Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема энтропии в психологии и психофизиологии (обзор литературы)
1.1. Энтропия как естественнонаучная категория 7
1.2.Энтропия в психологии 15
1.3. Энтропия в нейро- и психофизиологии 19
1.4. Постановка проблемы и задачи исследования 33
Глава 2. Методы экспериментального исследования
2.1. Объект исследования и организация опытов 35
2.2.3амеры энтропийных показателей ЭЭГ.' 35
2.3.Компьютерное исследование личностных и психодинамических свойств 38
2.4.ЭЭГ-исследование нейродинамических свойств 41
2.5. Математико-статистическая обработка 43
Глава 3. Энтропия ЭЭГ в структуре свойств нервной системы
3.1. Энтропийные характеристики ЭЭГ 47
3.2. Связь энтропии с нейродинамическими свойствами 59
3.3. Выводы 74
Глава 4. Энтропийные индикаторы индивидуальности
4.1. Связь энтропии с психодинамическими свойствами 76
4.2. Связь энтропии с личностными свойствами 87
4.3. Общая факторная структура 108
4.4. Выводы 113
Заключение 115
Выводы 127
Литература 129
- Энтропия как естественнонаучная категория
- Энтропия в нейро- и психофизиологии
- Объект исследования и организация опытов
- Связь энтропии с психодинамическими свойствами
Введение к работе
Актуальность
Крупнейший кибернетик Н. Винер (1958, с. 193), ссылаясь на св. Августина, писал, что природа обнаруживает энтропическую тенденцию. Специфической особенностью биологических систем является упорядоченность, и это естественно, так как элементы включаются в эти системы не хаотично, "бессистемно", а соорганизуясъ в комплексы (подсистемы) благодаря системообразующим факторам [Б.Ф. Ломов, 1963; Г. Кастлер, 1967; Н.И. Чуприкова, 1967; П.К. Анохин, 1968; К.А. Абульханова - Славская, 1980, 1991; А.В. Брушлинский, 1983; А.А. Крылов, 1990; В.Н. Дружинин, 1997 и др.]. Для обозначения этого явления в науке выработалась традиция именовать неупорядоченность стохастичностью, а ее меру - энтропией или энтропийными возмущениями [Л. Бриллюэн, 1966; П. Девис, 1985]. Негэнтропия (производство упорядоченности) является характерной закономерностью жизненных явлений и их эволюции [Э. Шредингер, 1972; Н.В. Тимофеев - Ресовский, 1984; А.В. Гапонов-Грехов, А.С. Ломов, Г.В. Осипов, М.И. Рабинович, 1989]. Конкретизация этого вывода в каждой науке имела свои особенности сообразно их предмету.
В дифференциальной психофизиологии путем применения электроэнцефалографических (ЭЭГ) методов были найдены объективные индикаторы классических свойств нервной системы и открыты новые свойства - лабильность, активированность [И.М. Палей, 1976; Э.А. Голубева с сотр., 1980, 1993]. Опираясь на результаты известных нейрофизиологов [А.Б. Коган, 1964, 1979; М.Н. Ливанов, 1965, 1972; Н.А. Аладжалова, 1979; А.Н. Шеповальников, М.Н. Цицерошин, B.C. Апанасионок, 1979], В.М. Русалов предложил в качестве кандидатур на особые свойства нервной системы сверхмедленную активность, дистантную синхронизацию и стохастичность. По первым двум свойствам в литературе имеются определенные наработки [Н.А. Аладжалова, 1979; Н.Е. Свидерская, 1987; и др.], а проблема стохастичности практически остается неисследованной, хотя общеизвестно, что электрофизиологические процессы мозга подвержены флуктуациям, и в них можно выделить два компонента: регулярный, ритмический и шумовой. Первый в науке тщательно изучен [У. Пенфилд, Г. Джаспер, 1958; М.Н. Ливанов, 1965; В.И.
