CC BY
63
УДК 612.822
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕТА РИТМА ЭЭГ
ПРИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У СТУДЕНТОВ С РАЗНОЙ
СТЕПЕНЬЮ НАВЯЗЫВАНИЯ РИТМА СВЕТОВЫХ МЕЛЬКАНИЙ
И.И. Коробейникова, Н.А. Каратыгин
ФГБНУ « Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина», г. Москва, Россия
Контактная информация:
Коробейникова Ирина Ивановна - кандидат биологических наук. Место работы и должность: старший научный сотрудник лаборатории физиологических механизмов интеллектуальной деятельности ФГБНУ «Научно -исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина». Адрес: 125315, г. Москва, ул. Балтийская, д. 8. Электронный адрес: [email protected]
Каратыгин Николай Алексеевич - кандидат биологических наук. Место работы и должность: младший научный сотрудник лаборатории физиологических механизмов интеллектуальной деятельности ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина». Адрес: 125315, г. Москва, ул. Балтийская, д. 8.
У 48 человек (юноши 19-21 года) исследовали спектрограмму ЭЭГ при проведении функциональной пробы со светостимуляцией 5, 10, 15 и 20 Гц и при целенаправленной деятельности, которая моделировалась при помощи компьютеризованного теста Горбова-Шульте (красно-черные таблицы). Испытуемые с низкой степенью усвоения ритма световых мельканий в 10 Гц отличались от испытуемых с высокой степенью усвоения ритма той же частоты малым временем поиска цифр в соответствующих квадратах. У этих испытуемых имели место более высокая ситуативная тревожность (34,7+1,1 и 30,3+1,3; р=0,027), достоверно низкая исходная спектральная мощность тета диапазона ЭЭГ областей левого полушария (О2, р=0,046; О1, р=0,0002; Р3, р=0,002; С3, р=0,004; Б3, р=0,008; Т3, р=0,003) и её значимое увеличение в тех же областях коры при выполнении всех вариантов теста. Ключевые слова: тета ритм ЭЭГ, световая стимуляция, временные параметры деятельности
В ранее опубликованных наших исследованиях [3] показано, что степень навязывания ритма световых мельканий на частоте 10 Гц прямо связана с временными параметрами выполнения целенаправленной деятельности (тест «Таблицы Шульте-Горбова»). В литературе имеются данные о том, что маркером оптимального функционально состояния является альфа активность ЭЭГ частотой именно 10 Гц. В частности при данном уровне активации коры мозга наблюдается высокая эффективность переработки информации [2, 7].
Используемая нами модель целенаправленной деятельности (тест «Таблицы Шульте-Горбова»), предполагает активацию механизмов внимания. Учитывая, что у человека, как и у животных, тета синхронизация рассматривается как механизм избирательного внимания [4], мы предположили, что параметры результата исследуемого вида деятельности должны быть связаны с параметрами тета активности как исходной, так и текущей ЭЭГ. Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы явилось установление связи временных параметров результативности целенаправленной деятельности со спектральными показателями тета ритма ЭЭГ.
Материал и методика: В исследовании на основе добровольного информационного согласия принимали участие 48 человек, юноши 19-21 года, правши, с нормальной остротой зрения. До начала обследования испытуемым предлагались анкеты Спилбер-гера в модификации Ханина для определения личностной и ситуативной тревожности [6]. Целенаправленная деятельность моделировалась при помощи компьютеризованного теста Горбо-ва-Шульте (красно-черные таблицы). Во время обследования испытуемый находился в удобном кресле перед экраном монитора (17 дюймов). На мониторе отображалась квадратная таблица, состоящая из 24 красных и 25 черных квадратных ячеек с собственными номерами. Паттерны расположения квадратов для каждой серии были изначально заданы методом случайной генерации. Для всех испытуемых использовался одинаковый набор паттернов. На основе предварительной инструкции испытуемый должен был в первом задании выбрать (указать курсором мышки) черные квадраты в порядке возрастания номеров от (1 до 25), во втором - красные квадраты в порядке убывания номеров (от 24 до 1), в третьем задании выбрать черные в порядке воз-
растания, чередуя их с красными в порядке убывания: 1 черные, 24 красные, 2 черные, 23 красные и т.д. Во второй части обследования испытуемому предлагали выполнить те же задания в сопровождении голосовой помехи: чтение диктором цифр от 1 до 25 в случайном порядке, не совпадающим с порядком указания испытуемым номеров квадратов и с частотой одна цифра в две секунды. Для удобства анализа и в силу аналогичности работы результативность первого и второго заданий в первой и второй части обследования были объединены.
