Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Л.М. Качалова С.Ф. Боголепова В.В. Плыплин
Альфа-ритм и темп усвоения знаний
Для разработки современных обучающих технологий необходимы методы точного измерения скорости обучения. В НИИ психологии обучения и социологии образования СГУ разработан принципиально новый, количественный показатель – темп усвоения знаний (ТУЗ). Экспериментально доказано, что величину показателя ТУЗ определяют такие факторы, как когнитивный стиль, уровень развития интеллекта – особенно вербального [1], а также преобладающий тип вегетативной регуляции [2]. Поиск нейрофизиологических коррелятов ТУЗ привел к заключению, что скорость запоминания соотносится с выраженностью эффекта депрессии альфа-ритма при умственной нагрузке. Был предложен количественный показатель – коэффициент сжатия альфа-ритма (падение амплитуды альфа-ритма в %). По предварительным данным определились его диагностические диапазоны: менее 30% – средний ТУЗ; 30–50% – высокий ТУЗ; свыше 50% – низкий ТУЗ.
Когнитивные процессы во многом зависят от уровня общей, неспецифической активации, которую обеспечивает сложная система активирующих и тормозных структур мозга [3]. Соотношение эффективности обучения и степени неспецифической активации выглядит как куполообразная кривая: наиболее высокие результаты совпадают не с самой высокой активацией, а с ее некоторой средней степенью, получившей название оптимального функционального состояния [4, 5].
Коэффициент сжатия альфа-ритма по сути является количественным показателем уровня неспецифической активации. Поэтому низкий ТУЗ может, по идее, соотноситься не только со слишком высоким, но и со слишком низким коэффициентом сжатия альфа-ритма. Иными словами, диагностические диапазоны коэффициента сжатия альфа-ритма необходимо уточнить.
Для объективной оценки функционального состояния необходимо учитывать и фоновые параметры ЭЭГ [5, 7, 8]. Известна связь между показателями памяти и частотной структурой альфа-ритма [9, 10]. Считается, что альфа-диапазон ЭЭГ подразделяется как минимум на три функционально различных субдиапазона: медленный, средний и быстрый [11]. Субдиапазоны альфа-ритма имеют разное функциональное значение [5, 12], поэтому анализ частотной структуры альфа-ритма даст дополнительную информацию о нейрофизиологической природе показателя ТУЗ.
В данном исследовании предполагалось:
1) уточнить диагностические диапазоны коэффициента сжатия альфа-ритма; проверить гипотезу, согласно которой показатель ТУЗ обусловлен индивидуальным уровнем неспецифической активации мозга;
2) выяснить особенности частотной структуры альфа-диапазона ЭЭГ у испытуемых с разным уровнем ТУЗ.
В эксперименте приняли участие 40 студентов 19–23 лет (15 юношей и 25 девушек).
n
t
Sai — Saiн
k% = 100% ,
Sai
где:
n – количество правильно воспризведенных незнакомых слов (в линках) в последней попытке;
t – суммарное время заучивания во всех трех попытках (в перерасчете на академические часы).
Регистрация и анализ ЭЭГ. Для записи ЭЭГ использовали симметpичные отведения из стандаpтной схемы 10/20: лобные (Fp1 и Fp 2; F3 и F4), центpальные (С3; С4), теменные (P3; P4), височные (Т3; Т4;), затылочные (О1; О2). ЭЭГ pегистpиpовали монополяpно относительно объединенных ушных электpодов. Частота дискретизации – 128 гц, полоса пропускания 0,3–35 гц. ЭЭГ pегистpиpовали 1) в состоянии спокойного бодpствования (фоновая запись); 2) пpи выполнении теста; 3) после завеpшения теста.
Обработка ЭЭГ включала спектральный анализ, картирование амплитуд и мощности основных ритмов ЭЭГ, вычисление коэффициента сжатия альфа-ритма, анализ частотной структуры альфа-ритма.
Коэффициент сжатия альфа-ритма вычисляли по формуле:
Sai — Saiн
k% = 100% ,
Sai
где:
ai н — амплитуда альфа-pитма пpи интеллектуальной нагpузке (н) (в нашем случае i= 1,… N ; N = 12);
ai — амплитуда фонового альфа-pитма (до интеллектуальной нагpузки) по i-му отведению ЭЭГ у того же испытуемого.
При анализе частотной структуры альфа-ритма фоновой ЭЭГ вычисляли сумму амплитуд в каждом из трех частотных субдиапазонов альфа-ритма: 7,5–9,0 гц; 9,0–10,5 гц; 10,5–12,5 гц. Соотношение субдиапазонов альфа-ритма оценивали в процентах (к сумме амплитуд альфа-диапазона в целом).
1. Количественная оценка депрессии альфа-ритма у испытуемых с разным уровнем показателя ТУЗ
Фоновая ЭЭГ всех испытуемых принадлежит к наиболее распространенному типу – с хорошо выраженным альфа-ритмом, максимально представленным в теменно-затылочном отделе коры головного мозга. При измерении ТУЗ у всех испытуемых наблюдается эффект депрессии альфа-ритма: по всем отведениям ЭЭГ амплитуда его заметно снижается.
Степень депрессии альфа-ритма закономерно соотносится с уровнем показателя ТУЗ.
Высокий ТУЗ (более 80 линк/ак. час). К данной группе принадлежат 8 испытуемых с показателем ТУЗ 80–150 линк/ак. час. Коэффициент сжатия альфа-ритма варьирует у них в пределах 15–45%, но при наиболее высоких показателях ТУЗ (100 и выше) занимает достаточно узкий диапазон: 35–45%. Двое испытуемых имеют пограничный, средне-высокий показатель ТУЗ – 80 линк/ак. час, которому соответствуют наиболее низкие значения коэффициента сжатия альфа-ритма (17% и 18%). Таким образом, диапазон коэффициента сжатия альфа-ритма, соответствующий высокому ТУЗ, находится в пределах 25–45%.
Средний ТУЗ (30–80 линк/ак. час). К данной группе принадлежат 23 испытуемых с показателем ТУЗ 33–75 линк/ак. час. Коэффициент сжатия альфа-ритма варьирует у них в пределах 10–60%. При этом значения коэффициента сжатия альфа-ритма группируются в двух диапазонах: 10–30% и 40–60% .
Низкий ТУЗ (меньше 30 линк /ак. час). К данной группе принадлежат 9 испытуемых с показателем ТУЗ 10–30 линк/ак. час. Значения коэффициента сжатия альфа-ритма занимают у них два «фланговых» диапазона: 5–25% и 55–80%.
Соотношение ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма: основная тенденция. На рис. 1 представлен обобщенный график соотношения ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма по всем испытуемым. Прослеживается основная тенденция: высокому ТУЗ соответствует средний, «оптимальный» коэффициент сжатия альфа-ритма; снижение показателя ТУЗ коррелирует либо с уменьшением, либо и с увеличением коэффициента сжатия альфа-ритма.
Рис.1. Соотношение ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма (К%) у всех испытуемых. Аппроксимирующая кривая (черные кружки) получена методом наименьших квадратов
Таким образом, соотношение показателя ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма в целом соответствует куполообразной кривой, которая описывает зависимость успешности обучения от уровня неспецифической активации мозга.
Вместе с тем заметна «зона перекрытия»: в диапазоне 10–30% представлены испытуемые как с низким, так и со средним и даже высоким показателем ТУЗ.
Объяснение «размытости» границ диагностических диапазонов удалось получить при анализе частотной структуры альфа-ритма.
2. Частотная структура альфа-ритма у испытуемых с разным уровнем ТУЗ
По процентному соотношению амплитуд субдиапазонов альфа-ритма определились три основных типа ЭЭГ (рис. 2):
1) со «средним» альфа-ритмом (преобладает частотный диапазон 9–10.5 гц);
2) с «быстрым» альфа-ритмом (преобладают частотные диапазоны 9–10.5 гц и 10–12.5 гц);
3) с «медленным» альфа-ритмом (преобладают частотные диапазоны 7.5–9 гц и 9–10.5 гц).
Рис. 2. Процентное соотношение амплитуд субдиапазонов альфа-ритма (среднее значение и среднее квадратичное отклонение). Три основных типа альфа-ритма: средний (1); быстрый (2); медленный (3)
Тип альфа-ритма и уровень ТУЗ. На рис. 3 показано процентное соотношение трех основных типов альфа-ритма в группах испытуемых с разным уровнем показателя ТУЗ.
В группе испытуемых с высоким ТУЗ в равной степени представлен быстрый и средний тип альфа-ритма; в группе со средним ТУЗ есть все три типа альфа-ритма, представленные приблизительно в равных долях; в группе с низким ТУЗ отчетливо доминирует медленный альфа-ритм.
Таким образом, пропорционально снижению показателя ТУЗ увеличивается процент испытуемых с медленным альфа-ритмом.
1 2 3
Рис. 3. Распределение быстрого, среднего и медленного типов альфа-ритма в группах испытуемых с высоким (1), средним (2) и низким (3) показателем ТУЗ
Соотношение ТУЗ _коэффициент сжатия альфа-ритма у испытуемых с разными типами альфа-ритма. Сопоставление уровня ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма в группах, сформированных по типу ЭЭГ, позволяет в какой-то мере преодолеть «размытость» границ диагностических диапазонов коэффициента сжатия альфа-ритма.
В группе испытуемых со среднечастотным альфа-ритмом соотношение показателя ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма в наибольшей степени приближается к куполообразной кривой (рис. 4). Высокому ТУЗ соответствует диапазон 25–45%, среднему ТУЗ – 10–25% и 45–60%, низкому – менее 25% и более 60%.
