• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Психофизиологическое исследование адаптивных механизмов когнитивного контроля

Приоритетные направления развития: гуманитарные науки
2017

Объект исследования:

Настоящее психофизиологическое исследование направлено на раскрытие мозговых механизмов когнитивного контроля – комплекса взаимосвязанных процессов, управляющих целенаправленным поведением.

Цель работы:

В фокусе настоящего исследования – поиск и описание скрытых механизмов адаптивного принятия решения в системе когнитивного контроля.

Используемые методы и эмпирическая база исследования:

В ходе настоящего исследования проводилась регистрация магнитоэнцефалограммы и электроэнцефалограммы при выполнении разработанных нами задач, основанных на конденсационной парадигме. Данная экспериментальная задача создает высокую когнитивную нагрузку и хорошо зарекомендовала себя в предыдущих исследованиях нашей лаборатории. В общей сложности проведено три психофизиологических эксперимента. Участники экспериментов привлекались на добровольной основе среди студентов ВШЭ, а также через социальные сети.

Применены современные передовые математические и статистические методы обработки психофизиологических сигналов, таких как частотно-временной анализ, беспороговое усиление кластеров, оценка минимальной нормы, анализ общих пространственных паттернов, анализ корреляций на уровне совокупности отдельных реализаций экспериментальной задачи, и анализ фазовой синхронизации между областями мозга.

Результаты работы:

При выполнении настоящего исследования получены следующие основные результаты.

Впервые доказана возможность исследования тета-осцилляций при выполнении задачи в контексте когнитивного контроля с помощью метода магнитоэнцефалографии. При этом впервые непосредственно доказана распределенная локализация тета-эффектов в коре больших полушарий, выходящая за пределы медиальной фронтальной коры больших полушарий, которая считалась единственным источником тета-осцилляций, связанных с процессами когнитивного контроля.

Впервые показано, что при решении задачи испытуемыми с научением по типу проб-и-ошибок, сигнал обратной связи несет две функции, каждая из которых имеет свои пространственно-временные проявления в мозговой активности: реакция на сигнал обратной связи без учета знака (неспецифическая реакция, связанная с реализацией «необходимости в когнитивном контроле») и реакция на сигнал обратной связи с учетом знака (специфическая реакция, запускающая адаптивные перестройки после отрицательного сигнала).

Впервые показано, что метод общих пространственных паттернов применим для изучения когнитивного контроля. С помощью данного метода мы обнаружили корреляты эффекта обратной связи на медленных ошибочных поведенческих ответах, совершенных в состоянии высокой внутренней неопределённости. Таким образом подтверждается высказанная нами ранее гипотеза о том, что при медленных поведенческих ответах возможна только внешняя детекция результата действия по сигналу обратной связи.

С помощью комплекса инновационных методов математического анализа электроэнцефалографического и магнитоэнцефалографического сигналов исследована и описана детальная картина мозговых процессов когнитивного контроля в процессе реализации задачи с высокой когнитивной нагрузкой. В частности, показано, что выраженность фронтальных тета-осцилляций в медленных реализациях с правильным ответом положительно коррелировала со временем реакции. Медленные ответы характеризуются сбоями внимания и состоянием внутренней неопределенности, способствующими нарушению процессов сенсорной обработки и интеграции информации о связи стимул-реакция для принятия решения. Тем самым, усиленные тета-осцилляции средней линии перед реакцией могут отражать сильное вовлечение когнитивных ресурсов для выбора действия в состоянии внутренней неопределенности.

С помощью разработанного нами метода регистрации ответов с помощью компьютерной мыши впервые показано, что время начала движения влияет на амплитуду компонента ERN («негативность, связанная с ошибкой»), а время движения мыши влияет на амплитуду компонента Pe («позитивность, связанная с ошибкой»). Это позволяет нам разделить два вида внутренней неопределенности, одна из которых наблюдается перед поведенческим ответом, а другая – после нее.

Новизна, значимость и практическая применимость результатов:

Настоящее исследование отличалось новизной в методологическом отношении: применены новые экспериментальные подходы, направленные на анализ скрытых механизмов адаптивного принятия решения.

Актуальность настоящего исследования имеет прежде всего фундаментальный характер, так как наша работа направлена на изучение глубинных нейрокогнитивных механизмов, определяющих точность и скорость выполнения человеком текущих задач, а также механизмов, обеспечивающих гибкость и адаптивность поведения человека при решении стоящих перед ним задач.

Данная тема несет в себе также значимость для решения ряда прикладных задач, включая оптимизацию труда в науке, образовании, производстве, транспорте, а также разработку систем искусственного интеллекта.

Исследование механизмов адаптивных изменений в мозге, происходящих после ошибок, может найти важное практическое применения для разработки средств обучения во многих профессиональных сферах, включая обучение иностранным языкам, обучение операторской деятельности (включая управление транспортом), и др.

Публикации по проекту:


Chernyshev B. V., Novikov N., Bryzgalov D. V., Nurislamova Y., Zhozhikashvili N. Cognitive control: novel brain mechanisms revealed by time-frequence analysis of the electroencephalogram under experimental tasks involving high attentional load, in: International Congress "Neuroscience for Medicine and Psychology", Sudak, Crimea, Russia, May 30-June 10, 2017. , 2017. P. 445-446.
Медведев В. А., Разоренова А. М., Тюленев Н. Б., Халмуратов Р., Чернышев Б. В. Метод регистрации и анализа ответов испытуемых по траектории движения компьютерной мыши: можно ли сшить семь шапок из одной шкуры? // В кн.: Когнитивная наука в Москве: новые исследования. Материалы конференции 15 июня 2017 г. [б.и.], 2017. С. 527-532.
Чернышев Б. В., Новиков Н. А., Нурисламова Ю. М., Жожикашвили Н. А., Брызгалов Д. В. Мозговые механизмы когнитивного контроля: электроэнцефалографическое исследование с применением частотно-временного анализа. // В кн.: Материалы XXIII съезда Физиологического общества им. И. П. Павлова (18-22 сентября 2017 г., г. Воронеж). Воронеж : Истоки, 2017. С. 980-982.
Nurislamova Y., Zhozhikashvili N., Novikov N., Chernysheva E. G., Khalmuratov R., Chernyshev B. V. Response time is related to attention and certainty: evidence from response-related and feedback-related electroencephalographic oscillatory activity, in: 57th Society for Psychophysiological Research (SPR) Annual Meeting (October 11-15, 2017, Vienna, Austria) Vol. 54. Wien : Psychophysiology, 2017. P. 69-70.
Nurislamova Y., Zhozhikashvili N., Novikov N., Chernyshev B. V. Enhanced inter-site coherence reflects post-feedback adjustments in situations of high outcome uncertainty, in: VII International Conference Aspects of Neuroscience, Warsaw, Poland (November 24-26). Warsz. : Faculty of Biology University of Warsaw, 2017. P. 89-90.
Zhozhikashvili N., Nurislamova Y., Novikov N., Chernyshev B. V. Oscillatory modulations in theta and beta band dissociate two types of responses in auditory condensation task, in: VII International Conference Aspects of Neuroscience, Warsaw, Poland (November 24-26). Warsz. : Faculty of Biology University of Warsaw, 2017.

См. также

Ключевые слова