Связь гамма-колебаний с уровнем интеллекта и точностью восприятия времени | Вестн. Том. гос. ун-та. 2009. № 321.

Связь гамма-колебаний с уровнем интеллекта и точностью восприятия времени

Обнаружена связь показателей интеллекта и точности восприятия времени с уровнем корковых взаимодействий на частоте гамма-ритма. Установлено, что характер этих связей отличается у юношей и девушек, зависит от состояния человека, частотного диапазона гамма-ритма и способа шкалирования интервалов времени. Полученные данные позволяют предположить, что индивидуальные различия уровня интеллекта и точности восприятия времени могут быть связаны с разной способностью нейронов к функциональному объединению путем синхронизации их активности на частоте гамма-ритма.

Correlation of gamma-oscillations with level of intellect and accuracy of time perception.pdf Изучение нейрофизиологических основ интеллекта является серьезной фундаментальной проблемой. Ее решение имеет важное значение для понимания самой природы интеллекта и формирования на этой основе новых методов повышения интеллектуальных способностей человека, создания искусственного интеллекта.В то же время однозначного ответа на вопрос о том, какие нейрофизиологические механизмы и какие особенности ЭЭГ связаны с интеллектом, нет. Кроме того, значительная часть исследований в этой области направлена на изучение взаимосвязи интеллекта с основными ритмами ЭЭГ частотой от 0,5 до 30 Гц. Вместе с тем известно, что когнитивные процессы (внимание, память, мышление и др.), непосредственно связанные с интеллектом, сопровождаются усилением электрической активности мозга в диапазоне гамма-ритма [1-4]. Поскольку частотные характеристики гамма-ритма близки к импульсной активности нейронов, многие исследователи считают, что пространственная синхронизация их активности на частоте гамма-ритма отражает взаимодействие между нейронными популяциями, включение их в совместную деятельность.Все это позволяет предположить наличие определенной связи между активностью головного мозга на частоте гамма-ритма, с одной стороны, и показателями интеллекта и успешностью выполнения различных видов интеллектуальной деятельности - с другой. Вместе с тем анализ литературы свидетельствует о том, что специальные исследования в этом направлении фактически не проводились. В связи с этим целью настоящего исследования явилось изучение взаимосвязи показателей интеллекта и точности восприятия времени с уровнем корковых взаимодействий на частоте гамма-ритма.В задачу исследования входило:-изучить взаимосвязь показателей интеллекта иточности восприятия времени с уровнем корковыхвзаимодействий в частотных диапазонах ЭЭГ 30-40 Гц,40-19 Гц, 51-60 Гц и 61-70 Гц.-изучить зависимость указанных связей от состоянияи индивидуальных особенностей человека, способа шкалирования интервалов времени и частоты гамма-ритма.МетодикаВ качестве модели интеллектуальной деятельности испытуемым предлагали деятельность, связанную свосприятием коротких интервалов времени. Для решения поставленных задач проведены 2 серии наблюдений с репродукцией и отмериванием коротких интервалов времени (200 и 800 мс) при наличии и в отсутствии обратной связи о результатах деятельности. В исследованиях участвовали добровольцы, практически здоровые юноши (11 человек) и девушки (7 человек) в возрасте от 18 до 22 лет, учащиеся томских вузов. ЭЭГ записывали монополярно с помощью 24-канального энцефалографа-анализатора «Эн-цефалан-131-03» в 15 отведениях по системе 10-20%: F3, F4, Fz, СЗ, С4, С5, С6, Cz, РЗ, Р4, Р5, Р6, Pz, 01, 02. Объединенный референтный электрод устанавливался на мочки левого и правого уха испытуемого, а земляной фиксировался на запястье правой руки. Запись ЭЭГ осуществлялась в покое при закрытых и открытых глазах (не менее 20 с) в начале и в конце опыта, а также при восприятии времени. С целью исключения артефактов, связанных с движением глаз, регистрировали эле ктроокуло грамму. При вводе аналоговых сигналов в ЭВМ частота дискретизации составляла 250 Гц.