Психиатрия Психиатрия и психофармакотерапия им. П.Б. Ганнушкина
№01 2009
Метод адаптивного управления на основе пространственной синхронизации деятельности областей коры головного мозга как средство поддержания работоспособности операторов №01 2009
Номера страниц в выпуске:55-61
Факт повышения продуктивности деятельности при решении пространственных задач на фоне синхронизации «переднезадних» областей коры правого полушария представляется нам весьма существенным, поскольку может быть использован для обеспечения работоспособности в профессиях, требующих хорошей координации движений, точной оценки положения собственного тела и взаимодействия его или своего транспортного средства с другими объектами в пространстве.
Введение
В деятельности человека среди всего многообразия решаемых задач могут быть выделены две категории.
Одна – задачи, предполагающие работу в условиях воздействия предопределенных, детерминированных раздражителей, описанную в виде исчерпывающей инструкции. Например, если речь идет о космонавтах, – это работы с бортовой аппаратурой, предусмотренные регламентом, любые расчетные ситуации. Качество такой деятельности может быть достигнуто благодаря четкому выполнению инструкции. Это связано главным образом с нагрузкой на теменно-затылочные области коры левого полушария1 головного мозга, ответственные за хранение и переработку информации, так называемый второй функциональный блок [1].
Вторая категория задач – деятельность, которую нельзя достаточно точно предсказать, – работа в условиях воздействия случайных, стохастических, раздражителей. Например, в космическом полете при возникновении нерасчетной ситуации. Качество такой деятельности требует точного анализа возникшей ситуации на основе пережитого опыта, прогноза оптимального результата, формирования программы действия, самого действия и сравнения полученного результата с тем, который был прогнозирован. Решение таких задач предполагает не только хранение и переработку информации, что может быть реализовано при достаточной концентрации внимания, но и сложную программируемую деятельность, реализующую намерения и планы. При этом на уровне третичных зон происходит взаимодействие лобно-теменных (третий функциональный блок) и теменно-затылочных (второй функциональный блок) областей коры левого полушария головного мозга. Связь этих областей при интеллектуальной деятельности показана в работах В.М.Русалова и Э.А.Голубевой [2].
В дальнейшем для краткости работу первой категории мы будем называть Д-деятельность, а второй – С-деятельность.
Очевидно, что в зависимости от состояния указанных областей коры, в случае нормального их развития или в силу относительной незрелости, атипического или аномального развития человек более способен к тому или иному виду деятельности. Причем при изменении их функционального состояния, например в результате утомления или стресса, эта способность может несколько меняться [3].
Поэтому можно полагать, что способности к С- или Д-деятельности не только индивидуально специфичны, но и подвержены колебаниям в зависимости от состояния момента, т.е. от состояния готовности к тому или иному виду деятельности.
Все изложенное позволяет нам говорить о типологии операторской деятельности.
Интересно, что похожее деление людей на типы встречается и в классической литературе. Так, Н.В.Гоголь во втором томе поэмы «Мертвые души» описывает типы чиновников [4]. Вот первая характеристика: «…эпикуреец, собой лихач, отличный товарищ, кутила и продувная бестия, как выражались о нем сами товарищи. В военное время человек этот наделал бы чудес: его бы послать куда-нибудь пробраться сквозь непроходимые, опасные места, украсть перед носом у самого неприятеля пушку, – это его бы дело». В этом явно прослеживается склонность к стохастической деятельности в нашем понимании. А через пару страниц встречается другая характеристика – человека, предрасположенного к детерминированной деятельности: «Это был один из числа тех немногих, который занимался делопроизводством con amore. Следить, разобрать по частям и, поймавши все нити запутаннейшего дела, разъяснить его – это было его дело».
Склонность к С- или Д-деятельности, по нашим данным, проявляется в таких личностных особенностях, как уверенность – неуверенность, решительность – нерешительность, общительность – замкнутость, напористость – уступчивость, склонность к исследованию нового – избегание нового, предвидение на основе учета фактов – интуитивное предвидение [5].
Несомненно, знание объективных признаков, характеризующих склонность и готовность оператора к Д- или С-деятельности, поможет прогнозировать успешность решения им профессиональных задач первой или второй категории.
Получение прогностически значимых объективных показателей состояния оператора, определяющих эффективность описанных видов деятельности, является закономерным шагом при разработке методов поддержания работоспособности в космической медицине.
Но вместе с тем подобная задача может быть сформулирована в общем виде как поиск связи между поведенческим актом и электрофизиологическим феноменом. Применительно к исследованиям с помощью электроэнцефалограмм (ЭЭГ) эта связь может быть установлена опосредованно, путем оценки уровня пространственной синхронизации биоэлектрической активности областей коры головного мозга, взаимодействующих при этом поведенческом акте [6].
При проведении исследований в макете спускаемого аппарата корабля «Союз» и эксперименте с длительной изоляцией ЭКОПСИ-95 нами была показана связь между готовностью к Д- или С-деятельности испытателей, определявшейся с помощью миннесотского теста, и уровнем пространственной синхронизации биоэлектрической активности лобно-теменной и теменно-затылочной областей коры левого полушария головного мозга [7].
В дальнейшем, в эксперименте с длительной изоляцией SFINCSS-99, в результате анализа с использованием метода множественной регрессии были получены статистически достоверные данные о закономерностях пространственной синхронизации биоэлектрической активности лобно-теменных и теменно-затылочных областей коры левого и правого полушария, определяющих успешность выполнения компьютерных игр, моделирующих С- и Д-деятельность. При этом готовность к С- или Д-деятельности, оцененная исходно по проявлению описанных выше личностных особенностей, определяла характер пространственных взаимоотношений биоэлектрической активности трех областей коры и продуктивные показатели деятельности в компьютерных играх [5, 8]: более успешное выполнение пространственных задач в игре «Тетрис» происходило на фоне увеличения синхронности «переднезадних» областей коры правого полушария, а интеллектуальных задач в игре «Сапер» – на фоне увеличения синхронности «переднезадних» областей коры левого полушария и, кроме того, в обоих вариантах задач успешному их решению соответствовало увеличение синхронности «передних» отделов правого и левого полушарий.
Факт повышения продуктивности деятельности при решении пространственных задач на фоне синхронизации «переднезадних» областей коры правого полушария представляется нам весьма существенным, поскольку может быть использован для обеспечения работоспособности в профессиях, требующих хорошей координации движений, точной оценки положения собственного тела и взаимодействия его или своего транспортного средства с другими объектами в пространстве.
В космонавтике это может служить основой для повышения эффективности деятельности в условиях гипогравитации, когда космонавт при затруднении восприятия «верха» и «низа» вынужден ориентироваться по интероцептивным ощущениям схемы тела, а также при выполнении операций по сближению и стыковке космических объектов в ручном режиме.
