Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Произвольная регуляция параметров ээг в контуре биологической обратной связи 13
1.1. Методологические и методические основы методы ЭЭГ-БОС... 16
1.2. Характеристики ЭЭГ, используемые в контуре БОС 19
1.3. Факторы, влияющие на эффективность ЭЭГ-БОС тренинга 29
1.4. Практическое применение ЭЭГ-БОС 42
Выводы по Главе 1 48
ГЛАВА 2. Экспериментальное исследование психофизиологических и психологических предикторов произвольной регуляции различных параметров ЭЭГ в условиях ЭЭГ-БОС тренинга 50
2.1. Цели, задачи, гипотезы и объект исследования 50
2.2. Описание процедуры и методов исследования
2.2.1. Психодиагностическое тестирование 51
2.2.2. Метод произвольной регуляции в контуре ЭЭГ-БОС и оценка его эффективности 55
2.2.3. Метод множественной линейной регрессии для определения вклада психофизиологических и психологических характеристик личности в эффективность произвольной регуляции в контуре ЭЭГ-БОС 61
Выводы по Главе 2 63
ГЛАВА 3. Результаты экспериментального исследования 65
3.1. Результаты психодиагностического тестирования 65
3.2. Экспериментальное изучение эффективности произвольной регуляции с помощью ЭЭГ-БОС тренинга 66
3.2.1. Сценарии A 66
3.2.2. Сценарии B 68
3.2.3. Сценарии C 69
3.2.4. Сценарии D 71
3.2.5. Сценарии E 72
3.2.6. Сценарии F 73
3.3. Экспериментальное изучение влияния психофизиологических и психологических предикторов на успешность произвольной регуляции в контуре ЭЭГ-БОС 75
3.3.1. Сценарии A 76
3.3.2. Сценарии B 77
3.3.3. Сценарии C 79
3.3.4. Сценарии D 80
3.3.5. Сценарии E 82
3.3.6. Сценарии F 84
3.4. Обсуждение результатов 86
Выводы по Главе 3 94
Заключение 97
Литература
- Характеристики ЭЭГ, используемые в контуре БОС
- Метод произвольной регуляции в контуре ЭЭГ-БОС и оценка его эффективности
- Экспериментальное изучение эффективности произвольной регуляции с помощью ЭЭГ-БОС тренинга
- Экспериментальное изучение влияния психофизиологических и психологических предикторов на успешность произвольной регуляции в контуре ЭЭГ-БОС
Введение к работе
Актуальность исследования. Влияние свойств личности на эффективность управления различными параметрами организма с использованием технологии биологической обратной связи (БОС) является одной из актуальных проблем, в частности, для разработки сценариев обучения пользователей систем в технологии интерфейса мозг-компьютер (ИМК). Данное диссертационное исследование посвящено изучению психофизиологических и психологических предикторов эффективности произвольной регуляции человеком параметров биоэлектрической активности собственного мозга в условиях БОС-тренинга.
Состояние научной разработанности проблемы. Метод ЭЭГ-БОС (neurofeedback, нейробиоуправление) – вид биоуправления, в контуре обратной связи которого, используемом обучаемым с целью управления собственным состоянием и активностью мозга, применяются показатели электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Известно, что характеристики ЭЭГ определяются целым рядом генетических, возрастных, средовых факторов; существенно зависят от функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС), характера и интенсивности реализуемой перцептивной и когнитивной деятельности (Е.В. Воробьева; В.Н. Кирой, П.Н. Ермаков; В.Н. Кирой, Е.В. Асланян и др.). Показано, что БОС не только позволяет оценивать, контролировать и корректировать состояние условно здорового человека, но и используется как реабилитационная или терапевтическая процедура при ряде функциональных расстройств и даже патологических состояниях (соматических и нервно-психических) (С.И. Сороко, В.В. Трубачев). Тем не менее, в настоящее время практически отсутствуют сведения о влиянии индивидуальных психологических и психофизиологических характеристик личности на эффективность обучения в контуре ЭЭГ-БОС.
