Влияние генотипа и факторов среды на субъективный отсчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий

Портнова, Галина Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние генотипа и факторов среды на субъективный отсчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий
ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние генотипа и факторов среды на субъективный отсчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий"

Л9

На правах рукописи

003491»((

Портнова Галина Владимировна

ВЛИЯНИЕ ГЕНОТИПА И ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА СУБЪЕКТИВНЫЙ ОТСЧЕТ ВРЕМЕНИ И СКОРОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ КОГНИТИВНЫХ ЗАДАНИЙ

03.03.01 - Физиология 19.00.02 - Психофизиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2010

1 8 фЕВ ?010

003491977

Работа выполнена в лаборатории высшей нервной деятельности человека (зав. лаб. член-корр. РАН, доктор медицинских наук профессор Алексей Михайлович Иваницкий) Учреждения Российской Академии Наук Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (директор доктор биологических наук, профессор Павел Милославович Балабан).

Научные руководители:

Член-корр. РАН, доктор медицинских наук, профессор Алексей Михайлович Иваницкий Кандидат психологических наук Ольга Владимировна Сысоева

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук профессор Валерия Борисовна Стрелец доктор биологических наук профессор Вера Евгеньевна Голимбет

Ведущая организация:

Учреждение Российской Академии Институт психологии РАН

Защита состоится <4}Ь> 2010_ года в /V ^ часов на заседании

Диссертационного совета Д 002.044.01 Учреждения Российской Академии Наук Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН по адресу: 117485, Бутлерова ул. д.5а, Москва.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.

Автореферат разослан « _ » ______ 200_ г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук ^

профессор ¿¿^ Владимир Вячеславович Раевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аюуальность и значимость исследования.

Актуальной задачей современной науки является изучение взаимодействия средовых и генетических факторов в формировании личности. Полиморфизмы генов, регулирующих активность различных медиаторных систем мозга, оказывают влияние на когнитивные функции человека, однако это влияние корректируется влиянием среды. Так, ген транспортера серотонина (5-НТТ) способствует формированию нейротизма, но только при наличии особых неблагоприятных условиях среды и травматических событий в жизни человека, приводящих к формированию этого качества (Canli Т., Lesch К.Р., 2007).

Восприятие времени является одной из базисных психических функций человека, так как все психические процессы развертываются во времени, и оно постоянно отслеживается в организме человека. В современной психологии существуют типологии, основанные (Цуканов Б.И. 1988) или учитывающие (Ясперс К. 1996, Zakay D. 2004) процессы субъективного отражения времени. Таким образом, субъективное отражение времени является устойчивой характеристикой личности. Показана связь восприятия времени с активностью серотонина и дофамина в мозге (Meek, 1996, Rammsayer, 1998, Wackermann et al., 2008, Witmann, 2009). Поэтому исследования восприятия времени представляют собой хорошую модель для преодоления разрыва между работами молекулярного и системного уровней. Данная диссертационная работа направлена на выстраивание единой логической цепочки от гена до сознания, так как включает исследования как «крайних» звеньев этой цепи в виде психической функции и генотипа, так и «промежуточного звена» в виде мозговых процессов.

Современные технологии ставят все более жесткие требования к скорости и качеству выполнения тех или иных действий. Цена «человеческого фактора» при этом возрастает. Поэтому сейчас очень важно найти эффективные способы воздействия на ход выполнения когнитивных задач. В данной диссертации исследуется влияние звуковой ритмической стимуляции на субъективное течение времени и скорость выполнения когнитивных тестов, что может представлять не только теоретический, но и значительный практический интерес.

Таким образом, представленная работа демонстрирует влияние генетического и средового факторов на субъективное течение времени и решение когнитивных задач, также описывая мозговые корреляты данного процесса. Выражается надежда, что использованный подход имеет хорошую перспективу для выстраивания единой логической цепочки от гена до сознания.

Цель исследования. Целью данной работы было изучить влияние генотипа и факторов среды на субъективный отчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий.

Задачи исследования.

Работа направлена на решение следующих задач.

• Исследовать связь полиморфизмов генов, регулирующих обмен серотонина и дофамина в тканях мозга, с особенностями психического отражения времени

• Выявить влияние звуковой ритмической стимуляции различной частоты, близкой к 1 Гц, на субъективное течение времени и решение когнитивных задач у взрослых и детей

• Описать мозговые процессы, сопровождающие изменение субъективного отсчета времени, в зависимости от полиморфизма генов и под воздействием внешней ритмической звуковой стимуляции.

• Выявить взаимовлияния внешнего (звуковой стимуляции) и генетического (полиморфизм генов) факторов на субъективное течение времени и скорость выполнения когнитивных задач.

Научная новизна. В данной работе впервые была продемонстрирована связь полиморфизмов генов, регулирующих обмен серотонина и дофамина в тканях мозга, с особенностями психического отражения времени. Впервые описаны феномен уменьшения времени решения задач при замедленной ритмической звуковой стимуляции и мозговые корреляты данного процесса. Впервые на экспериментальном уровне было показано взаимовлияние генетических и средовых факторов в процессе восприятия времени на скорость решения когнитивных задач.

Теоретическая ценность. В диссертационном исследовании предпринята попытка преодолеть существующий разрыв между работами системного и молекулярного уровней, который не дает возможности воссоздать целостную картину работы мозга. Показана связь субъективного течения времени с полиморфизмом генов, контролирующих обмен дофамина и серотонина. В частности, показано, что носители варианта Met/Met гена СОМТ переотмеривают 1-2 секундные интервалы, и быстрее решают когнитивные задачи. Субъективное течение времени является устойчивой характеристикой личности, однако, как и на любую другую психическую функцию, на нее оказывают влияния и внешние воздействия. Так, в данном исследовании показано, что звуковая стимуляция, имитирующая тиканье часов, в замедленном темпе (0,75 Гц), способна изменять субъективное течение времени и ускорять решение когнитивных задач. Причем это влияние выражено лишь для носителей варианта Val/Val гена СОМТ, т. е. для того варианта гена, носители которого изначально медленнее решают сложные когнитивные задачи. Таким образом, данная работа демонстрирует возможность компенсации генетического фактора внешним влиянием. Однако, этот эффект проявляется только у носителей генотипа Val/Val, склонных к более медленному решению задач. Выражается надежда, что использованный подход имеет хорошую перспективу для выстраивания единой логической цепочки от гена до сознания.

Практическая значимость. В данном исследовании впервые продемонстрирована возможность ускорять выполнение сложных когнитивных тестов путем изменения скорости внешней звуковой стимуляции. Описаны мозговые корреляты данного процесса. Более того, выявлены индивидуальные,

генетически детерминированные особенности как субъективного течение времени и выполнения когнитивных задач, так и влияния внешних факторов на этот процесс. Эти данные, безусловно, имеют большую практическую значимость в сфере подбора кадров и обучения, т.к. позволяют выработать новые программы диагностики и в соответствии с ними выбирать правильную стратегию обучения и коррекции имеющихся недостатков. Прежде всего, это важно в сферах, где требуется быстрая и точная реакция, например, у операторов и спортсменов. Возможно, что данные результаты могут быть использованы и ,в клинической сфере, в работе с больными у которых наблюдается расстройства субъективного течения времени.

Основные положения, выносимые на защиту:

■ Существуют генетически детерминированные особенности восприятия времени, связанные с активностью дофаминергической и серотонинергической систем мозга.

" Более низкая частота (0,75 Гц) ритмического звукового сопровождения приводит к «растягиванию субъективного времени» и ускорению времени решения сложных когнитивных задач, что сопровождается увеличением компонента ВП РЗОО и уменьшением альфа-ритма в правых фронтальной, центральной и височной областях коры.

■ Субъективное течение времени и скорость решения сложных задач может определяться генетическими факторами. Показано, однако, что у лиц-носителей генотипа Уа1/Уа1 гена СОМТ, затрачивающих больше времени на решение когнитивных заданий, это отставание может быть скорректировано влиянием факторов среды.

Апробация работы. Апробация работы прошла 2.11.09 на совместном заседании лаборатории высшей нервной деятельности человека и лаборатории психофизиологии Учреждения Российской Академии Наук Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на Конференции «молодых ученых» в Институте Высшей нервной деятельности РАН (Москва, 2006, 2007, 2008), на Международной конференции Зтарэа Мсигозаепсе (Любляна, 2007), на IX Международной конференции "Когнитивное моделирование в лингвистике" (СМЬ-2007) (София, 2007). Работа поддержана грантом РГНФ № 07-06-00471а.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, включая 4 статьи и 4 тезиса.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, характеризующего состояние проблемы, глав, посвященных описанию методик, результатов и обсуждений трех экспериментов, общего обсуждения (заключения) и выводов; всего 104 страниц, 1 таблица, 42 рисунка, 122 источника литературы, в том числе 84 иностранных.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Диссертационное исследование включало три экспериментальных серии, обозначаемых далее как эксперименты 1, 2 и 3.

Первый эксперимент (эксперимент 1) состоял в исследовании взаимосвязи вариантов генов, связанных с активностью серотонина и дофамина, с особенностями восприятия времени. Второй эксперимент (эксперимент 2) состоял в исследовании влияния звуковой ритмической стимуляции на субъективное течение времени и решение сложных когнитивных задач (категоризация слов, определение длительности стимула), а также мозговых механизмов данного процесса. Кроме того, участники эксперимента были исследованы на носительство того или иного варианта гена СОМТ. Третий эксперимент (эксперимент 3) был направлен на изучение влияние звуковой стимуляции на решение более простых задач (реакция выбора и простая зрительно-моторная реакция) у взрослых испытуемых и детей. Испытуемые:

В эксперименте 1 приняло участие 89 спортсменок, занимающихся синхронным плаванием. Возраст девочек составлял от 10 до 18 лет. Все испытуемые были отгенотипированы по генам СОМТ, 5НТ-2а, МАОА, 5-НТТ.

В эксперименте 2 участвовало 30 испытуемых в возрасте от 18 до 30 лет, среди них было 14 мужчин и 16 женщин с высшим или неполным высшим образованием. 26 из 30 испытуемых, принявших участие в основном эксперименте, были исследованы на носительство того или иного варианта гена СОМТ.

В эксперименте 3 участвовали: группа взрослых из 12 человек (6 женщин и 6 мужчин в возрасте от 18 до 30 лет) и группа из 42 здоровых детей в возрасте от 5 до 12 лет. Дети были разделены на четыре возрастные группы: дошкольники - 11 детей в возрасте 5-6 лет, 12 школьников в возрасте 7-8, 10 детей в возрасте 9-10 лет, и 9 детей в возрасте 11-12 лет.

Процедура исследований.

В первом эксперименте испытуемым предлагалось выполнить ряд нейропсихологических и психометрических проб. Сначала предлагалось отмерить субъективную минуту, затем оценить несколько интервалов между щелчками секундомера (5, 15, 10 сек). В конце обследования испытуемых просили, не сверяясь с часами, определить, сколько сейчас времени (ориентация в текущем времени). С помощью компьютерной программы проводился тест на отмеривание временных интервалов в 1, 2, 3, 4 и 5 секунд: испытуемым предлагалось в случайном порядке отмерить эти интервалы двукратным нажатием на клавишу компьютерной мыши. Испытуемые также заполняли опросник Ясперса, направленный на выявление скорости субъективного течения времени в разных ситуациях.

Во втором эксперименте испытуемым на экране монитора предъявлялись слова длинной от 4 до 7 букв, среди которых были 300 абстрактных, 300 конкретных и 300 псевдо-слов (подобранных по словарю частотности слов Шарова С.А.). Предъявление стимулов было организовано по стандартной схеме. Для фиксации взгляда за 500 + 100 мс до появления стимула предъявлялся «+», длительность предъявления слов составляла 600, 1000 и 1400 мс и варьировала в случайном порядке. После ответа нажатием

соответствующей клавиши мыши снова появлялся «+». В различных блоках эксперимента испытуемым предлагалось выполнить две различные задачи: оценить длительность предъявления стимула как короткую, среднюю или длительную (левая клавиша - короткий стимул, правая - длительный, и средняя - промежуточная длительность) или же определить категорию слова: нажать на левую клавишу, если слово конкретное, на правую, если слово абстрактное, и на среднюю - если это псевдо слово. Параллельно предъявлению зрительных стимулов в течение всей серии предъявлялся звуковой стимул, напоминающий тиканье часов с частотой 0,75, 1,00 или 1,25 Гц. Для каждой задачи эксперимент был разделен на 9 серий (по 3 серии для каждой частоты ритмического сопровождения, предъявляемые в случайном порядке). Длительность серии в среднем составляла от 3 до 7 минут. Кроме того, для части испытуемых были введены две серии с отсутствием звукового фонового ритма. После каждой серии испытуемый должен был оценить ее длительность. По ходу выполнения заданий осуществлялась запись ЭЭГ. Был использован электроэнцефалограф Sagura Medical Soft с 64-каналыюй схемой электродов Leonardo и двумя височными мастоидами. Обработка данных ЭЭГ осуществлялась при помощи программ BESA и MathLab, оценивались амплитуда различных компонентов вызванных потенциалов, а также мощность спектра мозгового ритма. Анализ ЭЭГ проводился методом усреднения ВГ1 с синхронизацией на начало и конец предъявления стимула для задач оценки категории и длительности стимулов соответственно. Эпоха анализа составляла 700 мс (100 мс до стимула - базовая линия). ВП суммировался по всем стимулам для каждого испытуемого и по всем испытуемым. Спектры мощности рассчитывались при помощи быстрого преобразования Фурье (FFT) отдельно для каждой частоты звуковой стимуляции как среднее значение, полученное по двухсекундным, безартефактным отрезкам. Значимость различий между ВП по каждому из отведений в каждой временной точке для каждого канала оценивалась при помощи парного Места Стьюдента.

В третьем эксперименте испытуемым в произвольном порядке предъявлялось 8 серий (по 2 серии для каждого условия звуковой ритмической стимуляции), для каждой из которых было необходимо выполнить одну из задач. Первой задачей была простая моторная реакция. Испытуемым надо было как можно быстрее реагировать на появление визуального стимула (желтого квадратика) на экране монитора нажатием на левую кнопку мыши. Другой задачей была реакция выбора: необходимо было нажимать одну из трех клавиш мыши в ответ на предъявление красного, желтого или зеленого квадратика (левую - для красного, среднюю для желтого, правую - для зеленого). Звуковая ритмическая стимуляция предъявлялась с частотой 0,75, 1 или 1,25 Гц в виде тиканья часов. Анализировались время реакции, количество ошибок и фальстартов. Идентичная схема эксперимента предъявлялась взрослым испытуемым (эксперимент За) и детям (эксперимент 36).

Молекулярно-генетнческий анализ

В качестве материала для исследования служили образцы венозной крови. Полиморфизм определяли с помощью полимеразной цепной реакции

(ПЦР) на основе идентификации различий в длине продуктов ПЦР каждого аллеля (для генов 5-НТТ и МАОА) и на основе различий в длине рестриктных фрагментов продуктов амплификации (для гена СОМТ). ДНК выделяли из 100 мкл цельной крови с помощью наборов «ДНК-сорб Б» производства ЦНИИЭ (Россия). Реакцию проводили в объеме 25 мкл. Стандартная реакционная смесь включала: 67 мМ Трис-HCl (pH 8,4), 16 мМ сульфата аммония, 2,5 mM MgCl2, 0,125 мг/мл бычьего сывороточного альбумина, 8% глицерин, 0,001% ксиленцианол, 2,5 Ед Taq-ДНК-полимеразы (ЦНИИЭ, Россия), 0,2 мМ каждого из четырех дезоксинуклеозид-трифосфатов и по 8 пмоль праймеров. При постановке ПЦР обязательно использовали технику «горячий старт», который обеспечивался разделением нуклеотидов с праймерами и Taq-полимеразы прослойкой воска.

Статистическая обработка материала. Для статистической обработки исходных данных, полученных в ходе проведения исследования, использовался комплекс одномерных (расчет параметров вариации признаков, t-критерия Стьюдента) и многомерных (корреляционный, дисперсионный, факторный анализы) методов анализа данных по стандартным программам для ПК («Statistica 6.0»), При анализе результатов применяли как параметрические, так и непараметрические методы статистического анализа. Для оценки различия в уровне какого-либо признака между двумя группами с разными генотипами использовался t-критерий Стьюдента для независимых выборок (при оценке ошибки в текущем времени) или непараметрический критерий U Манна-Уитни, который не требует нормальности распределения переменных и интервальное™ шкалы измерений. Если групп было больше двух, то использовался дисперсионный анализ (ДА), позволяющий оценить связь между несколькими полиморфизмами одного гена и измеряемыми психологическими показателями. В этом случае генотип выступал как категориальный независимый фактор, состоящий из нескольких уровней - полиморфизмов. Апостериори применялся метод множественного парного сравнения (Post-hoc Neumann-Keul test, Fisher test) для выявления фактора, лежащего в основе выявленных различий. Дополнительно, вместе с ДА всегда проводился тест на гомогенность выборки (Levene's test) для проверки адекватности использования данного метода. Нормальность распределения проверялась с помощью критерия х2 Пирсона.

Для статистического сопоставления уровня признака внутри одной группы использовался t-критерий Стьюдента для связанных выборок, а также многофункциональный непараметрический критерий <р*- угловое преобразование Фишера, позволяющий оценить различие долей встречаемости признака. Корреляционный анализ использовался для проверки связи исследуемых параметров с возрастом.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Результаты эксперимента 1.

Результаты первого эксперимента показали, что для испытуемых с полиморфизмами СС гена 5-НТ2а и, следовательно, с меньшим количеством

рецепторов серотонина, было характерно более быстрое субъективное течение времени (3,57+0,05) по сравнению с носителями Т/Т и С/Т полиморфизмов (3,30+ 0,08) Различия для средних значений опросника оказались значимыми (р=0,01). Показатели по отдельным шкалам различались сходным образом, однако статистической значимости достигали различия только для шкалы «когда я свободен» (р<0,01).

Были также обнаружены статистически значимые различия между полиморфизмами МАОА и субъективным течением времени по двум шкалам опросника Ясперса: когда я читаю и когда я один. В ситуации, когда испытуемых просили оценить, насколько быстро для них течет время, когда они одни, лица с полиморфизмами 3/3, и следовательно, менее активным разрушением серотонина, оценивали время как текущее значимо медленнее, чем испытуемые с полиморфизмом 4/4 и 4/3 (тест Манна-Уитни, р<0.05).

При анализе связей между особенностями отмеривания «индивидуальной (субъективной)» минуты и полиморфизмами исследованных генов были также получены значимые результаты. Статистическая обработка данных (ANOVA) обнаруживала различия между полиморфизмами гена МАОА и точностью отмеривания «индивидуальной минуты» (F(2, 78)=3.2836, р<05). Лица с полиморфизмами, которым соответствовала большая активность серотонина, точнее отмеривали «субъективную» минуту (т. е. меньше се недоотмеривали). Испытуемые, у которых серотонин разрушался быстрее, и вследствие этого, серотонинэргическая система была менее активна, были склонны сильнее недооценивать субъективную минуту.

Для носителей ММ полиморфизма гена СОМТ было характерно значительное переотмеривание 1 и 2 секундных интервалов. Для статистической обработки результатов использовался однофакторный дисперсионный анализ (ДА), в котором генотип выступал как категориальный фактор, состоящий из трех уровней (Val/Val, Val/Met и Met/Met). ДА выявил значимую связь воспроизведения коротких интервалов времени в 1 и 2 секунды с полиморфизмом данного гена, F(2, 51) = 5.6918, р<0.01. Апостериори анализ (Newman-Keuls test) выявил, что воспроизведенная длительность значимо больше для Met/Met полиморфизма, по сравнению с Val/Met (р<0.01) и Val/Val (р=0.01). Интервалы в 3, 4 и 5 секунд не обнаружили такой связи. Видно, что субъективное отмеривание 3, 4 и 5 секунд практически не отличается от объективной длительности и не зависит от полиморфизма исследуемого гена. В то же время для 1 и 2 секунд характерно переотмеривание (то есть воспроизведение по памяти больших, чем реально, показанных на мониторе интервалов времени), причем, только для носителей Met/Met полиморфизма. Внутри группы лиц с Met/Met полиморфизмом выявлена тенденция к различному отношению субъективной и реальной длительности между длительностями 1, 2 и 3, 4, 5 секунд (критерий Стьюдента для связанных выборок, t(ll)=2.12, р=0.57), т.е. в то время как 1 и 2 секунды переотмеривались, интервалы в 3, 4 и 5 секунд этими лицами отмеривались правильно.

Воспроизведение коротких интервалов времени; и по

_______-______

1,2 секунды -е- 3,4 и 5 секунд

-I

Viv

-s Л í"

ЙШИ

ян

-LLs

Рис.1. Воспроизведение интервалов 1, 2, 3, 4, 5 сек по образцу при различных полиморфизмах гена СОМТ. На рисунке представлены средние для 1 и 2 сек, а также для 3, 4 и 5 секунд.__

Помимо коротких временных интервалов ген СОМТ оказался связан и с ориентировкой в текущем времени. Данные результаты оказались значимыми для первого обследования. Полиморфизм Met/Met значимо отличался от объединенных полиморфизмов ValA'al и Met/Val (р=0,036, t-тест Стьюдента). Было выявлено, что спортсменки с полиморфизмом Met/Met были склонны недоотмеривать текущее время в среднем на 17,6+11,1 минут, в то время как спортсменки с полиморфизмами Val/Val и Val/Met переотмеривали его в среднем на 7+5,9 минут.

Оценка текущего времени оказалась зависима не только от гена разрушающего дофамин, но и гена транспортера серотонина. На основе двух этапов исследования этого параметра были выделены две группы: точно ориентирующиеся (средняя ошибка по двум исследованиям меньше или равна 10 минутам, 24 человек) и плохо ориентирующихся (ошибка в оценивании больше или равна 25 минутам, 26 человек). Доли людей с различными генотипами в каждой из этих групп сопоставлялись с помощью непараметрического многофункционального статистического критерия -углового преобразования Фишера (ф*).

Оказалось, что доля лиц с генотипом ss среди точно ориентирующихся была значимо больше, чем среди плохо ориентирующихся (19.2% (5 из 26) и 4.2% (1 из 24), (р*=1.75, р=0.04). Среди лиц с генотипом ss, максимальная

ошибка в оценке текущего времени была 25 минут, поэтому мы и выбрали этот порог. Понятно, что при повышении порога до 30 минут и выше, значимость полученного результата возрастает, но условия использования данного критерия при этом нарушаются.

Обсуждение результатов эксперимента 1.

Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что носители разных вариантов генов, отвечающих за активность двух основных медиаторов мозга.- серотонина и дофамина, различаются по характеристикам восприятия времени. Причем, согласно полученным данным, восприятие времени - сложный психический процесс, каждая операция которого может регулироваться активностью нескольких различных генов, а они могут быть различны для разных интервалов времени.

Так, индивидуальные различия в воспроизведении коротких интервалов времени в 1 и 2 секунды оказались обусловлены различиями в полиморфизмах гена СОМТ, расщепляющего дофамин. У лиц с низкоактивным вариантом гена, а именно полиморфизмом Met/Met (соответственно большим содержанием дофамина) при воспроизведении данных интервалов наблюдалось их переотмеривание. В то же время, воспроизведение более длительных интервалов в 3-5 секунд, у тех же лиц, и у лиц с другими вариантами гена было точным. На наш взгляд, такое различие происходит из-за того, что при воспроизведении одно- и двухсекундных интервалов затрагивается только короткая рабочая память, временной ресурс которой ограничен несколькими секундами. Ранее К.Поппель (Poppel, Е., 1997) на основе экспериментов Вундта, Виерорта и данных изучения иллюзий предположил, что «психическое настоящее» длится не более 3 секунд. Таким образом, механизм оценки времени внутри и вне этого интервала должен быть различным. «Психическое настоящее» - это собственно то, что человек может удержать в сознание одновременно. Логично, что эта важная психическая константа оказывается связанной с префронтальной корой, участвующей в организации рабочей памяти. Известно также, что многие нейроны данной коры используют в качестве медиатора дофамин. Большая активность префронтальной коры, связанная с повышенной концентрацией дофамина у носителей Met/Met генотипа, ведет при воспроизведении к переотмериванию одно- и двухсекундных интервалов. В то же время в отмеривании (в отличие от воспроизведения) тех же временных интервалов участвует уже не кратковременная, а долговременная память, из которой и извлекается эталонное представление о секунде. Как показали наши исследования, хранение этого эталона не зависит от исследуемых нами генов или, по крайней мере, зависит не только от них. Воспроизведение трех- и пяти секундных интервалов тоже выпадает из временного диапазона «психического настоящего», поэтому также имеет другие механизмы.