Гусельников, А.Я. Супин, 1968], в исследовании же стохастичности делаются первые шаги [Г.А. Аминев, 1977; Г.А. Аминев, В.В. Трускалов, 1984]. Вместе с тем, игнорирование этой проблемы не обоснованно, так как энтропийные характеристики мозга представляют самостоятельный теоретический интерес и открывают новые аспекты в изучении психофизиологических аспектов поведения, их диагностики и коррекции. Этим определяется актуальность данного исследования.
Цель исследования: изучить энтропию биопотенциалов коры головного мозга в системе свойств интегральной индивидуальности.
Для достижения названной цели решались следующие задачи:
1. Изучить характеристики энтропии ЭЭГ, их средние значения, вариативность, распределение и факторную структуру.
2. Установить место энтропии в структуре известных (классических) свойств нервной системы [В.Д. Небылицын, 1976; В.М. Русалов, 1979; Э.А. Голубева, 1980, 1993; Я. Стреляу, 1982; Б.М. Теплов, 1985; и др.].
3. Выявить связи энтропии с показателями психодинамических и личностных уровней интегральной индивидуальности.
4. Определить количественные меры влияния энтропии на каждый уровень по интенсивности корреляций, характеристикам энергетических функций распределений Максвелла-Больцмана и сопоставить их с подобными показателями нейродинами-ческих свойств.
5. На основании вышеизложенных задач однозначно решить вопрос о самостоятельности фактора энтропии как общемозгового свойства и его роли в стабилизации (или дестабилизации) поведения.
Гипотеза. Энтропия является самостоятельным фактором психофизиологической организации индивидуальности, определяющим гибкость и жесткость поведения.
Альтернативой является представление об энтропии электроэнцефалограммы как о помехе, не имеющей диагностических и коррекционных возможностей.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Показатели энтропии ЭЭГ являются уникальными характеристиками стохастической организации функций мозга, подвержены межиндивидуальным различиям и группируются в три фактора: фронто-окципитального градиента энтропии, энтропии левой и правой лобных долей.
2. В системе известных свойств нейродинамики энтропия правой лобной доли HF4 составляет самостоятельное свойство мозга индивида.
3. Энтропия биопотенциалов коры больших полушарий практически не связана с психодинамическим уровнем индивидуальности.
4. Энтропийные характеристики ЭЭГ имеют высокие корреляции с личностными свойствами индивидуальности и в этом отношении не уступают классическим свойствам нервной системы.
5. Энтропия ЭЭГ как общемозговой фактор значимо коррелирует с личностными свойствами и является одной из предпосылок развития радикала дезадаптивной личности (точнее, агрессивной индивидуалистичности), включающего шизоидность, враждебность, импульсивность, повышенную возбудимость, тревожность предметной эргичности и т.п.
6. Энтропия ЭЭГ проявляет парциальные характеристики, выражающиеся в том, что энтропии ЭЭГ правой лобной доли сказывается негативно на социальной пластичности, экстраверсии и самоконтроле, а энтропия левого полушария также снижает экстраверсию, повышает циклотимичность и неискренность. Следовательно, влияние шумов нервной системы снижают гибкость, целостность и непротиворечивость поведения индивида в сфере общения.
Научная новизна. В работе впервые в рамках системно-субъектного подхода [Б.Ф. Ломов, 1963; А.В. Брушлинский, 1983; В.Г. Леонтьев, 1987; К.А. Абульханова -Славская, 1991; В.Н. Дружинин,. 1997; и др.], теории общих и парциальных свойств нервной системы [В.Д. Небылицын, 1976; В.М. Русалов, 1979; Э.А. Голубева, 1980, 1993; и др.], интегральной индивидуальности [B.C. Мерлин, 1986; Б.А. Вяткин, 1993; Л.Я. Дорфман, 1994; Б.А. Вяткин, М.Р. Щукин, 1995; и др.] проведено исследован1 v энтропии биопотенциалов коры головного мозга и получены доказательства того, что энтропия является самостоятельным свойством нервной системы.
Впервые выявлены основные факторы энтропии (общемозговые и парциальные) и установлено деструктивное влияние высокого уровня энтропии на адаптивные характеристики индивидуальности.
Теоретическое значение. Теоретически и экспериментально доказана обоснованность введения в дифференциальную психофизиологию энтропийной характеристики мозга индивида.