Несомненно перспективно использование выявленных закономерностей в спорте, сценических видах искусства и любых других видах «земной» деятельности, если иметь инструмент, позволяющий повышать синхронность биоэлектрической активности заинтересованных областей. Для создания такого инструмента было решено использовать метод адаптивного биоуправления.
Следует отметить, что в исследованиях SFINCSS-99 для характеристики синхронности применялась экспертная оценка сходства динамики мощности альфа-активности.
Эти данные позволили разработать алгоритм и программу для формирования визуального сигнала обратной связи, способствующего при адаптивном управлении созданию высокого уровня пространственной синхронизации соответственно состоянию С- или Д-готовности. По этому алгоритму производится также и обработка результатов.
Основой алгоритма является автоматизированная количественная оценка в режиме on-line уровня пространственной синхронизации по величине сходства динамики мощности альфа-активности энцефалограммы в лобно-теменных и теменно-затылочных областях правого и левого полушарий головного мозга. Показателями сходства при этом являлись коэффициенты множественной корреляции и парной детерминации.
Такую программу мы склонны расценивать как инструмент, который оператор может использовать для адаптивного биоуправления собственным состоянием при формировании готовности к деятельности в условиях стохастических или детерминированных раздражителей.
Предполагается оценить такую возможность в условиях реального космического полета на разрабатываемой экспериментальной бортовой аппаратуре «Нейролаб-2000» в космическом эксперименте «Типология».
Учитывая ограничения в применении миннесотского теста, связанные с его относительно большой продолжительностью и невозможностью частого использования, разработали количественную оценку исходного состояния С- и Д-готовности на основе теста Люшера [9].
С целью отработки адаптивного биоуправления (АБУ) на основе упомянутого алгоритма формирования сигнала обратной связи проведены две серии экспериментов с участием испытателей-добровольцев.
В исследованиях предстояло решить следующие задачи.
В исследованиях участвовали две группы по 6 испытателей-добровольцев, здоровых мужчин в возрасте от 25 до 40 лет. По результатам предварительного обследования все испытатели были отнесены к праворуким.
Для выработки навыка выполнения компьютерных игр и АБУ с каждым испытателем было проведено по 10 тренировочных занятий с интервалом в 1 день.
В качестве экспериментального воздействия для моделирования гемодинамического эффекта гипогравитации, свойственного начальному периоду адаптации, использовали антиортостатическое положение (АНОП) под углом -8°. В первой серии испытатели находились в АНОП по 6 ч в течение 6 дней в лабораторном помещении, а во второй серии – непрерывно в течение 7 дней в условиях относительной гипокинезии в гермопомещении.
Интервал между окончанием тренировок первой серии и экспериментальным воздействием составлял от 1 до 4 нед.
При проведении тренировок и в экспериментах испытатели проходили однотипные обследования, каждый испытатель в одно и то же время, по циклограммам (табл. 1).
Тест Люшера применяли в модификации Л.Н.Собчик с использованием компьютерной программы Л.Я.Хвостова, предполагающей двукратную процедуру выбора цветов [10]. Показатели С- и Д-готовности вычисляли по разработанному ранее методу [9].
Энцефалографические хлорсеребряные чашечковые электроды с электропроводной пастой располагали по международной системе «10–20» в точках F3, F4, C3, C4, P3, P4, заземляющий электрод – на макушке, по средней линии. Регистрацию проводили биполярно: F3, C3 – первый канал, F4, C4 – второй канал, C3, P3 – третий канал, C4, P4 – четвертый канал (рис. 1).
В качестве сигнала обратной связи испытателю предъявляли на мониторе компьютера горизонтально расположенную полосу зеленого цвета, ширина которой изменялась в соответствии с колебаниями уровня пространственной синхронизации биопотенциалов изучаемых областей коры. Испытатель должен был отмечать внутреннее ощущение, соответствующее максимальной ширине цветовой полосы, стараться его удерживать как можно дольше во время тренировки биоуправления, а в последующем и воспроизводить в перерывах между геймами компьютерных игр.
Сигнал обратной связи, отражающий уровень пространственной синхронизации, формировали на основе вычисления коэффициентов множественной корреляции [11] огибающих, проходящих через максимумы спектров ЭЭГ в альфа-диапазоне. Расчет спектров производили каждые 1000 мс, а коэффициентов корреляции – по 20 точкам (20 000 мс) со сдвигом 500 мс. Таким образом, каждое новое значение коэффициента корреляции получали с интервалом в 0,5 с и с этим интервалом происходили изменения сигнала обратной связи.
При этом и в первой, и во второй серии в нечетные дни обследований при формировании сигнала обратной связи в вычислениях коэффициентов множественной корреляции значения огибающих, получаемые по 1, 2 и 4-му каналам, принимались в качестве объясняющих переменных и по 1-му – в качестве зависимой. В четные дни принимались в качестве объясняющих переменных значения по 1, 2 и 3-му каналам, а по 2-му – в качестве зависимой. По этому признаку обследованиям, проводимым в четные дни тренировок, присвоили код «ПС» – подготовка «Сапер», а в нечетные – «ПТ» – подготовка «Тетрис», в эксперименте, соответственно, «ЭС» – эксперимент «Сапер» и «ЭТ» – эксперимент «Тетрис».
Иными словами, в первой серии обе компьютерные игры выполнялись до сеансов АБУ, а во второй серии одна – до, другая – после, причем во второй серии во время такого сеанса вырабатывали навык синхронизации биопотенциалов тех областей коры головного мозга, взаимодействие которых необходимо для выполнения последующей деятельности. Таким образом, формировали состояние готовности к тому виду деятельности, которая следовала за сеансом АБУ.
Последнее обстоятельство предполагало возможность оценки эффекта адаптивного биоуправления на продуктивные показатели компьютерных игр.
Продуктивные показатели в игре «Тетрис» (Пте) оценивали суммой баллов, набранных за 1 с, а «Сапер» (Пса) – суммой правильно установленных флажков за 1 с.
1. Исследование связи между исходным состоянием готовности, оцениваемым с помощью теста Люшера, и эффективностью С- и Д-деятельности, моделируемой компьютерными играми «Сапер» и «Тетрис»
Поскольку в обеих сериях экспериментов последовательность и содержание обследований до начала сеанса АБУ были одинаковы (см. табл. 1), то для изучения связи между исходным состоянием испытателей и продуктивностью их деятельности результаты тренировок обеих серий анализировали как единый массив из ста двадцати наблюдений.
В зависимости от исходного состояния испытателей этот массив разделили на три группы.
К первой группе отнесли 49 наблюдений, в которых как при первом, так и при втором выборе цветов в тесте Люшера значение показателя С-готовности было выше среднего, а Д-готовности – ниже.
Во вторую группу включили 39 наблюдений, в которых и при первом, и при втором выборе выше среднего были значения показателя Д-готовности.
Третью группу составили 32 наблюдения, в которых при первом и втором выборе значения показателей С- и Д-готовности были не однотипными, в одном выборе выше среднего было значение одного, а в другом – другого показателя.
