Динамические характеристики функционирования ментальных репрезентаций: нейрональные корреляты создания, модификации и распада концептов и их неинвазивная нейромодуляция

Основной деятельностью лаборатории поведенческой нейродинамики является реализация мегагранта Правительства РФ № 14.W03.31.0010 «Когнитивная нейробиология процессов научения и восприятия языка». Однако специалисты лаборатории стремятся к расширению поля исследовательских проектов, в том числе за счет сотрудничества с научными центрами, работающими над решением близких задач. Так, коллективом лаборатории при поддержке РФФИ и фонда «Талант и успех» в рамках программы «Научное наставничество» был успешно реализован двухгодичный проект (2019-2021 гг.), выполненный на базе НТУ «Сириус» (г. Сочи).

Лаборатория когнитивных и междисциплинарных исследований в НТУ «Сириус»  

На шаг впереди: обучение и переобучение

Для исследовательского проекта была выбрана следующая тема: «Динамические характеристики функционирования ментальных репрезентаций: нейрональные корреляты создания, модификации и распада концептов и их неинвазивная нейромодуляция». Работа над данной проблемой была призвана пролить свет на один из фундаментальных вопросов когнитивной нейронауки – а именно, на парадоксальную способность концептуальной системы человека демонстрировать одновременно признаки и гибкости, и устойчивости. Иными словами, ключевой задачей проекта стал поиск ответа на вопрос о том, за счет каких механизмов человек оказывается способен не только осваивать смысл нового понятия, но и гибко его трансформировать под воздействием вновь поступающей информации.

Так, с помощью современных методов нейронаук (электроэнцефалографии высокой плотности и транскраниальной электрической стимуляции постоянным током) команда проекта работала над изучением следующих вопросов:
• какие когнитивные процессы и динамические свойства концептуальной системы связаны с изменением содержания понятий?
• какие нейрональные механизмы отвечают за изменение содержания усвоенных словоформ, то есть опосредуют пластичность концептуальной системы?
• возможно ли воздействие на эти механизмы с целью их стимуляции или терапии?

Действующие лица

Сотрудники лаборатории поведенческой нейродинамики СПБГУ и лаборатории когнитивных и междисциплинарных исследований НТУ «Сириус», одетые по «моде» 2020-го года, работают вопреки всем трудностям

В состав команды, работающей над проектом, вошли:
1. Штыров Юрий Юрьевич – наставник проекта, – профессор, PhD, главный научный сотрудник лаборатории поведенческой нейродинамики СПбГУ; ведущий исследователь и руководитель лаборатории МЭГ и ЭЭГ (MEG/EEG) Орхусского университета (Дания); ведущий научный сотрудник Института когнитивных нейронаук, Центр нейроэкономики и когнитивных исследований ВШЭ.
2. Щербакова Ольга Владимировна – помощник наставника, – доцент кафедры общей психологии факультета психологии СПбГУ, кандидат психологических наук.
3. Андрющенко Екатерина Александровна – участник проекта, лаборант-исследователь лаборатории поведенческой нейродинамики СПбГУ, бакалавр психологии.
4. Блинова Екатерина Николаевна – участник проекта, инженер-исследователь лаборатории поведенческой нейродинамики СПбГУ, магистр психологии.
5. Новиковская Надежда Александровна – участник проекта, инженер-исследователь лаборатории поведенческой нейродинамики СПбГУ, магистр психологии.

Смелые исследовательские идеи

Одной из важных особенностей данного проекта стала база его реализации – НТУ «Сириус», расположенный в городе Сочи. Сложная эпидемиологическая ситуация, сложившаяся как в нашей стране, так и во всем мире, потребовала не только смелых решений, но и тщательного планирования реализации исследовательской программы с соблюдением всех мер безопасности. Благодаря постоянному контролю текущей ситуации и всесторонней коллегиальной проверке каждого из принятых решений со стороны руководителя проекта и сотрудников фонда, за время реализации проекта были успешно выполнены следующие задачи:
• проведение курса для студентов магистерского модуля «Уникальность развития: междисциплинарные подходы в исследованиях индивидуальных различий»;
• чтение лекции «Мифы об интеллекте» для школьников – обучающихся ОЦ «Сириус»;
• разработка уникальной исследовательской парадигмы для комбинированного использования методов электроэнцефалографии высокой плотности и транскраниальной электростимуляции;
• сбор экспериментальных данных с целью изучения заявленных исследовательских вопросов;
• анализ полученных эмпирических результатов и формулировка выводов, отвечающих на поставленные в исследовании вопросы;
• публикация полученных результатов в высокорейтинговых зарубежных и российских изданиях;
• освещение результатов исследовательской работы команды на международных научных конференциях и мероприятиях, в т.ч. реализуемых на базе НТУ «Сириус».cnf

Выступления членов научного коллектива на симпозиуме «Динамические характеристики функционирования ментальных репрезентаций: нейрональные корреляты создания, модификации и распада концептов и их неинвазивная нейромодуляция», проведенном 16.07.2021 г. в рамках конференции «Современные тренды в исследованиях работы мозга: междисциплинарная перспектива» на базе НТУ «Сириус»

В чем смысл?

Для достижения обозначенных целей проекта сотрудниками лаборатории была разработана уникальная экспериментальная парадигма, позволяющая модулировать активацию речевых областей коры головного мозга (зон Брока и Вернике) с помощью транскраниальной электрической стимуляции (ТЭС) постоянным током и фиксировать как краткосрочные, так и отложенные когнитивные и нейрофизиологические эффекты такого воздействия. При этом ключевым отличием данного исследования от других работ, посвященных проблематике речевого научения, стало то, что участники эксперимента не только усваивали новые для них понятия, но и проходили процедуру «переобучения», в ходе которой полученные ими знания были модифицированы.
Так, выборка исследования была разделена на две группы в зависимости от области стимуляции (зона Брока и зона Вернике). Каждая из этих групп, в свою очередь, была разделена на три подгруппы в зависимости от использованного протокола стимуляции (плацебо, анодный или катодный). В первый день после прохождения сессии транскраниальной электрической стимуляции респонденты изучали новые конкретные и абстрактные понятия, представленные в виде псевдослов (словоформ, разработанных специально для проведения эксперимента) и закрепленных за ними с помощью контекстуальных предложений значений. Во второй день значение данных понятий модифицировалось четырьмя различными способами: с помощью повторения, уточнения, обобщения или разрушения. В оба дня после процедуры обучения (или переобучения, соответственно) респонденты выполняли проверочные задания, тестирующие успешность активации понятий на разных уровнях: от более поверхностного (словоформа) до глубинного (семантика).

Подводя итоги

На основании результатов, полученных за два года экспериментальной работы, выполненной в рамках данного исследовательского проекта, представляется возможным сделать следующие общие выводы:

1. Катодный и анодный протоколы транскраниальной электрической стимуляции повышают успешность сохранения и отсроченной актуализации словоформы;
2. Более яркое положительное влияние на процессы сохранения и актуализации словоформы оказывает катодный протокол ТЭС;
3. Анализ электрофизиологических ответов головного мозга показал разнонаправленное влияние катодного и анодного протоколов стимуляции, проявляющееся отсроченно и демонстрирующее нейропластичность речевых центров мозга;
4. Разные уровни усвоения понятия связаны с избирательной активацией двух речевых центров головного мозга: усвоение понятия на фонематическом и лексическом уровнях связано с активацией области Вернике, в то время как усвоение семантики понятия связано с активацией области Брока;
5. Конкретные и абстрактные понятия актуализируются по-разному в зависимости от следующих факторов: 1) протокола транскраниальной электрической стимуляции и 2) контекста их актуализации или типа модификации содержания понятия.

Таким образом, подводя итоги реализации проекта, можно сказать, что исследовательским коллективом лаборатории был раскрыт ряд принципов функционирования концептуальной системы, связанных с процессами ее перестройки и модификации. Также было установлено, каким образом можно модулировать обработку и сохранение новых понятий с помощью различных протоколов транскраниальной электрической стимуляции. Результаты данного исследования могут быть использованы для создания образовательных или медицинских технологий коррекции речевых расстройств.

Закрыть меню