Название Проекта
Формирование двигательных навыков и мысленных представлений движений для управления системой «интерфейс мозг-компьютер»: роль психофизиологического двигательного тренинга
Аннотация
Мысленная имитация движений широко используется в реабилитации, идеомоторных тренировках спортсменов, при обучении операторов системы «интерфейс мозг-компьютер». Эффективность использования этой методики зависит от яркости и устойчивости представления движения. Данный проект посвящен изучению процесса формирования мысленной имитации движений. Предполагается, что обучение сложным координированным движениям, выполнение которых требует поддержания внимания на определенных частях тела, позах, траекториях движения, будет способствовать формированию более устойчивого и яркого внутреннего представления движения. Тестированию этой гипотезы посвящен проект, результаты работы над которым дадут возможность сформулировать рекомендации для обучения операторов системы «интерфейс мозг-компьютер» и предложить новые подходы к реабилитации пациентов с нарушениями движений.
Цель и задачи фундаментального исследования
На каждом из этапов формирования двигательных навыков результат обучения в большой степени зависит от желания обучающегося, от его волевого вклада и психофизиологического состояния в процессе обучения. Способность управлять процессами внимания дает возможность оптимизировать энергетические и временные затраты на обучение двигательным навыкам.
Способность управления процессами внимания необходима для мысленной имитации движений (mental motor imagery). На данных о том, что при представлении движений и их реальном осуществлении активируются сходные структуры мозга, основаны идеомоторные тренировки спортсменов, методики реабилитации. Мысленная имитация движений способствует активации нейронных сетей, обеспечивающих реализацию представляемого движения. Эта тема особенно актуальна в последние годы в связи развитием методик «интерфейс мозг-компьютер», для которых критично умение оператора четко, живо и устойчиво представлять себе движение, так, чтобы сигнал от ЭЭГ мог быть использован для управления. Механизмы и процедуры, обеспечивающие оптимизацию мысленной имитации движений и настройку оператора на управление системой «интерфейс мозг-компьютер», изучены недостаточно.
Конкретная задача в рамках проблемы состоит в том, чтобы исследовать механизмы формирования двигательного навыка и мысленного представления движения; изучить взаимосвязи между уровнем развития двигательного навыка, способностью мысленной имитации движений и способностью управления вниманием. Предполагается, что психофизиологический тренинг сложных координированных движений, требующих поддержания внимания на определенных частях тела, позах, траекториях движения будет способствовать улучшению мысленной имитации движений и возможности управления системой «интерфейс мозг-компьютер».
Существующие методы психофизиологических тренингов поддержания внимания на определенном объекте и/ или собственном состоянии демонстрируют широкий спектр терапевтических воздействий (уменьшение тревожности и депрессивности, улучшение иммунного ответа и когнитивных функций, внимания и памяти) при психосоматических нарушениях, расстройствах сна, зависимостях, хронических болях и дерматологических проблемах. Методики психофизиологических двигательных тренингов способствуют улучшению общего состояния здоровья, уменьшению артериального давления крови, депрессии, беспокойства и риска падений у пожилых; они рекомендуются при реабилитации после инсульта, при паркинсонизме, сердечно-сосудистых и обструктивных легочных заболеваниях. Это медленные сложно-координированные движения, требующие при их исполнении поддержания внимания на различных частях тела, суставных углах, позах, траекториях движения в определенной плоскости. В ходе их освоения осуществляется осознанная регуляция внимания и поддержание спокойного эмоционального фона. Мы предполагаем, что способность поддерживать внимание и спокойствие при формировании мысленного представления движения увеличивает соотношение сигнал-шум и возможность интерпретации ЭЭГ-активности для управления системой «интерфейс мозг-компьютер».
С другой стороны, большой пласт исследований, в том числе и ранее проведенных участниками проекта, касается межполушарных различий в организации движений. Правое полушарие специализируется на управлении статическими позиционными аспектами движения, левое – динамическими, и процессы обучения протекают по-разному в зависимости от активации того или иного полушария. Специализация полушарий касается не только управления движениями, но и процессов восприятия, памяти, эмоций. Вследствие этого можно ожидать, что успешность мысленной имитации движений будет зависеть от большей активации того или иного полушария, вызванной предшествующей двигательной активностью той или иной руки.
Задача исследование - оценка взаимосвязи между способностью осуществлять плавные медленные движения, требующие поддержания внимания на траектории движения рабочей точки руки и спокойного эмоционального фона (оценка кинематики движения), способностью мысленной имитации движений (оцененной по выраженности десинхронизации ритмов ЭЭГ) и способностью управлять системой «интерфейс мозг-компьютер», а также оценка динамики изменения этих показателей при обучении управлению системой «интерфейс мозг-компьютер». Предполагается разработать методы обучения мысленной имитации движений для психофизиологической настройки оператора на управление системой «интерфейс мозг-компьютер» и предложить новые подходы к реабилитации пациентов с нарушениями движений.