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

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

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].