Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы. 10
Глава 2. Объект и методы исследования. 33
Глава 3. Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение 39
3.1. Спектрально-когерентный анализ электрической активности неокортекса человека при прослушивании музыки 39
3.2. ЭЭГ-корреляты распознавания человеком зашумлённых зрительных образов 61
3.3. Изменение электрической активности неокортекса человека при распознавании зрительных образов в сопровождении музыки 82
Заключение.
Выводы.
Список литературы. 130
- Спектрально-когерентный анализ электрической активности неокортекса человека при прослушивании музыки
- ЭЭГ-корреляты распознавания человеком зашумлённых зрительных образов
- Изменение электрической активности неокортекса человека при распознавании зрительных образов в сопровождении музыки
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Одной из актуальнейших проблем ВНД является повышение результативности деятельности человека в процессе слежения за значимыми для него сигналами. Распознавание образа является неотъемлемой частью любой операторской работы. От качества распознавания объектов зависит принятие решения, которое может привести к непредсказуемым последствиям. Такая работа требует большого сосредоточения, внимания. Доминирующая в данный момент деятельность человека-оператора имеет отражение в изменении функционального состояния мозга, и может привести к созданию в соответствующих структурах ЦНС стабильного очага возбуждения. Возникает вопрос: нельзя ли использовать механизм доминанты для повышения результативности деятельности человека в процессе слежения за значимыми для него сигналами? А.А. Ухтомский, открывший данное явление, рассматривал доминанту как основной принцип взаимодействия структур мозга. Формирование в ЦНС стабильного очага возбуждения, обладающего свойством суммации, приводит к такой перестройке межцентральньгх отношений, при которой усиление наличной в данной момент деятельности происходит за счёт активирования других структур мозга, не имеющих ранее прямого отношения к данной деятельности.
Для экспериментального исследования поставленной проблемы была использована модель распознавания зашумлённых зрительных образов (арабские цифры), разработанная в лаборатории М.В. Фролова. При исследовании межцентрального взаимодействия в ЦНС, когда в одном из центров создан скрытый доминантный очаг, для усиления его обычно используется активирование центров, к которым адресуются сенсорные стимулы - свет, звук (Русинова, 1986; Лебедева, Павлыгина, Давыдов, 1991; Рощина, 1991,1993; Богданов, Галашина, 1998).
В экспериментальном исследовании распознавания зашумлённых зрительных образов у человека для создания сенсорно обогащенной среды была впервые использована музыка. Показано, что результативность работы в данных условиях повышается: увеличивается процент правильного распознавания и уменьшается время принятия решения (Павлыгина, Фролов, Милованова, Давыдов, 1998). Экспериментаторы, применяя музыку для усиления наличного доминантного состояния, исходили из того положения, что музыку можно рассматривать как стимул, имеющий наиболее адекватное воздействие на мозг. Она, так же как и электрическая активность
мозга, которая является отражением процессов, совершающихся в нём, полиморфна и нестационарна. Музыка является неслучайным продуктом творчества человека и, присутствуя в его повседневной жизни, может оказывать то или иное воздействие на работу, совершаемую в данный момент. Применение музыки может быть использовано для повышения эффективности многих видов профессиональной деятельности.
Работы многих авторов свидетельствуют о том, что прослушивание музыки изменяет функциональное состояние ЦНС (Борисова, Никифоров и др. 1977; Walker, 1977; Захарова, Авдеев, 1982; Leng, Shaw, 1991; Маляренко, Кураев и др., 1996; Фудин, 1996). Музыку, вызывающую положительные эмоции, применяют в качестве одной из составляющих терапии больных депрессией, мигренью, эпилепсией, шизофренией (Михайлова, 1992; Field, Murtinez et al., 1998; Hughes, Fino et al., 1999; Meister, Einsle et al., 2001). Классическая музыка ускоряет процесс релаксации (Burns, Labbe et al., 1999; Myskja, Lindbaek, 2000 и др.). Имеется отдельные указания на отрицательное влияние особенно рок-музыки, вызывающее эпилептические разряды (Михайлова, Моносова и др., 1990; Wiezer, Hungerbuhler et al., 1997; Wiezer, Walter, 1997; Nakano, Takase et al., 1998).