Практическое значение. Практическое применение шумовых составляющих ЭЭГ представляет новые возможности в двух направлениях: психодиагностике и психокоррекции.
1. Разработанная методика замеров энтропийньк показателей ЭЭГ позволяет осуществить объективную диагностику наличия дезадаптивного радикала личностных свойств при профессиональном отборе на специальности, требующие специальных качеств.
2. Учет энтропийного фактора позволяет повысить эффективность интегрального тренинга и коррекции дезадаптивного поведения, связанного с ростом стохастичности нервных процессов, путем управления энтропией мозга через известные процедуры регуляции основного ритма ЭЭГ.
Рекомендации апробированы на студентах I курса Башкирского государственного аграрного университета и в практике клинико-психологического консультирования в государственных и частных структурах.
Апробация работы. Основные результаты исследования представлялись и докладывались на Республиканской конференции "Опережающее образование -будущее республики" (Уфа, 1997), на региональной научно-практической конференции «Психология на службе республике Башкортостан» (Стерлитамак, 1998), на межвузовской научно-практической конференции «Совершенствование методов и содержания обучения в университете с учетом модели специалиста» (Уфа, 1998), совместном заседании кафедр общей и клинической психологии БГУ и Уфимского филиала факультета психологии МГУ им. М.В. Ломоносова.
Объект и методическое оснащение исследования. Обследовали 28 учащихся старших классов (17 лет) Первой уфимской политологической гимназии и 106 студентов 1 курса БГАУ. Все испытуемые правши (амбидекстры и левши из опыта
исключались). Обследование включало следующие этапы: замеры энтропийных показателей и нейродинамических - ЭЭГ; компьютерное исследование личностных и психо динамических свойств (четыре программы с измерением 128 показателей на человека, всего по группе 3584 замера).
Предмет исследования - индивидуальные различия субъективной реальности, обусловленные энтропией биопотенциалов коры головного мозга.
Работа является развитием системных исследований индивидуальности человека в русле волновой концепции личности, разрабатываемой кафедрой психологии Башкирского госуниверситета совместно с психофизиологической лабораторией Уфимского филиала факультета психологии МГУ им. М.В. Ломоносова, и утвержденных вице-президентом АН РБ акад. Р.Н. Гимаевым.
Энтропия как естественнонаучная категория
Еще в 1922 году В.И. Вернадский, рассматривая загадку жизни, отмечал, что в то время как религия, философия, художественное творчество уже ищут решение проблемы, наука же только намечает пути для этого решения [см. В.И. Вернадский, 1989]. К началу 60-х годов в науке стало окончательно складываться представление о "триаде жизни", символизирующей единство трех начал: вещества, энергии и информации [В.П. Казначеев, Л.П. Михайлова, 1985; В.Н. Волченко, 1991; Б.И. Искаков, 1991; К.Э. Циолковский, 1992; С. Гроф, 1993; В.В. Налимов, 1993; Р.Ф. Абдеев, 1994; Л.П. Гримак, 1994; Э.М. Каструбин, 1995; В.И. Слободчиков, Е.И. Исаев, 1995; и др.]. До этого наука рассматривала их раздельно. Так, в известном утверждении Ф. Энгельса (1987, с. 263): "Жизнь - есть способ существования белковых тел", - эксплицитно не включены энергетический и информационный компоненты, а в определении Б.М. Медникова (1982): "Жизнь - это активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры", -присутствует энергетическая составляющая, но не прослеживается связь с информатикой.
Ближе к пониманию жизни находятся исследователи, стоящие на позициях интегрального или системного подхода [Н.К. Кольцов, 1928; Э.С. Бауэр, 1935; А.Г. Гур-вич, 1944; Н.А. Бернштейн, 1947; Н. Винер, 1964; И.И. Шмальгаузен, 1968; Л. Берта-ланфи, 1969; А.И. Уемов, 1978; П.М. Брусиловский, 1983; В.М. Бехтерев, 1994; и др.]. Н.К. Кольцов (1928) считал, что живой организм представляет собой целостную систему, части которой обладают иными свойствами, чем все целое. По мнению К.Б. Серебровской (1994), поиск сущности жизни - это поиск системы специфических особенностей содержания функционирующей отдельной клетки и их популяции.
Такой специфической особенностью биологических систем является упорядоченность, и это естественно, так как элементы включаются в эти системы не хаотично, "бессистемно", а соорганизуясь в комплексы (подсистемы) благодаря системообразующим факторам [Г. Кастлер, 1967; П.К. Анохин, 1968; Ю.А. Лабас, A.M. Крылов, 1983]. Для обозначения этого явления в науке выработалась традиция именовать неупорядоченность стохастичностъю, а ее меру - энтропией или энтропийными возмущениями [С. Shannon, W.. Weaver, 1963; Л. Бриллюэн, 1966; П. Девис, 1985]. Отсюда следовал философский вывод, что негэнтропия (производство упорядоченности) является характерной закономерностью жизненных явлений и их" эволюции [Э. Шредингер, 1972; Н.В. Тимофеев - Ресовский, 1984; А.В. Гапонов-Грехов, А.С. Ломов, Г.В. Осипов, М.И. Рабинович, 1989]. Конкретизация этого вывода в каждой науке имела свои особенности сообразно их предмету.
В биологические науки категория энтропии пришла из термодинамики, где она впервые была введена Р. Клаузиусом (1865) как мера внутренней неупорядоченности. При этом предполагается, что в замкнутой системе энтропия может только возрастать (необратимые процессы) или оставаться константной (обратимые процессы), подчиняясь законам термодинамики [П.П. Лазарев, 1950; К.С. Тринчер, 1964; П. Глансдорф, И. Пригожий, 1973; А.И. Зотин, 1974; Г.Р. Иваницкий, В.И. Кринский,. Е.Е. Сельков, 1978; Р. Чанг, 1980, Ю.А. Ершов, Н.Н. Мушкамбаров, 1990; и др.].
Согласно первому началу термодинамики (закону сохранения энергии), изменение внутренней энергии биообъекта AU происходит вследствие теплообмена со средой AQ и (или) работы W, совершенной биообъектом над окружением, что выражается уравнением AU = AQ - W. Из уравнения следует, что само значение внутренней энергии U при переходе объекта из одного состояния в другое не зависит от того, что конкретно является причиной этих изменений - расход тепла или работа. Отсюда AQ = AU + W (количество выделенного в среду тепла равно снижению внутренней энергии за вычетом той ее части, которая ушла на совершение работы), и далее вводится понятие энтропии: AQ = Т AS, где Т - температура. Это выражение определяет энтропию лишь с точностью до аддитивной постоянной, то есть оставляет начало отсчета энтропии произвольным. Абсолютное значение энтропии позволяет установить третье начало термодинамики, или теорему Нернста: при стремлении абсолютных температур к нулю разность AS для любого вещества стремится к нулю независимо от внешних параметров. Поэтому энтропию всех веществ при абсолютном нуле температуры можно принять равной нулю (М. Планк): SQ = 0 при Т = 0.
Энтропия широко применяется в статистической физике, где ее впервые ввел Л. Больцман (1872) как меру вероятности осуществления какого - либо макроскопического состояния [см. Л. Бриллюэн, 1966]. Как было показано выше, энтропия - это целостная (интегральная) характеристика состояния системы, и в случае, если система изолированная, то она может только возрастать при необратимых процессах или остаться неизменной в обратимых процессах. В первом случае рост энтропии означает стремление системы перейти в более вероятное состояние. Это обуславливается тем, что система, состоящая из большого числа компонентов (это могут быть молекулы или иные элементы), переходит в новое состояние, в котором отношения компонентов более свободны. Для характеристики этого явления используют понятие "термодинамической вероятности" No, равной числу вариантов соотношений компонентов, которые благоприятствуют данному макросостоянию объекта. Между величиной No и энтропией существует соотношение: S = k In No, где к - постоянная Больцмана. Термодинамическому равновесию системы соответствует состояние с максимумом энтропии. Энтропия может иметь не один, а несколько максимумов, при этом система будет иметь несколько состояний равновесия. Равновесие, которому соответствует наибольший максимум энтропии, называется абсолютно устойчивым (стабильным).