Рис. 4. Соотношение показателя ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма (k%) у испытуемых со среднечастотным альфа-ритмом. Аппроксимирующая кривая (черные кружки) получена методом наименьших квадратов
Рис. 5. Соотношение показателя ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма (k%) у испытуемых с низкочастотным альфа-ритмом. Аппроксимирующая кривая (черные кружки) получена методом наименьших квадратов
Для группы испытуемых с медленным, или низкочастотным альфа-ритмом характерно распределение значений коэффициента сжатия альфа-ритма «по флангам», границы между средним и низким ТУЗ – 10% и 60% (рис. 5).
Таким образом, испытуемые с медленным и средним альфа-ритмом формируют наиболее «правильную» часть графика ТУЗ_коэффициент сжатия альфа-ритма, которая в наибольшей степени приближается к куполообразной кривой. Если рассматривать только эти две группы испытуемых, диагностические диапазоны коэффициента сжатия альфа-ритма приобретают следующий вид:
низкий ТУЗ – менее 10% и более 60%;
средний ТУЗ – 10–25% и 45–60%;
высокий ТУЗ – 25–45%.
Своеобразное соотношение показателя ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма прослеживается в группе испытуемых с быстрым, или высокочастотным альфа-ритмом (рис. 6): на графике видна зауженная куполообразная кривая. Это означает, что уровень индивидуальной активации мозга у испытуемых с быстрым альфа-ритмом менее вариабелен, чем у испытуемых с медленным и средним альфа-ритмом.
Кроме того, область оптимального функционального состояния у таких испытуемых сдвинута влево – то есть для эффективного запоминания им требуются меньшие энергетические затраты (напомним, что в данной группе нет испытуемых с низким ТУЗ).
Рис. 6. Соотношение показателя ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма (k%) у испытуемых с высокочастотным альфа-ритмом. Аппроксимирующая кривая (черные кружки) получена методом наименьших квадратов
Таким образом, анализ частотной структуры альфа-диапазона ЭЭГ значительно повышает информативность коэффициента сжатия альфа-ритма.
Результаты исследования обосновывают следующие выводы:
1. Соотношение показателя ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма в целом совпадает с куполообразной кривой, которая описывает зависимость успешности обучения от уровня неспецифической активации мозга.
2. Диагностические диапазоны коэффициента сжатия альфа-ритма имеют «зоны перекрытия»: то есть области его значений, где вероятны как высокий, так и средний или даже низкий ТУЗ.
3. Анализ частотной структуры альфа-диапазона ЭЭГ значительно повышает информативность коэффициента сжатия альфа-ритма. У испытуемых с медленным и средним альфа-ритмом соотношение показателя ТУЗ и коэффициента сжатия альфа-ритма в наибольшей степени приближено к куполообразной кривой.
4. Уровень индивидуальной активации мозга у испытуемых с быстрым альфа-ритмом менее вариабелен, чем у испытуемых с медленным и средним альфа-ритмом.
5. Показатель ТУЗ определяют генетически обусловленные особенности нервных процессов – в частности, индивидуальный уровень неспецифической активации мозга.
6. Коэффициент сжатия альфа-ритма позволяет оценивать индивидуальный уровень активации количественно и может быть применен в различных вариантах мониторинга функционального состояния человека.
Литература
1. Изюмова С.А. Индивидуальная память и процесс обучения // Труды СГУ. М.,1997. Вып. 4.
2. Качалова Л.М., Боголепова С.Ф., Чмыхова Е.В. Нейрофизиологические корреляты темпа усвоения знаний // Труды СГУ. Серия "Психология и социология образования". М., 2001.
3. Лурия А.Р. Внимание и память. М.: Изд-во МГУ, 1975.
4. Mangina C.A., et als. Learning abilities and disabilities – effective diagnosis and treatment // Intern. J. Psychophysiol. 1988. V. 6. P. 79–89.
5. Данилова Н.Н. Психофизиология. М., 1998.
6. Бехтерева Н.П. Здоровый и больной мозг человека. Л., 1980.
7. Ливанов М.Н. Ритмы электроэнцефалограммы и их функциональное значение // Высшая нервная деятельность. 1984. Т. 34. С. 613–626.
8. Жирмунская Е.А. В поисках объяснения феноменов ЭЭГ. М., 1997.
9. Голубева Э.А. Индивидуальные особенности памяти человека: психологическое исследование. М., 1980.
10. Лебедев А.Н. и др. Нейрофизиологические детерминанты элементарных психических процессов // Нейрофизиологические детерминанты процессов переработки информации человеком. М., 1987.
11. Фарбер Д.А., Дубровинская Н.В. Функциональная организация развивающегося мозга // Физиология человека. 1991. Т. 17. С. 17–25.
12. Klimesch W. EEG-alpha rhythms and memory processes // Intern. J. Psychophys. 1997. V. 26. P. 319–340.