Несмотря на то, что метод ЭЭГ-БОС успешно развивается уже на протяжении более чем 40 лет, однозначной оценки вклада свойств личности в успешность БОС-тренировки нет. В разные годы множеством авторов в качестве предикторов рассматривались такие характеристики, как уровень тревожности, показатели тестов Г. Айзенка, MMPI, Р. Кэттела и других методик (Е.В. Асланян и др.; H. Yamaguchi; T. Boynton; I. Konareva; M. Witte et al.). Несмотря на это, не было выделено точных предикторов успешности произвольной регуляции, оценка вклада индивидуально-типологических характеристик и их влияния на БОС-обучение оказывалась противоречивой, причем зачастую даже при использовании одних и тех же методик. Помимо этого, многочисленные исследования по данной тематике показали, что способность к обучению эффективной произвольной регуляции с использованием БОС может определяться множеством факторов: мотивацией (N. Birbaumer et al.), тренировкой (J.Perelmouter, N. Birbaumer), функциональным состоянием (D. Model et al.; N. Ince et al.; J. Yoon et al.) и некоторыми индивидуальными особенностями (C. Neuper et al.). К этому следует добавить, что довольно большой процент людей (от 30 до 50% респондентов) не в состоянии обучиться произвольному контролю параметров собственной ЭЭГ (А.Я. Каплан; А.С. Горев, Е.Н. Панова;
А.И. Федотчев; H. Rasey et al.). Однозначного объяснения данного факта до сих пор нет.
Таким образом, вопрос о влиянии психофизиологических и психологических характеристик личности на эффективность произвольной регуляции c использованием технологии БОС по-прежнему остается актуальным.
Цель исследования состояла в изучении влияния индивидуальных психофизиологических и психологических характеристик на эффективность произвольной регуляции различных параметров биоэлектрической активности мозга в условиях БОС.
Объект исследования – испытуемые-добровольцы, давшие письменное согласие на участие в ЭЭГ-БОС обследованиях.
Предмет исследования – психофизиологические и психологические предикторы эффективности произвольной регуляции активности мозга в условиях ЭЭГ-БОС тренинга.
Гипотезы исследования.
-
Психофизиологические и психологические свойства личности могут влиять на эффективность произвольной регуляции параметров ЭЭГ в условиях БОС-тренинга.
-
В ходе одного БОС-тренинга возможно эффективное обучение произвольной регуляции по разным параметрам ЭЭГ, регистрируемой в передних, центральных и задних областях коры мозга.
-
Психофизиологические и психологические свойства личности, такие как переключаемость, устойчивость внимания, психотизм, экстраверсия, нейро-тизм, свойства нервной системы, личностная тревожность, могут выступать как предикторы степени эффективности обучения произвольной регуляции ЭЭГ-активности в условиях БОС-тренинга.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих теоретических, методических и экспериментальных задач исследования: Теорет ические
-
Провести анализ литературы по проблеме влияния индивидуальных психологических и психофизиологических свойств личности на эффективность произвольной регуляции в контуре БОС.
-
Обобщить представленные в литературе сведения о связи различных индивидуальных психофизиологических и психологических качеств с эффективностью БОС-обучения.
Методические
3. Определить методический инструментарий исследования: выбрать,
адаптировать и апробировать методы, адекватные поставленным задачам.
-
Подготовить стимульный материал для исследования.
-
Разработать дизайн эффективных сценариев ЭЭГ-БОС тренингов.
Экспериментальные
6. Провести психодиагностическое тестирование испытуемых с помощью
батареи тестов-опросников.
7. Провести эмпирическую сессию произвольной регуляции с применени
ем БОС.
8. Построить модели множественной регрессии по результатам произ
вольной регуляции в контуре ЭЭГ-БОС.
9. Оценить вклад психофизиологических и психологических предикторов
в показатель эффективности произвольной регуляции по ЭЭГ-БОС.
Теоретико-методологическими предпосылками исследования выступили работы отечественных и зарубежных авторов по теоретическим и экспериментальным основам биологической обратной связи (П.К. Анохин, С.И. Сороко, В.В. Трубачев, J. Kamiya, M.B. Sterman, J.R. Evans, A. Abarbanel, T.H. Budzynski), основам психофизиологии (Ю.И. Александров, Н.Н. Данилова, J.T. Cacioppo), современным представлениям о электроэнцефалографии (В.Н. Кирой, Ю.Д. Кропотов, J.A. Chambers, W. Tatum, S. Sanei) и психодиагностике (А.Г. Шмелев, Л.Ф. Бурлачук).
Методы и методики исследования. Для решения поставленных экспериментальных задач в качестве основных методов были использованы:
-
Метод психодиагностического тестирования.
-
Метод регистрации ЭЭГ.
-
Метод обучения произвольной регуляции параметров ЭЭГ с помощью БОС-тренинга.
-
Метод моделирования с помощью множественной линейной регрессии.
К вспомогательным методам, применявшимся при решении вышеозначенных задач, относятся методы математико-статистической оценки параметров регрессии и выявления относительной роли предикторов в множественной регрессионной модели.
Психодиагностическое тестирование осуществлялось с помощью тестов-опросников Г. Айзенка, Я. Стреляу, Ч.Д. Спилбергера – Ю.Л. Ханина и корректурной пробы Б. Бурдона.
ЭЭГ-БОС тренинги разрабатывались и проводились с использованием электроэнцефалографа «Энцефалан 131-03» и программного обеспечения для БОС «Реакор» фирмы «Медиком МТД», г. Таганрог.
При обработке результатов ЭЭГ-БОС применялась программа «WinEEG», разработанная фирмой «Мицар», г. Санкт-Петербург. Статистическая обработка данных проводилась в программном комплексе для статистической и математической обработки Statistica 10 Enterprise; множественное регрессионное моделирование было выполнено средствами R – языка программирования, ориентированного на решение задач статистической обработки данных.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались методологической обоснованностью замысла исследования, использованием подходящих экспериментальных методов в соответствии с современными представлениями о психологической диагностике и методах биологической обратной связи, стандартами современной электроэнцефалографии, достаточным объемом экспериментальной выборки, применением современных ма-
тематических процедур обработки данных и анализа результатов, адекватных типу экспериментального материала и проверяемым гипотезам.
Основные научные результаты, полученные лично автором, и их научная новизна. Впервые выявлены сочетания психофизиологических и психологических свойств, которые влияют на эффективность обучения произвольной регуляции в условиях ЭЭГ-БОС тренинга. Показано, что различные сочетания свойств личности оказывают влияние на эффективность обучения по разным сценариям ЭЭГ-БОС, основанным на некоторых параметрах ЭЭГ. Также показано, что испытуемые способны быстро и успешно переключиться с управления одним параметром на регуляцию другого. Показана принципиальная возможность тренировки различных параметров биоэлектрической активности мозга в ходе одного сеанса ЭЭГ-БОС.
Теоретическая значимость исследования. Теоретическая значимость исследования определяется его вкладом в понимание роли психофизиологических и психологических свойств, которые оказывают значимое влияние на эффективность обучения произвольной регуляции по ЭЭГ-БОС. Полученные результаты доказывают принципиальную возможность эффективного обучения управлению различными параметрами ЭЭГ в ходе одного сеанса БОС. Методическая значимость состоит в разработке оригинального стимульного материала для проведения последовательного БОС-обучения по разным контролируемым параметрам.
Практическая значимость исследования. Полученные в исследовании результаты и сформулированные на их основе выводы могут быть полезны для подбора и создания протоколов обучения произвольной регуляции по ЭЭГ-БОС, индивидуализированных с учетом психологических и психофизиологических качеств клиента. Это дает возможность предварительно прогнозировать возможные результаты БОС, а также подбирать контролируемые параметры, наиболее эффективные в плане достижения положительного результата обучения произвольной регуляции с помощью ЭЭГ-БОС тренинга. Полученные сведения могут использоваться при отборе кандидатов для работы в системах, использующих интерфейс мозг-компьютер, где в качестве управляющих команд используются параметры биоэлектрической активности мозга, а также для обучения операторов биотехнических систем и в условиях терапии различных нарушений.
Положения, выносимые на защиту.
-
Психофизиологические и психологические свойства личности влияют на эффективность произвольной регуляции различных параметров ЭЭГ в условиях БОС-тренинга.
-
В ходе одного БОС-тренинга человек способен эффективно обучаться произвольной регуляции различных, зачастую разнонаправленных, параметров ЭЭГ, оперативно переключаться с управления одним на регуляцию другого параметра. При этом ЭЭГ-БОС обучение по разным сценариям протекает с различной динамикой и эффективностью.
3. Эффективность произвольной регуляции параметров ЭЭГ определяется различными сочетаниями таких психофизиологических и психологических свойств личности, как переключаемость внимания, психотизм, экстраверсия, нейротизм, сила торможения и подвижность нервной системы, личностная тревожность. Эти свойства могут рассматриваться как предикторы эффективного обучения с использованием ЭЭГ-БОС тренинга.
Апробация работы и внедрение результатов исследования. Основные результаты исследования обсуждались на заседаниях лаборатории нейрофизиологических механизмов психической деятельности НИИ Нейрокибернетики им. А.Б. Когана (Ростов-на-Дону, 2012-2013) и на заседаниях кафедры психофизиологии и клинической психологии Академии психологии и педагогики Южного федерального университета (Ростов-на-Дону, 2014-2016). Материалы диссертационного исследования были представлены на: Международной научной конференции «Ананьевские чтения-2016. Психология – вчера, сегодня, завтра» (Санкт-Петербург, 2016); Международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии» (Судак, Крым, 2014, 2015); Всероссийской научной конференции «Фундаментальные проблемы нейронаук: функциональная асимметрия, нейропластичность и нейродегенерация» (Москва, 2014); конференции аспирантов Академии психологии и педагогики в рамках «Недели науки ЮФУ» (Ростов-на-Дону, 2015).