В последнее десятилетие появились работы, свидетельствующие, что прослушивание музыки влияет на когнитивную деятельность человека. В некоторых случаях отмечается положительный эффект. Так, прослушивание музыки способствует решению пространственно-временных задач в тестах с мысленным вращением или опознанием зеркальных изображений (Rauscher, Shaw et al., 1995; Jausovec, Habe, 2005). Студенты, прослушавшие сонату Моцарта, дали более высокие показатели при решении пространственно-временных тестов (Rideout, Laubach, 1996). Музыка, звучащая на уроках как фон во время выполнения самостоятельного задания учениками, повышает объём и аккуратность сделанной работы. Умственная работа становилась более продуктивной в сопровождении музыки (Трегубова, 1977). Большинство школьников предпочитает заниматься при включённом радиоприёмнике и телевизоре (Patton, Routh et al., 1986). К сожалению, во многих исследованиях применялся только качественный анализ состояния испытуемого на основе тестов и словесного отчёта без попыток теоретических трактовок полученных результатов. Часто музыку используют как фактор, предварительно изменяющий функциональное состояние ЦНС, а затем на этом фоне исследовали ту или иную деятельность (Фудин, Тараканов, Классина, 1996).
В литературе имеются многочисленные данные о влиянии прослушивания музьпси на электрическую активность мозга человека. Эти данные зачастую противоречивы (Борисова, Никифоров и др. 1977; Захарова, Авдеев, 1982; Kabuto et al., 1993; Klimesh, Doppelmayer et al. 1996 и др.). В большинстве работ отсутствует указание на громкость применяемой музьпси. В то же время характер воздействия музыки на человека существенно опосредован её мощностью. Усиление доминирующей в данный момент деятельности происходит при наличии определённых силовых соотношений между уровнем возбуждения в доминантном очаге и в том центре, к которому адресуется усиливающий очаг раздражитель. Если в последнем возникает более сильное возбуждение, чем в очаге, то могут возникнуть конкурирующие взаимоотношения, что приведёт не к усилению доминантного очага, а к его торможению (Ухтомский, 1950).
Учитывая всё выше сказанное, мы в своих экспериментах первоначально создавали стабильное доминантное состояние при распознавательной деятельности, а затем эту же работу проводили в сенсорно обогащенной среде (музыка, имеющая разную мощность).
Одним из наиболее распространённых и информативных подходов изучения нейрофизиологических процессов, лежащих в основе осуществления интегративной деятельности мозга, является исследование его электрической активности. В мировой литературе накоплен огромный материал, свидетельствующий об отражении в картине ЭЭГ особенностей функционирования мозга (Анохин, 1968; Рабинович и др., 1968; Русинов, 1969; Ливанов, 1972; Фролов, 1972, 1993; Котляр, 1977; Батуев, 1981; Костандов, 1983; Русалова, 1984; Иваницкий, Стрелец, 1984; Иваницкий, 1991; Любимов, Орлова, 1998, Дамянович, Орлова, 2006 и др.). При исследовании ЭЭГ мы исходили из основного положения о деятельности мозга как единой, сложно организованной системы, активность разных частей которой связана и взаимообусловлена. Опираясь на представление B.C. Русинова (1969) о том, что ЭЭГ является электрографической картиной динамики межцентральньгх отношений, основное внимание в нашей работе было обращено на изучение структуры взаимодействия электрических процессов, протекающих в разных участках коры головного мозга. Возможность осуществления подобного рода исследований была существенно расширена применением современных методов математического анализа ЭЭГ с помощью ЭВМ (Brazier, Barlow, 1956; Storm van Leeuwen, 1961; Ливанов, 1962, 1972; Mimura et al., 1962; Гриндель, 1963; Walter, 1963;
Болдырева, 1965, 2000; Elazar, Adey, 1967; Hord, Naitoh, 1972; Ефремова, Труш, 1973; Королькова, 1977; Монахов, 1977; Русинов, Гриндель, 1987, Свидерская, 1987; и др.).
Исходя из вышеизложенного в нашей работе при исследовании пространственной организации ЭЭГ во время повышения эффективности распознавания был использовании спектрально-корреляционный метод анализа электрической активности мозга.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей работы было исследование пространственной организации ЭЭГ человека при распознавании зашумлённых зрительных образов в сопровождении музыки. В соответствии с такой целью необходимо было:
Выяснить, какие изменения в ЭЭГ возникают при одном прослушивании классической и рок-музыки трёх степеней интенсивности.
Провести спектрально-корреляционный анализ электрической активности неокортекса человека при распознавании зашумлённых зрительных образов.
Определить, какая именно музыка приводит к повышению результативности распознавательной деятельности.
