WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Исследование нейрофизиологических механизмов оценки перцептивного времени и их роли в сенсомоторной интеграции

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Щербина Дмитрий Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ОЦЕНКИ ПЕРЦЕПТИВНОГО ВРЕМЕНИ И ИХ РОЛИ В СЕНСОМОТОРНОЙ ИНТЕГРАЦИИ

03.00.13 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону

2006

Работа выполнена на кафедре физиологии человека и животных и в учебно-научно-исследовательском институте валеологии ГОУ ПВО "Ростовский государственный университет"

Научный руководитель: кандидат биологических наук, профессор Айдаркин Евгений Константинович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Шульговский Валерий Викторович доктор биологических наук, профессор Владимирский Борис Михайлович

Ведущая организация: Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Защита диссертации состоится " 21 " декабря 2006 г. в 13.00 час на заседании диссертационного совета Д.212.208.07 по биологическим наукам в Ростовском государственном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105, ауд. 203).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).

Автореферат разослан " 20 " ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

 доктор биологических наук В.В. Бабенко Общая характеристика работы -1

доктор биологических наук В.В. Бабенко

  1. Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Проблема оценки времени в последнее время вызывает большой интерес (Владимирский, 1996; Ivry, 1996; Meck, 1996; Hazeltine et al., 1997; Harrington et al., 2004; Macar et al., 2004; Marzi, 2004; Хасанов, 2005). За более чем столетнюю историю исследования было разработано множество методических подходов, различающихся между собой по диапазону охватываемых интервалов, степени осознанности процедуры отсчета, специфичности в отношении разных модальностей, способу использования памяти и пр., но обобщить полученный с их помощью экспериментальный материал пока не удалось ни в одной известной теории оценки времени (см. Madison, 2001).

Причиной отсутствия единой концепции оценки времени являются расхождения в экспериментальных результатах, которые часто настолько значительны, что многие авторы высказывают предположения о наличии не одного, а нескольких механизмов отсчета времени (Парнюк и др., 1984; Lewis, Miall, 2003).

Другой причиной является то, что часто смешиваются два уровня приспособления человека ко времени, соответствующих первой и второй сигнальным системам. Первый уровень, или перцептуальное время, - это условно-рефлекторное приспособление, общее с животными, синхронизирующее деятельность человека с повторяющимися последовательностями, которые навязываются нам природой и общественной жизнью (Фресс, Пиаже, 1978). Второй уровень, или концептуальное время – это система понятий и символов, отражающих свойства реального времени, позволяющая, благодаря абстрактному мышлению и речи, представлять себе ряды изменений, находить в них свое место и соотносить их друг с другом. (Парнюк и др., 1984). Эта высшая форма отражения временных параметров стимула, связанная с понятиями "прошлое" - "будущее", "рано" - "поздно", "быстро" - "медленно", формируется с 6-7 лет в связи с развитием навыков ориентирования по часам и завершается в старшем школьном возрасте с развитием способности к точной субъективной оценке времени (Дмитриев, 1964). Указанный дуализм в понятии оценки времени часто создает сложность в сопоставлении результатов различных исследований, поскольку оба этих уровня приспособления могут работать на одних и тех же диапазонах интервалов и типах событий. При этом, если механизмы когнитивных процессов, задействованных в оценке концептуального времени – вербальная память, ассоциативное мышление, счет – еще слабо изучены, то задействованных в оценке сенсорного времени – внимание, сенсорная память, принятие решения – активно изучаются в связи с прогрессом таких методов объективной оценки работы мозга, как связанные с событием потенциалы (ССП), магнито-резонансная и позитронно-эмиссионная томографии.

ССП является наиболее востребованным неинвазивным методическим подходом при исследовании внимания и памяти. С конца 20-го века в связи с расцветом когнитивной науки, основанном на успехе таких экспериментальных парадигм как одд-болл, Штернеберга и пр., получают распространение модели оценки времени на основе внимания (Zakay, 1989; Macar et al., 1994) и памяти (Gibbon et al., 1984; Miall, 1989). Исследования, преобладающей экспериментальной парадигмой которых было параллельное выполнение временной и невременной задач, убедительно показали связь между процессами оценки времени и внимания (см. Brown, 1997) и подтвердили информативность метода ССП при исследовании механизмов оценки времени (см. Macar, Vidal, 2004).

Исследование механизмов оценки времени должно опираться на тестовые процедуры с изменяемыми временными параметрами стимуляции, из результатов которых вытекала бы непротиворечивая модель "часов", обеспечивающих возможность мозга оценивать основные временные характеристики: одновременность, последовательность и длительность. В часах выделяют три главных компонента: пейсмейкер, триггер и счетчик. В случае перцептивного времени триггером служит внешний стимул. Вопрос о том, с какими ритмическими процессами может быть связана работа пейсмейкера, и какая структура выполняет функцию счетчика, в настоящее время активно обсуждается (Айдаркин и др., 2001, 2006; Harrington et al., 2004; Macar et al., 2004; Ivry, Spenser, 2004; Staddon, 2005). Несмотря на то, что число работ по изучению различных свойств каждого из этих компонентов часов велико, среди них относительно мало исследований, касающихся изучения активности мозга при оценке времени.



Цель работы. Исследование механизмов оценки перцептивного времени и их роли в сенсомоторной интеграции на основе изучения характеристик связанных с событием потенциалов головного мозга человека.

Задачи исследования:

  1. Изучить зависимость времени сенсомоторных реакций и характеристик CCП от величины межстимульного интервала (МСИ).
  2. Изучить влияние заполнения МСИ эндогенными и экзогенными событиями на время реакции и параметры ССП.
  3. Исследовать разрешающую способность механизма оценки перцептивного времени путем установления минимального интервала, необходимого для различения событий.
  4. Изучить отражение механизмов оценки времени в параметрах негативной волны ожидания (НВО).
  5. Сформировать представления о роли механизмов оценки перцептивного времени в сенсомоторной интеграции.

Научная новизна результатов исследования:

  1. Показано, что зависимость времени простой сенсомоторной реакции от межстимульного интервала в диапазоне 1-16 с подчиняется правилу Вебера-Фехнера и в среднем аппроксимируется уравнением ВР=0.0272logТ+0.243. Коэффициенты a и b уравнения ВР=a*logТ+b являются устойчивой индивидуальной характеристикой обследуемого.
  2. Установлено, что заполнение межстимульного интервала в диапазоне от 2 до 8 с дополнительными стимулами с такими же характеристиками, что и целевые, снимает зависимость времени реакции и амплитуды ССП от межстимульного интервала.
  3. Показано, что обособленность во времени ранних негативных потенциалов N1 в ассоциативных зонах коры определяет разрешающую способность механизма оценки перцептивного времени (100 мс), причем сознательная оценка последовательности событий менее лабильна (успешна при интервале 150 мс и выше).
  4. Показано, что развитие длительной деполяризации лобно-центральных участков коры в интервале между кондиционирующим и целевым стимулами в парадигме CNV нарушается предъявлением дополнительного внешнего стимула, который игнорируется обследуемым. Предопределенность момента предъявления этого нерелевантного стимула приводит к перестройке временной организации ответа вне зависимости от модальности дополнительного стимула.
  5. Показано, что восстановление модальноспецифической локальной активации коры при повторном ответе на стимул, отражающееся в связанном с событием потенциале N1, может служить для мозга маркером длительности предыдущего межстимульного интервала, т.е. выполнять функцию "счетчика" в непроизвольном механизме отсчета перцептивного времени.

Теоретическое и практическое значение работы. В работе предпринята попытка описать процессы, обеспечивающие оценку перцептивного времени у человека. Показана перспективность использования метода ССП для изучения механизмов оценки времени.

Выделено два механизма отсчета времени, связанных с непроизвольным и произвольным вниманием. Определена их разрешающая способность и диапазон действия. Высказаны предположения о природе составляющих их компонентов. Показаны возможные способы их взаимодействия. Полученные результаты задают направление для дальнейшего изучения особенностей каждого из этих механизмов.

Полученные в работе зависимости времени моторной реакции от величины МСИ показали возможность коррекции эффективности деятельности с помощью подбора временных параметров стимуляции. Это позволило разработать новый подход к управлению функциональным состоянием оператора, при котором тонкая подстройка стимуляции с учетом индивидуальных параметров оценки времени позволяет осуществлять обратимую оптимизацию работы человека-оператора.

Результаты исследования взаимодействия во времени зрительных и слуховых сенсорных потоков могут иметь практическое значение в образовательном процессе при создании мультимедийных средств обучения, а методика определения индивидуальных параметров оценки времени может использоваться при профотборе, валеологическом мониторинге и поиске подходов к лечению ряда неврологических заболеваний, связанных с неправильной оценкой времени (болезнь Паркинсона, синдром гиперактивности, депрессивно-маниакальный синдром и др.).

Апробация работы. Результаты, полученные в данной работе, использовались при выполнении научно-исследовательских проектов в рамках программ "Технологии живых систем" № 02.04.023 Министерства Образования РФ и "Разработка систем управления текущим функциональным состоянием…" Министерства обороны РФ, шифр "Останов".





Материалы диссертации докладывались на конференциях молодых ученых Северного Кавказа по физиологии (1998-2002), конференции молодых ученых "Ломоносов" (Москва, 1999), Международных конференциях по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 2001, 2002, 2005), Всероссийской научно-практической конференции "Функциональное состояние и здоровье человека" (Ростов-на-Дону, 2006).

Работа была апробирована на заседании ученого совета НИИ Нейрокибернетики РГУ им. А.Б. Когана.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ объемом 1,88 п.л., личный вклад - 68%.

Структура и объем диссертации. Диссертация разбита на главы Введение, Обзор литературы, Результаты, Обсуждение и Выводы. Содержит 24 иллюстрации и 3 таблицы. Материалы изожжены на 115 страницах, включая библиографию из 165 источников, из которых 82 – иностранные.

Положения, выносимые на защиту

  1. В диапазоне от долей до десятков секунд можно выделить два механизма оценки перцептивного времени у человека. Один из них связан с восстановлением модальноспецифической локальной активации коры в ответ на экзогенный стимул, что отражается в конфигурации вызванного потенциала. Второй - основывается на процессе произвольного эндогенного отсчета времени, отражающемся в негативной волне ожидания. Взаимодействие этих двух механизмов может лежать в основе временной настройки сенсомоторной интеграции.
  2. Разрешающая способность механизма оценки перцептивного времени составляет 100 мс и на электрофизиологическом уровне определяется конвергенцией активности из сенсорноспецифических зон коры, отражающейся в ранних негативных компонентах вызванных потенциалов.
  3. Механизм непроизвольной оценки перцептивного времени можно представить в виде модели экзогенных часов, автоматически оценивающих интервал между стимулами в логарифмической шкале. Пейсмейкером в таких часах служит градуальное угасание локальной активации коры в ответ на внешние стимулы определенной модальности, выступающих в роли триггера, а восстановление локальной активации при предъявлении следующего стимула может выполнять функцию счетчика.
  1. Материалы и Методы исследования
    1. Обследуемые и обстановка

В исследовании принимали участие студенты и аспиранты Ростовского госуниверситета в возрасте от 20 до 26 лет. В общей сложности было обследовано 25 человек, все правши, практически здоровы.

В ходе электрофизиологического тестирования обследуемые сидели в кресле перед дисплеем или стимулирующим устройством в освещенной комнате. Для фиксации моторных реакций использовался кнопочный манипулятор "мышь".

Регистрация и обработка электрофизиологических данных проводилась на комплексе "Энцефалан" производства фирмы "Медиком-МТД" (г. Таганрог, Россия). ЭЭГ записывалась монополярно от 21 отведения по схеме 10-20. Референтные электроды располагались на мочках ушей, земляной – на лбу. Квант оцифровки составлял 4 мс. На входе ЭЭГ фильтровалась с полосой пропускания 0.5-70 Гц. При записи медленноволновой активности (волны ожидания) нижний порог фильтрации снижали до 0.05 Гц.

    1. Схема тестирования

В соответствии с поставленными задачами первый цикл исследований был посвящен изучению зависимости параметров двигательных реакций и вызванной активности от межстимульного интервала. Обследуемые выполняли простую зрительно-моторную реакцию (ЗМР) в ответ на последовательно предъявляемые в центре поля зрения вспышки интенсивностью 9 кд и длительностью 1 мс. Параметры простой аудио-моторной реакции (АМР) исследовали в ответ на щелчок интенсивностью 100 дБ и длительностью 1 мс, предъявляемый в динамики с обеих сторон головы. МСИ от теста к тесту менялся в логарифмической шкале с основанием 2 – 0.5, 0.7, 1, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.7, 8, 11.3, 16 с. Это позволяло охватить достаточно широкий диапазон интервалов при субъективно равномерном увеличении МСИ. Величина МСИ в ходе тестовой процедуры равновероятно варьировала в диапазоне ±±20% от среднего значения, что должно было препятствовать предугадыванию момента предъявления очередного стимула.

Для оценки влияния заполнения интервала дополнительными стимулами был проведен второй цикл исследования, включающий следующие тестовые процедуры, отличающиеся способом заполнения для интервалов 2, 4 и 8 сек:



Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.