Лаборатория нейрофизиологии когнитивных процессов

Лаборатория нейрофизиологии когнитивных процессов

Лаборатория занимается исследованием неосознаваемых установок. По Д.Н.Узнадзе, установка – это "состояние, которое, несмотря на то, что его ни в какой степени нельзя назвать сознательным, все же оказывается вполне реальным фактором, направляющим и определяющим содержание нашего сознания". Сенсорные установки (зрительные, слуховые, и др.), в том числе искусственно создаваемые в эксперименте, формируются на основании ранее предъявленных стимулов. Проявляются такие установки в неправильном восприятии и оценке новых стимулов.

Наиболее значимые результаты фундаментальных исследований лаборатории за 1997-2008 гг.

Исследования функционального значения высокочастотных колебаний электрической активности головного мозга, проводимые на собаках при их инструментальном обучении в рамках программы «Обучающийся мозг», выявили новые факты [Думенко, Ж. высш. нерв. деят., 2002, 52(5), 539-550; Думенко и Козлов, Ж. высш. нерв. деят., 2005, 55(5), 658-679]. (1) Широкая полоса частот ЭЭГ (1-250 Гц) функционально неоднородна.(2) Для высокочастотной полосы, так же как и для традиционной полосы 1-30 Гц, характерна функциональная дискретная структура спектров (наличие дискретных подгрупп частот). (3) Высокочастотные компоненты 80-240 Гц отличаются более высокой реактивностью и функциональной «компетентностью», чем гамма-волны 30-80 Гц. (4) Четко выражены регионарные особенности высокочастотных компонентов и их межполушарная асимметрия. (5) Две активные формы взаимодействия между нейронными пулами (синхронная и несинхронная) могут возникать параллельно в зависимости от локализации, частоты и фазовых соотношений между потенциалами. Полученные результаты позволили сформулировать гипотезу о функциональном значении высокочастотных компонентов ЭЭГ и их локальной представленности в коре. По итогам работы опубликована монография [Думенко, 2006]. Работы по программе «Физиологические основы сознания» в 1997-2002 гг. привели к разработке модели, позволяющей изучать в психофизиологическом эксперименте проблему «предвзятости» зрительного восприятия. В результате действия на человека зрительных вербальных или невербальных стимулов в высших отделах головного мозга на неосознаваемом уровне формируется «внутреннее состояние» (установка), влияющее на процесс осознанного восприятия. В нашей модели зрительной установки этот эффект выявляется при внезапном изменении действующих стимулов в виде временного затруднения или искажения их восприятия (иллюзии, «психическая слепота») [Костандов, Ж. высш. нерв. деят., 2003, 53(3), 268-278]. Была впервые показана возможность формирования неосознаваемой установки не только на основании реальных стимулов, но на основе зрительной иллюзии Мюллера-Лайера [Костандов, Физиол. чел., 1997, 47(3), 610-618]. В серии экспериментов на здоровых взрослых людях показано, что длительность нарушений зрительного восприятия определяется фактором подвижности установки, т.е. способностью ее смены на новую, адекватную изменившимся условиям. Это один из узловых моментов функциональной организации зрительного восприятия с участием лобных отделов коры больших полушарий. Повышение мотивации испытуемых к результату своей когнитивной деятельности (введение денежной награды за правильное распознавание стимула) приводило к повышению устойчивости (инертности) установки, то есть к возрастанию числа проб, в которых наблюдалось искаженное восприятие стимула [Костандов и соавт., Ж. высш. нерв. деят, 2001, 51(3), 304-309].
В период 2002-2006 гг. было продолжено выявление и изучение факторов, влияющих или определяющих устойчивость установок. В 2002-2003 гг. обнаружено: увеличение нагрузки на рабочую память введением в контекст когнитивной деятельности новых задач и отсрочки вербальной реакции испытуемого происходит замедление процесса смены установок, зрительная невербальная или вербальная установка становится инертной [Костандов и соавт., Ж. высш. нерв. деят., 2002, 52(2), 149-155]. Это приводит к увеличению числа проб, в которых наблюдаются контрастные иллюзии или «психическая слепота» (испытуемый не опознает обычные слова). С помощью спектрального и когерентного анализа корковых электрических потенциалов подтверждена гипотеза об участии префронтальной коры в процессах смены зрительных установок и в функции рабочей памяти [Костандов и соавт., Ж. высш. нерв. деят., 2002, 52(5), 531-538]. Таким образом, при усложнении психической деятельности, когда человек в течение короткого промежутка времени должен последовательно решать несколько когнитивных задач, значительно увеличивается инертность формирующихся при этом на неосознаваемом уровне установок, что приводит к более длительному периоду рассогласования между новыми стимулами и сформировавшимся ранее внутренним состоянием.