По этому признаку сгруппировали и продуктивные показатели компьютерных игр – Пте и Пса (рис. 2). На рисунке представлены результаты первого выбора цветов в тесте Люшера (С1 и Д1), поскольку усредненные значения первого и второго выбора практически одинаковы.
Наблюдается тенденция: высоким исходным значениям показателей С-готовности в первой группе соответствуют высокие значения продуктивных показателей в игре «Сапер» – Пса, а более низким значениям показателей С-готовности во второй группе соответствуют более низкие значения. При этом показатели в игре «Тетрис» – Пте демонстрируют обратную зависимость.
По этим признакам третья группа в целом занимает промежуточное положение между первой и второй.
2. Изучение объективных признаков исходного состояния С- и Д-готовности по показателям пространственной синхронизации активности исследуемых областей коры в различных диапазонах спектра
При оценке ЭЭГ-признаков исходного состояния С- и Д-готовности были проанализированы показатели пространственной синхронизации биопотенциалов спонтанной ЭЭГ исследуемых областей во всех диапазонах спектра в наблюдениях второй серии. (Такая возможность появилась только к моменту проведения второй серии.)
Эти наблюдения также были разделены на три группы в зависимости от величины С- и Д-показателей при первом и втором выборе цветов в тесте Люшера, как это было описано выше. В первую группу вошло 20 наблюдений, во вторую – 26, а в третью – 14. Вычислили средние значения коэффициентов множественной корреляции и парной детерминации для огибающих максимумов d-, u-, a-, b1- и b2-диапазонов.
Обращает на себя внимание несколько фактов (рис. 3). На этом рисунке цифрами 1, 2 , 3 и 4 обозначены номера регистрируемых каналов ЭЭГ.
Первое: при открытых глазах в a-диапазоне (ГО, a) в первой группе наблюдали более высокие значения коэффициентов множественной корреляции, чем во второй и третьей. Характерно, что этому соответствует и более высокое значение коэффициента парной детерминации между лобно-теменными областями коры правого и левого полушарий. Графически более высокие показатели уровня пространственной синхронизации (УПС) отражаются более жирными линиями.
Таким образом, состоянию С-готовности соответствует высокая синхронность биоэлектрической активности трех областей, взаимодействующих в процессе С-деятельности, и она обусловлена в основном синхронизацией двух из них – лобно-теменных областей обоих полушарий. Напомним, состояние С-готовности определяет и более высокие продуктивные показатели в игре «Сапер».
Второе: при открытых глазах в b1-диапазоне (ГО, b1) во второй группе более высокие значения коэффициентов множественной корреляции, чем в первой и третьей. При этом коэффициенты парной детерминации в этой группе свидетельствуют о более высокой синхронности биопотенциалов лобно-теменных областей обоих полушарий и лобно-теменных и теменно-затылочных областей правого полушария. Более выраженное состояние Д-готовности в этой группе обусловливает и более высокие показатели продуктивности в игре «Тетрис».
И наконец, третье: наиболее многочисленные выраженные отличия характерны для первой группы при закрытых глазах в u-диапазоне. Это касается как коэффициентов множественной корреляции, так и парной детерминации (ГЗ, u).
Если первый факт еще раз подтверждает правильность выбранного методического подхода – формирование состояния С-готовности на основе повышения пространственной синхронизации заинтересованных областей в a-диапазоне, то второй факт позволяет предположить, что Д-готовность может более эффективно формироваться за счет повышения синхронности биоэлектрической активности корковых образований правого полушария в b1-диапазоне. По крайней мере это согласуется с современными представлениями о роли b-активности в концентрации внимания, необходимого для обработки информации во втором функциональном блоке.
По-видимому, в дальнейшем целесообразно проверить экспериментально такое предположение, попытавшись формировать сигнал обратной связи в b1-диапазоне.
3. Оценка возможности выработки навыка адаптивного биоуправления на основе разработанного алгоритма формирования сигнала обратной связи и сохранность такого навыка
Для оценки возможности выработки и сохранности навыка адаптивного биоуправления проанализировали результаты ЭЭГ-исследований первой серии. При этом значения коэффициентов множественной корреляции и парной детерминации для всех каналов, полученные с интервалом в 0,5 с на протяжении каждого этапа регистрации ЭЭГ усредняли и для каждой средней рассчитывали доверительный интервал при заданном уровне значимости 0,05. Это позволяло для каждого наблюдения оценивать достоверность различий между показателями УПС изучаемых областей коры при регистрации спонтанной ЭЭГ и на фоне сеансов адаптивного биоуправления.
Удалось установить следующее.
Навык синхронизации ЭЭГ в a-диапазоне, выработанный с применением метода АБУ на основе коэффициента множественной корреляции, обусловливает в большинстве наблюдений (59–65%%) статистически достоверное увеличение УПС заинтересованных областей коры головного мозга. Это увеличение для отдельных испытателей регистрировали уже после первых 2–3 тренировок (табл. 2, 3).
Формирование в сеансах АБУ навыка синхронизации между лобно-теменными областями коры левого и правого полушария и лобно-теменной и теменно-затылочной областью правого полушария (код наблюдения «ЭТ») приводит к достоверному увеличению УПС этих областей в 59% наблюдений. При этом УПС в 18% достоверно снижался и в 23% достоверно не менялся.
Изучение коэффициентов парной детерминации между названными областями коры головного мозга позволило оценить по отдельности вклад каждой из пар в УПС трех синхронизируемых областей.
При синхронизации по алгоритму «ЭС», как и по алгоритму «ЭТ», в преобладающем количестве наблюдений (59 и 65% наблюдений соответственно) происходит достоверное возрастание УПС между лобно-теменными областями коры правого и левого полушарий. При этом УПС в первом случае в 30% достоверно снижался и в 11% достоверно не менялся, а во втором случае в 24% достоверно снижался и в 11% достоверно не менялся.
Увеличение УПС между лобно-теменными и теменно-затылочными областями справа и слева было менее характерно (от 24 до 41% наблюдений).
На основании сопоставления изложенных фактов становится очевидным, что при использовании для формирования сигнала обратной связи алгоритмов обоих описанных вариантов увеличение УПС происходит главным образом за счет «передних» отделов коры.
Отметим: и при оценке ЭЭГ-признаков исходного состояния С- и Д-готовности выше было показано, что высокому уровню С-готовности соответствуют более высокие показатели УПС трех областей коры, которые достигаются главным образом за счет «передних» областей.
При анализе экспериментальных данных первой серии установили, что на пятом часу пребывания в АНОП успешность синхронизации с использованием БОС оставалась практически неизменной по сравнению с фоном, а навык АБУ сохранялся во всех экспериментах, включая те, которые проводили через 4 нед после окончания тренировок.
Для выяснения возможных причин различий в успешности сеансов АБУ (от ожидаемого результата увеличения УПС до прямо противоположного) проведен анализ исходных показателей готовности к деятельности в условиях стохастических и детерминированных раздражителей. Использовались показатели, полученные с помощью теста Люшера.
Установили, что при синхронизации по алгоритму «ЭС» достоверное противоположное ожидаемому снижение УПС происходит на фоне значительно повышенных исходных значений показателя С-готовности и сниженных значений Д-готовности по сравнению с наблюдениями, в которых УПС возрастает.
В свою очередь при синхронизации по алгоритму «ЭТ» достоверное снижение УПС, наоборот, наблюдается на фоне существенно сниженных исходных значений показателя С-готовности и повышенных значений Д-готовности.
Из-за значительного индивидуального разброса исходных значений С- и Д-готовности нельзя, по-видимому, определенно утверждать, что исходно высокое состояние готовности препятствует его дальнейшему повышению в процессе АБУ. Однако, на наш взгляд, такая тенденция может иметь место.
4. Изучение эффекта сеансов АБУ на продуктивные показатели С- и Д-деятельности, моделируемой компьютерными играми «Сапер» и «Тетрис»
Для оценки эффекта АБУ на продуктивные показатели деятельности, моделируемой с помощью компьютерных игр «Сапер» и «Тетрис», анализировали результаты второй серии экспериментов, сохранив деление наблюдений на три группы.
В каждой из групп выделили по две подгруппы: усредненные значения продуктивных показателей игр, выполненных до сеансов АБУ и после (рис. 4). Следует отметить, что из-за больших индивидуальных различий речь может идти лишь о тенденции в изменениях представленных на рис. 4 параметров.
В выделенных подгруппах наиболее высокие исходные показатели продуктивности игры «Сапер» (Пса до) были в первой группе, а наиболее низкие – во второй. По этим показателям третья группа от первой достоверно не отличалась. Выполнение сеансов АБУ привело к повышению показателей продуктивности игры «Сапер» (Пса посл) в первой и второй группах, а в третьей к снижению.
Изменения продуктивных показателей игры «Тетрис» после сеансов АБУ (Пте посл) демонстрировали тенденцию к возрастанию показателей в первой группе и снижению – во второй и третьей.
Таким образом, оценивая эффект АБУ на результативность деятельности, надо признать, что он в трех группах не однозначен.
Если в первой группе отмечается положительный эффект сеансов АБУ на продуктивные показатели деятельности, моделируемой с помощью компьютерных игр «Сапер» и «Тетрис», то во второй группе это касается только игры «Сапер», а в третьей эффект прямо противоположен ожидаемому – производительность в обеих играх снижалась.
Это можно попытаться объяснить инвертированной реакцией показателей пространственной синхронизации на сеансы АБУ, которая была отмечена в некоторых наблюдениях первой серии.
Не исключено, что снижение продуктивных показателей игр после сеансов АБУ в третьей группе связано, как и снижение УПС в первой серии исследований, с особенностями исходного состояния испытателей.
В заключение хотелось бы сказать несколько слов о возможности применения разработанного нами метода в клинике.
Согласно современным представлениям можно считать, что в нашем случае повышение синхронности при АБУ достигается благодаря тормозным и возбуждающим влияниям нейронов неспецифического таламуса, которые, обладая свойством авторитмичности, управляют биоэлектрической активностью коры больших полушарий мозга преимущественно в a-диапазоне.
Учитывая изложенное, можно полагать, что при нарушении функционирования какой-либо из областей коры головного мозга как в результате аномального или атипического развития, так и при патологических изменениях, например в результате нарушения мозгового кровообращения (НМК), окажется перспективным способ синхронизации активности пострадавшей области коры и здоровой. Для этого может быть применен разработанный нами вариант АБУ.
Таким образом, рассуждая о механизмах повышения синхронности биоэлектрической активности исследуемых нами областей, правильно было бы заключить, что в основе их лежит корково-подкорковое взаимодействие. Вместе с тем нельзя, по-видимому, исключить и корковые взаимодействия на уровне третичных зон.
Можно надеяться, что при синхронизации активности пострадавшей области коры и здоровой, даже при нарушении кортикального взаимодействия, последнее может происходить при НМК, эффект активизации пострадавшей области коры будет достигнут за счет подкорковых влияний. Причем, применяя синхронизацию ЭЭГ в разных диапазонах, можно вовлекать в процесс активизации различные подкорковые структуры. В свою очередь возрастание активности пострадавшей области коры, несомненно, приведет к активизации локального кровотока, что может способствовать его восстановлению.
При отклонениях в развитии корковых образований также может быть эффективен разработанный нами вариант АБУ, поскольку в этом случае активизация будет происходить за счет как подкорковых, так и корковых влияний.
Выводы
1. Существует связь между состоянием готовности к двум изучаемым видам деятельности и ее результативностью.
Высокому исходному уровню С-готовности, оцениваемому с помощью теста Люшера, соответствует высокий уровень продуктивных показателей моделируемой С-деятельности, а высокому уровню Д-готовности соответствует высокий уровень продуктивных показателей моделируемой Д-деятельности.
2. Показано принципиальное различие признаков исходного состояния С- и Д-готовности по показателям УПС спонтанной активности исследуемых областей коры.
В группе с высоким уровнем готовности к С-деятельности более высокие, чем в группе с высоким уровнем готовности к Д-деятельности, показатели парной детерминации между лобно-теменными областями правого и левого полушария в u-, a- и b1-диапазонах.
Также в этой группе более высокие показатели множественной корреляции между лобно-теменными областями правого и левого полушарий и теменно-затылочными областями обоих полушарий в u-диапазоне.
3. Установлена возможность выработки навыка АБУ на основе разработанного алгоритма формирования сигнала обратной связи. Навык синхронизации биопотенциалов коры головного мозга, выработанный в течение 10 тренировок, сохраняется на протяжении не менее 1 мес и не разрушается после 4-часового пребывания в АНОП под углом -8°.
4. При использовании в качестве сигнала обратной связи коэффициента множественной корреляции происходит повышение синхронности биоэлектрической активности мозга в трех заинтересованных областях.
Анализ коэффициентов парной детерминации этих областей свидетельствует о том, что такое повышение синхронности достигается главным образом за счет лобно-теменных отделов коры правого и левого полушарий мозга.
5. Успешность синхронизации биопотенциалов коры головного мозга с использованием описанного алгоритма АБУ может быть связана с исходной готовностью испытуемых к деятельности в условиях стохастических или детерминированных раздражителей.
6. Разработанный метод адаптивного управления на основе биологической обратной связи по показателям УПС деятельности областей коры головного мозга может способствовать поддержанию работоспособности операторов.
Однако можно полагать, что эффект адаптивного управления на продуктивные показатели деятельности так же, как и успешность синхронизации, зависит от исходного состояния готовности.
