Психофизиологические детерминанты развития утомления при когнитивной нагрузке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 19.00.02, кандидат психологических наук Поликанова, Ирина Сергеевна

• Поликанова, Ирина Сергеевна
• кандидат психологических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат психологических наук Поликанова, Ирина Сергеевна

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА УТОМЛЕНИЯ В ПСИХОЛОГИИ:

ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ И НЕЙРОПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ

1.1. История развития представлений об утомлении в психологии и психофизиологии

1.1.1. Развитие представлений об утомлении в психологии

1.1.2. Развитие представлений об утомлении в психофизиологии

1.1.3. Нейропсихология утомления

1.2. Утомление как функциональное состояние человека

1.2.1. Определение функционального состояния

1.2.2. Понимание утомления как особого функционального состояния

1.2.3. Отличие утомления от состояний монотонии и психического пресыщения

1.3. Современные подходы к исследованию состояний утомления

1.3.1. Поиск субъективных и объективных маркеров утомления

1.3.2.Электроэнцефалографические и молекулярно-генетические индикаторы утомления

1.4. Выводы из литературного обзора

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Испытуемые и схема исследования

2.2. Экспериментальные задания и стимульный материал

ПЗМР, простая зрительно-моторная реакция

РВ, реакция выбора

2.3. Процедура эксперимента

2.4. Анализ данных

2.5. Методики генотипирования

2.5.1. Методика генотипирования 5НТТ

2.5.2. Методика генотипирования И1и)2

2.5.3. Методика генотипирования СОМТ

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Результаты по субъективным, поведенческим и электрофизиологическим показателям по всей выборке

3.1.1. Субъективные и поведенческие данные

3.1.2. Результаты ЭЭГ

3.2. Результаты по субъективным, поведенческим и электрофизиологическим показателям у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, БШ)2, СОМТ

3.2.1. Субъективные и поведенческие показатели у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, ОЩ)2, СОМТ

3.2.2. ЭЭГ результаты у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, В1Ю2, СОМТ

3.3. Проведение факторного анализа

3.4. Моделирование структурными уравнениями связей между уровнем нейромедиаторов (серотонина и дофамина) и психофизологическими характеристиками при длительной когнитивной нагрузке

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Обсуждение результатов по субъективным, поведенческим и ЭЭГ данным по всей выборке

4.1.1. Обсуждение субъективных и поведенческих результатов

4.1.2. Обсуждение ЭЭГ результатов

4.2. Обсуждение результатов ЭЭГ, полученных для носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, ВМ>2 и СОМТ

4.2.1. Субъективные и поведенческие показатели

4.2.2. Анализ ЭЭГ активности у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, П1Ю2иСОМТ

4.3. Обсуждение результатов факторного анализа и структурного моделирования

4.3.1. Обсуждение результатов факторного анализа и структурного моделирования

4.4. Обобщение результатов

ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Психофизиологические детерминанты развития утомления при когнитивной нагрузке»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Изучение механизмов утомления является важной задачей в современном обществе, оно вносит весомый вклад в общетеоретические и практические основы психологии и психофизиологии. Прикладные аспекты данного направления связаны с более объективной и качественной диагностикой функциональных состояний человека и с подготовкой специалистов, работающих в экстремальных условиях -диспетчеров, силовиков, спортсменов и т.д. Профессиональная деятельность во многих сферах требует больших умственных, эмоциональных усилий и выносливости. Количество людей, страдающих от усталости, зачастую становящейся хронической, неуклонно растет. Это, в свою очередь, приводит не только к психическому и эмоциональному стрессу, но и к соматическим заболеваниям. Проблема утомления исследуется в различных областях психологии, психофизиологии, медицины, биохимии и др. Несмотря на это, еще не существует общей теории утомления, описывающей его механизмы (Cameron, 1974; Розенблат, 1975; Леонова, 1994; DeLuca, 2005).

Многие исследователи пытаются рассматривать феномен утомления либо изолированно на психологическом или психофизиологическом уровнях, либо комплексно - учитывая и психологические, и психофизиологические особенности (Klimesh, 1999; Lorist et al., 2000; Lorist et al., 2003; Murataa et al., 2004; Trejo et al., 2005; Boksem et al., 2006; Liu et al., 2006; Wijesuriya et al., 2007; Jap et al., 2009; Lorist et al., 2009). Иногда они пытаются связать наличие определенного полиморфизма отдельных генов со скоростью развития утомления, используя для его оценки, как правило, какой-то один психологический или психофизиологический параметр, являющийся, по их мнению, индикатором состояния утомления (Davis, 1995; Salamoneet al., 1999; Weicker, 2001; Narita et al., 2003; Lorist et al., 2005; Meeusen, 2007; Barnett, 2011). Специфика данной работы заключается в рассмотрении проблемы утомления сразу на психологическом, психофизиологическом и

биохимическом уровнях, что позволяет сделать комплексную оценку данного состояния. Рассматривается комплекс психологических и психофизиологических параметров, отражающих динамику функционального состояния; дана подробная оценка состоянию утомления, вызванному длительной когнитивной нагрузкой в течение четырех часов; на биохимическом уровне показаны различия в развитии утомления у носителей разных полиморфизмов генов 5НТТ, DRD2 и СОМТ. Выбранные для биохимического анализа гены связаны с трансмиссией таких нейромедиаторов, как серотонин и дофамин, связанных в том числе с когнитивными функциями (Rowe et al., 1999; Николлс, 2008; Meeusen et al., 2007; Bellgrove et al., 2008; Gossoetal., 2008; Bolton et al., 2010; Malyuchenko et al., 2010; Rosa et al., 2010; Stelzel et al., 2010; Doll et al., 2011; Dumontheil et al., 2011; Wishart et al., 2011).

Цель исследования: комплексное изучение механизмов утомления, отражающегося на субъективном, поведенческом, психофизиологическом, а также молекулярно-генетическом уровнях.

Объект исследования: проявления утомления в психике, поведении и психофизиологических показателях.

Предмет исследования: механизмы утомления в процессе когнитивной деятельности и их отражение в комплексе субъективных, поведенческих, психофизиологических и молекулярно-генетических показателей.

Теоретической гипотезой исследования является предположение о том, что длительная когнитивная нагрузка, приводящая к развитию утомления, будет по-разному сказываться на психологических, поведенческих и психофизиологических показателях у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, DRD2 и СОМТ, связанных с определенным уровнем серотонина и дофамина.

Эмпирические гипотезы:

1. Длительная когнитивная нагрузка приводит к развитию утомления, что выражается в определенных психических, поведенческих и психофизиологических показателях.

2. Более высокий уровень серотонина (наличие Э-аллели в гене 5НТТ) ассоциирован с большей скоростью развития утомления.

3. Более низкий уровень дофамина (наличие А1-аллели в гене Б1Ш2 и УУ генотипа в гене СОМТ) ассоциирован с большей скоростью развития утомления.

4. Носители генотипа ЬЬ (ген 5НТТ), А2А2 (ген Б1Ш2) и ММ (ген СОМТ) будут характеризоваться меньшей скоростью развития утомления, по сравнению с носителями генотипа ЬБ+88 (ген 5НТТ), А1А1+А1А2 (ген 01102), МУ и УУ (ген СОМТ). Данные полиморфизмы ассоциированы с более низким уровнем серотонина и более высоким уровнем дофамина с большей устойчивостью к развитию утомления и лучшим когнитивным функционированием.

Задачи исследования:

> исследовать влияние длительной когнитивной нагрузки на психические, поведенческие и психофизиологические показатели;

> исследовать ассоциативную связь полиморфных маркеров генов (5НТТ, БШ32 и СОМТ), регулирующих обмен серотонина и дофамина в мозге, с особенностями развития утомления;

> описать динамику субъективных ощущений, поведенческих показателей и мозговых процессов при развитии утомления;

> выявить связь между концентрациями серотонина и дофамина в мозге и процессами развития утомления.

Методолого-теоретическая основа исследования. Диссертационное исследование базируется на комплексном подходе к исследованию утомления, основывающемся на работах таких отечественных ученых, как

И.П. Павлов, Б.М. Теплов, В.Д. Небылицын, H.H. Данилова, Э.А. Голубева, А.Б. Леонова; а также на работах зарубежных исследователей: В. Климеша (Klimesh), М. Лориста (Lorist), М. Буксема (Boksem) и др.

Методики исследования:

1. Психологические - методика субъективной оценки самочувствия САН (самочувствие, активность, настроение) (по Ю.Н. Гончарову).

2. Поведенческие - измерение времени реакции в различных заданиях: простая зрительно-моторная реакция (ПЗМР) (модификация Т.Д. Лоскутовой), реакция выбора (РВ), максимальный теппинг (МТ), комфортный теппинг (KT) (по Е.П. Ильину).

3. Психофизиологические:

а) анализ электроэнцефалографических (ЭЭГ) показателей -спектральные характеристики ритмов ЭЭГ, частота индивидуального альфа ритма (ИАР), индекс утомления (ИУ);

б) молекулярно-генетические: анализ взаимосвязи наличия определенного полиморфизма в генах 5НТТ, DRD2 СОМТ, связанных с трансмиссией таких нейромедиаторов, как серотонин и дофамин, с динамикой психологических, поведенческих и электроэнцефалографических параметров.

Испытуемые. Участие в исследовании было добровольным и проходило с соблюдением всех этических норм. В данном исследовании приняли участие 44 испытуемых мужского пола без каких-либо психических и неврологических заболеваний. Все испытуемые являются правшами. Средний возраст составляет 24 + 6 лет (испытуемые с высшим образованием, преимущественно - студенты МГУ).

Научная новизна исследования заключается в получении новых данных относительно механизмов развития утомления. Впервые проведено комплексное исследование данного феномена, объединяющее результаты психологических и поведенческих тестов, электроэнцефалографических

показателей и молекулярно-генетических особенностей испытуемых. Впервые показаны различия между носителями разных полиморфизмов генов, определяющих уровень таких нейромедиаторов, как дофамин и серотонин, по динамике и особенностям развития утомления. В работе обнаружено, что эти различия преимущественно проявляются на электрофизиологическом уровне, в частности, в таких параметрах, как индивидуальный альфа-ритм, индекс утомления и динамика мощностей различных ритмов ЭЭГ. В работе впервые показано, что уровень этих нейромедиаторов определяет также скорость реагирования, при этом, эта закономерность проявляется как в нормальном функциональном состоянии, так и в состоянии утомления.

Теоретическая значимость данного исследования обусловлена необходимостью более глубокого и комплексного изучения механизмов утомления не только на уровне субъективных ощущений, поведенческих реакций и психофизиологических процессов, но также и на молекулярно-генетическом уровне, позволяющем проследить связь между концентрацией определенных нейромедиаторов, функционально связанных с когнитивными функциями, и скоростью развития утомления. В диссертационной работе показана значимая связь между определенным уровнем нейромедиаторов серотонина и дофамина с электрофизиологическими (ЭЭГ) и поведенческими (время реакции) параметрами. Эти данные помогут более глубоко и детально изучить не только процессы утомления, но и механизмы развития других функциональных состояний.

Практическая значимость данной работы заключается в получении комплексной оценки состояния утомления, что может иметь широкое практическое применение в области диагностики функциональных состояний, а также в разработке научного подхода для подготовки специалистов, работающих в экстремальных условиях - диспетчеров, спортсменов и др. - с учетом их генетической предрасположенности к

развитию определенных функциональных состояний. Полученные в данном исследовании результаты помогут выделить объективные маркеры утомления, что позволит создать более точный комплексный диагностический аппарат для контроля функциональных состояний человека.

Надежность и достоверность полученных результатов обеспечивается применением методов регистрации, обработки и анализа данных, адекватных предмету и задачам исследования; организацией экспериментов в соответствии со стандартами экспериментальной психологии, психофизиологии и биохимии; системностью исследовательских процедур; использованием при обработке и анализе данных современного программного обеспечения и статистических методов, отвечающих специфике эмпирических данных, а также согласованностью полученных результатов с данными других исследователей.

Положения, выносимые на защиту:

1. Утомление, возникающее у человека при длительной когнитивной нагрузке, отражается на эмоциональном, поведенческом и электрофизиологическом уровнях: в снижении самочувствия и настроения, в снижении скорости простой зрительно-моторной реакции и увеличении скорости реакции выбора с одновременным увеличением количества ошибок, в замедлении комфортного теппинга (т.е. частоты нажатий на клавишу прибора), в снижении частоты индивидуального альфа-ритма, обширном увеличении индекса утомления, а также в увеличении средних мощностей тета-, альфа- и бета-ритмов.

2. Наиболее слабо процессы утомления проявляются при низкой концентрации серотонина и средней концентрации дофамина, таким образом, динамика и особенности развития когнитивного утомления значимо связаны с определенным уровнем данных нейромедиаторов.

3. Наиболее высокая скорость простой зрительно-моторной реакции и реакции выбора наблюдается при высокой концентрации серотонина и

низкой - дофамина. Скорость моторных реакций значимо связана с определенным уровнем нейромедиаторов - серотонина и дофамина, как в нормальном функциональном состоянии, так и в состоянии утомления.

4. Комплексная модель исследования утомления, учитывающая динамику субъективных, поведенческих, электроэнцефалографических и молекулярно-генетических показателей, является адекватным инструментом исследования когнитивного утомления.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на заседаниях кафедры психофизиологии факультета психологии МГУ имени М.В. Ломоносова. Представлены на XXI Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010); на XVII, XVIII, XIX Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2010, 2011, 2012); на IX Российско-германо-китайском научном семинаре «Когнитивная нейронаука» (Пекин, 2011); на XII конгрессе по психологии (Стамбул, 2011); на XVIII ежегодном съезде общества по когнитивным нейронаукам (Сан-Франциско, 2011); на ХХХХХ1 съезде общества по психофизиологическим исследованиям (Бостон, 2011); на XIV и XV Международной зимней конференции по нейронаукам (Зельден, 2012, 2013); на XXX Международном конгрессе по психологии (Кейптаун, 2012); на XVI Международной конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 2012); на X съезде немецкого общества по нейронаукам (Геттинген, 2013).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст диссертации изложен на 240 страницах и включает в себя 53 рисунка и 18 таблиц. Список литературы включает 182 публикацию, из них 105 на английском языке.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА УТОМЛЕНИЯ В ПСИХОЛОГИИ: ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ И НЕЙРОПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ

АСПЕКТЫ

1.1. История развития представлений об утомлении в психологии и

психофизиологии. 1.1.1. Развитие представлений об утомлении в психологии.

Одной из первых областей знания, которая была заинтересована в исследовании трудового процесса, различных видов труда, в том числе и работоспособности, которая рассматривала человека не как «работающую машину», а как личность, способную сознательно регулировать свой труд, была профессиональная гигиена. Огромный вклад привнесла в эту область знаний книга Ф.Ф. Эрисмана "Профессиональная гигиена или гигиена умственного и физического труда" (Эрисман, 1877). Он подходил к рассмотрению человека не только с точки зрения организма, но как единого целого, включая также его "внутреннее удовлетворение своими занятиями", "душевное спокойствие".

Проблемы утомления и динамики работоспособности интенсивно разрабатывались в русле экспериментальной психологии в конце прошлого века. В числе первых исследователей, внесших существенный вклад в их разработку были такие известные психологи того времени, как Ф. Гальтон, Э. Крепелин, Г. Эббингауз, А. Бине (Леонова, 1994). Начало экспериментальным исследованиям высших психических функций положил Г.Эббингауз своей работой о памяти, в которой он выявил объем непосредственного запоминания, составляющий 6-8 бессмысленных слогов (Нуркова, 2006; Гиппенрейтер и др., 2002). Оказалось, что уже при незначительном увеличении материала количество повторений, которое требуется для его запоминания, возрастает во много раз. Из этого следовало, что увеличение нагрузки на память приводит к снижению работоспособности.

В Германии в это время также развивались прикладные исследования. Э. Крепелин стремился внести в психиатрию психологический эксперимент (Ждан, 1990). Им проводились экспериментальные исследования умственного утомления, и была построена кривая работы. В книге "Умственный труд" Э. Крепелином была изложена попытка экспериментального изучения "рабочей силы" применительно к умственному труду на модели счетных задач. О "рабочей силе" автор судил по результатам продуктивности выполнения тестового задания, которым испытуемый был занят несколько часов. Поскольку предметом изучения Э. Крепелина являлся конкретный человек и особенности его работоспособности по сравнению с другими, то он не учитывал специфику утомления при различных видах труда. Под работоспособностью он понимал функциональные возможности человека, проявляющиеся в разных видах труда, о которых нельзя судить непосредственно, но можно судить по косвенным оценкам успешности выполнения деятельности (Климов, Носкова, 1992; Ждан, 1990).

В России, как и в странах Запада, в 80-90 гг. формируется общественное движение за научное изучение труда в связи с задачами охраны здоровья трудящихся, перед которым стояли задачи поиска способов оптимальной организации труда, в том числе и умственного труда. Среди этих задач стояли следующие: изучение работоспособности и утомления в целях профилактики профессиональных заболеваний и несчастных случаев, рациональная организация труда, классификации профессий по особенностям влияния различных факторов на состояние организма трудящихся; разработка методов диагностики работоспособности и утомляемости (Климов, Носкова, 1992).

Свой вклад в проблему организации труда внес также И.М. Сеченов. В своей статье "К вопросу о влиянии раздражения чувствующих нервов на мышечную работу человека" (Сеченов, 1956) он представил результаты лабораторного эксперимента, в котором сам был испытуемым. Эксперимент

моделировал физический труд с помощью ручного эргографа. Автор смог сопоставить динамику результатов работы с динамикой субъективных ощущений. Результаты исследования имели важное значение, как для теории отечественной психофизиологии труда, так и для практики организации труда.

И.М. Сеченовым был введен принцип "активного отдыха", под которым понималось чередование работающих органов, а также дано его физиологическое обоснование. Исследование И.М. Сеченовым проблемы чередования видов работы, работающих органов, как способа повышения продуктивности труда, было продолжено A.C. Азарьевым, который утверждал, что принцип "активного отдыха" для умственного труда не всегда эффективен и в некоторых случаях усиливает утомление и снижает работоспособность человека (по Климову, Носковой, 1992 г.).

Развитие техники привело к появлению новых видов трудовой деятельности, успешность выполнения которой кардинально зависела от уровня работоспособности человека. Это в свою очередь привело к необходимости изучения новых условий деятельности на организм человека, его психофизиологических функций.

В педагогике и психологии индивидуальных различий, диагностика работоспособности и утомляемости начала проводиться с учетом свойств самой личности. А.Ф. Лазурский включил оценку "умственной утомляемости" в "Программу исследования личности" (Лазурский, 1904).

В 1909 г. А.Л. Щеглов предложил программу нового направления прикладной психофизиологии, названного им "эргометрией" (по Климову, Носковой, 1992), которая должна была заниматься вопросами работоспособности человека и способах ее повышения. Но на деле эта проблема разрабатывалась преимущественно лишь в форме изучения и измерения утомления, как биологического явления.

Таким образом, проблема утомления и работоспособности человека имела почти 40-летнюю историю в дореволюционной России. В это время сложились основные подходы, которые впоследствии получили дальнейшее развитие, в частности, в советской психотехнике 20-30-х гг. (Климов, Носкова, 1992).

Основателем психотехники считается Г. Мюнстерберг (Мюнстерберг, 1922). Его исследования были тесно связаны с прикладными задачами, особенно с областью промышленного производства. Несколько раньше американский инженер Ф. Тейлор, разработал систему интенсификации труда путем использования психологических факторов в целях рационализации производства. Психотехника как направление прикладной психологии была тесно связана с экономическими интересами предпринимателей. В ней разрабатывались проблемы профессионального утомления, профориентации, профотбора, психологии воздействия, в том числе средствами рекламы и др. (Климов, Носкова, 1992).

1.1.2. Развитие представлений об утомлении в психофизиологии.

Проблема индивидуальных различий работоспособности весьма широко исследовалась с позиций учения о высшей нервной деятельности. Идея о пределе работоспособности корковых клеток и о силе-слабости нервной системы, «определяемой этим пределом, как о важнейшем свойстве, от которого зависят типические свойства поведения собаки», являлось для И.П. Павлова центральной, начиная с 1915 года (Голубева, 2005).

Согласно представлениям И.П. Павлова, сила нервной системы характеризуется выносливостью нервных клеток, то есть способностью их выдерживать длительное или очень сильное возбуждение, не переходя в состояние запредельного торможения. Показателем силы является предел работоспособности, определяемый по той интенсивности раздражения, когда впервые возникают признаки запредельного торможения. Все применявшиеся

в павловских лабораториях приемы определения силы нервной системы у животных основаны именно на нахождении предела работоспособности. Показателем достижения предела работоспособности служило снижение величины условного слюнного рефлекса (Голубева, 2005; Гуревич, 1970).

В дальнейшем усилия были направлены на разработку других методик, выявляющих особенности непроизвольных компонентов произвольных двигательных реакций, некоторых характеристик безусловных реакций, особенности функционирования зрительного анализатора, а также ряд показателей фоновой ЭЭГ.

Новые методики открывали и новые возможности для изучения психологических проявлений силы нервной системы. Б.М. Теплов указывал, что с порогом запредельного торможения, как основным показателем силы нервной системы, коррелирует следующая группа показателей (Теплов, 1955; Теплов, 1985):

1. Сопротивляемость к тормозящему действию посторонних раздражителей. Главное экспериментальное испытание — сравнение величины абсолютных зрительных порогов, измеряемых в тишине и при действии стука метронома, или величины слуховых порогов, измеряемых в темноте и при действии пульсирующего света. Сильная нервная система менее подвержена тормозящему действию посторонних раздражителей.

2. Некоторые особенности концентрации или иррадиации процесса возбуждения в зрительном анализаторе. Экспериментально выявляет эти особенности так называемая индукционная методика, смысл которой заключается в сравнении величины абсолютного зрительного порога для точечных раздражителей в пустом темном поле зрения и при наличии в поле зрения других, дополнительных точечных раздражителей разной интенсивности. В сильной нервной системе нервные процессы более концентрированны.

3. Характер проявления закона силы: закон силы состоит в том, что увеличение интенсивности раздражения влечет за собой нарастание величины (или скорости) реакции. Этот закон более отчетливо проявляется в сильной нервной системе.

4. Величина абсолютных порогов зрения и слуха. Чем больше сила нервной системы, тем больше пороги, или иначе говоря, тем меньше чувствительность нервной темы. Слабая нервная система — это система высокой чувствительности.

Б.М. Теплов говорит о том, что вопрос связи силы нервной системы и чувствительности принципиально важен, так как он касается более широкого вопроса - можно ли считать слабый тип нервной системы «плохим» или неполноценным. Проведенные им исследования показывают, что у слабой нервной системы есть и положительные (высокая чувствительность), и отрицательные (малая выносливость) стороны. То же относится и к сильной нервной системе (Теплов, Небылицын, 1963; Теплов, 1955; Теплов, 1961; Теплов, 1985).

В.Д. Небылицын писал, что такие положительные свойства слабой нервной системы, как высокая чувствительность, позволяет дать хотя бы частичный ответ о биологической целесообразности существования такого типа нервной системы и механизмах его приспособления (Небылицын В.Д., 1956).

Учениками и последователям Б.М. Теплова были найдены новые показатели сильной нервной системы. Поиски новых показателей шли в основном по пути выявления тех устойчивых характеристик ЭЭГ, индивидуальные различия в которых так или иначе связаны с различиями по силе нервной системы.

Стали применяться показатели реакции электрической активности мозга на мелькающий свет. Указанная реакция (реакция навязывания) возникает при действии прерывистых световых стимулов и состоит в

следовании биоэлектрических колебаний мозга за частотой ритмических световых раздражений. В.Д. Небылицыным показатели этой реакции изучались в плане проявления связи слабости нервной системы с большей чувствительностью. Применяя мелькающие раздражители разной интенсивности, он показал, что реакция навязывания лучше выражена у лиц со слабой нервной системой, при этом разница между слабой и сильной нервной системой в степени выраженности эффекта навязывания тем больше, чем меньше интенсивность раздражителей. На основании этих данных В.Д.Небылицын приходит к выводу, что лучшему проявлению эффекта навязывания способствует именно большая чувствительность, характерная для слабой нервной системы (Небылицын, 1956; Небылицын, 1966; Небылицын, 1976).

Наиболее широкое распространение к настоящему времени получил такой показатель, как эффект навязывания медленных ритмов (4-7 Гц), который больше выражен в слабой нервной системе. В дальнейшем было показано, что слабая нервная система характеризуется также и большей выраженностью медленных частот в фоновой ЭЭГ, при отсутствии внешних раздражений.

Также была предложена методика определения силы нервной системы, основанная на учете индивидуальных различий в степени вариативности некоторых показателей фоновой ЭЭГ. Слабость нервной системы оказалась связанной с меньшей вариативностью амплитуд отдельных ритмических колебаний. Соответственно, в сильной нервной системе амплитуды отдельных волн менее стабильны.

Методика ЭЭГ имеет существенное преимущество при определении динамики функционального состояния, так как дает возможность получать показатели в течение всей работы без отрыва испытуемого от основной деятельности.

{

Общепризнанно, что переход от более быстрых к более медленным колебаниям отражает снижение функционального уровня (Данилова, 1985, 2004; Голубева, 2005), т. е. переход от более деятельного состояния к менее деятельному, заторможенному. Учащение фоновой ритмики — один из признаков сдвига функционального состояния в сторону возбуждения. Однако попытки применения методики ЭЭГ для нахождения объективных показателей функционального состояния в реальной трудовой деятельности пока еще не дают достаточно однородных результатов.

Многие исследователи пытались проследить динамику отдельных частотных составляющих ЭЭГ, т. е. изменение электрической активности в различных частотных диапазонах при утомлении. Чаще других изучению подвергался наиболее четко выраженный альфа ритм. В ряде исследований, проведенных в производственных условиях, получены результаты, свидетельствующие о снижении альфа активности и повышении бета активности после рабочего дня при разных видах деятельности, а иногда и о появлении в ЭЭГ медленных волн. Другие исследователи или не находят существенных изменений в ЭЭГ после работы или констатируют разнонаправленный характер изменений, различные типы сдвигов.

В исследовании В.И. Рождественской, Э.А. Голубевой, Л.Б. Ермолаевой-Томиной (Рождественская, 1980; Небылицын, Голубева, Равич-Щербо, Ермолаева-Томина, 1965), наряду с принятыми показателями силы нервной системы, были использованы биоэлектрические характеристики: коэффициенты навязывания частот 4 Гц, 6 Гц, 8 Гц, 10 Гц, суммарная энергия дельта-ритма, тета-ритма, альфа-ритма и частота альфа-ритма. В результате сравнительного анализа данных было установлено, что реакция навязывания на редкие световые раздражители определяется преимущественно не частными - зрительным и слуховым, а общим фактором силы нервной системы. Показатели суммарной энергии тета ритма оказались лучше выражены у обладателей слабой нервной системы. Также обладатели

слабой нервной системы лучше усваивают световые раздражители, особенно в зонах дельта и тета частот. Это же относится и к большей выраженности у них медленных составляющих ЭЭГ. В противоположность этому, у обладателей сильной нервной системы не наблюдается такой специализированной реакции, направленной именно на восприятие данного ритмического раздражителя. У обладателей слабой нервной системы лучше выражено наличие медленных составляющих ЭЭГ (дельта и тета ритмов), и особенно лучшее навязывание 4, 5, 6 Гц, что некоторые связывают со склонностью к охранительному торможению. Предполагается, что система тормозных обратных связей принимает участие в формировании медленной спонтанной мозговой ритмики. Слабый раздражитель, вызывая возбуждение, не включает тормозную систему. Усиление раздражителя вовлекает отрицательную обратную связь и связанное с ней торможение нейрона.

Способность человека выполнять какую-либо деятельность в течение продолжительного времени без снижения качества работы обычно определяют, как уровень его работоспособности. При длительном выполнении деятельности работоспособность снижается в результате утомления. Скорость наступления утомления у людей неодинакова. Однако индивидуальные различия работоспособности нельзя сводить только к скорости наступления утомления. Работоспособность — явление сложное, многофакторное. Она зависит и от силы мотивов, побуждающих человека к деятельности, и от условий труда и состояния здоровья, и от настроения и эмоционального состояния человека в период его работы. Существенным фактором, влияющим на уровень и динамику работоспособности, являются специфические особенности каждой конкретной деятельности. Так, например, хорошо известно, что при однообразной деятельности работоспособность снижается раньше. Причем индивидуальные различия в подверженности людей действию однообразия очень большие (Рождественская, 1980).

Еще недостаточно изучены причины, обусловливающие многообразные индивидуальные различия работоспособности. Один из возможных подходов к проблеме это подход с точки зрения учения о высшей нервной деятельности. Известно, что одним из существенных условий, определяющих работоспособность человека, является уровень функционального состояния его нервной системы. Работоспособность бывает высокой при оптимальном для данных условий уровне функционирования нервных структур и снижается при более или менее значительных отклонениях от этого уровня. Такие отклонения проявляются в развитии у человека соответствующих психических состояний. Важное значение при этом имеет «гибкость» функциональных систем, включенных в деятельность, позволяющая быстро адаптироваться и действовать в соответствии с меняющимися условиями окружения.

Основатель дифференциальной психофизиологии Б.М. Теплов исходил из того, что природные, врожденные свойства нервной системы накладывают отпечаток на весь психический облик человека (Голубева, 2005; Теплов Б.М., 1985). При этом он предостерегал от упрощенного понимания связи свойств нервной системы с индивидуальными особенностями поведения, считая, что проявление свойств бывает в огромной степени опосредовано влияниями условий жизни, воспитания и т.п. Он указывал, что выяснение реального значения свойств нервной системы для тех или иных психических свойств человека является сложной научной задачей, требующей специального методического подхода и постановки точных экспериментов.

1.1.3. Нейропсихология утомления.

А. Р. Лурия предложил структурно-функциональную модель мозга как субстрата психической деятельности. Эта модель характеризует наиболее общие закономерности работы мозга как единого целого и позволяет объяснить его интегративную функцию (Лурия А.Р., 1973; Лурия А.Р., 1978).

Согласно этой модели, весь мозг можно разделить на три структурно-функциональных блока: а) энергетический блок, б) блок приема, переработки и хранения экстероцептивной информации, в) блок программирования, регуляции и контроля сложных форм деятельности. Любая высшая психическая функция (ВПФ) осуществляется при обязательном участии всех трех блоков. Каждый блок характеризуется особенностями строения, физиологическими принципами, лежащими в основе его работы, и той ролью, которую он играет в обеспечении психических функций.

Первый блок - это блок регуляции энергетического тонуса и бодрствования. Только в условиях оптимального бодрствования человек может наилучшим образом принимать и перерабатывать информацию, вызывать в памяти нужные системы связей, программировать деятельность, осуществлять контроль над ней. Было установлено, что аппараты, обеспечивающие и регулирующие тонус коры, находятся не в самой коре, а в лежащих ниже стволовых и корковых отделах мозга. Таким аппаратом являются неспецифические структуры разных уровней - ретикулярная формация ствола мозга, неспецифические структуры среднего мозга, лимбическая система, область гиппокампа (Лурия, 2008; Хомская, 2005).

И.П. Павлов не только указал на необходимость оптимального состояния мозговой коры для осуществления организованной деятельности, но и открыл основные нейродинамические законы возникновения такого оптимального состояния (Павлов И.П., 1951). Как было показано многочисленными исследованиями павловской школы, процессы возбуждения и торможения, протекающие в бодрствующей коре, подчиняются закону силы, характеризуются определенной концентрированностью, уравновешенностью и подвижностью. Эти основные законы нейродинамики неприложимы к состояниям сна или утомления, потому что в так называемых «тормозных» состояниях тонус коры снижается и нарушается закон силы: происходит уравнивание ответов по интенсивности

на сильные и слабые раздражители. По мере снижения тонуса коры нарушается нормальное соотношение возбудительных и тормозных процессов, а также подвижность, которая необходима для протекания нормальной психической деятельности. Это указывает на то, какое решающее значение имеет наличие оптимального тонуса коры для организованного протекания психической деятельности.

Второй блок - блок приема, переработки и хранения информации расположен в наружных отделах неокортекса и занимает ее задние отделы, включая в свой состав аппараты затылочной, височной и теменной коры. Области этих отделов коры включают первичные зоны, которые обеспечивают прием и анализ поступающей извне информации; вторичные зоны, выполняющие функции синтеза информации от одного анализатора и третичные зоны, основной задачей которых является комплексный синтез информации.

Третий функциональный блок мозга - блок программирования, регуляции и контроля сложных форм деятельности. Он связан с организацией целенаправленной, сознательной психической активности, которая включает в свою структуру цель, мотив, программу действий по достижению цели, выбор средств, контроль за выполнением действий, коррекцию полученного результата. Обеспечению этих задач и служит третий блок мозга.

Аппараты третьего функционального блока мозга расположены кпереди от центральной извилины и включают в свой состав моторные, премоторные и префронтальные отделы коры лобных долей мозга. Нейроны моторной коры передают возбуждение к мышцам, отсюда начинается большой пирамидный путь. Премоторная кора обеспечивает двигательные программы, то есть объединяет отдельные движения в единую кинетическую мелодию. Префронтальные отделы играют решающую роль в формировании намерений, программ, в регуляции и контроле наиболее сложных форм поведения человека. Они могут выполнять ассоциативную функцию, получая

импульсы от первого блока мозга и оказывать интенсивное модулирующее влияние на образования ретикулярной формации, приводя ее активирующие импульсы в соответствие с динамическими схемами поведения, которые формируются непосредственно в префронтальной (лобной) коре. Префронтальные отделы фактически надстроены над всеми отделами мозговой коры, выполняя функцию общей регуляции поведения.

Советский физиолог М.Н. Ливанов вместе с сотрудниками установили тесную связь префронтальных отделов мозга с наиболее сложными формами активации, вызываемой интеллектуальной деятельностью. С помощью многоканальной регистрации ЭЭГ (50-100 каналов), авторы обнаружили, что каждая достаточно сложная умственная работа, например, счет в уме, ведет к увеличению синхронизации альфа-ритма прежде всего в лобных долях мозга (Лурия, 1973).

Анализ особенностей строения и функционирования трех функциональных блоков мозга позволяет предположить, что каждая форма сознательной деятельности всегда является сложной функциональной системой и осуществляется, опираясь на совместную работу всех трех блоков мозга, каждый из которых вносит свой вклад в обеспечение всего психического процесса в целом. Выделение этих блоков достаточно условно.

Анализируя взаимодействие блоков мозга с точки зрения деятельности, следует отметить, что первый блок участвует в формировании мотивов любой сознательной деятельности, второй - обеспечивает операциональную сторону деятельности, а третий - отвечает за формирование целей и программ деятельности. Нарушение работы каждого из этих блоков обязательно приводит к дезинтеграции психической деятельности в целом, но каждый раз по-разному, так как приводит к нарушению соответствующих стадий деятельности.

Использование данного подхода к проблеме утомления является удобным и достаточно четко отражает всю сложность и многоуровневость

данной проблемы. Таким образом, процессы утомления отражаются на всех трех функциональных блоках. Так, наличие оптимального функционального состояния коры обеспечивает одно из основных условий успешного выполнения деятельности. Но, естественно, при длительной умственной нагрузке функциональное состояние будет колебаться и, в конечном счете, через определенное время ресурсов мозга не станет хватать для успешного выполнения деятельности. Второй блок, который зависит и от первого и от третьего блока, также может сильно испытывать влияние утомления. При оптимальном функциональном состоянии мозга организм способен быстро воспринимать и анализировать поступающую информацию, стимуляцию. С течением времени ресурсов мозга может также стать недостаточно для успешного выполнения данной задачи и данные процессы начнут замедляться и продуктивность может снизиться. Без третьего блока -программирования, регуляции и контроля деятельности - деятельность также не может эффективно осуществляться. Таким образом, эффективное выполнение деятельности осуществляется за счет координированной работы всех трех функциональных блоков. Но при очень длительной деятельности, приводящей к развитию утомления, деятельность этих трех блоков нарушается, возникает нехватка ресурсов для поддержания оптимального выполнения деятельности, и эффективность снижается.

1.2. Утомление как функциональное состояние человека. 1.2.1. Определение функционального состояния.

Под функциональным состоянием (ФС) обычно пониманиют некоторую фоновую активность нервных центров, при которой реализуется та или иная конкретная деятельность человека. Ретикулярная формация (активирующие и инактивирующие отделы) и лимбическая система (определяющая мотивационное возбуждение) представляют модулирующую систему мозга, регулирующую возбудимость нейронных сетей мозга (Александров, 2007). Модулирующая система мозга реализует свои функции через функциональные системы, которые регулируют процессы активации в составе различных видов деятельности. Она регулирует цикл бодрствование -сон, стадии и фазы сна, уровни и специфику функциональных состояний во время бодрствования, а также процессы внимания благодаря ее способности создавать как локальные, так и генерализованные эффекты активации и инактивации в нервной системе (Данилова, 2004).

Функциональные состояния необходимая составляющая любого вида деятельности и поведения. Хорошо изучены отношения между уровнем активации мозга и эффективностью выполнения различных действий, операций, навыков и обучения. Они обычно описываются куполообразной кривой, показывающей, что наиболее высокие результаты деятельности достигаются не при самой высокой, а при средней активации нервной системы, получившей название оптимального функционального состояния. Исследования Йеркса и Додсона показали, что с ростом активизации нервной системы до определенного критического уровня эффективность деятельности повышается (Фресс, Пиаже, 1975). Дальнейшая активизация нервной системы в условиях продолжающегося воздействия стресса приводит к снижению показателей деятельности. Установлено, что в условиях стрессорного воздействия раньше происходит нарушение более сложной деятельности, при

одновременном повышении эффективности более простой. Но также иногда наблюдаются парадоксальные ситуации, когда при стрессе показатели качества выполнения более сложной деятельности могут увеличиться в большей мере, чем показатели менее сложной деятельности. В данном случае речь может идти о двух видах регуляции: психологической и физиологической. Работоспособность сохраняется (а может и возрастать) за счет увеличения физиологической «цены» мобилизации внутренних резервов организма, что сопровождается повышением выделения кортикостероидов, учащением пульса, колебаниями артериального давления и т.д. В другом случае, при снижении качества деятельности, показатели физиологических функций оставались неизменными. Высокая мотивация к работе, несмотря на ухудшение функционального состояния оператора, способна до определенного уровня увеличить эффективности его деятельности (Александров, 2007).

Также для описания механизмов динамики функциональных состояний достаточно часто используется теория активации, описывающая связь между уровнем активации мозга и эффективностью выполнения различных действий, операций и навыков (Блок, 1970; Александров Ю.И., 2007). Это отношение обычно описывается куполообразной кривой, показывающей, что эффективность выполнения деятельности растет вместе с ростом уровня активации нервных центров, но до определенного уровня. И при чрезмерной активации нервных центров происходит снижение эффективности выполнения деятельности.

1.2.2. Понимание утомления как особого функционального состояния.

В настоящее время проблема исследования утомления становится все более актуальной, появляются новые исследования на данную тему в различных областях науки: в психологии, медицине, биохимии и других дисциплинах. В психологических исследованиях не редко под термином

«утомление» понимается определенное функциональное состояние, возникающее в результате интенсивной или длительной нагрузки и проявляющееся во временном нарушении ряда психических и физиологических функций человека, снижении эффективности и качества его деятельности (Непопалов, Сопов, Родионов и др., 2008).

Анализ функционального состояния человека в ходе выполнения им определенной деятельности требует учета не только физиологической составляющей, но также и психологических и социально-психологических факторов. Любое состояние человека можно описать комплексом различных параметров, к которым, в первую очередь, относятся физиологические системы организма: центральная нервная система, сердечно-сосудистая, дыхательная, двигательная, эндокринная и другие. Для различных функциональных состояний характерны определенные сдвиги в деятельности физиологических систем организма, которые отражаются также и в когнитивной сфере человека - в процессах внимания, восприятия, памяти, мышления. Наиболее четко это видно на функциональных состояниях, соответствующих крайним положениям - сильному эмоциональному напряжению или утомлению. При сильном эмоциональном напряжении, к примеру, начинают доминировать чувства тревоги, нервозности, страха и переживания опасности. При сильном утомлении человек испытывает чувства усталости, вялости, бессилия (Леонова, 1981).

При описании любого функционального состояния человека при выполнении им определенной деятельности, помимо физиологической составляющей, весьма важным фактором является учет поведенческих реакций, которые обычно делят на качественные и количественные. К таким параметрам можно отнести оценку эффективности и производительности труда, его интенсивности и темпа выполнения работы, число сбоев и ошибок, а также субъективное состояние и самочувствие самого человека. Н.Д. Левитов выделяет несколько компонентов утомления, развивающегося

при выполнении человеком определенной деятельности (Левитов, 1964). Среди этих компонентов можно выделить: 1) чувство слабосилия, при котором человек чувствует снижение работоспособности, но пока без падения производительности труда; 2) нарушения внимания; 3) расстройства в сенсорной области, которое, как правило, проявляется в изменении сенсорных порогов; 4) нарушения в моторной сфере, проявляющиеся в замедлении движений, сбое их ритма, снижении точности и координированности; 5) нарушения памяти и мышления, которые обычно относятся к сфере выполняемой деятельности; 6) ослабление воли, проявляющиеся в снижении таких качеств, как решительность, самоконтроль, выдержка; 7) сонливость.

Среди поведенческих характеристик утомления очень часто используются параметры времени реакции и ошибок. Множество исследований показали замедление времени реакции и снижение точности с развитием утомления (Lorist et al., 2000; Boksem et al., 2006; Trejo et al., 2005). Однако, в некоторых случаях может наблюдаться увеличение скорости, но также с увеличением количества ошибок (Jennings, 1976; Wickelgren, 1977; Sternberg, 2004).

Еще одним важным фактором в изучении различных состояний человека является понимание их как формируемых реакций (Зинченко, 1974). Это означает, что любое функциональное состояние формируется в конкретной ситуации и определяется этой ситуацией и причинами ее вызвавшими. Для состояния утомления, к примеру, первостепенное значение имеют факторы продолжительности воздействия нагрузки, вида нагрузки, ее организации во времени (Cameron, 1974; Розенблат, 1975). Так, например, при физическом утомлении типичными симптомами являются возрастание частоты сердечных сокращений, уменьшение силы сердечных сокращений, повышение артериального давления крови. Но при этом следует отметить, что отдельно взятые эти симптомы вряд ли могут диагностировать наличие

или отсутствие утомления. Если взять более дифференцированную картину изменений физиологических систем организма, их направлений и отношений между ними, то получится более полное и объективное представление. Разные виды трудовой деятельности предъявляют разные требования к организму и за счет этого нагрузка, которая накладывается на разные звенья, обеспечивающие выполнение этой деятельности, неодинакова (Егоров и др., 1973). Но эта связь между выполнением деятельности и динамикой физиологических процессов не является линейной. Так, обеспечение почти любых психофизиологических функций может осуществляться за счет компенсаторных механизмов, позволяющих поддерживать высокий уровень продуктивности деятельности. К примеру, при высокой мотивации, обусловленной различными социально-психологическими причинами, нередко наблюдается стойкое повышение показателей функционирования наиболее ответственных систем независимо от характера состояния (Леонова, 2004). У диспетчеров железнодорожного транспорта в конце смены наблюдается снижение порогов обнаружения звуковых сигналов, притом, что при утомлении обычно наблюдается падение сенсорной чувствительности (Медведев, 1970). Любые попытки поиска универсального средства оценки и диагностики конкретного функционального состояния приводили к неудачам из-за того, что они обычно не учитывали сам характер и тип выполняемой деятельности, а также комплекс требований, предъявляемых к организму (Cameron, 1974; Деревянко, 1976; Леонова, 1981). Из вышесказанного следует вывод: если мы хотим описать характеристики определенного функционального состояния при выполнении некоторой деятельности, к примеру, утомления - необходимо учитывать целый комплекс параметров, включающих психологические и социально-психологические аспекты, а также характер самой выполняемой деятельности и требования, предъявляемые ею к организму. Только таким способом мы сможем получить комплексную оценку конкретного функционального состояния.

В настоящее время существует множество теоретических и экспериментальных работ, посвященных утомлению, но до сих пор, не существует единой теории утомления, описывающей его механизмы (Розенблат, 1975; Cameron, 1974). Существует множество подходов, теорий, понятий утомления (Barlley, 1947). Наиболее часто под утомлением понимается временное снижение работоспособности под влиянием длительного воздействия нагрузки. Специфика утомления зависит от вида нагрузки, времени, необходимого для восстановления исходного уровня работоспособности и уровня локализации утомления (Леонова, 1981). Эти факторы составляют основу различных классификаций утомления: выделяют физическое и умственное утомление, острое и хроническое, рассматривают специфические виды утомления — мышечное, сенсорное, когнитивное и так далее (Платонов, 1970; Розенблат, 1975). Некоторые авторы говорят о том, что разные виды утомления, например, мышечное и умственное нельзя отделить одно от другого, так как они оба проявляются и при физической деятельности и при интеллектуальной. Интенсивная физическая работа приводит в первую очередь к мышечному утомлению, а усиленная или монотонная умственная нагрузка вызывает преимущественно утомление центрального типа (Окнин, 2004). Многие авторы говорят об индивидуальной подверженности утомлению. Н.Д. Левитов считает, что подверженность утомлению зависит от физического развития, здоровья, возраста, интереса и мотивации (Левитов 1964).

1.2.3. Отличие утомления от состояний монотонии и психического пресыщения.

Утомление не следует путать с такими близкими, но не тождественными ему состояниями, как монотония и психическое пресыщение, которые также сопровождаются ухудшением работоспособности (Ассев, 1975; Ильин, 1978; Непопалов и др., 2008).

Различия между этими состояниями проявляются и в поведенческом плане, и в субъективном. Утомление можно охарактеризовать как естественную реакцию, связанную с нарастанием напряжения при продолжительной работе, а два других состояния являются следствием однообразия деятельности, выполняемой в специфических условиях (бедность внешней среды, ограниченное поле работы, несложные стереотипные действия и так далее) (Ассев, 1975). М.И. Виноградов определяет монотонию следующим образом: «В физиологической основе монотонности лежит тормозящее действие однообразных повторных раздражителей, и оно проявляется тем скорее и глубже, чем ограниченнее раздражимая область коры, т.е. чем проще состав раздражающей стереотипной системы» (по Никитиной, 1999). Для монотонии характерны: погружение человека в дремотное состояние; понижение психической активности, которая снижает реактивность и способность к переключению, и возникает она задолго до истинного утомления (Непопалов и др., 2008). Состояния психического пресыщения связаны с развитием аффективного эмоционального комплекса в ответ на выполнение однообразной и стереотипной деятельности. Характерным является эффект «аккумулирования», при котором повторение монотонной работы в схожих условиях вызывает психическое пресыщение значительно раньше (Непопалов и др., 2008). Механизмы психического пресыщения объясняются тем, что напряжение в мотивационной сфере выполняемого действия из-за его непрерывного повторения становится ниже, чем в других системах напряжения. После чего, эти системы начинают определять поведение человека, и он отказывается выполнять монотонную работу, переключаясь на другую (Непопалов и др., 2008). Можно привести пример из психологии спорта, где было показано, что психическое пресыщение часто наступает в период перехода от выполнения объемных нагрузок к более скоростным, но идентичным по структуре. Это происходит из-за того, что спортсмен, стремясь избежать однообразия, начинает менять темп на более скоростной,

что приводит к преждевременному вхождению в спортивную форму (Сопов, 2002).

Таким образом, различия между состояниями утомления, монотонии и психического пресыщения становятся вполне отчетливыми при анализе их проявлений на поведенческом, физиологическом и психологическом уровнях (Леонова, 1981). Для монотонии характерным изменением является общее снижение активности обеспечивающих деятельность процессов. Для состояния утомления, напротив, свойственна диссоциация этих процессов по мере нарастания напряжения, что проявляется в росте рассогласования между отдельными показателями (Ассев, 1975). Но также не следует забывать, что разделение состояний монотонии и психического пресыщения являются относительными, так как, во-первых, они оказывают взаимное влияние друг на друга; во-вторых, они суммированно действуют на состояние человека; в-третьих, как правило, они не встречаются в крайних формах, поэтому возможно исследовать в основном только их сочетания.

С точки зрения физиологии, утомления приводит к истощению внутренних ресурсов организма, что вынуждает его переходить на менее выгодные способы функционирования. Это может проявляться в увеличении частоты сердечных сокращений, задействовании большего числа мышечных единиц при реализации двигательного акта при ослаблении сокращений отдельных мышечных волокон. Также это может отражаться в устойчивости вегетативных функций, снижении силы и скорости мышечного сокращения, дискоординации в работе регуляторных систем, затруднениях выработки и торможения условных рефлексов. Вследствие этого замедляется темп работы, нарушаются точность, ритмичность и координация движений (Леонова, 1981).

Развитие утомления проявляется также и на когнитивной сфере человека. Очень часто происходит снижение сенсорной чувствительности в

различных модальностях, что отражается в увеличении абсолютных и дифференциальных порогов для этих модальностей.

При утомлении часто наблюдается замедление реагирования — увеличивается время простой сенсомоторной реакции и реакции выбора. Однако может наблюдаться увеличение скорости, сопровождаемое ростом числа ошибок. Утомления часто приводит к распаду выполнения сложных двигательных навыков из-за некоординированной реализации отдельных моторных актов.

Одним из наиболее важных показателей утомления является сужение объема внимания, сложности в его переключении и распределении, что может являться нарушением процессов сознательного контроля за выполнением деятельности. Также часто наблюдается снижение эффективности кратковременной памяти, связаной с ухудшением удержания информации в системе кратковременного хранения и операций семантического кодирования. Эффективность процесса мышления существенно снижается за счет преобладания стереотипных способов решения задач в ситуациях, требующих принятия новых решений, или своеобразных феноменов нарушения целенаправленности интеллектуальных актов. Также при развитии утомления происходит трансформация мотивов деятельности - переход от адекватной мотивации к мотивации прекращения деятельности (Леонова, 1981).

При анализе динамики развития утомления многие исследователи выделяют несколько стадий. Такая классификация на стадии осуществляется обычно на основе анализа общих закономерностей динамики работоспособности в процессе длительного выполнения деятельности. Традиционным способом выделения стадий работоспособности является анализ так называемой кривой работоспособности — зависимости между эффективностью деятельности и временем ее выполнения (Деревянко, 1959; Косилов, 1965; Виноградова, 1969). Существуют различные подходы к

описанию этой кривой работоспособности и выделению стадий развития утомления, но можно выделить наиболее общие и типичные стадии: в начале работы наблюдается период врабатывания, затем следует стадия оптимальной работоспособности, после чего наступает стадия утомления и конечного порыва. Но характер и длительность этих стадий зависит от множества параметров и факторов. Деревянко Е.А. выделил 6 стадий динамики утомления (Деревянко, 1959): 1 - период врабатываемости; 2 -период оптимальной работоспособности; 3 - период полной компенсации; 4 - период неустойчивой компенсации, 5 - конечный порыв; 6 - прогрессирующее снижение продуктивности.

Появление симптомов утомления свидетельствует о недостаточности ресурсов и компенсаторных механизмов для поддержания эффективности деятельности. Восстановление оптимального уровня работоспособности предполагает прекращение выполнения деятельности, вызвавшей утомление, на определенный период времени. Если же продолжительность и полноценность периодов отдыха недостаточны, но происходит накопление утомления, что в свою очередь может привести к переутомлению (Cameron, 1974).

Важным направлением исследования утомления является изучение хронического утомления. Одними из первых симптомов являются чувства постоянной усталости, повышенной утомляемости, сонливости, вялости (Платонов, 1970). На начальных стадиях развития хронического утомления объективные признаки выражены слабо. Но так как главной задачей диагностики хронического утомления является его выявление на ранних стадиях, то стоит важный вопрос поиска надежных индикаторов его возникновения. Большое значение имеет анализ субъективных признаков, но также информативный вклад вносит анализ соотношений продолжительности отдельных стадий работоспособности, главным образом стадий врабатывания и оптимальной работоспособности (Медведев, 1970).

1.3. Современные подходы к исследованию состояний утомления. 1.3.1. Поиск субъективных и объективных маркеров утомления.

В настоящее время существует множество методов, используемых для оценки функциональных состояний, в том числе и утомления. Практически все методы можно разделить на три основные группы: 1. Физиологические и психофизиологические методы; 2. Поведенческие методы; 3. Субъективные методы (Зинченко В.П. и др., 1977). Иногда используется дихотическая классификация на физиологические и психологические методы (Леонова, 1994).