Установить, какие перестройки в электрической активности неокортекса человека возникают при повышении результативности распознавания зашумлённых зрительных образов под влиянием музыки.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
Анализ пространственной организации ЭЭГ показал, что разный стиль музыки и её интенсивность имеют свой характерный паттерн в изменениях спектральной мощности и сочетанности биопотенциалов неокортекса. При действии классической музыки определённой интенсивности происходит генерализованное по коре увеличение спектральной мощности в высокочастотных диапазонах (13-40 Гц), при прослушивании рок-музыки больший удельный вес всех изменений спектральной мощности ЭЭГ приходится на 0- и а 1-диапазоны частот. При прослушивании классической и рок-музыки возникает правосторонняя асимметрия в значениях когерентности биопотенциалов. В височной области правого полушария формируется фокус интеграции когерентных связей, который наиболее выражен в у-диапазоне частот.
Исследование пространственной организации ЭЭГ при распознавании зашумлённых зрительных образов выявило повышение значений когерентности потенциалов во фронтальных отделах коры, особенно выраженное в левом полушарии, а
также повышение сочетанности потенциалов фронтально-окципитальных областей обоих полушарий. В височно-центрально-затылочных областях происходило снижение уровней когерентности в обоих полушариях.
Существует корреляция между функциональным состоянием коры головного мозга, имеющим отражение в её электрической активности, и последующим правильным или ошибочным распознаванием образов. Перед правильным распознаванием формировалась левосторонняя асимметрия по показателю когерентности потенциалов. Предстимульный период ошибочного распознавания характеризовался широко генерализованным по коре повышением сочетанности потенциалов. Процент проявления повышения интегральной когерентности биопотенциалов и её уровни перед ошибкой был больше, чем перед правильным ответом.
Наиболее эффективной для повышения результативности распознавания зашумлённых зрительных образов была классическая музыка интенсивностью 62 дБ и рок-музыка интенсивностью 25 дБ в среднем. При любом варианте использования музьпси не возникает правосторонней асимметрии по показателю когерентности, столь характерной для изолированного воздействия музьпси. В этих условиях эксперимента становится более выраженным основной паттерн когерентных связей в электрической активности, наблюдаемый при одном распознавании: повышается уровень значений когерентности, и сохраняется левосторонняя асимметрия. Кроме того, возникает повышение сочетанности потенциалов фронтально-височных областей правого полушария в высокочастотных диапазонах.
Выявлено наличие корреляции между поведенческими показателями, связанными с формированием доминанты в ЦНС, и изменениями пространственной организации ЭЭГ. Если музыка приводила к повышению эффективности распознавания образов, то это было сопряжено со значительными перестройками в паттерне ЭЭГ. Важным показателем сформированного функционального состояния являются межполушарная асимметрия в значениях когерентности потенциалов, а также сами уровни сочетанности и топография повышений и снижений как внутриполушарных, так и межполушарных когерентностей потенциалов неокортекса.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Выявлены особенности пространственно-временной организации электрической активности мозга человека при повышении эффективности распознавания зашумлённых зрительных образов под влиянием музыки.
Проведённый впервые сравнительный анализ электрической активности у одной и той же группы людей (с открытыми глазами) при прослушивании музыки показал, что разный её стиль (классическая и рок) и интенсивность имеют свой характерный паттерн ЭЭГ. При прослушивании как классической, так и рок-музыки возникает фокус интеграции когерентных связей, который находится в височной области правого полушария и наиболее выражен в у-диапазоне частот. При прослушивании музыки возникает асимметрия в значениях когерентности: увеличение проявления повышения внутриполушарных когерентностей в правом полушарии; в левом преобладает снижение сочетанности потенциалов.
При распознавании зашумлённых зрительных образов происходит повьппение значений когерентности потенциалов фронтальных отделов коры, более выраженное в левом полушарии. Отмечается также повьппение когерентности потенциалов фронтальной и окципитальной областей как в правом, так и в левом полушариях. Анализ ЭЭГ в предстимульный период показал, что имеется корреляция между функциональным состоянием неокортекса и последующим качеством распознавания. Широко представленное по коре повьппение внутри- и межполушарных когерентностей потенциалов обуславливает ошибочное опознание. Левосторонняя асимметрия в значениях когерентности потенциалов, мозаичное изменение функции когерентности с наличием случаев её снижения приводит к правильному опознанию стимула.
