Тема 9. Психофізіологія розумової діяльності

9.1. Електрофізіологічні кореляти мислення

9.2. Психофізіологічні аспекти ухвалення рішення

9.3. Психофізіологічний підхід до інтелекту

Вивчення розумової діяльності в психофізіології має свою специфіку. У теоретичному плані проблема фізіологічних основ розумової діяльності мало розроблена. До цих пір не існує широко прийнятих концепцій (як це має місце стосовно сприйняття, пам'яті), які пояснювали б, яким чином ЦНС забезпечує процес мислення. В той же час є немало емпіричних досліджень, які присвячені вивченню цієї проблеми. Вони утворюють два відносно незалежних підходи. У основі першого лежить реєстрація фізіологічних показників в ході розумової діяльності. Фактично він спрямований на виявлення динаміки фізіологічних показників в процесі вирішення завдань різного типа. Варіюючи зміст завдань і аналізуючи супутні зміни фізіологічних показників, дослідники отримують фізіологічні кореляти виконуваної діяльності. На цій основі робляться виводи щодо особливостей фізіологічного забезпечення вирішення завдань різного типа. Другий підхід виходить з того, що властиві людині способи пізнавальної діяльності знаходять закономірне віддзеркалення у фізіологічних показниках, в результаті ті набувають стійких індивідуальних особливостей. За цією логікою, головне - знайти ті показники, які статистично достовірно пов'язані з успішністю пізнавальної діяльності, наприклад, коефіцієнтом інтелекту, причому фізіологічні показники в цьому випадку отримують незалежно від психометричних. Перший підхід дозволяє вивчати процесуальну сторону, тобто прослідкувати, яким чином перебудовується фізіологічна активність по ходу рішення задачі і як результат відбивається в динаміці цієї активності. Моделювання розумових завдань дозволяє виділяти нові варіанти зміни фізіологічних показників і робити узагальнення щодо відповідних фізіологічних механізмів. Складність полягає в тому, щоб, по-перше, розробити інформативні моделі розумової діяльності (завдання), і, по-друге, підібрати адекватні методи і показники, що дозволяють в повному обсязі охарактеризувати діяльність фізіологічних систем - потенційних "кандидатів" на участь в забезпеченні процесу рішення задачі. При цьому виводи розповсюджуються тільки на той клас розумових завдань, які є предметом вивчення. Вочевидь, моделювання не може охопити всі сфери розумової діяльності людини, і в цьому полягає обмеженість першого підходу. При другому підході такого обмеження немає, оскільки на перше місце ставиться зіставлення індивідуально-специфічних стійких фізіологічних і психологічних показників. Передбачається, що індивідуальний досвід розумової діяльності відбивається в тих і інших. Проте ця логіка не дозволяє досліджувати психофізіологію процесу вирішення завдань, хоча за результатами зіставлення і висуваються деякі припущення щодо того, що сприяє його успішній організації.

9.1. Електрофізіологічні кореляти мислення

У переважній більшості випадків основними в цих дослідженнях є показники роботи головного мозку в діапазоні від нейронної активності до сумарної біоелектричної. Додатково як контроль використовують реєстрацію міограми, електричної активності шкіри і очних рухів. При виборі розумових завдань нерідко спираються на емпіричне правило: завдання мають бути адресовані топографічно рознесеним областям мозку, насамперед, кори великих півкуль. Типовим прикладом є поєднання завдань вербально-логічних і зорово-просторових.

Дослідженням нейронних корелятов мислення надається насьогодні особливе значення. Причина в тому, що серед різних електрофізіологічних явищ імпульсна активність нейронів найбільш близька до процесів мислення за своїми тимчасовими параметрами. Передбачається, що повинна існувати відповідність між часом переробки інформації в мозку і часом реалізації розумових процесів. Якщо, наприклад, ухвалення рішення займає 100 мс, то і відповідні електрофізіологічні йому процеси повинні мати тимчасові параметри в межах 100 мс. За цією ознакою найбільш вдалим об'єктом вивчення є імпульсна активність нейронів. Тривалість імпульсу (потенціалу дії) нейрона рівна 1 мс, а міжімпульсні інтервали складають 30-60 мс. Кількість нейронів в мозку оцінюється числом десять в десятому ступені, а число зв'язків, що виникають між нейронами, практично нескінченно. Отже, за рахунок тимчасових параметрів функціонування і множинності зв'язків нейрони володіють потенційно необмеженими можливостями до функціонального об'єднання в цілях забезпечення розумової діяльності. Прийнято вважати, що складні функції мозку, і насамперед мислення, забезпечуються системами функціонально об'єднаних нейронів.

Нейронні коди. Проблема кодів, тобто "мови", яку використовує мозок людини на різних етапах вирішення завдань, є першочерговою. Фактично це проблема визначення предмету дослідження: як тільки стане зрозуміло, в яких формах фізіологічної активності нейронів відбивається (кодується) розумова діяльність людини, можна буде впритул підійти до розуміння її нейрофізіологічних механізмів.

Ще нещодавно основним носієм інформації в мозку вважалася середня частота послідовності імпульсів, тобто середня частота імпульсної активності нейрона за короткий проміжок часу, який можна було зіставити з реалізацією тієї або іншої розумової дії. Мозок порівнювали з інформаційно-керованим пристроєм, мовою якого є частота. Проте є підстави вважати, що це не єдиний вид коду, і, можливо, існують інші, що враховують не лише тимчасові чинники, але і просторові, обумовлені взаємодією нейрональних груп, розташованих в топографічно рознесених відділах мозку.

Нейронні кореляти розумових операцій. Вивчення імпульсної активності нейронів глибоких структур і окремих зон кори мозку людини в процесі розумової діяльності проводилося за допомогою методу хронічно імплантованих електродів. Перші дані, що свідчать про наявність закономірних перебудов частотних характеристик імпульсної активності (патернів) нейронів були отримані при сприйнятті, запам'ятовуванні і відтворенні окремих вербальних стимулів. Подальші дослідження в цьому напрямі дозволили виявити специфічні особливості процесів асоціативно-логічної обробки людиною вербальної інформації аж до різних смислових відтінків понять. Зокрема було встановлено, що смислова значущість стимулу може кодуватися частотою розряду нейронів, тобто патерни поточної частоти активності нейронів деяких структур мозку здатні відображати спільні смислові характеристики слів. Виявилося також, що патерн поточної частоти розрядів функціонально об'єднаної групи нейронів можна розглядати як структуру або послідовність, що включає декілька компонентів. Ці компоненти, представлені сплесками (або падіннями) частоти розрядів, виникають на певних стадіях рішення задачі і, мабуть, відображають включення або перемикання роботи нейронів на новий етап рішення задачі. Отже, при вивченні динаміки імпульсної активності нейронів в певних областях головного мозку були виявлені стійкі просторово-часові картини (патерни) цієї активності, пов'язані з конкретним видом розумової діяльності людини. Після виділення таких патернів можна достатньо точно визначати, де і коли в мозку людини розвиватимуться певні зміни активності нейронних об'єднань в процесі вирішення завдань певного типа. При цьому закономірності формування патернів імпульсної активності нейронів по ходу виконання випробовуваним різних психологічних тестів інколи дозволяли передбачати результат виконання конкретної асоціативно-логічної операції.

Вже з часів перших, що стали класичними, робіт Бергера (1929), Едріана і Метьюза (1934), добре відомо, що розумова діяльність викликає стійку десинхронізацію альфа-ритму, і що саме десинхронізація виявляється об'єктивним показником активації.

Ритми ЕЕГ і мислення. Встановлено, що при розумовій діяльності відбувається перебудова частотно-амплітудних параметрів ЕЕГ, що охоплює всі основні ритмічні діапазони від дельта до гамма. Так, при виконанні розумових завдань може посилюватися дельта- і тета-активність. Причому посилення останньої складової позитивно співвідноситься з успішністю вирішення завдань. У цих випадках тета активність найбільш виражена в передніх відділах кори, причому її максимальна вираженість відповідає за часом періодам найбільшої концентрації уваги людини при вирішенні завдань і виявляє зв'язок із швидкістю вирішення завдань. Слід підкреслити, проте, що різні за змістом і складністю завдання викликають неоднакові зміни тета діапазону. За даними низки авторів, розумова активність у дорослих супроводжується підвищенням потужності бета-рітма, причому значуще посилення високочастотної активності спостерігається при розумовій діяльності, що включає елементи новизни, тоді як стереотипні розумові операції, що повторюються, супроводжуються її зниженням. Встановлено також, що успішність виконання вербальних завдань і тестів на зорово-просторові стосунки виявляється позитивно пов'язаною з високою активністю бета діапазону ЕЕГ лівої півкулі. За деякими припущеннями, ця активність пов'язана з віддзеркаленням діяльності механізмів сканування структури стимулу, здійснюваної нейронними мережами, що продукують високочастотну активність ЕЕГ. Динаміка альфа активності при розумовій діяльності має складний характер. При аналізі альфа-ритму останнім часом прийнято виділяти три (інколи дві) складові: високо- середньо- і низькочастотну. Виявляється, що ці субкомпоненти альфа-ритму по-різному пов'язані з розумовою діяльністю. Низькочастотний і високочастотний альфа-ритм більшою мірою співвідноситься з когнітивними аспектами діяльності, тоді як середньочастотний альфа-ритм в основному відображає процеси неспецифічної активації.

Просторово-часова організація ЕЕГ і мислення. Зміни біоелектричної активності мозку в процесі розумової діяльності, як правило, мають зональну специфіку. Іншими словами, ритми ЕЕГ в різних зонах кори по-різному поводять себе при вирішенні завдань. Існує декілька способів оцінити характер просторово-часової організації ЕЕГ в процесі вирішення завдань. Одним з найбільш поширених способів є дослідження дистантної синхронізації біопотенціалів і когерентності спектральних складових ЕЕГ в різних зонах мозку. Відомо, що для стану спокою зазвичай характерний деякий середній рівень синхронності і когерентності ЕЕГ, який відображає активну підтримку міжзональних зв'язків і тонусу зон кори у спокої. При пред'явленні завдань ці типові для спокою міжзональні стосунки істотно змінюються. Встановлено, що при розумовій діяльності відбувається різке збільшення числа ділянок кори, кореляційний зв'язок між якими по різних складових ЕЕГ виявляє високу статистичну значущість. При цьому, проте, залежно від характеру завдання і вибраного показника картина міжзональних стосунків може виглядати по-різному. Наприклад, при вирішенні як вербальних, так і арифметичних завдань зростає ступінь дистантної синхронізації біопотенціалів в лобових і центральних відділах лівої півкулі, але окрім цього при вирішенні математичних завдань виникає додатковий фокус активації в тім'яно-потиличних відділах.

Змінюється ступінь просторової синхронізації біопотенціалів і залежно від ступеня алгоритмізації дії. При виконанні легкої за алгоритмом дії зростає ступінь синхронізації в задніх відділах лівої півкулі, при важкій алгоритмічній дії фокус активації переміщається в передні зони лівої півкулі. Більш того, характер міжзональних стосунків істотно залежить від того, яку стратегію реалізує людина в процесі рішення задачі. Наприклад, при рішенні однієї і тієї ж математичної задачі різними способами: арифметичним або просторовим, - фокуси активації розташовуються в різних ділянках кори. У першому випадку - в правій префронтальній і лівій тім'яно-скроневій, в другому - спочатку в передніх, а потім задніх відділах правої півкулі. За іншими даними, при послідовному способі обробки інформації (сукцесивному) спостерігається переважна активація передніх зон лівої півкулі, при цілісному сприйнятті (симультанному) - тих же зон правої півкулі. Заслуговує також на увагу і той факт, що міжзональні стосунки змінюються залежно від ступеня оригінальності рішення задачі. Так, у піддослідних, які використовують стандартні прийоми рішення, здебільшого переважає активність лівої півкулі, навпаки, у піддослідних, які застосовують нестандартні (евристичні) рішення, характерне переважання активації в правій півкулі, найбільш сильне в лобових відділах, причому як у спокої, так і при рішенні задачі.