По результатам выполнения компьютерной задачи для каждого испытуемого вычисляли следующие показатели: время между последовательными кликами по квадратам, величина которого усреднялась по каждому заданию (среднее время клика, мс); общее время выполнения каждого задания (с); число ошибок в каждом задании - включая ошибки последовательности и неверное указание цвета квадрата.
Если испытуемый сбивался и отказывался от дальнейшего выполнения задания, количество оставшихся неотмеченными квадратов расценивалось как ошибки.
ЭЭГ регистрировали в исходном состоянии при закрытых и открытых глазах и во всех экспериментальных ситуациях с помощью электроэнцефалографа «Нейрон-спектр» (г. Иваново) монополярно по схеме "10-20" в (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 0,5-35,0 Гц, постоянная времени - 0,32 с, режективный фильтр - 50 Гц.
После регистрации все записи ЭЭГ были переведены в компьютерную систему анализа и топографического картирования электрической активности мозга «BRAINSYS» для Windows и обработаны с помощью аппаратно - программного комплекса «НЕЙРО-КМ» (ООО «Стато-кин», г. Москва). Артефакты исключали из анализируемой записи с использованием возможностей программного комплекса BRAINSYS. Спектрально - когерентный анализ ЭЭГ проводили на основе быстрого преобразования Фурье (пакет программ BRAINSYS). Эпоха анализа составляла 4 сек при длительности каждого фрагмента в 1 мин, частота оцифровки - 200 Гц.
В заключительной части обследования проводилась функциональная проба на усвоение ритмических вспышек света длительностью 20
мс от стандартного фотостимулятора, расположенного на расстоянии 25 см от испытуемого и находящегося на уровне его глаз. Испытуемому, сидящему с закрытыми глазами, предъявляли последовательно 4 десятисекундные серии вспышек фиксированных частот 5, 10, 15, 20 Гц. Интервал между сериями составлял 10 сек.
С помощью пакета программ BRAINSYS проводили картирование 10-секундных отрезков ЭЭГ соответствующих частоте стимуляции. На каждом отрезке рассчитывали спектральную мощность частотных потенциалов затылочных отведений (O2,O1) ЭЭГ, точно соответствующую частоте стимуляции (например, для отрезка со стимуляцией 5 Гц - спектральную мощность на 5 Гц и т.д.).
Для статистической обработки и представления результатов использовали пакет STATISTICA v.6. При нормальном распределении анализируемых показателей вычисляли среднее значение (M) и стандартную ошибку среднего (m). Достоверность различий анализируемых показателей у студентов выделенных групп оценивали с помощью дисперсионного анализа «Break-down and one-way ANOVA». Достоверность изменения значений показателей в разных ситуациях у одной группы испытуемых оценивали с использованием t-критерия для связанных выборок.
Результаты и обсуждение.
Были выделены две группы студентов с разной степенью выраженности усвоенного ритма световых мельканий в 10 Гц. В 1 группу (n=31) вошли студенты, спектральная мощность на частоте 10 Гц которых, при световой стимуляции той же частотой была ниже средней на величину стандартной ошибки (Par [мкВ2] < M-m); 2 группу (n=12) составили студенты спектральная мощность на частоте 10 Гц которых была выше средней на величину стандартной ошибки (Pct [мкВ2] > M+m), где Pct [мкВ2] - спектральная мощность потенциалов при стимуляции светом той же частоты.
Ранее нами показано, что временные характеристики деятельности (среднее время клика и время выполнения задания) во всех ситуациях обследования были достоверно ниже у студентов 1 группы [3]. По показателю личностной тревожности достоверных отличий между испытуемыми выделенных групп не обнаружено (37,0±1,7 и 34,4±2,1, соответственно группам). Показатель ситуативной тревожности был достоверно выше у испытуемых 1 -й группы (34,7±1,1 и 30,3±1,3; р=0,027).
