WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Отражение восприятия иллюзорных изображений в параметрах биоэлектрической активности мозга человека

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Миняева Надежда Руслановна

ОТРАЖЕНИЕ ВОСПРИЯТИЯ

ИЛЛЮЗОРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ПАРАМЕТРАХ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА

03.03.01 – физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону

2010

Работа выполнена в научно-исследовательском институте нейрокибернетики им. А.Б.Когана Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Кирой Валерий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Полянский Владимир Борисович

доктор биологических наук

Васильева Валентина Валерьевна

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт эволюционной физиологии

и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Защита диссертации состоится «23» июня 2010 г. в « 13 » часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.07 в ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» (г. Ростов-на-Дону, ул. Б.Садовая, 105/42, ауд. 203).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан «__» мая 2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук, с.н.с. Е.В. Асланян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Одним из основных условий эффективной ориентации в окружающей среде и адаптивного поведения животных и человека является адекватное восприятие объектов внешнего мира, которое, с одной стороны, требует привлечения внимания к объекту, с другой, сопоставления с имеющимися в памяти сходными объектами, которые встречались в прошлом.

Как правило, для распознавания объекта достаточно выделения его «узловых точек», которыми являются углы и пересечения линий (Каменкович и др., 2006). Однако в реальных условиях воспринимаемые объекты зачастую не имеют четких контуров или представлены только их незаконченными фрагментами. Тем не менее, зрительная система достаточно эффективно справляется с задачей опознания. При этом, как в условиях маскировки, так и без нее контурные изображения распознаются легче, чем полутоновые и силуэтные (Каменкович и др., 2007).

Восприятие иллюзорных объектов, в частности, фигур Канизса, представляет собой достаточно сложный процесс, требующий достраивания отсутствующих контуров, что сопровождается активацией теменно-затылочных областей коры больших полушарий (Murray и др., 2002, 2004). Так, в частности, на основании исследований с использованием fMRI было показано, что при восприятии субъективных контуров, сопровождающемся формированием фигуры, в отличие от условий, когда фигура не формируется, наблюдается активация в области латерального затылочного комплекса (Stanley и др., 2003). Экспериментально показано, что эта активация связана с существенными изменениями вызванной активности мозга как животных (Bakin и др., 2000; Ramsden и др., 2001; Roe и др., 2005), так и человека (Hirsch и др., 1995; Wu и др., 2009; Bosman и др., 2010).

Несмотря на то, что различным аспектам восприятия посвящено большое количество работ, и сегодня многие вопросы остаются открытыми и требуют изучения. К их числу относятся, в частности, проблемы, связанные с пониманием механизмов восприятия иллюзорных изображений, с отражением деятельности этих механизмов в параметрах вызванной электрической активности мозга человека, в том числе, в условиях ёреализации деятельности, требующей не только правильного распознавания, но и адекватного реагирования.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Настоящее исследование посвящено изучению отражения процесса восприятия иллюзорных изображений типа фигур Канизса в параметрах вызванной биоэлектрической активности мозга человека в процессе реализации различающейся по сложности зрительно – моторной деятельности.

В задачи исследования входило:

  1. Разработать методику лабораторного эксперимента, позволяющую изучать электрографические корреляты процесса восприятия человеком иллюзорных изображений в условиях выполнения задач различного уровня сложности.
  2. Исследовать характеристики вызванной (низко- и высокочастотной) электрической активности мозга человека при восприятии иллюзорных изображений.
  3. Исследовать влияние сложности деятельности на характеристики электрической активности мозга человека при восприятии иллюзорных изображений.
  4. Разработать модель нейрофизиологических механизмов, ответственных за восприятие иллюзорных изображений в различных парадигмах деятельности.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Показано, что восприятие иллюзорных изображений типа фигур Канизса связано с активацией не только задних, но также центральных и лобных областей мозга. Впервые экспериментально обнаружены изменения как ранних (P1, P2), так и поздних (Р3а, Р3b) компонентов зрительных ВП в процессе восприятия иллюзорных изображений в различных парадигмах деятельности. С помощью вейвлет –анализа ЭЭГ впервые прослежена динамика высокочастотной электрической активности мозга при восприятии человеком иллюзорных изображений в процессе осуществления различающейся по сложности зрительно-моторной деятельности, в т.ч., в парадигме Go/ NoGo.



НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Научно - теоретическое значение работы связано с обнаружением зависимости изменений параметров (амплитуд и латентных периодов) зрительных вызванных потенциалов от характеристик предъявляемого иллюзорного изображения и сложности реализуемой деятельности, изучением пространственно-временной динамики высокочастотной вызванной электрической активности мозга при распознавании иллюзорных изображений в разных парадигмах деятельности, разработкой модели нейрофизиологических механизмов, деятельность которых обеспечивает восприятие и распознавание иллюзорных изображений.

