МЯГЧЕНКОВА М. А.

Институт психологии РАН, Москва

*****@***ru

ДИНАМИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА ПРИ ВОСПРИЯТИИ СЛОВ, СВЯЗАННЫХ

С РАЗНОЙ СТЕПЕНЬЮ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОСТИ

ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОПЫТА*

Данная работа направлена на исследование формирования индивидуального опыта человека в онтогенезе, посредством исследования электрической активности мозга в процессе актуализации индивидуального опыта в момент восприятия слов, связанных с поведением разной степени дифференцированности. В работе использовался вейвлет-анализ вызванных потенциалов при восприятии слов, связанных с использованием разных органов чувств (обоняние, вкус, слух, зрение и тактильная чувствительность).

Ключевые слова: системная психофизиология, дифференциация, индивидуальный опыт, вызванный потенциал, органы чувств, прилагательные

___________

*Данная работа выполнена при поддержке РГНФ, проект № а.

Введение

С позиций системной психофизиологии формирование новых элементов индивидуального опыта рассматривается как достижение полезного приспособительного результата путем образования новой системы в процессе научения [1-3].

В процессе научения происходит специализация клеток коры головного мозга относительно положительного приспособительного результата [2]. Млекопитающие и птицы характеризуются сходной последовательностью формирования органов чувств в процессе развития зародыша: вначале возникает тактильная чувствительность, затем обоняние, вкус, слух и зрение. Эта последовательность одинакова для разных видов млекопитающих, в том числе и человека [4]. Поведение человека, связанное с использованием разных органов чувств, формируется в онтогенезе последовательно и направлено на достижение результата. У человека достижение результата является отчетом о нем не только себе, но и обществу, при помощи речи. Любой результат является для человека социальным актом и имеет предпосылки в коллективном взаимодействии с использованием речи. Имя прилагательное позволяет качественно оценить результат и отчитаться об этом результате социуму, поэтому необходимо для коммуникации [5].

Опираясь на данные, полученные в экспериментах использованием прилагательных, связанных с разными органами чувств, можно говорить о разной дифференцированности (дробности) взаимодействия индивида со средой в зависимости от того, какие слова индивид использует для оценки своих результатов. Поведение, связанное с использованием более рано сформированных чувств, таких, как обоняние и вкус, является менее дифференцированным [6]. С позиции единой концепции сознания и эмоций, сознание и эмоции являются разными полюсами одного континуума, в процессе развития индивида и нарастания дробности его взаимодействия со средой, поведение становится все более «сознательным», эмоциональный компонент становится менее выраженным [7].

Гипотеза данного исследования: прилагательные, связанные с использованием поведения разной степени дробности, по-разному отражаются на электрической активности коры головного мозга, т. к. актуализируют разные пласты индивидуального опыта человека.

На основании полученных результатов в дальнейшем возможно построение модели соотношения электрической активности мозга (параметры ВП) со степенью дифференциации поведения.

В работе представлены результаты факторного анализа параметров ВП в процессе актуализации индивидом опыта разной дифференцированности.

Дизайн эксперимента

В эксперименте приняло участие 55 испытуемых (25 мужчин и 30 женщин). Испытуемым в случайном порядке предъявлялись прилагательные, связанные с разными органами чувств (по 6 прилагательных для каждого органа чувств), всего 30 прилагательных. Испытуемые информировались о том, что им предстоит решать задачу на внимание. Перед испытуемыми стояла задача «как можно быстрее нажимать на кнопку мыши в случае появления слова, обозначающего цвет (красный, желтый, зеленый и т. п.)». Для создания соответствующей мотивации испытуемому периодически, с интервалом 120 +/– 30 с, на экран выводилась информация о выполнении операторской деятельности: количество ошибок, ложных тревог, среднее время реакции и рассчитанный по этим показателям некоторый условный индекс внимания (количество правильных ответов, деленное на количество ошибок и на нормированное время реакции), после чего обследование продолжалось. Общая продолжительность обследования составляла около 15 минут.

Обследование проводилось в затемненном помещении. Слова предъявлялись на 17-дюймовом жидкокристаллическом мониторе, имевшем разрешение 1024 на 768 пикселов, Расстояние от глаз испытуемого до монитора составляло приблизительно 50 см. интервал следования прилагательных 250 мс, плюс случайное число в диапазоне 0-200 мс (в среднем 350 мс). Длительность предъявления изображения 100 мс плюс случайное число в диапазоне 0-100 мс. Электроэнцефалограмма регистрировалась с помощью электроэнцефалографа «Нейровизор-БММ», производства фирмы «Медицинские компьютерные системы», Россия. Регистрация осуществлялась монополярно в отведениях F3, F4, T3, T4, P3 и P4 по системе 10-20. Объединенные индифферентные электроды – на мочках ушей. Кроме того, регистрировались движения глаз с помощью электрода, расположенного выше наружного края надбровной дуги. Такое расположение позволяло одновременно определять факты наличия моргания, горизонтальных или вертикальных движений глаз. Показатели регистрировались в полосе 0,3-30 Гц. Период квантования АЦП составлял 4 мс. Контроль артефактов осуществлялся при обработке – из анализа исключались участки записи, содержащие амплитудные или глазодвигательные артефакты.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В работе использовался анализ вызванной активности коры головного мозга с помощью вейвлет-преобразования, позволяющий выделять ВП из фоновой ЭЭГ даже при небольшом количестве усреднений. Вейвлет-преобразование позволяет осуществлять частотно-временную декомпозицию сигнала, которая представляется весьма эффективной для анализа вызванной активности, поскольку имеет оптимальное разрешение как во временной, так и в частотной областях [8],[9].

