Взаимосвязь эффективности решения когнитивных задач при эмоциональном воздействии и мощности ритмов электроэнцефалограммы в состоянии спокойного бодрствования | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 347.

Взаимосвязь эффективности решения когнитивных задач при эмоциональном воздействии и мощности ритмов электроэнцефалограммы в состоянии спокойного бодрствования

Проведено исследование зависимости влияния различных эмоциональных воздействий (эмоциональных слов и эмоциональных изображений, вызывающих положительные и отрицательные эмоции) на эффективность выполнения когнитивных задач, связанных с извлечением информации из долговременной памяти и мыслительных задач от мощности ЭЭГ в различных частотных диапазонах. Обнаружено достоверное увеличение количества правильных ответов при решении задач, связанных с извлечением информации из долговременной памяти при предъявлении эмоциональных стимулов. Установлена взаимосвязь между эффективностью решения когнитивных задач при различном эмоциональном воздействии и мощностью ЭЭГ в различных частотных диапазонах.

Correlation between efficiency of cognitive tasks solving under emotional impactand EEG bands power in calm wakefulness.pdf Актуальность изучения эмоционального воздействияна когнитивные процессы имеет два аспекта: фундамен-тальный и прикладной. Прикладной связан с тем, чторост объема информации в мире приводит к необходи-мости поиска путей оптимизации ее обработки, однимиз которых может стать включение в учебный процессне только когнитивной сферы, но и эмоциональной.Фундаментальный аспект связан с противоречивостьюданных о роли эмоций в эффективности протеканиякогнитивных процессов: установлено влияние эмоцио-нального фактора, но относительно степени и направле-ния этого влияния данные неоднозначны [1, 2].Известно, что реакция человека на эмоциональноевоздействие разного знака может существенно различать-ся. Это обусловлено как различной эмоциональной зна-чимостью каждого конкретного стимула для разных лю-дей, так и разной чувствительностью людей к эмоцио-нальному воздействию одного и того же знака. В литера-туре имеются данные о том, что со спектральными харак-теристиками электроэнцефалограммы (ЭЭГ) может бытьсвязана индивидуальная чувствительность человека кэмоциональному воздействию разного знака [3, 4]. Приэтом корковые механизмы взаимоотношений между раз-личными аспектами активации и знаком эмоциональноговоздействия во многом не известны [5].Целью настоящей работы являлось выявлениевлияния различных эмоций (причем различных нетолько по знаку, но и по тому, вербально или невер-бально выражены эмоции) на мнестическую и мысли-тельную деятельность в зависимости от мощности ЭЭГв различных частотных диапазонах в состоянии спо-койного бодрствования. При этом рассматривалосьизменение количества правильных ответов при различ-ной эмоциональной стимуляции и зависимость данногоизменения от значений мощности спектра ЭЭГ в со-стоянии спокойного бодрствования.Материалы и методики исследованияВ исследовании принимали участие 23 практическиздоровых испытуемых-добровольцев: 12 девушек и11 юношей, студенты томских вузов.Перед регистрацией ЭЭГ оценивали функциональ-ное состояние испытуемых с помощью теста Люшера,затем, с целью стандартизации функционального со-стояния, участникам эксперимента демонстрировалиэмоционально-нейтральный фильм - картины природыв течение 5 мин. После чего проводилась регистрацияэлектрофизиологических показателей: ЭЭГ, КГР, ЭКГ.Электроэнцефалограмму регистрировали ЭЭГ у ис-пытуемых монополярно в 19 стандартных отведенияхпо системе «10-20%», референтные электроды уста-навливались на участок кожи, соответствующий сосце-видным отросткам височной кости, а земляной - посредней линии головы кпереди от Fz. Запись ЭЭГ про-изводилась на энцефалографе-анализаторе ЭЭГА 21/26«Энцефалан 131 - 03», модификация 09, фирмы НКПФ«Медиком МТД», Россия. Частота дискретизации со-ставляла 250 Гц, полоса пропускания - 1,5-70 Гц, ре-жекторный фильтр - 50 Гц.Регистрация ЭЭГ в состоянии спокойного бодрст-вования осуществлялась при закрытых и открытых гла-зах (не менее 20 с в каждом состоянии). Далее испы-туемые выполняли когнитивные задания двух типов:первый - задания, связанные с обращением к долго-временной памяти - определения из школьного курса.Задача испытуемого - выбрать соответствующий опре-делению термин. Второй - подбор омонимов. В по-следнем случае испытуемым предъявлялись два опре-деления, задачей являлось найти понятие, которое со-ответствует им обоим.Исследовали влияние следующих видов эмоцио-нального воздействия на когнитивные процессы: влия-ние эмоционально окрашенных слов (вызывающийположительные и отрицательные эмоции), влияниеэмоционально окрашенных изображений (вызывающийположительные и отрицательные эмоции). Таким обра-зом, ЭЭГ регистрировалась в следующих режимах:1) влияние эмоциональных слов на извлечение инфор-мации из долговременной памяти; 2) влияние эмоцио-нальных изображений на извлечение информации издолговременной памяти; 3) влияние эмоциональныхслов на выполнение мыслительных операций; 4) влия-ние эмоциональных изображений на выполнение мыс-лительных операций. В каждой серии общее числостимулов равнялось 90 (30 положительно эмоциональ-ных, 30 отрицательно эмоциональных, 30 нейтральных(контроль)). Эмоциональные стимулы предъявлялись вслучайном порядке. Последовательность реализациирежимов варьировала у разных испытуемых, чтобыминимизировать влияние утомления на результатыэксперимента. Подробно экспериментальная методикапо исследованию эмоциональной модуляции когнитив-ных процессов описана в статье «Физиологическоеисследование эмоциональной составляющей когнитив-ных процессов» [6].Обработка данных проводилась в программном обес-печении «Энцефалан» - анализ спектральной мощностиЭЭГ. Анализировался участок длительностью около20 480 с, эпоха анализа составляла 2,048 с (минимальновозможная на данном приборе). Анализировали значениямощности в следующих частотных диапазонах: дельта(0,5-4 Гц), тета (4-8 Гц), альфа (8-14 Гц), бета (14-30 Гц),гамма1 (30-40 Гц), гамма2 (40-49 Гц) и гамма3 (51-70 Гц). Далее данные экспортировались в программу«STATISTICA 6.0» для проведения дальнейшего анализа.Для выявления отличий между эффективностьюрешения когнитивных заданий при эмоциональномвоздействии разного типа (вербального-невербального)и знака (положительные эмоции или отрицательные)использовался критерий Вилкоксона парных сравне-ний. Для определения взаимосвязи между значениямимощности ритмов ЭЭГ и количеством правильных от-ветов с эмоциональным воздействием и без него при-менялся коэффициент корреляции Спирмена. Стати-стически значимыми результаты считались при p≤0,05.В качестве количественного показателя правильностиответов испытуемых вычислялся процент правильныхответов от общего их числа для каждого из возможныхсочетаний «тип когнитивного задания - эмоциональноевоздействие».Затем с целью возможности сопоставления эмоцио-нальной модуляции разных когнитивных процессов вы-числялось отношение количества правильных ответов впроцентах при воздействии нейтрального стимула к ана-логичному показателю при воздействии эмоционально-го. Эта процедура связана с тем, что мыслительные опе-рации представляют собой более сложную когнитивнуюдеятельность, чем извлечение информации из долговре-менной памяти, поэтому сравнение абсолютных резуль-татов не представляется возможным.Результаты исследования и обсуждениеАнализ изменения количества правильных ответовпри предъявлении эмоциональных стимулов по срав-нению с нейтральными показал, что отрицательныеэмоциональные изображения вызывают достоверноеувеличение количества правильных ответов у испы-туемых при решении задач, связанных с извлечениеминформации из долговременной памяти. В случае эмо-циональных изображений, вызывающих отрицатель-ные эмоции, различия уровня значимости не достига-ют. При этом сравнение изменения количества пра-вильных ответов при воздействии эмоциональных сти-мулов разных видов выявило значимые отличия дляразличных когнитивных процессовПоказаны достоверные отличия изменения количе-ства правильных ответов при решении задач на памятьи мышление под воздействием эмоционально отрица-тельных изображений. При этом количество правиль-ных ответов в задачах на память достоверно увеличи-вается, а при решении мыслительных задач - снижает-ся (хотя результаты не достигают уровня значимости;рис. 1). Кроме того, показаны достоверные отличиямежду воздействием эмоциональных вербальных сти-мулов разной валентности на эффективность решениязадач на память: хотя оба вида эмоционального воздей-ствия оказывают положительное влияние на эффектив-ность решения такого рода задач, в случае положи-тельной валентности эмоционального воздействия этовлияние выражено более сильно (рис. 2).Рис. 1. Количество правильно выполненных мыслительных и мнестических задач при воздействииотрицательно эмоциональных изображений по отношению к воздействию нейтральных(здесь и далее знаком «*» отмечены статистически значимые отличия (p ≤0,05))Рис. 2. Количество правильно выполненных мнестических задач при воздействии эмоциональных изображенийразного знака по отношению к воздействию нейтральныхАнализ взаимосвязи индивидуальной чувствитель-ности к эмоциональной модуляции разного знака в за-висимости от значений мощности ЭЭГ в различныхчастотных диапазонах показал, что существует взаимо-связь между значениями мощности ЭЭГ и эффективно-стью решения когнитивных заданий при различномэмоциональном воздействии, причем этот эффект име-ет определенную частотную специфичность и специ-фичность по отношению к когнитивной деятельности.Установлено, что чем выше значения мощности вдельта-диапазоне (отведения С4, С3, T3, F7, Cz, Fz), темболее выражено увеличение количества правильных от-ветов при воздействии положительно-эмоциональныхвербальных стимулов. Чем выше мощность в тета- (отве-дения F4, Fp2, Fp1), альфа- (отведения C4, C3, F4, F3, T3)и бета-диапазонах ЭЭГ (отведения O2, P4, P3, C3, F4, F3,Fp1, Fp2, T5, Pz, Fz, Cz), тем сильнее выражено увеличе-ние количества правильных ответов при воздействии по-ложительно-эмоциональных изображений.Обнаружены отрицательные корреляции междузначениями мощности ритмов ЭЭГ в альфа-диапазоне(отведения P4, C4, T5) и изменением количества пра-вильных ответов под воздействием отрицательно эмо-циональных вербальных стимулов (p≤0,05).Для задач, связанных с извлечением информации издолговременной памяти, также обнаружена статисти-чески значимая связь изменения эффективности вы-полнения заданий под воздействием эмоциональныхстимулов и мощности ритмов ЭЭГ. Причем, также каки для мыслительных задач, чем выше показатели мощ-ности ЭЭГ в дельта-диапазоне (отведения F3, F4, T5,F7), тем более сильное влияние оказывает невербаль-ная положительно-эмоциональная стимуляция на вы-полнение заданий на память. То, что отведения, в кото-рых мощность ЭЭГ в дельта-диапазоне положительнокоррелирует с изменением эффективность выполнениязаданий, отличаются для мыслительных задач и задачна память, возможно, связано со спецификой когни-тивной деятельности (p≤0,05)Таким образом, можно говорить о частотной спе-цифичности влияния вербальных стимулов, вызываю-щих положительные эмоции. Помимо этого, обнаруже-ны положительные корреляции между мощностью ЭЭГв дельта-диапазоне и изменением количества правиль-но решенных задач под воздействием отрицательноэмоциональных стимулов: вербальное воздействиекоррелирует с мощностью ЭЭГ в области отведенияO2, невербальное - в области отведений F3 и Fz.Зависимость степени эмоционального воздействия отмощности ЭЭГ в тета-диапазоне при решении задач, свя-занных с извлечением информации из долговременнойпамяти, обнаружена только для отведения Fz при воздей-ствии отрицательно-эмоциональных изображений.В отличие от мыслительных операций, для которыхвлияние эмоционально положительных изображенийбыло связано с мощностью ЭЭГ в тета-, альфа- и бета-частотных диапазонах, при решении задач на памятьвлияние того же типа эмоционального воздействиякоррелирует с мощностью высокочастотных ритмовЭЭГ: бета (P4, T6), гамма1 (T6, Cz, Fz), гамма2 (P4, P3,C4, F4, T6, Pz, Cz, Fz), гамма3 (P4, C4, F4, F3, Fp1, T6,Pz, Cz, Fz).Из вышесказанного можно сделать следующие вы-воды:1. Наблюдается статистически значимое увеличениеколичества правильных ответов при решении задач,связанных с извлечением информации из долговремен-ной памяти при предъявлении отрицательно-эмо-циональных изображений.2. Влияние отрицательно-эмоциональных изобра-жений на эффективность мыслительных операций иизвлечение информации из долговременной памятистатистически значимо отличаются.3. Статистически значимые различия выявлены длявоздействия вербальных стимулов разной валентностина эффективность решения задач на память. Положи-тельные эмоции вызывают более сильное увеличениеэффективности решения задач.4. Мощность ЭЭГ в дельта-диапазоне положительнокоррелирует с изменением количества правильных от-ветов при решении мыслительных задач и задач, свя-занных с извлечением информации из долговременнойпамяти при воздействии положительно-эмоциональныхвербальных стимулов.5. Показана прямая взаимосвязь между изменениемколичества правильных ответов при воздействии эмо-ционально-положительных изображений и мощностьюЭЭГ при решении мыслительных задач в тета-, альфа-и бета-диапазонах ЭЭГ; при решении задач на память -в бета-, гамма1-, гамма2- и гамма3-диапазонах ЭЭГ.

Ключевые слова

мощность, ЭЭГ, эмоциональное воздействие, мышление, память, EEG power, emotional impact, thinking, memory

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Крутенкова Елена ПавловнаТомский государственный университетмладший научный сотрудник лаборатории физиологии высшей нервной деятельности ОСП «Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томского государственного университетаLenk@yandex.ru
Есипенко Елена АлександровнаТомский государственный университеткандидат биологических наук, младший научный сотрудник ОСП «Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томского государственного университетаesipenkoelena@rambler.ru
Светлик Михаил ВасильевичСибирский государственный медицинский университет (г. Томсккандидат биологических наук, старший преподавательmihasv@rambler.ru
Всего: 3

Ссылки

Рейковский Я. Эмоции и познавательные процессы - избирательное влияние эмоций // Экспериментальная психология эмоций. M., 1979. С. 179-212.
Kuchinke L., Jacobs A.M., Grubich C. et al. Incidental effects of emotional valence in single word proccessing // NeuroImage. 2005. №. 28. P. 1022- 1032.
Coan J.A., Allen J.J. Frontal EEG asymmetry as a moderator and mediator of emotion // Biological psychology. 2004. Т. 67, № 1-2. С. 7-49.
Шемякина Н.В., Данько С.Г., Нагорнова Ж.В. и др. Динамика спектров мощности и когерентности ритмических компонентов ЭЭГ при решении вербальной творческой задачи преодоления стереотипа // Физиология человека. 2007. Т. 33, № 5. С. 14-21.
Афтанас Л.И., Рева Н.В. Варламов А.А. и др. Анализ вызванной синхронизации и десинхронизации ЭЭГ при эмоциональной активации у человека: вызванные и топографические характеристики // Журнал высшей нервной деятельности. 2003. Т. 53, № 4. С. 485-494.
Крутенкова Е.П., Есипенко Е.А., Светлик М.В. Физиологическое исследование эмоциональной составляющей когнитивных процессов // Фундаментальные и прикладные аспекты современной биологии: Тр. Том. гос. ун-та. 2010. С. 207-210.
 Взаимосвязь эффективности решения когнитивных задач при эмоциональном воздействии и мощности ритмов электроэнцефалограммы в состоянии спокойного бодрствования | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 347.

Взаимосвязь эффективности решения когнитивных задач при эмоциональном воздействии и мощности ритмов электроэнцефалограммы в состоянии спокойного бодрствования | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 347.

Полнотекстовая версия