CC BY
48
МЕТОД РЕГИСТРАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ЗАТРАТ ЛЕВОГО И ПРАВОГО ПОЛУШАРИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ НАГРУЗКАХ
А.К. Александров, Г.Н. Дульнев, В. О. Матыцин, А.Г. Резунков, О.П. Резункова, В.О. Седельников, М.В. Туманов, И.И. Турковский, В.С. Фомин, В.Н. Цыган,
А.В. Чащин
Правое и левое полушарие человеческого мозга имеют специфические функции обработки информации. Определение преобладающего полушария в зависимости от решаемых задач важно при оценке профессиональной пригодности. Проводились оценка затрат энергии каждым из полушарий мозга измерением усредненной по ансамблю метаболической теплопродукции методом газоанализа и регистрация функции диссипации с помощью прибора «Эниотрон-3». Исследования проходили в японской камере Табаи при экспозиции различных климатических и психологических нагрузок. В результате серии опытов двумя методами получены близкие результаты. Данные, полученные при помощи «Эниотрон-3», более подробны и позволяют дифференцировать межполушарную асимметрию по каждому испытуемому отдельно в каждый момент времени.
Использование методик, с помощью которых можно избирательно воздействовать только на одно полушарие, позволило продемонстрировать значительные различия в возможностях двух полушарий. При нагрузках, связанных со специализированной деятельностью одного их полушарий, происходит изменение асимметрии межпо-лушарных отношений [1]. Исследования локального мозгового кровотока, интенсивности потребления глюкозы мозгом и электроэнцефалограммой (ЭЭГ) обнаруживают большую активность правого полушария при решении визуально-пространственных задач, а левого полушария - при произнесении слов в уме или шепотом, а также при чтении [2].
Полагают, что левое полушарие участвует в основном в аналитических процессах; это полушарие - база для логического мышления. Преимущественно оно обеспечивает речевую деятельность - ее понимание и построение, работу со словесными символами. Обработка входных сигналов осуществляется в нем, по-видимому, последовательно.
Правое полушарие обеспечивает конкретно-образное мышление и имеет дело с невербальным материалом, отвечая за определенные навыки в обращении с пространственными сигналами, за структурно-пространственные преобразования, способность к зрительному и тактильному распознаванию предметов. Поступающая к нему информация обрабатывается одномоментно и целостным способом. Правое полушарие лучше, чем левое, справляется с различением ориентации линий, кривизны, многоугольников неправильных очертаний, пространственного расположения зрительных сигналов, глубины в стереоскопических изображениях.
Однако, левое полушарие обнаруживает большие способности в отношении других аспектов зрительно-пространственного восприятия. Оно лучше дифференцирует нарисованные лица, если они различаются только одной чертой. Правое полушарие лучше различает их, когда они отличаются не одной, а многими чертами. Предполагают, что левое полушарие превосходит правое, когда задача состоит в выявлении немногих четких деталей, а правое доминирует при интеграции элементов в сложные конфигурации.
Это различие согласуется с клиническими данными. При патологиях правого полушария рисунки больных утрачивают целостность общей конфигурации. При поражении левого полушария основная конфигурация объекта обычно воспроизводится, но рисунок обеднен деталями. «Пространственное» правое и «временное» левое полушарие вносят каждое важный вклад в большинство видов когнитивной деятельности. По-
видимому, у левого полушария больше возможностей во временной и слуховой областях, а у правого - в пространственной и зрительной.
Следует отметить, что каждое полушарие, функционируя изолированно, предпочитает формировать целостное изображение. Причем полноценное, творческое мышление формируется у человека только при условии интегрирования именно разных функций обоих полушарий. Если слабая выраженность асимметрии мозга характерна для умственно неразвитого человека или животного, то разрыв нервных (электрических) связей между полушариями при рассечении мозга ведет к патологическому расщеплению сознания и утрате человеком способности воображать и мыслить [3].
Целью экспериментов было получить методами прямой и непрямой калориметрии отклик от решения задач, направленных на активизацию правого или левого полушария коры головного мозга.
Эксперименты проводились в камере «Табай» с применением лабораторно-измерительного комплекса «Эниотрон-3». Измерялась усредненная по ансамблю метаболическая теплопродукция испытуемых (непрямая колориметрия методом газоанализа) в покое и в ходе выполнения задания при экспозиции различных климатических условий. Одновременно выполнялось измерение локального энергоинформационного потока и температуры на поверхности исследуемой зоны тела каждого из пяти волонтеров. Волонтеры - студентки 4-го курса СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, возраст 20-22 года, правши. Датчик энергоинформационного потока крепился на лбу лейкопластырем в зоне точки 23 заднего серединного канала. В камере дополнительно присутствовал сотрудник, проводивший психологические тесты, и оператор, проводивший съем сигнала на «Эниотрон-3». Каждый эксперимент состоял из двух этапов: сначала давались тесты для одного полушария, а после перерыва на отдых - тесты для другого полушария. В ходе одного этапа сначала измерялась фоновая теплопродукция, затем давались тесты, и снова шел фон. Было проведено три эксперимента.
Датчик «Эниотрона-3» состоит из тепломера Геращенко со встроенной в него термопарой. В блоке ПЭИП используется 5 датчиков, обеспечивающих одновременный съем 10 измерительных процессов (5 энергоинформационных потоков и 5 температур). Конструкция ПЭИП составлена из батареи термоэлементов и двух потенциало-съемных выводов, помещенных в общий металлический экран.
В качестве устройства аналого-цифрового преобразователя используется многофункциональная плата сбора данных NI-DAQCard-6036E, производимая фирмой National Instruments (США). Она обеспечивает мультиплексирование 16-ти каналов входных аналоговых сигналов, подключенных униполярно, или 8-ми дифференциальных каналов.
Сбор данных обеспечивается под управлением программных продуктов Measurement and Automation Explorer и VI-Logger (фирмы National Instruments) по заданному протоколу исследований. Протокол задает оператор после инициации программ перед началом исследований.
Обработка полученных данных выполнялась с применением программного обеспечения, написанного в среде для математических расчетов MATLAB 6.5 [4].
Применение «Эниотрона-3» в составе комплекса «Табай» целесообразно ввиду широких возможностей последнего по созданию климатических условий. Камера «Та-бай» является герметичным помещением, изолированным от проникновения извне электромагнитных и звуковых волн, а также внешних температурных и влажностных воздействий. Внутри камеры можно создавать требуемую температуру, давление, влажность.
Чтобы сравнивать процессы у разных людей или группы лиц, участвующих в эксперименте, вводится относительный параметр - коэффициент хаоса Кх.
Измерение энергетического потока основано на использовании физической закономерности эффекта Зеебека (возникновения разности электрических потенциалов на поверхностях датчика). Измерение информационного потока основано на свойстве двойного электрического слоя реагировать на этот параметр. Преобразователь энергетического и информационного потоков (ПЭИП) представляет собою пластину, состоящую из батареи идентичных дифференциальных последовательно соединенных биметаллических термоэлектродов, заформованных в электроизоляционный компаунд. Такой комбинированный датчик позволяет регистрировать удельный энергоинформационный поток q и температуру Т поверхности А части тела. Это необходимо для вычисления удельного потока энтропии исследуемого участка тела, то есть
dAS _ q() _Вт^
TdT _ T ' м2 К .
Известно, что по величине энтропии можно судить о степени порядка и беспорядка в системе. Согласно Л. Бриллюэну, степень порядка П в системе равна разнице между максимальным AeSmax и текущим AeS значением энтропии обмена с внешней средой, а степень хаоса Х - разнице между текущим AeS и минимальным AeSmin значениями:
П — AeSmax - AeS:> Х — AeS - AeSmin. (2)
Степени порядка П и хаоса Х психофизиологического состояния оператора и перципиента, найденные по формулам (2), затрудняют сопоставление разнородных и разномасштабных изменений, так как абсолютные значения П и Х трудно сопоставимы и могут существенно отличаться для разных операторов и перципиентов. Для устранения этого недостатка используются относительные нормированные оценки хаоса Кх и порядка Кп, что достигается делением значений Х и П в формуле (2) на общий знаме-
A eS max A eS mln
натель, равный разности между максимальным- и минимальным- значе-
Ат At
ниями энтропии обмена:
А eS А S eu min
Ат Ат
А S e max А S e min
Ат Ат
А S e max А eS
Ат Ат
А S e max А S e min
Ат Ат
к _ Ат Ат к _ Ат_Ат (3)
х А О АО ' п АС АО ' V '
При постоянной температуре Т, с учетом формулы (1), формулу (3) можно представить в виде
к = д(т)- ^шп (т) (4)
Х Чшах (т)- Яшш (т)
Результаты исследования на «Эниотрон-3» в сравнении с результатами измерения метаболической теплопродукции приведены в табл. 1.
Таблица 1
Дата испытаний, давление и температура воздуха в камере во время испытаний Вид деятельности Отношение средних значений теплопродукции при выполнении задачи к теплопродукции покоя Отношение средних значений удельного потока энтропии к удельному потоку энтропии покоя
29.11.06 Ратм = 730 мм рт.ст. 1 = 20 °С Влажность: 40±5% Решение образных задач (правое полушарие) 1,106 0,983
Решение логических задач (левое полушарие) 1,307 1,363
05.12.06 Решение образных
Ратм = 550 мм рт.ст. задач (правое полушарие) 1,108 0,878
t = 23 °С Решение логиче-
Влажность: 40±5% ских задач (левое полушарие) 1,279 1, 017
12.12.06 Решение образных
Ратм = 635 мм рт.ст. задач (правое полушарие) 1,127 0,908
t = 25 °С Решение логиче-
Влажность: 40±5% ских задач (левое полушарие) 1,273 1,305
Выводы
1. Различными калориметрическими методами получены коррелируемые результаты.
2. Данные, полученные при помощи «Эниотрон-3», более подробны, а именно:
• позволяют дифференцировать межполушарную асимметрию по каждому испытуемому отдельно;
• дают значения изменяемого параметра ежемоментно;
• позволяют видеть индивидуальное распределение во времени энергозатрат мозга при решении определенных типов задач.
3. Предложено в дальнейшем относить результаты к массе и объему тела волонтера.
4. Правополушарные задачи требуют меньше энергии, чем левополушарные (все испытуемые - правши).
5. Актуально решение задачи перевода результатов исследований, полученных в относительных единицах энергоинформационного взаимодействия, в абсолютные единицы, что предполагает решение проблемы оперативной (в реальном времени) калибровки датчиков в ходе эксперимента.
Литература
1. Брагина Н.Н., Доброхотова Т.А.Функциональные асимметрии человека. - М.: Медицина, 1981. - 288 с.
2. Ахметсафин А.Н. // www.hanbalik.narod.ru/manual_medicine/liquor.htm
3. Трефферт Д., Кристинсен Д. Феноменальный мозг // В мире науки. 2006. № 3.
4. Патент на изобретение № 2290058 от 27.12.2006. Способ определения локального энергоинформационного потока человека.