25.0
СЁ
га 20.0
55 15.0
^ 10.0
о
2
к
го
5 5.0
го ср
О)
с
О
0.0
О2
О1
Р4
Р3
С4 С3
Отведения ЭЭГ
Р4
Р3
Т4
Т3
Рис. 1. Спектральная мощность тета ритма ЭЭГ испытуемых 1-й и 2-й групп в исходном состоянии при открытых глазах.
В исходном состоянии спектральная мощность тета ритма была ниже у студентов 1 группы, по сравнению с испытуемыми 2-й группы достоверно в правом (р=0,046) и левом (р=0,0002) затылочных, левых теменной (р=0,002), центральной (р=0,004), фронтальной (р=0,008) и височной (р=0,003) областях коры (рис. 1). В связи с этим фактом интересны заключения некоторых авторов о том, что присутствие в ЭЭГ тета волн в фоновом состоянии без выраженного участия процессов внимания, может отражать сниженные функциональные возможности внимания [8].
При выполнении различных вариантов заданий у испытуемых 1 -й группы имело место достоверное увеличение спектральной мощности тета ритма ЭЭГ преимущественно в областях левого полушария. У испытуемых 2-й группы значимых изменений спектральной мощности
тета ритма по сравнению с исходным состоянием не зарегистрировано (табл. 1).
Выполнение предложенного задания предполагает задействование аналитических стратегий, что возможно объясняет тот факт, что различия в спектральной мощности тета ритма фоновой и текущей ЭЭГ между выделенными группами имели место в левом полушарии головного мозга. Увеличение спектральной мощности тета ритма при выполнении заданий у испытуемых 1 -й группы свидетельствует о более совершенных механизмах внимания и его концентрации. Внимание, первоначально распределённое, фокусируется на конкретном стимуле (в нашем случае это номер красного или черного квадратов), когда произведена оценка этого стимула по отношению к внутреннему контексту (следованию инструкции) и стимул представляет важность для индивида.
Таблица 1
Достоверность изменений спектральной мощности тета ритма ЭЭГ у студентов 1-й и 2-й групп при выполнении разных вариантов тестовых заданий «Красно-черные таблицы Шульте» по сравнению с исходным состоянием
Варианты теста Черные + Красные Черно-красные Черные + Красные с помехой Черно-красные с помехой
Отведени ЭЭГ 1 гр. 2 гр. 1 гр. 2 гр. 1 гр. 2 гр. 1 гр. 2 гр.
О2 0,033 - - - 0,042 - - -
О1 0,002 - 0,0002 - 0,00001 - 0,00001 -
Р4 - - - - - - - -
Р3 0,012 - 0,002 - 0,0002 - 0,0009 -
С4 - - - - - - - -
С3 0,024 - 0,007 - 0,003 - 0,007 -
Б4 - - - - - - - -
Б3 0,013 - 0,001 - 0,0018 - 0,0007 -
Т4 - - - - - - - -
Т3 - - 0,023 - 0,0102 - 0,003 -
Следует согласиться с предположением авторов о том, что тета ответ в ЭЭГ отражает высоко сфокусированное внимание, направленное на конкретную мишень и вызываемое внутренней значимостью определенной стимуляции или её репрезентации в памяти [9].
Кроме этого у испытуемых 1-й группы был выявлен достоверно более высокий уровень ситуативной тревожности. Несмотря на то, что этот показатель находился в зоне умеренной тревожности у студентов обеих групп (31-44 балла), можно предположить, что более высокая ситуативная тревожность непосредственно перед выполнением заданий может определённым образом модулировать изменения мощности тета ритма в текущей ЭЭГ более успешных испытуе-
Литература:
1. Афтанас Л.И., Павлов С.В. Особенности межполу-шарного распределения спектров мощности у высокотревожных индивидуумов в эмоционально-нейтральных условиях и при отрицательной эмоциональной активации // Журн. высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. - 2005. - Том 55, № 3. - С. 322-328.
2. Архаров Н.А., Баранова Ю.А., Васильева М.В., Романовский М.Н. Ритмическая стимуляция пропускной способности человека-оператора // Материалы Международной научно-технической конференции, 1-5 декабря 2015 г. МИРЭА, Москва, In-termatic, 2015. - Ч. 5. - С. 305.
3. Коробейникова И.И, Каратыгин Н.А., Венерина Я.А., Бирюкова Е.В. Усвоение ритма световых мельканий и результативность интеллектуальной деятельности // Тюменский медицинский журнал. -2017. - Том 19, № 2. - С. 37-43.