В 2004-2005 гг. обнаружена зависимость консерватизма зрительных установок от контекста когнитивной деятельности [Костандов и соавт., Ж. высш. нерв. деят., 2005, 55(4), 518-526; Костандов, Росс. физиол. ж., 2006, 92(2), 164-177]. Характер этой зависимости определяется контекстом задач, решение которых требует преимущественного участия вентральной или дорзальной зрительных систем. Введение в контекст зрительно-пространственной задачи типа «где?», не требующей различения целевого зрительного стимула, явно облегчает смену вербальных установок. И наоборот, в пробах, где для решения дополнительной задачи надо осуществить опознание и различение сигнала («что?»), вербальная установка приобретает ригидный характер [Костандов и соавт., Ж. высш. нерв. деят., 2005, 55(2), 156-163]. Полученные экспериментальные факты послужили основанием для заключения: относительно быстрая смена установок происходит в условиях чередования в контексте когнитивной деятельности разных по характеру задач, в решении которых попеременно участвует вентральная («что?») и дорзальная («где?») зрительные системы и соответственно передняя и задняя мозговые системы избирательного внимания. Результаты когерентного анализа ЭЭГ показали, что изменения ее частотно-пространственной организации при формировании и актуализации зрительной установки существенно различаются в зависимости от характера дополнительной задачи в контексте [Курова и Черемушкин, Ж. высш. нерв. деят., 2006, 56(2), 211-218]. Обнаруженная зависимость консерватизма невербальных и вербальных зрительных установок от контекста когнитивной деятельности позволила сделать следующие выводы: (1) Способность смены зрительных установок при изменении ситуации или действующих стимулов зависит от функции рабочей памяти – это экспериментально установленный факт. Однако большое значение при этом имеет контекст когнитивной деятельности, осуществление которой происходит при большем или меньшем участии вентральной и дорзальной зрительных систем. (2) Парадигма неосознаваемой зрительной установки в ее вербальном или невербальном вариантах может служить удобной экспериментальной моделью для выяснения роли вентральной и дорзальной зрительных систем в когнитивной деятельности, в организации корковых функций зрительного опознания на уровне сознания. (3) Феномен установки может использоваться в психофизиологии как эффективная модель для экспериментальных исследований одной из наиболее интересных и трудных проблем мозговой организации поведения человека, а именно роли неосознаваемых видов нервно-психической активности в сознательной психической деятельности человека.
В 2006-2008 гг. с помощью модели зрительной установки исследовалось влияние прошлого опыта на функцию опознания эмоционального выражения лица. Обнаружено: повторные восприятия изображения лица с сердитым выражением оказывают существенное влияние на опознание в последующем лицевой экспрессии, что может приводить к искажению ее оценки в форме контрастных и/или ассимилятивных иллюзий, когда лицо с нейтральным выражением оценивается как эмоционально негативное [Костандов и соавт., Ж. высш. нерв. деят., 2006, 56(5), 581-589]. Получены доказательства того, что данный эффект является результатом действия установки, формирующейся у человека на эмоциональное выражение лица. На стадии актуализации установки в лобной области значительно усиливается внутри- и межполушарная когерентность потенциалов в альфа-диапазоне, а также усиливается когерентность потенциалов между лобной и височной областями коры в правом полушарии. Результаты анализа подтверждают предположение о том, что формирование и актуализация установки на эмоциональное выражение лица преимущественно связаны с активностью лобных корковых отделов. Этот вывод основан на положении о том, что степень пространственной синхронизации электрических потенциалов служит показателем функциональных отношений между соответствующими участками коры, их кооперированности, и тем самым отражает состояние их активности. Выявлена роль префронтальной коры в структурно-функциональной системе, осуществляющей опознание лицевой эмоциональной экспрессии [Костандов и соавт., Ж. высш. нерв. деят., 2006, 56(5), 581-589].
В 2005-2007 гг. было показано, что у детей предшкольного и младшего школьного возраста скорость смены зрительной установки зависит от возраста ребенка, т.е. от степени зрелости его префронтальной коры. У детей в возрасте 5-6-ти лет установка сменяется на новую, адекватную изменившимся условиям, медленнее, чем у детей в возрасте 6-7-ми лет. Это связано со скачком в созревании префронтальной коры, приходящемся на возраст 6-ти лет [Костандов и соавт., Ж. высш. нерв. деят., 2005, 55 (3), c. 347-352.]. Было показано, что у детей с пластичной установкой на стадии ее актуализации наблюдается значительное увеличение значений функции когерентности между различными корковыми отведениями, а при угашении установки значения когерентности уменьшаются. У детей с ригидной установкой наблюдается противоположная картина – когерентные связи усиливаются при угашении установки. Динамика функции когерентности зависит и от возраста ребенка [Костандов с соавт., 2006, 2007].

Основные направления текущей работы.

1. Подвижность зрительной установки у детей разных возрастов и взрослых.
Исследуется зависимость подвижности установки от возраста испытуемых. Как было показано, формирование и смена когнитивных установок связаны с работой префронтальной коры. Префронтальная кора – область мозга, наиболее поздно созревающая в онтогенезе, и имеющая несколько "скачков" в развитии, приходящихся на определенные возрастные периоды. С помощью изучения свойства установки у детей до и после этих периодов (например, до 6-ти и после 6-ти лет) и сравнивая полученные результаты между собой, а также с результатами, полученными у взрослых испытуемых, делается попытка выявить связь между свойствами зрительной установки и степенью зрелости префронтальной коры.
2. Связь подвижности установки с психологическими характеристиками личности.
Изучается связь свойств установки с психологической сферой (т.е., в широком смысле слова, с характером человека), с его интеллектуальными способностями, успеваемостью в школе и вузе и успешностью его карьеры; а также с его психоэмоциональным состоянием в данный момент. Для определения свойств личности и текущего состояния человека используется набор современных методик, таких как 16-ти факторный опросник Кеттелла (один из классических тестов при профотборе), цветовый тест Люшера, тест Тейлора на уровень тревожности и другие.
3. Спектральные характеристики ЭЭГ и показатели функции когерентности отдельных ее ритмов при формировании, актуализации и смене зрительных установок на различные стимулы.
Используются классические нейрофизиологические методики, такие как анализ спектральной мощности и когерентности отдельных ритмов электроэнцефалограммы, позволяющие судить об общем уровне активации коры головного мозга и степени взаимодействия отдельных ее областей при формировании и смене установок. Также анализируется время реакции на пробный стимул. Это позволяет судить об уровне внимания и субъективной сложности любого интеллектуального (и не только) задания для выполняющего его человека.

Примерные темы курсовых, дипломных и диссертационных работ

1.Особенности зрительной установки на оценку эмоционального выражения лица. Связь ее подвижности со способностью личности адаптироваться в социуме.
2.Влияние подвижности установки на успеваемость учащихся начальной школы (средней школы, средней школы в пубертатном возрасте, студентов). Психологические и нейрофизиологические аспекты.
3.Вербальная и невербальная зрительная установка у детей, страдающих дислексией. Подвижность установки как показатель задержки развития мозговых функций.
4.Скорость смены установки в зависимости от сложности дополнительного задания. Спектральная мощность ((и) функция КОГ) альфа- и тета-ритма ЭЭГ на разных стадиях установки при введениии дополнительного задания в процедуру эксперимента.

Наши сотрудники регулярно докладывают результаты своих исследований на российских и международных конференциях, в том числе и за рубежом, и публикуют статьи в современных физиологических журналах.
Наши исследования осуществляются при поддержке грантов РФФИ (Российский Фонд Фундаментальных Исследований), РГНФ (Российский Гуманитарный Научный Фонд), гранта Отделения биологических наук РАН, а также гранта «Биологические науки – медицине».

Список основных публикаций.

1.Костандов Э.А. Условнорефлектороное переключение и когнитивная установка. – Журн. высш. нерв. деят. 2003. Т. 53. № 3. С. 268-278.
2.Костандов Э.А., Курова Н.С., Черемушкин. Е.А., Яковенко И.А. Изменения корковой электрической активности при формировании установок в условиях увеличения нагрузки на рабочую память. – Журн. высш. нерв. деят. 2004. Т. 54. № 4. С. 448-454.
3.Костандов Э.А. И.С. Бериташвили (Беритов) – один из основоположников современной науки о поведении (к 120-летию со дня рождения). – Журн. высш. нерв. деят. 2005. Т. 55. № 1. С. 6-14.
4.Костандов Э.А. Концепция И.С. Бериташвили об образной деятельности как основа когнитивной физиологии поведения. – Росс. физиол. журн. им. ИМ. Сеченова. 2005. Т. 91. № 4. С. 450-457
5.Костандов Э.А., Курова Н.С., Черемушкин. Е.А., Яковенко И.А. Зависимость установки от участия вентральной и дорзальной зрительных систем в когнитивной деятельности. – Журн. высш. нерв. деят. 2005. Т. 55. № 2. С. 156-163.
6.Костандов Э.А.., Черемушкин. Е.А., Ашкинази М.Л. Особенности зрительной невербальной установки у детей предшкольного и младшего школьного возраста. – Журн. высш. нерв. деят. 2005. Т. 55. № 3. С. 347-352.
7.Костандов Э.А., Курова Н.С., Черемушкин. Е.А., Яковенко И.А., Ашкинази М.Л. Роль контекста когнитивной деятельности в консерватизме неосознаваемых установок. – Журн. высш. нерв. деят. 2005. Т. 55. № 5. С. 633-638.
8.Костандов Э.А. Значение контекста когнитивной деятельности в формировании неосознаваемых зрительных установок. – Росс. физиологич. Журн. им. И.М. Сеченова. 2006. Т. 92. № 2. С. 164-177.
9.Костандов Э.А., Фарбер Д.А., Мачинская Р.И., Черемушкин Е.А., Ашкинази М.Л., Петренко Н.Е. Пространственная синхронизация корковой электрической активности на разных стадиях зрительной установки у детей дошкольного возраста. – Журн. высш. нерв. деят. 2006. Т. 56. № 4. С. 472-480.
10.Костандов Э.А., Курова Н.С., Черемушкин. Е.А., Яковенко И.А., Петренко Н.Е., Ашкинази М.Л. Установка как регулирующий фактор в функции опознания эмоционального выражения лица. – Журн. высш. нерв. деят. 2006. Т. 56. № 5. С. 581-589.
11.Костандов Э.А., Курова Н.С., Черемушкин. Е.А., Петренко Н.Е. Динамика пространственной организации корковой электрической активности при формировании и актуализации когнитивной установки на лицевую экспрессию. – Журн. высш. нерв. деят. 2007. Т. 57. № 1. С. 33-42.
12.Костандов Э.А., Фарбер Д.А., Мачинская Р.И., Черемушкин Е.А., Ашкинази М.Л., Петренко Н.Е. Пространственная организация корковой электрической активности на разных стадиях зрительной установки у детей предшкольного и младшего школьного возраста. – Журн. высш. нерв. деят. 2007. Т. 57. № 6. С. 689-698.
13.Костандов Э.А., Курова Н.С., Черемушкин. Е.А., Петренко Н.Е., Ашкинази М.Л., Яковенко И.А. Зависимость пластичности установки на эмоциональное выражение лица от нагрузки на рабочую память. – Журн. высш. нерв. деят. 2008. Т. 58. № 1. С. 42-50.
14.Костандов Э.А., Курова Н.С., Черемушкин Е.А.. Петренко Н.Е., Ашкинази М.Л. Пространственная синхронизация ритмов ЭЭГ тета и альфа диапазонов при неосознаваемой установке на восприятие эмоционального выражения лица. Журн. высш. нерв. деят. 2008. В печати.
15.Думенко В.Н., Козлов М.К. Электрографичекские корреляты «внутренних состояний», вызываемых положительными условными раздражителями при инструментальном обучении у собак. – Журн. высш. нерв. деят. 2004. Т. 54. № 4. С. 352-362.
16.Думенко В.Н., Козлов М.К. Электрографические корреляты адекватных и ошибочных ответов, вызываемых условными раздражителями разного функционального знака, при инструментальном обучении у собак. – Журн. высш. нерв. деят. 2004. Т. 54. № 5. С. 673-687.
17.Думенко В.Н., Козлов М.К. Регионарные особенности электрических реакций (в полосе частот 1-225 Гц) в коре головного мозга на условные раздражители при инструментальном обучении. – Журн. высш. нерв. деят. 2005. Т. 55. № 5. С. 658-670.
18.Думенко В.Н. Феномен пространственной синхронизации между потенциалами коры головного мозга в широкой полосе частот 1-250 Гц. Журн. высш. нерв. деят. 2007. Т. 55. № 5. С. 520-532.
19.Думенко В.Н., Козлов М.К., Курова Н.С., Черемушкин Е.А. Гамма-частоты ЭЭГ в предстимульные периоды при формировании когнитивной установки на лицевую экспрессию. Журн. высш. нерв. деят. 2008. Т. 58. № 1. С. 5-14.
20.Думенко В.Н., Козлов М.К., Курова Н.С., Черемушкин Е.А. Динамика спектров мощности ЭЭГ в предстимульные периоды в полосе 1-60 Гц в процессе формирования и тестирования когнитивной установки на лицевую экспрессию. Журн. высш. нервн. деят. 2008. (В печати)
21.Костандов Э.А., Черемушкин Е.А., Козлов М.К. Вызванная синхронизация/десинхронизация корковой электрической активности на лицевые стимулы при формировании установки на их эмоционально отрицательное выражение. Журн. высш. нервн. деят. 2008.(В печати)
22. козлов – в печати