Оценка более длительных, порядка нескольких минут интервалов, заполненных деятельностью, таких как оценка серий, также оказалась связанной с полиморфизмами гена СОМТ. Лица с генотипом Met/Met гена

СОМТ были склонны переоценивать длительность серий, заполненных когнитивной задачей. Другая важная функция сознания - ориентация в текущем времени - также оказалась связанной с геном СОМТ. Причем на этот раз лица с полиморфизмом Met/Met уже значимо преуменьшали текущее время по сравнению с носителями других полиморфизмов, склонных, наоборот, преувеличить время. Таким образом, полученные результаты подтверждают данные о том, что временной континуум неоднороден по механизмам, лежащим в основе восприятия разных интервалов времени. Тот факт, что короткие интервалы времени (порядка минут и секунд) обычно переоцениваются, а длительные (порядка часов, дней) недооцениваются, известен давно под названием закона Виерорта (Vierort, 1868). Наше исследование уточняет, что подобный закон не универсален и выполняется только для носителей Met/Met полиморфизма гена СОМТ.

Необходимо отметить, что ориентировка в текущем времени также представляет собой сложный процесс, который, кроме собственно «внутренних часов», зависит и от многих других факторов, таких как когнитивные и эмоциональные процессы, внимание, тревожность и других. Неудивительно поэтому, что отсчет времени оказался связан не только с геном СОМТ, но еще и с геном транспортера серотонина 5-НТТ, учитывая важную роль серотонина в этих процессах. Так, лица с полиморфизмом ss и большей активностью серотонина, характеризуются точностью ориентации во времени. Лица с другим полиморфизмом по данному гену могут быть как точными, так и неточными.

Генетические различия, влияющие на активность серотонина, оказались также связаны с пробами, используемыми в клинике для оценки аффективного состояния больных («субъективная минута», оценка субъективного течения времени по опроснику Ясперса). В целом оказалось, что чем больше активность серотонина, тем медленнее течет субъективное время. Так, ген рецептора серотонина 5-НТ2а был связан с суммарными и средними показателями всех шкал (и особенно для шкалы «когда я свободен»), а также с недооценкой длительности абстрактных стимулов. Ген МАОА, расщепляющий серотонин, показал значимую связь только со шкалами «когда я один», «когда я читаю». Таким образом, большее количество рецепторов серотонина, и, следовательно, большая его активность, приводят к замедлению субъективного времени во всех ситуациях, в то время как меньшая активность МАОА замедляет время в ситуации одиночества.

Проведенное исследование является одной из первых попыток установить причинную связь между структурой генов и их вариабельностью и протеканием такой достаточно сложной психической функции как восприятие времени. Причинная связь от гена к психической функции в данном случае предполагается не столько по результатам статистических методов (которые, в большинстве своем могут лишь свидетельствовать о связи между исследуемыми переменными, но не о влиянии), а вытекает из логики нашего исследования (именно ген влияет на поведение, а не наоборот). Данная работа способствует преодолению имеющегося разрыва между исследованиями

системного и молекулярного уровней с выстраиванием единого логического ряда от гена до сознания.

Результаты эксперимента 2. Поведенческие ответы

При выполнении задания на оценку длительности и категории слов различная частота звуковой ритмической стимуляции оказывала влияние на оценку длительности серий и время решения задач. При быстрой ритмической стимуляции по сравнению с медленной испытуемые значимо переоценивали длительность серий, в которых требовалось оценить длительность 0=2,1; р<0,05) или категорию стимулов (1=2,2; р<0,05). При оценке длительности стимулов в 1400 мс медленная скорость ритмической стимуляции (0,75 Гц) приводила к значимому уменьшению времени реакции, по сравнению с частотой ритма 1 Гц 0= 2,9: р= 0,02) и 1,25 Гц 0= 3,2; р= 0,004). При оценке категории слов время реакции для частоты ритмической стимуляции 0,75 Гц было значимо меньше (1=2,5; р=0.01) по сравнению с частотой 1,25 Гц. Время реакции при ритмической стимуляции 0,75 Гц также было значимо меньше по сравнению с частотой 1 Гц {1=2,1; р=0,04). При отсутствии ритмической стимуляции время реакции испытуемых было максимально, по сравнению с любой частотой фонового ритма. Таким образом, звуковой ритм, предъявляемый с частотой 0,75 Гц, способствовал уменьшению времени решения задач.

: 50 >. 40

> зо ? 20 : 10

о -10 -20 -30 I -40 ¡.-60

> -60 Г-70 ' -80

Оценка длительности серий

0.75 Гц |! Гц; 1.25 Гц отсутствие ритмической стимуляции

Оценка длительноетт

стимулов

о-20

0.75 Гц 1

■

1 ^

1.25 Гц отсутствие

ритмической —епшуляции-

оценка категории -СЛОЕ

Вреыя реакции при оценке длительности и категории слое

0,75 Гц 1 Гц Оценка длительности стимулов

1,25 Гц отсутствие ритмической стимуляции

0,75 Гц 1 Гц

оценка категории слое

1,25 Гц отсутствие ритмической стимуляции

Рис.2а. Оценка длительности серий (различие между объективным и субъективным значением (с)) при оценке категории и длительности слов._

Рис.2б. Время реакции (мс) при оценке длительности и категории слов для различной частоте ритмической стимуляции (по горизонтали)._

При оценке длительности стимулов предъявление слов различных категорий не влияло на обшую картину - время реакции было минимальным

при частоте звуковой ритмической стимуляции 0,75 Гц. Влияние частоты фонового ритма было наиболее выражено для псевдо-слов. При оценке категории слов при звуковой ритмической стимуляции 1,25 Гц время реакции увеличивалось, и было минимальным при частоте 0,75 Гц для всех категорий слов. Время реакции при предъявлении абстрактных слов было максимальным при любой частоте ритмической стимуляции.

Результаты эксперимента 2. Особенности мозгового ответа.

Влияние различной частоты ритмической стимуляции оказалось связанным не только с поведенческими ответами испытуемых, но и с различиями в мозговых процессах. На рис.За представлены вызванные потенциалы, полученными в ответ на предъявление слов в сериях с разной ритмической стимуляцией при задаче оценки категории слов, отведение Е124. Амплитуда позитивного (компонента ВП на латентностях от 300 до 450 мс) была значимо больше при медленном ритме (0,75 Гц) по сравнению с быстрым (1,25 Гц) в правых височных, фронтальных и центральных областях. На рис.За и 36 приведена топография значимых различий между ВП, полученными в сериях с медленной и быстрой звуковой стимуляцией. Выделенная область составляет кластер, объединенный по значимости различий на основе смежности в пространственном и временном распределении. Влияние звуковой ритмической стимуляции на амплитуду компонента Р300 в правых центральных, лобных и височных областях для абстрактных, конкретных или псевдо слов было практически одинаковым и не достигало статистической значимости.

а 75 Гц 1.г5Гц

/Л

Латеитность 0.3-0,45 а

~\к,4

Рис.За. Различия между амплитудой компонента РЗОО при оценке категории для различной частоты ритмической стимуляции (Гц). По вертикали отложена амплитуда (мА), по горизонтали - время, с. На схеме представлена локализация различий ВП в коре головного мозга (темным участкам соответствует большая значимость различий). Е2 - Е129 - схема расположения электродов.__

Рис.Зб. Различия между амплитудой компонента РЗОО при оценке длительности стимулов для различной частоты ритмической стимуляции (1,25, 1 и 0,75 Гц). Е2 - Е129 - схема расположения электродов.

При решении заданий на оценку длительности стимулов анализ ВП осуществлялся за период времени после выключения стимула, усреднение синхронизировано по выключению стимула. На рис.Зб представлены эти ВП в сериях с быстрой и медленной ритмической стимуляцией, а также топографическое распределение различий между амплитудами компонента РЗОО (различия достигали значимости для стимулов длительностью 1400 мс). Также как и в серии с категоризацией слов амплитуда компонента РЗОО в правой фронтальной, височной и центральной областях была значимо больше при частоте ритмической стимуляции 0,75 Гц но сравнению с частотой 1,25 Гц.

При оценке категории слов разница в амплитуде компонента РЗОО между сериями с медленной и быстрой звуковой стимуляции коррелировала с разиицей во времени реакции между медленной и быстрой ритмической стимуляцией. Значимые корреляции обнаружены для центральных, центрально-фронтальных и центрально-височных областей (им соответствуют электроды Е81 (р=0,022; r=-0,52), Е32 (р=0,006; r=-0,6), Е129 (р=0,002; r=-0,66), Е111 (р=0,022; г=-0,66), Е103 (р=0,012; г=-0,51), как раз в тех, где выявлены значимые различия в амплитуде РЗОО между сериями. Чем сильнее у испытуемых снижалось время решения задачи на категоризацию при медленным фоновом ритме по сравнению с быстрым, тем амплитуда компонента РЗОО была больше для медленной ритмической стимуляции по сравнению с быстрой. При задаче на оценку длительности данные корреляции обнаруживаются лишь на уровне тенденций.

Спектральный анализ мозговой активности при выполнении задания на категоризацию стимулов показал также значимые различия между мощностями спектральных составляющих, особенно в диапазоне альфа-ритма, при предъявлении внешнего фонового ритма различной частоты. На рис.4 изображены спектры мощности для 3 отведений, Е109, Е46, Е86. По оси у-отложена мощность (мкВ2), по оси х-частоты спектра. Оказалось, что мощность альфа- ритма была значимо больше при частоте фонового ритма 1,25 Гц, по сравнению с медленным фоновым ритмом - 0,75 Гц. Значимые различия были обнаружены по каналам Е46, Е129, Е105, Е32, Е81, Е109, Е86, Elll, Е13, Е113. При отсутствии звуковой стимуляции амплитуда альфа-ритма оказалась максимальной и превышала значения мощности при наличии фонового ритма.

о • 0 ■

I ._ ' _и оь_. _. _г I_1-1—

Е 10 15 20 5 10 15 20 5 10 15 20

Е109 Е46 Е86

Рис.4. Мощность альфа-ритма при различной частоте звуковой стимуляции и ее отсутствии. По оси ординат: мощность альфа-ритма (мВт), по оси абсцисс : частота (Гц). Е109 - Е86 - электроды.

Влияние звукового ритма на оценку длительности коротких интервалов (от 600 до 1400 мс) было характерно только для женщин, они были склонны переоценивать длительность предъявления слов при стимуляции в 0,75 Гц по сравнению с частотой стимуляции в 1,25 Гц. При медленной ритмической стимуляции женщины были склонны классифицировать предъявляемый стимул как длинный (правая кнопка мыши) и реже как короткий (левая кнопка мыши).

При выполнении задания на оценку длительности для ритмической стимуляции с частотой 0,75 Гц по сравнению с частотой 1,25 Гц у испытуемых увеличивался компонент РЗОО для ВП на конец предъявления стимула. Изменения компонента РЗОО на включение стимула оказались специфичными только для женщин. У женщин, по сравнению с мужчинами, при замедленном фоновом ритме был менее выражен фронтально-центральный компонент РЗОО (связываемый с вниманием к началу стимула), и более выражен компонент N100 (связан с сенсорными характеристиками).

Амплитуда компонента РЗОО, регистрируемая на включение стимула при выполнении задания на оценку длительности, коррелировала с большим предпочтением левой клавиши мыши, соответствующей короткому стимулу, при быстром фоновом ритме по сравнению с медленным, если стимул был конкретным или псевдо словом. Корреляции обнаружены по каналам Е113, Е111, Е105, соответствующим правой центральной области.

Амплитуда компонента N100 коррелировала с частотой нажатий левой клавиши мыши при решении задач на оценку длительности. Чем более был выражен компонент N100 для медленного ритма по сравнению с быстрым, тем чаще испытуемые выбирали левую клавишу мыши, соответствующую короткому стимулу, если предъявлялись псевдо-слова или конкретные слова. Значимости данные различия достигали только по каналу Е109, соответствующему правой височной области.