4. Новикова С.И. Ритмы ЭЭГ и когнитивные процессы // Электронный журнал «Современная зарубежная психология». - 2015. - Том 4, № 1. - С. 91-108. ISSN: 230464977
5. Трушина Р.А., Ведясова О.А., Павленко С.И. Пространственная картина ритмов ЭЭГ у студентов правшей с разными уровнями тревожности в покое и во время экзаменационного стресса // Ульяновский медико-биологический журнал. - 2016. - № 2. - С. 141-150.
6. Ханин Ю. Л. Краткое руководство к шкале реактивной и личностной тревожности Ч. Д. Спилбер-гера. - Л.: ЛНИИФК, 1976. - 18 с.
7. ЯценкоМ.В., Кайгородова Н.З. Влияние цветовой фотостимуляции на показатели умственной работоспособности // Интернет-журнал «Мир науки». -2017. - Том 5, № 2. http://mir-nauki.com/PDF/49PSMN217.pdf
8. Hermens D.F. et al. Resting EEG theta activity predicts cognitive performance in attention6deficit hyperactivity disorder // Pediatric Neurology. - 2005. - Vol. 32, № 4. - P. 248-256.
9. Stroganova T.A., Orekhova E.V. EEG and infant states // Infant EEG and Event6Related Potentials. M. de Haan (Ed.). - N-Y: Psychology Press, 2013. - P. 251-287.
мых, тем более что в литературе приводятся доказательства связи тета ритма с показателями тревожности [1, 5].
Заключение. Испытуемые с низкой степенью усвоения ритма световых мельканий в 10 Гц отличались малым временем поиска цифр в соответствующих квадратах при выполнении теста «Красно-черные таблицы Горбова-Шульте». У этих испытуемых имели место более высокая ситуативная тревожность, достоверно низкая исходная спектральная мощность тета диапазона ЭЭГ областей левого полушария и ее значимое увеличение в тех же областях коры при выполнении всех вариантов теста, что может свидетельствовать о более совершенных механизмах внимания и его концентрации.
References:
1. Aftanas L.I., Pavlov S.V. Osobennosti mezhpolusharnogo raspredelenija spektrov moshhnosti u vysokotrevozhnyh individuumov v jemocional'no -nejtral'nyh uslovijah i pri otricatel'noj jemocional'noj aktivacii // Zhurn. vysshej nervnoj dejatel'nosti im. I.P. Pavlova. - 2005. - Том 55, № 3. - S. 322-328. (In Russ)
2. Arharov N.A., Baranova Ju.A., Vasil'eva M.V., Romanovskij M.N. Ritmicheskaja stimuljacija propusknoj sposobnosti cheloveka-operatora // Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii, 1-5 dekabrja 2015 g. MIRJeA, Moskva, Intermatic, 2015. - Ch. 5. - S. 305. (In Russ)
3. Korobeinikova I.I., Karatygin N.A., Venerina Y.A., Birukova E.V. Assimilation of the light stimulation and intellectu al activity efficiency // Tyumen Medical Journal. - 2017. - Vol. 19, № 2. - P. 37-43. (In Russ)
4. Novikova S.I. Ritmy JeJeG i kognitivnye processy // Jelektronnyj zhurnal «Sovremennaja zarubezhnaja psihologija». - 2015. - Tom 4, № 1. - S. 91-108. ISSN: 230464977 (In Russ)
5. Trushina R.A., Vedjasova O.A., Pavlenko S.I. Pros-transtvennaja kartina ritmov JeJeG u studentov pravshej s raznymi urovnjami trevozhnosti v pokoe i vo vremja jekzamenacionnogo stressa // Ul'janovskij mediko-biоlogicheskij zhurnal. - 2016. - № 2. - S. 141-150. (In Russ)
6. Hanin Ju. L. Kratkoe rukovodstvo k shkale reaktivnoj i lichnostnoj trevozhnosti Ch. D. Spilbergera. - L.: LNI-IFK, 1976. - 18 s. (In Russ)
7. JacenkoM.V., Kajgorodova N.Z. Vlijanie cvetovoj fotostimuljacii na pokazateli umstvennoj rabotosposobnosti // Internet-zhurnal «Mir nauki». -2017. - Tom 5, № 2. http://mir-nauki.com/PDF/49PSMN217.pdf (In Russ)
8. Hermens D.F. et al. Resting EEG theta activity predicts cognitive performance in attention6deficit hyper-activity disorder // Pediatric Neurology. - 2005. - Vol. 32, № 4. - P. 248-256.
9. Stroganova T.A., Orekhova E.V. EEG and infant states // Infant EEG and Event6Related Potentials. M. de Haan (Ed.). - N-Y: Psychology Press, 2013. - P. 251-287.
SPECTRAL CHARACTERISTICS OF THE THETA EEG RHYTHM IN THE INTELLECTUAL ACTIVITY OF THE STUDENTS WITH VARYING DEGREES OF THE LIGHT FLASH RHYTHM MASTEING
I.I. Korobeinikova, N.A. Karatygin
P.K. Anokhin Institute of Normal Physiology, Moscow, Russia Abstract:
The spectrogram of EEG in young men (n=48; 19-21 years old) was examined during the functional probe with light flash stimulation with different frequency 5,10,15 and 20 Hz along with purposeful activityMwhich was modelled with Gor-bov-Shulte's computer-aided test (red-black tables). It was found that subjects with a low degree of assimilation of the rhythm of light flashes at 10 Hz differed by the short search time for digits in the corresponding squares. These subjects had higher situational anxiety (34,7+1,1 h 30,3+1,3; p=0,027), significantly lower initial spectral power of the theta EEG region of the left hemisphere (02, p=0,046; 01, p=0,0002; P3, p=0,002; C3, p=0,004; F3, p=0,008; T3, p=0,003) and its significant increase in the same areas of the cortex when all the variants of the test were performed. Key words: theta EEG region, light flash stimulation, time-based activity indicators
УДК: 612.745
СТАТОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕНИРОВКИ В ВЫЕЗДКЕ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ВЕГЕТАТИВНЫХ И НЕРВНО-МЫШЕЧНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОРГАНИЗМА СПОРТСМЕНОВ
С.Н. Пигарева
ФГБНУ « Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина», г. Москва, Россия
Контактная информация:
Пигарева Светлана Николаевна - кандидат биологических наук. Место работы и должность: старший научный сотрудник лаборатории системных механизмов спортивной деятельности ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина». Адрес: 125315, г. Москва, ул. Балтийская, д. 8. Член комиссии по медико-биологическим проблемам физической культуры и спорта высших достижений Общественного совета при Министерстве спорта РФ. Электронный адрес: fotmippa@maiLru
В работе исследуются некоторые критерии специальной (мышечной) и кардиореспираторной выносливости организма спортсменов по конной выездке разной квалификации во время специальной тренировки на механической модели дрессурной лошади. Оценивается вклад статического и динамического компонентов мышечной активности в работу всадника, корреляция мышечных и вегетативных показателей. Показано, что работа всадника в выездке носит статодинамический характер с высокой долей статического компонента мышечной активности у низкоквалифицированных спортсменов. На специальную нагрузку их организм реагирует признаками недостаточной адаптации кардиореспираторной и нервно-мышечной систем, большими энергетическими затратами и моторной асимметрией вследствие отсутствия спортивной техники. Реакция вегетативных показателей организма профессиональных спортсменов по выездке на конкретный вид нагрузки не отличается значительным рабочим диапазоном ввиду экономичности энергетических затрат за счет совершенствования спортивной техники и мастерства.
Ключевые слова: выносливость, выездка, dressage simulator, электромиограмма, статический компонент, динамический компонент, мышцы
В спортивной медицине, физиологии и педагогике существует множество классификаций физической деятельности человека, учитывающей разную степень активности мышц, продолжительность и интенсивность нагрузки, энергетический обмен. Как известно, мышечная выносливость - это способность отдельной мышцы или мышечной группы выдерживать высокоинтенсивную, повторяющуюся или статическую нагрузку. Она тесно связана с мышечной силой и анаэробным резервом. Кардиореспираторная
выносливость характеризует функционирование сердечнососудистой (ССС) и дыхательной систем, связана с аэробными возможностями организма и с его способностью выдерживать длительную ритмическую нагрузку [6]. В связи с недостатком изученности вопросов, касающихся физиологии спортсменов в конном спорте, данный вид спортивной деятельности представляет большой интерес для физиологов, врачей, тренеров, спортсменов. Выездка (dressage) - это отдельная олимпийская дисциплина конного
