Изменение геометрических параметров (кривизны) макросаккад под действием алкоголя

Психофизиология

Д.В. Захарченко, В.Б. Дорохов

Изменение геометрических параметров (кривизны) макросаккад

V 1

под действием алкоголя1

В статье рассматривается возможность использования одной из геометрических характеристик макросаккад (кривизны) в качестве маркера алкогольного опьянения и вызванных им нарушений деятельности. Также рассматривается возможность использования данной характеристики для оценки концетрации внимания на целевом объекте при работе с визуальными стимулами. Ключевые слова: ай-трекинг, траектория движения глаза, саккада, фиксация взгляда, действие алкоголя, оператор, операторская деятельность, функциональные состояния, окуломоторные реакции, зрительное восприятие.

Изменение параметров внимания, в т.ч. под действием алкоголя, активно изучается на протяжении уже многих лет, однако применение видео-окулографии (ай-трекинга) для этих целей дает нам ряд новых методические возможностей [1; 3; 4; 9; 12]. В частности, ряд исследователей рассматривает изменение геометрических характеристик макросаккад в качестве потенциальных маркеров снижения концентрации внимания на выполняемой работе [3]. Эксперименты с применением дистракто-ров показали достоверное увеличение кривизны макросаккад в ситуациях, когда дистрактор предъявляется одновременно со стимулом или с небольшим запаздыванием [5; 6; 12]. Траектория макросаккад при этом представляет собой более или менее крутую дугу, выгнутую в сторону дистрактора [7; 10; 11]. Возникает вопрос: является ли изменение

1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского гуманитарного научного фонда (проект № 14-06-00652).

кривизны макросаккады прямым следствием влияние дистрактора, или к же изменение кривизны связано с потерей концентрации внимания на | о целевом объекте и может быть использовано в качестве индикатора нали- | § чия/отсутствия внимания на целевом объекте. с ^

Другим аспектом проблемы является возможность использовать изменение кривизны макросаккад в качестве маркера алкогольного опьянения или нарушения деятельности. В случае, если связь алкогольного опьянения и вызванных им нарушений деятельности подтвердится, кривизна макросаккад могла бы быть использована для прикладной диагностики и мониторинга функциональных состояний оператора.

Задачей нашей работы было сопоставить параметры кривизны траектории макросаккад в нормальном состоянии и в состоянии алкогольного опьянения и на основании полученных результатов сделать вывод о возможности использования показателя кривизны макросаккад в качестве маркера снижения эффективности деятельности и в качестве маркера наличия алкоголя в крови.

Материалы и методы

В исследовании приняли участие 22 добровольца мужского пола в возрасте от 20 до 36 лет. Все испытуемые были физически здоровы и не имели алкогольной зависимости. Все испытуемые имели необходимый опыт работы с компьютером и мышью. Для моделирования состояния алкогольного опьянения испытуемые принимали алкоголь в количестве 1 г 96% алкоголя на 1 кг веса тела. Алкоголь вводился в организм в виде напитка, количество чистого алкоголя (медицинский спирт 96%) пере-считывалось на водку (40%).

Для моделирования операторской деятельности нами был разработан психомоторный тест «Статика». Экран условно делили на 20 секторов в виде сетки (5 по горизонтали, 4 по вертикали); каждый сектор имел свой номер (рис. 1), границы и номера секторов на экран не выводились. В начале опыта в центре одного из секторов появлялась цель в форме круга диаметром 5 мм - испытуемый должен был максимально быстро навести на него курсор и щелкнуть мышью. При попадании цель исчезала и одновременно появлялась в центре другого сектора. Последовательность секторов была сгенерирована при помощи генератора случайных чисел и являлась общей для всех тестов этого типа. В течение опыта предъявлялось 120 стимулов-целей, испытуемый должен был поразить их все за максимально короткое время.

Для всех испытуемых во всех опытах последовательность секторов была одинаковой, координаты всех целей известны, траектория движения мыши

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

11 12 13 14 • 15

16 17 18 19 20

Рис. 1. Тест «Статика»: разбивка экрана на секторы, стимул. При тестировании сетка и номера секторов не отображаются.