Впервые проведён пространственный анализ ЭЭГ при повышении эффективности распознавания зашумлённых зрительных образов в сопровождении музыки. Под влиянием музыки становятся более выраженными те изменения в электрической активности, которые наблюдались при одном распознавании. Отсутствует правосторонняя асимметрия, характерная для изолированного действия музыки. Имеется чёткая корреляция между результатами, полученными при поведенческом и электрофизиологическом исследовании. Когда классическая и рок-музыка определённой мощности (62 и 25 дБ соответственно) приводила к повышению эффективности распознавания образов, происходили наибольшие перестройки в паттерне ЭЭГ.
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Закономерности и механизмы доминанты непосредственно связаны с проблемой детерминации поведения и профессиональной деятельностью человека, они представляют интерес для нейрофизиологов, психологов, социологов и педагогов. Выявленные в работе количественные показатели пространственно-временной организации электрической
активности неокортекса человека при повышении эффективности распознавания зашумлённых зрительных образов под влиянием музыки могут рассматриваться в качестве опорных при использовании музыки как фактора, повышающего работоспособность человека. Принцип доминанты - активирование очага стойкого возбуждения в сенсорно обогащенной среде, в частности, при применении музыки -может быть использовано во многих видах профессиональной деятельности. Исследование ЭЭГ при распознавании зашумлённых зрительных образов имеет практическое значение для понимания нейрофизиологических процессов, совершающихся при любой операторской деятельности.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы работы были представлены на молодёжных научных конференциях в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (Москва, ИВНД и НФ РАН; 9-Ю октября 2002; 8-9 октября 2003; 6-7 октября 2004; 12-13 октября 2005 гг); на Второй всероссийской научной конференции «Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии» (Москва, Институт мозга РАМН, 26-27 мая 2003 г.); на конференции «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга» (Москва, Институт мозга РАМН, 27-28 октября 2005 г.); на XIX съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург; 19-24 сентября 2004г.); на Юбилейной Международной, посвященной 90-летию А.Б. Когана, конференции по нейрокибернетике (Ростове-на-Дону; весна 2002 г.); на XTV Международной конференции по нейрокибернетике, посвященной 60-летию Победы советского народа в Великой Отечественной войне и 90-летию Ростовского государственного университета (Ростове-на-Дону; 26-30 сентября 2005 г.). Апробация состоялась на совместном заседании группы общей физиологии временных связей, лаборатории высшей нервной деятельности человека и лаборатории психофизиологии Института ВНД и НФ РАН 6 марта 2006 г.
СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием методов исследования, трёх глав с изложением результатов исследований и их обсуждения, выводов и заключения. Список литературы включает 100 русскоязычных и 95 иностранных источников. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, иллюстрирована 42 рисунками и содержит 17 таблиц.
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ.
Спектрально-когерентный анализ электрической активности неокортекса человека при прослушивании музыки
При прослушивании классической музыки возникает определенная перестройка функции спектральной мощности (СМ) потенциалов мозга человека, которая имеет характерный паттерн в зависимости от интенсивности применяемой музыки. На рис.3 приводятся графические карты, на которых представлены достоверные изменения по отношению к фоновым показателям значений СМ, возникающие при прослушивании классической музыки. Приведены суммарные данные по всей группе испытуемых. Анализ СМ для каждого испытуемого дал сходные результаты.
При прослушивании классической музыки первой степени интенсивности (рис.3, kl) уменьшается спектральная мощность потенциалов в Д- и 8-диапазонах частот во многих участках коры и увеличиваются значения СМ потенциалов в сс2-, pi-, 02- и у-диапазонах в электрической активности почти всей коры, за исключением фронтальных областей (Fpl, Fp2, F3, F4). В а 1-диапазоне частот подобных генерализованных изменений спектральной плотности биопотенциалов не обнаружено. При воздействии классической музыки второй степени интенсивности (рис.3, к2) уменьшение СМ Д-активности имеется лишь в затылочной коре. В 6- и ctl-диапазонах достоверных изменений СМ ЭА почти не наблюдалось (кроме F4, 9). В а2-активности повышение СМ происходит в передних отделах коры, в то время как в 01- и, особенно, в 02- и у-диапазонах значения СМ потенциалов увеличиваются по всей коре, включая фронтальные области. Можно придти к выводу, что отличительной особенностью паттерна ЭЭГ при действии к2 от паттерна, сформированного во время kl, является большее включение в активное состояние всей коры в высокочастотных диапазонах и менее выраженное уменьшение значения СМ в низкочастотном диапазоне.
Основная реакция электрической активности мозга на воздействие музыки третьей степени интенсивности (рис.3, кЗ) была в виде уменьшения значений СМ потенциалов по всем диапазонам частот. Имеется лишь локальное повышение значений СМ потенциалов в Д-, сс2- 01-, 02- и у-диапазонах частот в височной области правого полушария (Т4). Во время прослушивания рок-музыки трёх уровней интенсивности полученные паттерны ЭЭГ имеют свои характерные особенности и отличаются от перестроек ЭЭГ при воздействии классической музыки (рис.4). При воздействии рок-музыки первой степени интенсивности (рис.4, rl) происходит уменьшение СМ ЭА, особенно генерализованное по коре в а2-, pi- и р2-диапазонах частот. В Э- и а 1-диапазонах СМ уменьшается лишь в отдельных точках, в остальных отведениях значения СМ ЭА достоверно не отличаются от фоновых. Действие г2 (рис.4, г2) вызывает увеличение 0-активности по всей коре (кроме Т4). В других диапазонах частот преобладает увеличение СМ в затылочной области, в то время как во фронтальной коре спектральная плотность потенциалов а2-, pi-, Р2-, у-активности уменьшается либо значимые изменения отсутствуют. Рок-музыка третьей степени интенсивности (рис.4, гЗ) вызывает генерализованное по коре повышение СМ в 0- и, особенно, в а 1-диапазонах частот. Увеличение pi- и р2-активности происходит преимущественно в правом полушарии. Во фронтальной коре в pi-, Р2-, у-диапазонах частот СМ так же, как и при воздействии г2, уменьшается в отдельных участках, в остальных же отсутствуют значимые изменения.
На рис. 3, 4 представлены графические карты пространственной организации СМ электрической активности, достоверные изменяющиеся по отношению к фоновой активности (р 0.05). В то же время эти карты не дают представления, в каких участках коры были максимальные изменения и при какой музыке. С этой целью в табл.1 приводятся абсолютные значения СМ, нормированные к фоновым уровням, по всем отводимым в ЭЭГ пунктам и всем анализируемым диапазонам частот при классической и рок-музыки трёх уровней громкости. Как видно из таблицы, в Д- и а 1-диапазонах значимых изменений СМ ЭА при прослушивании классической музыки было немного. А при рок-музыке СМ ЭА достоверно изменялась практически по всем регистрируемым точкам коры. В диапазоне Р2 и у при обоих музыкальных стилях отмечаются достоверные изменения, максимум которых приходился на у-диапазон при классической музыке в ЭЭГ слуховой коры правого полушария (Т4, Т6), а при прослушивании рок-музыки - в слуховой (Т4) и центральной (С4) областях правого полушария.
Необходимо отметить, что при прослушивании классической музыки больший удельный вес всех изменений функции СМ потенциалов приходится на pi-, Р2-, у-диапазоны частот, а при рок-музыке - на 8- и al-активность. В этом диапазоне частот почти отсутствуют перестройки СМ ЭА при действии классической музыки. Для того чтобы сравнить изменения СМ потенциалов в левом и правом полушариях был проведён подсчёт процента случаев с повышением и снижением СМ ЭА в этих полушариях с учётом суммарного показателя по всем диапазонам частот (рис.5, 6). При прослушивании классической музыки процент случаев с повышением СМ потенциалов выше в правом полушарии, чем в левом. В тоже время вероятность проявления снижения значений СМ ЭА выше в левом полушарии, чем в правом (рис.5, kl, кЗ). Процент случаев с повышением СМ ЭА при прослушивании рок-музыки был выше в правом полушарии, чем в левом (рис.6, rl, гЗ). Случаи со снижением СМ ЭА в правом и левом полушариях равновероятны. Сравнительный анализ изменений СМ потенциалов в левом и правом полушариях показал, что межполушарная асимметрия в сторону достоверного преобладания значений в правом полушарии происходит лишь при действии музыки кЗ, rl и гЗ; при прослушивании kl, к2, г2 имеется тенденция.
