CC BY
60ВЛИЯНИЕ СТИМУЛЯЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГРОВЫХ ПРОГРАММ НА СОСТОЯНИЕ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ
ГОЛОВНОГО МОЗГА
INFLUENCE OF STIMULATIVE INTERACTIVITIES OF COMPUTER GAME PROGRAMS ON THE STATE OF BIOELECTRIC ACTIVITY OF THE BRAIN
Яворский Александр Борисович
д.м.н., профессор
академик Российской академии медико-технических наук главный научный сотрудник НИИ Спорта и Спортивной медицины
главный врач поликлиники РГУФКСМиТ
г. Москва, Россия Yavorsky Alexander Borisovich MD., PhD, Professor, Academician of the Russian Academy of Medical and Technical Sciences, Chief Scientific Officer of the Research Institute of Sport and
Sports Medicine, Chief of the Polyclinic of the RSUPESYT
Moscow, Russia
Новоселов Михаил Алексеевич
к.п.н., доцент, кафедра ИИиИВС Российский государственный университет физичекой культуры,
спорта, молодежи и туризма (РГУФКСМиТ)
г. Москва, Россия Novoselov Mikhail Alexeevich Ph.D., Associate Professor, Head of IGIS Chair, RSUPESYT Russian State University of physical education, Sport, Youth And Tourism (SCOLIpE)
Moscow, Russia
Мельник Я. О.
магистрант кафедра ИИиИВС
Г> IS I/ I/ » I/
Российский государственный университет физичекой культуры,
спорта, молодежи и туризма (РГУФКСМиТ)
г. Москва, Россия Melnik Y.O. master student IGIS Chair Russian State University of physical education, Sport, Youth And Tourism (SCOLIpE)
Moscow, Russia
Аннотация. Важное значение в компьютерной соревновательной деятельности имеют значение такие качества и возможности киберспортсмена как: сосредоточенность, внимательность, активность, скоростность и т.п. По сути это все те характеристики, которые предъявляются лицу, занимающемуся
сложной операторской деятельностью. Актуальность исследования нейрофизиологических механизмов данного взаимодействия «человек-машина» не вызывает сомнений. Нами при помощи метода электроэнцефалографии было проведено сравнение показателей бета-ритма головного мозга у десяти игроков в стандартной игровой ситуации современной киберигры «<Dota 2»> до, во время и после игровой соревновательной активности. Исследуемая группа состояла из 10 студентов РГУФКСМиТ специализации киберспорт в возрасте от 17до 22 лет. Оценивалось состояние функциональных биоэлектрических процессов в головном мозге по представленности «ритма сосредоточенности и активности» (бета-ритма) в различных зонах, в первую очередь - лобных отведениях. В результате полученных данных возможно отметить, что наивысшая выраженность высокочастотного бета-ритма, которая возникает при высокой концентрации внимания, наблюдается как непосредственно во время игрового процесса, так и после него.
Abstract. Of great importance in computer competitive activities are the qualities and capabilities of cyber sporting as: concentration, attentiveness, activity, speed, etc. In fact, these are all those characteristics that are presented to a person engaged in complex operator activities. The relevance of the study of the neurophysiological mechanisms of this «<human-machine»> interaction is unquestionable. We used the method of electroencephalography to compare the parameters of the beta rhythm of the brain in ten players in the standard game situation of the modern cyber game ""Dota 2"" before, during and after the game of competitive activity. The study group consisted of 10 students of the RSUFKSYiT specialization in e-sports, aged from 17 to 22 years. The state of functional bioelectric processes in the brain was assessed by the representation of the "rhythm of concentration and activity" (beta-rhythm) in various zones, primarily frontal leads. As a result of the obtained data it is possible to note that the highest expression of high-frequency beta-rhythm that arises with high concentration of attention is observed both directly during the game process and after it.
Ключевые слова: киберспорт, электроэнцефалография, биоэлектрическая активность, бета-ритм, концентрация внимания.
Keywords: сybersport, electroencephalography, bioelectrical activity, beta-rhythm, concentration of attention.
Введение. Развитие электроники и компьютерных технологий способствует все большему привлечению внимания к виртуальной реальности. Одним из ее важных компонентов являются киберигры. В современном мире сложилось целое формирование спортивного движения, занимающегося игровыми практиками - киберспорт. Поэтому для этого направления спортивной деятельности привлекаются различные научные исследования. Во многом успешные результаты в киберспорте обусловлены тем, насколько игроку удаётся сохранить высокую концентрацию внимания во время матча. Сегодня возможно найти множество утверждений о том, что компьютерные игры в самых разных аспектах влияют на функции мозга человека. Ряд научных сотрудников предположили - мозг геймера (киберспортсмена) позволяет быстрее и лучшее воспринимать новую информацию, чем у людей не связанных с киберспортом. Это может оказаться полезным в сферах деятельности не только связанных
с компьютерными играми. Известно, что одной из теорий, описывающих работу головного мозга человека, является модель распределенных динамических нейронных систем. Данная теория описывает возможности изменения состояния динамической нейронной матрицы головного мозга, отвечающей за многие функции, в т.ч., обучение, запоминание, воспроизведение и т.д. [2,3].