Практическое значение работы состоит в разработке методических приемов, позволяющих исследовать механизмы восприятия человеком иллюзорных контуров в динамике усложняющейся деятельности, подходов к оценке уровня функционального состояния структур мозга, связанных с непроизвольным и произвольным зрительным вниманием и распознаванием сложных изображений, а также методов контроля эффективности деятельности человека-оператора в условиях восприятия зашумленных изображений. Материалы, представленные в работе используются в лекционных курсах, читаемых студентам-биологаим и психологам университета, и могут быть полезны для специалистов, интересующихся проблемами изучения центральных механизмов зрительной функции - физиологов, психологов и педагогов.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

  1. Восприятие иллюзорных изображений типа фигур Канизса и оперирование ими обеспечивается интеграцией активности как теменно-затылочных, так и лобно-центральных областей коры больших полушарий.
  2. При восприятии иллюзорных изображений в парадигме Go/NoGo обследования ситуация NoGo требует существенно более дифференцированной работы мозга и организации сложной системы кортикальных взаимодействий, на что указывают изменения как поздних, так и ранних компонентов зрительных ВП.
  3. Восприятие иллюзорных изображений и формирование эффективной ответной реакции в парадигме Go/NoGo обследования связаны с интеграцией нисходящих и восходящих таламо-кортикальных взаимодействий и формированием фронто-париетальной системы с доминированием фронтальных областей.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований докладывались на IV съезде Российского психологического общества (Ростов-на-Дону, 2007); на IV Международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов, включавшей секцию молодых ученых научно-образовательных центров России (Ростов-на-Дону, 2007); на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека» (Ростов-на-Дону, 2008); на заседании секции «Экспериментальная физиология» 1-ой Всероссийской научно-практической конференции (Волгоград, 2008); на XV Международной конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 2009); на заседании Ученого совета НИИ НК им. А.Б. Когана ЮФУ (2010).

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста и состоит из 4 глав, введения, выводов и списка литературы, включающего 60 отечественных и 245 зарубежных источников. Диссертация иллюстрирована 22 рисунком, содержит 11 таблиц.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в т.ч. 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК. Личный вклад автора в опубликованном материале составляет 66%, объемом 0,842 п. л.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В обследованиях принимали участие 27 практически здоровых мужчин (студенты и сотрудники ЮФУ), правшей, в возрасте 23,2 ± 0,8 лет. Испытуемые имели нормальное или скорректированное зрение. Для дальнейшего анализа в соответствии с особенностями их работы и с учетом качества регистрируемой ЭЭГ было отобрано 19 человек.

Стимулы. Стимулы предъявлялись в центре экрана монитора, расположенного на расстоянии 1 м от глаз обследуемого. В качестве стимулов использовались модифицированные фигуры Канизса (Рис. 1) – треугольник (Tallon-Baudry и др., 1996), квадрат (Коршунова, 1998), звезда и нейтральная фигура, которые экспонировались на светло-сером фоне.

 Графическое изображение иллюзорных фигур Угловые размеры стимулов-1

Рис. 1. Графическое изображение иллюзорных фигур

Угловые размеры стимулов составляли 7 градусов. Предъявление стимулов было синхронизовано с кадровой разверткой экрана. Для синхронизации записи использовался светодиодный датчик, фиксирующий момент появления стимула на экране монитора.

Процедура. Обследуемый располагался в кресле, в удобной позе, в звуко- и светоизолированной камере. После темновой адаптации ему предлагалось фиксировать взгляд в центре экрана монитора, где располагался крест.





Обследование включало 3 этапа: 1. Этап - пассивное восприятие зрительных стимулов (PP): стимулы предъявлялись в центре экрана монитора, время экспозиции составляло 200 мс межстимульный интервал от 2 до 5 с, в качестве стимулов использовался квадрат. Испытуемому было необходимо только воспринимать предъявляемые стимулы, моторный ответ не требовался;

2. Этап - простая сенсомоторная реакция (SR): стимулы также предъявлялись в центре экрана монитора, в качестве стимулов использовался квадрат (время экспозиции - 200мс, межстимульный интервал – 2 - 5 с). Испытуемому необходимо было после восприятия предъявляемых стимулов как можно быстрее нажать на кнопку (время реакции фиксировалось).

3. Этап – реакция выбора (Go/NoGo). Каждая серия, включенная в этот этап, начиналась предъявлением в правом верхнем углу экрана монитора эталонного стимула (треугольник, квадрат или звезда), после чего в центре экрана в случайном порядке предъявлялись тестовые стимулы (треугольник, квадрат, звезда, нейтральная фигура). После предъявления 16 тестовых стимулов (серия) эталон менялся (в случайном порядке). Процедура повторялась для каждого эталона не менее 8 раз. Таким образом, каждая из фигур периодически становилась то целевым (Go), то нецелевым (NoGo) стимулом. Время экспозиции эталонного стимула составляло 100 мс, тестового стимула – 200 мс, межстимульный интервал – от 2 до 5 с. Испытуемому необходимо было реагировать на тестовый стимул, совпадающий с эталонным, и игнорировать другие. Схема эксперимента и управление были реализованы программно на ПЭВМ, в памяти которой регистрировались моменты предъявления и тип стимула, а также ответы испытуемого.

