УДК 612.821.2
РЕОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МОЗГА ПО МЕРЕ ОСОЗНАНИЯ СМЫСЛА ВИЗУАЛЬНО ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ ТЕКСТОВ С ВОЗРАСТАЮЩЕЙ ПОЛНОТОЙ ИНФОРМАЦИИ © 2015 г. Л. О. Ткачева, И. А. Горбунов, А. Д. Наследов
ФГБОУВПО "Санкт-Петербургский государственный университет" E-mail: tkachewa.luba@gmail.com Поступила в редакцию 15.07.2013 г.
Исследовали особенности деятельности мозга при изменении информационных режимов, связанных с этапами осознания смысла визуально предъявляемых текстов взрослыми испытуемыми (n = 148). Была разработана оригинальная технология предъявления текстового стимульного материала, позволяющая "уловить" нейрофизиологические маркеры разной степени осознания и выделить последовательные этапы этого процесса. На основе спектрального анализа и расчета фрактальной размерности ЭЭГ были выделены три этапа: "до осознания", "осознание", "после осознания". Обнаружен феномен V-образного изменения значений фрактальной размерности ЭЭГ. На первом этапе происходит повышение мощности спектра ЭЭГ в высокочастотном диапазоне и повышение значения фрактальной размерности ЭЭГ, что, вероятно, отражает процесс генерации идей и поиска решения. На следующем этапе ("осознание") регистрируется снижение значения фрактальной размерности ЭЭГ и повышение мощности спектра низкочастотного диапазона, что, по-видимому, отражает упрощение многозначности до единственной правильной альтернативы. Последний этап характеризуется повышением мощности спектра ЭЭГ в высокочастотном диапазоне и повышением значения фрактальной размерности ЭЭГ, что может отражать процесс интенсификации активности мозга, связанной с проверкой правильности решения. Полученные результаты позволяют приблизиться к пониманию нейрофизиологических механизмов реорганизации системной деятельности мозга в процессе осознания смысла визуально предъявляемых текстов и намечают путь к устранению имеющихся в литературе противоречий о роли высоко- и низкочастотных составляющих ЭЭГ как маркеров состояния осознания.
Ключевые слова: этапы осознания смысла текстов, психосемантика, фрактальная размерность ЭЭГ, гамма-диапазон ЭЭГ, тета-диапазон ЭЭГ.
Б01: 10.7868/80131164614060149
В нашем исследовании под термином "осознание" мы будем понимать этап включения новой информации в текущий информационный контекст. Основными направлениями исследований в современной когнитивной психофизиологии, связанных с процессом осознания, являются: исследования когнитивного сознательного и бессознательного [1, 2], исследования осознания слабых подпороговых стимулов [3, 4], изучение особенностей функциональной асимметрии полушарий, связанных с креативностью [5]; выявление сетевых паттернов организации электрической активности мозга, обеспечивающих процесс осознания [6, 7].
Эффект повышения мощности высокочастотных ритмов регистрировался при моделировании ситуации решения креативных заданий многими исследователями в различных экспериментальных условиях [5, 8]. При описании механизмов
интегративной деятельности мозга, обеспечивающей протекание высших когнитивных процессов, акцент делается на процессе нейрональной синхронизации в у-диапазоне как надежном и функционально значимом явлении [9, 10].
В то же время, были получены данные, свидетельствующие в пользу того, что процесс осознания сопровождается синхронизацией биоэлектрической активности в рамках низкочастотных диапазонов ЭЭГ [11, 12]. Не вызывает сомнения, что в генезе медленночастотной активности коры важную роль играют глубокие структуры мозга. На сегодняшний день несомненна роль гиппо-кампа в процессе консолидации следов памяти и его роли в качестве селективного входного фильтра [13]. Предполагается, что низкочастотные 0-колебания служат для включения новых элементов в текущий информационный контекст и усиления сегрегации между различными элементами
памяти [14]. В ряде исследований была показана роль 0-активности в процессах декодирования семантической информации [15, 16].
Таким образом, несмотря на широкое использование различных показателей ЭЭГ в качестве маркеров процесса осознания предъявляемой информации, остается неясной роль высоко- и низкочастотной биоэлектрической активности коры в организации системной деятельности мозга, реализующейся на различных этапах обработки информации. Задача нашего исследования состояла в сопоставлении изменений ЭЭГ разных частотных диапазонов различных отделов коры больших полушарий мозга по мере осознания испытуемым смысла визуально предъявляемых текстов с возрастающей полнотой информации.
МЕТОДИКА
Основному эксперименту предшествовал подготовительный этап. Он включал в себя проведение двух методов экспертных оценок и разработку технологии поэтапного предъявления текстов. В результате первого метода экспертных оценок из 36 классических драматических сюжетов [17] были получены 3 основные сюжетные линии: 1) адюльтер и возникшие вследствие его месть или агрессия; 2) интеллектуальные достижения, возникшие вследствие решения загадки или познания чего-то нового; 3) возмутительная несправедливость и возникшее впоследствии восстановление справедливости. В результате второго метода экспертных оценок были отобраны 6 стимульных текстов, по два на каждую из трех сюжетных линий. Фактор влияния эмоций нивелировался благодаря вариативности сюжетов текстов по различным показателям эмоций (знак, модальность). Отобранные тексты были разбиты на 8 фрагментов (предъявлений) таким образом, чтобы первое предъявление содержало 37% открытых слов, второе — 46%, третье — 55% и т.д. до восьмого — 100% открытых слов. Благодаря этому контролировалось постепенное увеличение уровня информационной ясности у испытуемого в отношении типа сюжета. Время предъявления каждого фрагмента каждого текста было просчитано в соответствии с количеством слов. В качестве примера технологии поэтапного предъявления текстов мы приводим 1, 4 и 7 фрагменты одного из текстов (см. приложение).
В психофизиологическом эксперименте приняли участие 148 человек в возрасте от 18 до 30 лет, 105 женщин и 43 мужчины. Все испытуемые были ознакомлены с условиями эксперимента и дали добровольное согласие на участие, в соответствии с Хельсинкским договором. ЭЭГ регистрировали на компьютерном энцефалографе "Телепат 104-Р" с полосой пропускания — 0.5— 70 Гц, с частотой дискретизации 250 Гц по каждо-
му из каналов. Применяли 19 монополярных отведений, расположенных по международной схеме 10—20 симметрично (¥р1, ¥р2, ¥р3, ¥рА, ¥7, ¥8, С3, С4, ¥1, Сг, Рг, Т3, ТА, Т5, Т6, Р3, РА, Оъ О2). В качестве референтного использовали усредненный потенциал с двух ушных электродов. ЭЭГ регистрировали непрерывно, как в фоновом состоянии (спокойное бодрствование с закрытыми глазами), так и при выполнении испытуемыми тестовых заданий на осознание и категоризацию (отнесение к одному из сюжетов) смысла текстов.
В начале наблюдения регистрировалась ЭЭГ при закрытых глазах, потом при открытых глазах (по 1 минуте). После этого испытуемому на экране монитора и через динамики давалась инструкция, в которой объяснялась последовательность заданий и предлагалось осознать тип сюжета как можно быстрее. Далее на мониторе последовательно предъявлялись 6 различных текстов, каждый из которых был разбит на 8 предъявлений, с возрастающей степенью полноты информации (см. приложение). Нажатием на кнопку испытуемый обозначал свой выбор сюжета. Запоминать типы сюжетов не требовалось, эта информация была в нижней части экрана монитора при каждом предъявлении текста. В заключение снова регистрировалась ЭЭГ при закрытых и при открытых глазах (по 1 минуте).
Для определения соотношения различных ритмических составляющих ЭЭГ проводилось вычисление спектральных мощностей (преобразование Фурье) в программе WinEEG. Анализу подвергался весь участок ЭЭГ в 15 секунд, либо меньший участок, если испытуемый нажимал кнопку раньше, но не менее 4 секунд (минимального окна для реализации анализа). Спектральный анализ проводился отдельными окнами в 4 секунды с шагом в 2 секунды (перекрест на 2 секунды с 0 до 4, с 2 до 6, с 4 до 8 и т. д.). Это было сделано для увеличения эпохи анализа на анализируемом участке данных с целью валидизации расчетов, исключающих артефакты. Вычислялись средние значения спектральной мощности для каждого 4-секундного фрагмента (для каждого испытуемого). В результате этого преобразования ЭЭГ-данные представляются в виде суммарных мощностей по основным спектральным диапазонам: А (от 1.5 до 3 Гц), 0 (от 4 до 7.5 Гц), а (от 8.5 до 14 Гц), р1 (от 15 до 20 Гц), р2 (от 21 до 30 Гц) и у (от 31 до 45 Гц).
Затем для каждого испытуемого, для каждого из 19 отведений и по каждому состоянию ("до осознания", "осознание", "после осознания") через логарифмы спектра мощности и логарифмы частоты [18] были вычислены значения фрактальной размерности (ФР) ЭЭГ. Для сокращения размерности данных был применен факторный анализ методом главных компонент (ГК) [19].
Метод ГК позволил выявить наиболее информативные показатели, характеризующие организацию работы различных областей мозга в трех состояниях осознания. Для того чтобы величины ГК для разных состояний были сопоставимы, анализ проводился в отношении данных, в которых повторные измерения отведений (всего 19 х 3 = = 57 переменных) для выборки N = 148 были представлены как группы наблюдений. Таким образом, анализ ГК проводился в отношении 19 переменных и 148 х 3 = 444 наблюдения.
Визуализация полученных ЭЭГ-данных (в виде корреляционных плеяд и визуализации локального распределения) производилась с помощью программного обеспечения, разработанного в лаборатории психофизиологии кафедры медицинской психологии СПбГУ. Для оценки влияния фактора состояния (3 уровня: "до осознания", "осознание", "после осознания"), на значения мощности Д-, 0-, а-, р1-, р2-, у-активности ЭЭГ по 19 отведениям применялся дисперсионный анализ (^N0^4) с повторными измерениями.
На схеме, представленной на рис. 1, приведен использованный нами алгоритм сравнения вторичных параметров ЭЭГ, зарегистрированных в трех парах состояний ("до осознания", "осознание", "после осознания").
Для выявления наибол
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.