1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Науки о жизни
  4. T. 495, № 1, 2020

Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2020, T. 495, № 1, стр. 558-561

МЕЖПОЛУШАРНАЯ АСИММЕТРИЯ И ЛИЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ МОЗГ-КОМПЬЮТЕРНОГО ИНТЕРФЕЙСА ПРИ ВООБРАЖЕНИИ ДВИЖЕНИЙ РУК

Е. В. Боброва 1, *, В. В. Решетникова 1, Е. А. Вершинина 1, А. А. Гришин 1, А. А. Фролов 2, 3, член-корреспондент РАН Ю.П. Герасименко 1

1 ФГБУН Институт физиологии Российской академии наук им. И.П. Павлова
Санкт-Петербург, Россия

2 Институт трансляционной медицины ГБОУ ВПО Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова
Москва, Россия

3 ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук
Москва, Россия

* E-mail: eabobrovy@gmail.com

Поступила в редакцию 23.05.2020
После доработки 23.07.2020
Принята к публикации 24.07.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Личностные характеристики пользователей могут влиять на успешность управления мозг-компьютерными интерфейсами (ИМК), а активность право- и левополушарных структур мозга может отличаться в зависимости от личностных характеристик. Ранее было неизвестно, как успешность управления ИМК при разных личностных характеристиках связана с межполушарной асимметрией. В представленной работе была исследована зависимость успешности воображения движений, оцененная по успешности распознавания сигналов ЭЭГ при воображении движения руки по сравнению с покоем, от личностных характеристик пользователя. Показано, что при однократном управлении ИМК наивными испытуемыми успешность распознавания при воображении движений правой рукой (ПР) выше у экспрессивных чувствительных экстравертов, левой рукой (ЛР) – у практичных, сдержанных, скептичных и не очень общительных людей. Предполагается, что в основе этого феномена могут лежать межполушарные различия в уровне дофамина и в способах кодирования информации о движениях.

Ключевые слова: мозг-компьютерные интерфейсы, личностные характеристики, межполушарная асимметрия

ВВЕДЕНИЕ

Системы “интерфейс мозг–компьютер” (ИМК), основанные на модуляциях сенсомоторного ритма при кинестетическом воображении движений, стремительно развиваются и находят широкое применение в реабилитации. Однако около 10–30% людей неспособны работать с ИМК [1]. Успешность управления ИМК можно предсказать на основе индивидуальных особенностей электрической активности мозга [2] и таких личностных характеристик, как пространственные способности [1], степень концентрации [3] и уверенности в себе [1]; способность осуществлять точностные движения руками [3]. Известно, что особенности ЭЭГ связаны с личностными характеристиками, причем есть сведения о межполушарных различиях ЭЭГ в зависимости от тревожности [4, 5] и нейротизма [6].

В данной работе осуществляется анализ связей между личностными характеристиками и точностью классификации сигналов мозга при кинестетическом воображении движений правой рукой (ПР) по сравнению с покоем и левой рукой (ЛР) по сравнению с покоем при однократном управлении ИМК наивными испытуемыми.

МЕТОДИКА

В экспериментах принимали участие 19 мужчин и 25 женщин в возрасте 19–25 лет с ведущей правой рукой. Процедура проведения эксперимента включала тестирование по 16-факторному личностному опроснику Кеттелла и сеанс работы с ИМК. На экране монитора в случайном порядке возникали символы, согласно которым испытуемые должны были воображать кинестетические ощущения при подъеме и опускании ПР или ЛР, а также пребывать в состоянии покоя. Анализ ЭЭГ-сигналов, основанный на десинхронизации сенсомоторного ритма при воображении движений, обеспечивал классификацию состояний в двухкомандном ИМК. Точность классификации, характеризующая успешность распознавания сигналов ЭЭГ при воображении движения по сравнению с покоем, оценивалась методом кросс-валидации off-line по вероятности распознавания именно того ментального состояния, которое задавалось инструкцией [7]. Оценку зависимости точности управления ИМК от личностных характеристик проводили методом корреляционного и факторного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Анализ точности классификации сигналов мозга при воображении движений рукой по сравнению с состоянием покоя выявил значимые корреляции с личностными характеристиками, указанными в табл. 1.

Таблица 1.

Корреляционные связи между личностными характеристиками и точностью классификации состояний мозга при воображении движений левой рукой (ЛР) по сравнению с покоем и правой рукой (ПР) по сравнению с покоем

Личностная характеристика Точность классификации состояний мозга при воображении движений ЛР и в покое Точность классификации состояний мозга при воображении движений ПР и в покое
ПКК НКК ПКК НКК
Экстраверсия 0.093 0.026 +0.315* +0.255 (p = 0.095)
Экспрессивность 0.044 0.062 +0.346* +0.304*
Чувственность 0.156 0.228 +0.347* +0.337*
Высокая нормативность –0.362* –0.337* –0.197 –0.156
Мечтательность –0.270 (p = 0.076) –0.355* 0.033 –0.040

Примечание. ПКК – значение параметрического коэффициента корреляции (Пирсона), НКК – непараметрического (Спирмена). Значимые корреляции (р < 0.05) отмечены звездочкой (*), при наличии тенденции указано значение р.

Точность классификации состояний мозга при воображении движений ПР по сравнению с покоем статистически значимо положительно связана с показателями экстраверсии, экспрессивности и чувствительности по тесту Кеттелла. Точность классификации состояний мозга при воображении движений ЛР по сравнению с покоем значимо отрицательно связана с показателями мечтательность и высокая нормативность. Кроме того, выявлена значимая связь точности классификации сигналов мозга при воображении движений ЛР (но не ПР) со значениями фактора-предиктора, который был выявлен в результате факторного анализа. Этот предиктор включает такие показатели, как мечтательность (–0.752), дипломатичность (+0.670) и общительность (–0.403) (в скобках указана факторная нагрузка).

Таким образом, при воображении движений ЛР успешнее практичные, сдержанные, скептичные и не очень общительные люди. При воображении движений ПР успешнее экспрессивные чувствительные экстраверты.

ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно имеющимся в литературе данным, экстраверсия положительно коррелирует с положительными эмоциями и ощущением счастья, и отрицательно с негативными эмоциями и депрессией [8], имеются данные о связи экстраверсии, позитивных эмоций, уровня дофамина и асимметрии альфа-активности в префронтальных областях [9]. С другой стороны, в базальных ганглиях левого полушария содержание дофамина выше [10]. Поскольку дофамин способствует повышению двигательной активности, большее его содержание может, по-видимому, приводить и к большему растормаживанию нейронных связей, обеспечивающих регуляцию движений и их воображение.

Выявленное отличие качеств, оптимальных для успешного распознавания сигналов ЭЭГ при воображении движений ПР и ЛР, напоминает о межполушарных различиях, касающихся двух аспектов. Первый аспект касается эмоциональной сферы: согласно ряду данных [11] левое полушарие связано с позитивными эмоциями, правое – с негативными. Второй аспект касается разных способов кодирования информации при организации движений [12–15] – левое полушарие специализируется на быстрых баллистических движениях и мелкой моторике, правое – на регуляции позы и более медленных движений, осуществляемых с обратными связями, для которых необходима проприоцептивная афферентация. В рамках такого подхода можно предполагать, что воображение движений ПР, в реализации которого большую роль играет левое полушарие, более успешно у более экстраверсивных “быстрых” положительно настроенных людей, у которых выше концентрация дофамина в нигростриарной системе левого полушария, воображение движений ЛР – у менее эмоционально-позитивных более “медленных” интровертов, более внимательных к кинестетической информации.

Список литературы

  1. Jeunet C., N’Kaoua B., Subramanian S. et al. Predicting mental imagery-based BCI performance from personality, cognitive profile and neurophysiological patterns // PloS one. 2015. V. 10. № 12. e0143962.

  2. Blankertz B., Sannelli C., Halder S., et al. Neurophysiological predictor of SMR-based BCI performance // Neuroimage. 2010. V. 51. P. 1303–1309.

  3. Hammer E.M., Halder S., Blankertz B., et al. Psychological predictors of SMR-BCI performance // Biol. Psychol. 2012. V. 89. № 1. P. 80–86.

  4. Stenberg G. Personality and the EEG: Arousal and emotional arousability // Personality and Individual Differences. 1992. V. 13. № 10. P. 1097–1113.

  5. Pavlenko V.B., Chernyi S.V., Goubkina D.G. EEG Correlates of Anxiety and Emotional Stability in Adult Healthy Subjects // Neurophysiology. 2009. V. 41. № 5. P. 337–45.

  6. Minnix J.A., Kline J.P. Neuroticism predicts resting frontal EEG asymmetry variability // Personality and Individual Differences. 2004. V. 36. № 4. P. 823–832.

  7. Волкова К.В., Дагаев Н., Киселёв А. и др. Интерфейс мозг-компьютер: опыт построения, использования и возможные пути повышения рабочих характеристик // Журн. высш. нерв. деят. 2017. Т. 67. № 4. С. 504–521.

  8. Pavot W., Diener E., Fujita F. Extraversion and happiness // Personality and Individual Differences. 1990. V. 11. № 12. P. 1299–1306.

  9. Wacker J. Effects of positive emotion, extraversion, and dopamine on cognitive stability-flexibility and frontal EEG asymmetry // Neural Systems and Methodological Aspects. 2017. V. 55. № 1. e12727.

  10. Glick S.D., Ross D.A., Hough L.B. Lateral asymmetry of neurotransmitters in human brain // Brain Res. 1982. V. 234. № 1. P. 53–63.

  11. Diamond S., Farrington L., Johnson P. Differing emotional response from right and left hemispheres // Nature. 1976. V. 261. P. 690–692.

  12. Haaland K.Y., Prestopnik J., Knight R.T., et al. Hemispheric asymmetries for kinematic and positional aspects of reaching // Brain. 2004. V. 127. P. 1145–1158.

  13. Боброва Е.В. Современные представления о корковых механизмах и межполушарной асимметрии контроля позы (Обзор литературы по проблеме) // Журн. высш. нерв. деят. 2007. Т. 57. № 6. С. 663–678.

  14. Боброва Е.В., Ляховецкий В.А., Борщевская Е.Р. Роль “предыстории” в воспроизведении последовательности движений правой или левой руки: кодирование положений, движений, структуры элементов последовательности // Журн. высш. нерв. деят. 2011. Т. 61. № 5. С. 565–572.

  15. Bobrova E.V., Lyakhovetskii V.A., Bogacheva I.N. Learning and Reproduction of Memorized Sequences of Right and Left Hand Movements // Neurosci. Behav. Physiology. 2016. V. 46. № 7. 46 (7).

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Науки о жизни

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал