Лабильность структуры когерентных взаимосвязей биопотенциалов в диапазонах основных ритмов ЭЭГ и эффективность интеллектуальной деятельности человека

Важнейшими характеристиками эффективности интеллектуальной деятельности человека являются точность и время достижения результата. Причем соотношение этих параметров может быть разным. Быстро или медленно может достигаться как правильный, так и ошибочный результат деятельности. В наших предыдущих исследованиях было показано, что параметры результата выполнения испытуемым зрительно-пространственных задач непосредственно связаны с рядом характеристик его ЭЭГ [2, 3].

Целью исследования: анализ взаимосвязи индивидуальных особенностей соотношения точности и времени принятия решения при выполнении человеком зрительно-пространственной задачи с динамикой структуры когерентных взаимосвязей потенциалов основных частотных диапазонов ЭЭГ.

Материал и методы. В исследовании на основе добровольного информированного согласия участвовали 46 испытуемых (мужчины в возрасте 18-21 года). Испытуемому, сидящему перед монитором компьютера, предлагали запомнить и воспроизвести на экране последовательность из 6 поочередно появляющихся сигналов в форме кругов диаметром 1 см. Последовательность сигналов предъявляли для запоминания дважды. После запоминания испытуемый должен был с помощью курсора и компьютерной мыши воспроизвести последовательность (10 попыток), указывая место расположения каждого следующего сигнала на экране монитора. Определяли число точных (менее 1,5 см от центра действительного расположения) предсказаний места появления сигнала и время (мс) принятия решения по перемещению курсора к предполагаемому месту расположения следующего сигнала.

У испытуемых регистрировали ЭЭГ в исходном состоянии (после получения инструкции) при открытых глазах (40 с), при запоминании (36 с) и воспроизведении последовательности сигналов (первые 300 с) с использованием электроэнцефалографа MINGOGRAF EEG-21 (SIEMENS – ELEMA, Швеция) и компьютерной системы BRAINSYS. Регистрацию ЭЭГ осуществляли монополярно по схеме “10–20” в затылочных (О2, О1), теменных (Р4, Р3), центральных (С4, С3), лобных (F4, F3) и височных (Т4, Т3) отведениях. Объединенные референтные электроды располагались на мочках ушей. Полоса фильтрации составляла 0,5–45,0 Гц, постоянная времени – 0,3 с. Частота оцифровки – 200 Гц. Спектральнокогерентный анализ ЭЭГ проводили на основе быстрого преобразования Фурье с использованием пакета программ BRAINSYS. Для всех пар отведений ЭЭГ вычисляли средние значения коэффициентов когерентности (КК) в основных частотных диапазонах (тета – 4-7 Гц; альфа – 7-13 Гц; бета1 –13-20 Гц и бета2 – 20-32 Гц). В соответствии с данными литературы [1] высокими считали когерентные взаимосвязи со значениями КК выше 0,7.

По соотношению точности и времени принятия решения выделены группы испытуемых, выполнивших задание быстро и точно (1–я группа, 10 человек) или медленно и неточно (2-я группа, 8 человек). Критерий выделения групп: M±t×m, где M – среднее; m – ошибка репрезентативности; t- критерий Стьюдента (p<0,05).

Результаты и обсуждение. В исходном состоянии у испытуемых 1-й группы во всех частотных диапазонах ЭЭГ наблюдалась высокая внутриполушарная когерентность потенциалов соседних областей коры левого (O1-P3; P3-C3; C3-F3) и правого (О2-P4; P4-C4; C4-F4) полушарий, а также межполушарная когерентность ЭЭГ лобных областей коры. Наряду с этим, в тета диапазоне ЭЭГ отмечалась высокая межполушарная когерентность биопотенциалов центральных, теменных и негомологичных (P3-C4 и C4-F3) областей коры, в бета 1 - диапазоне -высокая межполушарная когерентность ЭЭГ центральных, а в бета₂- диапазоне – центральных и теменных областей коры.

На этапе запоминания, по сравнению с исходным состоянием, при сохранении отмеченных взаимосвязей, наблюдалось увеличение числа высоких межполушарных когерентных связей в диапазонах бета1 (P3-P4; P3-C4; P4-C3; C3-F4; C4-F3) и бета2 (O2-O1; P3-C4; C3-F4; C4-F3) ритмов ЭЭГ. Усиление межполушарного и правостороннего внутриполушарного взаимодействия потенциалов ЭЭГ отмечалось в тета (O2-O1; P4-C3; C3-F4 и P4-F4; C4-T4) и альфа (C3-C4; C3-F4; P3-P4 и O2-P4) диапазонах ЭЭГ.

Во время воспроизведения, по сравнению с периодом запоминания, наблюдалось увеличение числа высоких внутри- и межполушарных связей в альфа- (пары отведений P3-F3; P4-F4; C4-F3; C4-P3; P3-C4; O1-O2) и бета 2 (O2-C4; P4-F4; O1-C3; P3-F3; O2-P3; O1-P4; P4-C3; P4-F3) диапазонах ЭЭГ. В бета 1 -диапазоне высокого уровня достигало взаимодействие потенциалов правых теменной и лобной областей. В тета-диапазоне ЭЭГ уменьшалось число высоких когерентных взаимосвязей внутри правого полушария (P4-F4; C4-T4), но, при этом, высокого уровня достигала когерентность потенциалов левой затылочной и правой теменной областей коры.

Число высоких когерентных связей у испытуемых 1й группы составляло в диапазоне тета – 11, 16, 15; в диапазоне альфа – 6, 10, 16; в диапазоне бета 1 - 8, 13, 14; в диапазоне бета 2 – 9, 13, 21 (в исходном состоянии, во время запоминания и воспроизведения, соответственно). В целом, на этапе воспроизведения последовательности сигналов наибольшее число высоких, как внутри, так и межполушарных когерентных взаимосвязей потенциалов наблюдалось в бета 2 - диапазоне ЭЭГ.

У испытуемых, быстро принимавших точное решение при выполнении компьютерного задания, наблюдалась перестройка пространственного взаимодействия потенциалов в соответствии со спецификой этапа интеллектуальной деятельности, имевшая определенные особенности в каждом из основных диапазонов ЭЭГ. Если в альфа- и бета-диапазонах наибольшее число высоких когерентных взаимосвязей отмечалось во время воспроизведения последовательности сигналов, то в тета-диапазоне – во время запоминания. Эта особенность динамики когерентности связана, вероятно, с особой ролью тета-системы в механизмах внимания и кратковременной памяти.

У испытуемых, 2-й группы, выполнявших задание медленно и с ошибками, в исходном состоянии наблюдался высокий уровень внутриполушарной когерентности в тета-диапазоне ЭЭГ соседних областей коры левого

(O1-P3; P3-C3; C3-F3) и правого (О2-P4; P4-C4; C4-F4; P4-F4; P4-T4) полушарий. Также зарегистрирован высокий уровень межполушарной когерентности ЭЭГ гомологичных (лобных, центральных, теменных и затылочных) и негомологичных (O1-P4; P3-C4; P4-C3; C3-F4 и C4-F3) областей коры. Существенного изменения числа высоких когерентных взаимосвязей на этапах деятельности не отмечалось (их число – в исходном состоянии, при запоминании и воспроизведении, составило соответственно 16, 14 и 15).

В альфа-диапазоне ЭЭГ у испытуемых 2-й группы в исходном состоянии наблюдался высокий уровень внут-риполушарной когерентности потенциалов соседних областей коры левого (O1-P3; P3-C3; C3-F3; P3-T3) и правого (О2-P4; P4-C4; C4-F4; P4-T4) полушарий, а также межполушарной когерентности ЭЭГ лобных, теменных и затылочных областей. Число высоких когерентных связей на этапах деятельности существенно не изменялось, составив в исходном состоянии 12, при запоминании – 11, при воспроизведении – 12.

В бета1-диапазоне ЭЭГ у испытуемых 2-й группы наблюдался высокий уровень внутриполушарной когерентности потенциалов соседних областей коры каждого из полушарий (O-P; P-C; C-F) и межполушарной когерентности ЭЭГ лобных, центральных и теменных областей. На этапах деятельности значимого изменения когерентности потенциалов бета1-диапазона отмечено не было. Число высоких взаимосвязей на этапах деятельности существенно не изменялось. Их число составило 9 – в исходном состоянии, 8 – при запоминании и 10 – при воспроизведении последовательности сигналов.

В бета2-диапазоне ЭЭГ у испытуемых 2-й группы в исходном состоянии наблюдался высокий уровень как внутриполушарной (отведения O-P; P-C; C-F каждого из полушарий), так и межполушарной (пары отведений F4-F3; C4-C3; P3-P4; O1-O2; С4-F3; P4-C3; O1-P4) когерентности. При запоминании, по сравнению с исходным состоянием, число высоких когерентных связей уменьшалось с 13 до 8 за счет ослабления межполушарного взаимодействия потенциалов (пары отведений O1-O2; O1-P4; P4-C3; C3-C4; C4-F3). При воспроизведении последовательности сигналов структура и число (13) высоких когерентных связей соответствовали наблюдавшимся в исходном состоянии.

Таким образом, у испытуемых, выполнявших задание медленно и с ошибками, в отличие от студентов быстро принимавших точное решение, на этапах деятельности наблюдалась относительная инертность структуры когерентных взаимосвязей в основных диапазонах ЭЭГ.

В целом результаты проведенного исследования позволяют сделать вывод о том, что быстрому и точному достижению результата интеллектуальной деятельности способствует лабильность межцентральных отношений, проявляющаяся в подвижности структуры когерентных взаимосвязей потенциалов основных частотных диапазонов ЭЭГ в соответствии со спецификой деятельности и функциональной значимостью ритмов.