Многие исследования в области изучения утомления направлены на поиск объективных коррелятов динамики функциональных состояний организма. Под такими коррелятами обычно понимаются определенные сдвиги в различных физиологических системах организма человека. Несомненным плюсом таких исследований является их объективность и возможность получения количественной оценки в сдвигах функциональных систем организма. В качестве возможных индикаторов динамики функциональных состояний рассматриваются различные показатели работы центральной и вегетативной нервных систем, среди которых можно выделить электроэнцефалограмму (ЭЭГ), электромиограмму (ЭМГ), кожно-гальваническую реакцию (КГР), частоту сердечных сокращений, тонус сосудов, величину диаметра зрачка и другие. Помимо психофизиологических показателей, все большую популярность набирают исследования биохимических и молекулярно-генетических коррелятов утомления (Франкснхойзер, 1970; Newsholme et al., 1995; Meeusen et al., 2007; Зинченко, 2011). Но, пожалуй, наибольшее развитие среди физиологических методов в исследовании утомления получил метод электроэнцефалограммы, или ЭЭГ. Уже давно показано, что электрическая активность мозга может служить непосредственным индикатором и коррелятом многих психофизиологических

состояний (Данилова, 2004; Александров, 2007). Так, к примеру, развивающееся утомление отражается на ЭЭГ в виде десинхронизации альфа-ритма, а также в увеличении мощности медленной ритмики - тета и дельта ритмов (Данилова, 2004; Александров, 2007). При увеличении утомления мощность тета- и дельта-ритмов усиливается, а десинхронизация альфа ритма перерастает в гиперсинхронизацию (Караджов и др., 1976; Данилова, 2004).

В основе психологических методов диагностики утомления чаще всего лежит оценка успешности выполнения определенного вида деятельности. При этом анализируются динамика показателей количества, качества и скорости выполнения задачи (Леонова, 1994). Для диагностики состояний могут использоваться почти любые из разработанных в экспериментальной психологии методик, оценивающих эффективность процессов восприятия, внимания, памяти, мышления. К таким методикам можно отнести корректурную пробу Бурдона, таблицы Шульте, комбинационный метод Эббингауза, метод парных ассоциаций, методики непрерывного счета Крепелина и элементарной шифровки Пьерона — Рузера, предназначенные для анализа интеллектуальных процессов. Перечисленные тесты в их многочисленных модификациях широко используются и в современной диагностической практике (Леонова, 1994). К данной группе методов также относятся различные психометрические процедуры, к которым можно отнести определения абсолютных и дифференциальных порогов чувствительности в различных модальностях, определение критической частоты слияния мельканий (КЧСМ) (Медведев, 1970; Деревянко, 1959).

Еще одной важной группой методик, относящихся к психологической группе методов, является анализ динамики различных проявлений двигательной активности человека (Леонова, 1994). На анализ двигательной активности также направлены и физиологические методики такие, например, как электромиограмма, или ЭМГ. Среди психологических методик довольно типичными являются различные варианты степ-теста и теппинг-теста, но

наиболее обширной группой методик является определение времени реакции при выполнении различных сенсомоторных задач (Бойко, 1964; Hayes, 1976). При анализе времени реакции обычно выделяются латентная и исполнительная части, которые позволяют судить о процессах принятия решений, регуляции двигательного акта (Леонова, 1994). Основными показателями выполнения психометрических тестов является успешность и скорость выполнения заданий. Но при этом эти критерии не всегда линейно связаны с уровнем развития утомления. Так, например, по увеличению количества ошибок еще можно судить о развитии утомления, а вот по скорости реакции - не всегда. В некоторых исследованиях было показано, что в одних заданиях на скорость реакции происходит уменьшение скорости при развитии утомления, например, в простой зрительно-моторной задаче; а в других, наоборот, увеличение скорости, например, в реакции выбора (Jennings, 1976; Wickelgren, 1977; Sternberg, 2004). Поэтому развитие данного направления направлено на поиск интегральных критериев оценки эффективности.

Сама идея использования комплексного подхода к изучению функциональных состояний, в том числе утомления, не является новой. Еще Нечаев А.П. в 1926 году, проанализировав множество методик оценки утомления, пришел к выводу, что эти методики, взятые отдельно, не позволяют судить о наличии утомления (Нечаев, 1926). Он говорит о необходимости одновременной регистрации сенсорной и моторной готовности человека и соотношения между ними.

В современных исследованиях авторы стремятся к использованию в своих экспериментах более разнообразных методов и методик, отражающих характеристики и свойства функционирования различных систем организма. Центральной проблемой при этом является выбор из большого числа имеющихся наиболее надежных и удобных для практического использования методик. Пригодность того или иного показателя для оценки

функционального состояния должна оцениваться по степени его информативности, которая определяется, во-первых, по тому, насколько полно он отражает состояние исследуемой системы, а во-вторых, по степени его устойчивости (Леонова, 1994). Таким образом, определенный показатель может использоваться для оценки функционального состояния, например, утомления, если он достаточно полно отражает состояние этой системы и обладает определенной степенью устойчивости, отражая не любые спонтанные колебания, а фиксируя изменения анализируемой системы.

По данным многочисленных исследований было показано, что развитие утомления сопровождается изменением целого комплекса показателей, включающих в себя как субъективные, так и поведенческие, физиологические и психофизиологические (Klimesh, 1999; Lorist et al., 2000; Boksem et al., 2006). Изменение субъективных показателей обычно определяется с помощью тестов и опросников, в которых испытуемые отмечают свое субъективное состояние до утомления и после. Множество исследований показало, что утомление сильно отражается на субъективном состоянии человека: снижается активность, самочувствие (Wijesuriya et al., 2007); уменьшается энергичность, спокойствие и возрастает усталость (Lorist et al., 2000; Trejo et al., 2005; Cheng, 2011).

При исследовании поведенческих характеристик утомления достаточно часто используются показатели времени реакции. Во многих исследованиях доказано, что после длительной когнитивной нагрузки, например, решения арифметических задач, наблюдается значимое увеличение простой зрительно-моторной реакции, которое в свою очередь сопровождается снижением точности выполнения задания (Lorist et al., 2000; Trejo et al., 2005; Boksem et al., 2006). При этом некоторые авторы обнаружили, что при выполнении реакции выбора после длительной когнитивной нагрузки, наблюдается не увеличение времени реакции, а ее снижение, и вместе с этим возрастает количество ошибок. Этот эффект был

назван «Компромиссом скорости и точности» (Jennings, 1976; Wickelgren, 1977; Sternberg, 2004). Разные исследователи предлагали различные теории объяснения этого феномена. Одной из основных является теория о том, что с увеличением времени выполнения задания, то есть с возрастанием утомления происходит смещение отношения между контролируемым ответом на стимул и случайным ответом на него, который по латенции гораздо короче контролируемого. И по мере увеличения утомления это соотношение смещается в сторону случайных ответов (Oilman, 1966; Yellott, 1971). Таким образом, при увеличении утомления происходит уменьшение скорости ответа и возрастание количества ошибок. Еще одной теорией, объясняющей уменьшение времени реакции выбора после длительной когнитивной нагрузки является гипотеза о том, что во время выполнения задания у испытуемого постоянно копится информация о уже выполненных заданиях, что позволяет ему быстрее отвечать на стимул, но из-за влияния утомления на когнитивную сферу происходит увеличение количества ошибок (Knight, 1974).

1.3.2.Электроэнцефалографические и молекулярно-генетические индикаторы утомления.

Современный подход к проблеме исследования утомления предполагает использование современной техники и методов. В психофизиологии в настоящее время активно используются различные методы такие, например, как многоканальная электроэнцефалография (ЭЭГ), позволяющая не только четко прослеживать динамику биоритмов мозга в разных функциональных состояниях и при выполнении различных задач, но также и локализовать данную активность в различных структурах мозга. Также широко используемый метод вызванных потенциалов (ВП) позволяет прослеживать динамические характеристики ответных реакций мозга на различные задания, например, исследование особенностей внимания или

утомления. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) позволяет определять активность в структурах мозга, задействованных в выполнении той или иной когнитивной деятельности, а также активацию в различных областях мозга при различных функциональных состояниях. Комплексный и интегративный подход к использованию данных методов позволяет получать объективное представление о различных процессах, происходящих в мозге, в том числе, и о процессе утомления. В настоящее время получено множество данных, подтверждающих и дополняющих ранее полученные результаты, связанные с процессами утомления (Lorist et al, 2003; Murataa et al, 2004; Boksera et al, 2005; DeLuca et al., 2005; Trejo et al, 2005, 2007; Liu et al, 2006; Jap et al, 2009; Lorist et al, 2009).

ЭЭГ является результатом суммации элементарных процессов, протекающих в нейронах головного мозга, и представляет собой сложный нелинейный колебательный процесс (Душенин Д.Ю., 2011). Одной из распространенных моделей в настоящее время является концепция статистического отображения активности множественных нейронных потенциалов в суммарной ЭЭГ (Зенков, Ронкин, 2004). Она предполагает, что ЭЭГ является результатом сложной суммации электрических потенциалов независимо работающих нейронов. Отклонения от случайного распределения в данной модели будут связаны с изменением функционального состояния. При некоторых функциональных состояниях мозга наблюдается высокая синхронизация активности нейронов, - в таких случаях будет наблюдаться значительное отклонение от случайного распределения, что может отражаться в повышении амплитуды суммарных потенциалов и увеличении когерентности между элементарными и суммарными процессами.

При высоком уровне функциональной активности мозга, который наблюдается при повышенном внимании, эмоциональном напряжении, наблюдается увеличение объема воспринимаемой и перерабатываемой мозгом информации, что, в свою очередь, требует большей автономии

нейронов для повышения информационной содержательности осуществления их функций. Повышение автономии деятельности нейронов отражается в десинхронизации электрической активности мозга (Данилова, 1970).

При снижении же функциональной активности мозга происходит объединение отдельных нейронов в большие синхронизированные группы, и их активность становится зависимой от деятельности этих больших популяций нейронов. В результате этого, на ЭЭГ наблюдается высокая синхронизация электрической активности мозга, которая соответствует меньшей информационной содеражательности процессов мозга (Зенков, Ронкин, 2004).

А) ЭЭГ корреляты утомления.

Многочисленные исследования, проведенные в области психофизиологии утомления, показали, что различные показатели ЭЭГ коррелируют с параметрами утомления. К таким показателям ЭЭГ можно отнести увеличение мощностей медленных ритмов (тета и альфа), индивидуальный альфа ритм, индекс утомления. В различных исследованиях было показано, что утомление отражается в увеличении мощности альфа ритма в теменных и затылочных областях, а также в увеличении мощности тета ритма в лобных областях (Boksmen et al., 2005; Jap, 2009; Cheng, 2011, Trejo et al., 2005, Loi et al., 2007). Буксем показал, что мощность тета ритма после длительной когнитивной нагрузки значимо повышается во фронтальных медиальных электродах, мощность же нижнего альфа ритма после утомления была выше в теменных областях, а мощность верхнего альфа ритма была выше в затылочных регионах (Boksmen et al., 2005). Трейо показал, что после 3 часов непрерывного решения арифметических задач наблюдается значимое увеличение мощности фронтального тета ритма и теменного альфа ритма (Trejo et al., 2005). Лэл и Крейг обнаружили в своем исследовании на примере имитации ситуации вождения у профессиональных водителей и непрофессионалов в двух независимых сериях, что тета ритм

обладает тенденцией к увеличению при длительной когнитивной нагрузке, а также характеризуется высокой степенью воспроизводимости (Lai et al., 2007). В другом исследовании Лэл и Бекиарис показали на примере имитации ситуации вождения у опытных водителей, что ситуация, требующая усиленного внимания в течение длительного времени, отражается на ЭЭГ увеличением мощности тета ритма и уменьшением мощности альфа ритма. При проведении повторного эксперимента была доказана достоверность этих данных (Lai et al., 2007). Ченг с соавторами показали, что после 3 часов непрерывного решения зрительных арифметических задач наблюдается увеличение мощности тета ритма и уменьшение мощности альфа (Cheng, 2011). Снижение мощности альфа ритма после решения арифметических задач некоторые ученые объясняют тем, что подобная когнитивная нагрузка требует задействования рабочей памяти, что в свою очередь приводит к подавлению альфа ритма на ЭЭГ (Klimesh, 1997).

Некоторые исследователи отмечают уменьшение бета ритма во фронтальных областях после длительной когнитивной нагрузки (Lai et al., 2007; Jap, 2009), хотя некоторые ученые, наоборот, отмечают увеличение мощности бета ритма во время длительного выполнения когнитивных задач. Буксем отмечает увеличение бета ритма после длительной когнитивной нагрузки во фронтальных отведениях (F3, F4). (Boksmen et al., 2005). Климеш предполагает, что увеличение мощности в нижнем бета диапазоне связан с увеличением усилий, которые необходимо приложить испытуемому для поддержания высокой концентрации внимания во время выполнения заданий (Klimesh, 1999).

Ченг с соавторами исследовали также эффективность использования различных алгоритмов, отражающих соотношение мощностей ритмов ЭЭГ, для определения состояния утомления. В своем исследовании они использовали 3 индекса: тета/альфа, бета/альфа, (альфа+тета)/бета. В ходе эксперимента было показано, что лучшие результаты по детекции утомления

были получены с помощью индекса (альфа+тета)/бета (Cheng, 2011). Джап с соавторами также исследовали различные алгоритмы вычисления индекса утомления: ((тета+альфа)/бета, альфа/бета, (альфа+тета)/(альфа+бета), тета/бета) (Jap, 2009). Они, также как и Ченг, показали, что алгоритм (тета+альфа)/бета имеет наибольшее увеличение после длительной когнитивной нагрузки и является наиболее чувствительным к изменениям функционального состояния по сравнению с остальными. Джап показал, что данный индекс наиболее сильно увеличивается в центральных, теменных и височных областях при закрытых глазах и в теменных и височных областях при открытых глазах. Также Джап показал увеличение дельта и тета активности во фронтальных, центральных и теменных регионах (Jap, 2009).

Альфа ритм хорошо видно в состоянии физического и умственного расслабления (Golojahani, 2012). На ЭЭГ в спокойном состоянии обычно хорошо видно отдельный пик на частоте альфа ритма (8-14 Hz). Данный параметр имеет высокую интраиндивидуальную стабильность (Fernandes, 1993; Binni, 2003), а также достаточно сильную вариацию между отдельными людьми и изменчивость с возрастом (Klimesh, 1999). В исследовании Питерсона было показано, что у взрослого человека среднее значение индивидуального альфа пика составляет 10.2+/-0.9 Гц (Peterson, 1971). В целом ряде исследований было показано, что альфа пик характеризуется увеличением с детства до пубертата (Epstein, 1980). У взрослых людей, наоборот, альфа пик характеризуется уменьшением с возрастом - с 20 до 70 лет его частота уменьшается в среднем с 10,89 Гц до 8,24 Гц (Klimesh, 1997). Существуют различные способы вычисления индивидуального альфа пика. Одним из основных способов является определение частоты, на которой возникает альфа пик (индивидуальный альфа пик). Другим, также часто используемым, способом является нахождение средневзвешенного центра альфа ритма (индивидуальная частота альфа ритма) (Klimesh 1999; Angealakis, 2004). Для этого способа для каждого шага частоты в диапазоне

альфа ритма (8-14 Гц) подсчитывается максимальное значение мощности, после чего высчитывается средневзвешенное значение мощности в альфа диапазоне и определяется частота альфа ритма, на которой наблюдается эта мощность (КИшевИ, 1999). Первый способ определения пика альфа ритма является исторически более ранним и состоит в определении частоты, на которой наблюдается максимальная мощность альфа ритма (ОаЦаЬаш, 2012). Но данный метод достаточно плохо работает в тех случаях, когда на ЭЭГ наблюдается не один, а несколько пиков альфа ритма. В таких случаях обычно используется метод определения средневзвешенного пика.

Различные исследования показывают, что пик альфа ритма положительно коррелирует с успешностью выполнения когнитивных функций таких, как внимание, память, скоростью протекания информационных процессов (КНтезЬ, 1999; Angealakis, 2004). Частота индивидуального альфа ритма возрастает больше в правом полушарии при выполнении зрительных заданий и больше в левом при выполнении арифметических заданий (Ап§еа1аЫз, 2004). Климеш показал, что испытуемые со сниженными мнестическими способностями характеризуются снижением пика альфа ритма во время выполнения заданий на память, а испытуемые с высокими мнестическими способностями характеризуются стабильностью пика альфа ритма в различных условиях (КИшевЬ, 1993). Также Климеш показал, что испытуемые с высокими мнестическими способностями и высокой скоростью обработки информации характеризуются частотой альфа пика в среднем на 1 Гц большей по сравнению с контрольной группой (КИшевЬ 1996, 1997). Различные исследования показали, что целый ряд психических заболеваний также связан со снижением частоты индивидуального альфа пика - болезнь Альцгеймера, шизофрения, синдром хронического усталости, полушарный инсульт (Ап§еа1акк, 2004).

Б) Молекулярно-генетические корреляты утомления.

Многочисленные исследования (Newsholme, 1992, 1995; Davis, 1995, 1997, 2000; Salamoneet al, 1999, 2010a, 2010b; Blomstrand, 2001; Nieoullon, 2002; Narita et al, 2003; Loristet al, 2005; Fernstrom, 2006; Meeusen R, 2007; Gosso, 2008; Foley et al., 2008; Sysoeva et al., 2009; Bolton, 2010; Barnes, 2011) показывают также связь между утомлением и уровнем концентрации определенных нейромедиаторов, преимущественно с дофамином и серотонином. Определенный уровень концентрации дофамина и серотонина зависит от наличия тех или иных полиморфизмов, связанных с транспортировкой, удалением этих нейромедиаторов, а также с плотностью рецепторов для них. Меузен показал, что высокая концентрация серотонина ведет к увеличению скорости развития утомления из-за того, что серотонин играет важную роль в процассе сна (Meeusen R, 2007). Повышение же концентрации дофамина и норадреналина ведет к увеличению мотивации и возбуждения (Salamone et al, 1999, 2010а).