ВП мозга на начало предъявления стимула значимо различались между задачами оценки длительности и оценки категории в правых центральных и центрально-париентальных областях. ВП в этих областях был более негативен на латентностях 250-600 мс для задачи оценки длительности, по сравнению с задачей на семантическую категоризацию для всех типов слов, в том числе и для псевдо. Можно предположить, что данные области являются специфичными для процесса оценки длительности.

Результаты эксперимента 2. Генетические особенности влияния звуковой ритмической стимуляции на решение когнитивных задач

Испытуемые с различными полиморфизмами гена СОМТ также отличались во времени реакции при решении задач на оценку длительности. Носители полиморфизма Met/Met решали эти задачи значимо быстрее в отличие от носителей других полиморфизмов не зависимо от категории слова и от длительности его предъявления. Данная закономерность была выявлена для быстрого и медленного фонового ритма.

Кроме того, носители полиморфизмов Met/Met гена СОМТ реже нажимали клавишу длинный стимул, по сравнению с носителями аллелей Val/Val, при ритмической стимуляции. Носители генотипа Val/Val были склонны переоценивать длительность абстрактных слов и стимулы 1400 мс и чаще выбирали правую клавишу (соответствующую длительному стимулу). Носители аллелей Met/Met, напротив, при предъявлении абстрактных слов и стимулов длительностью 1400 мс, были склонны недооценивать эти стимулы -они чаще выбирали клавишу, соответствующую короткому стимулу, и реже клавишу, соответствующую длительному стимулу.

Испытуемые с различными полиморфизмами гена СОМТ по-разному оценивали длительность серий. Носители полиморфизма Met/Met значимо переоценивали длительность серий как при оценке длительности, так и при оценке категории.

Испытуемые с различными полиморфизмами гена СОМТ, ответственного за активность дофамина, различались в выраженности влияния ритмической стимуляции на амплитуду компонента Р300 при решении задачи на категоризацию. У индивидов, имеющих мутантную аллель Met (Met/Met), практически отсутствовала разница в амплитуде компонента РЗОО между медленной и быстрой ритмической стимуляцией. У индивидов, имеющих генотип Val/Val, амплитуда компонента РЗОО была больше при ритмической стимуляции с частотой 0,75 Гц по сравнению с частотой 1,25 Гц. Данные различия между генотипами были обнаружены в центральных и центрально-фронтальных областях справа для электродов Е81, Е129, El 13, El 11, Е4 (на латентности 200 - 300 мс) и Е6 (на латентности 200 - 400 мс).

Та же закономерность обнаружена и для амплитуды компонента РЗОО при оценке длительности интервалов на конец предъявления стимула. Значимые различия обнаружены для каналов Е109, Е129, Е32, Е111, Е124, Е4, Е105, Ell (на латентности от 300 до 500 мс).

Исследование амплитуды компонента РЗОО вызванного потенциала (усреднено для различных частот ритмической стимуляции и ее отсутствия)

показало, что у носителей полиморфизма Met/Met амплитуда Р300 максимальна в правых лобных, центральных и теменных областях, по сравнению с носителями полиморфизма Val/Met и Val/Val.

У носителей полиморфизма Met/Met гена СОМТ также были менее выражены различия во времени реакции и мощности альфа ритма между быстрой и медленной ритмической стимуляцией.

1.8 ( 6 \ i } Различия ритмичес в скорости решения при медленной кой стимуляции по сравнению с быстрой

X í\ < VA Л \. WaI - J 'i v к

1.3. 0-8 0.S U\ i 'i ico • so • 60 г , ............... í

04 0Í УОЧЩИОСТ1-; ' мВт , , частота Гц ¿'0 : О - ■ 1 I i

e 15 Met/Met 5 10 15 Val/Val Met/Met Val/Val

Рис.5. Выраженность отличий в мощности альфа-ритма и времени решения задач у испытуемых с различными полиморфизмами гена СОМТ при медленной ритмической стимуляции по сравнению с быстрой.

Анализ мощности спектра мозговой активности в диапазоне альфа-ритма показал, что для носителей полиморфизма Val/Val гена СОМТ характерно уменьшение амплитуды альфа-ритма при предъявлении звуковой ритмической стимуляции 0,75 Гц, по сравнению с носителями полиморфизма Met/Met, у которых этой зависимости обнаружено не было.

Результаты эксперимента 3 (а).

Влияние частоты ритмической стимуляции на моторный ответ зависело от сложности выполняемой задачи. В нашем исследовании дополнительно был проведен эксперимент, целью которого было оценить влияние ритмической стимуляции на решение более простых задач. Одной из таких задач была простая моторная проба. Испытуемому надо было как можно быстрее нажать клавишу мыши при появлении на экране монитора желтого квадратика. Ритмическая стимуляция предъявлялась при помощи наушников в виде тиканья часов, громкость подбиралась индивидуально, благодаря измерению индивидуального звукового порога.

Анализ показал, что время реакции при предъявлении визуального стимула оказалось минимально при максимальной частоте внешнего фонового ритма (1,25 Гц). Среднее время реакции (267,6 +6,4) при частоте ритмической стимуляции 1,25 Гц значимо отличалось от времени реакции при частоте 0,75 Гц (280,1 +8,8) (t=2,9; р=0,02) и при отсутствии ритмической стимуляции (275,1+7,8) (t=3,l;p=0,007).

Время реакции при выполнении простой моторной пробы мсек. время выполнения пробы на реакцию выбора

2У0 280 640 620

...... Т —

270 . * ' А1 А; I 600 Г I ; 1 1 .....1..... £

2«0 - А '< и 550 г ; И

~ ! * 1 I" 1 , А » - -1 I

250 _ ^ 1 а 560 1 ■ ■ . ! ! X в

2-40 А 540 А

230 520

фСоноСГ1^ГЩГЧ 0.75 Гц ритма отсутствие___ фонового '-5 Гц 1 Гц 0.75 Гц ритма

Рис.ба. Время реакции (мсек.) при выполнении Рис.66. Время реакции (мсек.) при выполнении

простой моторной пробы для различной пробы на реакцию выбора для различной

частоты звуковой ритмической стимуляции и частоты звуковой ритмической стимуляции и

при ее отсутствии. при ее отсутствии.

При решении задачи на реакцию выбора (выбрать одну из трех клавиш мыши для соответствующего цвета визуально предъявляемого квадратика), оказалось, что минимальное время решения задачи наблюдается при частоте ритмической стимуляции 0,75 Гц. Время реакции при данной частоте значимо отличается от времени реакции при отсутствии ритмической стимуляции (1= -2,4; р=0,02), различия между звуковой ритмической стимуляцией 0,75 и 1 и 1,25 Гц близки к значимым (р<0,1).

Результаты эксперимента 3 (б)

Дополнительно к экспериментальному исследованию на взрослых испытуемых было проведено исследование, целыо которого было изучить закономерности формирования описанных явлений в онтогенезе и их устойчивость к возрастному фактору. С этой целью исследование было проведено на группе испытуемых из 42 детей в возрасте от 5 до 12 лет. Исследовалось влияние внешней ритмической стимуляции на выполнение простых когнитивных тестов (моторной реакции и реакции выбора). Одной из важных характеристик выполнения простой моторной пробы у детей было количество фальстартов. Оказалось, что количество фальстартов коррелировало у детей с максимальной скоростью теппинг-теста (г= -0,65, р=0,016) и количеством ошибок при копировании домика (з=0,55 р=0,0015). Кроме того, была обнаружена корреляционная связь между количеством фальстартов и выраженностью дефекта согласно нейропсихологическому комплексному обследованию (б=0,4 р=0,029).

Влияние ритмической стимуляции на скорость моторной реакции при решении простых задач взрослыми и детьми оказалось аналогичным. При выполнении моторной пробы, дети также как и взрослые быстрее всего решали задачи при быстрой ритмической стимуляции (1,25 Гц) по сравнению с медленной ритмической стимуляцией (0,75 Гц) (р=0,01) и ее отсутствием

(р=0,01). Данные различия касались и различий в стандартных отклонениях времени реакции. Стандартное отклонение времени моторной реакции при ритмической стимуляции с частотой 0,75 Гц было значимо больше по сравнению с частотой 1, 25 Гц (р=0,02).

Различия между взрослыми и детьми были связаны со скоростью выполнения заданий не зависимо от отсутствия или наличия ритмической стимуляции или ее частоты: взрослые значимо быстрее выполняли задачи на моторную пробу (р<0,001). Кроме того, было обнаружено, что при отсутствии ритмической стимуляции дети решали задачи значимо дольше по сравнению с наличием ритмической стимуляции(р<0,05. У взрослых подобных различий между стимуляцией 1 Гц, 0,75 Гц и отсутствием стимуляции обнаружено не было.

Изменения закономерностей между различными возрастными группами детей также не достигали уровня статистической значимости.

УГ^'.'В дд-т л.-'

огстутстеие р«ила

25 Гц 1 Гц 0.75 Гц

Вреьи реаьцпн при решении 1ЛЛ-ПП на рсмовво вмбора

огстутсгеие 1-25Ги , Гц 0.75 Гц

Рис.7а. Время реакции (мсек.) у детей от 5 до 12 лет при выполнении простой моторной пробы для различной частоты звуковой ритмической стимуляции и при ее отсутствии.

Рис.7б. Время реакции (мсек) при решении задачи на реакцию выбора детьми в возрасте от 5 до 12 лет при различной частоте звуковой ритмической стимуляции и ее отсутствии._

При выполнении детьми задания на реакцию выбора было обнаружено, что при частоте звуковой ритмической стимуляции 0,75 Гц по сравнению с частотой 1,25 Гц наблюдалось значимое уменьшение времени моторной реакции (1=2,16; р=0,04). Кроме того, оказалось, что количество ошибок также было связано с частотой ритмической стимуляции. При частоте 0,75 Гц по сравнению с 1,25 Гц ошибок в выборе нужной клавиши было значимо меньше (1=2,27; р=0,03). Время реакции оказалось связанным с возрастом детей. Чем старше были дети, тем быстрее они решали задачи на реакцию выбора не зависимо от наличия или отсутствия ритма.

Обсуждение результатов эксперимента 2иЗ.

В данной работе испытуемым предъявлялось два типа сложных когнитивных задач: оценка длительности стимулов и категоризация слов. Различия в мозговой активности при решении этих задач были обнаружены на начало предъявления стимула в правых центральных и централыю-париентальных областях. ВП в этих областях был более негативен на латентностях 250-600 мс для задачи оценки длительности, по сравнению с задачей на семантическую категоризацию для всех типов слов, в том числе и для псевдо. Специфика решения вербальных задач, к которым и категоризация предполагает анализ структуры слов и соответственно заинтересованность левых областей мозга. Различия в активности этих областей между решением задач на категоризацию и оценку длительности характерно прежде всего для абстрактных слов. При оценке категории псевдо-слов, анализ вербальной структуры слова практически не требуется, в результате чего различия в активности левополушарных структур между различными задачами не значимы. Различия в активации правых центральных и центрально-париетальных областях при решении двух типов задач были характерны для всех категорий слов, что позволяет предположить специфическое участие данных областей в процессе оценки длительности стимулов.

В работе было установлено, что фоновая ритмическая звуковая стимуляция изменяет как субъективный отсчет времени, так и скорость выполнения некоторых когнитивных задач. Были показаны также изменения некоторых мозговых функций, которые могут лежать в основе этих феноменов.

Так, под влиянием ритмической звуковой стимуляции изменялась оценка длительности экспериментальных серий. При этом ускоренная частота звуковой стимуляции по сравнению с замедленной приводила к большей переоценке длительности серий. Это может быть объяснено тем, что внешние звуки действительно воспринимались как тиканье часов, и оценка серий зависела от скорости их предъявления. При более высокой частоте звуковой стимуляции (по сравнению с медленной) за объективно равные промежутки времени воспринималось больше звуков (ударов секундной стрелки), что и приводило к впечатлению том, что прошло больше времени, чем это было в действительности.

Исследование воздействия звуковой ритмической стимуляции на время моторной реакции может быть рассмотрено с точки зрения гипотезы повышенной активации при ускоренном звуковом фоне, по сравнению с замедленным. Согласно этой гипотезе при ускоренной ритмической стимуляции можно было ожидать уменьшения скорости реакции. При выполнении простой задачи (моторная реакция при предъявлении визуального стимула) был обнаружен подобный эффект: время реакции при предъявлении визуального стимула оказалось минимальным при максимальной частоте внешнего фонового ритма (1,25 Гц). Более того, данный эффект оказался устойчивым и наблюдался даже у детей от 5 до 12 лет. Однако в случае выполнения более сложной задачи (например, реакция выбора) подобной закономерности обнаружено не было. У взрослых испытуемых различия в моторном ответе при различной частоте ритмической стимуляции не достигали

значимости. Однако на уровне тенденции при ритмической стимуляции 0,75 Гц испытуемые решали задачи реакции выбора быстрее, чем при 1,25 Гц. Для детской выборки данные различия уже достигали значимости: при частоте ритмической стимуляции 0,75 Гц время моторного ответа у детей было значимо меньше по сравнению с ритмической стимуляцией 1,25 Гц. При выполнении достаточно сложной когнитивной задачи (оценка длительности или категории слова) гипотеза повышенной активации при ускоренном звуковом фоне также не подтвердилась. Время моторной реакции было минимально при наличии медленной ритмической стимуляции (0,75 Гц). Замедление частоты ритма (0,75 Гц) оказывало положительное влияние на скорость решения задач по оценке категории слов и оценке длительности стимулов 1400 мс. Данный эффект оказался наиболее выражен именно при решении задач на категоризацию слов, тогда как при оценке длительности стимулов данный эффект выражен меньше.

При решении задач различной когнитивной сложности от субъекта требуется различный уровень активности, которому может соответствовать определенный ритмический фон, предъявление которого способствует более эффективному решению задачи. Предъявление звукового сопровождения могло способствовать активации дополнительных механизмов произвольного и непроизвольного внимания. Кроме того, время реакции при решении как простых, так и сложных задач было больше при отсутствии ритмического фона, чем при его наличии. Наличие ритмического фона (специфического по частоте для различных задач в зависимости от их сложности) приводило к ускорению моторного ответа, а также к увеличению количества правильных ответов при оценке длительности стимулов.

Изменение внешней звуковой стимуляции приводило также к изменению ВП на предъявляющийся стимул: амплитуда компонента ВП РЗОО была максимальной при медленном ритме звуковой стимуляции, то есть в том случае, когда задача решалась лучше и быстрее. В литературе амплитуду позитивной волны с латенцией пика около 300 мс связывают с разными психическими явлениями, такими как привлечение внимания к стимулу, появление ориентировочного рефлекса, возрастание неопределенности ожидаемого стимула, усложнение задания на дифференцирование стимулов, принятие решения, рост уверенности субъекта в правильности идентификации сигнала (Brown SW, 1990). Был выделен позитивный париетальный компонент РЗОО, связываемый с опознанием стимула как значимого (Наатанен Р., 1998). Кроме того, в последние годы показано, что компонент РЗОО является не столько показателем процесса обновления («updating») рабочей памяти, сколько показателем торможения, являющегося следствием принятия решения о стимуле, его категоризации (Molnar М., 1995). Эти данные, в основном, поддерживают убеждение, что РЗОО - это компонент, который не зависит от физических параметров предъявляемого стимула и может возникать даже в его отсутствие (Molnar М., 1995).

В нашей работе испытуемым предлагалось выполнить две различные задачи в разных экспериментальных сериях (оценка длительности или категории слова), изменения в поведенческих тестах при решении этих задач

(например, время моторного ответа) оказались корреляционно связанными с амплитудой компонента Р300, локализованного во фронтальных и центральных областях. Предъявление звуковой ритмической стимуляции может способствовать активации дополнительных механизмов произвольного и непроизвольного внимания, которые проявляются в активации фронтальных и центральных областей мозга. Различия, обнаруженные в активации мозговых структур при различной частоте ритмического фона, были локализованы в правой височной, центральной и лобной областях, и связаны при этом с изменениями амплитуды компонента Р300. Данные результаты согласуются и с другими исследованиями. В частности было показано (Каменская, 1995) устойчивое возрастание по амплитуде слухового вызванного потенциала как центрального, так и нижнелобного отделов при уменьшении частоты следования ритмически организованных стимулов.

Компонент Р300 регистрировался как на включение, так и на выключение стимула (Molnar М., 2004). При наличии инструкции оценивать длительность стимула была выявлена связь этого компонента ВП с длительностью стимула, наиболее ярко выраженная во фронтальных отведениях, что позволяет предположить важное участие лобных долей в процессе оценивания длительности стимула.

У нормальных взрослых испытуемых задача дифференцировать предъявляемые зрительные стимулы по длительности приводит к появлению ВП не только в затылочно-теменных, но и в центрально-лобных отделах коры, причем эти потенциалы имеют значительно больший латентный период (от 120 до 260 мс). Также было показано, что при правильной оценке длительности коротких интервалов времени увеличивается амплитуда волны РЗОО, но сравнению с неправильной оценкой (Костандов, 1985). В связи с этим, увеличение компонента РЗОО ВП в центрально-лобных отделах коры в нашем исследовании при предъявлении медленной звуковой стимуляции может быть связано более эффективным выполнением задачи дифференцировки стимулов, что и приводит к уменьшению времени решения задач.

Различная скорость внешней звуковой стимуляции влияла на мозговой ритм ЭЭГ. При медленной звуковой стимуляции мощность альфа-ритма была меньше, чем при быстрой. Функционирование внутренних часов традиционно связывается с мозговой активностью, преимущественно в диапазоне альфа ритма (8-13 Гц) (Фонсова H.A., Шестова И.А., 1988). В работе Каменской (1995) было показано, что процесс отражения временных характеристик проявляется в изменении электрической активности лобных отделов в диапазоне альфа-, тета-и дельта-колебаний. Причем наибольшая активация характерна для ситуации предъявления временной длительности и организации моторных реакций на нее. Увеличение альфа-ритма связывают с состоянием покоя, при привлечении внимания к стимулу мощность альфа-ритма обычно снижается. Таким образом, изменение мощности альфа-ритма при медленной звуковой стимуляции в нашем исследовании можно проинтерпретировать как отражение состояния более активного внимания к стимулу, что подтверждается и увеличенной амплитудой компонента РЗОО в этом случае.

Наши результаты согласуются с некоторыми литературными данными, согласно которым ритм, подаваемый в виде звуковой стимуляции, способен менять работу автоматизированных мозговых систем (таких как дыхательный центр, расположенный в стволе мозга), меняя, таким образом, частоту дыхания. Данные изменения осуществляются за счет регуляторного влияния премоторной коры на активность дыхательных центров (Aparicio Р., 2005), что согласуется и с нашими данными, по которым изменения мозговой активности при различных частотах ритмической стимуляции локализовывались в центральной области (премоторная и постмоторная извилины) справа и коррелировали со временем решения задач (Ackermann, Н., 2001). Активация правополушарных структур при влиянии ритмических звуковых стимулов неоднократно подчеркивалась в различных исследованиях. Например, медитация, сочетающаяся с ритмическим музыкальным фоном, способствует увеличению амплитуды альфа-ритма в правой теменной области. В нашей работе также показано влияние ритмической звуковой стимуляции на мощность альфа-ритма в правых теменных и центральных областях. Уменьшение мощности альфа-ритма было наиболее выражено при медленной частоте ритма и наименее выражено при его отсутствии.

Предъявляемая звуковая стимуляция по самоотчетам подавляющего большинства испытуемых воспринималась ими как фон по отношению к основной задаче. Поэтому действие ритмической стимуляции может быть сравнимо с действием белого шума. Белый шум может быть отнесен к звуковой ритмической стимуляции, но содержащей большое количество частот, имеющих равную интенсивность. По некоторым данным, белый шум способствует активации правого полушария при решении вербальных задач, а также увеличивает концентрацию внимания (Shtyrov V., 1988). Поэтому, эффекты влияния ритмической стимуляции на поведенческие ответы и мозговую активность, могут быть в какой-то мере объяснены влиянием белого шума.

Исследование влияния ритма, предъявляемого с различной частотой интересно и с точки зрения воздействия на эффективность деятельности человека, скорость его моторного реакции, внимание, память, а также на другие психические функции. Адекватный подбор звуковой ритмической стимуляции с учетом индивидуальных особенностей человека может способствовать увеличению внимания к выполняемой деятельности, уменьшению количества ошибок, а также повышению продуктивности и скорости его работы.

Влияние звукового ритма на оценку длительности коротких интервалов было характерно только для женщин, они были склонны переоценивать длительность предъявления слов при стимуляции в 0,75 Гц по сравнению с частотой стимуляции в 1,25 Гц. При медленной ритмической стимуляции женщины были склонны классифицировать предъявляемый стимул как длинный (правая кнопка мыши) и реже как короткий (левая кнопка мыши). Склонность женщин к переоценке интервалов при замедленной ритмической стимуляции была показана нами ранее (Портнова, 2006). Кроме того, оказалось, что изменения компонента Р300 на включение стимула при оценке длительности интервалов были специфичными только для женщин. У женщин, по сравнению

с мужчинами, при замедленном фоновом ритме был менее выражен фронтально-центральный компонент Р300 (связываемый с вниманием к началу стимула), и более выражен компонент N100 (связан с сенсорными характеристиками). Таким образом, влияние ритмической звуковой стимуляции касалось сенсорных компонентов воспринимаемого стимула и активации процесса внимания к началу предъявления стимула. Медленная ритмическая стимуляция способствовала тому, что женщины были более сконцентрированы с самого начала предъявления стимула. Как показывают данные различных экспериментов, привлечение внимания к какому-либо стимулу способствует увеличению ретроспективной оценке его длительности (Зингерман A.M., Меницкий Д.Н., 1985; Геллерштейн С.Г., 1958). Тот факт, что медленная ритмическая стимуляция вызывала активацию процессов внимания в самом начале предъявления стимула именно у женщин, а не у мужчин, и соответственно вызывает переоценку длительности интервалов, требует дальнейшего изучения.

Общее обсуждение результатов диссертационного исследования.

Одна из задач данной работы была направлена на исследование связи полиморфизмов генов с индивидуальными особенностями психического отражения времени. Исследование, проведенное на спортсменках синхронного плавания (эксперимент 1), показало, что носители разных вариантов генов, отвечающих за активность двух основных медиаторов мозга - серотонина и дофамина, различаются по характеристикам восприятия времени. При этом, согласно полученным данным, каждая операция такого сложного психического процесса как восприятие времени может регулироваться активностью нескольких различных генов. В целом оказывается, что восприятие коротких интервалов в 1-2 секунды связано с геном СОМТ, модулирующим активность дофамина, а более длительных интервалов - в основном, с генами, регулирующими активность серотонина, хотя на общую ориентировку во времени влияет также и ген СОМТ. Обобщенно эти данные представлены на рис.8. Следует отметить, что в нашем исследовании впервые продемонстрирована связь различных характеристик восприятия времени с полиморфизмами генов, модулирующих активность серотонина и дофамина. Психофармакологические данные также свидетельствуют в пользу неоднородности субъективного временного континуума. Так, в ряде исследований было показано, что препараты, действующие на дофаминергическую систему избирательно нарушают восприятие именно коротких интервалов (Rammsayer, 1999), до 1-2 секунд, в то время как на восприятие более длительных интервалов оказывают влияние серотонинергические препараты (Wittmann, 2007). Наши результаты хорошо соотносится с этими данными.

Шкала времени

текущее время 5-НТТ, меньший обратный захват серотонина точность ориентации в текущем времени СОМТ, меньшее разрушение дофамина недооценка текущего времени

3 5-15 X МАОА, меньшее разрушение серотонина меньшее недоотмериание минуты (большая точность) замедленное течение времени (Ясперс)

Е 1 5-НТТ2А, меньшее количество рецепторов серотонина ускоренное течение времени (Ясперс)

15 10 .а г 5 ^ 4 а> 4 ° 3

2 1 СОМТ, меньшее разрушение дофамина -воспроизведение более длительного интервала

Рис.8. Обобщенные данные о связи полиморфизма генов с психическим отражением времени. Показаны шкала времени, гены, влияющие на функцию отражения времени в данном временном интервале, регулируемые ими медиаторы и результат влияния активности гена на восприятие времени. Использованы данные по опроснику Яснерса (Ясперс, 1996)

Для дальнейшего исследования были выбраны короткие интервалы времени (около 1 секунды). Для того чтобы проследить на них, помимо генетического, еще и средовое влияние была использована внешняя звуковая ритмическая стимуляция с частотой около 1 Гц (подобие тиканья часов). На экране монитора предъявлялись слова. Задачей испытуемых было либо определять длительность предъявления слова, либо категоризировать его по параметрам абстрактности/конкретности. Параллельно задаче предъявлялась звуковая ритмическая стимуляция различной частоты, и одной из задач исследования было оценить влияние данной частоты на время решения задач и субъективное течение времени.

Результаты данного эксперимента подтвердили полученную в нервом исследовании связь гена СОМТ с восприятием длительностей порядка 1-2 секунд. Так, носители Met/Met аллелей в эксперименте 2 характеризовались

недооценкой длительности стимулов порядка 1 секунды. Известно (Лисенкова, 1981), что оценка интервала и его воспроизведение находятся в обратных отношениях. Так, для испытуемых, склонных к недооценке длительностей, характерно их переотмеривание. У носителей Met/Met варианта гена СОМТ внутренняя субъективная секунда более длительная, время у них несколько «растянуто». Именно поэтому, они переотмеривают 1-2 секундный интервал и недооценивают длительности порядка 1 секунды по сравнению с носителями Val/Val генотипа. Дополнительно было выявлено, что носители Met/Met генотипа быстрее решают задачи Fia оценку длительности коротких интервалов (0,6 - 1,4 сек) и категоризацию слов. Это согласуется с данными о том, что у носителей Met/Met генотипа СОМТ более развиты когнитивные способности (Лебедева и др., 2009, Lachman et al., 1996).

Как влияла звуковая ритмическая стимуляция на субъективное течение времени и скорость решения задач? При быстрой ритмической стимуляции по сравнению с медленной испытуемые значимо переоценивали длительность серий, которая составляла порядка 3-7 минут. Т.е. ритмическая стимуляция вызывала изменение субъективного течения времени. Более того, оказалось, что при воздействии звукового ритма с частотой 0,75 Гц (несколько замедленное тиканье часов) испытуемые быстрее решали задачи на категоризацию слов и оценку длительности, по сравнению с тем, что происходило под воздействием более быстрой частоты (1,25 Гц). Парадокс заключается в том, что ускоренная звуковая ритмическая стимуляция должна была бы больше активизировать корковые функции, вызывать некоторое ускорение его субъективных процессов (что и произошло с субъективным течением времени - длительность серии стала казаться более короткой). Однако, более высокая скорость решения этих, довольно сложных, задач наблюдалась не при ускоренной, а именно при замедленной звуковой стимуляции. Этот факт был настолько поразительным, что было проведено дополнительное исследование (эксперименты За и 36), в котором испытуемые решали более простые задачи на скорость простой зрительно-моторной реакции и реакции выбора. Оказалось, что скорость простой зрительно-моторной реакции все-таки действительно возрастает при действии ускоренной звуковой стимуляции, по сравнению с замедленной. Таким образом, феномен уменьшения времени решения задач при замедленной звуковой стимуляции специфичен именно для сложных когнитивных задач. Этот факт подтверждается и в исследовании на детях (эксперимент 36), для которых задача на реакцию выбора оказалась достаточно сложной и под воздействием замедленно звуковой стимуляции ее решение ускорялось.

Были исследованы мозговые механизмы, связанные с ритмической стимуляцией разной частоты и вызывающей изменения скорости выполнения когнитивных задач. Оказалось, что мощность альфа-ритма была значимо больше при частоте фонового ритма 1,25 Гц, по сравнению с медленным фоновым ритмом - 0,75 Гц. Значимые различия были обнаружены по каналам Е46, Е129, Е105, Е81, Е37, Е109, Е86, El 11, Е13, El 13 (в центральной, теменной и височной областях). Амплитуда компонента ВП РЗОО была максимальной при

замедленном ритме звуковой стимуляции, по сравнению с ускоренным, то есть в том случае, когда задача решалась лучше и быстрее. Следовательно, можно заключить, что замедленная звуковая стимуляция приводила к оптимизации мозговых процессов со снижением альфа-ритма и увеличением волны РЗОО в правых фронтальных, центральных и височных областях, ранее связывающихся с восприятием времени.

COMTVollSSMet

VíiiiVai - Go.1*«

мехьшс ДА

Субъекпшвнця секунда

1000 ms

r»íKuf ДА

Звуковая стимулянт (тиканье часов)

А.мпптудй P3D0 Врг>чгя р^ше-ни*

частота 1 Гц

с с

2 <

частота 0.76 Гц

В*« If

1200 ms

rse ¡»воспроизводится

генотип СОМТ

Рис.9. На рисунке представлены обобщающие данные, отражающие связь полиморфизмов гена СОМТ с оценкой и отмериванием коротких интервалов времени (порядка 1-2 секунд)и влиянием на эти параметры звуковой ритмической стимуляции 1 и 0,75 Гц.

Были ли различия во влиянии ритмической стимуляции на носителей разных генотипов гена СОМТ? Оказывается - да. Замедленная звуковая ритмическая стимуляции оказывала наибольшее влияние на носителей Val/Val варианта гена СОМТ. У носителей Met/Met генотипа влияние замедленной ритмической звуковой стимуляции не было выражено, как на поведенческом уровне, так на уровне мозговых ответов. Следует отметить, что носители Met/Met генотипа изначально решали задачи быстрее и имели более длительную субъективную секунду. Таким образом, как бы искусственное дополнительное «растягивание» субъективной секунды, предположительно вызываемое звуковой стимуляцией 0.75 Гц уже не влияло на них. Более того, ранее было показано, что носители Met/Met варианта гена СОМТ имеют большую амплитуду компонента РЗОО (Golimbet et al., 2006, Лебедева и др., 2009). Это также подтвердилось и в данном исследовании. Более того, замедленная ритмическая стимуляция увеличивала амплитуду этого компонента только у носителей Val/Val генотипа, способствуя тем самым более быстрому решению задач.

Таким образом, показано, что субъективное течение времени и скорость решения сложных задач может определяться генетическими факторами. Однако у носителей генотипа Val/Val гена СОМТ, затрачивающих больше времени на решение когнитивных заданий, это отставание может быть несколько скорректировано влиянием факторов среды.

ВЫВОДЫ

1. Носители разных вариантов гена СОМТ различаются в восприятии интервалов длительностью порядка 1-2 секунд и в скорости решения когнитивных задач. Носители Met/Met генотипа переотмеривают и недооценивают интервал времени порядке 1-2 секунд и в то же время быстрее решают некоторые когнитивные задания, по сравнению с носителями Val/Val-варианта.

2. Восприятие более длительных интервалов связано с генами, модулирующими активность серотонина (5-НТ2а, 5-НТТ, МАОА). На общую ориентацию во времени влияют как ген, модулирующий синтез фермента, разрушающего дофамин (СОМТ), так ген транспортера серотонина (5-НТТ) систем.

3. Более низкая частота (0,75 Гц) ритмического звукового сопровождения приводит к «растягиванию субъективного времени» и ускорению времени решения сложных когнитивных задач, что сопровождается увеличением компонента ВП Р300 и уменьшением мощности альфа-ритма в правых фронтальных, центральных и височных областях по сравнению с более высокой (1,25 Гц) частотой.

4. Высокая частота звукового сопровождения (1,25 Гц) ускоряет время простой зрительно-моторной реакции как у взрослых, так и у детей (5-12 лет). При этом у детей замедленное ритмическое звуковое сопровождение (0,75 Гц) уменьшает время решения задачи на реакцию выбора (простая задача для взрослых, но сложная для детей). Как уже отмечалось, такое уменьшение времени решения задачи при медленной ритмической стимуляции характерно и для взрослых испытуемых при выполнении сложной когнитивной задачи.

5. Выявлено взаимодействие генетического и средового фактора на скорость решения когнитивных задач. Более медленная ритмическая звуковая стимуляция увеличивает скорость решения когнитивной задачи в наибольшей степени у носителей более древнего и активного гена СОМТ (Val/Val), характеризующегося меньшей концентрацией дофамина в префронтальной коре. У носителей генотипа Met/Met, которые характеризуются более высокой скоростью решения задач и большим компонентом Р300 по сравнению с полиморфизмом Val/Val, ритмическая стимуляция не вызывает дополнительного улучшения когнитивных процессов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Портнова Г. В., Сысоева О.В., Иваницкий. Психофизиологическое

исследование влияния звуковой ритмической стимуляции на субъективный

отсчет времени и скорость выполнения когнитивных задач.

Журн.высш.перин.деят. 2010.

2. Портнова Г.В., Сысоева О.В., Малюченко Н.В., Тимофеева М.А.,

Куликова М. А., Тоневицкий А.Г., Кирпичников М.П., Иваницкий А. М.

Генетические основы восприятия времени у спортсменов Журнал высшей нервной деятельности, том 57, №4,2007.461-471 с.

3. Olga V Sysoeva, Natalia V Maluchenko, PhD; Marina A Timofeeva; Galina V Portnova; Maria A Kulikova; Alexandr G Tonevitsky, Prof; Alexey M Ivanitsky, Prof. "Aggression and 5-HTT polymorphism in females: study of synchronized swimming and control groups". Int J Psychophysiology

4. Sysoeva O.V., Portnova G.V., Ivanitsky A.M. Генетические основы восприятия времени у спортсменов (Genetic basis of time perception in sportsmen). - Proceedings of 13th Biennial Meeting of the ISSID, Giessen. - 2007. P.110-111.

5. Сысоева O.B., Портнова Г.В., Малюченко H.B., Тимофеева М.А., Тоневицкий А.Г., Иваницкий A.M. - Агрессия и субъективный отчет времени зависят от полиморфизма определенных генов. — XX съезд физиологического общества им. И.П.Павлова. Тезисы докладов. Издательский дом «Русский врач». Москва. - 2007. - стр. 94-95.

6. Portnova G.V., Sysoeva O.V., Balashova Е. U. Нейропсихологические и психофизиологические проблемы восприятия времени лицами молодого и пожилого возраста (Neuropsychological and psychophysiological problems of time perception for young and old people). - Novel Molecular Strategies to treat. Neurodegenerative Diseases. Abstracts book. Ofir. - 2007. - P. 87.

7. Portnova G.V., Sysoeva O.V. Эксплицитный и имплицитный анализ слов: поведенческий и ЭЭГ анализ (Explicit and implicit analysis of the written words: behavioral and EEG data). - Sinapsa Neuroscience Conference '07. Book of Abstracts. Ljubljana. - 2007. - P. 70.

8. Портнова Г. В., Сысоева О. В. Анализ абстрактных, конкретных и псевдо-слов: влияние категории слова на скорость реакции, восприятие длительности и ответы мозга.// Когнитивное моделирование в лингвистике. Труды IX международной конференции т. 2, с. 50-59.

Подписано в печать:

19.01.2010

Заказ № 3780 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499)788-78-56 wvvw.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Портнова, Галина Владимировна

1. Введение

1.1. Актуальность и значимость исследования

1.2. Новизна работы

1.3. Практическая значимость исследования

1.4. Цели и задачи исследования

1.5. Методологические основы

1.6. Положения, выносимые на защиту

2. Литературный обзор

2.1. Процесс восприятия времени в науке

2.2. Особенности восприятия времени в детском возрасте

2.3. Индивидуальные особенности восприятия времени

2.4. Особенности восприятия времени при психических расстройствах.

2.5. Методологический подход «ген-медиатор-мозг-поведение»

2.6. Дофаминэргическая система

2.7. Серотонинергическая система

2.8. Средовые факторы влияния на процессы восприятия времени

2.9. Мозговые механизмы восприятия времени 3. Методы и результаты исследования

3.1. Методика

3.2. Эксперимент

3.2.1. Процедура эксперимента 1.

3.2.1.1. Психологическое тестирование

3.2.1.2. Молекулярно-генетическое исследование

3.2.1.3. Статистический анализ

3.2.2. Результаты эксперимента

3.2.2.1. Опросник Ясперса и полиморфизмы генов

3.2.2.2. Связь «Индивидуальной минуты» с полиморфизмом гена МАО А

3.2.2.3. Воспроизведение коротких интервалов времени (1-5 секунд) и полиморфизм гена СОМТ (ген ответственен за разрушение дофамина).