Исследование СМ электрической активности мозга после выключения музыки показало, что в последействии рок-музьпш в основном сохраняется та же структура паттерна, которая наблюдалась при действии музыки, особенно закономерно это прослеживается в последействии музыки гЗ (рис.7). Так, в последействии rl (рис.7, rl) имеется снижение СМ в Д-активности, мало достоверных изменений по отношению к фоновым значениям в полосе 9-р1-частот, где отмечается уменьшение СМ в отдельных точках коры. В р2-у-диапазонах происходит повышение СМ ЭА в лобных отделах неокортекса. В последействии г2 (рис.7, г2) сохраняется повышение в Д-диапазоне СМ в трёх точках (01, 02, Т6) затылочной области, отмечается широко генерализованное по коре увеличение 9-активности. Интересно, что сохраняется левостороннее повышение активности в pi-, р2- и у-диапазонах. Основная структура паттерна ЭЭГ, наблюдаемая при действии гЗ (рис.7, гЗ), также сохраняется в последействии музыки. Отличительной особенностью для последействия гЗ так же, как и для последействий rl и г2, наблюдается увеличение в Р2- и у-диапазонах СМ фронтальных областей, в то время как при воздействии музыки наблюдалось уменьшение значений СМ потенциалов рассматриваемых точек. В последействии гЗ наблюдается левосторонняя асимметрия Р2-и у-активности, то есть такая, как и при действии и в последействии более слабой музыки.
ЭЭГ-корреляты распознавания человеком зашумлённых зрительных образов
Анализ функции СМ потенциалов неокортекса при распознавании 330 (рис.15, wR, wE) показал, что происходит повьппение СМ в передневисочной (F7, F8), височной (ТЗ) и окципитальной областях в А- и 8-диапазонах. Снижение СМ наблюдалось в ЭЭГ фронтальной (Fpl, Fp2) и центральной коры. В осі- и а2-диапазонах отмечается повышение СМ потенциалов лобных (Fpl, Fp2, F3, F7, F8) областей, снижение СМ в точке F4. Кроме того, происходило снижение СМ потенциалов в центральной, височной и затылочной коре (кроме левой височной (ТЗ), где СМ ЭА повышался). Имеется чёткая асимметрия в СМ ЭА височных областей: повьппение в точке ТЗ и снижение в точке Т4. Такая же левосторонняя асимметрия в осі- и ос2-диапазонах отмечается между потенциалами фронтальной коры (F3-F4) больших полушарий. Асимметрия в височной области прослеживается в Д-сс2-диапазонах частот.
Переходным является pi-диапазон, где ещё сохраняется увеличение значений СМ в ЭЭГ передневисочных областей, но ослаблена асимметрия в точках: ТЗ-Т4, а в проекционном пункте коры F3 уже отмечается снижение функции СМ. В затылочных областях неокортекса наблюдалось также снижение СМ потенциалов, наиболее выраженное в правом полушарии.
В Р2- и у-диапазонах частот происходит повышение СМ потенциалов центральных, височных, теменных и правой фронтальной (F4) областей. Снижение затрагивало преимущественно левую лобную кору (Fpl, F3, F7, Fp2). Интересно отметить, что наблюдалась рострально-каудальная асимметрия СМ ЭА, по-разному представленная в разных диапазонах. Повышение СМ потенциалов в 9-, al- и сс2-диапазонах частот во фронтальных областях обоих полушарий и преобладание снижения значений СМ ЭА в этих же диапазонах в затылочных областях. В Р2- и у-диапазонах - наоборот - наблюдалось снижение СМ потенциалов во фронтальной и повышение в затылочной областях коры.
Существенной топографической разницы в СМ ЭА перед правильными и ошибочными ответами обнаружено не было (рис.15, wE). Чтобы определить топографию и диапазон, где происходили максимальные изменения СМ потенциалов неокортекса, была построена и проанализирована таблица со средними по группе нормированными значениями по отношению к фону СМ ЭА (см. табл.2). Оказалось, что максимальное повьппение спектральной плотности происходило в правой передневисочной коре (F8, al-, и а2-диапазоны), а в а2-диапазоне - и в левой области (F7). Максимальное повьппение также происходило асимметрично в левой центральной (СЗ, р2-, у-диапазоны) коре. Максимальное снижение СМ ЭА отмечалось во фронтальной коре (F4,0-диапазон; Fpl, Fp2, Р2-, у-диапазоны). Интересно, что перед ошибочно распознанными стимулами происходило повьппение или снижение СМ биопотенциалов коры в тех же рассмотренных точках (кроме коркового пункта F4 в 0-диапазоне частот), и оно было более выраженным, чем перед правильным распознаванием.
Когерентность потенциалов неокортекса человека при распознавании защемлённых зрительных образов. Предстимульный период распознавания 330 характеризуется специфическим паттерном ЭЭГ, но, в отличие от изменений, касающихся СМ ЭА, изменения функций Ког ЭА топографически однотипны во всех анализируемых частотных диапазонах. Так (рис. 16, wR), отмечалось повышение значений Ког потенциалов во фронтальных отделах коры с охватом височной области в левом полушарии (Fpl-F7, Fpl-F3, Fpl3, F33, F3-F7 и F73). Во фронтальной области правого полушария глобального повышения значений Ког не обнаруживалось, наоборот - между потенциалами некоторых лобных областей отмечалось снижение Ког (Fp24, F4-F8, F8-Т4). Кроме этого по сравнению с фоном повышаются значения Ког фронтальных и окципитальных областей в симметричных точках левого и правого полушарий (Fpl-01, F7-01; Fp2-02, F8-02). Снижение значений Ког ЭА происходило преимущественно в височно-центрально-теменных областях симметрично в обоих полушариях.
Перед ошибочным распознаванием (рис.16, wE), кроме выше рассмотренных изменений, можно отметить повышение количества Ког связей потенциалов фронтально-окципитальных областей коры. Кроме того, отмечается увеличение по сравнению с фоном значений Ког ЭА в лобной коре правого полушария, и, следовательно, исчезает левосторонняя асимметрия, имевшая место перед правильным распознаванием. Снижение Ког потенциалов было менее выраженным.
Анализ количества случаев с повышением и снижением Ког потенциалов выявил (рис.17), что перед правильным распознаванием в левом полушарии достоверно больше процент проявления повьппения Ког, чем в правом. Перед ошибочным ответом процент проявления повьппения Ког потенциалов больше, чем перед правильным ответом как в правом, так и в левом полушарии. Межполушарных различий относительно процента случаев со снижением Ког потенциалов выявлено не было. Уменьшение процента случаев со снижением Ког потенциалов перед ошибочным распознаванием было достоверным по сравнению со снижением перед правильными ответами.
Представленные выше графические карты изменений сочетанности потенциалов при распознавании 330 свидетельствуют о том, что основные изменения в сторону повышения Ког ЭА происходили в лобной коре левого полушария и между фронтальной и окципитальной корой обоих полушарий. В то же время такое представление данных не даёт возможности судить, между какими корковыми зонами и в каких диапазонах происходили максимальные изменения сочетанности потенциалов. Полученные данные свидетельствуют о том, что функциональное состояние неокортекса, характеризующееся мозаичностью изменений (наличие повьппения и снижения Ког потенциалов) является более адекватным для последующего правильного распознавания. Генерализованное же по коре проявление повышения Ког ЭА приводит к возникновению ошибочного распознавания.
На рис.18 представлены графики, иллюстрирующие уровни Ког потенциалов, отводимых в парах Fpl-F7 и Fp2-F8 (рис. 18А) в фоне (пунктирная линия) и в предстимульный период распознавания 330 (сплошная линия). Изменения представлены по всем анализируемым частотным диапазонам. В фоне наибольший уровень Ког потенциалов рассматриваемых фронтальных областей в а 1-диапазоне частот. Низкий уровень Ког ЭА наблюдался в высокочастотных диапазонах: pi, и, особенно, р2 и у. При распознавании уровень Ког потенциалов достоверно (р 0.05) повышается, особенно в pi и значительно, почти в 2 раза по сравнению с фоном, в Р2-, у-диапазонах.
Изменение электрической активности неокортекса человека при распознавании зрительных образов в сопровождении музыки
Ранее в первой и второй главах мы рассмотрели, как изменяется электрическая активность неокортекса человека при одном прослушивании музьпси и в ходе распознавания 330. Данная глава посвящена рассмотрению условий, повышающих результативность распознавания и электрофизиологическим коррелятам успешной деятельности.
Напомним, как проводились опыты: 10 мин записывалась ЭЭГ в сенсорно обеднённой среде, затем 10-12.5 мин проводилось распознавание 330 (95 стимулов), после чего эта же работа сопровождалась музыкой в течение 10-12.5 мин. В эксперименте мы применяли три уровня мощности классической и рок-музыки, указанные выше (см. методику). Музыкальные отрывки были разными, это связано с тем, что при повторном использовании одной и той же музыки, как было показано в более ранних работах (Павлыгина, Фролов, Давыдов и др., 1998), эффект музыкального воздействия снижался. Опыты с применением классической и рок-музыки чередовались. В одном опыте применяли музыку одного типа. Между опытами был интервал в четыре и более дней, чтобы исключить следовое влияние музьпси. В эксперименте принимало участие 19 испытуемых, с которыми в общей сложности было проведено 170 опытов.
Было проанализировано изменение СМ и Ког биопотенциалов неокортекса в предстимульный период распознавания 1389 4-секундных отрезков ЭЭГ. Количество отрезков при сопровождении музыкой kl, кЗ, rl, гЗ было соответственно 442, 431, 340, 176. Изменение поведенческих показателей распознавания зашумлённых зрительных образов, проведённого в сопровождении музыки. Поведенческими показателями результативности распознавания 330 являлись: процент правильно распознанных образов за опыт (Р), среднее за опыт время принятия решения по поводу 330 (Т). Когда испытуемые оценивали качество своего распознавания по сигналу в режиме on-line (сразу после ошибки зажигалась красная лампочка), они реагировали на сообщение об ошибке по-разному. В одних случаях человек, увидев сигнал о совершённой ошибке, последующий стимул также распознавал ошибочно. В других случаях сообщение об ошибке не ухудшало качество работы. В таблице 6 представлено два фрагмента опытов у разньк испытуемых, когда ошибки шли подряд (6А) и были одиночными (6Б).
Был проведён анализ эффективности распознавания 330 в сопровождении каждого из четырёх видов музыки: kl, k3, rl и гЗ. При определении эффективности распознавания 330 в сопровождении музьпси, во-первых, обращали внимание на изменение количества правильно распознанных образов (Р) по сравнению с первой половиной опыта, когда распознавание проводилось без музыкального сопровождения. Во-вторых, анализировали изменение среднего времени принятия решения за опыт (Т). Изменения Р и Т могли быть однонаправленными (табл.7), то есть увеличивался процент правильных ответов, уменьшалось время принятия решения, или уменьшался процент правильных ответов и увеличивалось время реакции. В табл.8 приведены разнонаправленные изменения, когда процент правильных ответов снижался, а время распознавания уменьшалось, или же Р повышался с одновременным удлинением Т. Как свидетельствуют данные, приводимые в таблицах, тип реакции мог быть неодинаковым у одного и того же испытуемого при применении разного вида музыки. Имелись опыты, когда не изменялись ни Р, ни Т.
На рис.24 приводятся результаты изменения эффективности распознавания при сопровождении работы музыкой (по всей группе испытуемых). Применение любого из четырёх видов музыки приводило к индивидуальным реакциям человека. Наибольший процент испытуемых, у кого повышалась результативность по числу правильно распознанных стимулов (рис.24А), наблюдался при распознавании в сопровождении музыкой кЗ и rl. При распознавании в сопровождении музыки гЗ превалировало снижение числа правильно распознанных стимулов, у 12% испытуемых эффективность распознавания не изменялась. Если во второй половине опыта распознавание продолжалось без музьпси, то не было разницы между количеством опытов, где эффективность распознавания повышалась или снижалась. Значимых изменений эффективности распознавания в сопровождении музыки kl не наблюдалось.
При работе, сопровождаемой музыкой, во всех случаях преобладало количество опытов с уменьшением времени принятия решения (рис.24Б). Сопоставление полученных данных на рисунках А и Б свидетельствует о том, что при распознавании в сопровождении музыки кЗ и rl происходит повышение эффективности работы как по показателю процента правильных ответов (Р), так и по показателю времени реакции (Т). Исключение составляют данные, полученные по работе в сопровождении музыки гЗ. В данном случае снижение результативности по показателю Р коррелирует со снижением Т; это, вероятно, говорит о том, что сокращение времени реакции не всегда приводит к Примечание: Поведенческие данные в строчках взяты из опытов, названия которых указано в первой строке. Название опыта состоит из имени испытуемого, знака «#», вида опыта: wk3, wrl, wr3, - распознавание в сопровождении музыки k3, г1, гЗ соответственно. В строках дано: номер предъявляемого стимула, предъявляемая цифра, цифра, которую увидел в стимуле испытуемый, время принятия решения. Число «10» означает «ложный сигнал», состоящий из случайно зажжённых точек на экране для распознавания образов.
Изменение эффективности распознавания при сопровождении работы музыкой (по всей группе испытуемых). А -изменение процента правильно распознанных образов. Б - изменение времени принятия решения. Чёрные столбики - повышение, серые -снижение, белые - без изменений. По оси абсцисс - условия распознавания 330: без применения музыки (w), в сопровождении музьжи: wkl и wk3 -классической, wrl и wr3 - рок-музыкой первой и третьей степеней интенсивности. По оси ординат - процент испытуемых, у которых наблюдались или отсутствовали изменения. Для статистической оценки использовали критерий «хи-квадрат»; п - число испытуемых; - р=0.023; - p=O.OI, - р=0.07 (тенденция). повышению эффективности распознавания.