Связь серотонина с утомлением. Серотонин (5-НТ или 5-hydroxytryptamine) играет важную роль в регуляции эмоционального поведения (Lesch, 2000; Adayev, 2005) и эмоционального статуса человека (Stein, 2000; Balaban, 2002). Серотонинергическая система является одной из важнейших мишеней для лечения таких психических расстройств, как депрессия, тревожность, панические атаки, обсессивно-компульсивный синдром (Tamminga, 2002).

Серотонинергические нейроны широко распространены в центральной нервной системе, преимущественно они локализованы в ядрах ствола мозга -в ядрах шва (Николе, 2003). Ядра шва, расположенные в области среднего мозга и моста, иннервируют почти весь мозг и вместе с проекциями из голубого пятна образуют часть восходящей активирующей ретикулярной системы. Серотонинергические нейроны иннервируют обширные области мозга, включающие кору больших полушарий, гиппокамп, бледный шар,

миндалину, область гипоталамуса (рисунок 1). Отличительной чертой распределения в ЦНС серотонина является то, что его высвобождает лишь небольшое количество нейронов. Однако они настолько сильно разветвляются, что каждый нейрон посылает тысячи отростков по всей ЦНС. Такая морфология сочетается с физиологической ролью серотонинсодержащих нейронов в модулировании синаптической активности в различных областях ЦНС, в результате чего они регулируют такие глобальные функции, как внимание, пробуждение, цикл сон-бодрствование и настроение (Зинченко и др., 2011; Николе, 2003).

Рисунок 1. Серотонинергические пути в мозге человека (Николлс и

др., 2008)

Транспортер серотонина (5-НТТ) и его связь с утомлением. В настоящее время в литературе существует множество работ, посвященных исследованию гена серотонинового транспортера (5-НТТ) (Retz, 2004; Sander, 1998). Переносчик серотонина (5-НТ transporter gene, 5-НТТ) состоит из 630 аминокислот (Dennis, 2004) и играет важную роль в трансмиссии серотонина в головном мозге, а также во многих периферических тканях. Он удаляет серотонин из синаптической щели и определяет величину и продолжительность сигнала на постсинаптической мембране. После выброса серотонина в синапс, транспортер перемещает его в пресинаптический нейрон, где он возвращается в нейромедиаторный пул.

Одним из наиболее изученных полиморфизмов является 5HTTLPR (5-НТТ gene-linked polymorphic region). Под генетическим полиморфизмом понимается участок гена, для которого в популяции существует более одного варианта нуклеотидной последовательности. Наиболее часто встречаются однонуклеотидные полиморфизмы (SNP от single nucleotide polymorphism) -замена одного нуклеотида на другой в конкретной точке генома.

В полиморфизме 5HTTLPR обычно выделяют два аллеля - короткий «S» и длинный «L». Короткие и длинные аллели 5-HTTLPR по-разному влияют на транспортер серотонина, они приводят к различиям в мРНК, плотности белка и активности серотонина в головном мозге. При коротком аллеле (S) транспортер серотонина в меньшей степени представлен на пресинаптической мембране, чем при длинном (L). При наличии одной или двух S аллелей транскрипция 5-НТТ снижается на 60-70% в головном мозге и на 30-40% в лимфобластах по сравнению с гомозиготой по L аллели (Зинченко и др., 2011).

Ряд авторов в свою очередь связывают скорость развития утомления с наличием определенных полиморфизмов гена 5НТТ. В частности было показано, что наличие полиморфизма S в гене 5НТТ ведет к более быстрому развитию утомления, по сравнению с LL полиморфизмом (Davis, 1995; Weicker, 2001; Meeusen, 2007).

Викер исследовал, как пароксетин (селективный ингибитор обратного захвата серотонина) влияет на выносливость атлетов, выполняющих тест на велоэргометре до отказа на средней интенсивности. Викер показал, что при приеме пароксетина время до наступления истощения на велоэргометре сокращается и ухудшаются показатели эффективности когнитивной деятельности после теста по сравнению с плацебо или без приема пароксетина (Weicker, 2001). В отличие результатов Викера, Барнетт показал, что 5НТТ не имеет значимого влияния на префронтальные когнитивные функции (Barnett, 2011).

Также было показано, что у пациентов с синдромом хронической усталости, по сравнению с нормой, значимо чаще встречаются длинный аллель L в гене 5НТТ (Narita et al., 2003). LL полиморфизм сопряжен с более активным транспортом серотонина из синаптической щели, по сравнению с SS- и SL-носителями (Зинченко и др., 2011).

Связь дофамина с утомлением. Многие ученые сходятся в том, что дофаминергическая система играет важную роль в формировании когнитивной сферы человека. На рисунке 2 представлены основные дофаминергические пути в мозге.

В настоящее время появляется все больше работ, посвященных исследованию генетических основ поведения, важную роль в котором играет дофаминергическая система мозга. Перспективными кандидатами для изучения генетической природы поведения являются гены, кодирующие ключевые белки, участвующие в передаче дофаминергического сигнала, синтезе дофамина, его высвобождения в синаптическую щель. Прекращение воздействия дофамина на постсинаптический нейрон осуществляется путем обратного захвата медиатора белками-переносчиками (DAT) или путем разрушения в межклеточном пространстве ферментами (СОМТ, МАО).

Исследования последних лет показали, что в мозге млекопитающих обнаружено несколько типов дофаминергических рецепторов. Основными типами дофаминовых рецепторов являются Д1- и Д2-рецепторы. Недавно были открыты также рецепторы ДЗ, Д4 и Д5. Рецепторы дофамина локализованы как на пре-, так и на постсинаптической мембране. Предполагается, что пресинаптические ауторецепторы, принадлежащие к Д2 и ДЗ подтипу, могут находиться на соме, дендритах и нервных терминалях. Они принимают участие в регуляции процессов синтеза и высвобождения дофамина во внеклеточное пространство. Для постсинаптических (Д1, Д4, Д5) рецепторов характерна локализация не только в области синаптического

контакта, но и в значительном удалении от нее, что говорит о возможном действии медиатора вне синаптических терминалий.

Рецептор дофамина второго типа (DRD2, Д2-рецептор). Как уже было отмечено, дофаминовый рецептор второго типа относится к ауторецепторам, принимающим участие в регуляции процессов синтеза и высвобождения дофамина во внеклеточное пространство.

Стимуляция Д2-рецепторов приводит к торможению передачи нервного импульса в симпатических ганглиях, снижению выделения дофамина и норадреналина из симпатических окончаний. Д2-рецептор ингибирует аденилатциклазу и Са-канал, но активирует К-канал. Д2-подобные рецепторы преобладают в стриатуме — хвостатом ядре и скорлупе, но имеются также в поясной извилине и коре островка (Joyce, 1986).

Одним из наиболее хорошо изученных полиморфизмов гена DRD2 является полиморфизм TaqI А. Он определяет плотность рецепторов дофамина второго типа в синаптической щели. У носителей аллеля А1 наблюдается 30-40% уменьшения плотности этих рецепторов, по сравнению с плотностью рецепторов у носителей генотипа А2А2. Аллель А1 встречается в популяции россиян с частотой 0.172, а аллель А2 - 0.828 (Kidd, 1998).

В нескольких работах было показано, что аллель А1 ассоциирован со снижением уровня дофамина в ЦНС. Также известно, что наличие аллеля А1 ведет к снижению сродства рецепторов к дофамину (Ritchie, 2003) и к уменьшению плотности дофаминовых рецепторов второго типа в стриатуме (Thompson, 1997). Считается, что стриатум является структурой принятия решения на уровне поведенческих реакций и одним из отделов головного мозга, отвечающих за регуляцию адаптивного поведения.

Рецептор Д2 был исследован на предмет ассоциации с чертами характера. Цай и соавторы обнаружили ассоциацию аллеля А1 с высоким уровнем интеллекта у женщин (Tsai, 2002). Исследования зависимости

полиморфизма TaqlA от такой черты поведения, как креативность, показали, что носители аллеля AI обладают повышенном уровнем индекса вербальной и общей креативности (Reuter, 2006). Блум и соавторы обнаружили ассоциацию аллеля AI полиморфизма Taql с шизоидным или избегающим поведением (Blum, 1997). Посредством TPQ опросника было показано, что у носителей аллеля AI наблюдаются повышенные показатели по шкале "поиска новизны" (Kaasinen, 2004).

Катехол-О-метилтрансфераза (СОМТ) и утомление. Два фермента отвечают за катаболизм катехоламинов в мозге: катехол-О-метилтрансфераза (СОМТ) и моноаминоксидаза (МАО). Фермент катехол-О-метилтрансфераза отвечает за разрушение в организме таких нейромедиаторов, как дофамин и норадреналин. Чем активнее работает данный фермент, тем быстрее разлагаются эти нейромедиаторы и тем меньше их количество в мозге и организме в целом.

СОМТ является ключевым ферментом в деградации дофамина в префронтальной коре головного мозга человека. СОМТ деградирует около 15% дофамина в стриатуме и прилежащих ядрах и более 60% во фронтальной коре(Кагоит, 1994).

В последние годы было опубликовано несколько исследований, в которых показана связь СОМТ и таких психологических характеристик, как тревожность, экстраверсия, беспокойство, избегание ущерба, поиск новизны, агрессивность.

Учеными было обнаружено, что оптимальное количество дофамина положительно сказывается на рабочей памяти, а слишком малое или избыточное количество дофамина нарушает когнитивные способности. Было установлено, что для регулировки такого оптимального баланса дофамина задействована внутриклеточная сигнальная молекула - циклический аденозинмонофосфат (сАМР). Также известно, что один из основных дофаминовых путей находится в префронтальной коре, таким образом,

наблюдается зависимость когнитивных способностей от содержания дофамина в данной области мозга. Базовое количество дофамина в префронтальной коре связано с вариациями гена СОМТ, кодирующего фермент катехол-О-метилтрансферазу.

Одним из наиболее хорошо изученных полиморфизмов гена СОМТ является Vall58Met. У носителей аллеля М наблюдается снижение активности фермента на 40% (Chen, 2004). Гетерозигота имеет средний уровень активности. Частота встречаемости аллеля М варьирует в различных популяциях от 0.01 до 0.62, а для популяции русских приблизительно равна 0.5 (Palmatier, 1999).

Полиморфизм Vall58Met СОМТ широко изучен на предмет ассоциации с агрессивным поведением. Было проведено небольшое исследование социально опасного поведения пациентов, страдающих шизофренией. Результаты свидетельствуют о проявлении повышенной агрессивности у носителей мутантного М-аллеля (Strous, 1997). Ассоциация М-аллеля с агрессивностью была подтверждена другим исследованием пациентов с диагнозом - шизофрения или шизоидные расстройства, в котором больных, совершивших множественные нападения, сравнивали с мирными пациентами (Lachman, 1998). Вышеописанные данные проведены на пациентах, страдающих шизоидными расстройствами, что осложняет проекцию выводов на здоровых людей. В исследовании Куликовой и соавторов (Куликова, 2008) были подтверждены данные Джонса и соавторов (Jones, 2001), обнаруживших, что повышенная физическая агрессия, направленная на окружающих, ассоциирована с генотипом VV. Также ранее в исследовании Рейтера и Хеннига (Reuter, 2006) было обнаружено, что носители VV обладают более высокими уровнем экстраверсии, чем носители М аллеля.

Соломон показал, что дофамин в прилежащем ядре участвует в энергетических затратах поведенческой активации и поддержании высоких темпов работы, таким образом отвечая за функции, которые отражают

область перекрытия двигательных и мотивационных процессов (8а1ашопе е1 а1., 1999). Лорист и Буксем также показали, что испытуемые с недостатком дофамина в передней поясной извилине и полосатом теле испытывают более сильное умственное утомление после двух часовой непрерывной когнитивной нагрузки, чем испытуемые с нормальным уровнем дофамина (Ьо!^ <* а1., 2005).

Рисунок 2. Дофаминергические пути в мозге человека (Николлс и др.,

2008)

1.4. Выводы из литературного обзора

Из представленного литературного обзора мы можем сделать несколько выводов, касающихся современного состояния научных исследований по утомлению, а также еще нерешенных задач в данной области. Из представленной картины мы видим, что в настоящее время данная проблема является весьма актуальной и требующей использования хорошего методологического аппарата, включающего в себя комплексную оценку данного состояния. Мы видим, что общее направление исследования утомления движется в сторону использования комплексного подхода, учитывающего разноуровневые показатели: субъективные, поведенческие, электрофизиологические, генетические. Однако в настоящее время еще не существует работ, учитывающих все эти уровни. В нашей работе впервые делается попытка обширного исследования утомления, включающего все перечисленные уровни. В настоящее время проведено достаточно большое количество экспериментов и накоплен значительный материал в области психологии и психофизиологии утомления, биохимии утомления и др.

Также одной из проблем, существующих в области исследования утомления, как мы видим из литературного обзора, является неоднозначность и разнонаправленность некоторых электрофизиологических показателей, к примеру, динамики альфа, бета и тета ритмов. Как правило, это связано с тем, что различные исследователи используют различные схемы экспериментов, которые не всегда приводят к развитию состояний утомления, так как пороги его развития у каждого человека индивидуальны и зависят от различных факторов. В соответствии с чем, в нашем исследовании мы попытались сделать схему и длительность эксперимента, наиболее подходящие для диагностики состояний утомления. В нашем исследовании мы пытаемся решить эту проблему, во-первых, за счет длительности эксперимента. Общая длительность одного эксперимента в нашем исследовании составила около

четырех часов. Показано, что одни люди могут долго не утомляться при выполнении когнитивных заданий, другие же - утомляются почти сразу. Но в течение длительного выполнения заданий процессы утомления, в большей или меньшей степени, начинают проявляться у всех испытуемых. Во-вторых, мы используем в исследовании различные методы подсчета и анализа данных ЭЭГ, а также разные методы статистической обработки, за счет чего достигается достаточно высокая достоверность полученных данных. Это позволяет сравнить наши данные с уже полученными и описанными ранее в литературе, а также выявить наиболее информативные из них.

Немаловажным преимуществом нашей работы является учет результатов генетического анализа, который в сочетании с психологическими и психофизиологическими параметрами помогает выявить наиболее объективные параметры утомления у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, БЩЭ2 и СОМТ. Таким образом, наше исследование направлено на комплексное и обширное исследование динамики процессов утомления при длительном выполнении когнитивной деятельности, а также отбор наиболее объективных и информативных из них.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1. Испытуемые и схема исследования

В экспериментальном исследовании приняли участие 44 испытуемых мужского пола без каких-либо психических и неврологических заболеваний. Все испытуемые были правшами. Средний возраст составил 24 ± 6 лет.

Схема эксперимента состояла из трех блоков (рисунок 3). Первый и последний блоки были идентичными и включали в себя заполнение опросника САН (самочувствие, активность, настроение), запись ЭЭГ и выполнение заданий на время реакции (простую зрительно-моторную реакцию, реакцию выбора, теппинг-тест). Второй блок состоял из комплекса когнитивных заданий, направленных в основном на внимание и рабочую память. На этапе анализа данных проводилось статистическое сравнение результатов первого и последнего блоков, то есть проводился анализ влияния когнитивной нагрузки на психологические, электрофизиологические и поведенческие показатели. Общая длительность эксперимента составляла около 4 часов без предоставления испытуемому отдыха.

Рисунок 3. Схема эксперимента (*ПЗМР - простая зрительно-моторная реакция; **РВ - реакция выбора)

Выбор данных методик обосновывается целями и задачами исследования. Утомление, как комплексное явление, отражается на всех

системах организма и проявляется на психологических и на физиологических параметрах. Выбранные методики позволяют оценить и динамику субъективных ощущений человека; параметры его поведенческих реакций, отражающие как моторные, так и когнитивные компоненты, и их изменения при утомлении; а также динамику электрофизиологических показателей, служащих хорошими индикаторами функционального состояния человека. Таким образом, использование данных методов и методик позволит комплексно изучить влияние утомления на человека.

2.2. Экспериментальные задания и стимульный материал.

В экспериментальном исследовании для анализа поведенческих реакций использовалось два типа заданий на время реакции (рисунок 4): 1) простая зрительно-моторная реакция (ПЗМР) и 2) реакция выбора (РВ). При выполнении данных заданий испытуемому требовалось, как можно быстрее реагировать на появление определенных крестиков в центре экрана.

В заданиях с ПЗМР от испытуемого требовалось как можно быстрее нажимать на «кнопку 1» при появлении красного крестика в центре экрана. В серии с РВ испытуемый должен был, при появлении красного крестика в центре экрана, нажимать также на «кнопку 1», а при предъявлении зеленого крестика - «кнопку 2».

ПЗМР, простая зрительно-моторная реакция

(500-1500 тз) (500-1500 те)

Нажать Кнопку 1

РВ, реакция выбора

(500-1500 пте)

Нажать Кнопку 1

.......

-

Нажать Кнопку 2

Рисунок 4. Экспериментальные задания.

Для анализа поведенческих реакций в данном исследовании, помимо заданий на время реакции, также использовалось 2 типа теппинг-тестов: 1) комфортный теппинг-тест, 2) максимальный теппинг-тест.

При выполнении заданий с комфортным теппингом испытуемые должны были нажимать кнопку «Пробел» в любом удобном для них темпе. В

заданиях с максимальным теппингом испытуемые должны были нажимать на кнопку «Пробел» с максимально возможной скоростью.

Испытуемые также заполняли компьютерный вариант теста САН (самочувствие, активность, настроение).

Стимульный материал. Для предъявления стимульного материала использовалась программа E-prime (версия 1.2). Стимулы предъявлялись на мониторе фирмы Dell с разрешением экрана 1280x1024 пикселей. Все стимулы предъявлялись на черном фоне. Фиксационная точка находилась в центре экрана в виде белого крестика (Courier New, размер 18).

Простая зрительно-моторная реакция (ПЗМР) и реакция выбора (РВ). Для ПЗМР и РВ заданий длительность фиксационной точки и стимула находилась в промежутке между 500-1500 мс. В ПЗМР стимулом служил красный крестик в центре экрана (Courier New, размер 72). В РВ стимулом был красный крестик (Courier New, размер 72) и зеленый крестик (Courier New, размер 72), которые предъявлялись в случайной последовательности. В обоих заданиях перед выполнением основной серии, испытуемые выполняли тренировочную серию из 10 стимулов. Основная серия же состояла из 70 стимулов. При анализе данных учитывались стимулы только из основной серии.

Теппинг-тесты. В серии с комфортным теппингом испытуемый нажимал кнопку «Пробел» 90 раз. После 90 нажатий выполнение задания автоматически останавливалось. В максимальном теппинге испытуемые нажимали на кнопку «Пробел» в течение 60 секунд. Через 60 секунд выполнение задачи автоматически останавливалось.

2.3. Процедура эксперимента.

Перед выполнением экспериментальных заданий и записью ЭЭГ, испытуемые заполняли психологические опросники. После этого начиналась запись ЭЭГ и выполнение экспериментальных заданий. Вначале проводилась фоновая запись ЭЭГ - одна минута с закрытыми глазами и одна минута с открытыми. После чего испытуемые выполняли блок различных когнитивных заданий в течение 2,5 часов, направленных преимущественно на внимание и рабочую память. После этого испытуемые выполняли такой же блок заданий, как и в начале эксперимента: методика САН, запись фоновой ЭЭГ, задания на время реакции и теппинг-тесты.

Запись ЭЭГ проводилась с помощью 256-канального энцефалографа фирмы EGI Electrical Geodesies с частотой оцифровки 500 Гц и референтом в вертексе. Фоновая ЭЭГ состояла из двух периодов записи - 1 минуты с закрытыми глазами и 1 минуты с открытыми глазами. После записи ЭЭГ проводился ремонтаж и фильтрация в полосе от 1 до 150 Гц и удалением 50 Гц наводки от сети. Каждая запись ЭЭГ была автоматически просканирована на наличие артефактов. Участки ЭЭГ с амплитудой более 200 мкВ в пределах окна в 640 мс отмечались, как плохой канал; участки с амплитудой более 140 мкВ рассматривались как двигательный артефакт (Net Station software).

2.4. Анализ данных

Для статистического анализа данных использовались пакет Statistica 8 (для Windows, V 8.0, StatSoft), а также пакет MatLab (версия R2007b).

Психологические и поведенческие тесты. Для различных экспериментальных заданий (ПЗМР, РВ, теппинг-тесты) и психологического опросника САН были посчитаны средние значения и стандартные отклонения. Для реакции выбора также было посчитано количество ошибок. Статистические методы ANOVA и Т-тест для зависимых выборок были использованы для анализа влияния длительной когнитивной нагрузки на время реакции и субъективное состояние.

Анализ данных ЭЭГ. Для анализа ЭЭГ использовались отрезки фоновой ЭЭГ длительностью по 20 секунд с наименьшим содержанием артефактов в состояниях с закрытыми и открытыми глазами. На основе данных ЭЭГ были рассчитаны следующие показатели: спектр мощности, частота индивидуального альфа ритма (ИАР), индекс утомления (ИУ) и фронтальная асимметрия (ФА).

Индивидуальный альфа ритм рассчитывался как частота, на которой наблюдается максимальная мощность альфа ритма в диапазоне от 7 до 14 Гц. Подсчет индивидуального альфа ритма проводился с помощью программы Ма^аЬ, используемый скрипт приведен в приложении (Приложение 1).

- » _ .«

т.

Рисунок 5. Области мозга для спектрального анализа ЭЭГ

Спектр мощности ЭЭГ рассчитывался для следующих диапазонов: тета ритм (3,5-7,5 Гц), нижний альфа (7,5-10 Гц), верхний альфа (10-12,5 Гц), альфа (7,5-12,5 Гц), нижний бета (12,5-18 Гц), верхний бета (18-35 Гц), бета (12,5-35 Гц), гамма (35-45 Гц). Данные ЭЭГ были усреднены по пяти отдельным областям: фронтальной, центральной, височной, теменной и затылочной для обоих полушарий (рисунок 5).

Индекс утомления был рассчитан как отношение суммы мощностей медленных ритмов (альфа и тета ритмов) к мощности быстрого ритма (бета): ИУ = (альфа + тета) / (бета)) (Jap et al, 2009, Cheng, 2011) Фронтальная асимметрия. Коэффициент фронтальной асимметрии рассчитывался как разность логарифмов сумм мощностей в отведениях F3, F7 и сумм мощностей в отведениях F4, F8: ФА = log(sqrt(a)) -log (sqrt (b))

2.5. Методики генотипирования

2.5.1. Методика генотипирования 5НТТ

Полиморфизм гена транспортера серотонина 5HTTLPR определяли с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и последующей идентификации различий длин продуктов (Ведяков A.M., Тоневицкий А.Г., Сысоева О.В., Портнова Г.В., Иваницкий А., 2006).

Для постановки ПЦР использовали следующие праймеры:

5НТТ - F 5' - CAATGTCTGGCGCTTCCCCTACATAT - 3'

5НТТ - R 5' - GACATAATCTGTCTTCTGGCCTCTCAAG - 3'

Для аллеля L ожидаемая длина продукта амплификации 300 п.о., для аллеля S 256 п.о.

ПЦР проводили по следующей программе:

1. 94°С - 1 минута - 1 цикл;

2. 94°С - 30 секунд, 61°С - 1 минута, 72°С - 1 минута; - 35 циклов;

3. Хранение: +10°С.

Детекцию продуктов проводили с помощью электрофореза в 2% агарозном геле. Гель готовили на ТАЕ-буфере (0,2 М Трис, 0,1 М Ледяная уксусная кислота, 0.5М ЭДТА рН8.0). Электрофорез проходил при напряжении 100 V в течение 30 минут с охлаждением. Результат детектировали на трансиллюминаторе TCP 15М (Vilber lourmat) с помощью системы видеодетекции «DNA Analyzer».

2.5.2. Методика генотипирования DRD2

Проводили полимеразную цепную реакцию (ПЦР). Полиморфизм определяли по длине продуктов после рестрикции. ДНК выделяли из 100 мкл цельной крови с помощью наборов «ДНК-сорб Б» производства ЦНИИЭ (Россия). Реакцию проводили в объеме 25 мкл. Стандартная реакционная смесь включала: 67 мМ Трис-HCl (рН 8,4), 16 мМ сульфата аммония, 2,5 тМ

MgC12, 0,125 мг/мл бычьего сывороточного альбумина, 8% глицерин, 0,001% ксиленцианол, 2,5 Ед Taq-ДНК-полимеразы (ЦНИИЭ, Россия), 0,2 мМ каждого из четырех дезоксинуклеозидтрифосфатов и по 8 пмоль праймеров. При постановке ПЦР обязательно использовали технику «горячий старт», который обеспечивался разделением нуклеотидов с праймерами и Taq-полимеразы прослойкой воска.

Для ПЦР-амплификации использовали следущие праймеры, фланкирующие полиморфный участок гена DRD2 (Farde L., Gustavsson J.P., Jonsson Е., 2007).

5 '-CCGTCGACCCTTCCTGAGTGTCATCA-3' прямой 5'-CCGTCGACGGCTGGCCAAGTTGTCTA-3' обратный

Ожидаемая длина продукта амплификации 310 п.о. для обеих аллелей. ПЦР проводили по следующей программе в амплификаторе Терцик (ДНК-технология):

94°С - 4 минут - 1 цикл;

94°С - 30 сек., 58°С - 30 сек., 72°С - 30 сек; всего 35 циклов;

72 °С - 5 мин - 1 цикл;

Хранение: +10°С.

Затем к 7.5 мкл каждого образца добавляли определенное количество рестриктазы Taq I, эквивалентное 5 единицам активности фермента и проводили рестрикцию амплифицированных продуктов в течение 22 часов при 65 °С в суховоздушном термостате.

Мутантный аллель Al не расщепляется. А2 аллель (дикий тип) расщепляется на продукты длинной 130 и 180 п.о.

Детекцию продуктов проводили с помощью электрофореза в 3% агарозном геле. Гель готовили на ТАЕ-буфере (0,1 М трис, 0,1 М уксусная кислота, 2 мМ ЭДТА, рН 8,3) с добавлением бромистого этидия до конечной концентрации 0,00001 %. Электрофорез проходил с охлаждением при напряжении 100 V в течение 1 часа. Результат детектировали на

трансиллюминаторе TCP 15М (Vilber lourmat) с помощью системы видеодетекции «DNA Analyzer».

2.5.3. Методика генотипирования СОМТ

Проводили полимеразную цепную реакцию (ПЦР). Полиморфизм определяли по длине рестриктых фрагментов продуктов амплификации. ДНК выделяли из 100 мкл цельной крови с помощью наборов «ДНК-сорб Б» производства ЦНИИЭ (Россия). Реакцию проводили в объеме 25 мкл. Стандартная реакционная смесь включала: 67 мМ Трис-HCl (pH 8,4), 16 мМ сульфата аммония, 2,5 mM MgC12, 0,125 мг/мл бычьего сывороточного альбумина, 8% глицерин, 0,001% ксиленцианол, 2,5 Ед Taq-ДНК-полимеразы (ЦНИИЭ, Россия), 0,2 мМ каждого из четырех дезоксинуклеозидтрифосфатов и по 8 пмоль праймеров. При постановке ПЦР обязательно использовали технику «горячий старт», который обеспечивался разделением нуклеотидов с праймерами и Taq-полимеразы прослойкой воска.

Для ПЦР-амплификации использовались следущие праймеры, фланкирующие полиморфный участок гена СОМТ.

5--TCG TGG ACG CCG TGA TTC AGG-3' прямой

5-AGG ТСТ GAC ААС GGG ТСА GGC-3' обратный

Ожидаемая длина продукта амплификации 217 п.о. для обоих аллелей. ПЦР проводили по следующей программе в амплификаторе Терцик (ДНК-технология):

94°С - 5 минут -1 цикл;

94°С - 30 сек., 55°С - 30 сек., 72°С - 1 мин; всего 35 циклов;

72 °С - 10 мин - 1 цикл;

Хранение: +10°С.

Затем к 7.5 мкл каждого образца добавляли определенное количество рестриктазы NlalII, эквивалентное 1 единице активности и проводили рестрикцию амплифицированных продуктов в течение ночи при 37°С.

Аллель, содержащий Val (дикий тип) расщепляется на продукты длинной 136 и 81 п.о. Мутантный аллель, содержащий Met, расщепляется на продукты длинной 96, 81, и 40 п.о.

Детекцию продуктов проводили с помощью электрофореза в 10% акриламидном геле. Гель готовили на ТВЕ-буфере (0,1 М трис, 0,1 М борная кислота, 2 мМ ЭДТА, pH 8,3) из исходного раствора акриламид:бисакриламид 19:1. Электрофорез проходил при напряжении 100 V в течение 1,5 час. Затем гель 15 мин красили в 0,00001 % растворе бромистого этидия. Результат детектировали на трансиллюминаторе TCP 15М (Vilber lourmat) с помощью системы видеодетекции «DNA Analyzer».

Заключение диссертации по теме «Психофизиология», Поликанова, Ирина Сергеевна

выводы

1. Длительная когнитивная нагрузка отражается на изменении комплекса разноуровневых показателей: субъективных (снижение самочувствия и активности), поведенческих (снижение скорости простой зрительно-моторной реакции, увеличение скорости реакции выбора с одновременным возрастанием количества ошибок, замедление комфортного теппинга), электрофизиологических (снижение частоты индивидуального альфа-ритма в правом полушарии, увеличение индекса утомления почти по всем исследованным мозговым областям, увеличение средней мощности тета-, альфа- и бета-ритмов).

2. Увеличение индекса утомления практически во всех мозговых областях после длительной когнитивной нагрузки происходит при наличии полиморфизмов ЬБ и в гене 5НТТ, связанных с большей концентрацией серотонина. Увеличение индекса утомления также ассоциировано с более высокой скоростью простой зрительно-моторной реакции и реакции выбора. У носителей полиморфизма IX не происходит значимого увеличения индекса утомления после когнитивной нагрузки - они характеризуются более быстрой и стабильной скоростью в максимальном (максимально ускоренном) теппинге.

3. Снижение индивидуальной частоты альфа-ритма в обоих полушариях после когнитивной нагрузки, увеличение скорости простой зрительно-моторной реакции и реакции выбора, увеличение средней мощности альфа-, нижнего альфа- и бета-ритмов связано с наличием полиморфизмов А1А1 и А1А2 в гене ОШ)2, ассоциированных с меньшей плотностью рецепторов дофамина и, соответственно, с меньшим его уровнем. Носители А2А2 генотипа характеризуются отсутствием изменений индивидуального альфа-ритма и более быстрым и стабильным значением максимального теппинга.

162

4. Наиболее слабо психологические индикаторы утомления проявляются при низкой концентрации серотонина (наличие полиморфизма IX гена 5НТТ) и оптимальном уровне дофамина (наличие полиморфизма А2А2 в гене Б1Ш2 и ММ в гене СОМТ).

5. Основные сдвиги при когнитивной нагрузке, проявляющиеся в уменьшении частоты индивидуального альфа-ритма, а также более сильном увеличении средней мощности альфа- (7,5-12,5 Гц), нижнего альфа- (7,5-10 Гц) и бета- (12,5-35 Гц) ритмов, наблюдаются при высоком уровне серотонина (наличие полиморфизмов ЬБ и ББ гена 5НТТ) и низком дофамина (наличие полиморфизмов А1А1 и А1А2 гена В11Г)2).

6. Основные сдвиги, проявляющиеся в увеличении индекса утомления, а соответственно, и спектра медленных частот, в основном мощности нижнего альфа-ритма, наблюдаются при высоком уровне серотонина (наличие полиморфизмов ЬБ и 8Б гена 5НТТ) и высоком уровне дофамина (наличие полиморфизма А2А2 гена ОМ32).

7. Более высокая скорость зрительно-моторной реакции и реакции выбора как до, так и после длительной когнитивной нагрузки связаны с высокой концентрацией серотонина (наличие полиморфизмов Ь8 и 88 гена 5НТТ) и низкой концентрацией дофамина (наличие полиморфизмов А1А1 и А1А2 гена ОКЕ>2).

8. Комплекс показателей, включающих психологические (субъективные), поведенческие, психофизиологические и молекулярно-генетические характеристики, может служить информативным маркером утомления при когнитивной нагрузке.

163

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе результатов, полученных в нашем исследовании, мы можем сделать несколько заключений. Согласно субъективным, поведенческим и психофизиологическим результатам, мы можем сделать вывод о том, что утомление, вызванное длительной когнитивной нагрузкой, приводит к снижению субъективного уровня самочувствия и настроения по опроснику САН, снижению скорости простой зрительно-моторной реакции и увеличению скорости реакции выбора с одновременным увеличением количества ошибок, а также к замедлению комфортного теппинга. На электрофизиологическом уровне длительная когнитивная нагрузка приводит к снижению частоты индивидуального альфа ритма, обширному увеличению индекса утомления, а также увеличению средних мощностей тета, альфа и бета ритмов. Эти результаты подтверждают первое положение, выносимое на защиту. Согласованность полученных результатов с литературными данными, а также их комплексный характер, учитывающий показатели разного уровня (субъективные, поведенческие и электрофизиологические) подтверждают второе положение, выносимое на защиту о том, что используемая экспериментальная модель является хорошим инструментом исследования утомления. Результаты, полученные по молекулярно-генетическому анализу для носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, 01Ш2 и СОМТ показывают, что наличие полиморфизмов ЬЭ и Б8 в гене 5НТТ и полиморфизмов А1А1 и А1А2 в гене Б1Ш2 приводит к значимому уменьшению частоты индивидуального альфа ритма и более сильному увеличению средней мощности альфа (7,5-12,5 Гц) ритма (преимущественно нижнего поддиапазона (7,5-10 Гц)), а также бета (12,5-35 Гц) ритма. Также наличие полиморфизмов ЬБ и ЗБ в гене 5НТТ и полиморфизма А2А2 в гене Б1Ш2 приводит к обширному увеличению индекса утомления после когнитивной нагрузки, а также спектра медленных частот, что подтверждает третье положение, выносимое на защиту. В нашем

164 исследовании мы также показали, что наличие полиморфизмов Ц5 и 88 в гене 5НТТ и полиморфизмов А1А1иА1А2в гене ассоциированно связано с более высокой скоростью реакции в простой зрительно-моторной реакции и в реакции выбора как до, так и после длительной когнитивной нагрузки, что в свою очередь подтверждает пятое положение, выносимое на защиту.

165

Список литературы диссертационного исследования кандидат психологических наук Поликанова, Ирина Сергеевна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРА

1. Асеев В.Г. Проблема монотонности в трудах зарубежных авторов. — Вопр. психол., 1975, № 1. - с. 21-24.

2. Блок В. Уровни бодрствования и внимания. — В кн.: Экспериментальная психология. Под ред. П. ФрессаиЖ. Пиаже. М., 1970, вып. III. - с. 155162.

3. Бойко Е. И. Время реакции человека. М.: Медицина, 1964. - 300 с.

4. Виноградов М. И. Руководство по физиологии труда. М., 1969. - 407 с.

5. Психология памяти: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлениям и специальностям психологии / Под ред. Ю.Б. Гиппенрейтер, В. Я. Романова. - 3-е изд. - М.: ЧеРо: Моск. психолого-соц. ин-т, 2002. - 816 с.

6. Гиппенрейтер Ю.Б., Романов В.Я. Психология внимания. - М.: ЧеРо, при участии издательства «Омега-Л», 2005. - 858 с.

7. Голубева Э.А. Способности. Личость. Индивидуальность. - Дубна: «Феникс+», 2005. - 512 с.

8. Гуревич K.M. Профессиональная пригодность и основные свойства нервной системы. - М.: Наука, 1970. - 272 с.

9. Данилевский В.Я. О происхождении мускульной силы. Материалы для физиологии метаморфоза. Харьков: в унив. типографии, 1876. - 111 с.

10. Данилова H.H. Реакция десинхронизации спайковой активности нейронов таламуса и закономерности ее угасания // Нейронные механизмы ориентировочного рефлекса. - М.: МГУ, 1970. - 257 с.

П.Данилова H.H. Функциональные состояния: механизмы и диагностика. М.: МГУ, 1985.-287с.

12. Данилова H.H. Психофизиология: учебник для вузов. - М. : Аспект Пресс, 2004. - 368 с. - (серия «Классический университетский учебник»).

166

13. Деревянко Е.А. Взаимоотношения между некоторыми физиологическими и психологическими факторами при развитии утомления в трудовой деятельности. — В кн.: Тезисы докладов I Всесоюзного съезда общества психологов СССР. - М., 1959.

14. Деревянко Е.А. Интегральная оценка работоспособности при умственном и физическом труде. М., 1976. - 76 с.

15. Душенин Д.Ю. Численное моделирование нелинейной динамики ЭЭГ на основе мезоскопической модели мозговых нейронов // Международная конференция "Современные проблемы математики, информатики и биоинформатики", посвященная 100-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР A.A. Ляпунова, 2011.

16. Егоров А.С, Загрядский В.П., Мордвинов Е. Ф. и др. Принцип конкретности в исследованиях работоспособности человека-оператора. — Вопр. психол., 1973, № 2. - 34-39 с.

17. Ждан А. Н. История психологии: Учебник. — М.: Изд-во МГУ, 1990.— 367 с.

18. Николаева E.H. Психофизиология. Психологическая физиология с основами физиологической психологии. Учебник. - М.: ПЭР СЭ; Логос, 2003. - 544 с.

19. Зенков Л.Р., Ронкин М.А. Функциональная диагностика нервных болезней (Руководство для врачей). М.: МЕДпресс-информ, 2004. - 488 с.

20. Зинченко В. П., Леонова А. Б., Стрелков Ю. К. Психометрика утомления. М.: Психометрика утомления. М., Изд-во Моск. ун-та, 1977, - 109 с.

21. Зараковский Г.М., Королев Б.А., Медведев В.И. и др. Введение в эргономику / под ред. Зинченко В.П. М., 1974. - 352 с.

22. Ильин Е.П. Теория функциональной системы и психофизиологические состояния // Теория функциональных систем в физиологии и психологии / Под ред. Б.Ф. Ломова. - М., 1978. - с. 325-347.

167

23. Илюхина В.А. Медленные биоэлектрические процессы головного мозга человека. - Л.: Наука, 1977. - 180 с.

24. Караджов К.В., Труш В., Гордон В. М. Изучение влияния функционального состояния на процесс решения поисковых задач. — В кн.: Эргономика. Труды ВНИИТЭ. - М., 1976, т. 11. - 51-54 с.

25. Косилов С.А. Очерки физиологии труда. - М.: Медицина, 1965. - 379 с.

26. Климов Е.А., Носкова О.Г.. История психологии труда в России, Учеб. пособие. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1992. - 221 с.

27. Коган А.Б. Электрические проявления деятельности коры головного мозга // Частная физиология нервной системы. - Л.: Наука, 1983. - 605с.

28. Коган А.Б. Электрофизиология. - М.: Выс. школа, 1969. - 365 с.

29. Кропотов Ю.Д. Количественная ЭЭГ, когнитивные вызванные потенциалы мозга человека и нейротерапия. - СПб, 2010. - 506 с.

30. Куликова М.А., Малюченко Н.В., Тимофеева М.А., Тоневицкий А.Г., и др. Влияние функционального полиморфизма Vall58Met катехол-О-метилтрансферазы на физическую агрессивность // БЭБиМ, 2008, 145 (1), 6870;

31. Психические состояния/ Под ред. Л. В. Куликовой. - СПб.: Питер, 2001. -512 с.

32. Лазурский А. Ф. Программа исследования личности //Вестн, психологии, криминальной антропологии и гипнотизма. - 1904. - Вып. 9. - 686-709 с.

33. Лазурский А. Ф. Значение гипотезы с пособностей для эмпирической психологии // Вопр. философии и психологии. -1910. - Кн. 102. - 113-140 с.

34. Левитов Н. Д. О психических состояниях человека. - М.: Просвещение, 1964.-344 с.

35. Леонова А.Б., Медведев В.И. Функциональные состояния человека в трудовой деятельности. Учебное пособие. - М.: МГУ, 1981. - 111 с.

36. Леонова А.Б. Психодиагностика функциональных состояний человека. -М.: МГУ, 1984.-199 с.

168

37. Лоскутова Т.Д. Оценка функционального состояния центральной нервной системы человека по параметрам простой двигательной реакции // Физиологический журнал СССР им. И.М. Сеченова. - М., 1975. - Т.61. - №1.

38. Лурия А.Р. Мозг человека и психические процессы. - М.: Педагогика, 1963. Т1.-476 с.

39. Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. - М.: МГУ, 1973. - 373с.

40. Лурия А.Р. Нейропсихология памяти.- М.: Педагогика, т.1, 1974. - 240 с.

41. Лурия А. Р. Функциональная организация мозга // Естественно-научные основы психологии / Под. ред. А. А. Смирнова, А. Р. Лурия, В. Д. Небылицына. - М.: Педагогика, 1978. - С. 109-139.

42. Лурия А.Р. Основы нейропсихологии: учеб. Пособие для студентов вузов. М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 384 с.

43. Мачинская Р.И. Нейрофизиологические механизмы произвольного внимания. (Аналитический обзор) // ЖВНД, 2003. - Т.53. - №2. - С. 133-151.

44. Медведев В. И. Функциональные состояния оператора. — В кн.: Эргономика. Принципы и рекомендации. М., 1970, т. 1. - С. 35-48.

45. Мюнстерберг Г. Основы психотехники. - 4.1. - М., 1922.

46. Небылицын В.Д. О соотношении между чувствительностью и силой нервной системы. В кн.: Типологические особенности высшей нервной деятельности человека. / Под ред.Б.М. Теплова. - Т.1. - М.: АПН РСФСР, 1956. - С. 207-217.

47. Небылицын В.Д., Голубева Э.А., Равич-Щербо И.В., Ермолаева-Томина Л.Б. Сравнительное изучение кратких методик определения основных свойств нервной системы у человека. В кн.: Типологические особенности высшей нервной деятельности человека. / Под ред.Б.М. Теплова. - Т.IV. - М.: Просвещение, 1965. - С. 60-83.

48. Небылицын В.Д. Основные свойства нервной системы человека. М.: Просвещение, 1966.-383 с.

169

49. Небылицын В.Д. Психофизиологические исследования индивидуальных различий. - М.: Наука, 1976. - 336 с.

50. Небылицын В.Д. Психофизиологические исследования индивидуальных различий. - М.: Наука, 1976. - 336 с.

51.Непопалов В.Н., Сопов В.Ф., Родионов A.B. и др. Психология деятельности в экстремальных условиях: учеб.пособие для студ.высш.учеб. заведений. / Под ред. Блеера А.Н. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 256 с.

52. Нечаев А. П. Ум и труд. М.-Л., 1926.

53. Николлс Дж.Г., Мартин А.Р., Валлас Б.Дж., Фукс П.А. От нейрона к мозгу. - М.: Издательство ЛКИ, 2008. - 672 с.

54. Новикова Л.А. Влияние нарушений зрения и слуха на функциональное состояние мозга. - М.: Просвещение, 1966. - 319 с.

55. Новикова Л.А. Электроэнцефалография и ее использование для изучения функционального состояния мозга // Естественнонаучные основы психологии. - М.: Педагогика, 1978. - 155 с.

56. Нуркова В.В. Память. Общая психология (в семи томах) / Под ред. Б.С. Братуся. - Т. 3. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 320 с.

57. Окнин В.Ю. Проблема утомления, стресса и хронической усталости // РМЖ. Человек и лекарство. - 2004. - Т12. - №5. - С. 276-279.

58. Орловская Д. Д. Нейрохимические системы мозга // Общая психиатрия/ Под ред. А. С. Тиганова. - М., 2006.

59. Павлов И.П. Лекции о работе больших полушарий // Полное собрание трудов. 2-е доп. Изд. - М.: Наука, 1951. - Т.4. - 452 с.

60. Платонов К. К. Вопросы психологии труда. - М.: Медицина, - 1970. - 263 с.

61. Психофизиология: учебник для вузов. Под ред. Ю.И. Александрова. СПб: Питер, 2007. - 464 с.

170

62. Рождественская В.И. Индивидуальные различия работоспособности. - М. Педагогика, 1980.- 151.

63. Розенблат В. В. Проблема утомления. - М.: Медицина, 1975. - 240 с.

64. Сеченов И.М. Избранные произведения. Физиология нервной системы, Т.2, изд-во Академии Наук СССР, 1956. - 944 с.

65. Смирнов В.М., Яковлев В.Н. Физиология центральной нервной системы: Учеб.пособие для студ.высш.учеб.заведений - 2-е изд., стереотип. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 352с.

66. Смирнов В.М., Будылина С.М. Физиология сенсорных систем и высшая нервная деятельность: Учеб.пособие для студ.высш.учеб.заведений - 2-е изд., стереотип. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 304с.

67. Сопов В.Ф. Психическая саморегуляция в физической культуре и реабилитации // Эмоциональная саморегуляция: теоретические основы и прикладные аспекты. - Самара, 2002.

68. Теплов Б.М. О понятиях слабости и инертности нервной системы. // Вопросы психологии. - 1955. - № 6, С. 3-15.

69. Теплов Б.М. Проблемы индивидуальных различий. М.: Изд-во АПН РСФСР, 1961.-536 с.

70. Теплов Б.М. и Небылицын В.Д. Изучение основных свойств нервной системы и их значение для психологии индивидуальных различий // Вопросы психологии. - 1963. - № 5. - С.38-47.

71. Теплов Б.М. Типологические свойства нервной системы и их значение для психологии. В кн.: Избранные труды в двух томах. Т.П. - М.: Педагогика, 1985.-С. 169-189.

72. Франкенхойзер М. Некоторые аспекты исследований в физиологической психологии. - В кн.: Эмоциональный стресс / Под ред. Л. Леви. Л., 1970. -С.24-36.

73. Фресс П. и Пиаже Ж. Экспериментальная психология. - Вып. 5. - М.: Прогресс, 1975. С. 119-125.

171

74. Хайретдинова Г.А., Федулаев Ю.Н., Арьков В.В., Перцов С.С., Андреева О.Н. Влияние электростимуляции мышц на электрофизиологические показатели работы сердца у спортсменов // Бюллетень экспериментальной медицины и биологии. - 2010. - № 10. С. 450454.

75. Хомская Е. Д. Мозг и активация. М.: МГУ, 1972. -382 с.

76. Хомская Е.Д. Нейропсихология. - СПб.: Питер, 2008. - 496 с.

77. Adayev Т., Ranasinghe В., Banerjee P. Transmembrane signaling in the brain by serotonin, a key regulator of physiology and emotion // Bioscience Reports, Vol. 25, 2005. pp. 363-385.

78. Angelakis E., Lubar J.F., Stathopoulou S., Kounios J. Peak alpha frequency: an electroencephalographic measure of cognitive preparedness // Clinical Neurophysiology, Vol. 115, 2004. - pp. 887-897.

79. Asada H., Fukuda Y., Tsunoda S., Yamaguchi M., Tonoike M. Frontal midline theta rhythms refect alternative activation of prefrontal cortex and anterior cingulate cortex in humans // Neuroscience Letters. - Vol. 274, 1999. pp. 29-32.

80. Apud, Weinberger Treatment of Cognitive Deficits Associated with Schizophrenia: Potential Role of COMT Inhibitors // CNS Drugs. - Vol. 21, № 7, 2007.-pp. 535-57.

81. Balaban C.D. Neural substrates linking balance control and anxiety // Physiology & Behavior. Vol. 77, № 4-5, 2002. - pp. 469-475.

82. Bartley S.H., Chute E. Fatigue and impairment in man. N.Y.: McGraw-Hill, 1947.-pp. 429.

83. Barnes J.M., Dean A.J., Nandam L.S., O'Connell R.G. The Molecular Genetics of Executive Function: Role of Monoamine System Genes // Biological Psychiatry. - Vol. 69, Issue 12, 2011. - pp. 127-143.

84. Barnett J.H., Xu K., Heron J., Goldman D., Jones P.B. Cognitive effects of genetic variation in monoamine neurotransmitter systems: a population-based study

172

of COMT, MAO A, and 5HTTLPR // American Journal of Medical Genetics Part B Neuropsychiatrie Genetics. Vol. 156, 2011.-pp. 158-167.

85. Bellgrove M.A., Mattingley J.B. Molecular genetics of attention // Annals of the New York Academy of Sciences. Vol. 1129, 2008. - pp. 200-212.

86. Beninger R.J., Hoffman D.C., Mazurski E.J. Receptor subtype-specific dopaminergic agents and conditioned behavior // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. Vol. 13, 1989. - pp. 113-122.

87. Binnie C.D., Cooper R., Mauguiere F., Prior P., Tedman B. Electroencephalography, Paediatric Neurophysiology, Special Techniques and Applications // Clinical Neurophysiology. Vol. 2., 2003.

88. Blomstrand E. Amino acids and central fatigue // Amino Acids. Vol. 20, 2001. -pp. 25-34.

89. Blum K., Braverman E.R., Wu S., Cull J.G., Chen T.J., Gill J. Association of polymorphisms of dopamine D2 receptor (DRD2), and dopamine transporter (DAT1) genes with schizoid/avoidant behaviors (SAB) // Molecular Psychiatry. Vol. 2, 1997.-pp. 239-246.

90. Boksem M.A.S., Meijman T.F., Lorist M.M. Mental fatigue, motivation and action monitoring//Biological Psychology. Vol. 72, 2006. - pp. 123-132.

91. Bolton J.L., Marioni R.E., Deary I.J., Harris S.E., Stewart M.C., Murray G.D., Fowkes F.G.R., Price J.F. Association between polymorphisms of the dopamine receptor D2 and catechol-o-methyl transferase genes and cognitive function // Behavior Genetics. Vol. 40, 2010. - pp. 630-638.

92. Breier A., Kestler L., Adler C., Elman I., Wiesenfeld N., Malhotra A., Pickar D. Dopamine D2 receptor density and personal detachment in healthy subjects // American Journal of Psychiatry. Vol. 155,1998. - pp. 1440-1442.

93. Caata M., Lorist M.M., Bezdanc E., Roerdinka J.B.T.M., Maurits N.M. High-density EEG coherence analysis using functional units applied to mental fatigue // Journal ao Neuroscience Methods. Vol.171, 2008. - pp. 271-278.

173

94. Cameron C. A. Theory of fatigue. — In: Man under stress / Ed. by A.T. Welford, L., 1974.

95. Castell, L.M., Yamamoto, T., Phoenix, J., Newsholme, E.A. The role of tryptophan in fatigue in different conditions of stress // Advances in Experimental Medicine and Biology. Vol. 467, 1999. - pp. 697-704.

96. Chen J., Lipska B.K., Halim N.. Ma Q.D., Matsumoto M., Melhem S., Kolachana B.S. Hyde T. et al. Functional analysis of genetic variation in catechol-O-methyltransferase (COMT): effects on mRNA, protein, and Enzyme Activity in Postmorten Human Brain // The American Journal of Human Genetics. Vol. 75, 2004.-pp. 807-821.

97. Cheng Shyh-Yueh, Hsu Hong-Te Mental Fatigue Measurement Using EEG // Risk Management Trends. Ed. By Giancarlo Nota. 2011. - pp. 266.

98. Cook I.A., O'Hara R., Uijtdehaage S.H., Mandelkern M., Leuchter A.F. Assessing the accuracy of topographic EEG mapping for determining local brain function // Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. Vol. 107, №6, 1998.-pp.408-414.

99. Clatworthy P.L., Lewis S.J., Brichard L., Hong Y.T., Izquierdo D., Clark L., Cools R., Aigbirhio F.I., Baron J.C., Fryer T.D., Robbins T.W. Dopamine release in dissociable striatal subregions predicts the different effects of oral methylphenidate on reversal learning and spatial working memory // Journal of Neuroscience. Vol. 29, №15, 2009. - pp. 4690-4696.

100. Davis J.M., Alderson N.L., Welsh R.S. Serotonin and central nervous system fatigue: nutritional considerations // The American Journal of Clinical Nutrition. Vol. 72, 2000.-pp. 573-8.

101. Davis JM, Bailey SP. Possible mechanisms of central nervous system fatigue during exercise // Medicine and Science in Sport and Exercise. Vol. 29 , № 1, 1997. -pp. 45-57.

174

102. Davis JM. Carbohydrates, branched-chain amino acids, and endurance: the central fatigue hypothesis // International journal of sport nutrition. Vol. 5, suppl. 5, 1995.-pp. 29-38.

103. Dennis L., Murphy, Lerner A., Rudnick G., Lesch K. Serotonin Transporter: Gene, Genetic Disorders, and Pharmacogenetics // Molecular and Clinical Psychobiology. Vol. 4, №2, 2004. - pp. 109-122.

104. Doll B.B., Hutchison K.E., Frank M.J. Dopaminergic genes predict individual differences in susceptibility to confirmation bias // Journal ofNeuroscience. Vol. 31, 2011. - pp. 6188-6198.

105. Dumontheil I., Roggeman C., Ziermans T., Peyrard-Janvid M., Matsson H., Kere J., Klingberg T. Influence of the COMT genotype on working memory and brain activity changes during development // Biological Psychiatry. Vol. 70, 2011. - pp. 222-229.