В настоящее время в теоретической и практической медицине, биологии широко развиваются представления о технологиях биологической обратной связи /БОС/ [4]. Обучение тем или иным навыкам, по сути, основывается на БОС [6]. Это могут быть простые навыки (бытовые, спортивные и др.), а могут быть и более сложные (управление автомобилем, самолетом, работа на компьютере, за операторским пультом, также и киберигра) При этом БОС-технологии могут быть достаточно полно интерпретированы с точки зрения теории функциональных систем. Функциональная система - временное функциональное объединение нервных центров различных органов и систем организма для достижения конечного полезного результата [1]. В состав функциональной системы могут включаться различные органы и системы, каждый из них имеет важное значение для достижения полезного результата. Функциональная система, по П. К. Анохину, включает в себя пять основных компонентов:
1) полезный приспособительный результат, ради которого создается функциональная система;
2) аппарат контроля - группа нейронов, нервных центров, в которых формируется модель будущего результата;
3) обратную афферентацию, представляющую собой вторичные афферентные нервные импульсы, следующие в акцептор результата действия для его оценки;
4) аппарат управления, являющийся функциональным объединением нервных центров и эндокринной системы;
5) исполнительные компоненты - органы и системы органов, состящие из 4 компонентов: а) внутренних органов; б) желез внутренней секреции; в) скелетных мышц; г) поведенческих реакций.
Свойства функциональной системы:
- динамичность, т.е. в функциональную систему при необходимости
- могут включаться дополнительные органы и системы;
- важнейшим свойством функциональной системы является
- способность к саморегуляции - при отклонении регулируемой величины или конечного полезного результата от оптимальной величины включаются процессы, возвращающие показатели системы на оптимальный уровень.
Следует отметить, что саморегуляция осуществляется при наличии обратной связи - важнейшего компонента БОС-системы.
В организме одновременно работают несколько функциональных систем. Они находятся в непрерывном взаимодействии, которое подчиняется определенным принципам: 1) принципу системы генеза; 2) многосвязного взаимодействия; 3) иерархии; 4) последовательного динамического взаимодействия.
На рисунке 1 представлено графическое изображение структуры функциональной системы.
Рис. 1. Схема функциональной системы по П. К. Анохину
Таким образом, обучение игрока компьютерной игре, получение им новых навыков для реализации себя в игре, навыков, приводящих к победе, тесным образом связано с понятиями распределенных динамических нейронных систем и функциональных систем.
Учёные отметили, что изменения нейронструктуры мозга у игрока в компьютерные игры делают его вспыльчивым и склонным отвлекаться [5]. В конце первого десятилетия XXI века повсеместное развитие получила магнито-резонансная томографии /МРТ/. Сканирование методом магнитно-резонансной томографии показало, что компьютерные игры после продолжительного воздействия начинают по-разному влиять на количество серого вещества в гиппокампе (структуре так называемого «древнего мозга, обонятельного и поведенческого мозга» - филогенитечески очень старой), но при этом развивают у геймера зрительное внимание [7]. Наше исследование посвящено влиянию компьютерных игр (в данном случае «Dota 2») на биоэлектрическую активность структур головного мозга (в первую очередь коры), в частности -на бета-ритм, выраженность которого возрастает при высокой концентрации внимания, особенно во фронтальных отведениях, т.е. лобных долях.
Цель: исследовать изменение бета-ритма головного мозга до, во время и после игровой активности.
Методы исследования. В исследовании использовался аппаратно-программный комплекс «НейроСкоп», предназначенный для записи электроэнцефалограммы в 12 отведениях. Группа обследуемых состояла из 10 игроков в «Dota 2» (не менее 500 часов игры у каждого), студентов РГУФКСМиТ специализации киберспорт, в возрасте от 17 до 22 лет. Электроэнцефалография позволяет регистрировать различночастотные биоэлектрические колебания структур головного мозга. Каждая запись проводилась в течение приблизительно 45 минут (в зависимости от продолжительности матча) с обозначением различных отрезков: 1,5 минуты в спокойном состоянии до игры; приблизительно 45 минут во время игры (включающие в себя отметки с напряжёнными игровыми ситуациями); 1,5 минуты в покое после игры. Электроэнцефалография - крайне
чувствительный метод исследования, он даёт возможность для анализа функционального состояния головного мозга и его реакций на раздражители. Ввиду отсутствия нормального статистического распределения при обработке результатов использовался статистический анализ по Т-критерию Вилкоксона.
Результаты исследования. В соответствии с показателями ЭЭГ, представленными в таблице 1, можно отметить изменения, произошедшие в процессе игры по сравнению с показателями, имевшими место в состоянии покоя.
