автореферат и диссертация по психологии 19.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Сердечный ритм в условиях информационной нагрузки

Автореферат диссертации по теме "Сердечный ритм в условиях информационной нагрузки"

Б ОД МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. М. В. 'ЛОМОНОСОВА

$ МДЙ Г.; _

ФАКУЛЬТЕТ ПСИХОЛОГИИ

На правах рукописи

КОРШУНОВА СВЕТЛАНА ГРИГОРЬЕВНА

СЕРДЕЧНЫЙ РИТМ В УСЛОВИЯХ ИНФОРМАЦИОННОЙ НАГРУЗКИ

Специальность 19. 00. 02. - психофизиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук

Москва-1995

Работа выполнена в Мэсковском Государственном университете имени М. К Ломоносова

Научный руководитель -

доктор психологических наук, профессор Данилова Н. Н. Официальные оппоненты -

доктор психологических наук, профессор Смирнов С. Д. доктор биологических наук, профессор Лебедев А. Н.

Ведущая организация - Психологический институт РАО

Защита состоится -2 ■■ гу/снА 1995г. в /5 _часов на заседании Специализированного Совета Д. 053. 05.61. в Московском Государственном университете имени М. В. Ломоносова по адресу: 103009, Москва, Моховая, 9, корп. 5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета психологии МГУ имени М. Е. Ломоносова Автореферат разослан "СШ^г&лО? 1995г.

Ученый секретарь Специализированного Совета Д. 053.05.61. кандидат психологических наук, доцент

Хлудова Л. К С'ис с/^''^^

и

6Л

Актуальность. Ранние психофизиологические исследования сердечного ритма в условиях информационной нагрузки показали, что частота сердечных сокращений является чувствительной мерой не только эмоций и стресса (Darwin, 1986; Cannon, 1936; Selye, 1956). Она также отражает процессы переработки информации при решении человеком умственных задач (Lacey et. al.. 1953). функциональное значение изменений сердечного периода при информационной нагрузке объясняет теория ориентировочного и оборонительного рефлексов (Соколов, 1953; Данилова, 1985; Graham, 1968).

Ключевая гипотеза современных исследований сердечного ритма заключается в том, что вегетативные реакции представлены в нервной системе возбуждением независимых нейронных структур. То есть принцип векторного кодирования сенсорной информации и моторных ответов распространяется также и на вегетативные реакции (Соколов, 1982; 1992), Важный шаг в этом направлении сделала группа под руководством Сасюрро (1991; 1993; 1994). Они количественно представили сердечный период в пространстве двух независимых переменных - возбуждения симпатического и парасимпатического регулирующих каналов. Задача нашей работы состояла в том, чтобы найти и изучить независимые каналы ритмической регуляций сердца. Опираясь на трехкомпонентную теорию регуляции сердечного ритма (Kfcilder et. al., 1980; Жемайтите, 1982; Баевс-кий и др., 1984; Akselrod, 1984), нами изучались спектры мощности RR-интервалов, которые рассматривались как функции трех независимых переменных, образующих векторное вегетативное пространство. Представление рефлекторных изменений сердечного ритма векторами в вегетативном пространстве позволяет наиболее точно установить отношения между психологическими и физиологическими процессами, что является значительным продвижением в психофизиологии. Наша работа имеет такие выход в практику. Анализ комплексов вегетативных реакций может служить объективными оценками при отборе лиц для профессий, требующих высокой надежности в экстремальных условиях, при контроле за уровнем бодрствования и внимания' в процессе обучения.

Гипотеза нашего исследования заключается в том, что медленные, среднечастотные и высокочастотные изменения частоты сердечных сокращений, связанные с метаболическими процессами,

- г -

сосудистыми реакциями и дыхательной аритмией, определяются независимыми системами ритмической регуляции, образующими вегетативное пространство.

Информационная нагрузка вызывает одновременно ориентиро- . вочный и оборонительный рефлексы. Соотношение этих рефлексов зависит от вида информационной нагрузки. Изучение ориентировочного и оборонительного рефлексов показывает, что они связаны реципрокно (Соколов, 1958; Данилова, 1985). Рассматривая личностную тревожность, измеренную по тесту Ч. Спильбергера, как субъективный аспект тонической формы оборонительного рефлекса, можно ожидать, что высокая тревожность будет связана с усилением сердечного компонента оборонительной реакции, тогда как низкая тревожность, вероятно, отражает усиление тонического ориентировочного рефлекса

Предмет и задачи исследования. Предметом данного исследования являются изменения сердечного ритма, вызываемые различными видами информационных нагрузок. А также соотношение уровня тревожности, как субъективного аспекта тонического оборонительного рефлекса-, с физиологическими показателями сердечного ритма и дыхания в покое и в ситуации умственной нагрузки. В связи с этим перед работой поставлены следующие задачи:

1. Применяя спектральный и факторный анализ исследовать независимость метаболических, васкулярных и респираторных колебаний сердечного ритма.