и все щелчки записывались в лог-файл. Единичной пробой считалось предъявление одного стимула (т.е. все действия испытуемого с момента появления цели и до щелчка по цели мышью). Тест «Статика» выполнялся два раза: до и после приема алкоголя. Пауза между приемом алкоголя и началом второго теста составляла 1 час. Такая пауза необходима, чтобы избежать стимулирующего эффекта алкоголя. К моменту начала второго теста концентрация алкоголя в крови достигала максимума.

Траектория перемещения взгляда регистрировалась при помощи системы бесконтактной видеорегистрации движений глаз (Eyegaze Analyzing System, дальше - «ай-трекер») с программным обеспечением NYAN 2 компании «Interactive Minds». Запись велась в бинокулярном режиме попеременно двумя камерами, суммарная частота опроса - 120 Гц; расстояние до экрана - 60 см, экранное разрешение - 1280x1024 пикселов, размеры пиксела - 0,265 мм. Голова испытуемого фиксировалась сзади подголовником кресла.

Распознавание макросаккад производилось с помощью специально разработанного порогового алгоритма. Пробы с артефактами распознавались в полуавтоматическом режиме и исключались из дальнейшей обработки.

Оценка степени кривизны макросаккад производилась с помощью следующего алгоритма.

1. Методом параллельного переноса смещаем начало макросаккады в точку начала координат (точка с координатами (0,0)). Для этого достаточно вычесть из координат всех узловых точек макросаккады координаты точки начала макросаккады (рис. 2, а).

2. Выполняем поворот макросаккады вокруг начала координат таким образом, чтобы последняя точка макросаккады лежала на оси Х и угол между началом и концом макросаккады составлял 0° (рис. 2, б).

3. Накладываем регрессионную прямую на получившуюся траекторию.

Угловые градусы

-?4 К -19 4 П 74«

1000 -500 О 500 1000

Пикселы

Рис. 2. Оценка степени кривизны макросаккады: а - макросаккада с началом

в точке начала координат, б - поворот макросаккады (выполняется таким образом, чтобы последняя точка траектории лежала на оси Х), в - регрессионная прямая, наложенная на преобразованную траекторию.

4. Вычисляем расстояния от узловых точек траектории макросаккады до узловых точек регрессионной прямой и на основе этих данных вычисляем статистические показатели кривизны для каждой макросаккады.

В качестве показателя кривизны макросаккады использовалось нормированное отклонение от регрессионной прямой (отношение суммы отклонений всех узловых точек к расстоянию от первой до последней точки макросаккады). Для статистического сравнения кривизны макросаккад до и после приема алкоголя использовались непараметрические методы -тест знаков и тест связанных пар Вилкоксона.

Результаты исследования и их обсуждение

В таблице 1 представлены результаты сравнения кривизны макросак-кад до и после приема алкоголя с использованием теста знаков и теста связанных пар Вилкоксона. В последнем столбце указано направление

к и уровень достоверности изменений времени реакции (попадания в цель) о для каждого испытуемого. Как видно из таблицы, кривизна макросак-кад достоверно увеличивалась у 6 человек из 22. Данный результат не позволяет использовать увеличение кривизны макросаккад в качестве маркера наличия алкоголя в крови. Тем не менее, в абсолютных числах вероятность достоверного увеличения кривизны макросаккад после приема алкоголя является значительной (27,3%).

Таблица 1.

Изменение кривизны макросаккад и времени реакции в тесте «Статика» до и после приема алкоголя

Испытуемый Достоверность изменений

Кривизна (тест знаков) Кривизна (тест Вилкоксона) Время реакции

1 0,6567 0,4060 0,000

2 0,1391 0,1959 0,393

3 0,0327 0,0913 0,000

4 1,0000 0,4464 0,000

5 0,5544 0,7621 0,000

6 0,8508 0,1634 0,587

7 0,8533 0,9685 0,015

8 0,0161 0,0012 0,466

9 0,0004 0,0000 0,055

10 0,8973 0,4752 0,091

11 0,5758 0,4664 0,040

12 0,0002 0,0000 0,000

13 0,0037 0,0012 0,069

14 0,0790 0,1820 0,005

15 0,9260 0,9013 0,011

16 0,5465 0,2871 0,066

17 0,0000 0,0000 0,322

18 1,0000 0,1322 0,486

19 0,1678 0,0211 0,000

20 1,0000 0,7398 0,092

21 0,7787 0,9493 0,739

22 0,7091 0,1654 0,000

Примечание: достоверные изменения выделены цветом заливки ( р < 0,05). Светлосерая заливка - показатель достоверно увеличивается, темно-серая - достоверно уменьшается, белая - изменения недостоверны.