Нами использовался метод оценки ВП, предложенный в работе [8], который состоит из следующих шагов: 1) усредненный по всей выборке ВП подвергается декомпозиции по различным частотным полосам и временным интервалам, с помощью иерархической процедуры вейвлет-преобразования; 2) определяются коэффициенты преобразования, коррелирующие с усредненным ВП, оставшиеся коэффициенты приравниваются нулю. Выбранные коэффициенты должны перекрывать область, в которой находятся анализируемые компоненты ВП; 3) применяется обратное преобразование, в результате получается очищенный от посторонних шумов усредненный ВП; 4) описанная схема выделения ВП, но уже только с учетом выбранных на этапе 2 коэффициентов, применяется к одиночным реализациям вызванных потенциалов.

Для упрощения процедуры определения значимых коэффициентов использовалась схема, предложенная в работе [8]. Для каждого коэффициента вейвлет-преобразования вычислялось среднее значение (m) и средне-квадратичное отклонение (SD) по всем реализациям. Коэффициенты, имевшие наибольшие величины отношения m/SD, отбирались для последующего анализа.

Полученные отфильтрованные одиночные реализации потенциалов, относящихся к одной группе стимулов, суммировались, и выводился усредненный по группе вызванный потенциал. Далее анализировались компоненты этих усредненных по группам потенциалов. Выделяемыми компонентами ВП являлись N1 (негативный компонент, 80-120 мс), P1 (позитивный компонент с латентностью 140-180 мс), N2 (негативный компонент, 200-300 мс), P3 (позитивный компонент, 4мс). Компоненты вызванных потенциалов автоматически идентифицировались. Поскольку при фильтрации постоянная составляющая устранялась, то амплитуда компонента определялась как максимальное значение относительно нуля (для негативного компонента - минимальное), а латентность пика компонента – как время от момента предъявления стимула до соответствующего экстремума. Эти значения использовались при дальнейшем статистическом анализе.

Статистическая обработка сигналов производилась после нормировки путем факторного анализа ВП.

Результаты

В результате процедуры факторного анализа с вращением Varimax, которой подверглись данные вейвлет-преобразования, было выделено 7 факторов (табл.1).

Таблица 1. Результаты факторного анализа ВП, метод главных компонент

(нагрузка >0,07). Обозначения: F3,F4,T3,T4,P3,P4 - отведения; N100, P100, N200, P300 – компоненты ВП; А – амплитуда сигнала, ЛП – латентный период

Factor 1

Factor 2

Factor 3

Factor 4

Factor 5

Factor 6

Factor 7

F3

N200

A

0,88

F3

P300

ЛП

0,67

T3

P100

A

-0,80

F3

P100

ЛП

0,75

F3

P100

A

-0,68

T4

N100

ЛП

0,65

T4

P100

ЛП

0,82

F4

N200

A

0,66

F4

N200

ЛП

0,69

P3

P100

A

-0,76

T3

N100

ЛП

0,68

F4

N100

A

0,73

T4

N200

ЛП

0,67

T4

P100

A

0,69

P3

N200

A

0,80

F4

P300

ЛП

0,70

F4

P100

A

-0,81

T4

P300

ЛП

-0,70

P4 N200

A

0,78

F4

P300А

0,73

T4

P300

A

-0,73

P3

P300

ЛП

0,84

Данные факторы различаются по таким показателям, как локализация, компонентный состав ВП, а также амплитуда и латентный период ВП. Данные факторы также объясняются факторными нагрузками прилагательных, связанных с разными органами чувств (табл. 2). Таким образом, из таблицы 1 и 2 видно, что параметры активности коры больших полушарий головного мозга для разных факторов различаются и объясняются за счет нагрузки разных групп прилагательных, попадающих в верхний квартиль. Из полученных результатов можно говорить о соотношении активности в разных отведениях и на разных компонентах ВП с преимущественным использованием поведения разной дифференцированности. Пока можно говорить лишь о существовании некоторой закономерности, которая связана с такими параметрами, как характеристики стимула (слова предъявлялись зрительно), активность ранних компонентов Фактора 3 может говорить именно об этих характеристиках. Факторы нуждаются в дополнительной интерпретации и экспертной оценке. На этом этапе можно сделать вывод о том, что в разное поведение, отраженное в факторах, вовлечен одновременно опыт разной степени дифференцированности, однако, для разных типов поведения преобладает тот или иной комплекс поведенческих реализаций, которому соответствует разное распределение активности по областям коры, а также по компонентам ВП.

