О способах распознавания конкретного зрительного образа головным мозгом мужчин и женщин по данным спектрального анализа электроэнцефалограммы

© Сычев В.В., 2008 УДК 612.812.2

О СПОСОБАХ РАСПОЗНАВАНИЯ КОНКРЕТНОГО ЗРИТЕЛЬНОГО ОБРАЗА ГОЛОВНЫМ МОЗГОМ МУЖЧИН И ЖЕНЩИН ПО ДАННЫМ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ

В. В. Сычев

Рязанский государственный медицинский университет имени С.А. Есенина

Спектральный анализ электроэнцефалограммы на основе быстрого преобразования Фурье позволяет выявить половые особенности в способах распознания конкретного зрительного образа

В настоящее время представление о том, что полушария головного мозга обрабатывают специфическую информацию, уступают место современной точке зрения о различных способах обработки информации полушариями. Однако можно привести лишь единичные работы, в которых изучались особенности активности полушарий у мужчин и женщин при множественной регистрации электрической активности головного мозга [13,17].

Целью настоящей работы является исследование половых особенностей в способах распознавания конкретного зрительного образа (КЗО) на основе спектрального анализа ЭЭГ. Существуют два способа распознавания зрительного образа: дискриминантный или сукцессивный, структурный или симультанный. Первые из них связаны в основном с деятельностью левого полушария, вторые -относятся к функциям правого полушария [10,13].

Материалы и методы

Обследовано 85 женщин и 83 мужчины. Их средний возраст составил 44,35 ± 15,53 лет и 36,58 ± 15,77 лет соответственно.

Спектральный анализ ЭЭГ на основе быстрого преобразования Фурье проводился на шестнадцатиканальном электроэнцефалографе

«Нейрокартограф» фирмы «Медицина. Биология. Нейрофизиология» (г. Москва). Длительность эпохи (отрезок ЭЭГ подвергавшийся в дальнейшем спектральному анализу) составлял 5,1 сек, частота опроса (дескридитации) - 1024 Гц. Наложение мостиковых электродов осуществляли по международной системе «10 - 20» (Jasper

- 1957 г.). Для снижения влияния окулограммы на результаты исследования из расчетов были исключены данные отведений Fp1, Fp2. Изучали среднеарифметическую спектра частот (САСЧ) ЭЭГ в диапазоне от 3,5 до 30 Гц. Это дополнительно снижало влияние окулограммы и поляризационных токов на искажение частотного спектра ЭЭГ, отражающего средний энергетический вклад определенной области головного мозга в выполнении той или иной высшей психической функции. Использование САСЧ ЭЭГ показало ее высокую информативную ценность для диагностики ранних функциональных стадий различных заболеваний и синдромов [11,12]. Снятие ЭЭГ проводили в стандартных условиях проведения [3,4]. Во время открывания глаз в поле зрения

испытуемого попадал фотостимулятор, находящийся перед ним в 30 - 40 см на уровне глаз. Он представлял собой черного цвета металлическую коробку с встроенной внутрь лампой фотовспышки, закрытой со стороны пациента белым матовым стеклом (в дальнейшем будем называть фотостимулятор конкретным зрительным образом - КЗО). Специальных требований к испытуемому по его распознаванию не предъявляли, чтобы минимизировать влияние такой высшей психической функции как внимание, имеющей свои специфические особенности функциональной организации головного мозга, как и процессы научения, памяти и др. [1].

Оценку частотно - пространственной организации биоэлектрической активности головного мозга мужчин и женщин на предъявление КЗО проводили с общефизиологических позиций [7] и с позиции структурно - функциональной модели интегративной работы головного мозга (СФМИРГМ) А.Р. Лурия. В выполнении любой высшей психической функции, согласно А. Р. Лурия, участвуют все три функциональных блока модели [8].

В основе формирования в том числе и корковых межнейрональных связей (КМС) лежит уравнивание их лабильностей, т.е. частотного спектра [7] и, следовательно, энергетического уровня - что отражает САСЧ ЭЭГ, поскольку ЭЭГ представляет собой динамический стохастический процесс [3,4].

Анализ результатов проводился методом описательной статистики программы Microsoft Office Excel 2003, и представлен в виде средней арифметической и ее стандартного отклонения (M ± 5). Значимость различий в группах оценивали по t-критерию Стьюдента. Различия считались достоверными при p < 0,05.

Результаты и их обсуждение

Характер корковых межнейрональных взаимоотношений оказался весьма сложным вследствие фазической активации определенных отделов коры головного мозга (КГМ). Мы выделим те особенности корковых межнейрональных связей (КМС) которые имеют значение для конкретной цели нашего исследования.

Среднеарифметическая частота спектра ЭЭГ [см. таблицу №1] всего мозга женщин и его полушарий достоверно превышала САСЧ ЭЭГ мозга мужчин (р <<

0,00001). Аналогичная закономерность наблюдались и в отношении первого (p <

0,05), второго (p << 0,001) и третьего (p < 0,001) функциональных блоков. Не выявлено различий САСЧ ЭЭГ между левым и правым полушариями ГМ женщин как в глобальном плане, так и зональных - между одноименными отделами ГМ (p>0,05). Глобальная САСЧ ЭЭГ правого полушария мужчин превышала аналогичный показатель их левого полушария (р = 0,05), хотя зональных различий между одноименными отделами головного мозга выявлено не было (имелась лишь некоторая тенденция к асимметрии за счет средне и задневисочных отделов правого полушария, где САЧС ЭЭГ имела максимальное значение и равнялась аналогичному показателю у женщин (р>0,05).

Зональными особенностями САСЧ ЭЭГ женщин было то, что она превышала аналогичный показатель у мужчин во всех отведениях (p < 0,05, р < 0,01), за исключением средне и задневисочных отведений правого полушария (p >0,05).

Важной особенностью функциональной организации головного мозга женщин при распознавании КЗО являлось наличие КМС между теменными и лобными отделами (p > 0,05), теменными и височными отделами каждого из полушарий

КГМ (р > 0,05), а также лобным и нижним лобным (передним височным) левого полушария КГМ (р > 0,05).

Особенностью функциональной организации мозга мужчин при распознавании КЗО является наличие КМС между теменными и лобными отделами (р > 0,05) каждого из полушарий, лобным и затылочным отделом правого полушария КГМ (р > 0,05), а также лобным и нижним лобным (передним височным) правого полушария (р > 0, 05). Имеется КМС между теменными и нижними лобными (передними височными) отделами обоих полушарий КГМ (р > 0,05).

Таким образом, имеются существенные межполовые различия в организации зональных КМС при распознавании КЗО в мозге женщин и мужчин.

Таблица 1.

Данные спектрального анализа САСЧ биоэлектрической активности головного мозга мужчин и женщин при распознании конкретного зрительного образа.

Отведения ЭЭГ Женщины Мужчины Мужчины и женщины достоверность различий Р <

Среднее арифм. Стандартное отклонение Среднее арифм. Стандартн ое отклонени е

Б3 - АА 10,995 1.867 10,039 1,826 0,00099

Б4 - АА 11,028 1,728 10,429 2,106 0,039

С3 - АА 10,978 1,691 10,221 1,651 0,00038

С4 - АА 11,020 1,582 10,266 1,602 0,0025

Р3 - АА 11,329 1,536 10,465 1,600 0,00047

Р4 - АА 11,482 1,561 10,540 1,648 0,0002

01 - АА 11,503 1,566 10,693 1,817 0,0023

02 - АА 11,659 1,674 10,756 2,616 0,00048

Б7 - АА 11,523 1.783 10,624 2,051 0,0028

Б8 - АА 11,625 1,827 10,905 2,049 0,017

Т3 - АА 11,697 1,840 10,999 1,987 0,019

Т4 - АА 11,743 1,858 11,345 2,242 0,213

Т5 - АА 11,656 1,653 11,033 2,093 0,034

Т6 - АА 11,728 1,879 11,383 2,230 0,279

Весь мозг 11,426 1,735 10,691 1,938 Р « 0,000001

Пр.полуш 11,469 1,748 10,801 1,979 Р « 0,000001

Лев.полуш 11,383 1,722 10,581 1,891 Р « 0,000001

1 блок 11,692 1,764 11,208 2,163 0,0254

2 блок 11,405 1,546 10,503 1,620 Р « 0,00001

3 блок 11,011 1,794 10,224 1,973 0,00016

Полученные нами данные говорят о большей функциональной активности нейронов КГМ женщин (всего мозга, его полушарий, блоков СФМИРГМ и всех зон

КГМ, за исключением средне и задневисочных ее отделов) в процессе распознания КЗО.

Это связано с большей у женщин деполяризацией клеточных мембран нейронов, приближением трансмембранного потенциала к пороговой величине [3,4]. Нейроны КГМ женщин более чувствительны к экстеро- и интерорецептивным влияниям и более склонны к генерации спайковой активности.

