Translate this page:
Please select your language to translate the article


You can just close the window to don't translate
Library
Your profile

Back to contents

Psychologist
Reference:

Individual Characteristics of Stable and Unstable EEG Parameters in Terms of Their Relationship with Mental Capacity Indicators

Yatsenko Mikhail Vladimirovich

PhD in Biology

associate professor at Altai State University

656049, Russia, Altai Region, Barnaul, Lenin's prospect, 61, of. 310L

e.yatsenko@mail.ru
Kaigorodova Nadezhda Zakharovna

Doctor of Biology

professor of the Department of General and Applied Psychology at Altai State University

656049, Russia, Altai Region, Barnaul, Lenin's prospect, 61, of. 310L

kaigorodova56@gmail.com

DOI:

10.7256/2409-8701.2017.2.22372

Received:

21-03-2017


Published:

27-04-2017


Abstract: The aim of this work was to study individual characteristics of the relationship between mental health and EEG correlates as indicators of brain functioning. The subject of the research is the mental capacity in terms of the brain functioning. To develop and implement measures for timely diagnosis and correction of fatigue felt by students it is necessary to study the influence of various factors of both endogenous and exogenous nature on the functional state of students's organisms and, above all, on the functional state of the brain. The research methods included visual acuity test by Anfimov, tests offered by Eysenck and Strelau to determine the level of introversino and extraversion, emotional stability and properties of the nervous system, and the method of electroencephalography (EEG). The data obtained indicate that the functional state of the brain which provides high indicators of mental health depends more on external factors that define the initial state of the bioelectric activity of the brain than on endogenous factors, i.e. individual typological features of the person.


Keywords:

EEG, individually-typological features, mental working capacity, extraverts, introverts, the strength of the nervous system, weakness of the nervous system, the mobility of the nervous system, the inertia of the nervous system, students


Современная система вузовского образования характеризуется возрастанием информационной нагрузки, которая не всегда адекватна физиологическим и психологическим возможностям современных студентов, что приводит к истощению ресурсов их организма, снижению эффективности умственной деятельности, развитию утомления и к потере здоровья.

Успешность когнитивных процессов определяется функциональным состоянием мозга [12, 13, 18, 26].

 Для разработки и внедрения мероприятий по своевременной диагностике и коррекции утомления у студентов необходимо изучение влияния разных факторов как эндогенной, так и экзогенной природы на функциональное состояние организма студентов и, прежде всего, на функциональное состояние головного мозга.

Из литературы известно, что существует некий средний (оптимальный) уровень активации коры, который обеспечивает высокие показатели умственной деятельности [1, 7, 22, 25, 28].

На функциональное состояние нервной системы влияют различные факторы: возрастные, половые, индивидуально-типологические особенности испытуемых, особенности деятельности, внешние условия жизнедеятельности [3, 4, 5, 8, 17, 20, 23, 24, 25, 27].

В качестве маркеров функционального состояния мозга используются характеристики биоэлетрической активности мозга, например ЭЭГ- показатели [2, 9, 10, 16, 30], которые как генетически детерминированы [6, 21], так и отражают  влияние ситуативных особенностей обеспечения умственной деятельности [11, 25]. Общепризнанными ЭЭГ-критериями динамики функционального состояния ЦНС являются ее частотно-амплитудные характеристики  [2, 16].

В связи со сказанным целью данной работы явилось исследование индивидуальных особенностей взаимосвязи умственной работоспособности с ЭЭГ-коррелятами функционального состояния головного мозга на примере студентов Алтайского госуниверситета.

Показатели переработки информации оценивались с помощью корректурной пробы Бурдона-Анфимова [19].

Индивиду­ально-типологические особенности определялись с использованием опросников Ай­зенка и Стреляу. По результатам все испытуемые делились на следующие группы:

§ интровертов  и экстравертов;

§ эмоционально стабильных и эмоционально нестабильных;

§ слабых и сильных по процессу возбуждения;

§  слабых и сильных по процессу торможения;

§ с инертной и   подвижной нервной системой;

§ лиц с преобладанием процессов торможения и лиц с преоблада­нием процессов возбуждения.

Электроэнцефалограмма записывалась на совмещенным с компьютером 19-каналь­ном анализаторе электрической активности мозга “Энцефалан-131-01” фирмы “МЕДИКОМ ЛТД” (Россия) перед выполнением студентами теста на умственную работоспособность от 19 отведений, монополярно, по международной системе 10-20, в положении сидя, в состоянии спокойного бодрствования при открытых и закрытых глазах. Референтные электроды крепились к мочкам ушей. Регистрировали четыре основных диапазона составляющих ЭЭГ: дельта 0.3 – 4 Гц, тета 4 – 8 Гц, альфа 8 – 13 Гц, бета 13 – 30 Гц. Запись и предварительную обработку ЭЭГ проводили с использованием программного обеспечения, разработанного для данного прибора.

Определялись следующие характеристики ритмов электроэнцефалограммы:

§ амплитудная плотность – амплитудный спектр с размерностью mkV/Hz;

§ мощностная плотность – спектральная плотность мощности с размерностью mkV2/Hz;

§ доминирующая частота – частота с размерностью Hz, которой соответствует максимальное значение мощности данного ритма.

§ индексы альфа-, бета-, дельта- и тета- ритмов.

Для того, чтобы определить какие же из выявленных особенностей ЭЭГ в большей степени зависят от индивидуальных особенностей, а какие – от внешних условий, было проведено исследование воспроизводимости данных различий в повторных замерах на одних и тех же испытуемых. Воспроизводимость различий оценивалась в четырех замерах, в которых участвовало 19 испытуемых.

На рис. 1 показаны воспроизводящиеся особенности фоновой ЭЭГ исследуемых выделенных групп. В группах интровертов и экстравертов она прослеживается по частоте альфа-ритма, сильных и слабых  относительно процесса возбуждения – по частоте тета- и альфа-ритма, сильных и слабых относительно процесса торможения – по индексу тета- и альфа-ритма, у инертных и подвижных испытуемых – по индексу, амплитудной и мощностной плотности альфа-ритма. Полученные результаты позволяют определить данные различия как характерные для данных индивидуально-типологических особенностей ЭЭГ-показатели, в то время как невоспроизводящиеся различия ­в показателях ЭЭГ мы рассматриваем как  связанные с ситуацией.

Исходя из сказанного, можно предположить, что для интровертов характерен устойчиво более высокий уровень активации коры, по сравнению с экстравертами; для слабых и сильных относительно возбуждения, а также для сильных относительно торможения – специфическое функционирование подкорковых структур (таламус и лимбическая система), определяющих оптимальный уровень активации для индивида; для подвижных – степень синхронизации нейронной активности.

Рис. 1. Воспроизводимость индивидуально-типологических различий в показателях фоновой ЭЭГ.

В группах эмоционально стабильных и эмоционально-нестабильных лиц воспроизводящихся связей обнаружено не было.

Суммируя вышеизложенное можно сделать вывод о том, что особенности функционального состояния мозга человека могут определяться спецификой функционирования структур мозга, которая обусловлена как влиянием внешних факторов, что выражается в невоспроизводящихся паттернах фоновой ЭЭГ, так и устойчивыми особенностями функционирования определенных структур нервной системы, которые проявились в тенденции воспроизведения особенностей фоновой ЭЭГ от замера к замеру.

На следующем этапе работы был проведен корреляционный анализ для выявления взаимосвязи между показателями умственной работоспособности и характеристиками фоновой ЭЭГ в группах лиц с различными индивидуально-типологическими особенностями.

При рассмотрении характера корреляций в исследуемых группах можно выделить связи, которые обусловлены влиянием как внутренних факторов (воспроизводящиеся ЭЭГ-характеристики), так и влиянием факторов экзогенной природы (не воспроизводящиеся ЭЭГ-характеристики) на показатели умственной работоспособности (табл. 1).

Таблица 1

Количество воспроизводящихся и невоспроизводящихся значимых (p<0,05) корреляционых связей с связи с индивидуальными особенностями стдентов

воспр.

невоспр.

интроверты

2

14

экстраверты

1

24

слабые относительно процесса возбуждения

2

22

сильные относительно процесса возбуждения

0

16

слабые относительно процесса торможения

2

15

сильные относительно процесса торможения

3

13

инертные

0

13

подвижные

2

16

эмоционально стабильных

0

17

эмоционально-нестабильных

0

27

Обозначения: воспр. – корреляционные связи с воспроизводящимися показателями ЭЭГ, невоспр. - корреляционные связи с невоспроизводящимися показателями ЭЭГ

Как можно видеть из таблицы 1, число связей с устойчивыми ЭЭГ-характеристиками в исследуемых группах является минимальным в сравнении с числом связей с ЭЭГ-характеристиками, зависящими от ситуации. Малое количество связей между показателями умственной работоспособности и воспроизводящимися особенностями  ЭЭГ свидетельствует о слабом влиянии индивидуально-типологических особенностей исходного состояния головного мозга на результативность умственной деятельности. Наибольшее количество связей проявилось ме­жду показателями умственной работоспособности и невоспроизводящимися ЭЭГ-характери­стиками, что свидетельствует о большей зависимости умственной работоспособности от влияния внешних факторов на момент выполнения задания.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что функциональное состояние мозга, обеспечивающее высокие показатели умственной работоспособности в большей степени зависит от влияния внешних факторов, определяющих исходное состояние биоэлектрической активности головного мозга, чем от индивидуально-типологических особенностей студентов.

Знание об устойчивых ЭЭГ-коррелятах индивидуально-типологических особенностей человека и их связи с успешностью умственной деятельности может использоваться для прогнозирования результативности этой деятельности. В то время как знание о невоспроизводящихся ЭЭГ- показателях позволит разработать способы повышения эффективности умственной деятельности через внешние воздействия на мозг человека. Такой опыт описан в литературе [14].

References
1. Berdnikov D.V. Psikhofiziologicheskie osobennosti regulyatsii tselenapravlennoi deyatel'nosti po vospriyatiyu i vosproizvedeniyu informatsii: Dis… dokt. med. nauk. Kursk, 2016. 378 s.
2. Bykov P.V., Sviderskaya N.E., Baziyan B.Kh. EEG-korrelyaty izmeneniya funktsional'nogo sostoyaniya mozga cheloveka v protsesse tsiklicheskogo dykhaniya / V sb. mat konf. Strukturno-funktsional'nye i neirokhimicheskie zakonomernosti asimmetrii i plastichnosti mozga. M., 2006. Rezhim dostupa: http://www.cerebral-asymmetry.narod.ru/MatConf2006.htm. Data obrashcheniya18.03.2017
3. Varentsova I.A., Chesnokova V.N., Sokolova L.V. Sezonnoe izmenenie psikhofunktsional'nogo sostoyaniya studentov s raznym tipom vegetativnoi regulyatsii serdechnogo ritma // Ekologiya cheloveka. 2011. № 2. Rezhim dostupa: http://www.nsmu.ru/human_ecology/chitat/arhiv.php. Data obrashcheniya18.03.2017
4. Vodolazhskaya M.G., Vodolazhkii G.I. Polovye razlichiya meteochuvstvitel'nosti zdorovykh vzroslykh lyudei, registriruemye na reoentsefalogramme i entsefalogramme // Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya meditsina. 2014. T. 48, № 5. S. 27-32.
5. Vol'f N.V., Tarasova I.V., Razumnikova O.M. Polovye razlichiya v izmeneniyakh kogerentnosti biopotentsialov kory mozga pri obraznom tvorcheskom myshlenii: svyaz' s effektivnost'yu deyatel'nosti // Zhurn. vyssh. nervnoi deyatel'nosti im. I.P. Pavlova. 2009. T. 59, № 4. S. 429-436.
6. Vorob'eva E.V., Khpritonova I.Yu. Genotip-sredovye determinanty moshchnosti ritmicheskikh sostavlyayushchikh EEG pri verbal'no-assotsiativnoi deyatel'nosti // Novye issledovaniya. – 2010. – T. 1, № 23. – S. 5-16.
7. Gladysh A.V., Gorev A.S., Farber D.A. Otrazhenie individual'nykh osobennostei skorosti pererabotki informatsii v parametrakh EEG detei shkol'nogo vozrasta. // Fiziologiya cheloveka. 1995. T. 21, №1. S. 99-110.
8. Gondareva L.N., Ivochkin A.B., Kologreeva E.V. Vliyanie razlichnykh vidov informatsii na veroyatnostnuyu neirodinamicheskuyu strukturu EEG polusharii i umstvennuyu deyatel'nost' studentov // Vestnik meditsinskogo in-ta «REAVIZ»: Reabilitatsiya, Vrach i Zdorov'e. 2011. № 2. S. 12-15.
9. Guseva N.L., Sofronov G.A., Suvorov N.B. Osobennosti dinamiki al'fa-ritma elektroentsefalogrammy i kardioritmogrammy cheloveka pri snizhenii urovnya bodrstvovaniya // Vestnik Rossiiskoi Voenno-meditsinskoi Akademii. 2007. № 3 (19). S. 24-31.
10. Gusel'nikov V.I. Elektrofiziologiya golovnogo mozga. M.: Vysshaya shkola, 1976. 423 s.
11. Kadanev V.A. Vliyanie fizicheskikh nagruzok i estestvennosredovykh faktorov na fizicheskuyu i umstvennuyu rabotosposobnost' studentov: Avtoref. dis… kand. ped. nauk. Sochi, 1999. – 28 s.
12. Karatygin N.A. Elektrofiziologicheskie korrelyaty razlichnoi rezul'tativnosti intellektual'noi deyatel'nosti: Avtoref. dis…kand. biolog. nauk. M., 2015. – 25 s.
