ISSN 2079-6617 (Print)
ISSN 2309-9828 (Online)
Статьи

Статья

Клочкова О.И., Шабанов Г.А. Сеансовая динамика изменений биоэлектрической активности мозга при интеллектуальной работе за компьютером // Национальный психологический журнал. 2020. № 1 (37). С. 78–93.

Автор(ы): Клочкова Ольга Ивановна; Шабанов Геннадий Анатольевич

Аннотация

Актуальность (контекст) тематики статьи. Регистрация и анализ биоэлектрической активности мозга испытуемого при выполнении им мыслительной задачи позволяет получить объективную информацию о физиологических процессах мозга.

Цель работы: анализ сеансовой, связанной с течением времени, динамики изменений тета-ритмики (4–8 Гц), дельта-ритмики (1–3,99 Гц), а также медленной (0,99–0,1Гц) биоритмики головного мозга человека путем регистрации спектра разностной функции биоэлектрической активности (фБА) в процессе позиционной компьютерной игры.

Описание хода исследования. Анализировалась эффективность позиционной компьютерной игры 65 испытуемых женского пола в возрастном диапазоне 18–58 лет. У 7 игроков в процессе четырех сеансов игры исследовалась биоэлектрическая активность мозга в диапазоне от 8 Гц до 0,13 Гц. Для статистического анализа использовался пакет Statistica 10.0. Результаты исследования. В последних сеансах позиционной компьютерной игры активность левого полушария меньше, чем правого, т.к. стратегия игры уже опробована, основные элементы игры уже в памяти, новизна практически отсутствует. Это согласуется с переходом от суксессивного (поэтапного) метода обработки информации к симультантному (одномоментному) анализу позиции в игре, который характеризуется быстрым автоматизмом в принятии и исполнении решений.

Выводы. Показано, что разностная функция биоэлектрической активности на уровне значимости р=0,05 различается для каждого полушария в исследуемом диапазоне частот. Выявлены тенденции изменения частот возбуждения (максимумов) и торможения (минимумов) разностной функции биоэлектрической активности мозга с увеличением номера сеанса игры в каждом полушарии в диапазонах тета, дельта и медленных ритмов. Выдвинута психофизиологическая модель операций игрока, согласующаяся с полученными данными.

Страницы: 78-93

Поступила: 12.02.2019

Принята к публикации: 27.12.2019

DOI: 10.11621/npj.2020.0108

Разделы журнала: Нейропсихология

Ключевые слова: биоэлектрическая активность мозга; когнитивные процессы; биоритмика мозга; взаимодействие с компьютером; позиционная игра

PDF: Загрузить

Доступно в on-line версии с 31.03.2020

Актуальность работы

Установлено, что мультиформная вол­новая организация «функциональных органов», нейрофизиологически иден­тифицируемых в коре и подкорковых структурах головного мозга, находит­ся в сложноорганизованных во времени и пространстве причинно-следственных взаимодействиях с другими функцио­нальными органами, формируя корково-подкорковые системы организации функциональных состояний и разных видов приспособительного поведения здорового и больного человека (Илюхи­на, 2009; Sokolov et al., 2006; Başar, 2006; Buzsáki et al., 2004).

В памяти информация об окружа­ющем мире представлена не только в виде отдельных объектов, пейзажей, си­туаций, действий, событий, но и в виде обобщений, категорий. Категоризация является важным когнитивным процес­сом, позволяющим правильно иденти­фицировать любой объект, событие, связать его с соответствующим пове­дением (Danilova, 2012). Частотные характеристики электроэнцефалограммы и амплитудно-временные параметры ког­нитивных событийных потенциалов ис­пользуются в качестве показателей интен­сивности когнитивных процессов мозга (Chernorizov et al., 2018). Иногда различа­ют внешне направленное познание, которое включает в себя внимание к стимулам во внешней среде, и внутренне направ­ленное познание, включающее внутрен­нее внимание к мыслям, воспоминаниям и ментальным образам (Dixon et al., 2014).

Быстрые осцилляции (гамма-частот 30 Гц и выше) всегда вызывают особый ин­терес. Считается, что пространственное внимание усиливает нейронную реакцию, то есть спайки, метаболизм мозга и ко­лебательную активность на гамма-часто­те. При этом может наблюдаться усилен­ная синхронизация между гамма-фазой (30–50 Гц) и тета-фазой (4–7 Гц), пред­ставляющая, соответственно, восходящую и нисходящую активность. Это интер­претируется как сопоставление в памяти (сверху вниз) входящей визуальной ин­формации и сохраненной информации (Sauseng et al., 2008). Ритмы альфа-спек­тра, частотой около 11 Гц, возникающие в ходе пространственного мышления, имеют одинаковую физиологическую природу с подавлением движений (Таро­тин и др., 2014; Evans et al., 2012).

Одним из центральных направлений нейробиологических исследований яв­ляется взаимосвязь между структурой и функциями мозга. Механизмы, фор­мирующие эти отношения, в значитель­ной степени еще предстоит прояснить (Messé et al., 2014). Тот факт, что люди думают или ведут себя по-разному, об­условлен индивидуальными различиями анатомии их мозга и связности (Mueller et al., 2013). Физиологические исследова­ния с использованием обезьян показали, что в двух альтернативных задачах рас­познавания визуального движения с при­нудительным выбором время реакции коррелировало с нарастанием спайко­вой активности латеральных внутрипа­риетальных корковых нейронов (Wong et al., 2006). Появились работы, в которых на нейронной основе изучаются когни­тивные функции различных спонтанных мыслительных процессов, в частности, блуждания ума (Christoff, 2012; Doucet et al., 2012; Kieran et al., 2015).

Регистрация и анализ биоэлектриче­ской активности мозга испытуемого при выполнении им мыслительной задачи по­зволяет получить объективную информа­цию о физиологических процессах моз­га. Известно, что тета-ритм (4–8 Гц) может быть связан с активацией и увеличением метаболической активности в средней лобной области и передней поясной из­вилине (поля Бродмана 24/32). Мозговые структуры, в которых регистрируется те­та-ритм при прохождении информации, представляют собой петлю Папица. Со­гласно концепции о важной роли тета-ритмов в обеспечении процессов памяти, долгосрочная потенциация как механизм синаптической модификации чувствите­лен к стадии тета-ритма – улучшается на пике цикла и ухудшается на спаде. Показа­но, что разрушение области перегородки лимбической системы блокирует возникновение тета-ритма в гиппокампе и ухуд­шает память (Кропотов, 2010). Учитывая, что практически все осциллирующие эле­менты ядерных образований общего пути способны кратковременно генерировать весь спектр частот, для подкорковых обра­зований, в силу их функциональной спе­циализации, можно выделить предпочте­ния в генерации и обработке частотной информации гиппокампа (3–6 Гц), ги­поталамуса (0,9–2 Гц), стриатума (0,2– 0,8 Гц) (Шабанов и др., 2011). Известна роль нейронов новизны гиппокампа и не­специфических нейронов таламуса в про­исхождении процессов активации коры (Данилова, 2010). Кроме гиппокампа, те­та-ритм найден в других структурах лим­бической системы: парагиппокампаль­ной коре, передней поясной извилине, мамиллярных телах гипоталамуса, медиа­дорсальном ядре таламуса. Эти структуры связаны в сложную нейронную сеть, вы­полняющую различные функции, вклю­чая реализацию тета-ритма (Danilova et al., 2010; Sauseng et al., 2008).

