Современные технологии в медицине

У когнитивной науки короткая история и продолжительное прошлое. В ее нынешнем виде и с этим названием она сформировалась во второй половине прошлого века для решения самых сложных задач мировой науки: поиска механизмов и закономерностей функционирования сознания. Это принципиально междисциплинарное направление исследований и разработок, которое объединяет специалистов по когнитивной психологии, лингвистике, психо- и нейрофизиологии, неврологии и психиатрии, биохимии, генетике, искусственному интеллекту, математической физики, логике и философии познания. Единая цель диктует необходимость согласования парадигм, подходов и методов научного исследования и на этой основе - создания новых когнитивных технологий, уже сегодня или в ближайшем будущем способных преобразовать традиционные принципы изучения и коррекции элементарных и высших когнитивных функций человека. Это прямо относится и к сфере медицины, особенно в условиях все большего ужесточения требования, предъявляемых к здоровью человека условиями жизни в нынешнем мире. Очевидно, что современные технологии невозможны без новой методологии. Именно поэтому было принято решение сформировать специальный тематический номер журнала «Современные технологии в медицине». Руководство Межрегиональной ассоциации когнитивных исследований (МАКИ) - профессионального объединения когнитивистов России - признательно редакции журнала за сотрудничество и возможность познакомить читателей с широким спектром прикладных исследований когнитивной сферы. В данном выпуске представлены обзоры, концептуальные статьи, оригинальные исследования и технологические разработки. Некоторые из этих разработок уже готовы для внедрения в клиническую практику, для других показаны ближайшие или более отдаленные перспективы. Речь идет в основном о российских исследованиях, однако выпуск в полной мере является международным: среди авторов статей - ученые из Бельгии, Великобритании, Германии, Испании, США и Финляндии.

Когнитивная наука является одним из наиболее быстро растущих сегментов современных междисциплинарных исследований, посвященных изучению функций сознания и реализующих эти функции механизмов мозга. Одним из важнейших результатов развития когнитивной науки в последнее время стало появление ряда новых дисциплин (когнитивная эргономика и нейроэргономика, нейроэкономика, нейромаркетинг) и целого класса технологических приложений в медицине и смежных областях науки. В нашей стране эти работы ведутся в рамках Межрегиональной ассоциации когнитивных исследований (МАКИ) и на базе Национального исследовательского центра «Курчатовский институт». Авторы данной статьи - сотрудники НИЦ «Курчатовский институт», руководители МАКИ: член-корреспондент РАН Б.М. Величковский - основатель и первый президент МАКИ (2006-2010 гг.) и В.Л. Ушаков - действующий президент с 2018 г. В статье дан обзор текущих нейрокогнитивных исследований, объединяющих фундаментальные вопросы с практическими приложениями. Описаны результаты ведущихся в НИЦ «Курчатовский институт» работ, направленных на создание новых видов человеко-машинных интерфейсов, которые призваны заменить в ближайшее время традиционные графические интерфейсы пользователя, созданные на раннем этапе когнитивной науки. Эти работы в значительной степени связаны с изучением особенностей зрительного внимания и произвольного глазодвигательного поведения человека. Представлены методы и результаты изучения макромасштабных механизмов мозга. Современные методы, такие как ультрабыстрая функциональная магнитно-резонансная томография и динамическое каузальное моделирование, позволяют в полностью неинвазивном режиме восстанавливать картину причинно-следственных взаимодействий структур головного мозга человека при решении тех или иных задач и в базовом для сознания человека состоянии бодрствующего покоя. С помощью этих методов удалось впервые изучить взаимодействия механизмов мозга, относящихся к различным эволюционным уровням его организации, а именно древнейшей, древней, новой и новейшей коре. Примером первой служит гиппокамп, а последней - фронтополярные области лобных долей. В результате получены новые данные по асимметрии головного мозга человека в норме и патологии, указывающие на важность межполушарной асимметрии с правополушарным доминированием эффективных (причинно-следственных) связей в состоянии покоя при нормальном функционировании мозга и сознания человека. Авторы подчеркивают, что особенности макромасштабной организации могут и должны быть соотнесены с молекулярными механизмами соответствующих нейросетей головного мозга человека. Приводятся результаты изучения особенностей экспрессии белок-кодирующих генов во фронтополярных отделах лобной коры. Эти исследования также выявили правостороннее доминирование, но на этот раз по количеству экспрессирующихся генов, которые оказались связанными с риском шизофрении. При этом не было обнаружено связи с основными нейродегенеративными заболеваниями. Диагностика сознания всегда играла важнейшую роль в медицине. По сегодняшний день коммуникативный контакт с пациентом остается основным тестом сохранности сознания. Одновременно растет значение объективных методов. Приводятся аргументы, свидетельствующие о том, что моделирование сознания и соответствующая имплементация представляют собой важнейшее условие дальнейшего развития работ в области когнитивных технологий и машинного «интеллекта».

Ключевые слова

В осуществлении когнитивных функций мозга участвует ритмическая тета- и гамма-активность, регистрируемая в неокортексе и гиппокампе; при многих нейрологических и психиатрических заболеваниях выявлены нарушения этой активности. Болезнь Альцгеймера (БА) и височная эпилепсия (ВЭ) являются наиболее распространенными формами нейродегенеративных заболеваний, характеризующимися прогрессивными нарушениями познавательных функций. Для успешного лечения этих заболеваний очень важна их ранняя диагностика. проведено множество исследований для выявления признаков развития данных патологий, однако в настоящее время остается большая потребность в таких методах, которые выявляли бы изменения функционирования мозга в миллисекундных интервалах времени, чтобы получить информацию о специфических когнитивных нарушениях. В настоящем обзоре рассматриваются литературные данные, показывающие, что когерентный анализ ритмической тета- и гамма-активности может быть использован при ранней диагностике БА и ВЭ. Эти данные демонстрируют, что в мозге с развивающимся эпилептическим очагом наблюдаются специфические нарушения когерентности тета- и гамма-осцилляций во многих нейронных сетях мозга: гиппокампальной, гиппокампально-энторинальной, гиппокампально-префронтальной и гиппокампально-септальной. На моделях БА обнаружены значительные изменения тета-гамма-когерентности в субикулуме - структуре, являющейся выходной структурой для гиппокампа; выявлены также нарушения когерентности тета- и гамма-осцилляций в гиппокампально-париетальной и гиппокампально-префронтальной сетях. Данные, полученные посредством когерентного анализа, в совокупности с фактами, обнаруженными с помощью когнитивных тестов, можно использовать в ранней диагностике нейропатологий с дефицитом познавательных функций.

Ключевые слова

Расстройства аутистического спектра (РАС) относятся к одним из наиболее распространенных и трудноизлечимых неврологических заболеваний, характеризующихся высокой гетерогенностью и требующих личностно-ориентированных подходов к диагностике и лечению. В обзоре рассмотрены литературные данные последних 5 лет о вкладе современных наукоемких технологий в познание механизмов, диагностику и лечение РАС. Особое внимание уделено возможностям нелекарственного лечения РАС с помощью технологий нейроинтерфейсов, включая интерфейс мозг-компьютер и технологию нейробиоуправления. Показаны преимущества разработанного авторами музыкального нейроинтерфейса с комплексной обратной связью от биопотенциалов мозга и сердца, обеспечивающего возможность персонализированного лечения РАС.

Ключевые слова

Использование музыки в реабилитационной медицине требует понимания механизмов музыкального воздействия. В статье рассматривается происхождение различий в характере основных мелодических элементов музыки, обсуждаются особенности тонального пространства и подчеркивается важность прекогнитивного аспекта в восприятии музыки. Музыку называют «языком эмоций». Так как работа высших уровней человеческого сознания неотделима от эмоций, изучение механизмов эмоциональной обработки является одной из наиболее важных областей когнитивных наук. Исследования восприятия музыки помогают осветить значимые аспекты человеческого сознания и способствуют совершенствованию методов применения музыкальной терапии.

Ключевые слова

Нарушения зрительного гнозиса служат одной из возможных причин ограничений жизнедеятельности у больных с поражением головного мозга, однако их распространенность и клиническая значимость в неврологической клинике недооценены. В обзоре дается представление о зрительных объектных агнозиях как проявлении патологии головного мозга. Изложены современные взгляды на нейроанатомические и нейрофизиологические основы зрительного объектного гнозиса. Описаны клинические варианты зрительных объектных агнозий, их морфологические субстраты, особенности нейропсихологической диагностики и основные подходы к реабилитации больных. Представлены уникальные возможности компьютерных технологий для реализации принципов физических измерений, цифрового картирования и контролируемой оптимизации в диагностико-реабилитационном процессе и, в частности, при зрительной объектной агнозии. Подчеркнута необходимость разработки стандартизированных валидных методик диагностики зрительных объектных агнозий для совершенствования путей их коррекции в неврологической практике.

Ключевые слова

Механизмы разграничения схожих следов краткосрочной памяти (англ. pattern separation) у людей и животных в последние годы находятся в фокусе нейрофизиологических исследований, проводимых преимущественно с целью локализации данных функций в головном мозге. Цель исследования - оценить особенности пространственного распределения взора у здоровых испытуемых при наличии специфической ошибки pattern separation, выявляемой в заданиях на зрительное внимание и память, с помощью технологии айтрекинга. Материалы и методы. В исследование включены 45 здоровых добровольцев, разделенных на две независимые субпопуляции: 1-я группа - 28 испытуемых в возрасте от 19 до 78 лет для изучения возрастных особенностей распределения точек зрительных фиксаций в задаче различения схожих объектов; 2-я группа - 17 испытуемых в возрасте от 19 до 25 лет для изучения распределения зрительного внимания на отдельных областях объекта в аналогичной задаче. Использована оригинальная нейропсихологическая методика с предъявлением стимульных рядов, айтрекингом и последующей регистрацией показателей воспроизведения и узнавания стимулов. Результаты. Продемонстрированы статистически значимые различия в параметрах распределения зрительных фиксаций в младшей и старшей возрастных подгруппах (p

Ключевые слова

Известно, что психологические воздействия путем внушения, самовнушения, изменения контекста и другие могут положительно влиять на психологический настрой и здоровье человека. Однако когнитивные механизмы такого влияния до сих пор не известны. Проблема в том, что психологическое воздействие должно быть воспринято, но сознание, которое воспринимает информацию, не умеет непосредственно влиять на физиологические процессы. Цель исследования - показать, что психологическое воздействие возможно в результате работы механизмов когнитивного контроля, который автоматически проверяет правильность выполнения поставленных перед сознанием задач (или данных сознанию команд), а также правильность осуществления конкретных операций, необходимых для решения задачи, и экспериментально подтвердить наличие такого непроизвольного когнитивного контроля. Материалы и методы. В основе экспериментального исследования лежит модификация интерференционной задачи - тест «рисунок-рисунок», в котором испытуемому одновременно предъявляются изображения двух объектов и ему в соответствии с инструкцией необходимо определять одно целевое изображение, игнорируя второе. В конфирматорном исследовании приняли участие 75 человек в возрасте от 18 до 29 лет (75% женщин). Испытуемым предлагалось определить, какой объект изображен на рисунке. Стимульный материал различался в том числе и иррелевантными характеристиками: наличием цельной или пунктирной прямоугольной рамки, в которой изображен целевой объект. Результаты. Данные эксперимента показали, что вне зависимости от порядка предъявления стимулов задания в пунктирной рамке выполняются дольше, чем в сплошной (p

Ключевые слова

Цель исследования - изучение активности зеркальных нейронов у человека при наблюдении и восприятии им коротких интервалов времени в зависимости от латеральной организации мозга. Материалы и методы. В исследованиях участвовали добровольцы - юноши в возрасте 18-27 лет. В ходе предварительного обследования выявляли особенности латеральной организации мозга с определением ведущей руки (методом анкетирования) и речевого полушария (с помощью дихотического теста). При наблюдении и отмеривании коротких интервалов времени, а также при наблюдении и репродукции пятисекундного ритма регистрировали ЭЭГ в лобных, центральных, височных, теменных и затылочных отведениях по системе 10-20%. С целью изучения пространственной локализации зеркальных нейронов в части опытов при наблюдении и восприятии времени исследовали активность мозга с помощью функциональной МРТ (фМРТ). В качестве ЭЭГ-маркеров активации зеркальных нейронов использовали депрессию мю-ритма и корковые взаимодействия на частоте этого ритма между центральными и другими зонами коры. Результаты. Установлено, что наблюдение и выполнение деятельности, связанной с восприятием времени испытуемыми, сопровождаются депрессией мю-ритма ЭЭГ и чаще всего усилением уровней корковых связей на частоте этого ритма. Характер этих изменений зависит от частоты мю-ритма, латеральной организации мозга, от вида и этапа выполняемой деятельности. Результаты фМРТ-сканирования мозга при наблюдении и восприятии времени показали, что в процессах восприятия времени фактически участвуют две системы, работающие совместно. Это система зеркальных нейронов, которая включает зоны премоторной, моторной, сенсомоторной и дополнительной моторной коры, а также области скорлупы, хвостатого ядра, супрамаргинальной извилины, височные отделы мозга; и система отсчета времени, включающая области поясной извилины, левого таламуса, височные отделы мозга, зрительную кору, области предклинья и области мозжечка. Результаты исследования имеют важное теоретическое значение для понимания роли зеркальных нейронов в процессах восприятия времени.

Ключевые слова

Способность к распознаванию лиц и слов имеет решающее значение для социальной коммуникации. На существование тесной взаимосвязи между процессами распознавания лиц и слов указывают многочисленные исследования, проведенные с использованием методов ЭЭГ, вызванных потенциалов, функциональной МРТ, а также описанные в литературе клинические данные о нарушениях восприятия лиц, сопровождающихся ухудшением в сфере распознавания слов. Вследствие этого выявление общих механизмов распознавания вербальных и невербальных стимулов является актуальным не только для нормальной физиологии и когнитивной нейронауки, но и для клиники агнозий различной этиологии. Мы предположили, что на ЭЭГ-паттерны, сопровождающие распознавание слов и лиц, будет влиять как фактор типа стимула (слово или лицо), так и фактор знакомости. Цель исследования - определить ЭЭГ-паттерны, ответственные за распознавание и узнавание зрительного стимула независимо от его специфики, т.е. единого для вербальных (слова) и невербальных (лица) стимулов. Материалы и методы. Регистрировали ЭЭГ-данные у 26 добровольцев, которым предъявляли сложные зрительные стимулы - изображения лиц с наложенными на них словами, где знакомые (известные) и незнакомые лица и слова комбинировались в равных частях. Задачей наблюдателей было в одной части эксперимента классифицировать лица как знакомые или незнакомые (внимание только на лица), в другой части - таким же образом классифицировать слова (внимание только на слова). Результаты. Установлен выраженный эффект знакомости: амплитуда компонента вызванных потенциалов N250 во фронтальных областях мозга была значимо больше в ответах на незнакомые стимулы (как лица, так и слова) по сравнению со знакомыми. Мы также обнаружили влияние инструкции на ответы (внимание на лица или слова): амплитуда компонента N400 была больше в ответах с инструкцией «внимание на слова» по сравнению с инструкцией «внимание на лица»; этот эффект также был более выражен во фронтальных отведениях. Заключение. На ранних этапах процесса распознавания зрительных стимулов ответы, регистрируемые методом вызванных потенциалов, модулируются знакомостью стимулов (т.е. представленностью в долговременной памяти), а не их типом (лицо/слово). На более поздних этапах обработки выполняется, по-видимому, категоризация стимулов, обусловленная их модальностью (вербальный или невербальный).

Ключевые слова

Анализ биоэлектрической активности головного мозга с помощью ЭЭГ покоя - наиболее простой и доступный метод исследования у детей с аутизмом. Спектральный анализ ЭЭГ позволяет выявить области с преобладанием той или иной формы активности, отражающие баланс процессов возбуждения и торможения. Исследования осложняются отсутствием биологических тестов для диагностики аутизма, который устанавливается по клиническим характеристикам. «Золотым стандартом» диагностики на данный момент является ADOS-2 - методика, оценивающая выраженность социальных нарушений и стереотипного поведения у ребенка посредством наблюдения за его игрой и взаимодействием. Цель исследования - оценка применимости спектральных характеристик ЭЭГ в качестве динамического биомаркера аутизма путем изучения их корреляционных связей с баллом ADOS-2, отражающим степень выраженности аутистических проявлений. Материалы и методы. С помощью ADOS-2 обследованы 18 детей с установленным диагнозом «детский аутизм». Для оценки степени выраженности проявлений аутизма определяли сравнительный балл. Всем выполнена ЭЭГ покоя с последующим анализом относительных значений спектральной мощности. Результаты. Дети, включенные в группу, демонстрировали различную степень проявлений аутизма, сравнительный балл ADOS-2 варьировал в диапазоне от 4 до 10. Выявлена положительная корреляция сравнительного балла со значением спектральной мощности по нескольким отведениям. Основные корреляции обнаружены в бета-диапазоне, при этом установлено, что чем выше уровень бета-активности, тем сильнее выражены аутистические проявления. Это служит указанием на градуированную вовлеченность дисбаланса возбуждения и торможения в патогенез аутизма и потенциально делает обоснованным использование спектральной мощности в бета-диапазоне в качестве динамического показателя в ситуации, когда изменения на поведенческом уровне установить трудно. Заключение. Относительная спектральная мощность ЭЭГ в бета-диапазоне положительно коррелирует со сравнительным баллом ADOS-2, что может служить динамическим биомаркером выраженности аутистических проявлений.

Ключевые слова

Целью исследования явилось создание системы управления роботизированной коляски с расширяемым пользовательским интерфейсом для лиц с различными функциональными расстройствами. Обсуждаются различные подходы к созданию роботизированной коляски для людей с ограниченными возможностями. Выбранный метод основан на когнитивном мультимодальном интерфейсе, повышающем автономность пользователя и позволяющем ему отдавать команды верхнего уровня управления. Для стратегического контроля могут использоваться такие средства, как ручное и голосовое управление, слежение за взглядом, мозго-машинный интерфейс, в то время как низкоуровневые операции выполняются интеллектуальной автономной системой управления. Семиотическая модель мира робота обрабатывает данные с сенсоров коляски и планирует ее действия в виде последовательности высокоуровневых задач (поведений) для системы управления. Предложена архитектура программного и аппаратного обеспечения для роботизированной коляски и средств взаимодействия с пользователем через мультимодальный интерфейс. Поддерживаются несколько видов обратной связи, в том числе голосовые сообщения, вывод на экран, световые и тактильные сигналы. В работе описаны некоторые новые решения, прошедшие апробацию на реальных робототехнических устройствах. Набор сенсорных устройств: дальномеры, камера, энкодеры - обеспечивает безопасность движения прототипа коляски и позволяет распознавать объекты и сцены. Опасное поведение робота блокируется встроенными рефлексами, поддерживается использование дополнительных процедур обеспечения безопасности системой планирования. Разработанная архитектура позволяет применять для управления пользовательские интерфейсы, которые слишком медленны для традиционных типов автоматизации управления инвалидной коляской. Чтобы добиться требуемых точности и надежности, время обработки сигналов от голосового интерфейса, а также от интерфейсов «глаз-мозг-компьютер» и устройство отслеживания взгляда, увеличено. Снижение скорости отдачи команд компенсируется изменением их характера, потому что высокоуровневые команды управления требуется отдавать реже низкоуровневых. В перспективе это позволяет использовать в подобных системах управления и другие средства считывания параметров физиологических систем, например мозго-машинные интерфейсы и системы отслеживания взгляда, для непрямого управления мобильной техникой и других видов взаимодействия с ней.

