Влияние обратной связи о результатах деятельности на характеристики ССПМ и точность репродукции коротких интервалов времени 

Влияние обратной связи о результатах деятельности на характеристики ССПМ и точность репродукции коротких

интервалов времени

Бушов Ю.В.

(1)Томский государственный университет, (2)НИИ биологии и биофизики

Известно, что временные и амплитудные характеристики связанных с событиями потенциалов мозга (ССПМ) зависят от состояния, индивидуальных особенностей человека, характера выполняемой деятельности [1-3] и, в частности, от наличия внешней обратной связи о результатах этой деятельности [4]. Однако вопрос о том, на какие именно характеристики ССПМ оказывает влияние внешняя обратная связь о результатах деятельности и чем обусловлено это влияние остается в значительной степени открытым.

Учитывая это, целью настоящего исследования явилось изучение влияния обратной связи о результатах деятельности на характеристики ССПМ и точность репродукции коротких интервалов времени. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить влияние обратной связи о результатах деятельности на различные компоненты ССПМ и попытаться выяснить, чем обусловлено это влияние.

2. Изучить влияние обратной связи о результатах деятельности на точность репродукции коротких интервалов времени.

В задачу исследования также входил поиск ЭЭГ - коррелятов, отражающих анализ и оценку мозгом результатов деятельности.

Рабочая гипотеза исследования состояла в следующем. Полагали, что обратная связь о результатах деятельности оказывает существенное влияние на точность восприятия интервалов времени и на характеристики ССПМ и это влияние обусловлено разной мотивацией испытуемых при выполнении одной и той же деятельности при наличии и в отсутствии обратной связи о результатах деятельности.

Методика

Для решения поставленных задач проведена серия наблюдений, в которой участвовали добровольцы практически здоровые мужчины (32 человека) в возрасте от 18 до 28 лет, учащиеся томских вузов. Восприятие времени в режимах репродукции длительности зрительных стимулов при наличии и в отсутствии обратной связи о результатах деятельности изучали с помощью разработанной компьютерной методики. Зрительным стимулом служил светлый квадрат со стороной 2 см, появляющийся на 200 и 800 мс в центре затемненного экрана монитора. Стимулы каждой длительности предъявлялись многократно (не менее 50 раз) и в случайном порядке, их длительность задавалась с точностью до 1 мс. Репродукция интервалов времени осуществлялась двойным нажатием правой рукой на клавишу «пробел». В качестве сигнала обратной связи использовали, выраженную в процентах относительную ошибку репродукции заданного интервала времени, которая появлялась на 1 секунду на экране монитора, спустя секунду после воспроизведения каждого интервала времени. При этом размер цифр, характеризующих величину и знак относительной ошибки воспроизведения, соответствовал шрифту 16 в редакторе Word. О точности репродукции интервалов времени