В отличие от термодинамики статистическая физика рассматривает особый класс процессов - флуктуации, при которых происходит колебание состояния системы вокруг наиболее вероятного, и, соответственно, энтропия может уменьшаться или увеличиваться. Наличие флуктуации показывает, что закон возрастания энтропии выполняется только в среднем для достаточно большого промежутка времени.
Энтропия в нейро- и психофизиологии
Флуктуации (стохастичность) обнаруживаются на всех уровнях центральной нервной системы - церебральном, нейронном, мембранном, что дало основание А.Б. Когану сформулировать вероятностно-статистический принцип организации мозга [А.Б. Коган, 1964; 1979], обеспечивающий надежность его функционирования [Э.А. Асратян, П.В. Симонов, 1963]. На уровне мозга человека спонтанные колебания биопотенциалов были зарегистрированы в 1929 году Г. Бергером [см. У. Пенфилд, Г. Джаспер, 1958], который визуально открыл два основных ритма - альфа (покоя) и бета (внимания). Последующие исследователи, применяя узкополосные фильтры, методы гармонических разложений и стабильные усилители постоянного тока, добавили к ним дельта, тета, гамма, каппа - [М.Н. Ливанов, 1965; В.И. Гусельников, А.Я. Супин, 1968; Е.А. Жирмунская, А.Н. Колтовер, 1967; Н.П. Бехтерева, 1974] и сверхмедленные [Н.А. Аладжалова, 1979; Т.Б. Швец-Тэнэта-Гурий,1980; В.А. Илюхина, Ю.С. Бородкин, И. А. Лапина, 1983]. В дальнейшем для анализа ЭЭГ стали применять математические методы теории случайных процессов, рассчитывая периодограмму, автокоррелограмму и функцию спектральной плотности, и на сегодня сложилось единодушное мнение, что биопотенциалы коры представляют сумму шумовой и ритмичной составляющих [А.Ф. Рома-ненко, Г.А. Сергеев, 1968; К.А. Иванов-Муромский, С.Я. Заславский, 1968; Б.Н. Бейн, В.Е. Жирмунская, И.Т. Власенко и др., 1970; О.М. Гриндель, 1980; Е.Д. Хомская,1996; и др.]. При этом интенсивность шума определяется экспоненциальной, полезного сигнала (ритмов) - амплитудой синусоидального компонента.
Компьютерные средства дали толчок огромному потоку исследований спектральных характеристик ЭЭГ при различных функциональных состояниях, в зависимости от возраста и патологии [Е. Jarzebska, 1994; R. Zappoli, A. Versari, М. Paganini, G. Arnetoli, G.C. Muscas, P.F. Gangemi, M. Arneodo, D. Pogiollini, F. Zappoli, A. Battaglia, 1995; M.B. Славуцкая, T.B. Ефимова, B.B. Шульговский, 1996, H.A. Кашбая, И.Е. Кануников, Д.Р. Белов, А.Д. Ноздрачев, 1996]. Авторов этих работ волнует проблема ритмов ЭЭГ, а не шума, при этом поиск новых ритмов и их функционального значения продолжается. Если названные авторы в основном ограничивались диапазоном 0.5-35 Гц, то отдельные исследователи расширяют полосу частот (1-100, 1-256 Гц), добывая оригинальный материал о нейрофизиологических механизмах взаимодействия структур при различных функциональных состояниях и в процессе обучения [В.Н. Думенко, 1992].