13. Kozlova I.Yu. Elektroentsefalograficheskie korrelyaty uspeshnosti kognitivnoi deyatel'nosti : Avtoref. dis… kand. med. nauk. SPb, 2010. – 23 s.
14. Kochegura T.N. Fiziologicheskoe obosnovanie metoda povysheniya rabotosposobnosti cheloveka-operatora s ispol'zovaniem biorezonansnogo vozdeistviya na tsentral'nuyu nervnuyu sistemu: Avtoref. dis…kand. med. nauk. Volgograd, 2006. 23 s.
15. Korobeinikova, I.I. Svyaz' rezul'tativnosti intellektual'noi testovoi deyatel'nosti cheloveka s razlichnymi spektral'nymi kharakteristikami al'fa-ritma fonovoi EEG // Tyumenskii meditsinskii zhurnal. 2014. T. 16, № 3. S. 50-53.
16. Livanov M.N., Rusinov V.S., Simonov P.V. Diagnostika i prognozirovanie funktsional'nogo sostoyaniya mozga cheloveka. M.: Nauka, 1988. 207 s.
17. Litvinova N.A. Rol' individual'nykh psikhofiziologicheskikh osobennostei studentov v adaptatsii k umstvennoi i fizicheskoi deyatel'nosti: Diss…dok. Biol. nauk. Kemerovo, 2008. 260 s.
18. Markin V.V., Markina L.D. Uroven' aktivatsii mozga i uspeshnost' obucheniya // Zdorov'e i obrazovanie v XXI veke. 2008. T.10, № 1. S. 116-117.
19. Mironova E. E. Sbornik psikhologicheskikh testov. Chast' II. Mn.: Zhenskii institut ENVILA, 2006. 146 s.
20. Pavlov K.I., Mukhin V.N., Klimenko V.M. Zavisimost' urovnya aktivatsii kory golovnogo mozga zhenshchin ot razlichnykh ekologicheskikh faktorov // Geofizicheskie protsessy i biosfera. 2015. T. 14, № 4. S. 22-36.
21. Ravich-Shcherbo I.V. Issledovanie prirody individual'nykh razlichii metodom bliznetsov / Psikhologiya individual'nykh razlichii : ucheb. posob. / pod red. Yu.B. Gippenreiter, V.Ya. Romanova. – 2-e izd. M.: CheRo, 2002. S. 233-254.
22. Rozhdestvenskaya V. I. Vliyanie sily nervnoi sistemy i urovnya aktivatsii na uspeshnost' monotonnoi raboty // Voprosy psikhologii. 1973. № 5. S. 49–58.
23. Sviderskaya N.E., Antonov A.G. Vliyanie individual'no-psikhologicheskikh kharakteristik na prostranstvennuyu organizatsiyu EEG pri neverbal'no-divergentnom myshlenii // Fiziologiya cheloveka. 2008.T. 34, № 5. S. 34-43.
24. Filatov M. A., Prasolova A. A., Polukhin V. V., Popov Yu. M. Sistemnyi analiz psikhofiziologicheskikh funktsii uchashchikhsya v usloviyakh deistviya meteofaktorov Yugry // Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologii. Elektronnyi zhurnal Volume: 9 issue: 4. 2015. Rezhim dostupa: http://medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2015-4/00.html
25. Yatsenko M.V. Vliyanie faktorov vneshnei sredy i individual'no-tipologicheskikh osobennostei na umstvennuyu rabotosposobnost' i sostoyanie bioelektricheskoi aktivnosti golovnogo mozga: Avtoref. diss… kand. nauk. Barnaul, 2002. 22 s.
26. Basar E., Basar-Eroglu C. et al., Brain oscillations in perception and memory // Int. Psychophysiol. 2000. Vol. 35 (2-3). R. 95-124.
27. Brummer [et al.] Brain cortical activity is influenced by exercise mode and intensity // Med. Sci. Sports Exerc. 2011. Vol. 43, N 10. P. 1863-1872.
28. Klimesch, W. Alpha-band oscillations, attention, and controlled access to stored information // Trends in cognitive sciences. 2012. Vol. 16, N 12. P. 606-617.
29. Rilk A.J. [et al.] Alpha coherence predicts accuracy during a visuomotor tracking task // Neuropsychologia. 2011. Vol. 49, N 13. P. 3704-3709.
30. Schupp H.T. [et al.] Brain processes in emotional perception: motivated attention // Cognition and emotion. 2004. Vol. 18, N 5. P. 593-611.