Ключевые слова

Цель исследования - оценить возможность применения феноменологической математической модели элементарной таламокортикальной ячейки для описания частотно-временных откликов реальной таламокортикальной системы, а именно различных модуляций альфа-ритма, с воспроизведением на модели динамики сигнала в ходе нейробиоуправления. Материалы и методы. Экспериментальная часть работы - резонансное нейробиоуправление с двойной обратной связью на базе программно-аппаратного комплекса BioFeedBack2 - проводилась по гибридному протоколу: фон - до/после: 2-минутная запись фоновой вертексной ЭЭГ (активный электрод - Сz, заземляющий и референтный электроды на мочках ушей); cканирование по частоте - 210 с: воздействие импульсным инфракрасным излучением с сальтаторно нарастающей частотой от 8 до 14 Гц (шаг по частоте - 0,1 Гц, шаг по времени - 3 с) и музыкоподобным звуковым сигналом, тональность и громкость которого определяются пиковой амплитудой в спектре текущей ЭЭГ в диапазоне 8-14 Гц. Характеристическое время обратной связи - 10 мс, точность по частоте - 0,2-0,4 Гц. В звуковой сигнал добавлены периодические шумовые импульсы, предъявляемые с частотой, соответствующей фоновой ЧСС. Для расчетов использована ранее разработанная феноменологическая модель элементарной таламокортикальной ячейки, включающая в себя взаимодействующие модули, соответствующие таким нейронным модулям мозга, как таламус, кора и ретикулярные ядра таламуса. Результаты и обсуждение. На феноменологической математической модели элементарной таламокортикальной ячейки получены частотно-временные отклики модельного сигнала, повторяющего частотное поведение реального сигнала ЭЭГ. Модель воспроизводит эффект изменения базового альфа-ритма внешним воздействием, для которого известны параметры таламокортикальной системы. В дальнейшем эта информация позволит усовершенствовать существующие процедуры биоуправления с обратной связью, способствующие активизации познавательной деятельности человека, так как известно, что путем проведения комплекса тренировок удается управлять частотой альфа-ритма (нейробиоуправление) таким образом, что у испытуемых по объективным показателям психофизической диагностики происходит усиление когнитивной деятельности, а по их субъективным оценкам - улучшается самочувствие в целом. Заключение. В работе продемонстрирован нейроинформационный подход к персонализированному управлению ритмами мозга: на феноменологической модели таламокортикальной ячейки удается воспроизводить индивидуальные особенности сложной системы обработки информации.

Ключевые слова

Цель исследования - описание возможностей новой информационно-телекоммуникационной технологии - событийно-связанной телеметрии ритма сердца - для дистанционного мониторинга когнитивных функций и стрессогенных ситуаций в контексте естественной деятельности. Результаты. Разработана новая технология событийно-связанной телеметрии ритма сердца и рассмотрены возможности ее использования для исследования когнитивных функций. Представлена оптимальная архитектура информационно-телекоммуникационной системы, обеспечивающая непрерывный мониторинг функционального состояния человека в контексте сенсомоторной активности при управлении признаками информационных образов в виртуальной компьютерной среде. Ошибки управления рассматриваются в качестве объективного отображения первичных когнитивных функций и сенсомоторной координации. Обсуждается возможность применения комплексного психофизиологического мониторинга в процессе естественной деятельности. Заключение. Создана автоматизированная экспертная система принципиально нового типа - событийно-связанная телеметрия, обладающая аппаратными, алгоритмическими и программными интернет-ресурсами для обнаружения ранних биомаркеров экстремальных состояний и нарушения когнитивных функций человека в режиме реального времени, без ограничений подвижности, без привлечения внимания человека - источника сигналов - к процессу измерения.

Ключевые слова

Предпринята попытка подытожить результаты исследований, проводимых нами на протяжении более чем двадцати лет. В 1997 г. мы впервые опубликовали данные, свидетельствующие, что тип выполняемого человеком задания (пространственное или арифметическое) может быть распознан по спектрам текущей ЭЭГ и с применением искусственной нейронной сети с надежностью от 70 до 98% (в зависимости от испытуемого). Дальнейшая разработка темы привела нас к пониманию того, что всякая устойчивая мыслительная деятельность сопровождается появлением характерных ритмических паттернов в ЭЭГ человека. Ритмы ЭЭГ, в совокупности образующие паттерн, различаются по частоте и топографии. Когнитивные паттерны ритмов ЭЭГ обладают рядом принципиальных свойств. Они высокоиндивидуальны, устойчивы для каждого данного индивида и сохраняются годами (медленно изменяясь), высокоспецифичны для каждого конкретного вида когнитивной деятельности. В дальнейшем было обнаружено, что возникающие паттерны ритмов мозга не только различны для разных видов когнитивных заданий, но находятся друг с другом в определенных отношениях, повторяющих отношения психологических свойств заданий. Основываясь на этом факте, мы разработали метод построения карт когнитивного пространства человека. Выяснилось, что аналогичным образом можно строить карты сенсорно-эмоционального пространства человека. В экспериментах с предъявлением эквивалентных заданий на слух и зрительно мы установили, что паттерны ритмов отражают именно характер мыслительных действий, а не особенности сенсорного восприятия. Разработанные методики распознавания характера ментального состояния и построения карт психического пространства находят практическое применение, в том числе в медицине. При психических заболеваниях нарушаются процессы мышления, и мы видим это в изменении когнитивных ритмических паттернов ЭЭГ. При угнетении сознания эмоционально-сенсорные пространства начинают отражать физические свойства предъявляемых пациентам стимулов вместо их эмоционального содержания. Накопленные знания дали возможность разработать макет устройства (названного «когновизор»), которое позволяет в реальном масштабе времени отслеживать ход мышления человека с отображением процесса на карте индивидуального когнитивного пространства.

Ключевые слова

Синхронный перевод - один из наиболее сложных и энергозатратных видов когнитивной деятельности. Для успешной работы синхронного переводчика необходимо специфическое функциональное состояние. В исследовании мы поставили цель - выяснить, на каких механизмах базируется это функциональное состояние, к каким изменениям когнитивных функций приводит выполнение синхронного перевода, от чего зависит степень напряжения регуляторных систем. Материалы и методы. В работе приняли участие 33 испытуемых: экспериментальную группу составили 22 лингвиста, прошедших специальное обучение синхронному переводу; контрольную - 11 лиц, владеющих иностранным языком, но не имеющих навыков синхронного перевода. Дизайн экспериментов был сформирован таким образом, чтобы максимально приблизить обстановку во время измерений к контексту реальной работы синхронного переводчика: испытуемые, последовательно сменяя друг друга, выполняли профессиональные задания: эхо-повторы текста на родном и иностранном (немецкий или английский) языках и синхронный перевод докладов с родного языка на иностранный и обратно. До и после выполнения профессиональных задач переводчики проходили психофизиологические тесты, размещенные на платформе ApWay.ru: компьютерную кампиметрию, тест на простую сенсомоторную активность, тест Струпа и проективный тест на уровень эмоциональной дезадаптации. В течение всего эксперимента проводилась телеметрическая регистрация интервалокардиограммы. Результаты. Выявлен ряд закономерностей вегетативного обеспечения процесса синхронного перевода. У синхронных переводчиков проявляется существенно большее по сравнению с контрольной группой напряжение вегетативной регуляции. Особенно ярко это проявляется при синхронном переводе с чужого языка. Общий уровень стресса при выполнении лингвистических заданий оказался выше в контрольной группе. У синхронных переводчиков, в отличие от контрольной группы, зафиксирован высокий уровень активности симпатической и парасимпатической систем и выраженная интеграция контуров регуляции ритма сердца на всем протяжении выполнения лингвистических заданий. Психофизиологические тесты продемонстрировали значительно более уверенный, чем у контрольной группы, когнитивный контроль. Установлено, что у синхронных переводчиков сформирована специфическая функциональная система, обеспечивающая успешное взаимодействие различных информационных образов (или кодов) и, соответственно, консолидацию вегетативных и когнитивных ресурсов при выполнении профессиональных задач. Отсутствие необходимых навыков и, соответственно, специализированной под задачи функциональной системы у испытуемых контрольной группы приводит к усилению неспецифического (менее эффективного) стрессового ответа.

Ключевые слова

Показаны возможности применения сугубо инструментального объективного количественного метода hand tracking для измерения характеристик перцепции стимулов различной модальности в реальном масштабе времени. Метод основан на измерении динамической погрешности выполнения испытуемым с помощью бесконтактного ручного манипулятора задачи моторного управления реальным или виртуальным (генерируемым компьютером) стимулом. Свое название метод получил по аналогии с айтрекингом, так как в обоих случаях измерение психофизиологических характеристик осуществляется путем контроля параметров моторных актов испытуемого во время тестирования. Приведены результаты использования метода, реализованного в форме программно-аппаратного комплекса hand tracker, на примерах изучения восприятия виртуальных стимулов «угол ориентации отрезка» и «цвет фигуры на фоне». В первом случае для здоровых испытуемых получены индивидуальные диаграммы точности восприятия угла наклона отрезка, которые позволили идентифицировать параметры нейронной модели первичного распознавателя угла наклона отрезка. Во втором случае установлено, что у пациентов с очаговыми поражениями головного мозга пороги цветоразличения выше, чем в норме и, в отличие от здоровых, не зависят от семантического содержания стимула. Так как программно-аппаратный комплекс Hand tracker позволяет одновременно независимо управлять несколькими (до восьми) параметрами звуковых и зрительных стимулов, то перспективы развития метода могут быть связаны с исследованием межмодального взаимодействия, а также с изучением коллективного поведения, когда разные члены команды управляют разными параметрами стимула, пытаясь решить общую задачу. В статье затрагивается также вопрос о реализации метода hand tracking в форме специальных приложений для смартфонов со встроенными сенсорами движения. Так как смартфоны все шире распространяются среди населения, то создание мобильных версий метода открывает перспективу эпидемиологических исследований перцепции (первичных когнитивных функций) с учетом региональной, возрастной, гендерной, социальной и иной стратификации популяций.