106. Epstein H.T. EEG developmental stages // Developmental Psychobiology. Vol. 13, 1980.-pp. 629-631.

107. Ergenoglu T. Demiralp, T., Bayraktaroglu, Z., Ergen, M., Beydagi, H., Uresin, Y. Alpha rhythm of the EEG modulates visual detection performance in humans // Cognitive Brain Research. Vol. 20,2004. - pp. 376-383.

108. Fatigue as a Window to the Brain / Ed. By DeLuca E. Cambridge, London: The MIT Press, 2005. - pp. 357.

109. Fernandez, T., Harmony, T., Rodriguez, M., Reyes, A., Marosi, E., Bernal, J. Test-retest reliability of EEG spectral parameters during cognitive tasks: I. Absolute and relative power // International Journal ofNeuroscience. Vol. 68, 1993.-pp. 255-261.

110. Fernstrom J.D., Fernstrom M.H. Exercise, serum free tryptophan, and central fatigue // Journal of Nutrition. Vol. 136, №2,2006. - pp. 553-559.

111. Foley T.E., Fleshner M. Neuroplasticity of dopamine circuits after exercise: implications for central fatigue // NeuroMolecular Medicine. Vol. 10, 2008. - pp. 67-80.

175

112. Goljahani A., D'Avanzo C., Schiff S., Amodio P., Bisiacchi P., Sparacino G. A novel method for the determination of the EEG individual alpha frequency // Neuroimage. Vol. 60, 2012. - pp. 774-786.

113. Gosso M.F., de Geus E.J.C., Polderman T.J.C., Boomsma D.I., Heutink P., Posthuma D. Catechol O-methyl transferase and dopamine D2 receptor gene polymorphisms: evidence of positive heterosis and gene-gene interaction on working memory functioning // The American Journal of Human Genetics. Vol. 16, 2008.-pp. 1075-1082.

114. Hayes K.C. Reaction times, reflex times and fatigue. — In: Psychological aspects and physiological correlates of work and fatigue. Ed. by E. Simonson and P. C. Weiser. Springfield, 1976. - pp. 89-97.

115. Hall E.E., Regional brain activity and strenuous exercise: Predicting affective responses using EEG asymmetry// Biological Psychology, Vol. 75, Is. 2, 2007.-pp. 194-200.

116. Hesse S., Ballaschke O., Barthel H., Sabri O. Dopamine transporter imaging in adult patients with attention-deficit/hyperactivity disorder // Psychiatry Research. Vol. 171, № 2, 2009. - pp. 120-128.

117. Inanaga K. Frontal midline theta rhythm and mental activity // Psychiatry and Clinical Neurosciences. Vol. 52, №6, 1998. - pp. 555-566.

118. Jap B.T., Lai S., Fischer P., Bekiaris E. Using EEG spectral components to assess algorithms for detecting fatigue // Expert Systems with Applications. Vol. 36, 2009.-pp. 2352-2359.

119. Jentsch J.D., Tran A., Le D., Youngren K.D., Roth R.H. Subchronic phencyclidine administration reduces mesoprefrontal dopamine utilization and impairs prefrontal cortical-dependent cognition in the rat // Neuropsychopharmacology. Vol. 17, № 2, 1997. - pp. 92-99.

120. Jones G., Zammit S., Norton N., Hamshere M.L., Jones S.J., Milham C., Sanders R.D., McCarthy G.M., Jones L.A., Cardno A.G., Gray M., Murphy K.C., Owen M.J. Aggressive behaviour in patients with schizophrenia is associated with

176

catechol-O-methyltransferase genotype // The British Journal of Psychiatry. Vol. 179, 2001.-pp. 351-355.

121. Joyce N.J., Sapp D.W., Marshall J.F. Human striatal dopamine receptors are organized in compartments //PNAS. Vol. 83, 1986. - pp. 8002-8006.

122. Kaasinen V., Aalto S., Nagren K., Rinne J.O. Insular dopamine D2 receptors and novelty seeking personality in Parkinson's disease // Movement Disorders. Vol. 19, №11, 2004.-pp. 1348-1351.

123. Karoum F., Chrapusta S.J., Egan M.F. 3-Methoxytyramine is the major metabolite of released dopamine in the rat frontal cortex: reassessment of the effects of antipsychotics on the dynamics of dopamine release and metabolism in the frontal cortex, nucleus accumbens, and striatum by a simple two pool model // Journal of Neurochemistry. Vol.63,1994. - pp. 972-979.

124. Kidd K.K., Morar B., Castiglione C.M., Zhao H., Pakstis A.J., Speed W.C. et al. A global survey of haplotype frequencies and linkage disequilibrium at the DRD2 locus // Human Genetics. Vol. 103, № 2, 1998. - pp. 211-227.

125. Klimesch, W. Memory processes, brain oscillations and EEG synchronization // International Journal of Psychophysiology. Vol. 24, 1996. - pp. 61-100.

126. Klimesch, W. EEG-alpha rhythms and memory processes // International Journal of Psychophysiology. Vol. 26, 1997. - pp. 319-340.

127. Klimesch W. EEG alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance: a review and analysis // Brain Research Reviews. Vol. 29, 1999. - pp. 169-195.

128. Knight J.L., Kantowitz B.H. Speed-accuracy tradeoff in double stimulation: Effects on the first response // Memory & Cognition. Vol. 2, 1974. - pp. 522-532.

129. Knott J. Brain potentials during silent and oral reading // The Journal of General Psychology. Vol. 18, 1938. - pp. 57-62.

130. Laakso A., Vikman H., Kajander J., Bergman J., Haaparanta M., Solin O., Hietala J. Prediction of detached personality in healthy subjects by low dopamine

177

transporter binding // American Journal of Psychiatry. Vol. 157, № 2, 2000. - pp. 290-292.

131. Lachman H.M., Nolan K.A., Mohr P., Saito T., Volavka J. Association between catechol O-methyltransferase genotype and violence in schizophrenia and schizoaffective disorder // American Journal of Psychiatry. Vol. 5, 1998. - pp. 835837.

132. Lai Sara, Bekiaris Evangelos The Reliability of Sensing Fatigue from Neurophysiology // Auswireless Conference, University of Technology, Sydney, 2007.

133. Lesch K.P., Merschdorf U. Impulsivity, aggression, and serotonin: a molecular psychobiological perspective // Behavioral Sciences & the Law. Vol. 18, 2000.-pp. 581-604.

134. Liu JZ, Lewandowski B, Karakasis C, Yao B, Siemionow V, Sahgal V, Yue GH. Shifting of activation center in the brain during muscle fatigue: an explanation of minimal central fatigue? //Neuroimage. Vol. 35, № 1, 2007. - pp. 299-307.

135. Lorist M.M., Klein M., Nieuwenhuis S., Jong R., Mulder G., Meijman T.F. Mental fatigue and task control: Planning and preparation // Psychophysiology. Vol.37, 2000.-pp. 614-625.

136. Lorist M.M., Boksem M.A.S., Ridderinkhof K.R. Impaired cognitive control and reduced cingulate activity during mental fatigue // Cognitive Brain Research. Vol. 24, 2005.-pp. 199-205.

137. Malyuchenko N., Schegolkova J., Kulikova M., Timofeeva M., Shlepzova V., Sysoeva O., Ivanitsky A., Tonevitsky A. Effects of Genetic Variations in the Dopaminergic System on Fatigue in Humans: Gender Aspects // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. Vol. 149, 2010. - pp. 226-232.

138. Boksem M.A.S., Meijman T.F., Lorist M.M. Effects of mental fatigue on attention: An ERP study // Cognitive Brain Research. Vol. 25, 2005. - pp. 107 -116.

178

139. Malhotra A.K., Kestler L.J., Mazzanti C., Bates J.A., Goldberg T., Goldman D. A functional polymorphism in the COMT gene and performance on a test of prefrontal cognition // American Journal of Psychiatry. Vol. 159, № 4, 2002. - pp. 652-654.

140. Meeusen R., Watson P. Amino acids and the brain: do they play a role in "central fatigue"? // International journal of sport nutrition and exercise. Suppl. 17, 2007.-pp. 37-46.

141. Missale C., Nash S.R., Robinson S.W., Jaber M., Caron M.G. Dopamine receptors: from structure to function // Physiological Reviews. Vol. 78, 1998. - pp. 1189-1225.

142. Lorista M.M. and Topsa M. Caffeine, fatigue, and cognition // Brain and Cognition. Vol. 53, 2003. - pp. 82-94.

143. Lorista M.M., Bezdana E., Caatb M., Spana M.M., Roerdink J.B.T.M., Maurits N.M. The influence of mental fatigue and motivation on neural network dynamics; an EEG coherence study // Brain Research. Vol. 1270, 2009. - pp. 95106.

144. Murataa A., Uetakeb A., Takasawab Y. Evaluation of mental fatigue using feature parameter extracted from event-related potential // Journal of Industrial Ergonomics. Vol. 35, issue 8, 2005. - pp. 761-770.

145. Newsholme E.A., Blomstrand E., Tryptophan 5-hydroxytryptamine and a possible explanation for central fatigue // Advances in Experimental Medicine and Biology. Vol. 384, 1995. -pp. 315-320.

146. Newsholme EA, Blomstrand E, Ekblom B. Physical and mental fatigue: metabolic mechanisms and importance of plasma amino acids // British Medical Bulletin. Vol. 48, 1992. - pp. 477-95.

147. Nieoullon André Dopamine and the regulation of cognition and attention // Progress in Neurobiology. Vol. 67, Issue 1, 2002. - pp. 53-83.

148. Oilman Fast guess in choice reaction time // Psychonomic Science. Vol. 6, 1966.-pp. 155-156.

179

149. Osaka M. Peak alpha frequency of EEG during a mental task: task difficulty and hemispheric differences // Psychophysiology. Vol. 21, 1984. - pp. 101-105.

150. Osman A., Lou L., Muller-Gethmann H., Rinkenauer G., Mattes S., Ulrich R. Mechanisms of speed-accuracy tradeoff: evidence from covert motor processes // Biological Psychology. Vol. 51, 1984. -pp.173-199.

151. Palmatier M.A., Kang A.M., Kidd K.K. Global variation in the frequencies of functionally different catechol-O-methyltransferase alleles // Biological Psychiatry. Vol. 46, 1999. - pp. 557-567.

152. Petersen I., Eeg-Olofsson O. The development of the electroencephalogram in normal children from the age of 1 through 15 years - Non-paroxysmal activity // Neuropadiatrie. Vol. 2, 1971. - pp. 375^04.

153. Rasmussen P., Stie H., Nybo L., Nielsen B. Heat induced fatigue and changes of the EEG is not related to reduced perfusion of the brain during prolonged exercise in humans // Journal of Thermal Biology. Vol. 29, 2004. - pp. 731-737.

154. Retz W., Retz-Junginger P., Supprian T. et al. Association of serotonin transporter promoter gene polymorphism with violence: relation with personality disorders, impulsivity and childhood ADHD psychopathology // Behavioral Sciences & the Law. Vol. 22, 2004. - pp. 415-425.

155. Reuter M., Roth S., Holve K., Hennig J. Identification of first candidate genes for creativity: A pilot study // Brain Research. Vol. 1069, 2006. - pp. 190197.

156. Reuter M., Hennig J. Association of the functional catechol-0 methytransferase Vall58MEet polymorphism with the personality trait of extraversion // Neuroreport. Vol. 16. № 10, 2005. - pp. 1135-1138.

157. Ritchie T., Noble E.P. Association of seven polymorphisms of the D2 dopamine receptor gene with brain receptor-binding characteristics // Neurochemical Research. Vol. 28, 2003. - pp. 73-82.

180

158. Rodrigues J.P., Mastaglia F.L., Thickbroom G.W. Rapid slowing of maximal finger movement rate: fatigue of central motor control? // Experimental Brain Research. Vol. 196, 2009. - pp. 557-563.

159. Rosa E.C., Dickinson D., Apud J., Weinberger D.R., Elvevág B. COMT Vall58Met polymorphism, cognitive stability and cognitive flexibility: an experimental examination // Behavioral and Brain Functions. Vol. 6, 2010. - p. 53.

160. Rowe, D.C., Van den Oord, E.J., Stever, C., Giedinghagen, L.N., Gard, J.M., Cleveland, H.H., Gilson, M., Terris, S.T., Mohr, J.H., Sherman, S., Abramowitz, A., Waldman, I.D. The DRD2 TaqI polymorphism and symptoms of attention deficit hyperactivity disorder // Molecular Psychiatry. Vol. 4, 1999. - pp. 580-586.

161. Salamone, J.D., Aberman, J.E., Sokolowski, J.D., Cousins, M.S., n.d. Nucleus accumbens dopamine and rate of responding: Neurochemical and behavioral studies // Psychobiology. Vol. 27, 1999. - pp. 236-247.

162. Salamone J.D. Involvement of nucleus accumbens dopamine in behavioral activation and effort-related functions. In: Iversen L.L, Iversen S.D, Dunnett S.B, Bjorkland A, editors. Dopamine handbook. Oxford, UK: Oxford University Press; 2010a.

163. Salamone J.D. Motor function and motivation. In: Koob G, Le Moal M, Thompson R.F, editors. Encyclopedia of behavioral neuroscience, Vol. 3 Oxford: Academic Press, 2010b. - pp. 267-276.

164. Sander T., Harms H., Dufeu P. et. al Serotonin transporter gene variants in alcohol-dependent subjects with dissocial personality disorder // Biological Psychiatry. Vol. 43, 1998. - pp. 908-912.

165. Schultz W., Apicella P., Ljungberg T. Responses of monkey dopamine neurons to reward and conditioned stimuli during successive steps of learning a delayed response task // Journal of Neuroscience. Vol. 13, 1993. - pp. 900-913.

166. Sheridan M.R., Flowers K.A., Hurrell J. Programming and execution of movement in Parkinson's disease // Brain. Vol. 10, № 5, 1987. -pp. 1247-1271.

181

167. Stein D.J., Stahl S. Serotonin and anxiety: current models // International Clinical Psychopharmacology. Vol. 15, suppl. 2 2000. - pp. 1-6.

168. Stelzel C., Basten U., Montag C., Reuter M., Fiebach C.J. Frontostriatal involvement in task switching depends on genetic differences in d2 receptor density //Journal ofNeuroscience. Vol. 30, 2010. - pp. 14205-14212.

169. Strous R.D., Bark N., Parsia S.S., Volavka J., Lachman H.M. Analysis of a functional catechol O-methyltransferase gene polymorphism in schizophrenia: evidence for association with aggressive and antisocial behavior // Psychiatry Research. Vol. 69, 1997. - pp. 71-77.

170. Olga V. Sysoeva, Natalia V. Maluchenko, Marina A. Timofeeva, Galina V. Portnova, Maria A. Kulikova, Alexandr G. Tonevitsky, Alexey M. Ivanitsky, Aggression and 5HTT polymorphism in females: Study of synchronized swimming and control groups // International Journal of Psychophysiology. Vol. 72, issue 2, 2009.-pp. 173-178.

171. Tamminga C.A., Nemeroff C.B., Blakely R.D. Developing novel treatments for mood disorders: accelerating discovery // Biological Psychiatry. Vol. 52, № 6, 2002.-pp. 589-609.

172. Thompson J. et al. D2 dopamine receptor gene (DRD2) TaqI A polymorphism: Reduced D2 receptor binding in the human striatum associated with the Al allele // Pharmacogenetics. Vol. 7, № 6, 1997. - pp. 479-484.

173. Tsai S.J., Yu Y.W., Lin C.H., Chen T.J., Chen S.P., Hong C.J. Dopamine D2 receptor and N-methyl-D-aspartate receptor 2B subunit genetic variants and intelligence // Neuropsychobiology. Vol. 45, 2002. - pp. 128-130.

174. Trejo L.J., Kochavia R., Kubitzb K., Montgomeiya L.D., Rosipala R., Matthewsa B. EEG-based Estimation of Cognitive Fatigue // Proceedings of Symposium OR05 Defense and Security. - 2005. - pp. 105-115.

175. Trejo L.J., Knuth K., Prado R., Rosipal R., Kubitz K., Kochavi R, Matthews B. and Zhang Yu. EEG-Based Estimation of Mental Fatigue: Convergent Evidence

182

for a Three-State Model // Lecture Notes in Computer Science. Vol. 4565, 2007. -pp. 201-211.

176. Weicker, H., Struder, H.K. Influence of exercise on serotonergic neuromodulation in the brain // Amino Acids. Vol. 20, 2001. - pp. 35-47.

177. Wickelgren, W.A. Speed-accuracy tradeoff and information processing dynamics // Acta Psychologica. Vol. 41, 1977. - pp. 67-85.

178. Wijesuriya N., Tran Y., Craig A. The psychophysiological determinants of fatigue // International Journal of Psychophysiology. Vol. 63, 2007. - pp. 77-86.

179. Wishart H.A., Roth R.M., Saykin A.J., Rhodes C.H., Tsongalis G.J., Pattin K.A., Moore J.H., McAllister T.W. COMT Vall58Met Genotype and Individual Differences in Executive Function in Healthy Adults // Journal of the International Neuropsychological Society. Vol. 17, 2011.-pp. 174-180.

180. Wood C.C., Jennings J.R. Speed-accuracy tradeoff functions in choice reaction time: Experimental designs and computational procedures // Perception & Psychophysics. Vol. 19, 1976. - pp. 92-102.

181. Yaoa B., Liub J.Z., Brownd R.W., Sahgalc V., Yueb G.H. Nonlinear features of surface EEG showing systematic brain signal adaptations with muscle force and fatigue // Brain research. Vol. 1272, 2009. - pp. 89-98.

182. Yellott Jr., J.I. Correction for fast guessing and the speed-accuracy tradeoff in choice reaction time // Journal of Mathematical Psychology. Vol. 8, 1971. - pp. 159-199.

183