Уровень функциональной активности КГМ обеспечивается структурами, входящими в первый функциональный блок СФМИРГМ [8,14], и связан с определенным балансом активизирующих (лимбико-кортикальных и ретикуло-кортикальных) и тормозящих или сомногенных (таламо-кортикальных и ретикуло-кортикальных) структур головного мозга. Конечно, надо учитывать и влияние самой КГМ на данные структуры [1].

КГМ женщин в большей, чем у мужчин, степени испытывает активизирующие влияния в процессе распознавания КЗО со стороны первого блока СФМИРГМ, в том числе ее коркового представительства - лимбической системы и вышележащих отделов КГМ. Эти активизирующие влияния не приводят к функциональной межполушарной асимметрии. В процесс опознания КЗО женщинами (учитывая характер информации получаемый на основе данного электрофизиологического метода исследования), вовлечены в основном третичные поля или ассоциативная кора лобно-височно-теменных отделов обоих полушарий, что подтверждает положение А. Р. Лурия об обязательном участии всех трех блоков СФМИРГМ в выполнении высших психических функций. Третичные поля коры задних отделов полушарий (в т.ч. теменных областей) не имеют непосредственной связи с периферией, т.е. расположены вне «ядерных зон» анализаторов (в т.ч. зрительного) и связаны лишь с другими ассоциативными отделами КГМ. На них осуществляется конвергенция и интеграция сложной трансформированной разномодальной информации от вторичных проекционных полей и ассоциативной коры других отделов КГМ (лобных, височных). Подавляющее большинство ассоциативных нейронов отвечают на обобщенные признаки стимулов, т.е. в высших (ассоциативных) сенсорных зонах коры вступает в силу закон убывающей специфичности. В нем отражается переход от дробного анализа частных модально

- специфических признаков раздражителя к синтезу более общих и отвлеченных схем воспринимаемого мира. Иначе - переходу к надмодальному, абстрактному, символическому отображению мира, и, в конечном итоге (учитывая вовлечение в процесс ассоциативных областей лобной, височной и теменной коры), к абстрактному мышлению, осуществляемому вербально, осознано и произвольно [1,16].

Дискриминантный способ отображения информации, использующийся в технических распознающих системах, подразумевает описание изображения большим набором признаков. Предполагается, что все изображения, принадлежащие одному объекту, получают сходные описания [13]. Применительно к человеку (в данном случае женщине) можно сказать, что последовательное перечисление признаков изображения (КЗО в нашем случае) приводит к его распознанию, т.е. обобщению этих признаков единым понятием, содержание которого фиксируется в слове. В слове отображаются не конкретные, а наиболее существенные, основные свойства и отношения предметов и явлений. Так, по данным А.Р. Лурия, глухонемой, который не обучен речи, не способен абстрагировать качество или действие от реального предмета, он не может

формировать отвлеченные понятия и систематизировать явления внешнего мира по отвлеченным понятиям в определенные классы предметов и явлений [1] (дискриминантный способ обработки зрительной информации еще называют классификационным). Другими словами, слово (его значение) облегчает когнитивную деятельность, оптимизируя (в т.ч. во времени) ее перцептивный, мнемонический и семантический уровни.

Таким образом, женщины, учитывая возникающий в процессе распознавания КЗО характер корковых межнейрональных взаимоотношений и логически вытекающие из него психофизиологические данные, перечисленные выше, используют в основном дискриминантный (классификационный) или сукцессивный способ (или метод) обработки зрительной информации, традиционно связываемый с левым полушарием. Процесс распознания ими КЗО осуществляется на основе таких высших психических функций, как память, речь, сознание, научение и т.д., т.е. осознанно, произвольно и опосредовано речью. Х. Мегун, анализируя многочисленные сведения о роли сознания и бессознательного в психической деятельности человека, попытался свести их в единую систему, которая с некоторыми изменениями [16] представлена в таблице № 2 .