Таблица 1
Динамика показателей бета-ритма на разных этапах (в мкВ)
№ До игры В ходе игры После игры Разница до и после
1 7,97 8,35 8,89 0,92
2 7,68 8,11 8,74 1,06
3 8,39 8,92 9,06 0,67
4 6,41 6,79 7,32 0,91
5 8,61 8,36 8,41 -0,2
6 8,19 8,63 8,51 0,32
7 7,67 8 8,86 1,19
8 7,2 8,41 10.9 3,7
9 8,15 8,49 8,86 0,61
10 7,88 7,6 9,05 1,17
Для наблюдения был выбран показатель бета-ритма - высокочастотного ритма, наиболее выраженного в лобных долях головного мозга (в диапазоне от 13 до 30 Гц с напряжением 5-30 мкв), в частности - его средние значения. В таблице представлены показатели, полученные с лобных отведений правого и левого полушарий. Проводя сравнение, можно отметить, что в 9 случаях из 10 зарегистрированные показатели бета-ритма во время игры (при сравнении были выбраны средние значения бета-ритма не полной игры, а только самых активных игровых отрезков, суммарно составляющих приблизительно 1,5 минуты) и после превысили аналогичные показатели до игры. Для подтверждения статистической значимости результатов был проведён анализ по T-критерию Вилкоксона, который показал, что эмпирическое значение Т попадает в зону значимости: Тэмп<Ткр(0,01). Аналогичный результат был получен при сравнении показателей во время игры и после, подтверждающий явно выраженное последействие, которое можно охарактеризовать как срочный тренировочный эффект после нагрузки. Данные, представленные в таблице и их статистический анализ свидетельствует о возрастании значений бета-ритма в лобных отведениях у 9 из 10 киберспортсменов во время и после игры.
Выводы. Метод ЭЭГ может использоваться для определения функционального состояния спортсменов, позволяя говорить о том, насколько хорошо они сконцентрированы во время матчей. На примере компьютерной игры «Dota 2» видно, что электрическая активность, в частности - бета-ритма, наиболее представленного в отделах головного мозга, ответственных за фокусировку внимания, повышается во время игровой соревновательной
активности, а также имеет явно выраженное последействие, что подтверждает и статистический анализ. В дальнейшем нам видится актуальным продолжить исследования с ЭЭГ, которые помогут выявить сроки утомляемости спортсменов на протяжении многочасовой записи во время игры.
Литература
1. Анохин П. К. Очерки по физиологии функциональных систем / П. К. Анохин. - М. : Медицина, 1975. - 448 с.
2. Бехтерева Н. П. Нейрофизиологические аспекты психической деятельности человека / Н. П. Бехтерева. - Л., Медицина, 1971. - 119 с.
3. Вартанян И. А. Физиология сенсорных систем / И. А. Вартанян. - СПб, Лань, 1999. - 140 с.
4. Красильников А. Н. Использование биологической обратной связи для управления тренировочным процессом / А. Н. Красильников, В. Б. Авдиенко // Тезисы Всесоюзной научной конференции «Комплексная диагностика функциональных возможностей высококвалифицированных спортсменов, М., 1990, с. 122-123.
5. Anderson J. S., Renshaw P. F., Bae S. [etc]. Brain connectivity and psychiatric comorbidity in adolescents with Internet gaming disorder. Addiction Biology, 2017, vol. 22, no. 3. Available at: ehttp://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1111/ adb.12347/full (accessed 24.09.2017).
6. Blumenstein B., Orbach I. Mental practice in sport: sports and athletic preparation, performance and psychology. Twenty case studies. Nova Science Publishers, New York, 2012, 125 p.
7. West G. L., Konishi K., Diarra M. [etc]. Impact of video games on plasticity of the hippocampus. Molecular Psychiatry, 2017. Available at: https://www.nature.com/ articles/mp2017155
References
1. Anohin P. K. Ocherki po fiziologii funkcional'nyh system [Essays on the Physiology of Functional Systems]. Moscow, Medicine Publ., 1975, 448 p.
2. Behtereva N. P. Nejrofiziologicheskie aspekty psihicheskoj dejatel'nosti cheloveka [Neurophysiological aspects of human mental activity]. Leningrad, Medicine, 1971, 119 p.
3. Vartanjan I. A. Fiziologija sensornyh sistem [Physiology of sensory systems]. St. Petersburgb, Lan, 1999, 140 p.
4. Krasil'nikov A. N., Avdienko V. B. [The use of biological feedback for the management of the training process]. Tezisy Vsesojuznoj nauchnoj konferencii «Kompleksnaja diagnostika funkcional'nyh vozmozhnostej vysokokvalificirovannyh sportsmenov [Theses of the All-Union Scientific Conference "Integrated Diagnostics of Functional Capabilities of Highly Qualified Athletes]. Moscow, 1990, pp. 122-123.
5. Anderson J. S., Renshaw P. F., Bae S. [etc]. Brain connectivity and psychiatric comorbidity in adolescents with Internet gaming disorder. Addiction Biology, 2017,
vol. 22, no. 3. Available at: ehttp://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1111/ adb.12347/full (accessed 24.09.2017).
6. Blumenstein B., Orbach I. Mental practice in sport: sports and athletic preparation, performance and psychology. Twenty case studies. Nova Science Publishers, New York, 2012, 125 p.
7. West G. L., Konishi K., Diarra M. [etc]. Impact of video games on plasticity of the hippocampus. Molecular Psychiatry, 2017. Available at: https://www.nature.com/ articles/mp2017155