Отчеты по грантам.

1. РФФИ
96-04-48073-а. Костандов Э.А. Психофизиологические исследования неосознаваемой установки при зрительном восприятии. 1996-1998.
99-04-48472-а. Костандов Э.А. Исследование корковых функций при формировании у человека когнитивной установки на основе иллюзорных представлений и восприятия конкретных зрительных стимулов; роль мотивации. 1999-2001
99-06-80061-а. Костандов Э.А. Изучение психофизиологических механизмов сознания методом наложения источников корковой электрической активности на магнитно-резонансные топограммы мозга человека. 1999-2001.
02-04-48122-а. Костандов Э.А. Исследование роли рабочей памяти и избирательного внимания в процессах формирования когнитивных установок и в пространственной организации корковой электрической активности у человека. 2002-2004.
07-04-00589-а. Костандов Э.А. Психофизиологические исследования явлений "предвзятости" в восприятии эмоционального выражения лица. 2007-2009.
2. РГНФ (за последние 5 лет)
04-06-00012а. Костандов Э.А. Психофизиологические исследования зрительной установки у детей разных возрастных групп. 2004-2006.
07-06-00131а. Костандов Э.А. Психофизиологическое исследование когнитивной установки у детей младшего школьного возраста с ЭЭГ-признаками незрелости активирующих систем головного мозга. 2007-2009.
3. Проект "Фундаментальные науки – медицине"
Костандов Э.А. Роль неосознаваемых установок в организации сознательной когнитивной деятельности. 2006 г.
Костандов Э.А. Модель психофизиологического изучения "предвзятости" в оценке эмоционального выражения лица. 2007 г.
Костандов Э.А. Нервные механизмы зрительных иллюзий при восприятии лицевой экспрессии. 2008.
4. ОБН (Программа фундаментальных исследований Отделения биологических наук РАН "Интегративные механизмы регуляции функций в организме" (руководитель Программы академик И.А.Шевелев)).
Костандов Э.А. Исследование роли неосознаваемых установок при зрительном восприятии. 2004-2008.
создание сайта www.filippoff.ru

© 2017, IHNA RAS