Выяснилось, что звуки слева и справа по-разному активируют два полушария мозга — Naked Science
16 минут
Институт физиологии Павлова

Выяснилось, что звуки слева и справа по-разному активируют два полушария мозга

5.5

Петербургские ученые исследовали реакцию нейронов мозга на движущийся звук и подтвердили неоднозначность разделения функций полушарий мозга. Полученные данные помогут клиническим разработкам в области реабилитации пациентов и в создании видеотренажеров для летчиков и операторов.

Выяснилось, что звуки слева и справа по-разному активируют два полушария мозга /©www.lisamosconi.com

Статья по результатам исследования опубликована в авторитетном журнале Neuroscience Research. Взаимосвязь мозга и поведения невозможно исследовать без учета межполушарной асимметрии. О разделении функций левого и правого полушария мозга ученые задумались еще в середине XIX века, наблюдая больных с нарушением речи. Ученые обсуждали модели параллельной и отчасти независимой работы полушарий, которые затем сменились представлениями о доминантности одного из них.

Широкое распространение надолго получила идея о доминантности левого полушария мозга в отношении процессов познания, и в первую очередь речи. Сейчас большинство исследователей признают функциональную специфичность обоих полушарий и их совместное участие почти во всех психических процессах.

Попытки локализовать функции слуха в полушариях мозга начались во второй половине XX века. К настоящему времени появились три основные модели, отражающие восприятие и обработку звуков полушариями мозга. К единой модели прийти пока не удалось – новые данные, постоянно получаемые разными группами ученых, подтверждают то одну, то другую модель.

Первая из них – модель правополушарного доминирования – утверждает, что правое полушарие сильнее реагирует на звук, чем левое, независимо от того, с какой стороны идет звук. Модель контралатерального доминирования – вторая из лидирующих – предполагает симметричное восприятие звуков с противоположной стороны слухового пространства: левое полушарие больше воспринимает звуки правой стороны, правое – предпочитает звуки слева.

Третья модель – модель левостороннего игнорирования – предполагает, что правое полушарие способно воспринимать информацию со всего слухового пространства, без предпочтения сторон, в то время как левое полушарие сильнее реагирует на звуки с правой стороны. Конечно, левое полушарие не полностью игнорирует звуки с левой стороны, оно просто предпочитает звуки справа. 
Почему же не удается прийти к единой модели?

Дело в том, что разные группы исследователей используют разные условия и разные методы изучения мозга: томографические – основывающиеся на анализе кровотока, и электрические – фиксирующие активность нейронов. Томографические методы – медленные, динамические показатели с их помощью не отследить, зато они точно показывают зоны мозга, где происходят изменения. Электрические методы регистрируют реакции нейронов каждую миллисекунду.

Однако из-за того, что регистрирующие электроды располагаются на шлеме снаружи головы, точное местоположение изменений они показать не могут – много информации об активности нейронов теряется на пути к поверхности головы. С 1924 года работа с ЭЭГ позволяла регистрировать суммарные потенциалы – ответы мозга на конкретные сигналы.

В аналоговую эпоху это требовало кропотливого труда по нарезанию энцефалограммы на фрагменты и усреднению показателей – так получали суммарный вызванный потенциал. Сегодня с этой задачей успешно справляется компьютер. С начала исследований удалось выявить много разновидностей вызванных потенциалов, которые регулярно становятся объектами экспериментов ученых: N1, P2, P300 и другие.

Пример частотно-временного представления реакции мозга при активном и пассивном прослушивании движущегося звукового сигнала. По вертикали – частоты мозговых ритмов (в герцах, Гц), по горизонтали – время от начала звучания сигнала (в миллисекундах, мс). Черными стрелками показаны момент включения сигнала и момент начала его движения. Вверху – спектральное возмущение, внизу – фазовая когерентность отдельных эпох ЭЭГ. Синяя область слева вверху – подавление бета-ритмов при подготовке моторного ответа (нажатие кнопки). Красные области, похожие на языки пламени – всплески дельта-, тета- и альфа-ритмов при включении звука, при его перемещении и при выключении / ©www.sciencedirect.com

Вычисление суммарного потенциала имеет значительный недостаток: если колебания в каком-то фрагменте ЭЭГ попадают в противофазу (представьте себе несколько синусоид), то при их сложении суммарный потенциал пропадает, и таким образом ученые получают не полную картину. Ученые лаборатории физиологии слуха Института физиологии имени Павлова обратились к спектральному анализу ЭЭГ, при котором производится вейвлетное разложение каждого ее фрагмента. В результате можно получить спектральную мощность и фазовые характеристики каждого мозгового ритма (альфа, тета, дельта и так далее) и увидеть, как они изменяются во времени после воздействия различных звуков.