2. Исследовать влияние на сердечный ритм информационных нагрузок различного вида (арифметические задачи, ассоциативное обучение, проверка результатов обучения).

3. Исследовать реакции сердечного ритма на информационную нагрузку в зависимости от уровня личностной тревожности. .

4. Изучить влияние на сердечный ритм длительной информационной нагрузки при многократном повторении опытов с ассоциативным обучением и проверкой знаний.

5. Исследовать зависимость между сердечным ритмом и эффективностью умственной деятельности.

6. Изучить возможность использования семантических пространств цветовых названий для оценки эффективности обучения.

Научная новизна. В диссертации получены и представлены новые научные результаты:

1. Методами спектрального и факторного анализа подтверждена трехкомпонентная структура сердечного ритма

2. Построена геометрическая модель реакций сердечного ритма в виде трехмерного векторного вегетативного пространства

3. Показана связь между изменениями метаболической, васку-лярной и респираторной составляющими вариабельности сердечного ритма и видом информационной нагрузки.

4. Установлено влияние высокого уровня личностной тревожности на частотную структуру сердечного ритма

5. Методом кросспектрального анализа выделено три типа связей между сердечным ритмом и дыханием. Покааано усиление межсистемной связи под влиянием информационных нагрузок.

6. Установлена связь эффективности переработки информации с изменениями частотной структуры сердечного ритма при ассоциативном обучении.

Практическое применение.

1. Разработан и внедрен в практику преподавания спецкурс "Психофизиология компьютеризированного обучения" для студентов, специализирующихся по кафедре психофизиологии.

2. Отдельной работой рекомендована к широкому внедрению учебная программа "Разработка психофизиологических нормативов функционального состояния учащегося для компьютеризированного обучения" (НИР, НШВО, 1993, разработчики: Данилова ЕЕ, Грачев А. Ю. , Коршунова С. Г.).

Положения, выдвигаемые на защиту.

Частотная структура сердечного ритма (СР) характеризуется метаболической, васкулярной и респираторной составляющими, которые образуют ортогональные оси трехмерного вегетативного пространства В геометрической модели реакций СР в виде трехмерного векторного вегетативного пространства индивид или группа лиц представлены вектором, соответствующим индивидуальному или среднему групповому спектру мощности КЗ-интервалов с мета-

болическим, васкулярным и респираторным компонентами.

Информационные нагрузки при решении арифметических задач и ассоциативном обучении формируют такие комплексы изменений СР, при которых они существенно различаются между собой в векторном вегетативном пространстве. При этом метаболическая, васкулярная и респираторная составляющие вариабельности частоты сердечных сокращений уменьшаются при счетных операциях, и увеличиваются респираторная и особенно васкулярная составляющие при восприятии, формировании и,воспроизведении ассоциативных связей цвет-искусственное цветовое название. Связь обучения и проверки знаний с увеличением васкулярной и респираторной составляющей вариабельности СР воспроизводится в течение двух лет.

Группа лиц с высоким уровнем личностной тревожности, в отличие от низкотревожных и среднегревожных испытуемых, характеризуется в вегетативном векторном пространстве средним групповым спектром СР с наименьшими метаболическим, васкулярным и респираторным компонентами и наиболее высокой средней частотой . сердечных сокращений как в фоне, так и при арифметической нагрузке.

По кросспектрам между С? и дыханием выделены метаболический, васкулярный и респираторный каналы связи. В условиях покоя преобладает связь между СР и дыханием только по респираторному каналу. Информационные нагрузки различного вида вызывают усиление межсистемной связи за счет подключения к респираторному васкулярного и метаболического каналов.

Средний уровень н вариабельность частоты сердечных сокращений надежно дифференцируют эффективную и неэффективную переработку информации при ассоциативном обучении. Обучение и проверка результатов вызывают значительное замедление частоты сердечных сокращений у эффективно обучающихся и ускорение сердечного ритма у неэффективно обучающихся испытуемых. Метаболическая, васкулярная и'респираторная составляющие вариабельности СР избирательно увеличиваются при проверке знаний в случае эффективной и уменьшаются в случае неэффективной умственной деятельности. При высокой эффективности обучения реакции всех частотных составляющих вариабельности СР существенно уменьшаются при повторении опытов.

Семантическая организация системы значений искусственных цветовых названий представлена метрической и топологической структурой цветового семантического пространства, которое может служить оценкой эффективности ассоциативного обучения.

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования были доложены на заседании кафедры психофизиологии МГУ (июль, 1994 г.).

Структура диссертации. Рукопись диссертации содержит 220 страниц машинописного текста, включает 22 таблицы и 29 рисунков. В списке использованной литературы 174 источника, из них 93 на иностранных языках. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения и библиографии.

Во введении обосновывается актуальность работы, ее задачи, научная новизна и практическая ценность.

Первая глава посвящена исследованию по материалам научных публикаций теоретических и методических вопросов соотношения ■ сердечного ритма и информационной нагрузки. Многочисленные исследования подтверждают данные, впервые полученные Lacey (Lacey et. al., 1953) об изменениях сердечного периода при различных типах поведенческой активности. Так было показано, что запоминание небольшого списка терминов и преобразование легкого вербального материала вызывают замедление CP (Spence, et. al., 1980-, Jennings, 1975), тогда как распознавание сложных вербальных конструкций (Spence et. al., 1974), пересказ (Tursky et. al., 1970) и решение арифметических задач (Jennings et.al., 1980; Cacioppo et. al., 1978) вызывают ускорение ритма. Исследования ориентировочного и оборонительного рефлексов (Соколов, 1958; Graham, 1966; Данилова, 1992) и реакций внимания (Lacey et. al., 1953) подчерикивают функциональную связь между замедлением CP и облегчением сенсорных функций, и между ускорением ритма и ограничением действия раздражителей.

Колебания CP на разной частоте связывают с отдельными системами нейрогуморальной регуляции. Высокочастотная дыхательная синусовая дритмия (ДСА) и среднечастотные васкулярные изменения

- б -

CP контролируются со стороны вегетативной нервной системы. Медленная матаболическая вариабельность частоты сердечных сокращений отражает гуморальные влияния (Ratona et. al., 1975; Mulder et. al., 1981; Zemaityte et.al., 1984; Porges, 1992;). Последние экспериментальные исследования показывают, что симпатические и парасимпатические (Cacioppo et.al., 1991; 1993; 1994), а также отдельные парасимпатические пути (Forges, 1995), идущие к сердцу, образуют независимые каналы ритмической регуляции СР.

Во второй главе описаны методики экспериментов. Влияние на СР решения арифметических задач было исследовано в группе из 90 человек (25 мужчин и 65 женщин) в возрасте 17-19 лег. Для изучения длительной информационной нагрузки применялась процедура ассоциативного обучения, которая включала пять серий с обучением и проверкой знаний, проводимых раз в неделю. Пять серий обучение-проверка повторялись через год в той же группе лиц. Динамика СР изучалась у четырех человек (3 мужчины и 1 женщина), в возрасте 20-22 года.

Арифметические задачи заключались в умножении двухзначных чисел на двухзначные. Задача ассоциативного обучения состояла-^ в заучивании 15 бессмысленных комбинаций из букв (согласная-гласная-согласная) , обозначающих искусственные названия цветов. Ряд бессмысленных слов использовался ранее (Измайлов, Соколов, 1992) и не имеет цветового значения для русско-говорящих испытуемых. Пары, составленные из перцептивного цвета и его искусственного названия, предъявлялись по три раза в случайном порядке в каждой серии с обучением, га которой следовала серия с проверкой. Проверка требовала от испытуемого вводить с клавиатуры компьютера искусственное название после предъявления на экране цвета. Каждый цвет повторялся по три раза в случайном порядке.

ЭКГ и дыхание регистрировались телеметрически и'вводились в компьютер в фоне и во время решения арифметических задач (каждый этап продолжался три минуты), а также при обучении, проверке знаний и в фоне (длительность этапов до десяти минут). Пакет компьютерных программ PFE2 (Грачев, Данилова, Коршунова, Соколов, Чернышенко,'-1992) обеспечивал выделение R-зубца из

ЭКГ, измерение периодов сердечных циклов (RR-интервалов), квадратичную интерполяцию последовательности RR-интервалов, ее последующую дискретизацию с патом 500 мсек, удаление тренда, вычисление 3-х минутных спектров мощности RR-интервалов и пнев-мограмм в диапозоне от 0.005 Гц до 1 Гц, их сглаживание в частотной области. Предварительно на основании литературных данных (Muldör, 1981) были выделены десять частотных полос, которые охватывали, согласно трехкомпонентной структуре спектра CP, респираторный, васкуляркый и метаболический компоненты. Вычислялись площади спектра CP в каждой из частотных полос для оценки составляющих вариабельности СР. 'Дыхательная синусовая аритмия вычислялась в диапозоне спектра CP от 0.1 Гц до 0.-5 Гц (пять полос), вклад сосудистых колебаний оценивался в диапозоне 0.04-0.1 Гц (три полосы) и метаболическая составляющая измерялась от 0.005 Гц до 0.04 Гц (две полосы). Суммарная вариабельность CP оценивалась по стандартному отклонению RR-интервалов (Ст. от.) и общей площадью спектра CP (Пл.сп.) в диапозоне 0.005 -1 Гц. Кроме того рассчитывались средняя частота сердечных сокращений (ЯСС) и индекс напряжения (ИН) по P.M. Баевскому (Баевский, 1984). Кросспектры между ритмом сердца и дыханием рассчитывались из кросскорреляционных функций между RR-интер-валами и пневмограммами со сдвигом в обе стороны по 30 сек и шагом 100 мсек. По спектрам пневмограмм определялась основная частота дыхания. Применялся факторный анализ (метод главных компонентов с варимаксным вращением, пакет SYSTAT) матриц корреляций размерностью (10*10) между частотными полосами спектров СР. Проектирование спектров CP в факторное пространство достигалось умножением матриц V*H, где V - матрица 10-полосных спектров CP, Н - матрица факторных нагрузок. Межгрупповые и внутригрупповые различия оценивались по t-критерию Стьюдента в пакете STUDY (Кулаичев, 1989).

