Радиофизик Владимир МАКСИМЕНКО (на снимке), выпускник Саратовского госуниверситета им. Н.Г.Чернышевского, кандидатскую диссертацию защищал по проблемам анализа радиосигналов.
А работать стал в международной научной команде и… погрузился в изучение мозга, разрабатывая новые нетрадиционные методы анализа сигналов.
Однако неожиданное переключение с радиофизики на нейрофизиологию далось ему на редкость легко, ведь нейронная сеть головного мозга активна, ее электронно-магнитные импульсы можно регистрировать. Так методы, распространенные в радиофизике, оказались востребованы в нейронауке.
Сегодня Владимир Александрович — профессор Университета Иннополис (Республика Татарстан) — исследует активность мозга человека при решении когнитивных задач. В отличие от вживляемых в мозг инвазивных электродов, используемых за рубежом, здесь применяют неинвазивные методы регистрации — электроэнцефалографию и инфракрасную спектроскопию.
Мозг — адаптивная структура и, важно подчеркнуть, поддается тренировкам, — объясняет Владимир Максименко. — Практически так же, как накачанные мышцы атлетов (и не только). Любая умственная деятельность — скажем, написание статьи, доказательство теоремы или приготовление фантазийного изысканного блюда — требует активации сложных нейронных процессов, но в их основе лежат базовые (элементарные) когнитивные функции.
Например, скорость обработки сенсорной информации определяет, как хорошо мозг воспринимает информацию из различных источников. Внимание — одна из элементарных когнитивных функций — дает возможность фокусироваться на действительно важных аспектах информации, игнорируя остальные. А память обеспечивает доступ к накопленным знаниям, помогая интерпретировать полученную информацию.
Элементарные когнитивные функции у нас развиты неодинаково, но их уровень можно оценить. Делается это так. Сначала надо придумать экспериментальную когнитивную задачу, которая будет нагружать отдельную функцию больше других.
Например, для рабочей памяти хорошо известна задача Штернберга, в которой человеку предлагают запомнить набор символов, а спустя некоторое время вспомнить, был ли в наборе вот этот, сейчас показываемый. И доля верных ответов, и время, затраченное на их формулировку, показывают, как эффективно работает память.
Анализ деятельности мозга в этом случае позволяет выделить те области, активация которых отвечает за работу памяти. Например, при помощи опять же методов радиофизики можно оценить спектральную мощность мозговых сигналов и синхронизацию, затем сопоставить значения при правильных и неверных ответах, полученные у людей с высокими и низкими показателями. Так определяются характеристики нейронной активности, связанные с работой памяти.
Рассматривая подобные когнитивные задачи, мы обнаружили, что мозг к ним адаптируется. После того, как испытуемый за 30 минут справляется с несколькими подобными задачами, скорость решения и доля правильных ответов повышаются. Мы проанализировали, как меняется в это время функционирование мозга, и обнаружили, что некоторые зоны в результате тренировки становятся более активными.
Ранее ученые сделали важное открытие: благодаря пластичности структура мозга может меняться под действием тех или иных факторов. И если человек, скажем, активно занимается наукой, то при исследовании с помощью МРТ видно, как уплотняется белое и серое вещество за счет роста нейронных связей. А происходят эти изменения благодаря усилиям, предпринимаемым самим мозгом. Однако процесс этот долгий, как и получение результата регулярных тренировок.
Наши выводы показали, что уже в течение 30 минут наблюдается улучшение производительности, но не за счет структурных изменений, а функциональных. Скажем, если структура мозга — это процессор (компьютерное железо), то функции — программное обеспечение. Выходит, что мозг способен его оптимизировать, чтобы работать быстрее.
Мы считаем это очень важным открытием. Осталось сделать еще несколько шажков в понимании фундаментальных аспектов, чтобы попытаться улучшить работу самого уникального механизма, что позволить тренировать наш мозг, повышать его производительность и поддерживать в пожилом возрасте.
Так, начав с глубоких фундаментальных исследований, мы перешли к их практическому применению. Со временем наша группа приобрела необходимый опыт, ее работы получили известность, и нас поддержал Российский фонд фундаментальных исследований (сегодня — РЦНИ), удостоив трехгодичного гранта (19-32-60042).
Средства пошли на приобретение расходных материалов для многочисленных экспериментов. Но бÓльшая их часть — на оплату нескольких публикаций в журналах открытого доступа.
— Какую задачу вы тогда решали?
— Нужно было выявить и изучить механизмы, помогающие человеку повышать производительность при решении элементарных когнитивных задач. Как этого достичь на практике? Надо было провести эксперименты, чтобы собрать данные о том, как человек справляется с задачей, и одновременно записать активность его мозга. Разработать физико-математические методы, позволяющие обнаружить процессы, связанные с успешным решением задачи.
Самое сложное — интерпретировать полученные данные и найти способы, как воздействовать на эти процессы, чтобы улучшить производительность человека. Испытание — на первый взгляд, простое — проводили на студентах-добровольцах. Им показывали картинки и спрашивали: что вы на них видите? Казалось бы, чего проще!
Но времени на раздумья — всего полторы секунды, а картинки вроде бы и простые, но неоднозначные. Кажется, что изображена ваза, но если приглядеться, то больше это похоже на лицо человека. Вот и попробуй разберись фактически мгновенно.
Во время эксперимента добровольцы явно уставали — судили об этом по их напряженному взгляду и сужению размера зрачка. И все же даже к концу испытания эффективность выполнения заданий увеличивалась: добровольцы быстро и правильно интерпретировали изображения. Значит, делаем мы вывод, мозг сумел адаптироваться к заданию, несмотря на усталость. Но нужно было разобраться, какие именно аспекты его работы изменились, чтобы это стало возможным.
— И какие выводы вы сделали по итогам эксперимента?
— Скорость ответов за 30 минут увеличилась более чем на 10% (хотя усталость, повторюсь, ощущалась и была заметна). Но и в этом случае мозг справлялся с заданием лучше. Включался, думаю, некий механизм, который противостоял утомлению. Анализ нейронной деятельности показал, что мозг предварительно активирует нейронные связи, необходимые ему для выполнения задачи. А поскольку она повторяется, то понимал: нужно еще больше ускориться. Поэтому в следующий раз затрачивал меньше времени на активацию и быстрее справлялся с задачей.
— Можно использовать на практике это новое фундаментальное знание, чтобы, например, улучшить работу мозга?
— Безусловно! Скажем, увеличение скорости реакции в повседневной жизни, хотя бы процентов на 10, и то, считаю, было бы большим достижением. Особенно в областях, где этот показатель едва ли не основной.
Так, пилоты «Формулы-1» борются за каждую долю процента этого показателя. Очень важно поддерживать его в солидном возрасте. Известно, что для людей пожилых чрезвычайно полезна регулярная когнитивная нагрузка, особенно затрагивающая разные области мозга.
Например, при ходьбе по пересеченной местности отрабатываются и координация движений, и быстрота принятия решений, куда, скажем, лучше поставить ногу. По нашему мнению, нужны комплекс простых упражнений для тренировки базовых когнитивных функций и система их оценки. Человек станет следить за ними, его интерес к тренировкам повысится — считай, успех обеспечен.
Юрий ДРИЗЕ
Фото предоставил В.Максименко
Нет комментариев