В деятельности человека среди всего многообразия решаемых задач могут быть выделены две категории.
Одна – задачи, предполагающие работу в условиях воздействия предопределенных, детерминированных раздражителей, описанную в виде исчерпывающей инструкции. Например, если речь идет о космонавтах, – это работы с бортовой аппаратурой, предусмотренные регламентом, любые расчетные ситуации. Качество такой деятельности может быть достигнуто благодаря четкому выполнению инструкции. Это связано главным образом с нагрузкой на теменно-затылочные области коры левого полушария1 головного мозга, ответственные за хранение и переработку информации, так называемый второй функциональный блок [1].
Вторая категория задач – деятельность, которую нельзя достаточно точно предсказать, – работа в условиях воздействия случайных, стохастических, раздражителей. Например, в космическом полете при возникновении нерасчетной ситуации. Качество такой деятельности требует точного анализа возникшей ситуации на основе пережитого опыта, прогноза оптимального результата, формирования программы действия, самого действия и сравнения полученного результата с тем, который был прогнозирован. Решение таких задач предполагает не только хранение и переработку информации, что может быть реализовано при достаточной концентрации внимания, но и сложную программируемую деятельность, реализующую намерения и планы. При этом на уровне третичных зон происходит взаимодействие лобно-теменных (третий функциональный блок) и теменно-затылочных (второй функциональный блок) областей коры левого полушария головного мозга. Связь этих областей при интеллектуальной деятельности показана в работах В.М.Русалова и Э.А.Голубевой [2].
В дальнейшем для краткости работу первой категории мы будем называть Д-деятельность, а второй – С-деятельность.
Очевидно, что в зависимости от состояния указанных областей коры, в случае нормального их развития или в силу относительной незрелости, атипического или аномального развития человек более способен к тому или иному виду деятельности. Причем при изменении их функционального состояния, например в результате утомления или стресса, эта способность может несколько меняться [3].
Поэтому можно полагать, что способности к С- или Д-деятельности не только индивидуально специфичны, но и подвержены колебаниям в зависимости от состояния момента, т.е. от состояния готовности к тому или иному виду деятельности.
Все изложенное позволяет нам говорить о типологии операторской деятельности.
Интересно, что похожее деление людей на типы встречается и в классической литературе. Так, Н.В.Гоголь во втором томе поэмы «Мертвые души» описывает типы чиновников [4]. Вот первая характеристика: «…эпикуреец, собой лихач, отличный товарищ, кутила и продувная бестия, как выражались о нем сами товарищи. В военное время человек этот наделал бы чудес: его бы послать куда-нибудь пробраться сквозь непроходимые, опасные места, украсть перед носом у самого неприятеля пушку, – это его бы дело». В этом явно прослеживается склонность к стохастической деятельности в нашем понимании. А через пару страниц встречается другая характеристика – человека, предрасположенного к детерминированной деятельности: «Это был один из числа тех немногих, который занимался делопроизводством con amore. Следить, разобрать по частям и, поймавши все нити запутаннейшего дела, разъяснить его – это было его дело».
Склонность к С- или Д-деятельности, по нашим данным, проявляется в таких личностных особенностях, как уверенность – неуверенность, решительность – нерешительность, общительность – замкнутость, напористость – уступчивость, склонность к исследованию нового – избегание нового, предвидение на основе учета фактов – интуитивное предвидение [5].
Несомненно, знание объективных признаков, характеризующих склонность и готовность оператора к Д- или С-деятельности, поможет прогнозировать успешность решения им профессиональных задач первой или второй категории.
Получение прогностически значимых объективных показателей состояния оператора, определяющих эффективность описанных видов деятельности, является закономерным шагом при разработке методов поддержания работоспособности в космической медицине.
Но вместе с тем подобная задача может быть сформулирована в общем виде как поиск связи между поведенческим актом и электрофизиологическим феноменом. Применительно к исследованиям с помощью электроэнцефалограмм (ЭЭГ) эта связь может быть установлена опосредованно, путем оценки уровня пространственной синхронизации биоэлектрической активности областей коры головного мозга, взаимодействующих при этом поведенческом акте [6].
При проведении исследований в макете спускаемого аппарата корабля «Союз» и эксперименте с длительной изоляцией ЭКОПСИ-95 нами была показана связь между готовностью к Д- или С-деятельности испытателей, определявшейся с помощью миннесотского теста, и уровнем пространственной синхронизации биоэлектрической активности лобно-теменной и теменно-затылочной областей коры левого полушария головного мозга [7].
В дальнейшем, в эксперименте с длительной изоляцией SFINCSS-99, в результате анализа с использованием метода множественной регрессии были получены статистически достоверные данные о закономерностях пространственной синхронизации биоэлектрической активности лобно-теменных и теменно-затылочных областей коры левого и правого полушария, определяющих успешность выполнения компьютерных игр, моделирующих С- и Д-деятельность. При этом готовность к С- или Д-деятельности, оцененная исходно по проявлению описанных выше личностных особенностей, определяла характер пространственных взаимоотношений биоэлектрической активности трех областей коры и продуктивные показатели деятельности в компьютерных играх [5, 8]: более успешное выполнение пространственных задач в игре «Тетрис» происходило на фоне увеличения синхронности «переднезадних» областей коры правого полушария, а интеллектуальных задач в игре «Сапер» – на фоне увеличения синхронности «переднезадних» областей коры левого полушария и, кроме того, в обоих вариантах задач успешному их решению соответствовало увеличение синхронности «передних» отделов правого и левого полушарий.
Факт повышения продуктивности деятельности при решении пространственных задач на фоне синхронизации «переднезадних» областей коры правого полушария представляется нам весьма существенным, поскольку может быть использован для обеспечения работоспособности в профессиях, требующих хорошей координации движений, точной оценки положения собственного тела и взаимодействия его или своего транспортного средства с другими объектами в пространстве.
В космонавтике это может служить основой для повышения эффективности деятельности в условиях гипогравитации, когда космонавт при затруднении восприятия «верха» и «низа» вынужден ориентироваться по интероцептивным ощущениям схемы тела, а также при выполнении операций по сближению и стыковке космических объектов в ручном режиме.
Несомненно перспективно использование выявленных закономерностей в спорте, сценических видах искусства и любых других видах «земной» деятельности, если иметь инструмент, позволяющий повышать синхронность биоэлектрической активности заинтересованных областей. Для создания такого инструмента было решено использовать метод адаптивного биоуправления.
Следует отметить, что в исследованиях SFINCSS-99 для характеристики синхронности применялась экспертная оценка сходства динамики мощности альфа-активности.
Эти данные позволили разработать алгоритм и программу для формирования визуального сигнала обратной связи, способствующего при адаптивном управлении созданию высокого уровня пространственной синхронизации соответственно состоянию С- или Д-готовности. По этому алгоритму производится также и обработка результатов.
