Самостоятельная настройка активности мозга в альфа-диапазоне улучшила внимание

Ученые из Массачусетского технологического института научили участников эксперимента регулировать активность теменной доли правого или левого полушария в альфа-диапазоне. Для этого они регистрировали активность их мозга с помощью магнитоэнцефалографа и регулировали распределением полученной альфа-активности то, что участники видят на экране. В результате участники начали обращать больше внимания на то, что находится ипсилатерально полушарию, активность которого они меняли. Это, с одной стороны, указывает на ингибирующую функцию альфа-ритмов в процессе внимания, а с другой — указывает на прямое воздействие такой активности на когнитивные функции, пишут ученые в журнале Neuron.

В первую очередь работа процессов внимания требует того, чтобы его объект был в фокусе — как сенсорном, так и когнитивном. Это, однако, только часть задачи: для того, чтобы человек мог сосредоточиться на каком-то объекте или занятии, все нерелевантные задачи должны игнорироваться. Здесь, в свою очередь, должны работать ингибиторные механизмы: мозгу необходимо эффективно подавлять ответ на ненужную в определенный момент времени сенсорную стимуляцию.

Один из потенциальных механизмов подобного ингибиторного контроля — регуляция синхронизации активности мозга в альфа-диапазоне (от 8 до 14 Гц). Повышенная синхронизация альфа-ритмов в одном полушарии мозга связана со сниженным вниманием к тому, что попадает в контралатеральное рецептивное поле, а пониженная синхронизация — наоборот, связана с повышенным вниманием.

Тем не менее, характер такой связи изучен плохо: с одной стороны, это может быть обычной корреляцией, в случае чего подобная синхронизация может попросту сопровождать процесс распределения внимания, но не влиять на него. С другой стороны, если связь причинно-следственная, и характер синхронизации в действительности влияет на то, как внимание распределяется и работает, механизм этот можно использовать — грубо говоря, настраивать внимание по тому, как именно происходит активность в альфа-диапазоне. 

Роберт Десимон (Robert Desimone) из Массачусетского технологического института и его коллеги решили проверить этот подход экспериментально — они научили 20 добровольцев контролировать и регулировать активность теменной доли либо левого, либо правого полушария в альфа-диапазоне. 

Для этого они использовали магнитоэнцефалографию (МЭГ) — метод, который позволяет визуализировать активность мозга с высоким временным и пространственным разрешением. Участников эксперимента разделили на две группы: одной группе необходимо было увеличивать активность правой теменной доли относительно левой, а второй группе — левой относительно правой. Так как увеличение активности в альфа-диапазоне приводит к ингибированию информации, поступающей в соответствующее (контрлатеральное) зрительное поле, ученые предположили, что подавление активности правого полушария приведет к повышенному вниманию к тому, что происходит в ипсилатеральном зрительном поле — правом, и то же самое будет происходить и в левом полушарии.

Во время эксперимента участникам показывали круг, состоящий из серых контрастных полос. Задача участников состояла в том, чтобы увеличить контрастность полос так, чтобы можно было различить их направление. Самим участникам предлагалось сделать это «силой мысли», но на деле контрастность менялась в соответствии с индексом альфа-асимметрии — в том случае, если активность одного полушария (в зависимости от группы) в альфа-диапазоне превосходила активность другого полушария. Затем полученный контраст убирали и через три секунды показывали другой круг — с либо таким же направлением линий, либо отклоненным на пять процентов: участникам необходимо было решить, соответствует ли направление линий тому, которое они видели до этого.

Несмотря на сложность задания, участникам удалось правильно определить направление линий в 74 процентах случаев, что значительно выше случайного попадания. С учетом того, что линии участники могли разглядеть только в том случае, если активность их мозга в альфа-диапазоне менялась, ученые заключили, что им удалось создать работающую систему обратного ответа. Кроме того, анализ снятых с МЭГ данных показал, что активность соответствующего группе полушария в альфа-диапазоне в действительности увеличивалась к концу тренировки.

Во время эксперимента некоторым участникам также показывали отвлекающий стимул — слева или справа от круга с линиями — и просили его игнорировать, не отвлекаясь от выполнения задания. Анализ МЭГ-данных показал, что игнорирование стимула с правой стороны связано с повышенной активностью теменной доли правого полушария, а стимула с левой стороны — с повышенной активностью левого полушария, опять же — в альфа-диапазоне. 

Наконец, ученые решили внимательнее изучить, как регуляция синхронизации в действительности регулирует процессы внимания. Сначала они провели эксперимент с использованием познеровской парадигмы: в таком эксперименте справа или слева от фиксационного креста на экране появляются фигуры, и измеряется то, как быстро участник исследования реагирует на каждую из них. Оказалось, что обучение синхронизации альфа-ритмов (в сравнении с результатами эксперимента до тренировки) приводит к некоторой заметной предвзятости внимания: в зависимости от группы больше внимания уделялось стимулу, появляющемуся в ипсилатеральном зрительном поле.

Подобная предвзятость имела довольно долгосрочный эффект: в двух дополнительных экспериментах участникам показывали либо те же самые круги с полосками или картинки, а движения их глаз регистрировали с помощью айтрекера. В случае, если участникам говорили, на какую сторону обратить внимание, они смотрели туда, куда нужно, а если нет — также больше внимания уделяли ипсилатеральному зрительному полю в зависимости от того, активность какого полушария мозга им надо было регулировать.

Несмотря на то, что участникам не было точно известно, что именно они делают, им все же удалось регулировать активность в альфа-диапазоне таким образом, чтобы ингибировать информацию в контрлатеральном зрительном поле и уделить больше внимания тому, что происходит в ипсилатеральном. По мнению ученых, их работа указывает на то, что альфа-ритмы напрямую регулируют зрительное внимание. Кроме того, эффект, по-видимому, не просто проявляется сразу же, но также и остается на некоторое время после того, как активность была нужным образом отрегулирована. 

«Настройка» активности двух полушарий в альфа-ритме также помогает и в лечении психических расстройств: в марте этого года ученым в эксперименте на 32 добровольцах с помощью электрической стимуляции переменным током удалось восстановить синхронизацию активности в альфа-ритме и уменьшить симптомы депрессии, а эффект сохранился минимум на четыре недели.

Елизавета Ивтушок