Личностная (ЛТ) и реактивная (РТ) тревожность измерялись по тесту Ч. Спильбергера в адаптации Ханина (Ханин, 1976). Дополнительно измерялись по тесту Я. Стреляу (Данилова, Шмелев, 1988) сила процессов возбуждения, торможения и подвижность. Для исследования влияния тревожности на CP были выделены группы с низкой (7 мужчин и 13 женщин с ЛТ от 26 до 38), средней

(14 муж., 34. жен., 39-50 баллов) и высокой личностной тревожностью (6 муж., 16 жен. ,51-62 балла). Дня высокотревожной, среднетревожной и низкотревожной групп средние значения личностной тревожности соответсвенно составили 53.9+3.4, 43.2+3.2 и 34.3+3.6 баллов.

Общее количество решенных арифметических задач и количество правильных ответов измеряли эффективность работы-у каждого испытуемого - скорость и ^точность. Эффективность ассоциативного обучения оценивалась количеством ошибок двух типов -- называние цвета именем другого цвета из заучиваемого списка искусственных цветовых названий и пропуски ответов. Для оценки эффективности обучения строились также для каждого испытуемого семантическиё цветовые пространства с использованием процедуры многомерного шкалирования - перед началом обучения каждый год, после третьего и пятого опыта в первый год и после каждого опыта во второй год. Для этого искусственные названия цветов предъявлялись парами в случайном порядке по два раза для оценки субъективных различий между ними, которые ранжировались от 1 (минимальное различие) до 9 (максимальное различие). Семантические пространства сравнивались с перцептивными цветовыми пространствами, построенными для каждого испытуемого по матрице субъективных различий между цветами.

В третьей главе рассматриваются результаты собственных исследований сердечного ритма у 90 человек при арифметической нагрузке. Чтобы достичь лучшего разделения пиков в спектрах СР был применен факторный анализ коэффициентов корреляции между частотными полосами спектров И?-интервалов." Основная идея этого подхода состоит в том, 'что соседние полосы спектров, связанные с общим генератором, должны коррелировать между собой сильнее. Частоты, возбуждаемые независимыми системами, не должны коррелировать. Секторный анализ матриц корреляций размерностью (10* 10) между 10-полосными спектрами СР, полученными в фоне и при арифметической нагрузке (по 90 спектров) выделил три одинаковые фактора Обшие факторы позволили объединить все спектры СР в суммарное трехмерное пространство, которое охватило 80.2 % данных. Метаболический фактор суммарного пространства выделил не-

зависимый канал в диапозоне частот от 0.005 Гц до О. Об Гц. пекулярный фактор определил канал в области частот от 0.06 Гц до 0.12 Гц. Дыхательная синусовая аритмия составила респираторный фактор, объединивший частотные полосы от 0.12 Гц до 0.5 Гц. Метаболический, васкулярный и респираторный факторы образовали оси трехмерного векторного вегетативного пространства реакций СР. Калдый исходный спектр СР был представлен в вегетативном пространстве вектором, координаты которого служили мерой частотных составляющих вариабельности СР. Эффекты информационной нагрузки представлены в вегетативном пространстве перемещением среднего группового или индивидуального спектра СР.

Для выделения каналов, обеспечивающих связь между СР и дыханием, был применен анализ кросспектров между Я!?-интервалами и пневмограммами. Возбуждения, поступающие по каналу связи одновременно на обе системы, представлены пиком мощности в кросспект-ре. Предполагалось, что увеличение количества каналов связи соответствует усиленно связи между ритмом сердца и дыханием. Изучение кросспектров, полученных у испытуемых в покое и при арифметической нагрузке, показало, что пики мощности наблюдаются во всем частотном диапозоне - в области респираторных, васкулярных и метаболических частот. При этом были выявлены три основные типа кросспектров: а) только с одним респираторным.пиком около 0.3 Гц,- б) с двумя пиками около 0.3 Гц и 0.1 Гц, соответствующими респираторным и васкулярным каналам связи и в) с тремя пиками, когда дополнительно к пикам на 0.3 Гц и 0.1 Гц наблюдались метаболические колебания около 0. 01 Гц. Количество пиков в кросспектрах служило количественной мерой силы межсистемной связи.

Арифметическая нагрузка формировала в группе лиц комплекс реакций, при котором уменьшались метаболическая, васкулярная и респираторная координаты среднего группового спектра СР и суммарная вариабельность, измеренная площадью спектра, а ТС, ИН, частота дыхания и количество пиков в кросспектрах между ритмом сердца и дыханием - увеличивались; Ст. от. не изменялось.

В 8 2 исследовалось влияние эффективности решения арифметических задач на показатели СР. Сравнение двух групп испытуемых с высокой и низкой эффективностью деятельности показало,

что хорошо и плохо решаемые арифметические задачи формируют практически одинаковый комплекс физиологических реакций, такой же как и в общей группе лиц.

Зависимость СР от личностной тревожности изучалась в 8 3. Чтобы установить влияет ли уровень личностной тревожности на СР были составлены группы лиц с высокой, средней и низкой ЛТ. Высокий уровень личностной тревожности формировав комплекс реакций, при котором высокотревожные лица по сравнению с низкотревожными и среднетревожными имели средний групповой спектр СР с минимальными координатами по метаболической, васкулярной и респираторной осям вегетативного пространства и наименьшую суммарт ную вариабельность СР (по Ст. от. -и Пл. сп.), а ЧСС, ИН и частота дыхания у них увеличивались. -Эта физиологическая характеристика высокого уровня тревожности наблюдалась в фоне и в основном сохранялась при арифметической нагрузке.

Арифметическая нагрузка формировала комплекс изменений, одинаковый для всех групп, различающихся уровнем личностной тревожности. Комплексы, формируемые арифметической нагрузкой или высокой личностной тревожностью, имели сходный характер. Различие между группами состояло в том, что одни показатели комплекса изменялись под влиянием арифметической нагрузки сильнее, другие - меньше, а остальные - не изменялись. То есть по этим показателям группы различались высокой, средней и низкой реактивностью. Еысокотревожная группа показала наименьшую реактивность по всем показателям кроме ЧСС. Среднетревожная группа была наиболее реактивной по всем показателям.

В четвертой главе рассматриваются результаты исследования СР при длительном ассоциативном обучении. Факторный анализ матриц корреляций между 10-полосньми спектрами СР, полученными отдельно в фоне, при обучении и проверке знаний у четырех человек, выделил, также как и при арифметической нагрузке, три одинаковые фактора Общее трехмерное пространство, объединившее все 227 спектров СР при ассоциативном обучении, объясняет 7а9 2 данных. Метаболическая (от 0.005 до 0.06 Гц), васкуляр-ная (0.05- 0.1 Гц) и респираторная (0.1-0.6 Гц) оси векторного вегетативного пространства реакций СР в*условиях ассоциативного

обучения в основном такие же как и при арифметической нагрузке. Эффекты ассоциативного обучения в группе испытуемых были представлены в вегетативном пространстве векторами средних групповых спектров для фона, обучения и проверки знаний. Для изучения устойчивости влияния ассоциативного обучения сравнивались вектора средних групповых спектров в первый и. второй годы обследования. Межиндивидуальные различия характеризовали вектора средних спектров СР, полученных для каждого испытуемого отдельно.

Анализ кросспектров при ассоциативном обучении выявил, также как и при арифметике, три типа связи, характеризующиеся пиками мощности в области метаболических, васкулярных и респираторных частот. Эти же три типа межсистемной связи были получены при повторном обследовании этой группы лиц через год.

Обшие векторные вегетативные пространства для арифметической нагрузки и ассоциативного обучения позволили сравнить физиологические характеристики информационных нагрузок разного типа Средний групповой спектр СР уменьшает все координаты в трехмерном вегетативном пространстве при выполнении счетных операций и увеличивает преимущественно васкулярную координату при обучении и проверке результатов обучения. Респираторный компонент спектра СР увеличивается в основном при проверке зна- . ний. Эта связь ассоциативного обучения и проверки с увеличением васкулярной и респираторной составляющих вариабельности СР воспроизводится в течение двух лет.

Другой важный индикатор информационных процессов составляет средняя частота сердечных сокращений. Арифметические задачи и воспроизведение следов зрительно-вербальной памяти вызывают противоположив изменения ЧСС. Сердечный ритм значительно ускоряется во время решения арифметических задач и часто замедляется при проверке знаний. Эффект замедления сердечного ритма при выборе нужного искусственного цветового названия усиливается при повторных опытах через год.