Нам представляются особенно практически полезными работы по коррекции нервно-психических нарушений с помощью биоуправления по основному ритму ЭЭГ, т.н. биообратная связь, которая у 51% больных способствовала купированию неврозов, а в 10% случаев оказалась безуспешной [СИ. Сороко, Т.Ж. Мусуралиев, И.Н. Камаровер, В.В. Соложенкин, 1995]. Эти межиндивидуальные различия сензитивнос-ти к биообратной связи в соответствии с волновой теорией личности связаны с детерминацией невротических симптомов на меридианном, микроэлементном, мембранном и нейрогенетическом уровнях [Г.А. Аминев, 1996; Г.А. Аминев, Р.И. Амине-ва, Т.Б. Великжанина, Х.С. Рафиков, Г.Ф. Фазлиахметова, В.И. Холмакова, 1996]. Во многих публикациях последних лет устанавливается корреляция ЭЭГ-ритмов с характеристиками перцепции, памяти, интеллекта, внимания, эмоций, характера (тре вожности, агрессивности и т.п.) и полового дипсихизма. Так, установлена связь зри тельных иллюзий и ЭЭГ: при ритмической фотостимуляции с частотой альфа - ритма ЭЭГ возникает иллюзорное восприятие кольца или круга [И.А. Шевелев, В.М. Каменкович, Г.А. Шараев, 1996]. Выявлен комплекс быстрых потенциалов, согласо ванных с случайными движениями глаз (саккады), при этом ранние негативные потен циалы отражают процессы сенсорной переработки пространственного расположения стимулов и перцептивного внимания, а с промежуточной латентностью - активации корковых структур, участвующих в программировании и инициации саккад [М.В. Славуцкая, Т.В. Ефимова, В.В. Шульговский, 1996]. При распознавании зрительных образов в условиях дефицита времени реакции ЭЭГ проявлялись в диапазонах 8 - и (3 волн, что зависело от устойчивости к стрессу [Й. Михель, X. Камманн, Б. Кох, С. Манске, А. Михель, Ю.Н. Чегуров, Н.Б. Суворов, 1992]. Психофизиологические показатели формирования познавательной активности в процессе обучения изучались А.Г. Гизатуллиным (1990). При исследовании мышления обнаружено, что возникно вение гипотезы при решении концептуальных задач сопровождается усилением альфа-ритма, что объясняется снятием психологического напряжения [R. Bosel, А. Mecklinger, 1990; R. Bosel, 1992]. При узнавании частей фигур и в задачах на различе ние наблюдалось усиление не альфа, а тэта - активности, что, как мы полагаем на основе данных О.С. Виноградовой (1975), обуславливается включением гиппокам пальных механизмов узнавания. Совместная регистрация ЭЭГ и сверхмедленных потенциалов выявила нейрофизиологические эквиваленты психической активации и эмоциональных переживаний у практически здоровых и больных гипер- и гипостени ческой формами астено-вегетативного синдрома и паркинсонизмом [В.А. Илюхина, Н.Ю. Кожушко, 1993]. Другие авторы при мысленном воспроизведении эмоциональ ных состояний наряду с ЭЭГ фиксируют изменения вегетативных показателей [О.А. Сидорова, М.Б. Костюнина, М.А. Куликов, 1991].
Объект исследования и организация опытов
Как уже отмечалось в обзоре литературы, стохастичность, по В.М. Русалову (1979), является общемозговым свойством и вычисляется по вариации вызванного потенциала. В данной работе уровень шумов нервной системы измеряли в фоновой ЭЭГ по показателям энтропии 2-го, 3-го и 4-го порядков и коэффициентам избыточности по методике Г.А. Аминева (1977). В соответствии с принятыми требованиями опыты проводились в затемненной звукоизолированной экранированной камере. Обследуемый располагался удобно в мягком кресле с подлокотниками и подголовником. Регистрация ЭЭГ производилась на компьютерном электроэнцефалографе фирмы "Скан" на базе усилителя биопотенциалов "Нейровизор-16".
Активные электроды устанавливались по системе 10-20 [У. Пенфилд, Г. Джаспер, 1958] в отведениях Оь О2, F3, F4. Спаренный индифферентный электрод крепился на мочках ушей. Обработка производилась в 4 фрагмента фона длительностью 1 сек. каждый, на безартефактных участках с выраженным основным ритмом.