Таблица 2. Результаты факторного анализа методом главных компонент

(вращение Varimax). Прилагательные, связанные с использованием определенного органа чувств, которые попали в верхний квартиль для каждого фактора.

Factor 1

Factor 2

Factor 3

Factor 4

Factor 5

Factor 6

Factor 7

О

2,27

С

2,75

В

2,20

С

2,46

Т

2,09

Т

2,51

З

3,07

О

2,25

Т

1,76

З

1,93

В

2,14

О

1,89

С

1,99

О

2,29

С

2,10

Т

1,56

З

1,78

С

1,76

Т

1,82

В

1,53

С

1,47

С

1,74

Т

1,48

З

1,66

Т

1,66

В

1,55

О

1,45

В

1,32

З

1,59

З

1,39

О

1,56

В

1,62

О

1,45

З

1,23

С

1,14

З

1,13

В

1,33

О

1,45

Т

1,36

С

1,28

О

1,22

О

1,13

Т

1,12

В

1,18

О

1,27

О

1,29

В

1,22

О

1,21

С

1,09

С

1,00

С

1,08

Т

1,23

З

1,01

В

1,16

Т

1,12

Т

1,05

______

Обозначения: о - обоняние, в – вкус, т – тактильная чувствительность, с – слух, з – зрение.

Выводы

Данное исследование показало, что вызванная активность мозга при восприятии слов, связанных с поведением разной степени дифференцированности различается. ВП, полученные путем вейвлет-преобразования сигнала, распределяются по 7 факторам, которые характеризуются активностью разных компонентов ВП в различных отведениях. Индивидуальный опыт человека, актуализуемый при реализации поведения, которое отразилось в этих 7 факторов, различается по степени дифференцированности и количественной вовлеченности поведения разной степени дробности, также результаты показывают, что в каждом поведении одновременно участвуют как «старые», так и «новые системы».

Заключение

Полученные результаты дают возможность предположить, что факторы характеризуют разные системы поведенческих актов человека, в которые вовлечено поведение разной степени дифференцированности. Каждый фактор характеризуется разным набором прилагательных, которые попадают для объяснения данного фактора в верхний квартиль. На основании этих данных можно говорить об участии в любом поведенческом акте опыта разной степени дифференцированности. При этом каждый фактор отображается в виде различного соотношения компонентов ВП, т. е. опыт разной степени сложности для каждого фактора задействован в разных пропорциях. Факторы нуждаются в дополнительной интерпретации, что, возможно, позволит создать модель, отображающую соотношение активности мозга (параметров ВП) и реализации поведения разной степени дифференцированности.

Список литературы

1.  Александров время. Предисловие//. Введение в объективную психологию. Нейрональные основы психики/ Под ред. М.: Изд-во ИП РАН, 2006. С.5-28.

2.  Швырков в объективную психологию. Нейрональные основы психики/Под ред. М.: Изд-во ИП РАН, 2006. С.317-319.

3.  Alexandrov, Yu. I, Grechenko, T. N., Gavrilov, V. V., Gorkin, A. G., Shevchenko, D. G., Grinchenko, Yu. V., Aleksandrov, I. O., Maksimova, N. E., Bezdenezhnych, B. N. & Bodunov, M. V. Formation and realization of individual experience in humans and animals: A psychophysiological approach//Conceptual advances in brain research. Vol.2. Conceptual advances in Russian neuroscience: Complex brain functions/ Eds. R. Miller, A. M. Ivanitsky, P. V. Balaban. Amsterdam: Harwood Academic Publishers, 2000. p.181-200.

4.  Gottlieb G. Ontogenesis of Sensory Function in Birds and Mammals. // E. Tobach, L. R .Aronson, E. Shaw. (Eds.) The Biopsychology of Development. Academic Press, New York and London, 1971. p.67-128.

5.  , Александрова опыт, культура и социальные представления. М.: Изд-во Института психологии РАН, 2009. С.30-40.

6.  , Александров чувств, эмоции и прилагательные русского языка: Лингво-психологический словарь//Ин-т психологии РАН. М.: Языки славянских культур, 2010. С.25-40.

7.  Alexandrov Yu. I., Sams, M. E. Emotion and consciousness: Ends of a continuum// Cognitive Brain Research, 20Р. 387-405.

8.  Quiroga R. Q., Garcia H. Single-trial event-related potentials with wavelet denoising // Clinical Neurophysiology, 2003. V. 114. P. 376-390.

9.  Bartnik E. A., Blinowska K. J., Durka P. J. Single evoked potential reconstruction by means of wavelet transform // Biol. Cybern. 1992. V. 67. P. 175-181.