судили по величине и модулю относительной ошибки воспроизведения, а также по величине стандартного отклонения, характеризующего вариативность субъективных оценок времени. В процессе исследований испытуемый располагался в удобном кресле в слабо освещенной звукоизолированной камере. Состояние испытуемого до и после восприятия времени контролировали с помощью шкал мотивации, активности, самочувствия и эмоционального фона анкеты самооценки функционального состояния [5]. В состоянии спокойного бодрствования (фон) и в процессе восприятия интервалов времени регистрировали ЭЭГ монополярно в отведениях: Б3, Б4, С3, С4, Р3, Р4, 01 и 02 по системе 10-20%[3]. Референтный электрод устанавливался на мочку правого уха, земляной - на мочку левого уха испытуемого. При регистрации ЭЭГ использовали хлорсеребряные электроды фирмы "МЕБГСОК" (Венгрия). ЭЭГ записывали при открытых глазах и фиксированном взоре с помощью восьмиканального по-линейрографа с постоянной времени 3 с и входным сопротивлением ~ 100 мОм. Этот прибор был изготовлен по схеме, предложенной С.Г. Данько и Ю.Л. Каминским [6]. С целью исключения артефактов, связанных с движениями глаз и электродермальной активностью, проводилась параллельная регистрация ЭОГ и КГР. Хлорсеребряные электроды для регистрации КГР устанавливали на наружную и внутреннюю стороны запястья левой руки испытуемого. Слабополяризующиеся электроды для регистрации ЭОГ устанавливали слева и у нижнего края глазной впадины левого глаза испытуемого. Регистрация КГР и ЭОГ осуществлялась с помощью полиграфа П8Ч-01. При вводе аналоговых сигналов в ЭВМ частота дискретизации составляла 200 Гц. ССПМ выделяли методом суммации. При обработке использовали лишенные артефактов участки записи ЭЭГ, которые выделялись визуально. Эпоха анализа, включая фоновый фрагмент (100 мс), составляла 700 мс при воспроизведении сигналов длительностью 200 мс. После усреднения ССПМ фильтровали с помощью прямоугольного фильтра с полосой пропускания 0:-30 Гц. Динамику ССПМ исследовали на каждом этапе предлагаемой сенсомоторной деятельности: при восприятии зрительного стимула, при осуществлении первого и второго нажатия на клавишу «Пробел». Компонентная структура ССПМ исследовалась с помощью факторного анализа [7] и найденные действительные значения выделенных факторов включались в дальнейшую статистическую обработку. Статистическую обработку данных проводили с помощью пакета прикладных программ "Statistica-5.5" с использованием корреляционного, дисперсионного и факторного анализов.

Для оценки влияния факторов «мотивация» и «обратная связь» о результатах деятельности на точность репродукции интервалов времени и характеристики, изучаемых ССПМ использовали дисперсионный анализ (ЛКОУЛ/МЛКОУЛ). Связь амплитудных и временных параметров ССПМ с характеристиками восприятия времени исследовали с помощью корреляционного анализа. При этом подсчитывали ранговый коэффициент корреляции Спирмена.

Результаты исследования и их обсуждение ССПМ при восприятии длительности зрительных стимулов

Поскольку сами усредненные ССПМ и динамика корковых взаимодействий при репродукции длительности зрительных сигналов представлены нами в предыдущем сообщении [8], в настоящем сообщении мы ограничимся только иллюстрацией результатов факторного анализа компонентной структуры этих ССПМ. Проведенный факторный анализ позволил выделить шесть компонентов в ССПМ, зарегистрированных при восприятии длительности зрительных сигналов (рис.1). Указанные компоненты объясняют 94% общей дисперсии ССПМ.

Первый компонент (Б520, рис. 1) достигает максимума на интервале от 520 до 600 мс после начала стимула. Есть основания полагать, что этот компонент отражает процесс под-

готовки двигательного акта, связанного с нажатием испытуемым на клавишу правой рукой. В пользу этого свидетельствуют следующие факты.

1) Определенное сходство выделенной волны с позитивным компонентом моторного потенциала, который обычно появляется за 50-150 мс до мышечного сокращения [2].

2) Вследствие большой латентности эта волна не может быть связана с процессом опознания стимула, так как он охватывает отрезок времени от 200 до 500 мс после начала стимула [9].

3) Наибольшая амплитуда этой волны наблюдается в лобно-центральной зоне коры левого полушария, в которой расположен двигательный центр, управляющий правой рукой.

4) Присутствие этого компонента в ССПМ на сигналы, которые требовали от испытуемого двигательного ответа и его отсутствие в ССПМ на сигналы, которые не требовали такого ответа.

5) Вследствие того, что этот компонент предшествует во времени ответной двигательной реакции испытуемого на предъявленный стимул, он не может быть связан с оценкой результатов действия.

Второй компонент (Б280, рис. 1) достигает максимума на интервале от 220 до 350 мс после начала стимула, совпадает во времени с этапом категоризации стимула [10] и, вероятно, отражает именно этот этап обработки информации мозгом.

Третий компонент (Б150, рис. 1) достигает максимума на интервале от 150 до 200 мс от начала стимула. Этот максимум совпадает во времени с этапом информационного синтеза [10] и, вероятно, указывает на то, что третий компонент отражает именно этот этап обработки информации мозгом.

Четвертый (Б100, рис. 1) достигает максимума на интервале от 0 до 100 мс после начала стимула. Этот максимум совпадает во времени с сенсорным этапом обработки информации мозгом [10] и, вероятно, указывает на то, что четвертый компонент отражает именно этот этап обработки информации мозгом.

Пятый компонент (Б-100, рис. 1) достигает максимума за 100 -30 мс до предъявления стимула и, вероятно, отражает повышение уровня селективного внимания и готовности испытуемого к восприятию зрительного стимула, так как предлагаемая деятельность носит циклический характер.

Шестой компонент (Б190, рис.1) с максимумом в области 190 мс представляет собой, по- видимому, специфический субкомпонент волны N1 [11] и также связан с этапом информационного синтеза [10].

Выделенные факторным анализом компоненты ССПМ на зрительные стимулы длительностью 200 мс при выполнении деятельности без индикации относительной ошибки воспроизведения представлены на рис.1.

Корреляционный анализ не выявил статистически значимых связей между компонентами исследуемых ССПМ и показателями точности репродукции длительности предъявляемых сигналов.

Дисперсионный анализ выявил зависимость первого компонента (Б520, рис.1) от уровня мотивации испытуемых (Б=10.44; р<0.001).

Факторный анализ ССПМ, зарегистрированных в режиме репродукции длительности зрительных сигналов с обратной связью о результатах деятельности, позволил выделить шесть компонентов, описывающих 94% дисперсии этих ССПМ. Выделенные компоненты оказались аналогичными тем компонентам, которые были обнаружены при репродукции длительности тех же сигналов в отсутствии обратной связи о результатах деятельности.

Время, мс

Рис. 1. Выделенные факторным анализом компоненты ССПМ на зрительные стимулы длительностью 200 мс при воспроизведении их длительности без индикации ошибки воспроизведения. Стрелками на рисунке показаны начало и конец стимула.

Выделенные факторным анализом компоненты ССПМ на зрительные стимулы длительностью 200 мс при воспроизведении их длительности с индикацией относительной ошибки воспроизведения представлены на рис.2.

Корреляционный анализ выявил наличие связей между показателями точности восприятия времени и выделенными компонентами ССПМ при воспроизведении длительности сигналов с обратной связью о результатах деятельности. В частности, обнаружена положительная корреляция третьего компонента ^150, рис.2), идентифицированного как компонент N1, с относительной ошибкой репродукции интервала 200 мс (г=0.55^<0.0009) и отрицательная связь с модулем относительной ошибки (г=-0.55; p<0.0009) и со стандартным отклонением (г=-0.40; p<0.01) в центральных отведениях. Возможно, обнаруженные связи обусловлены влиянием уровня мотивации, так как известно, что от уровня мотивации зависит эффективность выполнения всякой деятельности. Это подтверждают и результаты дисперсионного анализа. В частности, дисперсионным анализом установлено статистически значимое влияние фактора «мотивация» именно на этот компонент ССПМ ^=3.34; р< 0.03), а также на второй (Г 280, рис.2.) (Т=8.71; р< 0.0002), и четвертый компоненты (Г 100, рис.2.) ^=9.51; р< 0.0001) тех же ССПМ. Причем наиболее сильное влияние этот фактор оказывает на четвертый компонент ССПМ отражающий, по-видимому, сенсорный этап обработки информации мозгом.

Дисперсионный анализ выявил статистически значимое влияние фактора «обратная связь» только на третий (Г 150, рис.2.) ^=31.55; р< 0.0000) и пятый (Г -100, рис.2.) ^=4.75; p< 0.029) компоненты исследуемых ССПМ. Причем наиболее сильное влияние этот фактор оказывает на третий компонент ССПМ, отражающий, по-видимому, этап информационного синтеза. На этот же компонент статистически значимо влияет фактор «мотивация» (Р= 3.34; p<0.03) и это, вероятно, указывает на то, что влияние обратной связи на данный компонент фактически обусловлено влиянием мотивации.

Время, мс

Рис. 2. Выделенные с помощью факторного анализа компоненты ССПМ на зрительные стимулы длительностью 200 мс при воспроизведении их длительности с индикацией ошибки воспроизведения.

