Проекты

Изменение ритмической активности нейронов при формировании моторного навыка

Работа победителя конкурса проектов и исследований «Старт в медицину» открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Анатомия и физиология человека»

Направление работы: Психология, Физиология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1329
Предметы: Биология
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Старт в медицину» открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» 2021 года

Актуальность

Автомобиль остаётся самым массовым и самым небезопасным индивидуальным средством передвижения. Ежегодно за руль садятся десятки тысяч молодых водителей, у которых риск попадания в дорожно-транспортное происшествие предельно высок. У молодых водителей риск ДТП напрямую связан со степенью сформированности навыков вождения. Одним из наиболее простых и вместе с тем необходимых навыков у водителя является плавное торможение до полной остановки транспортного средства. Степень сформированности моторного навыка у водителя влияет на скорость выполнения действий при вождении автомобиля. Согласно исследованиям, показатель аварийности у водителей со стажем, то есть у водителей, обладающих сформированными навыками, в 4 раза меньше, чем у людей без опыта вождения.

Чтобы снизить показатель аварийности у начинающих водителей, им необходимо довести часть выполняемых действий до автоматизма. Формирование двигательного навыка во многом обеспечивается организацией нейрональной активности. Нейроны, вовлечённые в обеспечение поведения, должны синхронизировать свою активность, что будет отражаться на электроэнцефалограмме (ЭЭГ). ЭЭГ позволит определить степень сформированности навыка, а значит степень подготовленности водителя к управлению автомобилем в различных дорожных условиях.

Цель

Сравнить ритмическую активность нейронов на различных этапах формирования моторного навыка.

Задачи

1. Смоделировать на виртуальном тренажёре ситуацию, требующую реализации навыка плавного торможения до полной остановки.

2. Зарегистрировать электроэнцефалограмму у исследуемых в ходе формирования навыка плавного торможения.

3. Сопоставить полученные результаты и сравнить изменения ритмической активности нейронов при формировании моторного навыка на каждом этапе.

4. Выявить закономерность и определить, как изменяется ритмическая активность нейронов при формировании моторного навыка.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Электроэнцефалограф

• Аппаратно-программный комплекс «Brainsys»

• Компьютер с установленным автосимулятором «City Car Driving»

• Программа «Stat Soft-Statistica»

Описание

Электроэнцефалография (ЭЭГ) – это метод, позволяющий оценить функциональное состояние мозга за счёт регистрации спонтанных колебаний электрических потенциалов, генерируемых нейронами. Запись ЭЭГ получают при помощи электродов, которые устанавливаются на различных точках поверхности черепа и улавливают изменения электрической активности отделов головного мозга.

В исследовании, которое состояло из трёх этапов, приняли участие 15 обучающихся ГБОУ Школа № 1329 в возрасте от 16 до 18 лет. У школьников оценивали изменения ритмической активности нейронов при формировании моторного навыка.

На первом этапе была проведена фоновая регистрация ЭЭГ у всех участников в течение 60 секунд с открытыми глазами, а затем за аналогичный промежуток времени с закрытыми глазами. Регистрация ЭЭГ проводилась в состоянии спокойного бодрствования по международной системе «10–20» в затылочных, теменных, центральных и лобных отведениях. Результаты были обработаны с помощью аппаратно-программного комплекса «Brainsys».

На втором этапе автор предложил участникам исследования пройти обучение моторному навыку торможения автомобиля с помощью автосимулятора «City Car Driving». Всем участникам было предоставлено 5 попыток с интервалом в 30 секунд. В это время проводилась регистрация ЭЭГ.

На третьем этапе – повторная фоновая регистрация ЭЭГ. После окончания исследования автор провёл анализ полученных результатов и оценку динамики появления альфа-ритма в момент реализации навыка. По критерию Шапиро-Уилка автор проверил нормальность распределения данных. Поскольку распределение данных отличалось от нормального, автор использовал непараметрические методы оценки. Достоверность различий между двумя связанными группами определялась по критерию Вилкоксона. Корреляционный анализ проводился по Спирмену, статистический анализ – с помощью программы «Stat Soft-Statistica».

Результаты

1. При анализе полученных результатов ЭЭГ, зарегистрированной во время второго этапа исследования, было выявлено достоверное повышение спектральной мощности альфа-ритма в затылочных (О1, О2), височных (Т3, Т4) и теменных (Р3, Р4) отведениях у исследуемых по сравнению с исходным уровнем.

График № 1. Изменение спектральной мощности альфа-ритма у исследуемых до и после прохождения обучения

2. По данным корреляционного анализа была выявлена прямая линейная зависимость между суммарной спектральной мощностью альфа-ритма и количеством успешных заездов.

График № 2. Зависимость уровня спектральной мощности альфа-ритма и количества успешных заездов

Выводы

1. У исследуемых было выявлено увеличение спектральной мощности альфа-ритма в затылочных, височных и теменных областях по мере улучшения у них навыка.

2. Также была выявлена прямая корреляционная зависимость спектральной мощности альфа-ритма и количества успешных заездов.

3. Исходя из полученных результатов, делаем вывод, что спектральную мощность альфа-ритма можно использовать в качестве одного из критериев сформированности моторных навыков.

Перспективы использования результатов работы

На основании полученных данных возможно составление протокола инструментального психофизиологического контроля подготовленности кандидатов автошкол с целью повышения качества навыков у молодых водителей, а также снижения количества ДТП в РФ в рамках реализации проекта «Стратегия. Россия без ДТП (2018–2030 гг.)».

Сотрудничество с вузами при создании работы

1. ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет).

2. ФГБУН Институт психологии Российской академии наук, лаборатория нейрофизиологических основ психики им. В. Б. Швыркова