В новом исследовании ученые рассмотрели активность потенциала, который возникает при начале движения звука – motion onset response (MOR). Он был впервые описан в 2006 году сотрудниками Института физиологии имени И. П. Павлова и одновременно с ними группой ученых из Ноттингемского университета в Великобритании.

Потенциал MOR реагирует на скорость: чем быстрее движется звук, тем этот потенциал больше. Однако лежащие в основе MOR мозговые ритмы до сих пор не изучены. Сотрудники лаборатории физиологии слуха рассмотрели суммарный потенциал, мощность колебаний и их фазовые соотношения в контексте межполушарной асимметрии.

Ход исследований

В эксперименте приняли участие 13 человек, которые проходили чередующиеся восьмиминутные сессии активного и пассивного слушания. В ходе эксперимента доброволец находился в шумоизолированной камере с вставными звукоизлучателями в ушах, которые дополнительно заглушают внешние помехи.

В пассивных условиях звук подавался, пока человек читал книгу. Это нужно, чтобы исключить активность нейронов в ответ на рефлекторное отслеживание глазами движущегося звука: если человек слышит движущийся звук, его глаза автоматически следуют за звуком. В таком случае ученые видели бы эту мышечную активность вместе с реакцией слуховой системы на звук.

Привлечение внимания к звуку может изменять баланс активности полушарий, поэтому ЭЭГ в условиях игнорирования звука сравнивали с ЭЭГ при внимательном (активном) слушании. Во время активной серии доброволец держал перед собой графический планшет со схематическим рисунком головы, где необходимо было отмечать местоположение стационарных и движущихся звуков.

Сначала участник слышит неподвижный звук, нейроны его обрабатывают, затем звук начинает двигаться влево или вправо, нейроны подстраиваются под эту задачу. Происходит фазовая подстройка колебаний нейрональной активности, кроме того, могут добавиться новые колебания. Оказывается, суммарный потенциал МОR и фазовая подстройка соответствуют модели левостороннего игнорирования: в левом полушарии эти реакции сильнее на звуки с правой стороны, а в правом полушарии определенного предпочтения не наблюдается. А вот мощность колебаний была всегда больше в правом полушарии, что соответствует модели правостороннего доминирования.

Интересно, что именно фазовая подстройка мозговых ритмов проявляла явную зависимость от скорости сигнала, как и суммарный потенциал МОR. При этом межполушарная асимметрия не зависела ни от скорости движения звука, ни от фокусировки внимания. 
Эти результаты подсказывают ответ на вопрос, почему в разных экспериментах ученые получали и получают разные данные по асимметрии.

Когда условия эксперимента таковы, что стимулы вызывают сильную фазовую подстройку, но слабый прирост мощности колебаний, получается асимметрия по модели левостороннего игнорирования. Когда же в эксперименте создается сильный прирост мощности ЭЭГ, есть шанс наблюдать правостороннее доминирование, – рассказала о выводах первый автор исследования Лидия Шестопалова.

Работа ученых внесла вклад в понимание взаимодействия полушарий мозга при решении акустической задачи. Понимание работы мозга и двух его полушарий – задача гораздо более глубокая и сложная, чем зачастую бывает представлено в популярной психологии. Эти знания – небольшой, но важный шаг на пути к клиническим разработкам в области реабилитации пациентов и к созданию видеотренажеров с эффектами виртуальной реальности для летчиков и операторов. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Институт физиологии Павлова
9 статей
11 часов назад
5 минут
Денис Гордеев

Новая система работает в любых атмосферных условиях — при дожде, ветре и большом количестве пыли в воздухе.

Вчера, 12:41
31 минута
Редакция

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

Вчера, 15:11
7 минут
Ольга Иванова

Антрополог из Цюрихского университета Ицхак Бен Мокко провел исследование, посвященное человеческим репродуктивным привычкам. В частности, он попытался ответить на вопрос, почему люди предпочитают заниматься сексом наедине, в то время как почти все остальные животные делают это в присутствии сородичей.

Вчера, 12:41
31 минута
Редакция

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

3 августа
5 минут
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

11 часов назад
5 минут
Денис Гордеев

Новая система работает в любых атмосферных условиях — при дожде, ветре и большом количестве пыли в воздухе.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

12 июля
28 минут
Илья Ведмеденко

Программа ПАК ДП (перспективный авиационный комплекс дальнего перехвата) привлекает к себе все больше внимания. Разберемся, что это такое и появится ли у России новый боевой самолет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: