WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Светлик Михаил Васильевич РОЛЬ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА – ГАММА-РИТМА В ПРОЦЕССАХ ВОСПРИЯТИЯ ВРЕМЕНИ 03.00.13 – физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Томск – 2009

Работа выполнена на кафедре физиологии человека и животных ГОУ ВПО «Томский государственный университет» и на кафедре медицинской и биологической кибернетики ГОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет»

Научный консультант: доктор биологических наук, старший научный сотрудник Бушов Юрий Валентинович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Замощина Татьяна Алексеевна доктор биологических наук, доцент Литвинова Надежда Алексеевна

Ведущая организация: ГУ НИИ физиологии СО РАМН (г. Новосибирск)

Защита состоится « 10 » июня 2009 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.267.10 при ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу:

634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 34а.

Автореферат разослан «_» мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Е.Ю. Просекина 2 ОБЩАЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования Ориентация во времени является важной функцией мозга и играет особую роль в трудовой и познавательной деятельности современного человека. Это связано с тем, что усиливающаяся компьютеризация и широкое внедрение в образование, науку и производство новых информационных технологий предъявляют повышенные требования к способности человека ориентироваться во времени. Поэтому изучение индивидуальных особенностей и механизмов восприятия времени является актуальной проблемой современной психофизиологии.

Несмотря на значительный прогресс в этой области, особенно в последние годы, в рамках этой проблемы имеется ряд нерешенных вопросов. Одним из таких нерешенных вопросов является выяснение роли эндогенных биоритмов и, в частности, высокочастотной (от 30 до 500 Гц) электрической активности мозга – гамма-ритма в механизмах восприятия времени.

В последние годы получен ряд новых данных, свидетельствующих о связи высокочастотной электрической активности мозга – гамма-ритма с процессами восприятия [Singer W., 1991], внимания [Данилова Н.Н., Астафьев С.В., 2000], сознания [Crick F., Koch C., 1995] и обработки семантической информации [Николаев А.П., Анохин А.П., 1997].

Имеются данные о том, что амплитуда и частота этого ритма зависят от состояния человека и вида выполняемой когнитивной задачи [Banquet J.P., 1973, Spidel J.D., Ford М.R., Sheer D.Е., 1979]. Поскольку частотные параметры гамма-ритма близки к нейронной активности, полагают, что он отражает активность нейронных сетей. Считают, что именно на частоте гамма-ритма происходит синхронизация активности и функциональное объединение пространственно удаленных популяций нейронов при осуществлении сознательной деятельности [Crick F., Koch C., 1995]. Все это позволяет думать, что гамма-ритм может играть очень важную роль и в процессах восприятия времени. В частности, при организации корковых взаимодействий на разных этапах процесса восприятия времени. Вместе с тем, анализ литературы показал, что специальные исследования в этом направлении фактически не проводились.

Цель работы:

Изучение роли гамма-ритма в процессах, связанных с восприятием времени.

Задачи:

– изучить зависимость корковых взаимодействий на частотах гамма-ритма от пола и состояния человека, от частотного диапазона, вида и этапа выполняемой деятельности, связанной с восприятием коротких интервалов времени;

– методом дипольной локализации изучить динамику численности и координат источников гамма-ритма на разных этапах процесса восприятии времени;

– изучить особенности связанных с событиями осцилляций электрических потенциалов мозга в диапазоне гамма-ритма при восприятии человеком коротких интервалов времени;

– изучить взаимосвязь показателей интеллекта и точности восприятия коротких интервалов времени с уровнем корковых взаимодействий на частотах гамма-ритма и индексом этого ритма;

– изучить фазовые соотношения между гамма-ритмом и низкочастотными составляющими ЭЭГ в зависимости от зоны отведения, вида и этапа выполняемой деятельности;

– изучить взаимосвязь указанных фазовых соотношений с уровнем интеллекта и точностью восприятия времени.

Научная новизна работы Впервые обнаружены преимущественно на частотах гамма-ритма субпериодические колебания уровня синхронизации электрической активности мозга в состоянии спокойного бодрствования и при восприятии времени. Периоды высокой и низкой синхронизации электрической активности мозга в большинстве случаев не связаны с конкретными этапами выполняемой деятельности.

Обнаружены межполушарные различия в динамике связанных с событиями гаммаосцилляций потенциалов мозга, в частности, амплитуда гамма-ритма в левом полушарии в 2–3 раза ниже, чем в правом.

Показано, что на разных этапах деятельности, связанной с репродукцией коротких интервалов времени, численность источников гамма-ритма и их координаты изменяются.

Обнаруженные изменения носят вероятностный характер.

Установлено, что уровень корковых взаимодействий в разных частотных диапазонах гамма-ритма зависит от пола и состояния человека, способа шкалирования интервалов времени и этапа выполняемой деятельности.

Впервые обнаружена связь уровня корковых взаимодействий на частотах гамма-ритма с показателями интеллекта и точностью восприятия времени. В частности, обнаружена положительная корреляция вербального и невербального интеллекта с уровнем внутри- и межполушарной когерентности на частотах гамма-ритма. Характер указанных связей зависит от состояния человека, способа шкалирования интервалов времени и частотного диапазона гамма-ритма и отличается у юношей и девушек.

Впервые обнаружено наличие фазовых связей между гамма-ритмом и низкочастотными ритмами ЭЭГ при восприятии коротких интервалов времени.

Выявлены статистически значимые корреляции показателей интеллекта и точности восприятия времени с уровнем фазовых взаимодействий между высоко- и низкочастотными составляющими ЭЭГ. Уровень, общая численность и даже знак этих корреляций отличаются у юношей и девушек, зависят от места отведения, вида и этапа выполняемой деятельности.

Научно-практическое значение работы Результаты исследования имеют важное значение для понимания роли, функционального значения гамма-ритма в процессах восприятия времени и других когнитивных процессах.

Результаты работы внедрены в учебный процесс и используются при чтении лекционных курсов «Физиология высшей нервной деятельности», «Физиология сенсорных систем» для студентов Биологического института и факультета психологии Томского государственного университета. Результаты исследования включены в учебное пособие «Высокочастотная электрическая активность мозга и когнитивные процессы» для студентов и преподавателей, специализирующихся в области физиологии высшей нервной деятельности, нейробиологии и психофизиологии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В состоянии спокойного бодрствования и при восприятии времени биоэлектрическая активность мозга характеризуется чередованием кратковременных периодов (продолжительностью 50–150 мс) высокой и низкой синхронизации этой активности преимущественно на частоте гамма-ритма. В большинстве случаев указанные периоды высокой и низкой синхронизации этой активности не связаны с конкретными этапами выполняемой деятельности.

2. Показатели интеллекта и точности восприятия времени статистически значимо связаны с уровнем пространственной синхронизации электрической активности мозга на частоте гамма-ритма и фазовыми взаимодействиями между гамма-ритмом и низкочастотными составляющими ЭЭГ. Характер этих связей отличается у юношей и девушек, зависит от частотного диапазона гамма-ритма, вида и этапа выполняемой деятельности.

Апробация работы Материалы диссертации были доложены и обсуждены на XIX Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004), на IV Сибирском физиологическом съезде (Томск, 2005), на Всероссийской научной конференции «Механизмы индивидуальной адаптации», посвященной памяти и 100-летию со дня рождения профессора В.А. Пегеля (Томск, 2006), на XX Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва, 2007), на V Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008).

Работа поддержана грантами КЦФЕ № Е02-0.6-340 и РГНФ № 07-06-00167а.

Публикации Основные положения диссертации изложены в 12 печатных работах, из которых 1 монография и 1 статья, опубликованная в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 161 страницах машинописного текста, иллюстрирована 14 таблицами и 21 рисунком, состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка литературы, включающего 70 отечественных и 120 зарубежных источников и приложения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объект исследования Исследовали биоэлектрическую активность мозга (ЭЭГ) у практически здоровых юношей (27 человек) и девушек (29 человек), правшей в возрасте от 18 до 22 лет, учащихся томских вузов.

Регистрация ЭЭГ проводилась в состоянии спокойного бодрствования и при восприятии времени. Регистрировали ЭЭГ у испытуемых, монополярно в отведениях: Cz, Fz, Pz, F3, F4, C3, C4, P3, P4, T3, T4, T5, T6, O1, O2 по международной системе «10–20 %».

Земляной электрод устанавливался на запястье левой руки, референтные – на мочки ушей, при наложении электродов использовалась стандартная электродная паста. Запись ЭЭГ производилась на энцефалографе-анализаторе ЭЭГА 21/26 «Энцефалан 131–03» модификация 09, фирмы НКПФ «Медиком МТД», Россия. Частота дискретизации составляла 250 Гц, полоса пропускания – 1,5–70 Гц, режекторный фильтр – 50 Гц. Для исключения артефактов, связанных с движением глаз, регистрировали ЭОГ.

Эксперимент состоял из двух этапов. Длительность каждого этапа составляла около двух часов.

На первом этапе проводилось предварительное психологическое обследование испытуемых с помощью графического, лингвистического и математического тестов Г. Айзенка для оценки уровня вербального и невербального интеллекта. С помощью батареи стандартных тестов определяли ведущую руку, ногу, глаз, ухо.

На втором этапе исследовали восприятие времени с регистрацией ЭЭГ и других показателей. Программа исследования включала:

1. Опрос о самочувствии испытуемого. Наложение электродов и датчиков для регистрации ЭЭГ и ЭОГ.

2. Исследование функционального состояния испытуемого с помощью анкеты самооценки функционального состояния (АСФС) и теста М. Люшера.

3. Фоновая запись ЭЭГ в состоянии спокойного бодрствования с открытыми и затем с закрытыми глазами (не менее 20 сек).

4. Исследование восприятия времени при разных способах шкалирования длительности. Во время выполнения заданий взор испытуемого фиксируется в центре монитора.

5. Повторное исследование функционального состояния испытуемого с помощью АСФС и теста М. Люшера.

6. Снятие электродов и датчиков.

7. Опрос о самочувствии испытуемого.

Методы исследования восприятия времени Восприятие времени исследовали в режимах репродукции и отмеривании коротких интервалов времени в следующей последовательности:

1. Воспроизведение интервалов времени без обратной связи о результатах деятельности.

2. Отмеривание интервалов времени без обратной связи о результатах деятельности.

3. Воспроизведение интервалов времени с обратной связью о результатах деятельности.

4. Отмеривание интервалов времени с обратной связью о результатах деятельности.

Интервалы времени (200 и 800 мс) в одном случае задавались невербальными стимулами (светлый квадрат со стороной 2 см, появляющийся в центре затемненного экрана монитора) в другом – цифрами (при отмеривании длительности). В качестве сигнала обратной связи использовали выраженную в процентах относительную ошибку репродукции или отмеривания заданного интервала времени. Сигнал ошибки появлялся на 1 секунду на экране монитора, спустя секунду после воспроизведения или отмеривания каждого интервала времени. При этом размер цифр, характеризующих величину и знак относительной ошибки воспроизведения (отмеривания), соответствовал шрифту 16 в редакторе Word. О точности репродукции или отмеривания интервалов времени судили по величине и модулю относительной ошибки воспроизведения (отмеривания). Интервалы времени предъявлялись многократно и в случайном порядке. Их длительность воспроизводилась и отмеривалась двойным нажатием на клавишу пробел.

Методы обработки экспериментальных данных Статистическая обработка данных выполнялась в приложении Statistica 6.0.

Математические преобразования и формирование массива данных, а также фильтрация проводились в математическом приложении MatLab v6.5.R13.

При статистической обработке результатов применяли: непараметрические критерии (Манна-Утни, критерий знаков), корреляционный, регрессионный, кросскорреляционный, дисперсионный анализы. Для обработки исходной ЭЭГ применяли методы цифровой фильтрации, Фурье преобразование и вейвлетный анализ.

Связанные с событиями потенциалы мозга (ССПМ и ССОПМ) выделяли методом суммации. Эпоха анализа, включая фоновый фрагмент, составляла 600 мс. В обработку включали отрезки ЭЭГ, лишенные артефактов.

При определении внутримозговых источников гамма-ритма использовали метод дипольной локализации. Для анализа выбирали лишенные артефактов предварительно отфильтрованные участки ЭЭГ (из ЭЭГ были удалены составляющие частотой 50 Гц и ниже 30 Гц).

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»