Медицина

Видеть реакцию мозга важно для поддержания концентрации внимания

Graz University of Technology

Исследователи использовали интерфейс «мозг – компьютер» с демонстрацией на мониторе реакций мозга человека, чтобы узнать, можно ли сразу и без тренировок снизить уровень умственной усталости. Оказалось, что возможно, но ненадолго. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ). Статья ученых опубликована в журнале Nonlinear Dynamics.

Известно, что, выполняя монотонные и однообразные задания в течение долгого времени, человек быстро устает. Результаты исследований активности головного мозга говорят о том, что наряду с общей усталостью снижается эффективность работы сенсорных систем головного мозга: зрительной, слуховой и других. Это происходит из-за того, что мозг непрерывно обрабатывает поступающую в него информацию и концентрируется на решении поставленных задач. Такое состояние известно как когнитивное утомление.

Это одна из причин, из-за которых снижается уровень концентрации внимания во время выполнения задач в условиях высокой нагрузки на мозг. Поэтому очень важно максимально уменьшить его влияние на человека. В первую очередь это касается водителей, пилотов, диспетчеров, ведь они должны обрабатывать большие объемы сенсорной информации и поддерживать высокую концентрацию в течение долгого времени.

Исследователи из Саратовского государственного технического университета (СГТУ) и Технического университета Мадрида провели эксперимент, в котором попытались выяснить, возможно ли снизить уровень когнитивного утомления моментально и без тренировок. Для этих целей ученые использовали интерфейс «мозг – компьютер» с биологической обратной связью — технологией, которая позволяет испытуемым обучаться, наблюдая сигналы собственного мозга. Перед участниками эксперимента поставили простую задачу — классифицировать неоднозначные изображения, выбирая один из двух возможных вариантов. Изображения показывались на экране монитора в течение короткого промежутка времени, ~1 сек. За это время испытуемый должен был принять решение и нажать на соответствующую кнопку на джойстике. Всего эксперимент длился около 40 минут, в течение которых было показано 300 изображений. Во время эксперимента регистрировали электрическую активность мозга в затылочной и теменной коре, на основании которой определяли амплитуду нейронного отклика – показатель, напрямую связанный с эффективностью работы зрительной сенсорной системы.

В начале эксперимента участников разделили на две группы. Первая, контрольная, дважды участвовала в эксперименте без обратной связи. Вторая группа, экспериментальная, прошла первый эксперимент без обратной связи, а второй – с ее использованием. Оказалось, что в отсутствие биологической обратной связи в обеих группах амплитуда нейронного отклика меняется периодически: то увеличивается, то уменьшается. График зависимости при этом напоминает волну. Это говорит о том, что нейроны, задействованные в восприятии и обработке визуальной информации, могут эффективно работать без перерыва в течение ограниченного промежутка времени (тогда амплитуда повышается), после чего им нужно время на восстановление (амплитуда снижается). Ученые предложили реализовать обратную связь через аудиосигнал, который говорит испытуемому о том, что амплитуда нейронной активности снижается.

Включив обратную связь в экспериментальной группе, ученые обнаружили, что средняя длина интервалов с высокой амплитудой нейронного отклика увеличивается примерно в полтора раза. При этом абсолютное значение амплитуды в течение этого интервала уменьшается по сравнению с экспериментом без обратной связи. По словам ученых, увеличение когнитивного ресурса должно сопровождаться изменениями структуры мозга, которые, согласно результатам ранее опубликованных работ, происходят после нескольких недель тренировок.

«Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что присутствует моментальный эффект биологической обратной связи: увеличивается время непрерывной работы нейронов области мозга, отвечающей за распознавание визуальной информации, — говорит автор работы Александр Храмов. — Мы предполагаем, что для поддержания способности эффективно обрабатывать информацию в течение долгого времени мозг регулирует число нейронов, вовлекаемых в этот процесс. Если биологической обратной связи нет, в обработку сразу вовлекается большое число нейронов, и амплитуда нейронного отклика резко возрастает и затем начинает уменьшаться. Когда биологическая обратная связь включается, информация обрабатывается меньшим (оптимальным) числом нейронов, средняя амплитуда отклика при этом уменьшается, а время непрерывной работы увеличивается».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.