Регистрация. ЭЭГ регистрировали с помощью хлорсеребряных электродов непрерывно от 9 отведений, расположенных по системе 10-20% (F3, F4, C3, C4, Сz, P3, P4, O1, O2), усилителем биопотенциалов «Нейровизор БММ» («NEUROBOTICS», Москва). В качестве индифферентного использовался объединенный ушной электрод. Частота квантования сигналов по каждому из каналов составляла 1000 Гц. Частота пропускания усилителей составляла 0,1-250 Гц. Контроль артефактов глазных движений осуществляли с помощью регистрации ЭОГ.

Анализ ВП. Анализ вызванных потенциалов осуществлялся в апостериорном режиме с использованием пакета прикладных программ EEG VISION, разработанного в лаборатории «Нейрофизиологические механизмы психической деятельности» НИИ НК им. А.Б.Когана ЮФУ. После фильтрации ЭЭГ (удалялись частоты до 1 Гц, 50 Гц и выше 18 Гц (Ruchkin, и др.,1978)), для анализа ВП отбирались безартефактные отрезки электрограмм длительностью 1000 мс каждый. Эпоха анализа составляла 900 мс, предстимульный интервал – 100 мс. ВП получали путем усреднения (от 30 до 70) эпох, отобранных для каждой задачи (PP, SR, Go, NoGo) и для каждого типа стимулов – треугольник, квадрат, звезда по каждому из 9 отведений. Ответы, возникающие после предъявления нейтральной фигуры, не анализировались.

Путем усреднения для каждого отведения (для всех обследуемых и всех типов заданий), получали обобщенные ВП (Grand Average), на которых идентифицировали следующие компоненты: P1 (ЛП 30-70 мс), N1 (70-100 мс), P2 (80-150 мс), N2 (150-250 мс), P3a (270-370 мс), P3b (420-550 мс).

Анализировали амплитуду (А) и латентный период (ЛП) выделенных компонентов ВП, статистическую оценку которых, осуществляли с использованием многофакторного дисперсионного анализа (ANOVA/ МANOVA) из пакета прикладных программ Statistica 5. При сравнении выделяли следующие факторы: тип задачи (Т, уровни: PP, SR, Go, NoGo), отведения (L, уровни: F3, F4, C3, C4, Cz, P3, P4, O1, O2), компоненты (Р, уровни: P1, N1, P2, N2, P3a и P3b).

При сравнении компонентов ВП, зарегистрированных на различные иллюзорные фигуры, осуществляли:

1. Сравнение ВП, зарегистрированных внутри одной из задач (Go или NoGo) в ответ на предъявление различных фигур. При этом выделяли следующие факторы: тип стимула (Т, уровни: треугольник, квадрат, звезда), отведения (L, уровни: F3, F4, C3, C4, Cz, P3, P4, O1, O2), компоненты (Р, уровни: P1, N1, P2, N2, P3a, P3b);

2. Сравнение ВП, зарегистрированных в ответ на предъявление одной и той же фигуры (треугольника, квадрата или звезды), но в разных задачах. Выделяли следующие факторы: тип задачи (Т, уровни: Go, NoGo), отведения (L, уровни: F3, F4, C3, C4, Cz, P3, P4, O1, O2), компоненты (Р, уровни: P1, N1, P2, N2, P3a, P3b).

Анализ А и ЛП компонентов ВП осуществляли отдельно. При величине р0,05 различия рассматривались как статистически значимые, при 0,05<р0,08 – как существенные (констатировали наличие жесткого тренда).

Анализ высокочастотной осцилляторной активности. Для анализа высокочастотных компонентов ответа использовали безартефактные отрезки ЭЭГ длительностью 2048 мс (1024 мс – предстимульный период, 1024 мс – после предъявления стимула), в которых предварительно фильтровались частоты от 0 до 1 Гц и 50 Гц. Для идентификации высокочастотных гамма-осцилляций применяли вейвлет-анализ отрезков ЭЭГ. В алгоритме расчетов использовали комплексный вейвлет Морле (Tallon-Baudry и др., 1996, 2005; Tiitinen и др., 1993). Длительность окна вейвлета (Т) была равна 6-ти периодам заданной частоты, использовались косинусная и синусная (действительная и мнимая) его составляющие (Рис. 2).

Анализировался частотный диапазон от 30 до 100 Гц с шагом по частоте 2 Гц. Для этого для каждого вектора на всей эпохе анализа вычислялись значения свертки косинусной (C) и синусной (S) составляющих вейвлета с исходной функцией f(t).

Результаты свертки для первых и последних T/2 отсчетов отбрасывались как нерепрезентативные (T/2 - половина длительности окна вейвлета на частоте сканирования).

Затем определялся модуль полученного вектора:

 Графическое отображение вейвлета Морле, использованного для-3



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.