Работа выполнена в лаборатории нейрофизиологических механизмов психической деятельности НИИ Нейрокибернетики им. А.Б. Когана Южного федерального университета в рамках гранта РГНФ (№ 12-06-00034) и на кафедре психофизиологии и клинической психологии Академии психологии и педагогики Южного федерального университета в рамках государственного задания Минобрнауки РФ (проект № 2141).
Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе Южного федерального университета (Ростов-на-Дону), реабилитационной работе Бюро медико-социальной экспертизы № 18 (Ростов-на-Дону), терапевтической деятельности ГБУ РО Наркологического диспансера (Ростов-на-Дону).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ общим авторским объемом 3,2 п.л., в том числе 3 работы – в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения; трех глав; заключения, содержащего выводы, практические рекомендации и перспективы дальнейшей разработки проблемы; списка литературы, содержащего 246 источников, из них 193 – на иностранных языках. Диссертация включает 13 Рисунков, 7 Таблиц и 1 Приложение. Объем основного текста составляет 129 страниц.
Характеристики ЭЭГ, используемые в контуре БОС
Имеется относительно немного сведений о влиянии различных психологических и психофизиологических характеристик личности на процесс обучения произвольной регуляции при использовании метода биологической обратной связи (БОС), которые подчас носят противоречивый характер. В обзорной части данной работы будут рассмотрены общие представления о механизмах произвольной регуляции при помощи биологической обратной связи, суть указанного метода, сферы практического применения БОС-технологии, психологические и психофизиологические свойства личности, которые могут оказывать влияние на эффективность БОС-обучения.
Задача метода БОС заключается в организации опосредованного обратной связью контроля над каким-либо физиологическим параметром с целью выработки навыка его произвольной регуляции. Такая технология основывается на принципах оперантного научения. Метод БОС предоставляет испытуемому возможность самостоятельно регулировать произвольные и непроизвольные нервные, соматические и вегетативные функции, которые в большинстве случаев эволюционно не предназначены для сознательного управления. В качестве параметров БОС чаще всего выступают показатели кожно-гальванической реакции, электромиограммы, электроэнцефалограммы, частоты сердечных сокращений, артериального давления и температуры. Помимо этого, применяются еще и интегративные многопараметрические протоколы БОС, в которых обратная связь позволяет осуществлять контроль сразу над несколькими функциями организма.
Технология БОС, являясь объективным инструментальным методом оценки состояния систем организма, позволяет глубже понять суть механизмов саморегуляции, роль биологических сигналов в этом процессе, а также оценить влияние корковых и подкорковых структур мозга на протекание вегетативных и психических процессов [43]. Такая разновидность метода, как ЭЭГ-БОС (или нейробиоуправление), вносит важный вклад в изучение пространственно-временной организации биоэлектрической активности головного мозга.
Представления об обратной связи как одном из важнейших принципов организации физиологических систем и функционирования организма тесно связаны теорией функциональных систем П.К. Анохина [1]. Согласно этой теории, под влиянием обратной связи происходит не только функциональная корректировка деятельности, но и сравнение полученного и ожидаемого результатов, что усиливает мотивацию к достижению цели и мобилизует резервы организма. Как следствие, это приводит к расширению границ работоспособности человека.
Несмотря на то, что теоретические предпосылки современной БОС-технологии относятся к работам середины XX века, практическое и научное применение данного метода началось около 40 лет назад. Современный БОС используется как в лечебных, так и нелечебных целях. Наиболее известным примером использования метода биологической обратной связи в лечебном процессе является его применение при такой мозговой дисфункции, как синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ). Кроме того, БОС применяют при терапии расстройств поведения, тревожности, депрессии, синдрома хронической усталости, эпилепсии и аутизма. Стоит отметить также, что ней-робиоуправление (ЭЭГ-БОС) как один из видов БОС-терапии используется с целью облегчения состояния человека при аддиктивных расстройствах, при реабилитации после инсульта, различных травм мозга, для улучшения когнитивной деятельности при возрастных нарушениях. К немедицинскому использованию БОС можно отнести протоколы обучения, направленные на усиление концентрации внимания и повышение эффективности деятельности, выработку навыков медитации, релаксации, а также на улучшение творческих способностей. Однако следует отметить, что имеется ряд причин, препятствующих широкому внедрению метода биологической обратной связи в терапевтическую и психологическую практику в нашей стране: – отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору стратегий применения БОС для обучения регуляции различных состояний; – не определены наиболее информативные параметры регуляции; – не определены наиболее подходящие для ЭЭГ-БОС отведения; – не выявлены показания и противопоказания метода БОС при различных заболеваниях; – не разработана специфика применения ЭЭГ-БОС при учете психологических и индивидуально-типологических свойств личности; – не изучена степень влияния произвольного изменения параметров БОС на психологическое состояние человека, полезность этого влияния; – отсутствуют сведения о конкретных физиологических механизмах направленного сдвига параметров физиологических систем.
Также существует и ряд других, субъективных, причин – например, недоверие практикующих врачей к немедикаментозным методам лечения.
Метод ЭЭГ-БОС представляет интерес как из-за его практического значения (например, с его помощью могут быть достигнуты выраженные клинические эффекты при различных нарушениях функций мозга и вегетативных систем), так и вследствие возможности его использования при исследовании динамики обучения произвольной регуляции и перестройки ритмической активности ЭЭГ. Ряд нерешенных вопросов, связанных с влиянием свойств личности на эффективность произвольной регуляции, автор постарается осветить и решить в данном диссертационном исследовании c помощью ЭЭГ-БОС.
Метод произвольной регуляции в контуре ЭЭГ-БОС и оценка его эффективности
Психодиагностическое тестирование с использованием батареи тестов-опросников проводилось на первом этапа исследования. Каждый кандидат-доброволец дал согласие на прохождение тестирования при дальнейшем участии в сессии ЭЭГ-БОС обучения.
Личностный опросник EPQ Г. Айзенка. Личностный опросник EPQ (Eysenck Personality Questionnaire) является результатом исследовательской работы Ганса и Сибиллы Айзенк, и четвертой версией опросника. Данный тест был создан в 1968 году на основании предложенной авторами модели PEN (Psychoticism, Extraversion, and Neuroticism – психотизм, экстраверсия и нейротизм). В этой методике к двуфакторной структуре опросника, включающей «экстраверсию» и «нейротизм», был добавлен третий фактор – «психотизм», не изменяющий первоначальную структуру [98].
Опросник EPQ состоит из 91 утверждения, относящихся к вышеописанным факторам и шкале лжи. Подсчет результатов осуществлялся согласно инструкции к обработке результатов тестирования.
Данную методику было решено включить в батарею тестов-опросников по причине того, что в ряде исследований прошлых лет [84, 96, 242] приводились противоречивые сведения о взаимосвязи результатов произвольной регуляции по ЭЭГ-БОС и таких качеств личности, как нейротизм, интроверсия и экстраверсия, диагностированных также с помощью теста Г. Айзенка.
Методика диагностики темперамента Я. Стреляу. «Методика диагностики темперамента Стреляу» была создана польским психологом Яном Стреляу на основе собственной регулятивной теории темперамента. Регулятивная теория темперамента Яна Стреляу была разработана на основе павловской идеи о важной роли темперамента в адаптации индивида к окружающей среде, а также на основе понятия оптимального уровня возбуждения, разработанного Д. Хеббом [46, 214].
Задача методики – изучение трех основных характеристик типа нервной деятельности: силы процессов возбуждения, силы процессов торможения, подвижности нервных процессов. Кроме того, существуют формулы для расчета показателей уравновешенности процессов возбуждения и торможения по силе. Русскоязычная адаптация опросника выполнена Н.Р. Даниловой и Ф.Г. Шмелевым [44].
Тест содержит 134 вопроса, относящиеся к трем шкалам – «сила процессов возбуждения», «сила процессов торможения», «подвижность нервных процессов». На каждый вопрос предполагается один из трех возможных вариантов ответа: «да», «не знаю» (затрудняюсь ответить), «нет», за каждый из которых соответственно начисляется 2, 1 или 0 баллов в соответствующую шкалу [18]. Для получения числовых значений признаков необходимо суммировать балловые ответы по списку вопросов, относящихся к одной из трех шкал.
Тест Я. Стреляу был выбран для определения выраженности характеристик нервной системы, которые могут влиять на процесс ЭЭГ-БОС обучения, так как в статье Е. Асланян с соавторами было показано, что существует связь между уравновешенностью нервных процессов и скоростью ЭЭГ-БОС обучения [3].
Шкала тревожности Ч. Спилбергера. Тест Чарльза Спилбергера (Staterait Anxiety Inventory – STAI) является методикой самооценки уровня тревожности в данный момент времени (реактивная тревожность) и личностной тревожности как устойчивой характеристики личности. Тест был разработан Ч.Д. Спилбергером [206] и адаптирован Ю. Ханиным [49].