Таблица 2

Уровни сознания и их корреляты

Уровни психики Функции Морфологи -ческая основа Нейрофизиоло гическая основа

Низший уровень Врожденные стереотипные реакции Ствол мозга Безусловный рефлекс, инстинкт Бессознатель - ное

Средний уровень Приобретенное приспособите -льное поведение Сенсомотор -ная кора Условный рефлекс Подсознательное

Высший уровень Абстракция, различения, символизация, обобщение Ассоциатив -ные зоны коры

Сверхвысо кий уровень Творчество, интуиция, инсайт, "ясновидение" ? ? Сверхсозна - ние, надсознание

Таким образом, различение у женщин (см. табл. № 2) осуществляется осознано, причем задействован высший уровень сознания, функциями которого являются абстракция, различение, символизация, обобщение. Нейрофизиологической основой этих функций является вторая сигнальная система, а морфологическим субстратом - ассоциативные зоны лобной, височной, теменной КГМ. Это дополнительно подтверждается полученными нами на основе Фурье анализа ЭЭГ данными об особенностях функциональной организации ГМ и способе распознания КЗО женщинами.

Основной особенностью функциональной организации ГМ мужчин является наличие ФМА с преобладанием в процессе распознания КЗО правого полушария. Наличие ФМА дает больше степеней свободы в способах обработки информации.

Действительно (см. раздел результаты) функциональная организация КГМ мужчин, с одной стороны, схожа с таковой у женщин в плане участия ассоциативной коры (лобных, височных и теменных ее отделов) в распознании КЗО. Т.е. мужчины могут использовать дискриминантный или сукцессивный (левополушарные) методы обработки зрительной информации осуществляемые осознано с привлечением второй сигнальной системы. Однако эти способы у мужчин не будут основными, так как ведущим полушарием в функциональном плане является правое полушарие, осуществляющее распознание зрительного образа структурным или симультанным методами [10,13].

Структурный метод опознания зрительного образа (применяющийся в технических распознающих системах) предполагает разложение изображения на составляющие его элементы, затем определяется - как эти элементы расположены друг относительно друга. Задача опознания состоит в определении правил, какие элементы могут или должны обязательно присутствовать во всех изображениях определенного зрительного образа, и по каким правилам эти элементы сочетаются один с другим [13]. Мозг мужчин обладает вышеперечисленными возможностями, так как другой особенностью его функциональной организации является вовлечение в процесс опознания КЗО как первичных, так и вторичных, и третичных проекционных полей зрительного анализатора в правом полушарии и их функциональная связь с лобной корой одноименного полушария ГМ. Функцией первичной коры зрительного анализатора является максимально тонкий анализ различных физических параметров стимула определенной модальности. Нейроны первичных полей зрительного анализатора избирательно реагируют на определенные (элементарные) признаки зрительных раздражителей: одни - на оттенки цвета, другие на направление движения, третьи - на характер линий (край, полоса, наклон линии) и т. п. Вторичные проекционные поля ЗА расположены вокруг первичных, как бы надстраиваясь над ними [16]. В этих зонах четвертый афферентный слой уступает место третьему слою клеток (откуда берут начало в т.ч. и ассоциативные связи коры). Для нейронов вторичных полей зрительного анализатора характерно детектирование сложных признаков раздражителей, при этом сохраняются элементы определенной модальности раздражителя. Высшие -гностические - зрительные функции связаны с работой вторичных полей и прилегающих к ним третичных полей коры больших полушарий ГМ [1,8,14].

Сложная проблема зрительного восприятия еще далеко не изучена даже на уровне перцепции [16]. Однако учитывая полученные нами данные по частотно -пространственной организации биоэлектрической активности, можно сказать, что правое полушарие мужчин имеет возможность осуществлять процесс распознания начиная с максимально тонкого анализа различных физических параметров КЗО (модально специфических), одновременно (согласно табл. №.2 рефлекторно, неосознанно) с помощью пространственных операторов (ассоциативных зон лобно

- височно - теменной КГМ правого полушария), выстраивая из них полное структурное отображение КЗО, что, в частности, подразумевает отсутствие инвариантности описания КЗО. Далее к опознанию КЗО подключаются пространственные операторы левого полушария (субдоминантного), что переводит процесс в область осознанного, вербального его отображения.

Половые различия способов обработки КЗО носят генетически обусловленный характер, так как особенности корковых межнейрональных взаимоотношений осуществляется в альфа диапазоне частот ЭЭГ [9].

Выводы

1. В физиологическом плане мозг женщин чувствительнее и реактивнее мозга мужчин.

2. Как у женщин, так и у мужчин в процессе распознания конкретного зрительного образа участвуют все три блока структурно-функциональной модели интегративной работы головного мозга.

3. У женщин превалирует дискриминантный (класификационный) или

сукцессивный способы обработки зрительной информации,

осуществляющийся осознанно, произвольно и опосредованно речью и связанный преимущественно с левым полушарием.

4. Мозг мужчин обладает возможностью обработки зрительной информации как дискриминантным способом, так и структурным или симультанным способом, являющимися доминантным и связанным с деятельностью правого полушария.

5. Вышеуказанное способствует формированию у мужчин по сравнению с женщинами информационно гораздо более богатого зрительного образа, характеризующегося максимально тонким анализом различных физических параметров стимула.

ЛИТЕРАТУРА

1. Данилова Н.Н., Крылова А.П. Физиология высшей нервной деятельности / Н. Н. Данилова. - Ростов-на-Дону.: Феникс, 2002. - 480 с.

2. Ендолов В. В., Сычев В. Н., Сычев В. В. О некоторых психофизиологических

гендерных особенностях, выявляемых спектральным анализом

электроэнцефалограммы, и их интерпретация в соответствии со структурно -функциональной моделью интегративной деятельности мозга и методом цветовых выборов / В. В. Ендолов, В. Н. Сычев, В. В. Сычев // Вестник Рязанского государственного университета имени С. А. Есенина. - 2007. - №1/14. - с.119 - 123.

3. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии) / Л. Р. Зенков. - Таганрог.: Изд-во ТРГТУ, 1996. - 358 с.

4. Зенков Л.Р., Ронкин М.А. Функциональная диагностика нервнх болезней / Л. Р. Зенков, М. А. Ронкин. - М.: Медицина, 1991. - 640 с.

5. Иваницкий А.М. Фокусы взаимодействия,синтез информации и психическая деятельность / А. М. Иваницкий // Журнал высшей нервной деятельности. - 1993. -Т. 43 вып. 2. - С. 219 - 227.

6. Иванов Л.Б. Прикладная компьютерная электроэнцефалография / Л. Б. Иванов. -М.: АОЗТ Антидор, 2000. - 256 с.

7. Ливанов М.Н. Пространственно - временная организация потенциалов и системная деятельность головного мозга / М. Н. Ливанов. - Избранные труды. М.: Наука, 1989. - 400 с.

8. Лурия А.Р. Основы нейропсихологии / А. Р. Лурия. - М.: изд. центр Академия,

2006. - 384 с.

9. Равич - Щербо. Психогенетика / И. В. Равич - Щербо, И. В. Марютина, Е. Л. Григоренко. - М.:АОЗТ Антидор, 2000. - 256 с.

10. Свидерская Н.Е. Осознаваемая и неосознаваемая информация в когнитивной деятельности человека / Н. Е. Свидерская // Журнал высшей нервной деятельности человека. - 1993. - Т. 43 вып.2. - С. 271 - 276.

11. Сычев В.Н., Гармаш О.Б., Сычева Л.П. Уточнение патогенеза бронхиальной астмы на основе изучения особенностей пространственной организации электрической активности головного мозга / В. Н. Сычев, О. Б. Гармаш, Л. П. Сычева // Российский медико - биологический вестник. -1999. - №1 -2 . - С. 115 -119.

12. Сычев В.Н., Соколов А.В. Использование автоматизированной элктроэнцефалографии в диагностике нарушений регуляции дыхания / В. Н. Сычев, А. В. Соколов // Сб.науч.тр. Рязань.: РГМУ 1996. с. 169 - 172.

13. Функциональная межполушарная асимметрия / Сост. д.б. н. Фокин В.Ф. Хрестоматия. М.: Научный мир. 2004. 728 с. // Л. И. Леушина, А. А. Невская. Различия полушарий в обработке зрительной информации и опознании зрительных образов. С. 293 - 215.

14. Хомская Е.Д. Неропсихология: 4 - е издание / Е. Д. Хомская. - СПб.: Питер,

2007. - 496 с.

15. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение / Д. Хьюбел. - М.: Мир, 1990. - 239 с.

16. Шостак В.И., Лытаев С.А. Физиология психической деятельности человека / В. И. Шостак, С. А. Лытаев. - СПб.: Деан. - 1999, 128 с.

17. Baumgartner Christoph. Clinical electrophysiology of the somatosensory cortex / C. Baumgartner. - Vienna.: Sprringer - Verlag, 1993. - 198 p.

THE WORK ABOUT THE WAYS HOW MALE AND FEMALE BRAIN RECOGNIZES CONCRETE VISUAL IMAGE BASED ON THE DATA OF SPECTRAL ANALYSIS OF ELECTROENCEPHALOGRAM

V.V. Sychev

The spectral EEG - analysis on the base of Fouriet - method is valuable to learn the sexual features in kinds of recognizing a particular sight samples.