Основой алгоритма является автоматизированная количественная оценка в режиме on-line уровня пространственной синхронизации по величине сходства динамики мощности альфа-активности энцефалограммы в лобно-теменных и теменно-затылочных областях правого и левого полушарий головного мозга. Показателями сходства при этом являлись коэффициенты множественной корреляции и парной детерминации.
Такую программу мы склонны расценивать как инструмент, который оператор может использовать для адаптивного биоуправления собственным состоянием при формировании готовности к деятельности в условиях стохастических или детерминированных раздражителей.
Предполагается оценить такую возможность в условиях реального космического полета на разрабатываемой экспериментальной бортовой аппаратуре «Нейролаб-2000» в космическом эксперименте «Типология».
Учитывая ограничения в применении миннесотского теста, связанные с его относительно большой продолжительностью и невозможностью частого использования, разработали количественную оценку исходного состояния С- и Д-готовности на основе теста Люшера [9].
С целью отработки адаптивного биоуправления (АБУ) на основе упомянутого алгоритма формирования сигнала обратной связи проведены две серии экспериментов с участием испытателей-добровольцев.
В исследованиях предстояло решить следующие задачи.
1. Подтвердить связь между исходным состоянием готовности, оцениваемым с помощью теста Люшера, и эффективностью С- и Д-деятельности, моделируемой компьютерными играми «Сапер» и «Тетрис».
2. Выявить объективные признаки исходного состояния С- и Д-готовности по показателям пространственной синхронизации активности исследуемых областей коры в различных диапазонах спектра.
3. Проверить возможность выработки навыка АБУ на основе разработанного алгоритма формирования сигнала обратной связи и сохранность такого навыка.
4. Изучить эффект сеансов АБУ на продуктивные показатели С- и Д-деятельности, моделируемой компьютерными играми «Сапер» и «Тетрис».
В исследованиях участвовали две группы по 6 испытателей-добровольцев, здоровых мужчин в возрасте от 25 до 40 лет. По результатам предварительного обследования все испытатели были отнесены к праворуким.
Для выработки навыка выполнения компьютерных игр и АБУ с каждым испытателем было проведено по 10 тренировочных занятий с интервалом в 1 день.
В качестве экспериментального воздействия для моделирования гемодинамического эффекта гипогравитации, свойственного начальному периоду адаптации, использовали антиортостатическое положение (АНОП) под углом -8°. В первой серии испытатели находились в АНОП по 6 ч в течение 6 дней в лабораторном помещении, а во второй серии – непрерывно в течение 7 дней в условиях относительной гипокинезии в гермопомещении.
Интервал между окончанием тренировок первой серии и экспериментальным воздействием составлял от 1 до 4 нед.
При проведении тренировок и в экспериментах испытатели проходили однотипные обследования, каждый испытатель в одно и то же время, по циклограммам (табл. 1).
Тест Люшера применяли в модификации Л.Н.Собчик с использованием компьютерной программы Л.Я.Хвостова, предполагающей двукратную процедуру выбора цветов [10]. Показатели С- и Д-готовности вычисляли по разработанному ранее методу [9].
Энцефалографические хлорсеребряные чашечковые электроды с электропроводной пастой располагали по международной системе «10–20» в точках F3, F4, C3, C4, P3, P4, заземляющий электрод – на макушке, по средней линии. Регистрацию проводили биполярно: F3, C3 – первый канал, F4, C4 – второй канал, C3, P3 – третий канал, C4, P4 – четвертый канал (рис. 1).
В качестве сигнала обратной связи испытателю предъявляли на мониторе компьютера горизонтально расположенную полосу зеленого цвета, ширина которой изменялась в соответствии с колебаниями уровня пространственной синхронизации биопотенциалов изучаемых областей коры. Испытатель должен был отмечать внутреннее ощущение, соответствующее максимальной ширине цветовой полосы, стараться его удерживать как можно дольше во время тренировки биоуправления, а в последующем и воспроизводить в перерывах между геймами компьютерных игр.
Сигнал обратной связи, отражающий уровень пространственной синхронизации, формировали на основе вычисления коэффициентов множественной корреляции [11] огибающих, проходящих через максимумы спектров ЭЭГ в альфа-диапазоне. Расчет спектров производили каждые 1000 мс, а коэффициентов корреляции – по 20 точкам (20 000 мс) со сдвигом 500 мс. Таким образом, каждое новое значение коэффициента корреляции получали с интервалом в 0,5 с и с этим интервалом происходили изменения сигнала обратной связи.
При этом и в первой, и во второй серии в нечетные дни обследований при формировании сигнала обратной связи в вычислениях коэффициентов множественной корреляции значения огибающих, получаемые по 1, 2 и 4-му каналам, принимались в качестве объясняющих переменных и по 1-му – в качестве зависимой. В четные дни принимались в качестве объясняющих переменных значения по 1, 2 и 3-му каналам, а по 2-му – в качестве зависимой. По этому признаку обследованиям, проводимым в четные дни тренировок, присвоили код «ПС» – подготовка «Сапер», а в нечетные – «ПТ» – подготовка «Тетрис», в эксперименте, соответственно, «ЭС» – эксперимент «Сапер» и «ЭТ» – эксперимент «Тетрис».
Иными словами, в первой серии обе компьютерные игры выполнялись до сеансов АБУ, а во второй серии одна – до, другая – после, причем во второй серии во время такого сеанса вырабатывали навык синхронизации биопотенциалов тех областей коры головного мозга, взаимодействие которых необходимо для выполнения последующей деятельности. Таким образом, формировали состояние готовности к тому виду деятельности, которая следовала за сеансом АБУ.
Последнее обстоятельство предполагало возможность оценки эффекта адаптивного биоуправления на продуктивные показатели компьютерных игр.
Продуктивные показатели в игре «Тетрис» (Пте) оценивали суммой баллов, набранных за 1 с, а «Сапер» (Пса) – суммой правильно установленных флажков за 1 с.
1. Исследование связи между исходным состоянием готовности, оцениваемым с помощью теста Люшера, и эффективностью С- и Д-деятельности, моделируемой компьютерными играми «Сапер» и «Тетрис»
Поскольку в обеих сериях экспериментов последовательность и содержание обследований до начала сеанса АБУ были одинаковы (см. табл. 1), то для изучения связи между исходным состоянием испытателей и продуктивностью их деятельности результаты тренировок обеих серий анализировали как единый массив из ста двадцати наблюдений.
В зависимости от исходного состояния испытателей этот массив разделили на три группы.
К первой группе отнесли 49 наблюдений, в которых как при первом, так и при втором выборе цветов в тесте Люшера значение показателя С-готовности было выше среднего, а Д-готовности – ниже.
Во вторую группу включили 39 наблюдений, в которых и при первом, и при втором выборе выше среднего были значения показателя Д-готовности.
Третью группу составили 32 наблюдения, в которых при первом и втором выборе значения показателей С- и Д-готовности были не однотипными, в одном выборе выше среднего было значение одного, а в другом – другого показателя.
По этому признаку сгруппировали и продуктивные показатели компьютерных игр – Пте и Пса (рис. 2). На рисунке представлены результаты первого выбора цветов в тесте Люшера (С1 и Д1), поскольку усредненные значения первого и второго выбора практически одинаковы.
Наблюдается тенденция: высоким исходным значениям показателей С-готовности в первой группе соответствуют высокие значения продуктивных показателей в игре «Сапер» – Пса, а более низким значениям показателей С-готовности во второй группе соответствуют более низкие значения. При этом показатели в игре «Тетрис» – Пте демонстрируют обратную зависимость.
По этим признакам третья группа в целом занимает промежуточное положение между первой и второй.
2. Изучение объективных признаков исходного состояния С- и Д-готовности по показателям пространственной синхронизации активности исследуемых областей коры в различных диапазонах спектра
При оценке ЭЭГ-признаков исходного состояния С- и Д-готовности были проанализированы показатели пространственной синхронизации биопотенциалов спонтанной ЭЭГ исследуемых областей во всех диапазонах спектра в наблюдениях второй серии. (Такая возможность появилась только к моменту проведения второй серии.)
Эти наблюдения также были разделены на три группы в зависимости от величины С- и Д-показателей при первом и втором выборе цветов в тесте Люшера, как это было описано выше. В первую группу вошло 20 наблюдений, во вторую – 26, а в третью – 14. Вычислили средние значения коэффициентов множественной корреляции и парной детерминации для огибающих максимумов d-, u-, a-, b1- и b2-диапазонов.
Обращает на себя внимание несколько фактов (рис. 3). На этом рисунке цифрами 1, 2 , 3 и 4 обозначены номера регистрируемых каналов ЭЭГ.
Первое: при открытых глазах в a-диапазоне (ГО, a) в первой группе наблюдали более высокие значения коэффициентов множественной корреляции, чем во второй и третьей. Характерно, что этому соответствует и более высокое значение коэффициента парной детерминации между лобно-теменными областями коры правого и левого полушарий. Графически более высокие показатели уровня пространственной синхронизации (УПС) отражаются более жирными линиями.
Таким образом, состоянию С-готовности соответствует высокая синхронность биоэлектрической активности трех областей, взаимодействующих в процессе С-деятельности, и она обусловлена в основном синхронизацией двух из них – лобно-теменных областей обоих полушарий. Напомним, состояние С-готовности определяет и более высокие продуктивные показатели в игре «Сапер».
Второе: при открытых глазах в b1-диапазоне (ГО, b1) во второй группе более высокие значения коэффициентов множественной корреляции, чем в первой и третьей. При этом коэффициенты парной детерминации в этой группе свидетельствуют о более высокой синхронности биопотенциалов лобно-теменных областей обоих полушарий и лобно-теменных и теменно-затылочных областей правого полушария. Более выраженное состояние Д-готовности в этой группе обусловливает и более высокие показатели продуктивности в игре «Тетрис».
И наконец, третье: наиболее многочисленные выраженные отличия характерны для первой группы при закрытых глазах в u-диапазоне. Это касается как коэффициентов множественной корреляции, так и парной детерминации (ГЗ, u).
Если первый факт еще раз подтверждает правильность выбранного методического подхода – формирование состояния С-готовности на основе повышения пространственной синхронизации заинтересованных областей в a-диапазоне, то второй факт позволяет предположить, что Д-готовность может более эффективно формироваться за счет повышения синхронности биоэлектрической активности корковых образований правого полушария в b1-диапазоне. По крайней мере это согласуется с современными представлениями о роли b-активности в концентрации внимания, необходимого для обработки информации во втором функциональном блоке.
По-видимому, в дальнейшем целесообразно проверить экспериментально такое предположение, попытавшись формировать сигнал обратной связи в b1-диапазоне.
3. Оценка возможности выработки навыка адаптивного биоуправления на основе разработанного алгоритма формирования сигнала обратной связи и сохранность такого навыка
Для оценки возможности выработки и сохранности навыка адаптивного биоуправления проанализировали результаты ЭЭГ-исследований первой серии. При этом значения коэффициентов множественной корреляции и парной детерминации для всех каналов, полученные с интервалом в 0,5 с на протяжении каждого этапа регистрации ЭЭГ усредняли и для каждой средней рассчитывали доверительный интервал при заданном уровне значимости 0,05. Это позволяло для каждого наблюдения оценивать достоверность различий между показателями УПС изучаемых областей коры при регистрации спонтанной ЭЭГ и на фоне сеансов адаптивного биоуправления.
Удалось установить следующее.
Навык синхронизации ЭЭГ в a-диапазоне, выработанный с применением метода АБУ на основе коэффициента множественной корреляции, обусловливает в большинстве наблюдений (59–65%%) статистически достоверное увеличение УПС заинтересованных областей коры головного мозга. Это увеличение для отдельных испытателей регистрировали уже после первых 2–3 тренировок (табл. 2, 3).
Формирование в сеансах АБУ навыка синхронизации между лобно-теменными областями коры левого и правого полушария и лобно-теменной и теменно-затылочной областью правого полушария (код наблюдения «ЭТ») приводит к достоверному увеличению УПС этих областей в 59% наблюдений. При этом УПС в 18% достоверно снижался и в 23% достоверно не менялся.
Изучение коэффициентов парной детерминации между названными областями коры головного мозга позволило оценить по отдельности вклад каждой из пар в УПС трех синхронизируемых областей.
При синхронизации по алгоритму «ЭС», как и по алгоритму «ЭТ», в преобладающем количестве наблюдений (59 и 65% наблюдений соответственно) происходит достоверное возрастание УПС между лобно-теменными областями коры правого и левого полушарий. При этом УПС в первом случае в 30% достоверно снижался и в 11% достоверно не менялся, а во втором случае в 24% достоверно снижался и в 11% достоверно не менялся.
Увеличение УПС между лобно-теменными и теменно-затылочными областями справа и слева было менее характерно (от 24 до 41% наблюдений).
На основании сопоставления изложенных фактов становится очевидным, что при использовании для формирования сигнала обратной связи алгоритмов обоих описанных вариантов увеличение УПС происходит главным образом за счет «передних» отделов коры.
Отметим: и при оценке ЭЭГ-признаков исходного состояния С- и Д-готовности выше было показано, что высокому уровню С-готовности соответствуют более высокие показатели УПС трех областей коры, которые достигаются главным образом за счет «передних» областей.
При анализе экспериментальных данных первой серии установили, что на пятом часу пребывания в АНОП успешность синхронизации с использованием БОС оставалась практически неизменной по сравнению с фоном, а навык АБУ сохранялся во всех экспериментах, включая те, которые проводили через 4 нед после окончания тренировок.
Для выяснения возможных причин различий в успешности сеансов АБУ (от ожидаемого результата увеличения УПС до прямо противоположного) проведен анализ исходных показателей готовности к деятельности в условиях стохастических и детерминированных раздражителей. Использовались показатели, полученные с помощью теста Люшера.
Установили, что при синхронизации по алгоритму «ЭС» достоверное противоположное ожидаемому снижение УПС происходит на фоне значительно повышенных исходных значений показателя С-готовности и сниженных значений Д-готовности по сравнению с наблюдениями, в которых УПС возрастает.
В свою очередь при синхронизации по алгоритму «ЭТ» достоверное снижение УПС, наоборот, наблюдается на фоне существенно сниженных исходных значений показателя С-готовности и повышенных значений Д-готовности.
Из-за значительного индивидуального разброса исходных значений С- и Д-готовности нельзя, по-видимому, определенно утверждать, что исходно высокое состояние готовности препятствует его дальнейшему повышению в процессе АБУ. Однако, на наш взгляд, такая тенденция может иметь место.
4. Изучение эффекта сеансов АБУ на продуктивные показатели С- и Д-деятельности, моделируемой компьютерными играми «Сапер» и «Тетрис»
Для оценки эффекта АБУ на продуктивные показатели деятельности, моделируемой с помощью компьютерных игр «Сапер» и «Тетрис», анализировали результаты второй серии экспериментов, сохранив деление наблюдений на три группы.
В каждой из групп выделили по две подгруппы: усредненные значения продуктивных показателей игр, выполненных до сеансов АБУ и после (рис. 4). Следует отметить, что из-за больших индивидуальных различий речь может идти лишь о тенденции в изменениях представленных на рис. 4 параметров.
В выделенных подгруппах наиболее высокие исходные показатели продуктивности игры «Сапер» (Пса до) были в первой группе, а наиболее низкие – во второй. По этим показателям третья группа от первой достоверно не отличалась. Выполнение сеансов АБУ привело к повышению показателей продуктивности игры «Сапер» (Пса посл) в первой и второй группах, а в третьей к снижению.
Изменения продуктивных показателей игры «Тетрис» после сеансов АБУ (Пте посл) демонстрировали тенденцию к возрастанию показателей в первой группе и снижению – во второй и третьей.
Таким образом, оценивая эффект АБУ на результативность деятельности, надо признать, что он в трех группах не однозначен.
Если в первой группе отмечается положительный эффект сеансов АБУ на продуктивные показатели деятельности, моделируемой с помощью компьютерных игр «Сапер» и «Тетрис», то во второй группе это касается только игры «Сапер», а в третьей эффект прямо противоположен ожидаемому – производительность в обеих играх снижалась.
Это можно попытаться объяснить инвертированной реакцией показателей пространственной синхронизации на сеансы АБУ, которая была отмечена в некоторых наблюдениях первой серии.
Не исключено, что снижение продуктивных показателей игр после сеансов АБУ в третьей группе связано, как и снижение УПС в первой серии исследований, с особенностями исходного состояния испытателей.
В заключение хотелось бы сказать несколько слов о возможности применения разработанного нами метода в клинике.
Согласно современным представлениям можно считать, что в нашем случае повышение синхронности при АБУ достигается благодаря тормозным и возбуждающим влияниям нейронов неспецифического таламуса, которые, обладая свойством авторитмичности, управляют биоэлектрической активностью коры больших полушарий мозга преимущественно в a-диапазоне.
Учитывая изложенное, можно полагать, что при нарушении функционирования какой-либо из областей коры головного мозга как в результате аномального или атипического развития, так и при патологических изменениях, например в результате нарушения мозгового кровообращения (НМК), окажется перспективным способ синхронизации активности пострадавшей области коры и здоровой. Для этого может быть применен разработанный нами вариант АБУ.
Таким образом, рассуждая о механизмах повышения синхронности биоэлектрической активности исследуемых нами областей, правильно было бы заключить, что в основе их лежит корково-подкорковое взаимодействие. Вместе с тем нельзя, по-видимому, исключить и корковые взаимодействия на уровне третичных зон.
Можно надеяться, что при синхронизации активности пострадавшей области коры и здоровой, даже при нарушении кортикального взаимодействия, последнее может происходить при НМК, эффект активизации пострадавшей области коры будет достигнут за счет подкорковых влияний. Причем, применяя синхронизацию ЭЭГ в разных диапазонах, можно вовлекать в процесс активизации различные подкорковые структуры. В свою очередь возрастание активности пострадавшей области коры, несомненно, приведет к активизации локального кровотока, что может способствовать его восстановлению.
При отклонениях в развитии корковых образований также может быть эффективен разработанный нами вариант АБУ, поскольку в этом случае активизация будет происходить за счет как подкорковых, так и корковых влияний.
Выводы
1. Существует связь между состоянием готовности к двум изучаемым видам деятельности и ее результативностью.
Высокому исходному уровню С-готовности, оцениваемому с помощью теста Люшера, соответствует высокий уровень продуктивных показателей моделируемой С-деятельности, а высокому уровню Д-готовности соответствует высокий уровень продуктивных показателей моделируемой Д-деятельности.
2. Показано принципиальное различие признаков исходного состояния С- и Д-готовности по показателям УПС спонтанной активности исследуемых областей коры.
В группе с высоким уровнем готовности к С-деятельности более высокие, чем в группе с высоким уровнем готовности к Д-деятельности, показатели парной детерминации между лобно-теменными областями правого и левого полушария в u-, a- и b1-диапазонах.
Также в этой группе более высокие показатели множественной корреляции между лобно-теменными областями правого и левого полушарий и теменно-затылочными областями обоих полушарий в u-диапазоне.
3. Установлена возможность выработки навыка АБУ на основе разработанного алгоритма формирования сигнала обратной связи. Навык синхронизации биопотенциалов коры головного мозга, выработанный в течение 10 тренировок, сохраняется на протяжении не менее 1 мес и не разрушается после 4-часового пребывания в АНОП под углом -8°.
4. При использовании в качестве сигнала обратной связи коэффициента множественной корреляции происходит повышение синхронности биоэлектрической активности мозга в трех заинтересованных областях.
Анализ коэффициентов парной детерминации этих областей свидетельствует о том, что такое повышение синхронности достигается главным образом за счет лобно-теменных отделов коры правого и левого полушарий мозга.
5. Успешность синхронизации биопотенциалов коры головного мозга с использованием описанного алгоритма АБУ может быть связана с исходной готовностью испытуемых к деятельности в условиях стохастических или детерминированных раздражителей.
6. Разработанный метод адаптивного управления на основе биологической обратной связи по показателям УПС деятельности областей коры головного мозга может способствовать поддержанию работоспособности операторов.
Однако можно полагать, что эффект адаптивного управления на продуктивные показатели деятельности так же, как и успешность синхронизации, зависит от исходного состояния готовности.
Список исп. литературыСкрыть список