В рамках данного теста для анализа был взят только показатель личностной тревожности, так как он представляет устойчивую индивидуальную характеристику человека, отражающую предрасположенность субъекта к тревоге и предполагающая наличие у него тенденции воспринимать достаточно широкий набор ситуаций как угрожающие, отвечая на каждую из них определенной реакцией [206]. С феноменом личностной тревожности также связан ряд исследований произвольной регуляции с использованием ЭЭГ-БОС [122, 145, 185, 187, 224, 240]. В результатах указанных работ отмечено влияние уровня тревожности на процесс произвольной регуляции в контуре ЭЭГ-БОС.
Тест содержит 40 предложений, прочитав которые испытуемый должен отметить цифру от 1 до 4, в зависимости от того, описывает ли данное предложение его самочувствие в данный момент. Первые 20 пунктов относятся к шкале реактивной тревожности, вторые 20 утверждений – к личностной.
Корректурная проба Б. Бурдона. Корректурная проба была предложена Б. Бурдоном в 1895 г. для исследования устойчивости и концентрации внимания [23]. Методика выявляет колебания внимания испытуемых по отношению к однообразным зрительным стимулам в условиях длительной нагрузки. Задача испытуемого заключается в обнаружении заданных стимулов среди других и фиксировании их на бланке. Тест может состоять из различных стимулов: букв, цифр, геометрических фигур [47].
В данном исследовании использовался стандартный стимульный материал с различными буквами: бланк – 2000 знаков, по 50 букв в строчке. Длительность тестирования – 10 минут. Каждую минут по сигналу экспериментатора испытуемый ставил черту в том месте бланка, где он находился в данный момент работы. Испытуемые выполняли два вида работы: в первом варианте выполнения в течение 10 минут испытуемые получали инструкцию подчеркивать букву к, а букву и – зачеркивать; во втором варианте предлагалось зачеркивать нужные буквы в четных (и) и нечетных (к) строках корректурной таблицы.
Корректурная проба Б. Бурдона использовалась в данном психодиагностическом тестировании для оценки свойств внимания у испытуемых. Применение методики основывалось на сведениях из статьи И. Хаммера, где указывалось на влияние уровня внимания (измеренного с помощью теста TOVA) на успешность обучения использования интерфейса мозг-компьютер, процесс которого сходен с ЭЭГ-БОС тренингом [116].
Экспериментальное изучение эффективности произвольной регуляции с помощью ЭЭГ-БОС тренинга
Основной целью данного диссертационного исследования было определение влияния психофизиологических и психологических свойств личности на успешность обучения в контуре ЭЭГ-БОС. Достижение этой цели требовало подбора методов, которые позволили бы не только определить те или иные свойства, повлиявшие на ход БОС-тренинга, но и определить количественную меру этого влияния. Для этого были выбраны: - Метод моделирования при помощи множественной линейной регрессии; - Метод определения относительной важности предикторов, вошедших в регрессионные модели.
Итогом применения первого из указанных методов является оптимизированная множественная регрессионная модель для каждого ЭЭГ-БОС сценария, в которую входят психофизиологические и психологические предикторы, показатели которых были подсчитаны на первом этапе эксперимента. Саму модель необходимо анализировать по ее статистической значимости (p-value), достоверной значимости вклада самих предикторов в модель, и общему коэффициенту детерминации (multiple r-squared). Второй метод, указанный выше, позволили с помощью специального математического алгоритма определить вклад каждого из предикторов, вошедших в модель, в коэффициент детерминации самой модели (алгоритм relaimpo-lmg). Это алгоритм позволил получить точную оценку вклада того или иного предиктора в эффективность БОС-обучения. Далее, по разделам, описаны регрессионные модели для каждого сценария ЭЭГ-БОС. 3
Несмотря на то, что сценарий А был наименее эффективным в плане БОС-обучения (16,69 %), множественная регрессионная модель, построенная по данным кривой обучения и данным психодиагностического тестирования, показала высокую значимость – p 0,03. Коэффициент детерминации, отражающий предиктивную способность модели, также оказался высоким – R2 = 0,54. Исходя из этого, можно заключить, что 54,47 % дисперсии значений эффективности обучения по тренингу А объясняется совокупным влиянием предикторов, включенных в модель. Также следует отметить, что коэффициент детерминации данной модели – четвертый по этому показателю в эксперименте.
Кроме того, модель показала достоверное влияние четырех предикторов из перечня, полученного с помощью психодиагностических методик, описанных выше. На успешность снижения альфа-индекса в теменных областях существенно влияют такие качества, как «личностная тревожность», «переключае-мость внимания», «подвижность нервной системы», «экстраверсия» [Таблица 2].
Используя алгоритм подсчета относительной важности предиктора модели (lmg-relaimpo), удалось вычислить точный вклад каждого из перечисленных выше предикторов в общую предиктивную способность модели. Согласно по 77 лученным данным, результаты lmg-алгоритма [Таблице 2], переведенные в проценты, выглядят следующим образом: вклад «личностной тревожности» – 7,55 %, «переключаемости внимания» – 19,61 %, «подвижности нервной системы» – 17,89 %, «экстраверсии» – 9,4 %. Иллюстрация ниже наглядным образом демонстрирует соотношение вклада предикторов в описание дисперсии признака [Рисунок 9].
Диаграмма относительной важности вклада психофизиологических и психологических предикторов в коэффициент детерминации множественной регрессионной модели для сценария А
Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что указанные свойства личности детерминируют значения показателя эффективности обучения по сценарию А согласно своим значениям.
Сценарий B является вторым по эффективности в эксперименте. Средняя эффективность данного тренинга равна 56,97 %. Множественная регрессионная модель, построенная для данного сценария, показала высокую значимость – p 0,01, и высокий коэффициент детерминации R2 = 0,78. Из этого можно сделать вывод, что 78 % процентов дисперсии значений эффективности обучения детерминируется этой моделью. Данная модель имеет самый высокий коэффициент детерминации в эксперименте. Множественная регрессионная модель показала достоверное влияние двух предикторов – «нейротизма» и «психотизма» [Таблица 3].
Остальные три свойства, представленные в модели, «подвижность нервной системы», «сила торможения нервной системы» и «экстраверсия» имеют меньший показатель достоверности. Но, так как ручной перебор предикторов показал, что без трех указанных выше свойств модель значительно снижает свою достоверность и показатель детерминированности, поэтому было решено использовать модель без изменений. Алгоритм lmg высчитывался для модели без изменений.
Результаты расчета относительной важности предикторов [Таблица 3], переведенные в проценты, выглядят следующим образом: «нейротизм – 37,93 %, «подвижность нервной системы» – 3,8 %, «психотизм» – 13,7 %, «сила торможения нервной системы» – 17,45 %, «экстраверсия» – 5,46 %. Наглядно соотношение представлено на иллюстрации [Рисунок 10]. Рисунок 10. Диаграмма относительной важности вклада психофизиологических и психологических предикторов в коэффициент детерминации множественной регрессионной модели для сценария B
Учитывая все вышесказанное, можно заключить, что «нейротизм» и «психотизм» непосредственно влияют, а «экстраверсия», «сила торможения» и «подвижность нервной системы» имеют тенденцию к влиянию на эффективность обучения по увеличению суммарного бета-2 индекса ЭЭГ в отведениях F3 и F7, в указанных процентных соотношениях.
Тренинг С имел своей целью смещение преобладания индекса альфа-ритма в левое полушарие в центральных областях коры. Этот сценарий является самым эффективным в плане эффективности ЭЭГ-БОС тренинга, тем не менее значимой модели множественной регрессии получить не удалось – p 0,07, коэффициент детерминации R2 = 0,19. По итогам моделирования только один предиктор – «переключаемость внимания», вошел в оптимизированную модель [Таблица 4]. Соответственно, эта модель имеет самый малый из всех шести моделей коэффициент детерминации.
Экспериментальное изучение влияния психофизиологических и психологических предикторов на успешность произвольной регуляции в контуре ЭЭГ-БОС
Модели для сценариев B и F, направленные на произвольное усиление бета-2 активности передних симметричных областей, также характеризуются высокими уровнями значимости и коэффициентами детерминации (p 0,01 и R2 = 0,78 для В, и p 0,01, R2 = 0,65 для F; первое и третье из шести полученных в исследовании значений). Общими для этих двух сценариев стали следующие предикторы: «нейротизм», «подвижность НС», «сила торможения НС». Но влияние на эффективность соответствующих тренингов они оказывали разное. Так, достоверное влияние «нейротизма» на эффективность обучения по сценарию В – 37,93 %, в то время как для сценария F – всего лишь 6,2 %. С другой стороны, вклад «подвижности нервной системы» в результаты сценария В – 3%, при этом значимость этого предиктора мала, но, по всей видимости, внутренняя взаимосвязь с остальными предикторами делает его неотъемлемой частью модели. Для тренинга F «подвижность НС» является важнейшим предиктором, ее вклад в успешность обучения – 26 %. «Сила торможения НС» почти одинаково важна как для одного, так и для другого сценария: для В – 17,46 %, для F – 25,64 %. В некоторой степени все три указанных предиктора характеризуют уровень психологической устойчивости и работоспособности испытуемых, что может объяснять высокую эффективность обучения произвольной регуляции бета-2 ритма. Также необходимо добавить, что на результаты сценария B оказали весомое влияние «психотизм» (13,73 %) и «экстраверсия» (5,46 %), а на сценарий F – «переключаемость внимания» (7,2 %). Так как показатели теста Г. Айзенка в определенной мере схожи с характеристиками нервной системы по И.П. Павлову, сочетание экстраверсии с вышеуказанными предикторами дает основание считать наиболее важными для успешного выполнения сценария именно свойства нервной системы [98]. С другой стороны, важность переклю-чаемости внимания как предиктора для тренинга F может объясняться упомянутой ранее взаимосвязью лобного бета-ритма ЭЭГ с процессами внимания у человека и возможностью переключаться между видами деятельности с большей легкостью [47].
Полученные для сценариев C и E регрессионные модели, несмотря на высокую эффективность обучения по этим сценариям, имеют невысокую статистическую значимость (p 0,07 и p 0,14) и низкие коэффициенты детерминации (R2 = 0,19 и R2 = 0,33, шестой и пятый из всех моделей соответственно). Вследствие этого, можно говорить лишь о косвенном вкладе психологических и психофизиологических предикторов в эффективность произвольной регуляции по данным тренингам, или же предполагать таковой на уровне тенденции. Анализ результатов показал, что для обоих тренингов общим предиктором является «переключаемость внимания»: в модели C этот предиктор является единственным, он же формирует коэффициент детерминации модели (19,07 %); в модели для сценария Е вклад «переключаемости внимания» – 12,32 %. Это можно объяснить тем, что испытуемые, следуя инструкции для указанных сеансов, старались разделить свое внимание между внутренним процессом представления движения и сенсорной обратной связью. Подобная деятельность вполне могла отразиться в косвенном влиянии описанного предиктора на эффективность произвольной регуляции. Также свой вклад в объяснение эффективности обучения по тренингу Е внесли «подвижность НС» (12,86 %) и «экстраверсия» (7,8 %). Влияние «подвижности НС» и «экстраверсии» может объясняться сутью сценария, связанного с обучением произвольной регуляции смещения ло-куса активности альфа-ритма в соседнее полушарие, так как сама процедура требует, по всей видимости, высокой пластичности нервных процессов.
Низкие коэффициенты детерминации, полученные для сценариев C и D, говорят о том, что соответственно 81 % и 67 % дисперсии показателей эффективности объясняются влиянием посторонних факторов, которые не были учтены в исследовании. Возможно, этими факторами выступали когнитивные процессы, актуализированные постановкой задачи по представлению воображаемых движений.
Следует обозначить роль психологических и психофизиологических предикторов вне зависимости от привязки к регрессионной модели по тому или иному БОС-сценарию. Такие предикторы, как «устойчивость внимания» и «сила возбуждения НС», по результатам моделирования не были включены ни в одну модель, следовательно, никакого влияния на эффективность БОС-регуляции они не оказали. В то же время ряд предикторов встречается наиболее часто: «переключаемость внимания» (5 раз), «подвижность НС» (5) и «сила торможения нервной системы» (3), «экстраверсия» (3), хотя они не всегда обладают достаточным уровнем статистической значимости. По всей видимости, именно переключаемость внимания и подвижность нервной системы вносят определяющий вклад в успешность произвольной регуляции по ЭЭГ-БОС. Анализ результатов моделирования показал, что это утверждение справедливо для БОС-тренировки как снижения, так и увеличения индекса альфа- и бета-2 ритмов вне зависимости от пространственного расположения целевых отведений. «Сила торможения НС» также внесла значительный вклад в успешность обучения произвольной регуляции бета-2 активности, причем вне зависимости от тренируемой зоны. С другой стороны, экстраверсия выступила как важный предиктор в сценариях по увеличению бета-2 активности и уменьшению / увеличению альфа-индекса. «Личностная тревожность», «психотизм» и «нейро-тизм» выступали в роли предикторов в двух моделях. «Личностная тревожность» повлияла на результат БОС-тренинга по снижению ЭЭГ-активности как альфа, так и бета-ритма; «нейротизм» – на усиление бета-2 активности в передних областях; «психотизм» – на регуляцию бета-активности в передних и теменных областях коры. Все вышесказанное обосновывает весомый вклад в успешность произвольной регуляции ЭЭГ, прежде всего, свойств нервной системы, и лишь затем уже более сложных, более высокоуровневых качеств личности, таких как экстраверсия или психотизм.