Интервалы времени в одной серии задавались невербальными стимулами (светлый квадрат со стороной 2 см, появляющийся в центре затемненного экрана монитора), в другой - цифрами (при отмеривании длительности). В качестве сигнала обратной связи использовали выраженную в процентах относительную ошибку репродукции или отмеривания заданного интервала времени. Сигнал ошибки появлялся на 1 с на экране монитора, спустя секунду после воспроизведения или отмеривания каждого интервала времени. При этом размер цифр, характеризующих величину и знак относительной ошибки воспроизведения (отмеривания), соответствовал шрифту 16 в редакторе Word. О точности репродукции или отмеривания интервалов времени судили по величине и модулю относительной ошибки воспроизведения (отмеривания). Интервалы времени предъявлялись многократно и в случайном порядке. Их длительность воспроизводилась и отмеривалась двойным нажатием на клавишу пробел.В ходе предварительного обследования с помощью графического, математического и лингвистического тестов Г. Айзенка исследовали вербальный (ВИ) и невербальный интеллект (НИ) [5].177Для анализа выбирали 4-секундные отрезки записи ЭЭГ, лишенные артефактов. Выбранный участок ЭЭГ обязательно включал этап предъявление стимула, этап отмеривания или воспроизведения заданного интервала времени, а, в случае режимов с обратной связью, также этап предъявление сигнала ошибки. О пространственной синхронизации электрической активности мозга на различных частотах гамма-ритма судили по результатам когерентного анализа. При этом подсчитывали средние значения функций когерентности в частотных диапазонах ЭЭГ 30-40 Гц, 40-49 Гц, 51-60 Гц и 61-70 Гц. При анализе связей между уровнем корковых взаимодействий, показателями интеллекта и точности восприятия времени подсчитывали ранговый коэффициент корреляции Спирмена (ККС). Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета прикладных программ «Statistica-6.0».Результаты исследования и их обсуждениеРезультаты изучения взаимосвязи показателей интеллекта с уровнем корковых взаимодействий на частоте гамма-ритма. В состоянии спокойного бодрствования характер корреляций НИ, который оценивалсяс помощью графического теста, с уровнем корковых связей на частотах гамма-ритма у мужчин и женщин не одинаков. У мужчин значимые корреляции этих показателей обнаружены практически во всех исследуемых частотных диапазонах ЭЭГ. При этом у мужчин в диапазоне 30-40 Гц НИ положительно коррелирует с уровнем правополушарной когерентности и когерентными связями между областью вертекса и областями коры правого полушария, а в диапазоне 61-70 Гц - с межполушарной когерентностью и когерентными связями между зоной вертекса и корковыми областями правого полушария. В диапазоне 40-49 Гц и 51-60 Гц преобладают отрицательные корреляции НИ с уровнем когерентности в левом полушарии. Отрицательные корреляции НИ обнаружены также с когерентными связями между областью вертекса и различными зонами коры левого полушария (рис. 1).У женщин в состоянии спокойного бодрствования значимые корреляции НИ с уровнем когерентности обнаружены только в двух диапазонах: 30^4-0 Гц и 40-49 Гц. По сравнению с мужчинами, эти корреляции немногочисленны (4), в основном положительные и касаются связей между областью вертекса и различными корковыми областями правого полушария.Рис. 1. Корреляция невербального интеллекта с уровнем корковых связей на частотах гамма-ритма в состоянииспокойного бодрствования у мужчин: А - ъ частотном диапазоне 30-40 Гц; Б - 40-49 Гц; В - 51-60 Гц; Г-61-70 Гц.Сплошной линией показаны корковые связи, с которыми обнаружены статистически значимые положительные корреляцииневербального интеллекта, пунктирными - отрицательные корреляцииПри восприятии времени у мужчин обнаружена преимущественно положительная корреляция НИ с уровнем корковых связей на частотах гамма-ритма. Для всех режимов восприятия времени характерно заметное увеличение числа значимых корреляций с повышением частоты гамма-ритма до 51-60 Гц. В диапазоне 61-70 Гц наблюдается некоторое снижение числа значимых корреляций между изучаемыми показателями. Во всех режи-мах восприятия времени наибольшее количество значимых корреляций обнаружено между НИ и уровнями межполушарной и правополушарной когерентности. Сравнение различных режимов восприятия времени показало, что максимальное число значимых корреляций между НИ и показателями когерентности наблюдается при репродукции интервалов времени в отсутствии и при наличии обратной связи о результатах деятельности,178а минимальное - при отмеривании длительности тех же интервалов без обратной связи (рис. 2).У женщин, как и у мужчин, корреляции между НИ и показателями когерентности в основном положительные,но количество этих корреляций значительно меньше. В частности оказалось, что при восприятии времени без обратной связи о результатах деятельности количество корреляций меньше, чем при ее наличии (рис. 3).Воспроизведение без обратной связиОтмеривание без обратной связиg|_йЖX ■го~Щ■1аJj1 А1J30-4040-5051-60 61-70Частотные диапазоны, Гц□ г ■ кDV-Isv-rш30-40 40-5051-60 61-70Частотные диапазоны, ГцII □ г ■ l-rDV-IHv-rВоспроизведение с обратной ев язьюОтмеривание с обратной ев язьюQ|IIIР1 ,язнI Г1!Дол JI P -f.30-4040-5051-60 61-70Частотные диапазоны, ГцEOlп г ■ кDV-Iн v-rО|_0язниъ1 JДол п Р-Ь| Р1 130-4040-5051-60 61-70Частотные диапазоны, ГцE3Iпг ■ к□ V-I HV-ГРис. 2. Корреляция невербального интеллекта с показателями когерентности при восприятии времени у мужчин.На оси ординат отложена доля значимых коэффициентов корреляции Спирмена в процентах от максимально возможного их числа.Горизонтальные линии на рисунках соответствуют уровням 20, 40, 60, 80 и 100%./ - доля значимых корреляций интеллекта с уровнем левополушарных связей; г - доля значимых корреляций интеллектас уровнем правополушарных связей; г-1 - доля значимых корреляций интеллекта с уровнем межполушарных связей;v-l - доля значимых корреляций интеллекта с уровнем связей между областью вертекса и корковыми областями левого полушария;v-r - доля значимых корреляций интеллекта с уровнем связей между областью вертекса и корковыми областями правого полушарияВоспроизведение без обратной связиОтмеривание без обратной связиftH0I■ к □ v-l Hv-rл_ПЕ^_0|пг■ l-rnv-lsv-r30-40 40-50 51-60 61-70 Частотные диапазоны, Гц30-4040-5051-60 61-70Частотные диапазоны, ГцВоспроизведение с обратной ев язьюОтмеривание с обратной ев язью101•·г ■ к•·v-l ы v-r•·о_йSязн]кИ щ-ц-пУпг ■ к□ v-l Hv-r30-40 40-50 51-60 61-70 Частотные диапазоны, Гц30-40 40-50 51-60 61-70 Частотные диапазоны, ГцРис. 3. Корреляция невербального интеллекта с показателями когерентности при восприятии времени у женщин(условные обозначения - на рис. 2)179Значимые корреляции между ВИЬ который оценивался по результатам лингвистического теста, и показателями когерентности в состоянии спокойного бодрствования как у мужчин, так и у женщин единичны -их значительно меньше, чем с НИ.При восприятии времени характер корреляций ВИ] с показателями когерентности у мужчин и женщин отличается. У мужчин во всех исследованных режимах восприятия времени наибольшее количество значимых корреляций наблюдается в диапазоне 61-70 Гц, а при отмеривании длительности с обратной связью - еще и в диапазоне 51-60 Гц (рис. 4).У женщин при воспроизведении длительности без обратной связи в трех из четырех исследованных частотных диапазонах (исключение - диапазон 40-49 Гц) обнаружены значимые корреляции между ВИ] и пока-зателями когерентности. При воспроизведении длительности с обратной связью, наибольшее количество значимых корреляций наблюдается в частотных диапазонах 40-50 Гц и 51-60 Гц. Это характерно для всех исследуемых корковых областей. При отмеривании длительности без обратной связи наблюдается та же картина, что и при воспроизведении длительности с обратной связью, но количество значимых корреляций в диапазоне 40-50 Гц несколько выше, а в диапазоне 30^4-0 Гц, наоборот, ниже. При отмеривании длительности с обратной связью о результатах деятельности наибольшее количество значимых корреляций обнаружено в диапазонах 61-70 Гц и 40-49 Гц. Причем, чем выше ВИЬ тем выше уровень когерентности в левом полушарии и выше уровень связей между вертексом и корковыми областями левого полушария (рис. 5).Воспроизв едение без обратной связиi. ГС - т. Ui 4 □ I □ г ■ к □ V-I Hv-r „П га п.н Н\\ 30-40 40-49 51-60 61-70 Чэстотныедиапазоны, ГцВоспроизв едение с обратной ев язьюДолязначимьк ККС El □ г ■ к □ V-I н v-r ген п МI 30-40 40-49 51-60 61-70 Частотные диапазоны, ГцОтмеривание без обратной ев язиДолязначимьк ККС □ г ■ к □ V-I н v-r 1гт „ - Ш 30-40 40-49 51-60 61-70 Частотные диапазоны, Гц Отмеривание с обратной связью•·I•·г ■ к•·v-l н v-r•·юй•·40-4951-6061-70•·Частотные диапазоны, Гц•·Рис. 4. Корреляция вербального интеллекта (лингвистический тест) с показателями когерентности при восприятии времени у мужчин (условные обозначения - на рис. 2)•·Воспроизведение без обратной связи•Отмеривание Вез обратной ев язи•·•·Sl•·30-40•·•·40-49•51-60•·61-70•·Частотные диапазоны, Гц•·ЕЛ |•·□Г•·■ к•·□v-l•Hv-r•·g_йязнwДоли яIа !!пm га30-4040-4951-6061-70Частотные диапазоны, Гц•·I•·г ■ к•v-l н v-r□Воспроизв едение с обратной ев язьюii ■ z ■ s X го ел Ell ■ Г ■ к □ v-l HV-Г кя iп н 30-40 40-49 51-60 61-70 Частотные диапазоны, ГцОтмериваниес обратной связьюУЛЫК гs sязн|

Ключевые слова

time perception, cortical interaction, gamma activity, intellect, восприятие времени, корковые взаимодействия, интеллект, гамма-ритм

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Крутенкова Елена ПавловнаТомский государственный университетаспирант кафедры физиологии человека и животных Биологического институтаlen-k@yandex.ru
Бушов Юрий ВалентиновичТомский государственный университетдоктор биологических наук, старший научный сотрудник, заведующий кафедрой физиологии человека и животных Биологического институтазаведующий лабораторией высшей нервной деятельности НИИ биологии и биофизики Томского государственного университетаbushov@bio.tsu.ru
Светлик Михаил ВасильевичТомский государственный университетаспирант кафедры физиологии человека и животных Биологического институтаmihasv@rambler.ru
Всего: 3

Ссылки

Бушов Ю.В., Ходанович М.Ю., Иванов А.С, Светлик М.В. Системные механизмы восприятия времени. Томск: Изд-во ТГУ, 2007. 150 с.
Свидерская Н.Е., Королькова Т.А. Пространственная организация ЭЭГ и индивидуальные психологические характеристики // Журнал высшей нервной деятельности. 1996. Т. 46, № 4. С. 689-698.
Свидерская Н.Е., Королькова Т.А. Влияние свойств нервной системы и темперамента на пространственную организацию ЭЭГ // Журнал высшей нервной деятельности. 1996. Т. 46, № 5. С. 849-858.
Свидерская Н.Е. Синхронная электрическая активность мозга и психические процессы. М.: Наука, 1987. 156 с.
Crick F., Косh Сh. Аrе wе aware оf nеurа1 асtivity in ргimary visual соrtех? // Nature. 1995. Vol. 375, № 11. Р. 121-123.
Рu1vеrmullеr F., Рriessl Н., Lutzenüеrger W. Sресtrаl responses in the gamma-band: рhуsiologiса1 signs of hidher cognitive processes? // Neuro Rероrt. 1995. Vol. 6. Р. 2057-2064.
Айзенк Г.Ю. Классические IQ тесты. М.: ЭКСМО-Пресс, 2001. 192 с.
Singer W. Response synchronization of cortical neurons: an epiphenomenon or solution to the binding problem? // Ibro News. 1991. Vol. 19, № 1. P. 6-7.
Данилова Н.Н., Астафьев С.В. Внимание человека как специфическая связь ритмов ЭЭГ с волновыми модуляторами сердечного ритма // Журнал высшей нервной деятельности. 2000. Т. 50, вып. 5. С. 791-803.
 Связь гамма-колебаний с уровнем интеллекта и точностью восприятия времени | Вестн. Том. гос. ун-та. 2009. № 321.

Связь гамма-колебаний с уровнем интеллекта и точностью восприятия времени | Вестн. Том. гос. ун-та. 2009. № 321.

Полнотекстовая версия