Дельта-ритмы охватывают диапазон от 1 до 4 Гц. Обычно различают 2 типа дельта-колебаний: первый имеет корко­вое происхождение, второй генерируется в таламусе. Повышение регистрируемой дельта активности при хирургическом удалении таламуса или при разъединении коры и таламуса указывает на связь вну­трикоркового дельта-ритма с медленны­ми процессами в пределах коры головно­го мозга (Кропотов, 2010; Fox et al., 2015). Роль дельта-ритма выделена в ЭЭГ при ре­шении пространственно-образных задач (Данько и др., 2013; Harmony et al., 2004)

Медленная ритмика. Названный ди­апазон включает биоэлектрические ос­цилляции с частотой колебаний в пре­делах 1–0,3 Гц. Наличие таких колебаний после обширных таламических повреждений указывает, что медленные волны генерируются в пределах коры. Приме­ром медленной когнитивной активности является подготовительная активность. Тубенгенская теория подготовительной активности предполагает облегчение об­работки информации в корковых сетях пирамидными клетками с помощью по­лучения апикальными (поверхностны­ми) дендритами пирамидных клеток воз­буждающих импульсов от более высоких корковых областей мозга в период, когда мозг готовится совершить моторное дей­ствие (Кропотов, 2010). В данной рабо­те под термином медленная ритмика по­нимают колебания с частотой менее 1 Гц и выше 0,1 Гц.

Биоэлектрическую ритмику мозга менее 0,3 Гц называют сверхмедленной (Filippov, 2005). Такие колебания свя­зывают с метаболической активностью мозговой ткани, локальным кровотоком. Сверхмедленным биопотенциалам отво­дится интегративная роль в механизмах нейрогуморального и биохимического межорганного и межсистемного взаимо­действия при организации сложных ви­дов поведения (Илюхина, 2009).

Процесс обработки ЭЭГ позволяет вы­делить короткие периоды (100 мс), назы­ваемые микростатами, в течение которых топография кожи головы ЭЭГ остается квазистабильной. Это может способст­вовать пониманию временной динамики нейронных сетевых моделей масштаба мозга таких, как глобальная модель рабо­чего пространства (Van de Ville et al., 2010).

В данной работе используется интег­ративная методика – съем длится 160 се­кунд. Исследуется функция биоэлектри­ческой активности (фБА), ее длительно устойчивые состояния.

Цель работы

Целью настоящей работы является анализ сеансовой, связанной с течением времени, динамики изменений тета-рит­мики (4–8 Гц), дельта-ритмики (1–3,99 Гц), а также медленной (0,99–0,1 Гц) биоритмики головного мозга человека пу­тем регистрации спектра разностной функции биоэлектрической активности в процессе решения позиционной ком­пьютерной игры.

Работа продолжает исследования по выявлению изменений мозговых процес­сов в ходе овладения определенными ви­дами психической деятельности (Клоч­кова и др., 2016; Клочкова и др., 2018; Klochkova et al., 2018).

Методы исследования, аппаратура, выборка

Измерения выполнены в лаборатории экологической нейрокибернетики НИЦ «Арктика» Дальневосточного отделения РАН на программно-аппаратном ком­плексе «Регистратор спектра биоэлек­трической активности головного мозга» на основе стандартной двухканальной схемы электродов для регистрации би­оэлектрической активности мозга. При­менялись стандартные усилители биопо­тенциалов (УБП) с шумом в исследуемой полосе не более 1–3 мкВ, и полосой пропускания от 0,1 до 30 Гц. Частота опроса при вводе данных 256 Гц.

Спектральная оценка проводилась с помощью быстрого преобразования Фу­рье (БПФ) с частотой квантования 0,06 Гц. В программном спектральном анализе ис­пользовалось разбиение частотной оси на 840 частотных полос шириной 3% от цен­тральной частоты. Попавшие в полосу ам­плитуды спектральных частот в результа­те БПФ-преобразования суммировались. Центральной частоте присваивалась по­лучившаяся амплитуда. Для выравнива­ния амплитуд спектральной оценки для разных спектральных частот и норми­ровки применялась процедура логариф­мирования. Аналогичный подход ранее использовался при изучении длительных реакций ЭЭГ гиппокампа и неокортекса в фармакологических исследованиях (По­дольский, 2000). Выделялись только повторяющиеся или стационарные осцилля­ции. Длительность эпохи анализа –160 с.

У каждого испытуемого снималось не менее семи кадров: 3 съема без интеллек­туальной нагрузки и 4 съема в процес­се компьютерной игры. Методика съема позволила надежно регистрировать сум­марную (глобальную) активность мозга с выделением спектральных гармоник в диапазоне 27–0,13 Гц (Ribchenko et al., 2014; Патент на полезную ..., 2008, Патент на полезную ..., 2017). На этой основе разработана технология функциональ­но-топической диагностики внутренних органов человека и оценки его состоя­ния (Шабанов и др., 2011). Время интег­рирования каждого съема (длительность кадра) практически совпадает со сред­ним временем одного сеанса компьютер­ной игры: съем сеанса 1 заканчивался че­рез 160 с, сеанса 2 соответственно через 320 с и т.д. Окончание последнего сеан­са 4 состоялось через 640 с после актив­ного начала сеанса 1 игры. Испытуемый мог закончить сеанс позднее окончания регистрации съема – между кадрами (сеансами игры), мог иметь место перерыв не более 40 секунд. Таким образом, под сеансовой динамикой понимаются из­менения биоритмики мозга с течением времени с шагом в 1 кадр, т.е. 160 секунд. Номер сеанса игры совпадает с номером временного шага.

Выборку составили 65 испытуемых игроков женского пола в возрасте 18–58 лет. Данные разностной спектральной функции (фБА) измерены у семи испыту­емых лиц женского пола (23–58 лет), уче­ба или работа которых постоянно связа­на с использованием компьютера. У всех игроков в процессе игры измерены вре­мя сеанса, количество кликов и зафик­сирована последовательность адресов табличек, на которых сделаны началь­ные клики, для определения стратегии в игре. Для анализа отбирались данные испытуемых женского пола (т.е. совпада­ющих по гендерному признаку). Для ста­тистического анализа использовался па­кет Statistica 10.0.

Описание исследования

Смысл позиционной компьютерной игры «Соответствие» состоял в скорей­шем нахождении одинаковых картинок. Картинок было 36 (18 пар), они распо­лагались на поле 6×6 клеток в закрытом виде (рубашкой вверх). После щелчка (клика) клавишей мыши картинка на ко­роткое время открывалась и «ждала» кли­ка на другую картинку: если изображения оказывались одинаковы, то обе картинки исчезали, и их клетки становились недо­ступными. Если картинки были разными, они оставались на поле и «закрывались». Цель игры – очистить все поле от карти­нок. Минимальное количество кликов – 36. Каждый игрок проводил по три-четы­ре сеанса игры. Программа записывала количество кликов, сделанных в процессе одного сеанса, затраченное время и адре­са ячеек, где располагались открываемые картинки. В расчетах использованы средние за все сеанса игры значения количе­ства кликов (N) и затраченного времени для каждого игрока. Кроме среднего ко­личества кликов, была введена величина, названная «приведенные клики» (NПр), которая характеризовала количество сделанных щелчков клавишей мыши на один полезный, т.е. на клик, после кото­рого две одинаковых картинки исчеза­ли и общее количество доступных клеток уменьшалось на две. Величина «приведен­ных кликов» определялась по формуле (расчет проводился для каждого игрока): NПр=N/36, где 36 – минимальное количе­ство щелчков клавиши мыши в данной по­зиционной игре.

Если бы все картинки были открыты одновременно, то можно сделать клики только по одинаковым табличкам, тогда все они были бы полезными, общее коли­чество кликов было минимальным, а вели­чина NПр равнялась бы единице. Макси­мальное количество приведенных кликов (NПр > 6) можно определить по общим формулам теории вероятности с учетом уменьшения игрового поля на две ячей­ки при каждом «полезном клике» (Клоч­кова, 2014). Таким образом, не запоми­ная ранее открытые картинки и используя только одноразовый перебор ячеек, игрок мог закончить игру, делая не менее шести кликов на один «полезный». Основным поведенческим параметром в экспериментальной психофизиологии является время реакции. В данном случае – это вре­мя между двумя кликами компьютерной мыши, которое соответствовало време­ни латентности каждого игрока. Игрок должен сравнить открывшуюся картинку (стимул) с сохраненной ранее в памяти и принять решение – на какой ячейке сде­лать следующий щелчок.

Обычно каждый из испытуемых игро­ков играл по 3 раза. Однако 7 испытуе­мых женщин, у которых снимались дан­ные фБА, играли по 4 сеанса.

Предполагается следующая последо­вательность психологических операций испытуемых:

  1. Кодирование цели игры;

  2. Формирование алгоритма последова­тельности открывания табличек;

  3. Начало игры, согласно алгоритму или просто случайным образом, выбор с последующим нажатием на ячейки компьютерного игрового поля и запо­минанием открытых табличек с помощью формирования зрительных обра­зов и привязкой их к адресам ячеек;

  4. Изменение алгоритма последователь­ности кликов, если изображение по­следней открытой таблички совпадает в памяти с образом ранее открытой;

  5. Нажатие на новую ячейку, адрес кото­рой закодирован с образом в памяти, совпавшим с изображением последней открытой таблички;

  6. Цель достигнута (закрытых ячеек нет) – ответ отрицательный – повтор шага 3 и далее;

  7. Цель достигнута – конец игры и мы­слительного процесса.

Испытуемые с отличной памятью должны сделать меньше кликов в процес­се игры. Минимальное количество кли­ков (если бы таблички были открыты) – 36.

Для характеристики количества оши­бок используется число приведенных кликов NПр, которое рассчитывается как число кликов на 1 полезный: NПр=N/36. В знаменателе стоит минимальное число кликов для исчезновения всех 18 пар та­бличек, если бы таблички были картин­кой вверх, т.е. полезных кликов 36. В этом случае будут сделаны только полезные клики N=36, NПр=1. Однако, картинки спрятаны, их не видно, поэтому кликов сделано больше.

Результаты исследования

Характеристики, связанные с количе­ством ошибок в игре, в зависимости от сеанса приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сеансовые выборки приведенных кликов

Номер сеанса

Среднее количество кликов NПр

Медиана NПр

Максимальное NПр

Минимальное NПр

Сеанс 1

5,42+1,99

6,00

7,50

1,94

Сеанс 2

4,92+1,71

4,61

7,72

2,89

Сеанс 3

4,89+1,97

4,44

8,72

3,05

Сеанс 4

4,08+1,38

4,50

5,56

2,39

Для статистического анализа исполь­зуется непараметрическая статистика. Из таблицы 1 видно, число приведенных кликов NПр (ошибок), в зависимости от сеанса игры, уменьшается в направлении от сеанса 1 к сеансу 4.

Согласно критерию Колмогорова-Смирнова, величина NПр сеанса 4 зна­чимо отличается от приведенных кликов в остальных сеансах. Попарное сравнение приведенных кликов всех сеансов, кроме сеанса 4, не выявило значимых различий.

Необходимо отметить, что анализ тра­ектории выбора ячеек в начале игры выя­вил следующие основные тенденции.

  1. Испытуемые стараются сначала обой­ти часть поля для ознакомления с кар­тинками.

  2. Первые изменения в направлении об­хода и первый клик по результатам сравнения в памяти (memory клик) обычно происходят у более молодых испытуемых до 10-го клика и достигают 30-го клика у старших по возрасту испытуемых. Возможно, это связано с увеличением времени для кодиро­вания зрительных образов и их адре­сов (см. табл. 2) и процессов сравнения в памяти.

  3. Отметим, что меньше всего сделано кликов на поле «a», а в ячейке «d3» мо­жет быть до 9 кликов (см. рис. 1).

Табл. 2. Начало влияния памяти в процессе позиционной компьютерной игры

 

Сеанс 1

Сеанс 2

Сеанс 3

Сеанс 4

Средний номер первого memory клика

27,86

16,48

21,14

19,86

Среднее время начала memory изменения (с)

7,57

4,67

5,11

5,20



Рис. 1. График значений амплитуды фБА в области частот тета-спектра.

Примечание: по оси ординат амплитуда в относительных единицах, по оси абсцисс – частотные функции, сплошная линия правое полушарие, пун­ктирная – левое.

Программа записывает очередность адресов (траекторию хода) для каждого игрока. Судя по траектории хода, испыту­емые стараются угадать местоположение одинаковых табличек или просто ознако­миться с табличками, поэтому в быстром темпе, не думая, открывают большинство табличек на поле, неосознанно их запо­миная, часто повторно кликая на ячейке. В этом режиме может работать икониче­ская память и, возможно, оперативная – клики на ячейки делаются очень быстро. Согласно данным таблицы 2, для исполь­зования результатов сравнения с образами табличек в памяти (п. 4 последовательно­сти психологических операций) наиболь­шее среднее время первого memory клика (memory изменение) требуется в сеансе 1, наименьшее – в сеансе 2.

Как уже упоминалось выше, номер се­анса игры связан с промежутком времени от начала активной игры.

Уменьшается со временем (т.е. с увели­чением номера сеанса) среднее количе­ство кликов N за игру, а главное, среднее количество приведенных кликов NПр (т.е. ошибок) в сеансе.

Регрессионная связь между време­нем и величинами N, NПр дополняется сильным отрицательным коэффициен­том корреляции для указанных величин, причем, для приведенных кликов NПр связь значимая – коэффициент корреля­ции составляет r=-0,9918. Таким образом, с увеличением номера сеанса (времени) игры количество кликов на один полез­ный (ошибок) уменьшается со временем линейно. Очевидно, что здесь проявляет­ся работа памяти – при ошибочном кли­ке игрок запоминает и открывшуюся кар­тинку и адрес, где картинка расположена.

Разностная спектральная фБА. Про­граммное обеспечение комплекса вы­водит график (рис. 1) разностной спек­тральной функции биоэлектрической активности (фБА) для левого (пунктир­ная линия на рис. 4) и правого полуша­рий (сплошная линия на рис. 1) и частот­ных функций.

Использование разностной фБА по­зволяет отделить (вычесть) значения фо­новой спектральной функции. Под фо­новыми замерами понимаются значения фБА последнего (третьего) съема без интеллектуальной нагрузки, когда испыту­емый с открытыми глазами сидит перед ноутбуком с компьютерной игрой и про­сто кликает, не думая, в разных точках компьютерного окна, исключая ячейки поля игры.

Нормировка и перевод в безразмерный вид результата, т.е. разностной спектраль­ной фБА (далее просто фБА) предусмотре­ны в самом программном – компьютер­ном комплексе. На графике (рис. 1) видно, что для амплитуды максимумов (положи­тельных пиков) и минимумов (отрица­тельных пиков) может быть больше как в левом, так и в правом полушарии.

Сеансовая динамика биоритмов. Рас­пределения биоритмики пиков раз­ностной фБА левого и правого полуша­рия испытуемых, полученные в сеансах компьютерной игры, подчиняются нормальному распределению, согласно кри­терию Хи-квадрат. Проверка показала значимость различий биоритмов по по­лушарию, согласно критерию Стъюдента.

Сравнительный анализ показал, что наиболее сильна суммарная активность дельта и медленной ритмики в сеансе 2 и сеансе 4 в обоих полушариях. Возмож­но, это связано с кортикальной мозаикой, обусловленной «переливами» биоэ­лектрической активности.

Количество пиков фБА, динамика спектра, корреляции. Для анализа ис­пользовались частоты размашистых мак­симумов (возбуждение) и средних ми­нимумов (торможение) спектральной разностной функции биоритмики. Под размашистыми в данной работе понима­ются пики с относительной амплитудой около 1, т.е. когда спектральная разност­ная функция увеличивается в 2 раза. Раз­мах амплитуды средних пиков составля­ет больше 0,3–0,6, т.е. фБА изменилась на треть и больше. Изменение со временем количества пиков фБА показано на рис. 2.



Рис. 2. Сеансовая (по времени) динамика количества максимумов (верхний ряд) и минимумов (нижний ряд) спектральной разностной фБА.

Примечание: Результаты для левого полушария находятся в левой колонке, для правого – в правой колонке. По оси абсцисс – время с шагом 160 с, по оси ординат – количество пиков, частоты которых находятся в соответствующем диапазоне.

Под возбуждением понимаются поло­жительные максимальные значения (по­ложительные пики) разностной функ­ции биоэлектрической активности. Под торможением подразумеваются отрицательные пики разностной фБА. Из графи­ка (рис. 2) следует, что наибольшее коли­чество пиков зафиксировано в области медленной ритмики фБА. Отметим сдвиг пиков возбуждения относительно пиков торможения фБА: максимум количест­ва отрицательных пиков приходится на нечетный сеанс (первый и третий), а мак­симум положительных – на четные се­ансы (второй и четвертый) синхронно в обоих полушариях.

Качественно динамика правого полуша­рия повторяет динамику левого для поло­жительных пиков и противоположна изме­нению отрицательных пиков – для второго сеанса игры, т.е. на 320-й секунде, количест­во положительных пиков достигает макси­мума, а количество отрицательных пиков фБА – минимума для обоих полушарий. В следующем кадре, т.е на 450-й секунде, количество возбуждений фБА минимально для обоих полушарий, а количество тор­можений максимально – проявляется ре­ципрокный механизм функционирования (см. обсуждение результатов).

Наиболее крутые перепады наблюда­ются для пиков, частоты которых лежат в диапазоне дельта-волн. Достаточно за­метны перепады количества пиков фБА с частотами в диапазоне медленной рит­мики (меньше 1 Гц). Обращает на себя внимание экспоненциальный рост коли­чества положительных пиков фБА, часто­ты которых лежат в области тета-ритмов (рис. 2, левый верхний угол). Отсутствует уменьшение положительных пиков в тре­тьем сеансе. Вместо «колебательного пе­релива» на графике возбуждения в левом полушарии экспоненциальный рост ко­личества положительных пиков фБА, ко­торый можно описать математически:

Количество максимумов фБА = 0,4082 * exp(0.0052 * t)                                                                       (1)

В формуле (1) переменная exp озна­чает экспоненциальную зависимость от времени t.

Согласно таблице 1 количество кликов и ошибок уменьшается в направлении от первого сеанса игры к последнему. Дина­мика изменений количества положитель­ных и отрицательных пиков фБА в левом полушарии значимо коррелирует с дина­микой изменения среднего количества кликов N за сеанс. Коэффициент корре­ляции составляет rN = -0,99. Для право­го полушария коэффициент корреляции между количеством положительных пи­ков с частотами в тета-спектре и величи­ной N является незначимым, несмотря на сильную отрицательную связь.

Отрицательная корреляционная зави­симость означает, что уменьшение коли­чества кликов за соответствующий сеанс совпадает с ростом количества разма­шистых положительных (возбуждение) пиков фБА, частоты которых находятся в тета-спектре.

Вызванная функция биоэлектириче­ской активности коррелирует с коли­чеством кликов и ошибок в сеансе ком­пьютерной игры. Как отмечено выше, экспоненциальный рост количества положительных пиков в левом полушарии разностной фБА в области тета-ритмов при общей тенденции снижения количе­ства кликов приводит к отрицательному коэффициенту корреляции.


Рис. 3. Столбчатые диаграммы коэффициентов корреляции спектра максимумов (слева), минимумов (справа) фБА и количества кликов N и NПр.

Примечание: по оси абсцисс – диапазон спектров, по оси ординат – значения коэффициентов корреляции.

Как видно из рис. 3 (слева), коэффици­енты корреляции величин N и NПр с ко­личеством положительных пиков, в диа­пазоне тета- и дельта-ритмов, ведут себя одинаково в левом и правом полушариях. Эти коэффициенты являются отрицатель­ными по знаку и характеризуют среднюю или сильную связь. Таким образом, в этом диапазоне уменьшение величины N вызы­вает рост количества положительных пи­ков фБА.

В диапазоне спектров медленных волн корреляционная связь является положи­тельной и слабой по силе в левом полуша­рии, а в правом – положительной и сред­ней по силе корреляционной связью.

В области отрицательных пиков (ми­нимумов) фБА (рис. 3, справа) корреля­ционная связь между упомянутыми ве­личинами становится положительной и средней в диапазоне тета-ритма и в спектре медленных волн фБА. В сеансе 1 самое большое количество отрицательных пи­ков в указанных спектрах. Если отрица­тельные пики фБА связать с торможени­ем и вниманием, то наибольшее внимание игрок проявляет в первом сеансе игры.

Отметим слабую корреляционную связь в области дельта-волн.

Детализация спектров: тета-ритми­ка. Как видно из рис. 2, всплеск сум­марной активности фБА в области тета-ритма зафиксирован во втором и чет­вертом сеансах, т.е в период 160–320 секунд и 480–640 секунд активной игры. В пер­вом сеансе в диапазоне тета-ритмов за­фиксирован один положительный пик фБА при частоте 5,40101 Гц в левом по­лушарии и два пика – в правом. Частота одного пика (приведена выше) одинако­ва в обоих полушариях, однако амплиту­да фБА в правом полушарии больше, чем в левом (см. рис. 1, слева).

Отрицательных пиков в левом и пра­вом полушарии одинаковое количество – по 19 единиц. В сеансе 1 в левом полуша­рии (рис. 4а) частоты отрицательных пи­ков фБА проявляют тенденцию к класте­ризации.


Рис. 4а. График сеансовой (временной) зависимости амплитуды спектральной фБА от частот максимумов в диапазоне тета-ритмов в левом полушарии.

Можно выделить растянутую группу в диапазоне от 4 Гц до 5 Гц, вертикаль­ную группу-колонку около 5,5 Гц и третью группу, находящуюся в диапазоне от 6,8 Гц до 7,5 Гц. Единственный положительный размашистый максимум имеет частоту (см выше) около 5,4 Гц.

Близкая кластеризация наблюдается и в правом полушарии (рис. 4б). Частота вто­рого положительного пика фБА укладыва­ется в размер третьей группы около 7,4 Гц.


Рис. 4б. График сеансовой (временной) зависимости амплитуды спектральной фБА от частот максимумов и минимумов в диапазоне тета-ритмов в правом полушарии

Из 17 отрицательных, сред­ней амплитуды пиков фБА 10 име­ют одинаковые частоты в обоих полушариях. Одна частота 5,56555 Гц повторяется и в последующих по вре­мени сеансах в обоих полушариях. Три частоты 5,55927 Гц, 4,91375 Гц и 4,46064 Гц затем повторяются в сеансе 2 только в левом полушарии. В правом полуша­рии, кроме вышеназванной частоты, в сеансах 2 и 3 повторяется тормоз­ной пик фБА при частоте 7,01216 Гц с уменьшением размаха.

Тета-ритмика: второй сеанс. Частоты возбуждающих пиков функции, амплиту­да которых больше 1, в левом полушарии (их всего 2) не совпадают ни с одной из 4-х частот возбуждающих пиков в правом полушарии с аналогичным размахом ам­плитуды фБА.

Отрицательных (тормозных) пиков во втором сеансе меньше, чем в первом: 6 пи­ков в левом полушарии, из которых часто­ты 4-х пиков либо уже встречались в сеан­се 1, либо встречаются в следующем сеансе 3. Два пика по частоте совпадают с отри­цательными пиками в правом полушарии. Всего в правом полушарии наблюдается 12 пиков с размахом от -0,3 до -0,7.

Из группировок частот отрицатель­ных пиков функции в левом полушарии остались и сузились группы частот в диа­пазоне от 4,5 Гц до 4,9 Гц и от 5,5 Гц до 5,9 Гц. Частоты возбуждающих пиков лежат в районе 6,4 Гц (рис. 4а).

В правом полушарии частоты отрица­тельных пиков объединяются в группы, как в сеансе 1 (рис. 4б), а частоты поло­жительных образуют две группы: в диа­пазоне от 5,1 Гц до 5,2 Гц и от 6,07 Гц до 6,5 Гц.

В третьем сеансе в диапазоне тета-рит­мики наблюдаются 5 единиц высоко ам­плитудных возбуждающих пиков разност­ной фБА в левом полушарии. В правом полушарии только 2 единицы. Частота од­ного совпадает с частотой пика в левом полушарии и составляет 5,35848 Гц. Два пика с частотой 6,37234 Гц и 6,24712 Гц появляются в следующем по времени се­ансе 3.

В левом полушарии среди частот поло­жительных пиков появляется группа с ча­стотой около 4 Гц (рис. 4а). В правом полу­шарии группы такие же, как в предыдущем сеансе, но более вытянутые, по форме близки к колонкам (рис. 4б). Из 22 тормоз­ных пиков с размахом от -0,3 до -0,7 в пра­вом полушарии 6 пиков совпадают по ча­стоте с отрицательными пиками в левом полушарии. Частоты 7-ми пиков наблюда­лись ранее в сеансе 1 и сеансе 2. В левом полушарии наблюдается 8 пиков, частоты 4-х из которых наблюдались в предыду­щих сеансах (рис. 4а, 4б).

В четвертом сеансе в области тета-волн насчитывается больше всего одинаковых высокоамплитудных пиков разностной фБА – по 12 единиц в левом и правом по­лушарии, из которых частоты 4-х пиков совпадают. В левом полушарии имеются 2 частоты, которые уже фиксировались в предыдущем по времени сеансе 3. Тормоз­ных пиков мало: 2 единицы в левом полу­шарии и 6 – в правом. Частоты всех тор­мозных пиков в правом полушарии меньше 6 Гц и фиксировались в ранее сеансах 2 и 3. Частота одного пика 5,56555 Гц совпадает с частотой тормозного пика в левом полу­шарии (рис. 4а, 4б). Во всех сеансах в обо­их полушариях частоты тормозных пиков фБА проявляют значительную тенденцию к группированию (рис. 4а, 4б).

Можно выделить три кластера: первый в области от 4 Гц до 5 Гц, второй – от 5,5 Гц до 6,1 Гц и третий – от 6,8 Гц до 7,5 Гц. Во втором и третьем кластерах просма­триваются колонки: во втором с центром 5,6 Гц, а в третьем с центром 7,0 Гц (пра­вое полушарие) и 6,9 Гц (левое полуша­рие).

Детализация спектров: дельта-ритмика. В первом сеансе игры (см. рис. 5а и 5б) из частот 14-ти положительных (возбуждаю­щих) пиков левого полушария 3 единицы совпадают с правым по частоте, что со­ставляет для правого полушария 75% пи­ков, т.к. их всего 4 единицы.

В сеансе 1 частоты высокоамплитуд­ных максимумов разностной фБА соста­вили от 2,7 до 3,7 Гц в левом полушарии, от 2,1 до 3,7 Гц – в правом. Частоты двух самых размашистых максимумов в обо­их полушариях имеют величину 2,67924 Гц и 3,71456 Гц. Последняя частота повто­ряется в сеансе 4 только в левом полуша­рии.

Частоты тормозных пиков и в левом, и в правом полушарии имеют тенденцию группироваться в 2 кластера. В левом полу­шарии (рис. 5а) это кластеры около ниж­ней границы с центром 2,3 Гц и у верхней границы с центром группы 3,5 Гц. Такая же картина наблюдается и в правом полуша­рии (рис. 5б). Частоты отрицательных пи­ков средней амплитуды в основном сов­падают в обоих полушариях. Амплитуда разностной функции для левого полуша­рия (рис. 5а, 5б) больше, чем для правого – возбуждение левого полушария больше, а торможение – меньше. Размахи отрицательных пиков меньше, чем положитель­ных. В правом полушарии максимальный размах отрицательного пика соответству­ет частотам 2,23032 Гц и 3,64415 Гц. В ле­вом полушарии при таких частотах есть отрицательные пики с меньшей амплиту­дой функции.


Рис. 5а. График сеансовой (временной) зависимости амплитуды спектральной фБА от частот максимумов в диапазоне дельта-ритмов в левом полушарии.


Рис. 5б. График сеансовой (временной) зависимости амплитуды спектральной фБА от частот максимумов в диапазоне дельта-ритмов в правом полушарии.

Во втором сеансе частоты максимумов разностной фБА в области дельта-ритми­ки в левом полушарии (рис. 5а) проявля­ют тенденцию к кластеризации. Явно вы­деляется группа с центром 1,2 Гц, второй кластер более растянут, с центром около частоты 2,6 Гц.

Визуально видно (рис. 5а, 5б), что количество размашистых максимумов разностной фБА в обоих полушариях значительно превышает количество по­ложительных пиков в предыдущем по времени сеансе. Этим обстоятельством объясняется всплеск суммарной величи­ны фБА в этом сеансе (рис. 2).

Из 26 максимумов в левом полушарии и 15 пиков – в правом частоты совпадают только у 3-х единиц. Частота только одно­го положительного пика из несовпадаю­щих с большой амплитудой разностной спектральной функции левого полушария затем наблюдается в сеансе 3 и сеансе 4, эта частота составляет 3,40627 Гц. Нако­нец, частота еще одного положительного пика повторяется в левом полушарии в се­ансе 4 при отсутствии в сеансе 3, это ча­стота 1,08341 Гц.

Отрицательных пиков фБА в области дельта-ритмики мало – всего 2 в левом (они повторяются и в правом), и 5 еди­ниц – в правом. Таким образом, количе­ство отрицательных пиков фБА уменьшилось с 9-ти (сеанс 1) до 5-ти (сеанс 2) единиц, из которых 4 тормозные частоты правого полушария совпадают с сеансом 1 (рис. 5б). В левом полушарии количе­ство отрицательных пиков упало с 12-ти до 2-х. Одна частота 2,27084 Гц совпадает с частотой отрицательного пика сеанса 1 (рис. 5 а).

В третьем сеансе в области дельта-рит­мики кластеризации частот пиков фБА практически отсутствует. Положитель­ные пики фБА в левом полушарии (рис. 5а) растянуты в частотном диапазоне от 1,9 Гц до 3,6 Гц, их 9 единиц. В правом полушарии (рис. 5б) имеется всего один размашистый пик с частотой 3,61289 Гц, совпадающей с частотой одного из пиков левого полушария.

Из 9 положительных пиков с амплиту­дой разностной спектральной функции около или больше 1 в левом полушарии зафиксированы частоты только 2-х пи­ков (рис. 5а) в предыдущем сеансе 2. Зато в следующем по времени 4 сеансе зафик­сированы 7 частот, включая две упомяну­тых частоты из сеанса 2.

В сеансе 3 отсутствуют отрицательные пики с амплитудой около -1 как в левом, так и в правом полушарии. Пики с мень­шей амплитудой (от -0,3 до -0,7) присут­ствуют в левом полушарии в количестве 8-ми единиц, в правом полушарии – 17-ти. Частоты повторяются у 5-ти отри­цательных пиков, из которых 4 повторя­ются в последующем сеансе 4, а 3 частоты появились еще в сеансе 1, они же имеются в сеансе 2. Размах амплитуды этих 3-х пи­ков уменьшается в направлении от сеанса 1 к сеансу 3 (рис. 5б). Частоты тормозных пиков находятся в интервале от 2,1 Гц до 3,9 Гц и не проявляют стремления к груп­пировке.

В сеансе 4 всплеск суммарной фБА в области дельта-ритмики, сравнимый с всплеском в сеансе 2 (рис. 2), объясняет­ся большим количеством положительных размашистых пиков функции (рис. 5а, 5б). В левом полушарии таких пиков 31 еди­ница, в правом – 11. Частоты положитель­ных пиков в левом полушарии находятся в диапазоне от 1,1 Гц до 3,9 Гц и имеют тен­денцию к группировке с центром частотой около 2,9 Гц. В правом полушарии эта тен­денция менее выражена, диапазон пиков меньше – от 2 Гц до 3,7 Гц (рис. 5а, 5б).

Количество отрицательных пиков с не­большим по амплитуде размахом (от -0,3 до -0,5) насчитывает всего 3 единицы в ле­вом полушарии, частоты которых повто­ряются в правом полушарии: 3,93544 Гц, 1,77021 Гц и 1,71981 Гц. Видно, что первая из вышеназванных частота значительно отличается от второй и третьей. В правом полушарии наблюдается 8 минимумов фБА с частотами в области от 1,8 Гц до 3,9 Гц. Из этих 8-ми тормозных пиков часто­ты 3-х уже упоминались как повторяющи­еся во всех сеансах, начиная с первого. Один пик проявился в предыдущем сеан­се 3, как тормозной в правом полушарии.

Визуально в общей частотной картине четырех сеансов трудно выявить тенден­цию к кластеризации среди частот мак­симумов фБА в обоих полушариях (рис. 5а, 5б).

Слабую тенденцию к кластеризации проявляют частоты минимумов функции. Можно выделить три кластера: первый кластер в области частот от 2 Гц до 2,3 Гц, второй – от 2,6 Гц до 3 Гц, третий – от 3,3 Гц до 3,9 Гц и отдельно стоящая группа с центром 1,77 Гц.

Детализация спектров: медленная рит­мика. Частоты максимумов фБА медлен­ной ритмики в сеансе 1 в левом полуша­рии сгруппированы в небольшой кластер с центром 0,3 Гц (рис. 6а). В правом по­лушарии центр группы имеет кластер из частот 2-х пиков, остальные 2 пика сред­ней амплитуды стоят отдельно (рис. 6б). Количество положительных пиков с ам­плитудой больше 1 в левом полушарии насчитывает 8 единиц, в правом полу­шарии такие пики отсутствуют, имеется всего 4 пика с максимальной амплитудой менее 0,6 Гц.


Рис. 6а. График сеансовой (временной) зависимости амплитуды спектральной фБА от частот максимумов и минимумов в диапазоне медленных ритмов в левом полушарии.


Рис. 6б. График сеансовой (временной) зависимости амплитуды спектральной фБА от частот максимумов и минимумов в диапазоне медленных ритмов в правом полушарии.

Максимальное возбуждение фБА в ле­вом полушарии достигается при часто­тах 0,26314 Гц и 0,28696 Гц, частота мак­симума в правом полушарии – 0,55758 Гц. Частоты 5-ти высокоамплитудных поло­жительных пиков фБА в левом полуша­рии сеанса 1 затем повторяются в сеансе 2 (рис. 6а).

Сильная тенденция к кластериза­ции проявляется в частотах отрицательных пиков сеанса 1 в обоих полушариях. В левом визуально выделяются 5 класте­ров, напоминающих колонки, с центрами 0,23 Гц, 0,33 Гц, 0,39 Гц, 0,68 Гц и 0,90 Гц, одна частота 0,60 Гц стоит отдельно. В правом полушарии легко можно выде­лить 6 кластеров-колонок частот с цент­рами 0,18 Гц, 0,23 Гц, 0,32 Гц, 0,60 Гц и 0,68 Гц, одиноко стоит частота 0,77 Гц и более широкий кластер с центром 0,93 Гц (рис. 6б).

Количество отрицательных пиков в ле­вом полушарии (рис. 6а) с амплитудой от -0,3 до -0,85 достигает 50 единиц. В пра­вом полушарии таких пиков 36. Частоты 7-ми пиков одинаковы и в левом, и в пра­вом полушарии. Максимальный размах отрицательных пиков фБА в диапазоне медленных частот левого полушария со­ответствует частотам 0,23896 Гц и 0,23869 Гц. В правом полушарии размах амплиту­ды фБА средний при частоте 0,92759 Гц.

В следующем по времени сеансе 2 возрастает количество высоко ампли­тудных максимумов фБА до 39 единиц в левом и до 8 единиц в правом полуша­рии. Явно можно выделить в левом полушарии 3 кластера-колонки с центрами 0,27 Гц, 0,35 Гц и 0,41 Гц, более размытые кластеры имеют центры 0,51 Гц, 0,70 Гц и одиноко стоит частота 0,91 Гц (рис. 6а). В правом полушарии кластеры менее вы­делены, т.к. положительных пиков фБА меньше. Просматриваются центры, близ­кие к вышеназванным центрам левого полушария – 0,31 Гц, 0,40 Гц, и одиноко стоит частота 0,70 Гц (рис. 6б). Частоты половины пиков фБА правого полушария повторяются в левом. В следующем сеан­се 3 повторяются частоты 11 возбуждаю­щих пиков левого полушария.

Среди возбуждающих пиков правого полушария частота 0,37976 Гц правого полушария совпадает с частотой возбу­ждающего пика левого (другого) полуша­рия в следующем по времени сеансе 3.

Тормозных пиков фБА мало: всего 5 в левом полушарии и 1 в правом. Однако одна частотная кластер-колонка с цент­ром 0,24 Гц легко выделяется в левом по­лушарии. Частоты всех тормозных пиков ранее встречались в предыдущем по вре­мени сеансе 1, частотный кластер с цент­ром 0,24 Гц увеличивается в размерах, т.к включает близкие частоты сеанса 1 (рис. 6а). Частота единственного в сеансе 2 от­рицательного пика фБА в правом полу­шарии очень хорошо вписывается в ча­стотную кластер-колонку с центром 0,32 Гц (рис. 6б).

Отметим, что частота положительно­го пика фБА 0,91104 Гц левого полушария совпадает с частотой среднего тормозно­го пика правого (т.е. другого) полушария в предыдущем сеансе 1 (рис. 6а и 6б).

Смена полушария в последующем сеан­се наблюдается для частоты 0,37976 Гц высокоамплитудного положительного пика фБА. В сеансе 2 он наблюдается в правом полушарии, а в последующем сеансе 3 – в левом с увеличением размаха амплиту­ды фБА на 10%. В сеансе 3, в отличие от предыдущего сеанса, наблюдается спад суммарной интенсивности фБА в диапа­зоне медленных частот (рис. 2). В этом се­ансе наблюдается меньше положительных и больше отрицательных пиков фБА. В ле­вом полушарии 13 максимумов и 44 мини­мума фБА, а в правом всего 2 максимума и 11 минимумов фБА. Среди положитель­ных пиков в левом полушарии наблюда­ется слабая тенденция к кластеризации, частотный спектр фБА находится в диапа­зоне от 0,26 Гц до 0,61 Гц (рис. 6а). В пра­вом полушарии частоты обоих максиму­мов близки к частоте 0,37 Гц (рис. 6б).

Частоты возбуждающих пиков лево­го полушария не совпадают с частотами правого полушария. Максимальный по­ложительный пик соответствует частоте 0,26314 Гц. Частоты 2х максимумов фБА 0,57392 Гц и 0,45552 Гц левого полушария повторяются в следующем сеансе 4 в ле­вом полушарии, а частоты двух 0,34824 Гц и 0,34472 Гц отмечены в предыдущем по времени сеансе 2 также в левом по­лушарии при положительном пике. Ча­стоты обоих положительных пиков фБА правого полушария 0,36895 Гц и 0,36522 Гц наблюдаются в предыдущем сеансе 2 в левом (другом) полушарии под макси­мумами функции.

Частоты тормозных пиков спектраль­ной функции имеют тенденцию к кла­стеризации. В левом полушарии первый кластер находится в диапазоне от 0,17 Гц до 0,33 Гц и объединяет 6 частотных ко­лонок, второй кластер группируется у ча­стоты 0,68 Гц (рис. 6а). В правом полуша­рии ярко выражены три кластера-колонки с центрами 0,19 Гц; 0,23 Гц и 0,30 Гц, две одиноко стоящие частоты в районе 0,68 Гц и 0,74 Гц. Еще один кластер с цен­тром 0,93 Гц (рис. 6б). Всего насчитывает­ся 44 тормозных пика в левом полушарии и 19 – в правом. Совпадают по частоте всего три минимума фБА в обоих полу­шариях: 0,67513 Гц; 0,23896 Гц и 0,23443 Гц. Частоты 7-ми тормозных пиков ле­вого полушария, а главное, 8-ми отрица­тельных пиков правого повторяются в ле­вом полушарии при минимумах функции в следующем по времени сеансе 4, вклю­чая и две последних частоты, названных в предыдущем абзаце. В правом полуша­рии среди 8-ми тормозных пиков, повто­ряющихся в других сеансах, отметим три: 0,92759 Гц, 0,30402 Гц и 0,18427 Гц. Первая частота выделена под отрицательным пи­ком левого полушария сеанса 4, вторая ча­стота встречается в обоих полушариях се­анса 4, а третья частота встречалась ранее в сеансе 1 в обоих полушариях под тор­мозными пиками с таким же размахом ам­плитуды около -0,3.

В четвертом сеансе всплеск интеграль­ной величины медленной ритмики обес­печивают 9 высокоамплитудных поло­жительных пиков фБА и 15 небольших тормозных пиков левого полушария. Ча­стоты этих пиков проявляют тенденцию к группировке в два кластера: в первом с центром около частоты 0,49 Гц прос­матривается одна колонка, а во втором – одна отдельно стоящая частота около 0,81 Гц.

В правом полушарии отмечено по од­ному возбуждающему пику с частотой 0,42195 Гц и амплитудой больше 1 и по одному небольшому тормозному пику с частотой 0,30402 Гц. Названные часто­ты повторяются и в левом полушарии. В предыдущих по времени сеансах от­мечены частоты 3-х возбуждающих пи­ков (в сеансе 3) и 11-ти тормозных пи­ков фБА, которые встречаются не только в третьем сеансе, но и в сеансе 2.

Обсуждение результатов

В рамках рабочей модели предпола­гается, что каждая спектральная частота, при которой разностная функция биоэ­лектрической активности мозга испыту­емого игрока имеет высокоамплитудный положительный или средний отрица­тельный пик, соответствует активности ансамбля связанных нейронов.

Чередование увеличения и уменьше­ния количества пиков фБА в зависимо­сти от времени (рис. 2) согласуется с из­вестной реципрокной сменой фокусов максимальной десинхронизации и повышенной синхронизации коры, которая происходит постоянно в любом состоя­нии (кортикальная мозаика, обусловлен­ная «переливами» ЭЭГ). Особенно быстро такая смена происходит при напряжен­ной работе, причем, гораздо чаще в сим­метричных зонах (через 1–2 с и менее), чем в лобно-затылочном направлении. Длительность интервалов структурной однородности в высокодеятельной коре мозга не превышает 0,25 секунд (Пав­лова, Романенко, 1988). Формирование кортикальной мозаики осуществляется с помощью регулирующей роли лобного акцептора действия посредством корти­кофугальных связей с подкоркой и длин­ных ассоциативных кортико-кортикаль­ных связей (Лурия, 2008).

Максимальное значение уравнения рег­рессии для единственной значимой силь­ной отрицательной корреляционной связи между средним количеством кли­ков N за игру и количеством положительных максимумов фБА в левом полушарии в области тета-спектра стремится к ве­личине 36. Это число совпадает с мини­мальным количеством кликов, если бы все картинки были открыты. Таким образом, с учетом известного предположения о том, что гиппокамп не причастен к формированию процедурной памяти, а выполня­ет функции менеджера-манипулятора сле­дами памяти (Данилова, 2010), уравнение регрессии можно трактовать следующим образом. Пока не сделан ни один клик, воз­буждено 36 положительных пиков фБА ле­вого полушария, частоты которых в диапазоне тета-ритма связаны с вызванными электрическими осцилляциями одиноч­ных или связанных в сеть нейронов. Увели­чение количества кликов за сеанс уменьша­ет количество этих максимумов, что может быть связано с замедленной работой памя­ти из-за возможного перехода из кратковременной в долговременную.

Отмеченная тенденция к кластериза­ции частот минимумов фБА в обоих по­лушариях с центрами кластеров в области 6,8 Гц, а также 5,5 Гц согласуется с извест­ными опубликованными данными. Первая область частот (около 6,8 Гц) характерна для испытуемых при выполнении непре­рывных арифметических действий, а вто­рая – 5,5 Гц соответствует периоду около 200 мс, характерному для цикла тета-рит­ма, который служит для функциональной связи различных лимбических структур, позволяющих кодировать эпизоды по­вседневной жизни и воспоминания (пат­терн памяти) (Кропотов, 2010).

Частота, соответствующая паттерну па­мяти, появившись уже в сеансе 1 в левом полушарии, а затем присутствуя во всех остальных сеансах, может быть связана с кодировкой цели в п. 1 психофизиологи­ческой модели. Перечисленным условиям удовлетворяет частота 5,56555 Гц. Тормоз­ной пик при этой частоте в сеансе 1 имеет размах -0,829 в левом полушарии и -0,621 – в правом и встречается во всех сеансах игры, практически не меняясь.

С увеличением номера сеанса (обще­го времени от начала игры) увеличива­ется суммарное значение спектральной функции в области тета-ритмики. Это связано с увеличением количества разма­шистых максимумов фБА. Наибольшего значения их количество достигает в сеан­се 4. Это означает, что гиппокампу лево­го и правого полушарий, как менеджеру, к четвертому сеансу есть чем оперировать в процессе игры. Во втором сеансе тета- биоритмика тоже очень активна. Можно предположить, что объектами управле­ния гиппокампа являются гностические единицы, связанные кодами зрительных образов и их адресов. Эти гностические единицы формируются во втором сеансе, само формирование сопровождается уве­личенной дельта и медленной ритмикой спектральной функции.

Всплески частотной активности фБА в сеансе 2 и сеансе 4 в области дельта и медленной ритмики в обоих полуша­риях скорее всего связаны с перекоди­рованием (сеанс 2) зрительных образов и адресов ячеек (медленная ритмика) и переводом их в область коры (дельта- ритмика). В сеансе 3 проявляются реци­прокные механизмы. Тогда рост тета-рит­мики, начиная с сеанса 2, можно связать с процессом управления гностическими единицами. Этим можно объяснить се­ансовую динамику уменьшения средне­го количества ошибок (NПр) и кликов N и, как следствие, повышение эффектив­ности клика от сеанса к сеансу.

Увеличение количества частот мак­симумов с течением времени, согласно формуле (1) и рис. 6 (верхний ряд слева), возможно, связано с ростом количества упомянутых гностических единиц.

С учетом выше сказанного логично предположить, что кластеризация частот отрицательных пиков фБА в области мед­ленных ритмов в обоих полушариях тоже связана с созданием гностических единиц с кодами зрительных образов и адресов картинок на поле. В рамках этого пред­положения кластер с центром менее 0,3 Гц, многочисленный в левом полушарии, может быть связан с усложнением гно­стических единиц, т.к. это – уже диапазон сверхмедленных частот.

В области дельта-ритмов очень инте­ресны частоты, группирующиеся около 3 Гц в левом полушарии. Именно эта часто­та характерна для когнитивного вызван­ного потенциала с латентностью 300 мс (Гнездицкий и др., 2011).

Отметим, что количество частот, соот­ветствующих положительным и отрица­тельным пикам фБА в левом полушарии сравнивается в сеансе 2 с количеством частот в правом полушарии в диапазо­не тета-спектра. В поздних по времени сеансах 3 и 4 активность левого полу­шария меньше, чем правого, в количест­венном исчислении в этих сеансах мень­ше возбуждающих и тормозных частот. Это согласуется с переходом от суксес­сивного (поэтапного и осознанного) метода обработки информации (в ле­вом полушарии) к одномоментному (си­мультантному и неосознанному) анали­зу обобщенных элементов информации, который связывают с функциями право­го полушария (Данилова, 2010), что соо­бразовывается с переходом на управле­ние гностическими единицами.

Итак, в последних сеансах позицион­ной компьютерной игры активность ле­вого полушария меньше, чем правого, т.к. стратегия игры уже опробована, ос­новные элементы игры уже в памяти, но­визна практически отсутствует. Это со­гласуется с переходом от суксессивного (поэтапного) метода обработки инфор­мации к симультантному (одномомент­ному) анализу позиции в игре, который характеризуется быстрым автоматизмом в принятии и исполнении решений.

Выводы

В работе показано, что разностная функция биоэлектрической активности на уровне значимости р=0,05 различает­ся для каждого полушария в исследуемом диапазоне частот. Выявлены тенденции изменения частот возбуждения (макси­мумов) и торможения (минимумов) раз­ностной функции биоэлектрической ак­тивности мозга с увеличением номера сеанса игры в каждом полушарии в ди­апазонах тета, дельта и медленных рит­мов. Выдвинута психофизиологическая модель операций игрока, согласующаяся с полученными данными.

Появление искусственных моделей виртуального мозга в имитационной среде, возможно, позволит использо­вать опубликованные в статье данные для уточнения и детализации нейрофизиологических механизмов на различ­ных масштабах мозга, которые лежат в основе генерации макроскопических сигналов нейровизуализации (Sanz et al., 2013).

Для цитирования статьи:

Клочкова О.И., Шабанов Г.А. Сеансовая динамика изменений биоэлектрической активности мозга при интеллектуальной работе за компьютером // Национальный психологический журнал. 2020. № 1 (37). С. 78–93.

Klochkova O.I., Shabanov G.A. Session dynamics of bioelectrical activity of the brain during intellectual computer work (2020). National Psychological Journal, [Natsional’nyy psikhologicheskiy zhurnal], 13(1), 78–93.