Распознавание типов мыслительной деятельности по ээг при решении пространственных и вербально-логических задач



Скачать 348.88 Kb.
страница1/6
Дата04.06.2018
Размер348.88 Kb.
ТипДиссертация
  1   2   3   4   5   6


На правах рукописи

Наумов Роман Александрович



РАСПОЗНАВАНИЕ ТИПОВ МЫСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ПО ЭЭГ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ И


ВЕРБАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Специальность 03.03.01 - физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

МОСКВА – 2010


Диссертация выполнена в Лаборатории высшей нервной деятельности человека (заведующий – чл.-корр. РАН А.М. Иваницкий) Учреждения Российской Академии Наук Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (директор – доктор биологических наук, профессор П.М. Балабан)



Научный руководитель:


Официальные оппоненты:


Ведущая организация:

доктор биологических наук Г.А. Иваницкий

доктор биологических наук В.Б. Дорохов

кандидат психологических наук А.В. Вартанов


Институт мозга человека РАН


Защита состоится «___» _________ 2010_ года в ____ часов на заседании Диссертационного совета Д-002.044.01 при Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН по адресу: 117485, г. Москва, ул. Бутлерова, д.5а. 


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВНД и НФ РАН. 


Автореферат разослан « ______ » _______________ 2010_ г.


Ученый секретарь

Диссертационного совета

доктор биологических наук,

профессор В.В. Раевский



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы

Интерес к исследованиям электрической активности мозга проявлялся еще в XIX веке. В 1849 году Д. Реймон впервые показал, что мозг, так же как нерв и мышца, обладает электрогенными свойствами. Через 30 лет в конце XIX века известный российский ученый И.М.Сеченов опубликовал свои знаменитые работы «Гальванические явления на продолговатом мозгу лягушки» и «Рефлексы головного мозга». Он впервые установил факт наличия ритмической электрической активности мозга. В начале ХХ века В.В. Правдич-Неминским с помощью струнного гальванометра была впервые проведена регистрация электрической активности мозга собаки. Регистрация биотоков мозга человека не заставила себя долго ждать. В 1929 году австрийский психиатр Ганс Бергер впервые осуществил запись электрических потенциалов с поверхности скальпа человека и предложил в дальнейшем называть такую запись «электроэнцефалограмма» (Berger, 1929). Метод получил широкое признание и по сей день является одним из основных методов регистрации мозговой активности.

С тех пор, как была получена первая ЭЭГ человека, ученые пытаются ее расшифровать. Спустя некоторое время после опытов Ганса Бергера английские ученые Эдриан и Мэттьюс описали так называемый «ритм Бергера» (Adrian, Mattews, 1934), ныне известный как альфа-ритм. Из этой, и впоследствии многих других работ (например, Lehman, 1980; Gath et al., 1983, Шишкин, 1997), стало ясно, что ритмы ЭЭГ обладают веретенообразным характером и весьма подвижной динамикой. В течение ХХ века для анализа ЭЭГ было разработано немалое количество различных математических методов, однако до сих пор функциональное значение многих ритмов, проявляющихся во время когнитивной деятельности, остается невыясненным.

В настоящем исследовании была предпринята попытка связать ритмы мозга человека с выполнением различных пространственно-образных и вербально-логических когнитивных заданий. Для анализа полученных записей ЭЭГ мы применяли спектральные методы, такие как преобразование Фурье и вейвлет-анализ. Мы использовали математические алгоритмы искусственных нейросетей для статистического и количественного анализа данных. Мы также рассматривали возможность применения упомянутых методов обработки ЭЭГ в интерфейсах мозг-компьютер.




Цели и задачи исследования

Цель исследования состояла в том, чтобы показать возможность распознавания принципиальных типов мышления по пространственно-частотным характеристикам ритмов ЭЭГ с помощью искусственной нейронной сети. Предстояло выяснить, существуют ли в ЭЭГ человека индивидуальные устойчивые характерные признаки базовых типов мышления (вербально-логического и пространственно-образного) при выполнении заданий, требующих вовлечения этих типов мышления.

В ходе исследования предстояло выполнить следующие задачи:


  1. Разработать экспериментальную модель и провести серию экспериментов для выявления характерных признаков ЭЭГ, возникающих при выполнении пространственно-образных и вербально-логических заданий.

  2. На основе экспериментальных данных определить возможность распознавания принципиальных типов мышления по коротким отрезкам ЭЭГ с помощью искусственной нейросети.

  3. Используя метод вейвлет-анализа, исследовать частотно-временную динамику ЭЭГ сигнала при выполнении пространственно-образных и вербально-логических заданий.


Научная новизна

В работе впервые доказана возможность распознавания принципиальных типов мышления, осуществляемого человеком, на основе анализа единичных реализаций ЭЭГ с помощью искусственной нейронной сети. Впервые обнаружено, что в ходе выполнения человеком когнитивных заданий характерные ритмы ЭЭГ появляются несколько раз на короткое время (порядка нескольких сотен миллисекунд), т.е., демонстрируют фазическую природу.


Теоретическая и практическая значимость

Работа вносит вклад в изучение связи ритмов мозга с процессами мышления, а также в понимание того, что происходит в мозге человека при выполнении когнитивных заданий. Результаты настоящего исследования расширяют наши знания о частотно-временной динамике ЭЭГ сигнала при выполнении когнитивных заданий человеком, что предоставляет новые возможности для разработки новых математических методов «декодирования» ЭЭГ сигнала и понимания физиологической природе ритмов ЭЭГ.

Данная работа имеет ярко выраженную практическую значимость, а именно, результаты исследования могут быть использованы в будущем для разработки систем реального времени, связанных с контролем операторской деятельности, а также систем «интерфейс мозг-компьютер».
Положения, выносимые на защиту


  1. Имеются определенные электроэнцефалографические признаки вербально-логического и пространственного типов мышления, инвариантные относительно конкретного вида когнитивных заданий. Эти признаки высоко индивидуальны и сохраняются на протяжении длительного времени (как минимум, нескольких месяцев).

  2. Принципиально разные типы мышления можно различать с достаточно высоким процентом правильного распознавания по ритмическому рисунку ЭЭГ, используя короткие (длительностью в несколько секунд) единичные реализации сигнала.

  3. Конкретные виды заданий внутри одного типа мышления можно различать по ЭЭГ с меньшей надежностью, но в некоторых случаях выше порога достоверно неслучайной классификации.

  4. Характерные ритмы ЭЭГ, отражающие тип мышления, имеют фазическую (не тоническую) природу, т.е. появляются в ходе выполнения когнитивного задания несколько раз в коротких интервалах времени.


Апробация работы

Результаты работы были доложены на конференциях Молодых ученых в ИВНД и НФ РАН в Москве в 2007 и 2008 году, на 13-м Европейском конгрессе по Клинической нейрофизиологии в Стамбуле в 2008 году, Турция, на конференции по Нейроинформатике в г. Плзень, Чешская Республика в 2009 году, а также апробированы на совместном заседании Лаборатории высшей нервной деятельности человека, Лаборатории математической нейробиологии обучения и Лаборатории нейробиологии сна и бодрствования в ИВНД и НФ РАН 4 декабря 2009 года.


Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из следующих основных разделов: введение, обзор литературы, методы исследования, результаты исследования, обсуждение результатов, выводы, список литературы (149 ссылок), приложение, список сокращений. Диссертация изложена на 102 страницах, содержит 4 таблицы и 25 рисунков.



МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Каталог: files
files -> Истоки и причины отклоняющегося поведения
files -> №1. Введение в клиническую психологию
files -> Общая характеристика исследования
files -> Клиническая психология
files -> Валявский Андрей Как понять ребенка
files -> К вопросу о формировании специальных компетенций руководителей общеобразовательных учреждений в целях создания внутришкольных межэтнических коммуникаций
files -> Русские глазами французов и французы глазами русских. Стереотипы восприятия


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница