CC BY
16
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.67.004 Старченко М.Г.
ORCID: 0000-0002-8708-2904, кандидат психологических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой
Российской академии наук
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕРБАЛЬНОЙ КРЕАТИВНОСТИ - БЕГЛОСТИ, ГИБКОСТИ, ОРИГИНАЛЬНОСТИ. СООБЩЕНИЕ 1.- ДАННЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Аннотация
В статье анализируются данные спектральной мощности электроэнцефалограммы, полученные при выполнении творческих заданий на беглость, гибкость и оригинальность здоровыми добровольцами. Гипотезой исследования было предположение о том, что нейрофизиологические корреляты отдельных параметров креативности должны характеризоваться различными значениями спектральной мощности ЭЭГ в разных диапазонах и обладать разной пространственной локализацией. Показатели вербальной беглости и гибкости оказались в определенной степени сходными и характеризовались увеличением мощности ЭЭГ, а показатель оригинальности характеризовался уменьшением мощности ЭЭГ в ряде частотных диапазонов. Показано, что для успешного решения творческих задач, требующих вовлечения таких показателей, как беглость или гибкость, в отличие от задач, требующих в первую очередь оригинальности, необходимы различные функциональные состояния коры мозга. Таким образом, полученные нами данные подтверждают выдвинутую гипотезу.
Ключевые слова: электроэнцефалография (ЭЭГ), параметры креативности, спектральная мощность, альфа-ритм, бета-ритм.
Starchenko M.G.
ORCID: 0000-0002-8708-2904, PhD in Psychology, Federal State Budgetary Institute of Science, Institute of Human Brain named after N.P. Bekhtereva, Russian Academy of
Sciences
INVESTIGATION OF NEUROPHYSIOLOGICAL SUPPORT OF VERBAL CREATIVITY PARAMETERS — FLEECIBILITY, FLUENCY AND ORIGINALITY. MESSAGE 1.- DATA OF ELECTROENCEPHALOGRAPHS
STUDY
Abstract
The paper presents the analysis of the spectral power of electroencephalogram, obtained by performing creative tasks for fluency, flexibility and originality by healthy volunteers. The hypothesis of this study is as follows: the neurophysiological correlates of the individual parameters of creativity are characterized by different values of the spectral power of the EEG in different ranges and have different spatial localization. The indicators of verbal fluency and flexibility are to some extent similar and are characterized by an increase in EEGpower, and the originality indicator is characterized by a decrease in the EEG power in a number of frequency bands. It is shown that, in order to successfully solve the creative problems, requiring the inclusion of indicators such as fluency or flexibility, in contrast to problems requiring mainly originality, different functional states of the cerebral cortex are needed. Thus, the data obtained by us confirm the hypothesis put forward.
Keywords: electroencephalography (EEG), parameters of creativity, spectral power, alpha-rhythm, beta-rhythm.
Креативность в целом можно определить как способность порождать новые полезные идеи и не следовать стереотипам. Отдельные параметры креативности - беглость, гибкость и оригинальность были впервые описаны американским психологом Дж. Гилфордом [1, С. 94]. Под беглостью понимается количество идей, которое может придумать человек в единицу времени, под гибкостью - количество различных категорий, к которым могут быть отнесены придуманные идеи, и под оригинальностью - нестандартность, необычность придуманных идей. Большинство нейрофизиологических исследований креативности проводилось в целом, без специального учета вклада данных параметров в творческий процесс [2, С. 834]. Тем не менее, параметры креативности являются важной характеристикой того, насколько успешно протекает или может протекать творческий процесс, что делает данный малоисследованный вопрос актуальным для изучения. Кроме того, совершенно не ясным является вопрос о значимости отдельных параметров креативности и/или об их оптимальном соотношении для успешной реализации творческой деятельности.
Гипотезой нашего исследования было предположение о том, что нейрофизиологические корреляты отдельных параметров креативности должны быть различными, т.е. характеризоваться различными значениями спектральной мощности ЭЭГ в разных диапазонах и обладать разной пространственной локализацией.
Для проверки данной гипотезы было проведено два исследования нейрофизиологических коррелят беглости, гибкости и оригинальности методами электроэнцефалографии (ЭЭГ) и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). В связи с техническими особенностями данных методов, были разработаны два набора разных заданий на беглость, гибкость и оригинальность, которые впоследствии использовались для ЭЭГ и ПЭТ исследований. В данном сообщении рассматриваются данные, полученные в ЭЭГ исследовании нейрофизиологического обеспечения параметров креативности.
Для ЭЭГ исследования были разработаны и апробированы 4 вида оригинальных заданий - 3 творческих (на беглость, гибкость и оригинальность) и 1 контрольное. Стимулами во всех заданиях служили слова-существительные, сбалансированные по длине, частоте встречаемости в русском языке и степени конкретности-абстрактности. На экране компьютера слова появлялись парами, последовательно, каждая пара висела на экране 11 секунд. В задании на беглость волонтеру нужно было связать появляющиеся на экране пары слов из одного семантического поля в как можно большее количество предложений, при этом все пары должны были быть связаны между собой по смыслу (аналог придумывания рассказа на ходу). В задании на гибкость волонтеру нужно было связать появляющиеся на
экране пары слов из разных семантических полей в предложения, при этом все пары должны были быть связаны между собой по смыслу (аналог придумывания рассказа на ходу). В задании на оригинальность волонтеру нужно было связать появляющиеся на экране пары слов из одного семантического поля в предложения, при этом все пары должны были быть связаны между собой по смыслу, а придуманный рассказ обязательно должен был иметь необычный, оригинальный сюжет. В контрольном задании волонтеру также предъявлялись последовательно пары слов, одно из которых представляло собой общую категорию, а второе - конкретный предмет из этой общей категории. Требовалось дать развернутое определение конкретного предмета, используя общую категорию.
В психологической апробации данного набора заданий приняли участие 15 здоровых добровольцев. Им последовательно предлагалось выполнить все эти задания, при этом у них регистрировалась частота сердечных сокращений и кожное сопротивление как объективные показатели сложности и эмоциональной нагруженности предложенных заданий. Волонтеры также давали отчет о стратегиях выполнения заданий и субъективной сложности. Анализ вегетативных показателей выявил отсутствие статистически достоверной разницы между выполнением творческих заданий, хотя по самоотчетам волонтеров разница в субъективной сложности между заданиями присутствовала. Статистически достоверные различия в вегетативных показателях были выявлены только в сравнении творческих заданий с контрольным. Таким образом, формальная сложность и эмоциональная нагруженность всех заданий были сбалансированными.
В ЭЭГ исследовании принял участие 41 здоровый доброволец в возрасте от 21 до 35 лет. ЭЭГ регистрировалась монополярно от 19 хлорсеребряных электродов (Fp1, Fp2, F7, F3, Fz, F4, F8, T3, C3, Cz, C4, T4, T5, P3, Pz, P4, T6, O1, O2) по международной системе 10-20 [3, С. 371]. Сопротивление электродов не превышало 5 кОм. Заземляющий электрод располагался на запястье левой руки. В качестве референтного использовался объединенный ушной электрод. Выбранная полоса пропускания 0,5-50 Гц, частота дискретизации 500 Гц, режекторный фильтр - 45-55 Гц. Мощность спектральных составляющих ЭЭГ анализировали в частотных диапазонах: альфа1 (7,5-10 Гц), альфа2 (10,5-12,5 Гц), бета 1(13-18 Гц), бета2 (18,5-30 Гц) и гамма (31-40 Гц). Статистическая обработка ЭЭГ проводилась с использованием дисперсионного анализа (ANOVA) с повторными измерениями с факторами "Диапазон", "Состояние", "Зона". Достоверность эффектов указанных факторов и их взаимодействия оценивалась с эпсилон -коррекцией Гринхауза-Гайссера. Различия мощности в отдельных зонах выявлялись при помощи post-hoc анализа с использованием критерия Фишера (р<0,05).
В исследованиях приняли добровольное участие практически здоровые испытуемые (основной контингент испытуемых составили студенты различных ВУЗов Санкт-Петербурга) без неврологических заболеваний и не проходящие курсов медикаментозного лечения на момент исследования, дававшие информированное согласие на участие. Для всех родным был русский язык.
Статистически достоверные различия между заданиями на вербальные беглость, гибкость, оригинальность и контрольным заданиями были получены в альфа1, альфа2, бета1, бета2 и гамма диапазонах.
Показатель вербальной беглости характеризовался единичными увеличениями мощности в альфа1 и альфа2 диапазонах преимущественно в теменно-затылочной области билатерально, в бета2 диапазоне в лобной и центральной областях и гамма диапазоне в височной, лобной и теменной областях.
Показатель вербальной гибкости - единичными увеличением мощности ЭЭГ в альфа1 диапазоне в лобной области, в альфа2 диапазоне в центральной и теменно-затылочной областях, в бета1 и бета2 диапазоне в теменно-затылочной области и в гамма диапазоне - в височной области.
Показатель вербальной оригинальности характеризовался единичным снижением мощности в альфа1, альфа2 и бета1 диапазонах в височных областях, в бета2 диапазоне - в височных и теменных областях и генерализованным снижением мощности в гамма диапазоне.
Проведенный анализ спектральных оценок мощности ЭЭГ по показателям вербальных беглости, гибкости и оригинальности в альфа1 и альфа2 диапазонах показал, что показатели вербальных беглости и гибкости характеризуются синхронизацией, а показатель вербальной оригинальности - десинхронизацией биопотенциалов мозга. Существует обширная литература, которая показывает, что протекание творческих процессов, сопровождается разнонаправленными изменениями в альфа диапазоне. Так, например, в работах [4, С.91], [5, С.157], показано, что выполнение различных творческих задач, будь то вербальные (сочинение текста), зрительные (визуализация абстрактной концепции) или музыкальные (сочинение музыки в уме) сопровождаются вовлечением в процесс креативного мышления альфа ритма. Сходные результаты получены в работе [6, С. 85], показавшей, что решение задач на дивергентное мышление сопровождается увеличением когерентности и мощности альфа-ритма в теменно-затылочных областях билатерально. В работе [7, С. 96] отмечается как повышение, так и снижение мощности в альфа диапазоне при решении творческих задач, при этом, снижение мощности альфа ритма отмечается при выполнении задач на отдаленные ассоциации. Представляется, что отмеченные разнонаправленные изменения в альфа диапазоне являются следствием преобладания в использованных авторами заданиях преимущественно разных параметров творческого мышления. Обнаруженное нами повышение мощности ЭЭГ в альфа диапазоне во время решения задач на гибкость и беглость может быть связано с вовлечением всех ресурсов мозга, таких как концентрация внимания, вовлечение ассоциативного мышления и памяти, продуктивного воображения для успешного решения поставленной творческой задачи. Обнаруженное снижение мощности в альфа диапазоне во время решения задачи на оригинальность может свидетельствовать о формировании особого состояния, обусловленного необходимостью нахождения одного уникального ответа, при этом остальные - легко возникающие стандартные ответы - должны подавляться.
В бета-диапазоне показатели вербальной беглости и гибкости характеризовались повышением мощности в лобных и теменно-затылочных отделах, в то время как показатель оригинальности - снижением мощности ЭЭГ. Теменно-затылочные области в целом играют важную роль в творческом процессе, что упоминается многими авторами. Так, выполнение теста отдаленных ассоциаций Медника вызывало увеличение мощности в бета 2 диапазоне, что рассматривается, как отражение сознательного контроля творческой активности, а именно передачи информации между
различными отделами коры и регуляции информационных потоков разных модальностей [7, С. 96]. Изменения в бета2 диапазоне с дифференцированным вниманием к возникающим ассоциациям и, конкретно высокочастотную динамику ЭЭГ в лобных зонах, с селекцией информации разной модальности при творчестве. Роль лобных областей при выполнении творческих заданий также может заключаться в избирательной активации или торможении отдельных участков теменных и височных зон, на основе которых происходит формирование решения творческой задачи.
Таким образом, повышение мощности ЭЭГ в бета диапазоне может отражать внутренние процессы нахождения решения творческой задачи, что сопровождается активизацией всех ресурсов мозга, таких как концентрация и перераспределение внимания, вовлечение ассоциативного мышления и памяти, активизацию продуктивного воображения, переключения между семантически разными категориями, что необходимо для успешного решения поставленной творческой задачи. Уменьшение мощности в бета диапазоне в височных областях при решении задачи на оригинальность отражает, по-видимому, возникновение особого инсайтного состояния, необходимого для решения задачи на оригинальность, поскольку в работе [8, С. 1277] обнаружено снижение мощности ЭЭГ в бета диапазоне в височной области, которое предшествовало инсайту.
В целом, можно отметить, что показатели вербальной беглости и гибкости оказались в определенной степени сходными и характеризовались увеличением мощности ЭЭГ, хотя и в разных диапазонах. Как уже упоминалось выше, увеличение мощности в альфа диапазоне в процессе творческой деятельности упоминается рядом авторов [6, С. 86], [9, С. 95] как необходимое условие творческого процесса, как характерная черта процесса креативности в целом. Увеличение мощности ЭЭГ в высокочастотных диапазонах, бета и гамма, также упоминается частью авторов [10, С. 103], [11, С. 6] как необходимое условие творческого процесса, как характерная черта процесса креативности в целом. Тем самым, обнаруженный феномен увеличения мощности ЭЭГ как в альфа, так и бета диапазонах, был вполне ожидаем.
Однако найденное нами генерализованное уменьшение мощности ЭЭГ в гамма диапазоне, в процессе выполнения творческого задания (требующего оригинального решения), ранее в литературных данных не описывалось. Разнонаправленные изменения электрической активности мозга могут характеризовать, отличия в функциональном состоянии коры, которое благоприятствует обеспечению отдельных параметров креативности при творческой деятельности. Так, решение задач на беглость/гибкость требует, прежде всего, вовлечения всех ресурсов мозга, таких как концентрация внимания, вовлечение ассоциативного мышления и памяти, продуктивного воображения для успешного решения поставленной задачи, что отражается в увеличении мощности ЭЭГ. Задание же на оригинальность требует нахождение одного уникального ответа, при этом остальные - легко возникающие стандартные ответы - должны подавляться. Это связано с тем, что слова в задании на оригинальность были подобраны таким образом, чтобы навязывать испытуемому определенный шаблон рассказа, который он и должен был преодолеть, придумав оригинальный сюжет. Мы предполагаем, что в связи с этим, для успешного решения задания на оригинальность требуется включение мозгового механизма детекции ошибок, что находит свое отражение в генерализованном снижении мощности в гамма диапазоне.
Таким образом, выдвинутая нами гипотеза о том, что нейрофизиологические корреляты отдельных параметров креативности должны быть различными, т.е. характеризоваться различными значениями спектральной мощности ЭЭГ в разных диапазонах и обладать разной пространственной локализацией нашла свое подтверждение в данных ЭЭГ исследования. Показатели вербальной беглости и гибкости оказались в определенной степени сходными и характеризовались увеличением мощности ЭЭГ, а показатель оригинальности характеризовался уменьшением мощности ЭЭГ. Данный факт может свидетельствовать о том, что для успешного решения творческих задач, требующих вовлечения таких показателей дивергентного мышления, как беглость или гибкость, в отличие от задач, требующих в первую очередь оригинальности, необходимы различные функциональные состояния коры мозга, что и отражается в разнонаправленности нейрофизиологических изменений.
Список литературы / References
1. Busse T.V., Mansfield R.S. Theories of the creative process: a review and a perspective/T.V. Busse, R.S. Mansfield//J. of Creative Behavior.-1980.-Vol.14.- P. 91-103.doi: 10.1002/j.2162-6057.1980.tb00232.x
2. Dietrich A., Kanso R. A review of EEG, ERP and neuroimaging studies of creativity and insight /A. Dietrich, R. Kanso// Psychological bulletin.-2010. - Vol. 136(5).- P. 822- 848. doi:10.1037/a0019749
3. Jasper H. The ten-twenty electrode system of the International Federation/H. Jasper//Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. - 1958.- № 10. -P. 371-375
4. Martindale C., Hines D. Creativity and cortical activation during creative, intellectual and EEG feedback tasks / C. Martindale, D. Hines// Biological Psychology.-1975.-Vol. 3.-P. 71-80
5. Petsche H. Approaches to verbal, visual and musical creativity by EEG coherence analysis / H. Petsche // Int. J. of Psychophysiology.- 1996.-Vol.24(2).- P.145 - 159. doi: 10.1016/S0167-8760(96)00050-5
6. Jausovec N., Jausovec K. EEG activity during the performance of complex mental problem / N. Jausovec, K. Jausovec // Int. J. Psychophysiology.- 2000.-Vol.36(1).- P. 73-88. doi:10.1016/S0167-8760(99)00113-0
7. Razumnikova O.M. Creativity related cortex activity in the remote associates task/ O.M. Razumnikova // Brain Res Bull. - 2007.- Vol. 73.- P. 96-102. doi: 10.1016/j.brainresbull.2007.02.008
8. Sheth B., Sandkuhler S., Bhattacharya J. Posterior Beta and Anterior Gamma Oscillations Predict Cognitive Insight / B. Sheth, S. Sandkuhler, J. Bhattacharaya // Journal of Cognitive Neuroscience.-2009.-Vol. 21. - P. 1269-1279. doi: 10.1162/jocn.2009.21069.
9. Petsche H. Kaplan S., von Stein A., Filz O. The possible meaning of the upper and lower alpha frequency ranges for cognitive and creative tasks / H. Petsche, S. Kaplan, A. von Stein, O. Filz// Int. J. of Psychophysiology.- 1997.- Vol. 26(3).-P. 77-97. doi:10.1016/S0167-8760(97)00757-5
10. Molle M., Marshall L., Wolf B., Fehm H., Born J. EEG complexity and performance measures of creative thinking/M. Molle, L. Marshall, B. Wolf, H. Fehm,J.Born//Psychophysiology.-1999.-Vol.36(1).-P.95-104.doi: 10.1017/S0048577299961619
11. Sandkühler S., Bhattacharaya J. Deconstructing Insight: EEG Correlates of Insightful Problem Solving /S. Sandkühler, J. Bhattacharaya //PLoS 0ne.-2008.-Vol. 3(1).-Art. e1459. doi : 10.1371/journal.pone.0001459.
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.67.006 Чернявских С.Д.1, До Хыу Кует 2, Рыжкова Ю.П.3
1ORCID: 0000-0003-1990-2082, кандидат биологических наук, доцент, 2ORCID: 0000-0002-3901-7366, аспирант, 3ORCID: 0000-0002-0086-3039, кандидат биологических наук, Белгородский государственный национальный исследовательский университет, г. Белгород АДАПТАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ ЭРИТРОЦИТОВ И ПОЛИМОРФНОЯДЕРНЫХ ЛЕЙКОЦИТОВ CYPRINUS CARPIO НА ДЕЙСТВИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ФАКТОРА
Аннотация
В опытах in vitro изучены адаптационные реакции эритроцитов и полиморфноядерных лейкоцитов сазана Cyprinus carpio, инкубированных при разных температурных режимах, по изменению их морфометрических параметров и физических свойств плазматической мембраны методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Установлено, что вне зависимости от температуры инкубации красные клетки крови сазана сохраняют овальную или эллиптическую форму, белые клетки крови - округлой формы. Поверхность лейкоцитов Cyprinus carpio при контрольной (20°С), пониженной (5оС) и повышенной (40°С) температурах инкубации имеет шероховатый вид. Установлено уменьшение морфометрических параметров полиморфноядерных лейкоцитов (площадь, объем, большой и малый диаметры) при снижении температуры инкубации до 5оС по сравнению с температурой 20°С. Упруго-эластические свойства эритроцитов и ПМЯЛ Cyprinus carpio как при снижении (до 5оС), так и при повышении (до 40°С) температуры инкубации, по сравнению с комнатной температурой (20°С), уменьшаются.
Ключевые слова: эритроциты, полиморфноядерные лейкоциты, плазматическая мембрана, АСМ, температура.
Chernyavskikh S.D.1, Do Khyu Kuet 2, Ryzhkova Yu.P.3
1ORCID: 0000-0003-1990-2082, PhD in Biology, Associate professor,
2ORCID: 0000-0002-3901-7366, Postgraduate student,
3ORCID: 0000-0002-0086-3039, PhD in Biology, Belgorod State National Research University, Belgorod ADAPTIVE RESPONCES OF ERYTHROCYTES AND POLYMORPHONUCLEAR LEUKOCYTES CYPRINUS
CARPIO ON ACTION OF TEMPERATURE FACTOR
Abstract
Adaptive responces of erythrocytes and polymorphonuclear leucocytes of Cyprinus carpio carp, incubated under different temperature modes, by the change in their morphometric parameters and physical properties of the plasma membrane by atomic force microscope (AFM) investigation were studied in in vitro experiments. It was established that, regardless of the incubation temperature, the red cells of the carp"s blood preserve an oval or elliptical shape, white blood cells of a rounded shape. Surface of Cyprinus carpio leukocytes at control (20°C), lowered (5°C) and elevated (40°C) incubation temperatures has a rough appearance. A decrease in the morphometric parameters of polymorphonuclear leukocytes (area, volume, large and small diameters) was established with a decrease in the incubation temperature to 5°C in comparison with the temperature of 20°C. Elastic properties of erythrocytes and Cyprinus carpio PMLs both at decrease (up to 5°C) and at the increase of incubation temperature (up to 40°C), as compared with room temperature (20°C), decrease.
Keywords: erythrocytes, polymorphonuclear leukocytes, plasma membrane, AFM, temperature.
Проблема влияния температурного фактора на организм рыб является достаточно хорошо изученной [1], [2], [4], [5], [9], [10]. Однако остаются не исследованными ключевые механизмы адаптационных реакций гемоцитов у представителей надкласса Рыбы на действие холодовой и тепловой нагрузки. Так, требуют исследований реактивность физиологических параметров плазматической мембраны, тесно связанная с геометрическими показателями и физическими свойствами гемоцитов рыб, изменяющаяся при действии различных температур.
Целью данной работы было изучение адаптационных реакций плазмалеммы эритроцитов и полиморфноядерных лейкоцитов Cyprinus carpio на действие температурного фактора.
В качестве объектов изучения использовали эритроциты и полиморфноядерные лейкоциты (ПМЯЛ) периферической крови сазана, взятой из хвостовой вены. В качестве антикоагулянта применяли гепарин в отношении
10 ед. на 1 мл крови. После добавления гепарина проводили центрифугирование крови продолжительностью 10 мин. и относительной силе центрифугирования 400g. Суспензии эритроцитов и лейкоцитов разбавляли изотоническим раствором NaCl, концентрация которого составляла 0.6% [3]. Инкубация гемоцитов была проведена в условиях комнатной (20оС), пониженной (5оС) и повышенной (40оС) температур (тоС). Продолжительность инкубации для каждой пробоподготовки составляла 2 часа. Температуру 20оС рассматривали как контрольную, т.к. в условиях умеренного климата данная температура оптимально приемлема для жизнедеятельности изучаемого вида рыб. Температуры 5оС и 40оС для инкубации эритроцитов и лейкоцитов сазана были выбраны в соответствии с верхней и нижней границами жизнедеятельности Cyprinus carpio [2], [6]. Данные температуры рассматривали как холодовую (5оС) и тепловую (40оС) нагрузки. После инкубации клеток были сделаны мазки крови.