Арифметические задачи и формирование ассоциативных связей, одинаково вызывая ускорение сердечного ритма, существенно различаются между собой по реактивности ЧСС. Обучение вызывает лишь незначительное ускорение сердечного ритма, тогда как решение арифметических задач значительно ускоряет ритм сердца

- 12 -

Арифметика и ассоциативное обучение различаются между собой также и по реактивности других показателей - индекса напряжения и общай площади спектра СР. Арифметическая нагруака значительно увеличивает НЕ и уменьшает площадь спектра СР. В сериях с обучением и проверкой эти показатели изменяются незначительно. Частота дыхания и количество пиков в кросспектрах между ритмом сердца и дыханием одинаково увеличиваются при всех видах информационной нагрузки.

Эффективность ассоциативного обучения и СР рассматриваются в & 2. Эффективность обучения оценивалась по количеству ошибок выбора нужного слова и по сформированности семантичес- . кого цветового пространства. Количество ошибок наиболее быстро уменьшалось у трех испытуемых. В этой успешной группе у исп. 1 семантическое цветовое пространство было сформировано уже в конце первого года обучения. Тогда как у других испытуемых 2 и 4, делавших шло ошибок, семантическое пространство совпадало в основном с эталонным перцептивным цветовым пространством позже - в начале второго года обучения. Наибольшая эффективность обучения у исп. 1 и средняя эффективность у исп. 2 и 4 сравнивались с наименьшей эффективностью у исп. 3. Последний имел наибольшее количество ошибок в оба года Семантическое пространство у исп. 3 было сформировано только в конце второго года обучения.

Средний уровень ;частоты сердечных сокращений и ее вариабельность надежно дифференцируют эффективное и неэффективное обучение. Обучение и проверка знаний вызывают частое замедление сердечного ритма у эффективно обучающихся и ускорение сердечного ритма у неэффективно обучающихся испытуемых.

. Метаболическая, васкулярная или респираторная координаты средних индивидуальных спектров СР значительно и избирательно увеличиваются при проверке знаний в случае эффективной и уменьшаются в случае неэффективной деятельности. Эти реакции средне" го уровня и вариабельности СР в основном сохраняются у испытуемых и при повторном обследовании через год. При этом у наиболее эффективно обучающихся испытуемых наблюдается ослабление реакций всех компонентов вариабельности СР.

Межиндивидуальные различия по вариабельности СР при форми-

- 13 - •

ровании ассоциативных связей в сериях с обучением не связаны с результативностью обучения. ИН, Ст. от., частота дыхания и количество пиков в кросспектрах такие не дифференцируют эффективную и неэффективную деятельность при обучении.

Отдельная эадача исследования состояла в изучении процессов фиксации и воспроизведения следов зрительно-вербальной памяти с помощью матриц ошибок и семантических цветовых пространств ($3). Анализ матриц ошибок показал, что нарушение семантической организации цветовых значений искусственных слов проявлялось у испытуемых в том, что нужное слово легко замещалось другими словами, входящими в ту же цветовую категорию, то есть имеющими с ним смысловую связь. Характерной особенностью семантических ошибок являлось большое количество вербальных парафазия при малом количестве литеральных парафазий. Семантическая организация цветовых значений, лежащая в основе нарушения выбора слова, была представлена семантическими пространствами. Показано, что семантические и перцептивные цветовые структуры совпадают у всех испытуемых в конце обучения. Семантическое также как и перцептивное цветовое пространство представляло собой четырехмерную гиперсферу, образованную двумя хроматическими (красно-зеленой и сине-желтой) и двумя ахроматическими осями. Цветовые названия упорядочены на поверхности семантической гиперсферы в соответствии с цветами. Семантические различия ыеяру цветовыми названиями определялись тремя сенсорными качествами цвета, которым соответствовали три сфзргргеские координаты в пространстве. Эти субъективные, цветовые характеристик - цветовой тон, яркость и насыщенность. Цветовая и семантическая структуры неосновных цветов и их вербальных кодов могли различаться между собой. Однако семантическая структура основных цветовых значений при этом не нарушалась.

Процесс формирования семантической структуры цветовых названий при обучении был представлен в геометрической модели две-торазличения двумя эффектами - формированием метрических соотношений, характерных для четырехмерной гиперсферы, и упорядочиванием слов по поверхности гиперсферы в соответствии с цветовым значением. Процесс выбора нужного слова опирается на семантическую организацию структуры цветовых значений искусственных

- и -

слов, начиная с первых опытов. Об этом свидетельствует тот факт, что наибольшие затруднения в выборе нужного слова и наибольшее количество ассоциативных ошибок наблюдается в опытах, когда семантическая структура вербальных кодов была организована еще только по одному качеству цвета - цветовому тону. На следукш^м этапе обучения, когда вербальные коды были организованы как по цветовому тону, так и по светлоте, ошибки выбора слова уже отсутствовали или имели только единичные случаи. Однако анализ семантических цветовых пространств показывает, что процесс формирования цветовых категорий у искусственных слов еще не закончен на этом этапе. В структуре вербальных кодов еще не представлено третье важное качество цвета ~ насыщенность. Шэтому обучение считалось успешным, когда формировалось не только хроматическое, но и ахроматическое различение в структуре сферического семантического пространства. Это свидетельствовало о том, что категоризация искусственных цветовых названий проводилась по всем трем основным качествам цвета - цветовому тону, светлоте и насыщенности.

В пятой главе проводится обсуждение полученных данных. Предположение нашей работы состояло в том, что частотную структуру спектров мощности интервалов определят независимые каналы ритмической регуляции вариабельности частоты сердечных, сокращений. Факторный анализ подтвердил это предположение для различных информационных нагрузок, выделив для спектров мощности й?-интервалов, полученных в фоне, при арифметической.нагрузке, при ассоциативном обучении и проверке знаний одинаковые для всех ситуаций факторы - метаболический, васкулярный и респираторный. Таким образом, показано, что тонические реакции СР, представленные 3-х минутными, спектрами интервалов, являются функциями грех переменных - возбуждения метаболического, васку-лярного и респираторного каналов, образующих трехмерное векторное вегетативное пространства. Сердечный компонент информационной нагрузки представлен в вегетативном пространстве траекторией, по которой перемещается средний групповой или индивидуальный спектр СР. Значение трехмерного вегетативного пространства для психофизиологического исследования заключается в том, что

его оси интерпретируются в терминал возбуждения отдельных ней-рогуморальных механизмов регуляции сердца. Наиболее определенно можно предположить, что респираторная ось вегетативного пространства служит мерой вагусного контроля вариабельности СР. Это утверждение подтверждает разрабатываемое группой исследователей положение о том, что дыхательная синусовая аритмия (ДСА) связана с активацией сердечных путей вагуса (Ratona et. al., 1071; Por-ges et. al., 1981; 1985). В настоящее время развивается теория о двух вагусных каналах (Porges, 1S95), согласно которой не только симпатический и парасимпатический (Cacloppo et. al., 1991; 1994), но и отдельные вагусные пути, поступающие на сердце, образуют независимые каналы регуляции. Один из вагусных путей Porges (1995) связывает с непроизвольными ориентировочными реакциями и замедлением среднего уровня частоты сердечных сокращений (ЧСС). Произвольное внимание, эмоции и изменение вариабельности частоты сердечных сокращений (преимущественно за счет ДСА) характеризуют второй независмый вагусный канал. Усилению вагусного контроля сердца соответствует в вегетативном пространстве увеличение координаты спектра CP по респираторной оси. Васкулярная ось вегетативного пространства, по-видимому, связана с симпатической и вагусной активацией. При этом преобладание вагусной активации связано с увеличением, а преобладание симпатической активации - с уменьшением васкулярной координаты спектра CP (Иемайтите, 1982; Damlova, Korszunova, 1991). Мета- * болическая ось вегетативного пространства, очевидно, отражает вклад нейромедиаторных катехоламинергической и холинергической систем в гуморальном канале (Zemaityte et. al., 1984; Mulder et. al., 1981). Отсюда видно, что .трехмерное векторное вегетативное пространство позволяет объединить физиологические и информационные процессы в одной геометрической модели. Нами показано, что средние групповые спектры CP перемещаются в вегетативном пространстве в противоположных направлениях при решении арифметических задач, при ассоциативном обучении и проверке знаний. Арифметическая нагрузка вызывает уменьшение координат спектра CP по всем осям, а обучение и особенно проверка знаний наиболее четко увеличивают васкулярную координату. Это означает, что арифметическая нагрузка характеризуется реципрокным усилением

симпатической и уменьшением вагусной активации. Обучение и особенно проверка знаний вызывают однонаправленное усиление вагусной и симпатической активации с преобладанием первой. Эти данные совпадают с характеристиками оборонительных реакций при арифметике и ориентировочных реакций на стимулы средней интенсивности, полученные с применением химической блокады Cacioppo и др. (1991). Б нашей работе физиологическая характеристика оборонительного рефлекса была подтверждена в группе высокотревожных лиц, характеризующихся преобладанием оборонительных реакций по сравнению с ниакотревожными и среднетревожными испытуемыми. Таким образом, основное различие между информационными процессами, связанными преимущественно со счетными операциями, и формированием и воспроизведением следов зрительно-вербальной памяти, заключается в редукции вагусной активации в первом, и в ее усилении во втором случае. Вагусный контроль среднего уровня ЧСС также уменьшается при арифметике и увеличивается особенно при проверке знаний. Что ведет к значительному ускорению и частому аамедлению сердечного ритма при арифметике и проверке результатов обучения соответственно. Функциональное значение замедления СР и увеличения ДСА связано с ориентировочными реакциями и реакциями внимания, облегчающими сенсомоторное поведение (Соколов, 1958; Lacey, 1953; Graham 1979; Данилова, 1992). Это направление исследований подтверждают наши данные о связи более высокого уровня вагусных влияний на сердце с высокой эффективностью переработки информации при ассоциативном обучении, Труднее обьяснить связь между информационными процессами и ускорением и редукцией вариабельности СР при арифметической нагрузке. Так как в этом случае реакции, вызываемые информационной нагрузкой, совпадают по направлению с обшей неспецифической стрессовой реакцией, характеризующейся генерализованной симпатической активацией. И действительно, многие исследователи часто используют арифметические задачи как психологический стрессор (Zwaga, 1973; Федоров, 1991). Однако многочисленные данные (Lacey et. al. , 1977; Spence et. al., 1974; Tursky et. al., 1970) свидетельствуют о том, что ускорение, также как и замедление СР, является надежным индикатором процессов переработки информации.

- 17 -

Проведенный анализ результатов, полученных нами в экспериментальном исследовании сердечного ритма в условиях информационных нагрузок, обобщают следующие вывода

Быводы

1. Построено трехмерное векторное вегетативное пространство, образованное метаболическим, васкулярным и респираторным каналами ритмической регуляции. Индивид или группа лиц'представлены в вегетативном пространстве вектором, соответствующим индивидуальному или среднему групповому спектру мощности интервалов между сокращениями сердца

2. Информационные нагрузки разного типа - решение арифметических задач, ассоциативное обучение и проверка знаний существенно различается между собой в векторном вегетативном пространстве. Другой важный индикатор, которым различаются информационные процессы - средняя частота сердечных сокращений. А частота дыхания и количество пиков в кросспектрах между ритмом сердца и дыханием изменяются одинаково при разных видах информационных нагрузок. Увеличение пиков в кросспектрах указывает на увеличение каналов межсистемной связи между ритмом сердца и дыханием, связанное с интенсивностью информационной нагрузки.

3. Вариабельность и средний уровень частоты-сердечных сок- ' ращений надежно дифференцируют эффективное и неэффективное ассоциативное обучение.

4. Семантическая организация системы значений искусственных цветовых названий представлена метрической и топологической структурой цветового семантического пространства, которое может служить оценкой эффективности ассоциативного обучения.

•5. Высокий уровень личностной тревожности формирует комплекс физиологической активации, при котором высокотревожные лица существенно отличаются от лиц с низкой и средней тревожностью.

6. Испытуемые с более высоким уровнем парасимпатических влияний на сердечный ритм характеризуются более высокой эффективностью переработки информации при формировании и воспроизведении следов зрительно-вербальной памяти. Эффективность счетных арифметических операций не зависит от нейрогуморальной регуляции сердечного ритма.

7. Высокая личностная тревожность и специфическая для нее физиологическая активация составили субъективный и объективный аспекты тонической формы пассивно-оборонительного рефлекса. Психологические и физиологические измерения обофнительного рефлекса объединяет геометрическая модель - трехмерное векторное вегетативное пространство.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Данилова Е Е , Коршунова С. Г, Соколов Е. Е Показатели сердечного ритма при решении человеком арифметических задач// ЯУрн. высш. нерв. деят. 1994. N 6. С. 932-943.

2. Грачев А. Ю., Данилова Е Е , Коршунова С. Г., Соколов Е. Е , Чэрнышенко Е.Е Компьютерная программа анализа сердечного ритма "Психофизиологический эксперимент PF2". Per.номер Н93624. /Каталог отраслевого фонда алгоритмов и программ. М. , 199а Вып. 10. С. 65.

a Danilova N. N, Korszunova S. G. Indywidualna reaktywnosc rytmu serca na obciazenie informacyjne//Stress i roznice indyvidualne/red. J.Matysiaka, N. Danilova. Warszawa, 1991. P. 102-121.

4. Danilova H. N., Korshunova S. a The reduction of heart rate ■ variability corresponds to high, white its augmentation to

low trait anxiety//Man, neuron, model: E-mail communications in psychophysiology. Association of Psychophysiologlsts. . ISSN 1022-6729. 1994. Ho. 4. P. 12-15.

5. Грачев A. K1, Данилова E E , Коршунова С. Г. "Разработка пси-хофизиологичесих нормативов функционального состояния учащегося для компьютеризированного обучения" (НИР, НИШ), М., 1993. 107 с.).