Изменения кривизны макросаккад в каждом конкретном эксперимен- к те не коррелируют с изменением времени реакции (попадания в цель) | о в этом же эксперименте. Соответственно, изменения кривизны макросак- | § кад не могут использоваться и в качестве маркеров снижения работоспо- с ^ собности (нарушения деятельности).

Еще один вывод заключается в том, что изменение параметров внимания с высокой вероятностью не связано и с изменением кривизны макро-саккад: трудно себе представить, что более двух третей испытуемых после приема изрядной дозы алкоголя1 сохраняют те же параметры внимания, что и до приема алкоголя. Таким образом, полученные результаты не подтверждают гипотезу о связи параметров внимания и геометрических характеристик макросаккад.

Выводы

1. После приема алкоголя кривизна макросаккад увеличивалась у 6 человек из 22 (27,3%). Данный параметр окуломоторных реакций не может использоваться в качестве маркера алкогольного опьянения.

2. Изменения кривизны макросаккад у конкретных испытуемых не связаны с изменением эффективности деятельности. В качестве маркера нарушения деятельности изменение кривизны макросаккад использоваться не может.

3. В ситуации отсутствия побочных раздражителей (дистракторов) кривизна макросаккад напрямую не связана с распределением внимания и в качестве непосредственного индикатора наличия/отсутствия концентрации внимания неэффективна.

Библиографический список

1. Dombrowe I., Donk M., Olivers C.N. The costs of switching attentional sets // Attention, Perception, & Psychophysics. 2011. № 73(8). Р. 2481-2488.

2. Erblich J., Earleywine M. Distraction does not impair memory during intoxication: support for the attention-allocation model // Journal of Studies on Alcohol and Drugs. 1995. № 56(4). Р. 444.

3. Golomb J.D., L'Heureux Z.E., Kanwisher N. Feature-binding errors after eye movements and shifts of attention // Psychological science. 2014. № 25(5). Р. 1067-1078.

4. Herwig A., Beisert M., Schneider W.X. On the spatial interaction of visual working memory and attention: evidence for a global effect from memory-guided saccades // Journal of vision. 2010. № 10(5). Р. 8.

1 Для испытуемого весом 80 кг доза 1 г алкоголя на 1 кг веса тела составит примерно 200 г водки. Большинство испытуемых имели вес тела порядка 70-80 кг.

5. Jonikaitis D., Belopolsky A.V. Target-Distractor Competition in the Oculomotor

EE System Is Spatiotopic // The Journal of Neuroscience. 2014. № 34(19).

| Р. 6687-6691.

6. Koenig S., Lachnit H. Curved saccade trajectories reveal conflicting predictions in associative learning // Journal of Experimental Psychology: Learning,

S Memory, and Cognition. 2011. № 37(5). Р. 1164.

7. Kruijne W., Stigchel van der S., Meeter M. A model of curved saccade trajectories: Spike rate adaptation in the brainstem as the cause of deviation away // Brain and cognition. 2014. № 85. Р. 259-270.

8. Linear age-correlated development of inhibitory saccadic trajectory deviations. / West G.L. e.a.// Developmental psychology. 2014. № 50(9). Р. 2285.

9. McSorley E., McCloy R., Lyne C. The spatial impact of visual distractors on saccade latency // Vision research. 2012. № 60. Р. 61-72.

10. Saccade adaptation is unhampered by distractors // Madelain L. е.а. // Journal of vision. 2010. № 10(12). Р. 29.

11. Song J.-H., McPeek R.M. Eye-hand coordination during target selection in a pop-out visual search // Journal of neurophysiology. 2009. № 102(5). Р. 2681-2692.

12. The contribution of stimulus-driven and goal-driven mechanisms to feature-based selection in patients with spatial attention deficits / Dombrowe I. е.а. // Cognitive neuropsychology. 2012. № 29(3). Р. 249-274.