3.2.2.4. Полиморфизм генов и ориентировка в текущем времени

3.2.3. Обсуждение эксперимента

3.3. Эксперимент 2 и

3.3.1. Процедура эксперимента

3.3.2. Процедура эксперимента 3.

3.3.3. Результаты эксперимента 2. Влияние звуковой ритмической стимуляции на решение задач оценки длительности и оценки категории

3.3.4. Результаты эксперимента 3 (а). Влияние звуковой ритмической стимуляции на решение простых задач

3.3.5. Результаты эксперимента 3 (б) Влияние звуковой ритмической стимуляции на решение простых задач детьми в возрасте от 5 до 12 лет

3.3.6. Результаты эксперимента 2. Мозговые механизмы влияния звуковой стимуляции на процесс восприятия времени и решение сложных когнитивных задач

3.3.6.1. Влияние звуковой ритмической стимуляции на электрическую активность мозга

3.3.6.2. Тендерные особенности психического отражения времени

3.3.6.3. Мозговые различия между задачами на оценку длительности и оценку категорий

3.3.6.4. Генетические особенности влияния звуковой ритмической стимуляции на решение когнитивных задач

3.3.7. Обсуждение результатов эксперимента 2 и

3.3.7.1. Различия в мозговом ответе при решении двух типов задач: оценки длительности стимулов и их категории.

3.3.7.2. Влияние звуковой ритмической стимуляции на поведенческие характеристики решения когнитивных задач

3.3.7.3. Влияние звуковой ритмической стимуляции на мозговые ответы при решении когнитивных задач

3.4. Общее обсуждение результатов диссертационного исследования.

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние генотипа и факторов среды на субъективный отсчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий"

1.2. Новизна работы

В данной работе впервые была продемонстрирована связь полиморфизмов генов, регулирующих обмен серотонина и дофамина в тканях мозга, с особенностями психического отражения времени. Впервые описаны феномен уменьшения времени решения задач при замедленной ритмической звуковой стимуляции и мозговые корреляты данного процесса. Впервые на экспериментальном уровне было показано взаимовлияние генетических и средовых факторов в процессе восприятия времени на скорость решения когнитивных задач.

В диссертационном исследовании предпринята попытка преодолеть существующий разрыв между работами системного и молекулярного уровней, который не дает возможности воссоздать целостную картину работы мозга. Показана связь субъективного течения времени с полиморфизмом генов, контролирующих обмен дофамина и серотонина. В частности, показано, что носители варианта Met/Met гена СОМТ переотмеривают 1-2 секундные интервалы, и быстрее решают когнитивные задачи. Субъективное течение времени является устойчивой характеристикой личности, однако, как и на любую другую психическую функцию, на нее оказывают влияния и внешние воздействия. Было сделано предположение, что тиканье часов с различной частотой будет оказывать влияние на оценку длительности интервалов, близких к 1 сек, - также упроченному в опыте эталону времени. Так, в данном исследовании показано, что звуковая стимуляция, имитирующая тиканье часов, в замедленном темпе (0,75 Гц), способна изменять субъективное течение времени и ускорять решение когнитивных задач. Причем это влияние выражено лишь для носителей варианта Val/Val гена СОМТ, т. е. для того варианта гена, носители которого изначально медленнее решают сложные когнитивные задачи. Таким образом, данная работа демонстрирует возможность компенсации генетического фактора внешним влиянием. Однако, этот эффект проявляется только у носителей генотипа Val/Val, склонных к более медленному решению задач. Выражается надежда, что использованный подход имеет хорошую перспективу для выстраивания единой логической цепочки от гена до сознания.

Исследование связи между полиморфизмами генов, отвечающими за активность серотонина и дофамина, и процессами психического отражения времени является актуальным в настоящее время. Психические функции, связанные с работой серотониергической и дофаминергической системами, такие как тревожность, агрессивность, контроль, планирование, регуляция и внимательность неотделимы от процессов восприятия времени. Эти психические функции являются определяющими для многих профессий. Выявление генетически обусловленных операций, составляющих процесс восприятия времени, позволит облегчить диагностику профессиональной пригодности. Генетическая предрасположенность к точному выполнению тех или иных временных операций играет роль и в определенных видах спорта, таких как, например, синхронное плавание. Своевременное выявление индивидуальных особенностей спортсмена позволит наиболее рациональным способом организовать его тренировку. Исследование мозговых механизмов, связанных с влиянием различной частоты звуковой стимуляции на решение когнитивных задач позволило предположить специфику влияния данного фактора на решение задач по оценке длительности стимулов и оценке категории, а также оценить локализацию областей мозга, специфическую для исследуемых задач.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Портнова, Галина Владимировна

4. ВЫВОДЫ

4. Высокая частота звукового сопровождения (1,25 Гц) ускоряет время простой зрительно-моторной реакции, как у взрослых, так и у детей (5-12 лет). При этом у детей замедленное ритмическое звуковое сопровождение (0,75 Гц) уменьшает время решения задачи на реакцию выбора (простая задача для взрослых, но сложная для детей). Как уже отмечалось, такое уменьшение времени решения задачи при медленной ритмической стимуляции характерно и для взрослых испытуемых при выполнении сложной когнитивной задачи.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Портнова, Галина Владимировна, Москва

1. Алякринский Б.С., Степанова С.И. По закону ритма. М.: Наука, 1985.

2. Андрушкявичус С. И. Циркадные изменения параметров вегетативной активности при депрессиях // Социальная и клиническая психиатрия. — 2005. №3. 11-16 с.

3. Блохин К. Н. Нарушение переживания времени у больных опийной наркоманией. Автореферат диссертации . канд. психол. наук. -М.: МГУ. -2006. -24 с.)

4. Брагина Н.Н., Доброхотова Т.А. Функциональные асимметрии человека. М.: Медицина, 1981.

5. Бутакина Е. Е. О характере нарушений памяти при старческом слабоумии // Журнал научной психиатрии и психологии (ЖНП и П). -1991.-Т. 91.- №9. 46-50 с.

6. Гареев Е. М. Особенности формирования субъективной оценки времени в онтогенезе человека // Вопросы психологии. 1977. - №5. 114-120 -с.

7. Геллерштейн С.Г. "Чувство времени" и скорость двигательной реакции. М.: Медгиз, 1958. 148 с.

8. Головаха Е.И., Кроник А.А. Психологическое время личности. Киев: Наукова Думка, 1984. 207 с.

9. Грюнталь Н. А. Нарушение регуляторной функции самосознания у больных опийной наркоманией. Автореферат диссертации . канд. психол. наук. М.: МГУ. -2002. 22 с.

10. Гусельников В.И. Электрофизиология головного мозга. М.: Высшая школа, 1976.

11. П.Данелиа Д.С. Влияние межстимульных интервалов на реакцию нейронов,генерирующих двухфазный потенциалы // журнал ВНД, т.37. 1987, вып.З.

12. Данилова Н.Н. Психофизиология. М.: Аспект пресс, 1998.

13. Зингерман А.М., Меницкий Д.Н. Формирование субъективной шкалы времени при взаимодействии информационных и мотивационных компонентов сенсомоторной координации человека-оператора // Принципы и механизмы деятельности мозга человека. Л.: Наука, 1985.

14. Иващенко О.И., Важнова Т.Н., Генкина О.А. Оценка коротких интервалов времени и вызванная корковая активность у человека. // Принципы и механизмы деятельности мозга человека. Л.: Наука, 1985. 88-88 с.

15. Иващенко О.И., Рещикова Т.Н. Обучение различению микроинтервалов времени с помощью словесной обратной связи. //Журнал ВНД, т.37, вып.З, 1987.

16. Каменская В.Г. Время в процессе отражения и как фактор организации целенаправленных акустико-моторных реакций человека. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора психологических наук. М.: 1995. 44 с.

17. Карпова Е. В. Изменения субъективного времени в случаях психической патологии. Автореферат диссертации . канд. психол. наук. М.: МГУ. — 1987. - 38 с.

18. Костандов Э.А., Важнова Т.Н., Генкина О. А., Захарова Н.Н., Иващенко О. И. Латерализация восприятия коротких интервалов времени и корковая вызванная активность у человека // Журнал ВНД, т.34, вып.4, 1984

19. Леонов А. А., Лебедев В. Н. Восприятие пространства и времени в космосе. — М.: Изд-во «Наука». 1968 г. - 116 с.

20. Леонтьев А.Н. Деятельность, сознание, личность. М.: Политиздат, 1975. 302 с.

21. Лисенкова В. П. Об особенностях отражения пространства и времени человеком.— Психологический журнал, 1981, т. 2, № 1, с. 113— 119

22. Моисеева Н.И., Сысуев В.М. Временная среда и биологические ритмы. Л.: Наука, 1981.

23. Наатанен Р. Внимание и функции мозга, М.: МГУ, 1998. 560 с.

24. Портнова Г.В., Балашова Е.Ю., Вартанов А. В. Феномен «когнитивного захватывания» при оценивании временных интервалов. Психологический журнал, 2006, том 27, №1, 67-80 с.

25. Портнова Г.В., Сысоева О.В., Малюченко Н.В., Тимофеева М.А., Куликова М. А., Тоневицкий А.Г., Кирпичников М.П., Иваницкий А. М. Генетические основы восприятия времени у спортсменов //Журнал высшей нервной деятельности, том 57, №4, 2007. 461-471 с.

26. Руководство по психиатрии / под ред. Г. В. Морозова в 2-х т. - М.: - 1988г. - Т1. -640 с.

27. Сеченов ИМ. Избранные произведения. М.,1953.

28. Симуткин Г. Г., Головин О. Д. Модель организации переживания и восприятиявремени при аффективных расстройствах / журнал Социальная и клиническая психиатрия. 2003 г. - т. 13. - №1. 27-34 с.

29. Соколов Е.Н. Психофизиология, лекции. М.: МГУ, 1981.

30. Сысоева О.В., Вартанов А.В. Две мозговые подсистемы кодирования длительности (часть 2). Психологический журнал, 2005, т. 26, №2, с. 107-116.

31. Сысоева О.В., Вартанов А.В. Отражение длительности стимула в характеристиках вызванного потенциала (часть 1). Психологический журнал, 2004, т. 25, №1, 101110 с.

32. Фонсова Н.А., Шестова И.А. Восприятие о коло секундных интервалов времени// Биологические науки. 1988. №3. 59-72 с.

33. Хомская Е.Д, Ефимова И.В., Будыка Е.В., Ениколопова Е.В. Нейропсихология индивидуальных различий. М.,1997.

34. Хронобиология и хрономедицина: Руководство./ Под ред. Ф. И. Комарова. М.: Изд-во «Медицина». - 1989. - 399 с.

35. Цуканов Б.И. Фактор времени и природа темперамента. // Вопросы психологии, 1988, №4, 129-136 с.

36. Ясперс К. Собр. соч. по психопатологии: В 2 т. М.: Изд-во «Академия»; СПб.: Белый кролик. - 1996. -Т. 2.-256 с.

37. Ackermann, Н., Riecker, A.,Mathiak, К., Erb,M., Grodd,W. & Wildgruber, D. Rate-dependent activation of a prefrontal-insular-cerebellar network during passive listening to trains of click stimuli: an fMRI study. Neuroreport 12. 2001. 4087-4092 pp.

38. Aparicio P., Diedrichsen J. & Ivry R. B. Effects of focal basal ganglia lesions on timing and force control. Brain Cogn. 58. 2005. 62-74 pp.

39. Aschoff J. Human perception of short and long time intervals: its correlation with body temperature and the duration of wake time. J. Biol. Rhythms 13, 1998. 437-442 pp.

40. Aschoff J. Time perception in man during isolation // Neural mechanisms involved in psychological and biological time measurment, ENP Autumn School, 1993. 14-15 pp.

41. Avni-Babad D. Ritov I. Routine and the perception of time. J. Exp. Psychol. Gen. 132, 2003. 543-550 pp.

42. Bailey, N., Areni, C. S. 2006 Background music as a quasiclock in retrospective duration judgments. Percept. Mot. Skills 102,435-444.

43. Begleiter H. Poijesz B. Genetics of human brain oscillations. International Journal of

44. Psychophysiology. Volume 60, Issue 2, May 2006, Pages 162-171

45. Brown S W, West AN. Multiple timing and the allocation of attention. //Acta Psychol, 1990. Nov; 75(2): 103-21 pp.

46. Brown S. W. and Boltz M. G. Attentional processes in time perception: effects of mental workload and event structure. J Exp Psychol Hum Percept Perform 28, 600-15. (2002).

47. Brown S. W. Attentional resources in timing: interference effects in concurrent temporal and nontemporal working memory tasks. Percept Psychophys 59, 1118-40. (1997).

48. Brunia, C.H.M., de Jong, B.M., van den Berg-Lenssen,M.&Paans, A.M. J. 2000 Visual feedback about time estimationis related to a right hemisphere activation measured byPET. Exp. Brain Res. 130,328-337.

49. Bueti D., Bahrami, B. & Walsh, V. 2008a The sensory and association cortex in time perception. J. Cogn. Neurosci. 20,1054-1062.

50. Buhusi, С. V. & Meek, W. H. 2002 Differential effects of methamphetamine and haloperidol on the control of an internal clock. Behav. Neurosci. 116,291-297

51. Buonomano D.V., Hickmott P.W., Merzenich M.M. Context-sensitive synaptic plasticity and temporal-to-spatial transformations in hippocampal slices // Proc.Nat.Acad.Sc.USA, 1997. Vol.94:19 10403-8 pp.

52. Burle B. & Casini, L. Dissociation between activation and attention effects in time estimation: implications forinternal clock models. J. Exp. Psychol. Hum. Percept.Perform. 2001. 27,195-205.

53. Canli Т., Lesch K.P. Long story short: the serotonin transporter in emotion regulation and social cognition. Nature Neuroscience 2007, 10, 1103 - 1109

54. Chen Li T, , Ни CK, Ball X, Lin D, Chen SK, Sham W, Loh el- PC, Murray W. Association analysis of the DRD4 and COMT genes in methamphetamine abuse. Am J Med Genet В Neuropsychiatr Genet. 2004 Aug 15;129B (1): 120-4.

55. Cevik M. O. 2003 Effects of methamphetamine on durationdiscrimination. Behav. Neurosci. 117, 774-784.

56. Cevik, M.O. Neurogenetics of interval timing. Chapter 11. In "Functional and neuronal mechanisms of interval timing", Eds. Meek. CRC Press: 2003. P 297-317.

57. Coull J. Т., Vidal, F., Nazarian, B. & Macar, F. Functional anatomy of the attentional modulation of timeestimation. Science 303, 2004. 1506-1508.

58. Densen. M. E. Time perception and schizophrenia // Percept Mot Skills 1977. 44, pp. 436-438.

59. Droit-Volet, S., Brunot, S. & Niedenthal, P. M. 2004 Perception of the duration of emotional events. Cogn.Emot. 18,849-858.

60. Eisler, A. D. & Eisler, H. 1994 Subjective time scaling: influence of age, gender, and type A and type В behavior. Chronobiologia 21, 185-200.

61. Ferrandez, A. M., Hugueville, L., Lehericy, S., Poline, J. B.,Marsault, C. & Pouthas, V. 2003 Basal ganglia andsupplementary motor area subtend duration perception:an fMRI study. Neuroimage 19,1532-1544.

62. Fingelkurts, A. A. & Fingelkurts, A. A. 2006 Timing incognition and EEG brain dynamics: discreteness versuscontinuity. Cogn. Process. 7,135-162.

63. Flaherty, M. G. 1999 A watched pot: how we experience time.New York, NY: New York University Press.

64. Fraisse, P. 1982 Rhythm and tempo. In The psychology of music (ed. D. Deutsch), pp. 149-180. New York, NY: Academic Press.

65. Fraisse, P. 1984 Perception and estimation of time. Annu. Rev.Psychol. 35, 1—36.

66. Frankenhauser В., Hodkin A.L. The after-effects of impulses in the giant nerve fibres of

67. Gibbon J., Malapani C., Dale C.L., Gallistel C. Toward a neurobiology of temporal cognition: advances and challenges// Curr OpinNeurobiol. 1997. V. 7(2). P. 170-184.

68. Grondin S. From physical time to the first and second moments of psychological time. Psychological Bulletin 127, 22-44 (2001).

69. Grondin S., Meilleur-Weiis G., Lachance R. When to start explicit counting in a time-intervals discrimination task: a critical point in the time process of Humans// Journal of

70. Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 1999, Vol. 25. No. 4. 993-1004

71. Hancock, P. A. & Weaver, J. L. 2005 On time distortion understress. Theor. Issues Ergon. Sci. 6,193-211.

72. Harrington D. L., Haaland K. Y.and Knight R. T. Cortical networks underlying mechanisms of time perception. JNeurosci 18, 1085-95. (1998).

73. Harrington, D. L., Haaland, K. Y. & Hermanowicz, N. 1998 Temporal processing in the basal ganglia. Neuropsychology^,3-12.

74. Harrington, D. L., Lee, R. R., Boyd, L. A., Rapcsak, S. Z. &Knight, R. T. 2004b Does the representation of time depend on the cerebellum? Effect of cerebellar stroke. Brainl27,561-574.

75. Harrington,D. L., Boyd, L. A.,Mayer, A. R., Sheltraw,D.M.,Lee, R. R., Huang, M. & Rao, S. M. 2004a Neural representation of interval encoding and decision making. Brain Res. Cogn. Brain Res. 21,193-205.

76. Johnson Jr. Developmental evidence for modality-dependent P300 generators: a normative study. Psychophysiology, 1989. 26: 651-667 pp.

77. Jones M.R., Boltz M.G., Klein J.M. Expected ending and judged duration// Memory & Cognition. 1993, 21 (5), 646-665

78. Kagerer, F. A., Wittmann, M., Szelag, E. &von Steinbu " chel, N. 2002 Cortical involvement intemporal reproduction: evidence for differential rolesof the hemispheres. Neuropsychologia 40, 357-366.

79. Koch, G., Oliveri, M., Torriero, S. & Caltagirone, C. 2003 Underestimation of time perception after repetitive tran-scranial magnetic stimulation. Neurology 60, 1844-1846.

80. Leon, M. I. & Shadlen, M. N. 2003 Representation of time by neuron sintheposterior parietal cortex of themacaque. Neuron 38, 317-327.

81. Lewis, P. A. & Miall, R. C. 2003a Brain activation patternsduring measurement of sub-and supra-second intervals. Neuropsychologia 41, 1583-1592.

82. Lori A.; Steinberg, Hannah; Sykes, Elizabeth A. B. Psychopharmacology's debt to experimental psychology. Schmied History of Psychology, Vol 9(2), May 2006. 144-157 pp.

83. Marchetti, G. 2009 Studies on time: a proposal on how to get out of circularity. Cog. Process. 10, 7-40.

84. Matell, M. S., Meck,W.H. Cortico-striatal circuits andinterval timing: coincidence detection of oscillatoryprocesses. Brain Res. Cogn. Brain Res. 2004. 21, 139-170.

85. Meek, W. H. 1996 Neuropharmacology of timing and timeperception. Brain Res. Cogn. Brain Res. 3,227-242.

86. Mehta M.A., Riedel WJ. Dopaminergic Enhancement of Cognitive Function. // Curr. Pharm. Des. 2006. v. 12. pp. 2487—2500.

87. Michie P. Т., Budd T. W., Todd J., Rock D., Wichmann H., J. Box and A. V. Jablensky. Duration and frequency mismatch negativity in schizophrenia // Clin Neurophysiol 111, pp. 1054-1065. (2000).

88. Mohs,R.C.,Tinklenberg, J.R.,Roth,W.T.&Kopell,B. S. 1980Sensitivity of some human cognitive functions to effects of methamphetamine and secobarbital. Drug AlcoholDepend.5,145-150.

89. Penney T.B., Gibbon J., Meek W.H. Differential effects of auditory and Visual Signals on Clock Speed and Temporal Memory// Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 2000, Vol. 26. No. 6. 1770-1787

90. Pollatos, О., Kirsch, W. & Schandry, R. 2005 On the relationship between interoceptive awareness, emotional experience, and brain processes. Brain Res. Cogn. Brain Res.25,948-962.

91. Poppel, E. 1971 Oscillations as possible basis for time perception. Stud. Gen. 24,85-107.

92. Poppel, E. 1997 A hierarchical model of temporal perception.Trends Cogn. Sci. 1,56-61.

93. Pouthas, V. & Perbal, S. 2004 Time perception does not only depend on accurate clock mechanisms but also on unimpaired attention and memory processes. Acta Neurobiol.Exp. 64, 367-385.

94. Rammsayer, Т. H. & Lima, S. D. 1991 Duration discrimination of filled and empty auditory intervals: cognitive and perceptual factors. Percept. Psychophys. 50, 565-574.

95. Rammsayer, Т. H. 1999 Neuropharmacological evidence for different timing mechanisms in humans. Q. J. Exp. Psychol.B 52,273-286.

96. Rubia, K. & Smith, A. 2004 The neural correlates of cognitivetime management: a review. Acta Neurobiol. Exp. 64,329-340.

97. Shaw C.and Aggleton J. P. The ability of amnesic subjects to estimate time intervals. Neuropsychologia 32, 857-73. (1994).

98. Sheviakova A., Palikhova T. Pacemaker activity as a frequency filter // International Journal ofPsychophysiology 45 (2002), p. 14

99. Shtyrov V., Kujala Т., Ahveninen J., et al. Background acoustic noise and the hemispheric lateralization of speech processing in the human brain: magnetic mismatch negativity study / Neurosci-Lett. 1988 Jul 24; 251 (2): 141-144

100. Stetson, C., Fiesta,M. P., Eagleman, D.M. 2007 Does time really slow down during a frightening event. PLoS, 1295. (doi:10.1371/journal.pone.0001295).

101. Szymaszeka A., Szelaga E., Sliwowskaa M. Auditory perception of temporal order in humans: The effect of age, gender, listener practice and stimulus presentation mode. Neuroscience Letters Volume 403, Issues 1-2, 31 July 2006, Pages 190-194

102. Thomas and Weaver W.B. Cognitive processing and time perception. Perception and Psychophysics 17 (1975), pp. 363-367.

103. Treisman M., Cook N., Naish P. L. and MacCrone J. K. The internal clock: electroencephalographic evidence for oscillatory processes underlying time perception. Q J Exp Psychol A 1994. 47. 241-89 pp.

104. Treisman M., Faulkner A. and Naish P. L. On the relation between time perception and the timing of motor action: evidence for a temporal oscillator controlling the timing of movement. Q J Exp Psychol A 45, 235-63. (1992).

105. Vieroedt K. Von (1868). Der Zeitsinn nach Versuchen The sense of time according to research., Tubingen: H. Laupp.

106. Voelker P., Sheese B.E., Rothbart M.K., Posner M.I. Variations in catechol-O-methyltransferase gene interact with parenting to influence attention in early developmentNeuroscience, Volume 164, Issue 1, 24 November 2009, Pages 121-130,

107. Wearden J. H. 2004 Decision processes in models of timing. Acta Neurobiol. Exp. 64,303-317.

108. Wittmann M. Time perception and temporal processing levels of the brain. Chronobiol Int 16, 17-32. (1999).

109. Wittmann, M. & Lehnhoff, S. 2005 Age effects in perception of time. Psychol. Rep. 97, 921-935.

110. Wittmann, M., Carter, O., Hasler, F., Cahn, B. R.,Grimberg, U., Spring, P., Hell, D., Flohr, H. &Vollenweider, F. X. 2007a Effects of psilocybin on time perception and temporal control of behaviour in humans.J. Psychopharmacol. 21,50-64.

111. Wittmann, M., Leland, D. S., Churan, J. & Paulus, M. P. Impaired time perception and motor timing instimulant-dependent subjects. Drug Alcohol Depend. 90, 2007. 183— 192.

112. Zakay D., Block R.A. Prospective and retrospective duration judgments: an executive-control perspective. Acta Neurobiol. Exp. 2004. 64, 319-328 pp.

113. Zakay, D., Block, R. A. 1997 Temporal cognition. Curr.Dir. Psychol. Sci. 6,1216.

Информация о работе

Портнова, Галина Владимировна
кандидата биологических наук
Москва, 2010
ВАК 03.03.01

Диссертация

Влияние генотипа и факторов среды на субъективный отсчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы