1. бібліографічна посилання

1 Корюкалов Ю.І. 1

1 ГОУ ВПО «Південно-Уральський державний університет»

Проведено аналіз біострумів кори великих півкуль за даними ЕЕГ при виконанні когнітивної завдання по вирахуванню в розумі. Дослідження проводили на випробовуваних 24-35 років, групу спостереження склали нетреновані особи, регулярно практикуючі психофізичні вправи (ПФР); контрольну групу - що не займаються саморегуляцією. Показано, що в групі спостереження відзначався достовірний зростання альфа-активності в лобно-центральних і скроневих відведеннях переважно правого півкулі. При цьому найбільш виражена альфа-активність у більшості медитаторів відзначалася на частоті 11-12 Гц, на відміну від 9,5-10,5 Гц у випробовуваних контрольної групи. Особи, що займаються ПФР, достовірно краще виконали завдання, що супроводжувалося більшою виразністю в альфа-ритмі міжпівкульна зв'язків в лобових і центральних відведеннях. Незалежно від групи низькі показники при виконанні когнітивної завдання на віднімання в розумі були у осіб з відсутністю фокуса альфа-активності в центрально-тім'яної зоні і високими показниками індексу бета-ритму (більше 50%) переважно лівої скроневої зони. Високі ж показники відзначалися у осіб з фокусом альфа-активності в центрально-потиличних відведеннях і локалізацією бета-ритму в лобових і потиличних відведеннях. Наші дані свідчать на користь існуючої ролі альфа-ритму в когнітивної діяльності і уявної (візуальні) концентрації уваги на виконанні завдання.

біоструми мозку

міжпівкульні зв'язку

функціональні стану

релаксація

когнітивна діяльність

альфа-ритм

електроенцефалографія

1. Горев А.С. Вікові особливості нейрофизиологического забезпечення процесів довільної регуляції функціонального стану у дітей 10-11 років // Нові дослідження. - 2013. - Вип. № 4 (37). - С. 102-114.

2. Корюкалов Ю.І. Динаміка біострумів мозку при концентрації уваги і візуалізації під час релаксації // Вісник Хмельницького державного університету. - 2014. - № 4 (333). - С. 49-56.

3. Мачинського Р.І. Нейрофізіологічні механізми довільної уваги: ​​аналітичний огляд // ЖВНД. - 2003. - Т. 53, № 2. - С. 133-150.

4. Bunge SA Immature frontal lobe contributions to cognitive control in children: evidence from fMRI. / Bunge SA, Dudukovic NM, Thomason ME, Vaidya CJ, Gabrieli JDE // Neuron. - 2002. - 33. - Р. 301-311.

5. Burbaud P., Degreze P., Franconu JM Lateralization of prefrontal activation during internal mental cal¬culation: a functional magnetic resonance imaging study // J. Neurophysiol. - 1995. - V. 75. - P. 2194.

6. Dehaene S., Spelke E., Pinel P. et al. Sources of mathematical thinking: Behavioral and brain-imaging evidece // Sciecne. - 1999. - V. 284. - P. 970.

7. Haxby JV, Hoffman EA, and Gobbini MI The distributed human neural system for face perception // Trends in Cognitive Sciences. - 2000. - 4. - Р. 223-233.

8. Jones SR, Pinto DJ, Kaper TJ, Koppell N. Alpha-frequency rhythms desynchronize over long cortical distances: a modeling study // Comput. Neuroscience. - 2000. - V. 9. - P. 271-291.

9. Klimesch W., Sauseng P., Hanslmayr S. EEG alpha oscillation: The inhibition-timing hypothesis // Brain Res. Rev. - 2007. - V. 53. - Р. 63-88.

10. Popova TV Some of the brain mechanisms of the state of induced relaxation / Popova Tatiana Vladimirovna, Koryukalov Yury Igorevich, Kourova Olga Germanovna // Advances in Bioscience and Bioengineering. Ulrich's, ELSEVIER. - 2014. - 2 (2). - Р. 8-13. Published online July 30, 2014 (http://www.sciencepublishinggroup.com/j/abb).

11. Schuher F., Schellenherg R., Dimpjd W: Reflection of mental exercise in the dynamic quantitative topographi¬cal EEG // Neuropsychobiology. - 1995. - V. 31. - № 2. - P. 98.

12. Sterman MB and Mann CA Concepts and applications of EEG analysis in aviation performance evaluation // Biol. Psychol. - 1995. - 40.- Р. 115-130.

У літературі наводяться різні точки зору на функціональну роль альфа-ритму електроенцефалограми, його роль в різних когнітивних процесах. Зміни в альфа-ритмі при вирішенні різних завдань пов'язують з процесами уваги або психо-емоційним напруженням [12]. Виявлено роль бета-активності в когнітивних і емоційних процесах, альфа-активності - в зв'язку з рівнем уваги, уяви та візуалізації [10].

Модуляція альфа-ритму пов'язана з активністю ядер таламуса і виразністю таламо-кортикальних зв'язків [8]. Практика ж релаксаційних станів розвиває формування таламо-кортикальних функціональних зв'язків [1; 2; 8], завдяки чому забезпечується синхронізація взаємодії різних відділів кори в альфа-діапазоні.

Деякі дослідники висловлюють припущення про важливу роль альфа-ритму в об'єднанні мозкових структур при різних видах когнітивної або сенсорної діяльності. Р. Мачинського, розглядаючи гіпотезу про співвідношення різних рітмогенних механізмів в процесі обробки інформації, висловлює припущення, що «... при довільному виборчому увазі керовані рітмогенние альфа-мережі формують основу функціональної системи майбутньої когнітивної діяльності відповідно до внутрішнього плану або інструкцією» [3].

Розуміння особливостей функціональної організації нейронної активності при різній ефективності рішення когнітивної завдання осіб 24-35 років необхідно для наукового обґрунтування, розробки засобів і технік підвищення ефективності когнітивної діяльності дорослих, для їх можливого застосування в різних професійних сферах.

Мета цього дослідження полягала у вивченні локалізації альфа-ритму біоелектричної активності мозку при різній по ефективності когнітивної діяльності в осіб 24-35 років.

Методика дослідження

Випробувані були аспіранти, викладачі та випускники ЮУрГУ у віці від 24 до 35 років (всього 28 осіб). Групу спостереження склали нетреновані особи 25-35 років, регулярно практикуючі психофізичні вправи (ПФР) (I група, 12 осіб); контрольну групу - випробовувані того ж віку (24-35 років) і статі, що не займаються саморегуляцією (II група, 16 осіб).

За допомогою приладу «Нейрон-Спектр» ( «Нейрософт», Росія; РУ № ФСР 2009/04073, декларація відповідності № РОСС RU.ІМ18.Д00513) здійснювали багатоканальну реєстрацію ЕЕГ з 16 чашковими електродами, з'єднаними з вушними електродами і локалізованими відповідно до системою 10-20. Виробляли кілька функціональних проб: фонова запис з відкритими очима (ФЗ), закривання очей (ЗГ), рішення арифметичної задачі по вирахуванню (про себе) з 200 по черзі 5 і 2. Частота квантування ЕЕГ становила 250 Гц. Комп'ютерна електроенцефалографія включала спектральний, періодометріческій, кореляційний і когерентний аналіз, здійснюваний з програмного забезпечення фірми-розробника.

результати

Аналіз фонової біоелектричної активності мозку в стані спокою при відкритих очах (ФЗ) виявив певні відмінності у медитаторів і випробовуваних контрольної групи. Так, майже у всіх медитаторів на електроенцефалограмі виявлена ​​альфа-активність в фонового запису з відкритими очима (рис. 1), на відміну від випробовуваних контрольної групи, у яких вона виявлялася лише в 1/3 випадків. У контрольній групі середня амплітуда альфа-ритму становила 12-15 мкв, індекс альфа-ритму знаходився в межах 5-10%, в групі медитаторів амплітуда і індекс альфа-ритму в середньому були на 25-40% більше і становили, відповідно, 15 -25 мкв і індекс в 15-30%.

Домінуюча частота в обох групах склала 10-10,5 Гц, хоча у медитаторів в лобно-центральних відділах півкуль, на відміну від випробовуваних контрольної групи, спостерігався в спектрі другий пік потужності на частоті 8 ± 0,8 Гц. Виявлені два піки альфа-активності синхронно переміщалися при зміні фокусу альфа-активності. Тобто у медитаторів в спокої виражена активність декількох генераторів альфа-активності на різній частоті в одних і тих же відведеннях.

А В

Мал. 1. Виразність альфа-ритму в передніх відділах півкуль у медитаторів при відкритих (А) і закритих (В) очах (спектр і частоти, М: 2). Лівий графік (А) - виділені піки альфа-активності на 7,2 і 10,5 Гц, правий (В) - піки на частоті 7 і 11 Гц (Ш-ва, 28 років). Позначення: Fp1, Fp2 - фронтальні; C3, C4 - центральні;

T3, T4 - скроневі; O1, O2 - потиличні відведення

Аналіз спектру альфа-активності при закритих очах (ЗГ) у медитаторів виявив виражені піки спектральної потужності як в потиличних, так і в лобно-центральних відділах, при цьому у більшості медитаторів потужність альфа-ритму була виражена в лобно-центральних відведеннях лише трохи менше, ніж в потиличних (рис. 1). У випробовуваних ж контрольної групи альфа-активність простежується в основному лише в потиличних областях; у більшій частині випробовуваних в фонового запису з закритими очима вона переважає в відведеннях лівої півкулі.

Цікаво й те, що у 2/3 медитаторів веретена альфа-ритму при закритих очах у середньому довше на 20-35%, а паузи між веретенами значно менше, ніж у випробовуваних контрольної групи.

Таким чином, для медитаторів, на відміну від випробовуваних контрольної групи, в фонового запису з відкритими очима властиво наявність альфа-активності, яка характеризується значним індексом ритму в передніх відділах півкуль. Крім того, у медитаторів відзначається наявність в спектрі альфа-ритму другого - повільно-частотного піка в діапазоні 8 ± 0,8 Гц.

При цьому малюнок хвиль альфа-ритму у медитаторів більш гармонійний, ніж у що не практикують методи психорегуляції, що виражається в більш довгих веретенах альфа-ритму і менших «паузах» між ними, ніж у випробовуваних контрольної групи.

Спектральний аналіз біоелектричної активності мозку при виконанні когнітивного тесту на віднімання в розумі виявив певні відмінності у медитаторів і випробовуваних контрольної групи. Так, при виконанні простого когнітивного завдання по уявному віднімання у більшості випробовуваних контрольної групи не спостерігалося зростання альфа-активності. У піддослідних, які вирішили за менший період часу поставлену перед ними задачу, навпаки, відзначалося істотне підвищення альфа-активності зі збільшенням її амплітуди в центрально-потиличних відведеннях правої півкулі. В цілому по групі домінуючими відведеннями в альфа-діапазоні були центрально-тім'яні області обох півкуль.

У групі осіб, що займаються релаксаційним психофізичними вправами (ПФР), відзначався достовірний зростання альфа-активності в лобно-центральних і скроневих відведеннях переважно правого півкулі. При цьому найбільш виражена альфа-активність у більшості медитаторів відзначалася на частоті 11-12 Гц, на відміну від 9,5-10,5Гц у випробовуваних контрольної групи. При цьому другий пік альфа-ритму у медитаторів також відзначався в діапазоні 8 ± 0,8 Гц (рис. 2).

Мал. 2. Графік спектрального аналізу Віднімання в розумі - Фонова запис, 11,4 Гц - 10,4 Гц, 687 с - 802 с (потужність спектру, мкВ ^ 2 / с ^ 2). Ісп. Бад-ів, 26 років

Незалежно від групи низькі показники при виконанні когнітивної завдання на віднімання в розумі були у осіб з відсутністю фокуса альфа-активності в лобовій і центрально-тім'яної зоні і високими показниками індексу бета-ритму (більше 50%) переважно лівої скроневої зони.

Високі ж показники відзначалися у осіб з фокусом альфа-активності в центрально-потиличних відведеннях і локалізацією бета-ритму в лобових і потиличних відведеннях (рис. 3).

Мал. 3. Виражений індекс альфа-ритму в центрально-потиличних відведеннях і бета-ритму в лобових і потиличних відведеннях обох півкуль у випробовуваних з високими результатами завдання по вирахуванню в розумі. Ісп. Б-ко, 24 роки, дорахував до 88

(Індекс ритму,%)

Кореляційний аналіз виявив у більшості медитаторів (рис. 4), на відміну від випробовуваних контрольної групи, виражену періодичність хвильового процесу на частоті 6-17 Гц в лобових і скронево-потиличних відведеннях обох півкуль з домінуванням у фронтальних і тім'яно-потиличних відділах (рис. 4).

Мал. 4. Показники автокореляційної функції при виконанні завдання на віднімання в розумі. 106 с, 161 мс, ісп. Б-ко, 24 роки

Когерентний аналіз проби «Віднімання в розумі» у медитаторів, на відміну від що не практикують ПФР показав більшу вираженість в альфа-ритмі міжпівкульна зв'язків в лобових і центральних відведеннях. У контрольній групі в альфа-ритмі когерентність вище середнього відзначалася в потиличних відведеннях.

Аналіз бета-активності свідчить, що у випробовуваних контрольної групи не спостерігається достовірних змін. У той же час у осіб, які практикують ПФР в високочастотному бета-ритмі, відзначалося зниження когерентності міжпівкульна зв'язків з більшості відведень з їх посиленням в лобових відведеннях.

В середньому група практикуючих ПФР виконали дане завдання на 10-15% ефективніше, при цьому лише один з них збився з рахунку, на відміну від 4 випробовуваних контрольної групи.

Мал. 5. Показники когерентності в пробі по вирахуванню в розумі. Ісп. Б-ко, 24 роки, дорахував до 88

Обговорення

Ймовірно, що спостерігається у медитаторів в фонового запису виражена альфа-активність, з домінуванням в правій півкулі, відображає кумулятивний характер тривалої практики психофізичної регуляції (ПФР). Кращі показники практикуючих ПФР в арифметичних діях по обчисленню свідчать про кращу внутрішньої концентрації уваги в порівнянні з випробуваними контрольної групи, що виражається в посиленні функціональних зв'язків між лобно-центральними відведеннями. Підтвердженням кращої концентрації уваги також є менша кількість помилок при рахунку на відміну від випробовуваних контрольної групи.

Наші дані свідчать на користь існуючої ролі альфа-ритму в когнітивної діяльності і уявної (візуальні) концентрації уваги на виконанні завдання. На думку інших дослідників, ЕЕГ-корелятом підтримки й присутності, необхідного для виконання нескладних арифметичних операцій, є низькочастотний альфа-ритм (6,5-8 Гц) [11], який відзначався у наших піддослідних в якості другого піку альфа-активності. Дана низькочастотна альфа-активність відзначається на тлі розслабленого стану неспання, зниженого рівня збудження кори. Високочастотний альфа-ритм (11-12 Гц) [9] також спостерігали при вирішенні когнітивних завдань.

[6] при вивченні обчислювальних операцій за допомогою позитронно-емісійної томографії виділив два способи здійснення ментальних процедур: використання лінгвістичного або візуально-просторового кодування числових стимулів з включенням, відповідно, лівих скроневих і білатеральних парієтальних областей кори або прецентральной звивини і латеральної окціпітальной кори.

Проведений нами індивідуальний аналіз обох груп свідчить, що краще за всіх із завданням впоралися особи з фокусом активності в лобно-центральних областях обох півкуль і скронево-центральних лівої півкулі. Схожі дані по активації лобно-центральних і скроневих зон кори при виконанні завдання уявного рахунки були отримані [5; 6].

висновок

Сучасні уявлення про когнітивні процеси як функції розподілу нейронних мереж дозволяють припускати, що в процес реалізації пам'яті при вирішенні завдань, поряд з лобовими областями, включаються і інші коркові структури [4; 7]. Наші дані свідчать, що в утриманні інформації в короткочасній пам'яті важливу роль, крім фронтальних відділів, грають скронево-центральні області переважно тієї півкулі, яке домінувало в процесі формування цієї інформації.

Таким чином, регулярна і інтенсивна практика релаксації сприяє стійких змін корковою ритміки через синхронізацію активності генераторів альфа-ритму, що сприяє розвитку таламо-кортикальних зв'язків. Така взаємодія нейронних мереж як всередині однієї частоти, так і за рахунок фазової синхронізації забезпечує кращу пластичність мозку і є основою для якісно іншим механізмам психофізіологічного функціонування, когнітивної ефективності та забезпечення високого рівня саморегуляції. Локалізація ж альфа-ритму в лобових і тім'яно-потиличних областях дозволяє більш ефективно виконувати завдання уявного рахунки і мінімізувати кількість помилок.

Південно-Уральський державний університет https://susu.ru

бібліографічна посилання

Корюкалов Ю.І. ЛОКАЛІЗАЦІЯ АЛЬФА-АКТИВНОСТІ ЕЕГ ПРИ РІЗНОЮ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОНАННЯ когнітивні завдання // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2016. - № 3 .;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=24764 (дата звернення: 08.06.2019).

Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»

(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)