Ключевые слова

Цель исследования - сравнительная оценка эффективности нейроинтерфейсов, использующих одинарную (звуковую) и двойную (светозвуковую) обратную связь от ЭЭГ человека при подавлении стресс-индуцированных состояний. Материалы и методы. В одном из трех обследований 16 испытуемым-добровольцам, находящимся в состоянии стресса, предъявляли классические музыкальные произведения (контроль). В двух других обследованиях использовали либо одинарную обратную связь, при которой испытуемым предъявляли звуковые стимулы, получаемые путем преобразования текущих значений ЭЭГ-осцилляторов в музыкоподобные сигналы, либо двойную обратную связь от ЭЭГ, при которой эти музыкоподобные сигналы дополнялись ритмическими световыми воздействиями, управляемыми суммарной ЭЭГ испытуемого. Результаты. Наиболее выраженные эффекты - достоверное увеличение мощности альфа-ритма ЭЭГ относительно фона и значимые позитивные сдвиги в субъективных показателях состояния - отмечены при удвоении обратной связи от ЭЭГ-характеристик испытуемых благодаря вовлечению интегративных, адаптационных и резонансных механизмов деятельности центральной нервной системы в процессы нормализации функционального состояния. Заключение. Использование двойной аудиовизуальной обратной связи от ЭЭГ человека представляется перспективным путем повышения эффективности нейроинтерфейсов при коррекции стресс-вызванных функциональных состояний.

Ключевые слова

Цель исследования - анализ динамики стресс-специфичных показателей функционального состояния организма, а именно уровня катехоламинов в плазме крови и спектральных показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР), при повторяющемся иммобилизационном стрессе для определения эффектов габитуации. Материалы и методы. Перед началом эксперимента крыс (Long-Evans, n=6) катетеризировали в яремную вену. Для иммобилизации животных мягко фиксировали в специальном гамаке по 30 мин ежедневно в течение пяти дней. В процессе иммобилизации, а также в течение 30 мин до и 60 мин после иммобилизации в условиях свободного поведения в домашней клетке у крыс проводили неинвазивную регистрацию ЭКГ для последующего анализа ВСР на основе спектральных показателей ритмограмм. В первый, третий и пятый экспериментальные дни у крыс брали пробы крови за 30 мин до (1-й этап), через 5 мин после начала иммобилизации (2-й этап), в конце иммобилизации (3-й этап) и через 30 мин после окончания иммобилизационного периода (4-й этап) для последующего анализа концентрации катехоламинов в плазме крови. Результаты. Эффекты габитуации к иммобилизации выявлены в динамике уровня катехоламинов в плазме крови, ЧСС и ВСР. Концентрация адреналина и норадреналина увеличивалась статистически значимо в период иммобилизации в первый экспериментальный день и не имела достоверных изменений в последующие дни. ЧСС статистически значимо снижалась на 3-м и 4-м этапах эксперимента (свободное поведение в домашней клетке после иммобилизации) в пятый день и оставалась на исходно высоком уровне в первый и третий дни эксперимента. Общая мощность спектра ВСР статистически значимо уменьшалась в период иммобилизации во все экспериментальные дни. В первый день ВСР оставалась редуцированной до 4-го этапа эксперимента. В третий и пятый дни общая мощность спектра ВСР восстанавливалась после иммобилизации до исходного уровня к 4-му этапу эксперимента. Заключение. Пятидневное повторение иммобилизационного стресса животных в специальном гамаке, разработанном для их фиксации в электрофизиологических экспериментах, сопровождается габитуацией, что демонстрируют данные динамики уровня катехоламинов в крови и ВСР. Полученные данные показывают, что эффекты габитуации проявляются не только в снижении выраженности стресс-активации, но и в сокращении ее по времени.

Ключевые слова

Цель исследования - оценка взаимосвязи дневных профилей динамики эмоционального напряжения, физической активности и вариабельности сердечного ритма (ВСР) как предиктора головной боли напряжения (ГБН). Материалы и методы. Обследовано 166 студентов старших курсов медицинского вуза, из которых 60 учащихся с частой эпизодической ГБН (ЧЭпГБН), 28 человек с хронической ГБН (ХрГБН), 18 студентов с мигренью, сочетающейся с ЧЭпГБН, и 60 человек без цефалгий. Обследование включало клинический неврологический и соматический осмотр, оценку повседневной физической активности, диагностику уровня эмоционального напряжения и исследование вегетативной нервной системы путем анализа ВСР в покое и в процессе повседневной активности студентов. Результаты и обсуждение. Результаты исследования ВСР в покое, а также при 12-часовом мониторинге кардиоритмограммы свидетельствовали о снижении вариабельности сердечного ритма, повышении симпатических и снижении парасимпатических регуляторных вегетативных влияний у студентов с ГБН по сравнению с лицами без цефалгий, что было сопряжено со специфическими дневными профилями динамики эмоционального напряжения и физической активности. Особенности ВСР пациентов с ГБН проявляются в сглаженности изменений, низком уровне физической активности и высоком уровне эмоционального напряжения в течение дня. Полученные данные дают основание предполагать, что взаимосвязь дневных профилей динамики эмоционального напряжения, физической активности и ВСР является надежным предиктором развития ГБН. Заключение. Характеристики динамики показателей ВСР на протяжении дня (дневные профили) могут быть использованы в качестве объективных нейрофизиологических индикаторов выраженного эмоционального напряжения и гиподинамии как факторов хронизации ГБН.

Ключевые слова

Цель исследования - изучить изменение мощности ЭЭГ и поведенческих реакций при предъявлении C-тактильной стимуляции у типично развивающихся детей (TP) и детей с расстройством аутистического спектра (РАС). Материалы и методы. В исследовании приняли участие 79 детей (39 с диагнозом РАС и 40 - ТР) в возрасте от 5 до 10 лет. Предварительно все участники прошли психометрическую оценку по шкале CARS. Исследование включало в себя регистрацию фоновой ЭЭГ при открытых глазах в течение 1-2 мин, а также после предъявления тактильной стимуляции трех видов в псевдорандомизированной последовательности (поглаживание мягкой кистью, поглаживание жесткой щеточкой и стимуляция игольчатым валиком) с постоянной скоростью 2-5 мм/с на внешней поверхности правого предплечья. Анализировали поведенческие реакции в ответ на предъявление стимуляции с помощью видеорегистрации во время проведения эксперимента. Были отобраны 5 видов поведенческих реакций: 1) расслабление лицевой мимики и позы; 2) сопротивление стимуляции и попытка отдернуть руку; 3) негативные эмоции, плач, крик; 4) положительные эмоции, смех, улыбка; 5) наблюдение за процессом стимуляции. Оценивались показатели спектральной мощности ЭЭГ в 18 поддиапазонах с шириной полосы 1 Гц (2-20 Гц). Результаты. Исследование позволило выявить два типа реакции на тактильную стимуляцию: первый тип не является специфичным для типа тактильной стимуляции, сопровождается увеличением мощности бета-ритма (16-20 Гц) преимущественно в левом полушарии и характерен больше для детей с РАС; второй тип реакции сопровождается увеличением мощности тета-ритма (4-6 Гц) во фронтальных областях в ответ на стимуляцию С-тактильной системы мягкой кистью и наблюдается только у детей ТР. Первый тип реакции сопровождался негативными эмоциями и попытками отдернуть руку, тогда как второй тип - расслаблением. Заключение. Реакция детей с РАС на все типы тактильной стимуляции, сопровождаемая увеличением мощности бета-ритма, может быть связана как с их гиперсенситивностью, так и со стрессовой реакцией на экспериментальную ситуацию. Избирательная реакция на стимуляцию С-тактильной системы, сопровождаемая увеличением мощности тета-ритма во фронтальных областях, была выявлена только у контрольной группы (ТР). Результаты данного исследования могут быть использованы для расширения понимания гиперсенситивности у детей с РАС, а также пролить свет на механизмы возникновения данного заболевания.

Ключевые слова

Цель исследования - выявление вегетативных факторов успешности освоения иностранного языка студентами и школьниками, поиск оптимальных режимов вегетативной регуляции процессов обучения. Материалы и методы. В исследовании участвовали 16 учеников 4-го класса и 37 учеников 5-11-х классов школы с углубленным изучением английского языка, а также 10 студентов 2-го курса, обучающихся в лингвистическом университете (Н. Новгород). Для сбора данных о динамике функционального состояния школьников и студентов на занятии по английскому языку проводили непрерывное измерение сердечного ритма с помощью технологии событийно-связанной телеметрии, а для оценки успешности освоения языка использовали специальный протокол и стандартную академическую 5-балльную шкалу. Результаты. Анализ показателей вариабельности ритма сердца в разных контекстах позволяет констатировать схожесть режимов вегетативной регуляции у школьников и студентов, успешных на занятии по английскому языку. Следовательно, для выполнения разных лингвистических заданий характерны схожие функциональные состояния. Для всех возрастных групп оптимальной является высокая активность вегетативной нервной системы. Отличие проявляется в соотношении симпатического и парасимпатического контуров: вклад парасимпатического контура более важен на школьном этапе, а симпатического - на студенческом. Заключение. Исследование особенностей процесса освоения иностранного языка студентами и школьниками (в данном случае - русскоязычными) показало, что основным фактором успешности с позиции психофизиологии для студентов является высокая активность вегетативной нервной системы с выраженным доминированием симпатической активации над парасимпатической. Оптимальное состояние для освоения иностранного языка школьниками заключается в согласованной активации симпатического и парасимпатического контуров регуляции.

Ключевые слова