Ольга Сысоева: организация времени и способность предвидеть события связаны с восприятием времени
Дирекция ГП Наука продолжает цикл интервью с победителями конкурсов государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус». О поддержанном проекте и о том, когда мозг воспринимает время быстрее и медленнее поговорили с Ольгой Владимировной Сысоевой, руководителем направления «Развитие человека: Мозг и Психика» научного центра когнитивных исследований Университета «Сириус».
Ваш проект «Изучение пластичности субъективного восприятия времени в условиях быстро меняющейся среды и механизмов оптимальной работы мозга в этих условиях для создания новых методов обучения» был поддержан государственной программой научно-технологического развития федеральной территории «Сириус». Чем он отличается от предыдущих Ваших исследований и на чем Вы хотите сфокусироваться?
Темой восприятия времени я занимаюсь давно, в этом проекте захотелось сделать что-то практически ориентированное.
Особенность в том, что мы будем проводить исследования на примере спортсменов экстремальных видов спорта и делать это многофакторно, включая нейрофизиологические, психофизические, когнитивные аспекты. Научная группа у нас междисциплинарная, некоторые участники являются специалистами в области математической робототехники и могут создавать новые алгоритмы обучения, тренажеры, использовать опыт, накопленный в исследованиях виртуальной среды, и перенести его в реальную жизнь.
В группу исследования войдут спортсмены нескольких видов спорта: бобслей, мотогонки и операторская работа по управлению гонками дронов. Мы выбрали таких разных спортсменов для понимания переноса восприятия времени в разных условиях: непосредственно на треке или при управлении. Мы хотим понять динамику восприятия времени при смене деятельности: вот спортсмен сидит за компьютерами в виртуальных очках, затем он их снимает, садится в тренажер, в большей степени моделирующий динамику, и там продолжает свою активность.
Какие результаты Вы хотите получить?
Мы подобрали определенные тесты, которые сейчас апробируем на группе добровольцев. Это изменение времени реакции, ощущения течения времени под воздействием физической нагрузки и без нее. При этом мы записываем мозговую активность.
В идеале мы хотим построить объективную шкалу субъективного течения времени, основанную в том числе и на записи мозговой активности. Мы хотим определить при воздействии каких факторов у индивида время течет одним образом, и как можно его изменять. Так мы сможем понять, как для спортсмена в тот или иной момент течет время, и какое это может быть функциональное состояние, что он может сделать более эффективно, а что менее эффективно. Но первая задача – выстроить эту шкалу и построить модель, учитывая нейрофизиологические факторы.
Пока это только предварительные идеи. Сейчас мы ещё в процессе — когда станет понятнее, что у нас получается, что хорошо работает, а что нет, тогда сможем говорить конкретнее. Я вижу результаты примерно так: тренажёр, где человек получает обратную связь по активности мозга, по своей деятельности. Например, это могут быть гонки — некий тренажёр, в котором ты выполняешь задания, а система подсказывает, что и как тебе нужно делать, исходя из того, как работает твой мозг, чтобы действовать максимально эффективно. То есть это тренажёр с обратной связью, основанной на физиологическом состоянии мозга, который помогает управлять своим функциональным состоянием.
Какие методы исследования Вы будете использовать?
У нас есть многоканальный электроэнцефалограф, который может записывать активность мозга как в «полевых» условиях, так и в лабораторных. Мы умеем ее синхронизировать с внешними событиями, чтобы оценить тонкую временную и пространственную динамику мозговой активности во время решения сложных задач при физической деятельности.
Параллельно мы можем записывать ЭКГ, кожно-гальваническую реакцию (прим. ред. – потливость в ответ на стресс), движение глаз (для понимания куда человек направляет внимание, какую информацию он интегрирует). Также мы хотим использовать стимуляцию мозга для понимания, как меняется субъективное течение времени. Ее мы планируем проводить прибором для транскраниальной электрической стимуляции мозга на аппаратуре в университете «Сириус».
Но электрическая стимуляция не позволит работать локально, поэтому еще мы будет использовать прибор для транскраниальной магнитной стимуляции. Этот аппарат есть у наших коллег в Нижнем Новгороде. У них есть опыт подобных исследований. В частности, они уже добились ускорения реакции в задаче распознавания изображения при стимуляции области связанной уменьшением времени реакции в процессе обучения. Мы же хотим стимулировать области, связанные с восприятием времени и посмотреть, как это влияет на эффективность решения различных задач. Конечно важно учитывать очень много факторов, подбирать оптимальные параметры воздействия с учетом и этических факторов, но мы хотим попробовать разобраться в нейрофизиологических механизмах этих процессов.
Последнее время на повестке – нейрохакинг. И речь идет не только о восстановлении утраченных функций, но и о расширении возможностях мозга — например, быстрее читать, быстрее считать, лучше слышать, мгновенно решать задачи, замечать детали. Можно ли это попытаться реализовать при помощи стимулирующего воздействия?
Теоретически — да, но мы пока не знаем этого наверняка. Мозг — очень сложная сеть, и пока неясно, что и как нужно стимулировать, чтобы гармонично изменить его работу. К тому же мозг очень пластичен, возможно, возникают эффекты привыкания: ты что-то улучшил, а потом всё возвращается на прежний уровень. Просто ещё мало что изучено. Конечно, есть биохакинг, люди экспериментируют с самыми разными методами, и частично это работает, но остаётся очень много неизведанного. Поэтому мы хотим подойти к этому фундаментально и разобраться, как всё устроено.
Наш мозг — колоссальная нейронная сеть. Работа мозга сопровождается электрической активностью, обусловленной возбуждением нейронов. В результате их взаимодействия возникают волны мозговой активности, функционирующие на разных диапазонах частот (дельта, тета, альфа, бета, гамма). На каких частотах Вы планируете сфокусироваться в работе?
У нас есть уникальный прибор, который позволяет измерять даже супервысокие частоты — и 100, и 200, даже до 500 Гц. Разрешение прибора — 50 000 Гц. То есть мы фиксируем всю активность мозга с очень высокой детализацией, можно сказать, с максимальной дискретизацией.
Сейчас появился новый тренд: самые высокие частоты мозга до сих пор были мало изучены. Обычно их сложно регистрировать, потому что они перекрываются с проявлением мышечной активности и имеют низкую амплитуду. Тем не менее, есть предположение, что именно эти высокочастотные ритмы — оценивающиеся в сотни герц — могут быть связаны с сознанием и высшими функциями мозга. Мы хотим зафиксировать и этот феномен.
Гамма-ритмы, находящиеся в диапазоне 40–50 Гц, тоже очень важны. Они связаны с локальным связыванием информации в отдельных областях мозга и отражают баланс возбуждения и торможения в коре. Разумеется, мы также будем их изучать. Альфа-ритм, конечно, тоже входит в сферу наших интересов.
Кроме того, есть бета-ритм, который связан с моторными навыками и десинхронизацией, а также является компонентом высокочастотного мюритма сенсомоторной области. В нашем проекте мы не собираемся ограничиваться какими-то определёнными ритмами, но, скорее всего, альфа-ритм станет основным объектом для стимуляции.
Существуют ли у человека «лимиты» скорости мышления и реакции? Есть ли шанс их расширить с помощью тренировки?
Мы предполагаем, что этому действительно можно научиться. Мы сравнивали опытных спортсменов и новичков — у них действительно разные способности к управлению временем. Феномен растяжения времени в экстремальных ситуациях появляется только у тех, кто достиг высокого уровня экспертизы, когда моторный навык доведён до автоматизма. В таких условиях, попадая в экстремальную ситуацию, человек может высвободить дополнительные ресурсы.
У него действительно есть что высвободить, потому что сам навык он выполняет уже настолько автоматически, что может как бы взглянуть на ситуацию со стороны и понять, как подстроить этот навык под текущую среду. В этот момент он видит гораздо больше, учитывает больше информации для принятия решений. Поэтому мы чётко видим: у спортсменов с ростом уровня экспертизы развиваются навыки управления временем, организации во времени. Они начинают использовать ресурсы и сигналы внешней среды, которые для других вообще незаметны. То есть, когда реализация действия доведена до автоматизма, мозг может освободить ресурсы на дополнительные возможности.
«Обычные» люди тоже, конечно, способны к этому. Я имею в виду не только спортсменов или операторов дронов, а вообще всех. Организация времени и способность предвидеть события, планировать — это тоже определённый феномен, связанный с восприятием времени, и, в какой-то степени управлением им. Получается, что у нас есть врождённая способность пластично управлять своим временем и его восприятием.
А как меняется восприятие времени при различных физиологических и патологических состояниях и из-за чего возникают различия?
При депрессии, например, пластичность теряется, и мы утрачиваем способность адаптироваться, что создаёт определённые трудности в приспособлении к окружающей среде. Ведь нам важно уметь подстраивать своё состояние под текущие обстоятельства, а не всегда стремиться к какому-то идеальному состоянию. Это уже зависит от состояния гормональной системы, нейробиологических, медиаторных систем и генетики.
Генетический аспект, конечно, крайне сложен, ведь это тысячи генов и их взаимодействий, комбинации которых определяют индивидуальность человека. В большинстве случаев мы не можем проследить все эти взаимодействия и выявить их влияние. Каждый человек в чём-то уникален, а нам часто нужен какой-то вывод об эффективности. На базовом уровне мы показывали, что, например, активность серотонинергической системы связана с восприятием времени, с особенностями его течения, а также может быть фактором риска для развития депрессии и других состояний.
У нас было исследование со спортсменами, где мы показали, что косвенная агрессивность связана с определёнными разными вариантами серотонинергической системы. Переход от открытой агрессии к косвенной может быть фактором успешности в спорте. Но это исследование, которому уже лет пятнадцать, в какой-то степени оказалось неудачным. Пока мы работали с мастерами спорта, всё хорошо укладывалось в нашу модель. Но когда мы начали изучать олимпийских спортсменов, всё стало рассыпаться: в элитном спорте часто приходится преодолевать собственные базовые генетические особенности, и начинают играть роль другие факторы — мотивация и прочие аспекты, которые обычно не учитываются в стандартной панели генетических данных.
В области Ваших исследований также есть работы над изучением речевых особенностей. Какие основные успехи есть у Вас в этом направлении?
Да, мы три года назад запустили проект по исследованию психофизиологических механизмов развития устной и письменной речи. Изначально планировалось исследование детей от 3 до 8 лет. Именно этот критический период, когда происходит бурное развитие речи, переход от детского сада к школе, когда ребёнку уже нужно осваивать чтение и письменную речь, — он практически не исследован. Есть какие-то фрагментарные психофизиологические и когнитивные работы, чаще изучают либо младенцев, либо уже более старших детей, а этот возраст — только эпизодически. Мы сами были удивлены этим пробелом и решили его восполнить. Сейчас мы расширяем когорты участников, возможно, будем захватывать и разные возрастные группы.
Сейчас много говорят о проблемах освоения письменной речи, о трудностях перехода ребёнка в школу, о том, как ему эффективнее осваивать речь и язык. Понятно, что чем раньше ты поймёшь эти проблемы, тем проще их скорректировать и подстроить обучение под конкретного ребёнка. Но если говорить о чётких предикторах или маркерах — есть определённые наборы, но чего-то точно доказанного, например, что если ребёнок плохо отстукивает определённый ритм, то он обязательно будет плохо читать в восемь лет, — такого нет.
Есть корреляции, но нельзя по одному ребёнку сделать однозначный вывод. Ты просто знаешь, что, наверное, с какой-то вероятностью это так. Мы как раз захотели проследить развитие конкретных детей на территории федеральной Сириус, где они живут. Мы оцениваем уровень их речи, интеллектуальный уровень — наши клинические психологи с ними играют, взаимодействуют, и на основе этого мы строим поведенческие профили.
Мы также записываем нейрофизиологические и психофизические параметры. Например, даём детям постучать на барабанах под музыку, просим воспроизвести определённый ритм, одновременно фиксируем нейрофизиологическую активность. Кроме того, они слушают разные сказки, аудиозаписи с контрастными звуками — это важно, потому что для оценки речи нужно отслеживать изменения в тональных посылах и других характеристиках. Также мы проверяем, как дети различают определённые зрительные стимулы, например, буквы
Одной из наших интересных находок стало то, что уже в три года, несмотря на то что дети ещё не умеют читать, они чётко отличают буквы родного языка от букв неродного или от других символов — у них на это есть явная реакция мозга. А когда они начинают учиться читать, появляется способность различать перевёрнутые буквы родного языка от обычных. Причём степень их читательской экспертизы хорошо коррелирует с реакцией мозга: чем лучше ребёнок читает, тем чётче он отличает перевёрнутые буквы среди неперевёрнутых.
Раньше этого вообще никто не показывал, не исследовал. И, возможно, именно это может быть предиктором трудностей детей с дислексией, которые мы наблюдаем сейчас. Это большая и активно обсуждаемая тема, потому что преодоление инвариантности восприятия объектов — важный момент. Ребёнок, когда только осваивает предметы, ему всё равно, в каком положении находится объект: он узнает стул, даже если тот перевёрнут или стоит под углом. Но когда ребёнок начинает учиться читать, ему становится важно быстро и автоматически определять, правильно ли ориентирована буква. Здесь уже нужно затормозить эту инвариантность, научиться различать ориентацию символа, потому что это принципиально важно.
Мы даже проводили исследования с помощью МЭГ (магнитоэнцефалографии) и выделили зоны мозга, которые отвечают за эту инвариантность. Поэтому, возможно, здесь мы сможем найти что-то новое и для диагностики, и потенциально для терапии.
Проводите ли Вы исследования по развитию речевой функции у невербальных детей?
Пока таких методик нет, но мы активно используем и внедрили в оценку детей тест Лейтера, который как раз позволяет оценить невербальный интеллект. Например, у детей с расстройствами аутистического спектра, которые могут не говорить, весь этот тест проходит полностью невербально: специалист не произносит ни слова, всё происходит в игровой форме — нужно, скажем, расставить кубики или показать определённое количество пальцев. То есть речь вообще не используется, ребёнок просто играет, а мы оцениваем уровень его интеллектуального развития независимо от вербальных навыков.
Таким образом, мы можем выявить компенсаторные зоны, на которые можно опереться для дальнейшего развития речи. Например, если видно, что ребёнок хорошо выстраивает логические связи, даже не говоря, это становится основой для дальнейшей терапии. Если проявляются другие особенности, работаем с ними. Пока всё это используется на уровне диагностики и изучения особенностей работы мозга.