет STATISTICA v.6. Достоверность различий
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.