Анализ заключался в том, что на каждом отрезке ЭЭГ с шагом 1/30 сек. (шаг выбирался с расчетом соответствия с предшествующими исследованиями нашей лаборатории) определяли знак первой производной ЭЭГ по всем отведениям. Возрастание ЭЭГ обозначали знаком "+", оно соответствует негативации коры по отношению к индеферентному электроду А] или А2. Снижение амплитуды ЭЭГ обозначается знаком "—". Далее рассчитываются энтропийные характеристики ЭЭГ: показатели безусловной и условной энтропии и коэффициенты избыточности (КИ). Энтропию измеряем в битах. Чем ЭЭГ беспорядочнее, тем последовательность плюсов и минусов должна быть более нерегулярной. Если в ЭЭГ имеется четко выраженная периодическая составляющая, то плюсы и минусы должны идти более упорядочение Различают безусловную энтропию первого, второго и т.д. порядков (Нь Н2, Н3 и т.д.). Для расчета энтропии k-го порядка необходимо вычислить вероятности /?/ появления всевозможных вариантов последовательностей из к символов (плюсов и минусов) и далее воспользоваться формулой К. Шеннона:
Чем выше порядок энтропии, тем она лучше отражает степень беспорядочности ЭЭГ. В то же время для ее расчета требуются более длинные отрезки кривой. Возникает вопрос: с каким максимальным порядком безусловную энтропию можно рассчитать по некоторым данным? Приближенный ответ можно дать следующим образом. Точность энтропии Н зависит от точности оценок pf. Возьмем случай, когда все варианты последовательности из к символов — плюсов и минусов (их всего 2к) встречаются в ЭЭГ с одинаковой вероятностью: pi = 2" - Тогда, если ограничиться точностью оценки pf, определяемой относительной ошибкой р, и воспользоваться ф-преобразованием Р.Фишера (1963), получим следующее соотношение, выражающее необходимую для анализа длительность ЭЭГ (по числу плюсов и минусов): п = к + т=. Ар2 arcsinV2" Положим р=0,3, тогда из последнего уравнения следует, что для оценки энтропии первого, второго, третьего и четвертого порядков необходимы отрезки ЭЭГ длиной не менее n = 5, 12, 24 и 47 символов. Следовательно, в предложенных опытах могла быть определена безусловная энтропия не более третьего порядка, т.к. отрезки ЭЭГ характеризовались последовательностью из 30 символов (в компьютерных программах расчет велся с запасом до Н4). Максимальное значение энтропии третьего порядка Нз для процесса, представленного последовательностью плюсов и минусов, равно 3, минимальное — 0 битам. Обычно переходят к относительному показателю, называемому коэффициентом избыточности ( в данном случае безусловной): Д3 = (1-#3/3) 100%.
При анализе результатов исходят из того, что в соответствии с последним уравнением, чем беспорядочнее кривая ЭЭГ, тем выше Н3 и ниже R3. Полностью упорядоченная кривая максимально избыточна: R3=100%. Совершенно беспорядочная, шумовая кривая имеет R3 = 0%.
Кроме указанных показателей безусловной энтропии Нк вычисляются показатели условной энтропии Н к и избыточности R k, в частности Н з = Нз - Н2, R 3 = (l-H 3 100%.
Затем по данным условной энтропии третьего порядка рассчитывались средние значения энтропии по областям мозга и коэффициенты асимметрии SuniF, SumO, F/O, SumL, SumD, L/D: SumF= (H 3(F3) + H 3(F4))/2; SumO = (H 3(0,)+H 3(02))/2; F/O = 200 (SumF - SumO)/ (SumF + SumO); SumS = (H 3(0,)+ H 3(F3))/2; SumD = (H 3(02)+ H 3(F4))/2; S/D = 200 (SumS - SumD)/ (SumS + SumD).
Таким образом, каждый фрагмент ЭЭГ, с учетом четырех отведений, получил 46 показателей, из которых двенадцать приходилось на безусловную энтропию: Hi (О,), Н2(0,), Н3(0,), Н,(02), Н2 (02), Н3(02), H,(F3), H2(F3), H3(F3), H,(F4), H2(F4), H3(F4), восемь - на условную энтропию: Н 2(0,), Н 3(0,), Н 2(02), Н 3(02), H 2(F3), H 3(F3), H 2(F4), H 3(F4), и двадцать - на коэффициенты избыточности Ri(O0, R2(0i) и т.д., и еще шесть - суммарных мозговых показателей.
Связь энтропии с психодинамическими свойствами
Исследование связей энтропийных характеристик ЭЭГ коры с разноуровневыми свойствами индивидуальности позволяет прийти к следующим выводам.
1. Энтропия биопотенциалов коры больших полушарий практически не связана с психодинамическим уровнем индивидуальности (интенсивность связей X между энтропией и психодинамикой составила всего 0.61 %).
2. Классические нейродинамические показатели [В.Д. Небылицын, Э.А. Голубева, В.М. Русалов, С.А. Изюмова] имели более выраженные связи с психодинамическим уровнем (интенсивность связей X составляет 12.5 %). Это означает, что психодинамический уровень индивидуальности более связан с известными нейродинамическими свойствами, и вместе они составляют стабильную систему, устойчивую к стохастическим воздействиям, иначе внутренним шумам нервной системы.
3. Энтропия биопотенциалов более тесно коррелирует с личностными свойствами индивидуальности (интенсивность связей X между энтропией и личностным уровнем составила 5.32 %) и в этом отношении не уступает классическим свойствам нервной системы (интенсивность связей X в последнем случае составляет 4.46 %).
4. Матрица корреляционных связей системы качеств двух уровней описывается энергетическими функциями распределения Максвелла-Больцмана с двумя параметрами (у и Ь), отражающими слабые и сильные взаимодействия показателей. Установлено, что более тесная связь энтропии с личностным уровнем отражается в более высоком значении параметра гамма.
5. Энтропийные показатели имеют специфические корреляционные связи с личностными свойствами индивидуальности. В факторе энтропии левой лобной доли представлены шкалы шизоидности, тревожности, враждебности, эмоционального стресса, импульсивности, зависимости, гипоманиакальности, возбудимости, предметной эргичности, и, следовательно, энтропия левой лобной доли является одной из предпосылок развития этого личностного радикала агрессивной индиви-дуалистичности.
6. Фактор энтропии ЭЭГ правой лобной доли сказывался негативно на социальной пластичности, экстраверсии и самоконтроле. Это означает, что шумы в правой лобной доле снижают гибкость индивида в сфере общения.
7. Влияние фактора градиента энтропии лоб/затылок было не столь весомым и ограничивалось только шкалой предметного темпа, а именно: чем выше энтропия биопотенциалов затылочной области, тем подвижнее деятельность в предметной сфере.
8. Фактор энтропии левого полушария также снижал экстраверсию, повышал циклотимичность и неискренность, при этом последние два качества зависели только от данного фактора. Следовательно, дезорганизация ЭЭГ левого полушария (в наших исследованиях доминантного, так как все испытуемые были правши) приводила к замкнутости, неустойчивости настроения и искренности, т.е. отношения оказались реципрокными.
Таким образом, связи энтропии с личностными свойствами были не случайными и представляли целостные, непротиворечивые радикалы качеств, отражающие преимущественно дезадаптирующее влияние роста внутренних шумов нервной системы на характерологические качества индивидуальности.
"Энтропия (Entropy) - закон термодинамики, согласно которому любая энергетическая система стремится к состоянию равновесия. В теории психоанализа энтропия означает, что всем живым организмам присуще обязательное стремление вернуться в неживое состояние, из которого они изначально произошли" [Л. Хьелл, Д. Зиглер, 1997, с. 157]. Таким образом, энтропия является не только фундаментальной характеристикой естественных процессов, но и закономерностью психической жизнедеятельности. Из полученного материала мы вынесли на обсуждение следующие вопросы:
1) существует ли энтропия как самостоятельный фактор, и, если существует, то насколько это согласуется с современными представлениями о свойствах нервной системы (нейродинамики);
2) как отражаются различия по фактору энтропии в психодинамических (темпераментальных) и личностных свойствах индивида;
3) насколько эти данные имеют практическое значение, т.е. могут ли они быть использованы для целей психодиагностики и тренинга;
4) каковы перспективы дальнейшего исследования, проблемы "энтропийный мозг как фактор индивидуальных различий".