ССПМ, зарегистрированные в ответ на первое нажатие на клавишу «пробел»

Исследование динамики ССПМ в паузе между первым и вторым нажатием испытуемым на клавишу «пробел» представляло интерес в том плане, что, по-видимому, на этом отрезке выполняемой деятельности происходит сличение длительности регулируемой паузы с хранящимся в кратковременной памяти эталоном.

Проведенный факторный анализ выявил наличие в динамике ССПМ при воспроизведении длительности зрительных сигналов при наличии обратной связи о результатах деятельности и при ее отсутствие пяти компонентов. Эти компоненты объясняют 97% общей дисперсии ССПМ.

Первый компонент (Б560, рис. 3) достигает максимума на интервале от 530 до 600 мс после нажатия на клавишу и, вероятно, отражает этап подготовки испытуемого к повторному нажатию на клавишу «пробел».

Второй компонент (Б 190, рис.3) достигает максимума на интервале от 170 до 200 мс после момента нажатия на клавишу и, возможно, отражает поступление в кору мозга по механизму обратной связи афферентных импульсов от тактильных рецепторов и проприоре-цепторов мышц, участвующих в движении [2].

Третий компонент (Б 0.000, рис.3) достигает максимума за 5 мс до нажатия на клавишу, четвертый (Б -30, рис.3) за 30-40 мс, а пятый (Б -100, рис.3) за 100 - 60 мс до этого события. Вероятно, все эти компоненты отражают этап подготовки и исполнения моторного акта нажатия на клавишу. При этом, четвертый и пятый компоненты, по-видимому, соответствуют премоторному потенциалу [2], после которого следует негативная волна (третий компонент), совпадающая во времени с началом движения.

Компоненты ССПМ, зарегистрированные при воспроизведении зрительных стимулов длительностью 200 мс в ответ на первое нажатие на клавишу «пробел», выделенные с помощью факторного анализа представлены на рис.3.

Корреляционный анализ выявил наличие связи между характеристиками точности восприятия времени и четвертым компонентом ССПМ (Б -30, рис.3). В частности, обнаружена положительная корреляционная связь компонента Б -30 (рис.3) со стандартным отклонением (г=0.81; р<0.003) в режиме воспроизведения длительности без индикации относительной ошибки воспроизведения. Также обнаружена положительная корреляционная связь этого компонента с относительной ошибкой репродукции интервала 200 мс (г=0.43; р<0.01) и отрицательная корреляция этого же компонента с модулем относительной ошибки и стандартным отклонением (г= -0.43^ -0.38; р<0.02) в режиме воспроизведения длительности зрительных сигналов с обратной связью о результатах деятельности.

^ 0.0

& -0.8

ё га

0 -1.2

Время, мс

Рис. 3. Компоненты ССПМ, зарегистрированные при воспроизведении зрительных стимулов длительностью 200 мс в ответ на первое нажатие на клавишу «пробел», выделенные с помощью факторного анализа. Начало отсчета времени соответствует моменту нажатия на клавишу «пробел».

Дисперсионный анализ выявил статистически значимое влияние фактора «мотивация» на первый компонент (Б 560, рис.3) (Б=7.22; р< 0.0009), третий (Б 0.000, рис.3) (Б=13.49; р< 0.0001), четвертый (Б -30, рис.3) (Б=4.82; р< 0.008) и пятый (б -100, рис.3) ( Б=3.89; р< 0.02) компоненты исследуемых ССПМ. Причем наиболее сильное влияние этот фактор оказывает на третий компонент ССПМ отражающий, по-видимому, этап подготовки и исполнения моторного акта нажатия на клавишу.

Дисперсионным анализом установлено статистически значимое влияние фактора «обратная связь» на первый (Б 560, рис.3) (Б= 9.02; р<0.002), второй (Б 190, рис. 3) (Б= 11.23; р<0.0009) и пятый (Б -70, рис.3) (Б=6.10; р<0.014) компоненты исследуемых ССПМ. Причем наиболее сильное влияние этот фактор оказывает на второй компонент ССПМ отражающий, по-видимому, этап анализа мозгом афферентных импульсов, поступающих от тактильных рецепторов и проприорецепторов мышц, участвующих в движении. На этот же компонент

статистически значимо влияет фактор «мотивация» (Б= 3.63; p<0.02) и это указывает на то, что влияние обратной связи на данный компонент, по-видимому, обусловлено влиянием уровня мотивации.

ССПМ, зарегистрированные в ответ на повторное нажатие на клавишу «пробел»

Исследование ССПМ в промежутке между повторным нажатием на клавишу «пробел» и появлением сигнала ошибки (в серии с обратной связью) имело целью, прежде всего обнаружение ЭЭГ-коррелятов, связанных с оценкой эффективности выполняемой сенсомо-торной деятельности.

Изучение ССПМ в обоих режимах, зарегистрированных в ответ на повторное нажатие испытуемым на клавишу «пробел», позволило обнаружить присутствие в них тех же, что и в предыдущем случае волн, которые, очевидно, являются компонентами моторного потенциала.

Проведенный факторный анализ выявил наличие в ССПМ при репродукции длительности зрительных сигналов при наличии и отсутствии обратной связи о результатах деятельности пяти компонентов. Указанные компоненты объясняют 93% общей дисперсии ССПМ.

Первый компонент (Б560, рис.4) достигает максимума на интервале от 540 до 560 мс и, вероятно, связан с повышением уровня селективного внимания и готовности испытуемого к восприятию следующего сигнала.

Второй компонент (Б270, рис. 4) достигает максимума на интервале от 260 до 320 мс после повторного нажатия на клавишу и, возможно, отражает этап поиска критериев оценки и оценку эффективности выполняемой деятельности. Это подтверждают и результаты корреляционного анализа, которые выявили отрицательную корреляцию этого компонента с относительной ошибкой репродукции интервала 200 мс (г= - 0.68; p< 0.02). В пользу этого свидетельствуют и некоторые литературные данные. В частности, исследования с отсроченной обратной связью показали, что в интервале между выполнением действия и получением информации о его результате происходит оценка качества деятельности и поиск критериев такой оценки [12].

Третий компонент (Б150, рис.4) достигает максимума на интервале от 100 до 190 мс и, по-видимому, отражает влияние на кору афферентных импульсов, поступающих от тактильных рецепторов и проприорецепторов мышц, участвующих в движении. Четвертый компонент (Б0.000, рис.4) достигает максимума примерно за 5 мс до нажатия на клавишу и, вероятно, отражает этап исполнения указанного моторного акта. Пятый компонент (Б -40, рис.4) достигает максимума примерно за 40 мс до второго нажатия и, вероятно, представляет собой премоторный потенциал, после которого следует негативная волна, совпадающая во времени с началом движения.

Компоненты ССПМ, зарегистрированные при воспроизведении зрительных стимулов длительностью 200 мс в ответ на повторное нажатие на клавишу «пробел», выделенные с помощью факторного анализа представлены на рис.4.

Дисперсионный анализ выявил статистически значимое влияние фактора «мотивация» на третий (Б 150, рис.4) (Б=11.10; р< 0.0000), четвертый (Б0.000, рис.4) (Б=4.83; р< 0.008) и пятый (Б-40, рис.4) (Б=16.18; р< 0.0000) компоненты исследуемых ССПМ. Причем наиболее сильное влияние этот фактор оказывает на третий и пятый компоненты ССПМ отражающие, по-видимому, влияние на кору афферентных импульсов, поступающих от тактильных рецепторов и проприорецепторов мышц, участвующих в движении и подготовку к исполнению соответствующего моторного акта.

Дисперсионным анализом установлено статистически значимое влияние фактора «обратная связь» только на первый компонент исследуемых ССПМ (Б560, рис.4) (Б= 3.92;

р<0.048), который, вероятно, отражает повышение уровня внимания и готовности испытуемого к восприятию последующего зрительного стимула.

Время, мс

Рис. 4. Выделенные факторным анализом компоненты ССПМ, зарегистрированных при воспроизведении зрительных стимулов длительностью 200 мс в ответ на повторное нажатие на клавишу «пробел»

Влияние обратной связи о результатах деятельности на точность воспроизведения околосекундных интервалов времени

Дисперсионный анализ выявил статистически значимое влияние фактора «обратная связь» только на относительную ошибку воспроизведения длительности зрительных сигналов длительностью 200 мс (Б= 6.50; р< 0.014) и на модуль этой ошибки (Б= 6.50; р< 0.014). Влияние того же фактора на величину стандартного отклонения, которое характеризует вариативность субъективных оценок интервалов времени, не обнаружено.

Полученные результаты в целом соответствуют литературным данным, свидетельствующим о том, что обратная связь о результатах деятельности, позволяет вносить коррективы в эту деятельность и, тем самым, повышает точность восприятия интервалов времени [4].

Влияние обратной связи о результатах деятельности на характеристики точности воспроизведения длительности предъявляемых сигналов показано на рис.5.

Рис. 5. Влияние обратной связи о результатах деятельности на показатели точности воспроизведения зрительных сигналов длительностью 200мс

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, обратная связь о результатах деятельности оказывает существенное влияние на различные этапы сенсомоторной деятельности, связанной с воспроизведением длительности зрительных сигналов, а именно на готовность испытуемого к восприятию предъявляемого зрительного стимула, на синтез информации о физических параметрах этого стимула с информацией о его новизне и значимости, а также на подготовку и исполнение соответствующих двигательных актов. Полученные данные указывают на то, что это влияние обусловлено более высокой мотивацией испытуемых при выполнении деятельности в режиме обратной связи.

В интервале между моторным ответом испытуемого и появлением сигнала внешней обратной связи обнаружен компонент, отрицательно коррелирующий с ошибкой воспроизведения длительности предъявляемого сигнала, вероятно, отражающий этап оценки мозгом результатов деятельности.

Установлено влияние обратной связи о результатах деятельности на относительную ошибку воспроизведения длительности зрительных сигналов и модуль этой ошибки, влияние этого фактора на величину стандартного отклонения, характеризующего вариативность субъективных оценок интервалов времени, не обнаружено.

Настоящее исследование выполнено при финансовой поддержке грантов Министерства Образования РФ и Российского Гуманитарного Научного Фонда №99-06-00253.

Литература

1. Рутман Э.М. Вызванные потенциалы в психологии и психофизиологии. - М.: Наука, 1979, 216 с.

2. Шагас Ч. Вызванные потенциалы мозга в норме и патологии. - М.: Мир, 1975, 314 с.

3. Методы исследований в психофизиологии. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 1994, 144 с.

4. Костандов Э.А., Важнова Т. Н., Генкина О. А. Латерализация восприятия коротких интервалов времени в вызванной активности у человека// Журнал ВНД, 1984, т.34, № 4, с. 627.

5. Махнач А. В., Бушов Ю. В. Зависимость динамики эмоциональной напряженности от индивидуальных свойств личности// Вопросы психологии. 1988, № 6, С. 130.

6. Данько С. Г., Каминский Ю. Л. Система технических средств нейрофизиологических исследований человека. Л.: Наука, 1982, 133 с.

7. Ключарев В. А., Никулин В.В., Пономарев В. А. Влияние эмоционально значимых зрительных стимулов на корковые вызванные потенциалы//Физиология человека,1999, т.25, № 5, С.5.

8. Бушов Ю.В., Иванов А.С., Рябова Г.А., Ходанович М.Ю. и др. ЭЭГ-корреляты процесса восприятия времени// Электронный журнал «Исследовано в России», 80, с. 894902, 2002 г.

9. Baars B. Cognitive theory of consciousness. N. Y.: Cambridge Univ. Press, 1993, 424 p.

10. Иваницкий А. М. Главная загадка природы: как на основе работы мозга возникают субъективные переживания// Психол. журн. 1999, Т. 20, N3, С. 93.

11. Наатанен Р. Внимание и функции мозга. - М.: Изд-во МГУ, 1998. 560 с.

12. Swinnen S. Post-performance activites and skill learning// Complex Mov. Behav.: Motor-Act. Controversy. - Amsterdam, 1988, P. 315.