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 им. И. П. Павлова РАН — один из институтов Отделения биологических наук Российской академии наук. Институт ведет фундаментальные и прикладные исследования, направленные на раскрытие механизмов высшей нервной деятельности, функционирования сенсорных и висцеральных систем организма.
16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

9 часов назад
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Вчера, 11:45
37 минут
Александр Березин

Витамины и минералы считают «хорошими» пищевыми добавками, а нитраты и нитриты натрия вместе с тартразином – «плохими». На самом деле, первые далеко не так полезны, а вторые не столь сильно вредны, как кажется. Наиболее же опасными из пищевых добавок следует считать так называемые непрямые. Рассмотрим подробнее: чего лучше избегать, а на что не стоит обращать особого внимания.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: