Влияние генотипа и факторов среды на субъективный отсчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий - Автореферат

· Выявить влияние звуковой ритмической стимуляции различной частоты, близкой к 1 Гц, на субъективное течение времени и решение когнитивных задач у взрослых и детей. Второй эксперимент (эксперимент 2) состоял в исследовании влияния звуковой ритмической стимуляции на субъективное течение времени и решение сложных когнитивных задач (категоризация слов, определение длительности стимула), а также мозговых механизмов данного процесса. Результаты первого эксперимента показали, что для испытуемых с полиморфизмами СС гена 5-НТ2а и, следовательно, с меньшим количеством рецепторов серотонина, было характерно более быстрое субъективное течение времени (3,57 0,05) по сравнению с носителями Т/Т и С/Т полиморфизмов (3,30 0,08) Различия для средних значений опросника оказались значимыми (р=0,01). В ситуации, когда испытуемых просили оценить, насколько быстро для них течет время, когда они одни, лица с полиморфизмами 3/3, и следовательно, менее активным разрушением серотонина, оценивали время как текущее значимо медленнее, чем испытуемые с полиморфизмом 4/4 и 4/3 (тест Манна-Уитни, p<0.05). Было выявлено, что спортсменки с полиморфизмом Met/Met были склонны недоотмеривать текущее время в среднем на 17,6 11,1 минут, в то время как спортсменки с полиморфизмами Val/Val и Val/Met переотмеривали его в среднем на 7 5,9 минут.Носители разных вариантов гена COMT различаются в восприятии интервалов длительностью порядка 1-2 секунд и в скорости решения когнитивных задач. Носители Met/Met генотипа переотмеривают и недооценивают интервал времени порядке 1-2 секунд и в то же время быстрее решают некоторые когнитивные задания, по сравнению с носителями Val/Val-варианта. Более низкая частота (0,75 Гц) ритмического звукового сопровождения приводит к «растягиванию субъективного времени» и ускорению времени решения сложных когнитивных задач, что сопровождается увеличением компонента ВП Р300 и уменьшением мощности альфа-ритма в правых фронтальных, центральных и височных областях по сравнению с более высокой (1,25 Гц) частотой.

Актуальность и значимость исследования.

Актуальной задачей современной науки является изучение взаимодействия средовых и генетических факторов в формировании личности. Полиморфизмы генов, регулирующих активность различных медиаторных систем мозга, оказывают влияние на когнитивные функции человека, однако это влияние корректируется влиянием среды. Так, ген транспортера серотонина (5-НТТ) способствует формированию нейротизма, но только при наличии особых неблагоприятных условиях среды и травматических событий в жизни человека, приводящих к формированию этого качества (Canli T., Lesch K.P., 2007).

Восприятие времени является одной из базисных психических функций человека, так как все психические процессы развертываются во времени, и оно постоянно отслеживается в организме человека. В современной психологии существуют типологии, основанные (Цуканов Б.И. 1988) или учитывающие (Ясперс К. 1996, Zakay D. 2004) процессы субъективного отражения времени. Таким образом, субъективное отражение времени является устойчивой характеристикой личности. Показана связь восприятия времени с активностью серотонина и дофамина в мозге (Meck, 1996, Rammsayer, 1998, Wackermann et al., 2008, Witmann, 2009). Поэтому исследования восприятия времени представляют собой хорошую модель для преодоления разрыва между работами молекулярного и системного уровней. Данная диссертационная работа направлена на выстраивание единой логической цепочки от гена до сознания, так как включает исследования как «крайних» звеньев этой цепи в виде психической функции и генотипа, так и «промежуточного звена» в виде мозговых процессов.

Современные технологии ставят все более жесткие требования к скорости и качеству выполнения тех или иных действий. Цена «человеческого фактора» при этом возрастает. Поэтому сейчас очень важно найти эффективные способы воздействия на ход выполнения когнитивных задач. В данной диссертации исследуется влияние звуковой ритмической стимуляции на субъективное течение времени и скорость выполнения когнитивных тестов, что может представлять не только теоретический, но и значительный практический интерес.

Таким образом, представленная работа демонстрирует влияние генетического и средового факторов на субъективное течение времени и решение когнитивных задач, также описывая мозговые корреляты данного процесса. Выражается надежда, что использованный подход имеет хорошую перспективу для выстраивания единой логической цепочки от гена до сознания.

Цель исследования. Целью данной работы было изучить влияние генотипа и факторов среды на субъективный отчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий.

Задачи исследования.

Работа направлена на решение следующих задач.

· Исследовать связь полиморфизмов генов, регулирующих обмен серотонина и дофамина в тканях мозга, с особенностями психического отражения времени.

· Выявить влияние звуковой ритмической стимуляции различной частоты, близкой к 1 Гц, на субъективное течение времени и решение когнитивных задач у взрослых и детей.

· Описать мозговые процессы, сопровождающие изменение субъективного отсчета времени, в зависимости от полиморфизма генов и под воздействием внешней ритмической звуковой стимуляции.

· Выявить взаимовлияния внешнего (звуковой стимуляции) и генетического (полиморфизм генов) факторов на субъективное течение времени и скорость выполнения когнитивных задач.

Научная новизна. В данной работе впервые была продемонстрирована связь полиморфизмов генов, регулирующих обмен серотонина и дофамина в тканях мозга, с особенностями психического отражения времени. Впервые описаны феномен уменьшения времени решения задач при замедленной ритмической звуковой стимуляции и мозговые корреляты данного процесса. Впервые на экспериментальном уровне было показано взаимовлияние генетических и средовых факторов в процессе восприятия времени на скорость решения когнитивных задач.

Теоретическая ценность. В диссертационном исследовании предпринята попытка преодолеть существующий разрыв между работами системного и молекулярного уровней, который не дает возможности воссоздать целостную картину работы мозга. Показана связь субъективного течения времени с полиморфизмом генов, контролирующих обмен дофамина и серотонина. В частности, показано, что носители варианта Met/Met гена COMT переотмеривают 1-2 секундные интервалы, и быстрее решают когнитивные задачи. Субъективное течение времени является устойчивой характеристикой личности, однако, как и на любую другую психическую функцию, на нее оказывают влияния и внешние воздействия. Так, в данном исследовании показано, что звуковая стимуляция, имитирующая тиканье часов, в замедленном темпе (0,75 Гц), способна изменять субъективное течение времени и ускорять решение когнитивных задач. Причем это влияние выражено лишь для носителей варианта Val/Val гена СОМТ, т. е. для того варианта гена, носители которого изначально медленнее решают сложные когнитивные задачи. Таким образом, данная работа демонстрирует возможность компенсации генетического фактора внешним влиянием. Однако, этот эффект проявляется только у носителей генотипа Val/Val, склонных к более медленному решению задач. Выражается надежда, что использованный подход имеет хорошую перспективу для выстраивания единой логической цепочки от гена до сознания.

Практическая значимость. В данном исследовании впервые продемонстрирована возможность ускорять выполнение сложных когнитивных тестов путем изменения скорости внешней звуковой стимуляции. Описаны мозговые корреляты данного процесса. Более того, выявлены индивидуальные, генетически детерминированные особенности как субъективного течение времени и выполнения когнитивных задач, так и влияния внешних факторов на этот процесс. Эти данные, безусловно, имеют большую практическую значимость в сфере подбора кадров и обучения, т.к. позволяют выработать новые программы диагностики и в соответствии с ними выбирать правильную стратегию обучения и коррекции имеющихся недостатков. Прежде всего, это важно в сферах, где требуется быстрая и точная реакция, например, у операторов и спортсменов. Возможно, что данные результаты могут быть использованы и в клинической сфере, в работе с больными у которых наблюдается расстройства субъективного течения времени.

Основные положения, выносимые на защиту: § Существуют генетически детерминированные особенности восприятия времени, связанные с активностью дофаминергической и серотонинергической систем мозга.

§ Более низкая частота (0,75 Гц) ритмического звукового сопровождения приводит к «растягиванию субъективного времени» и ускорению времени решения сложных когнитивных задач, что сопровождается увеличением компонента ВП Р300 и уменьшением альфа-ритма в правых фронтальной, центральной и височной областях коры.

§ Субъективное течение времени и скорость решения сложных задач может определяться генетическими факторами. Показано, однако, что у лиц-носителей генотипа Val/Val гена СОМТ, затрачивающих больше времени на решение когнитивных заданий, это отставание может быть скорректировано влиянием факторов среды.

Апробация работы. Апробация работы прошла 2.11.09 на совместном заседании лаборатории высшей нервной деятельности человека и лаборатории психофизиологии Учреждения Российской Академии Наук Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на Конференции «молодых ученых» в Институте Высшей нервной деятельности РАН (Москва, 2006, 2007, 2008), на Международной конференции Sinapsa Neuroscience (Любляна, 2007), на IX Международной конференции "Когнитивное моделирование в лингвистике" (CML-2007) (София, 2007). Работа поддержана грантом РГНФ № 07-06-00471а.

1. Методы исследования полиморфизм генетический когнитивный серотонинергический

Диссертационное исследование включало три экспериментальных серии, обозначаемых далее как эксперименты 1, 2 и 3.

Первый эксперимент (эксперимент 1) состоял в исследовании взаимосвязи вариантов генов, связанных с активностью серотонина и дофамина, с особенностями восприятия времени. Второй эксперимент (эксперимент 2) состоял в исследовании влияния звуковой ритмической стимуляции на субъективное течение времени и решение сложных когнитивных задач (категоризация слов, определение длительности стимула), а также мозговых механизмов данного процесса. Кроме того, участники эксперимента были исследованы на носительство того или иного варианта гена СОМТ. Третий эксперимент (эксперимент 3) был направлен на изучение влияние звуковой стимуляции на решение более простых задач (реакция выбора и простая зрительно-моторная реакция) у взрослых испытуемых и детей.

Испытуемые: В эксперименте 1 приняло участие 89 спортсменок, занимающихся синхронным плаванием. Возраст девочек составлял от 10 до 18 лет. Все испытуемые были отгенотипированы по генам СОМТ, 5НТ-2а, МАОА, 5-НТТ.

В эксперименте 2 участвовало 30 испытуемых в возрасте от 18 до 30 лет, среди них было 14 мужчин и 16 женщин с высшим или неполным высшим образованием. 26 из 30 испытуемых, принявших участие в основном эксперименте, были исследованы на носительство того или иного варианта гена СОМТ.

В эксперименте 3 участвовали: группа взрослых из 12 человек (6 женщин и 6 мужчин в возрасте от 18 до 30 лет) и группа из 42 здоровых детей в возрасте от 5 до 12 лет. Дети были разделены на четыре возрастные группы: дошкольники - 11 детей в возрасте 5-6 лет, 12 школьников в возрасте 7-8, 10 детей в возрасте 9-10 лет, и 9 детей в возрасте 11-12 лет.

Процедура исследований.

В первом эксперименте испытуемым предлагалось выполнить ряд нейропсихологических и психометрических проб. Сначала предлагалось отмерить субъективную минуту, затем оценить несколько интервалов между щелчками секундомера (5, 15, 10 сек). В конце обследования испытуемых просили, не сверяясь с часами, определить, сколько сейчас времени (ориентация в текущем времени). С помощью компьютерной программы проводился тест на отмеривание временных интервалов в 1, 2, 3, 4 и 5 секунд: испытуемым предлагалось в случайном порядке отмерить эти интервалы двукратным нажатием на клавишу компьютерной мыши. Испытуемые также заполняли опросник Ясперса, направленный на выявление скорости субъективного течения времени в разных ситуациях.

Во втором эксперименте испытуемым на экране монитора предъявлялись слова длинной от 4 до 7 букв, среди которых были 300 абстрактных, 300 конкретных и 300 псевдо-слов (подобранных по словарю частотности слов Шарова С.А.). Предъявление стимулов было организовано по стандартной схеме. Для фиксации взгляда за 500 100 мс до появления стимула предъявлялся « », длительность предъявления слов составляла 600, 1000 и 1400 мс и варьировала в случайном порядке. После ответа нажатием соответствующей клавиши мыши снова появлялся « ». В различных блоках эксперимента испытуемым предлагалось выполнить две различные задачи: оценить длительность предъявления стимула как короткую, среднюю или длительную (левая клавиша - короткий стимул, правая - длительный, и средняя - промежуточная длительность) или же определить категорию слова: нажать на левую клавишу, если слово конкретное, на правую, если слово абстрактное, и на среднюю - если это псевдо слово. Параллельно предъявлению зрительных стимулов в течение всей серии предъявлялся звуковой стимул, напоминающий тиканье часов с частотой 0,75, 1,00 или 1,25 Гц. Для каждой задачи эксперимент был разделен на 9 серий (по 3 серии для каждой частоты ритмического сопровождения, предъявляемые в случайном порядке). Длительность серии в среднем составляла от 3 до 7 минут. Кроме того, для части испытуемых были введены две серии с отсутствием звукового фонового ритма. После каждой серии испытуемый должен был оценить ее длительность. По ходу выполнения заданий осуществлялась запись ЭЭГ. Был использован электроэнцефалограф Sagura Medical Soft c 64-канальной схемой электродов Leonardo и двумя височными мастоидами. Обработка данных ЭЭГ осуществлялась при помощи программ BESA и MATHLAB, оценивались амплитуда различных компонентов вызванных потенциалов, а также мощность спектра мозгового ритма. Анализ ЭЭГ проводился методом усреднения ВП с синхронизацией на начало и конец предъявления стимула для задач оценки категории и длительности стимулов соответственно. Эпоха анализа составляла 700 мс (100 мс до стимула - базовая линия). ВП суммировался по всем стимулам для каждого испытуемого и по всем испытуемым. Спектры мощности рассчитывались при помощи быстрого преобразования Фурье (FFT) отдельно для каждой частоты звуковой стимуляции как среднее значение, полученное по двухсекундным, безартефактным отрезкам. Значимость различий между ВП по каждому из отведений в каждой временной точке для каждого канала оценивалась при помощи парного t-теста Стьюдента.

В третьем эксперименте испытуемым в произвольном порядке предъявлялось 8 серий (по 2 серии для каждого условия звуковой ритмической стимуляции), для каждой из которых было необходимо выполнить одну из задач. Первой задачей была простая моторная реакция. Испытуемым надо было как можно быстрее реагировать на появление визуального стимула (желтого квадратика) на экране монитора нажатием на левую кнопку мыши. Другой задачей была реакция выбора: необходимо было нажимать одну из трех клавиш мыши в ответ на предъявление красного, желтого или зеленого квадратика (левую - для красного, среднюю для желтого, правую - для зеленого). Звуковая ритмическая стимуляция предъявлялась с частотой 0,75, 1 или 1,25 Гц в виде тиканья часов. Анализировались время реакции, количество ошибок и фальстартов. Идентичная схема эксперимента предъявлялась взрослым испытуемым (эксперимент 3а) и детям (эксперимент 3б).

Молекулярно-генетический анализ.

В качестве материала для исследования служили образцы венозной крови. Полиморфизм определяли с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) на основе идентификации различий в длине продуктов ПЦР каждого аллеля (для генов 5-HTT и МАОА) и на основе различий в длине рестриктных фрагментов продуктов амплификации (для гена СОМТ). 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 MM MGCL2, 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 дезоксинуклеозид-трифосфатов и по 8 пмоль праймеров. При постановке ПЦР обязательно использовали технику «горячий старт», который обеспечивался разделением нуклеотидов с праймерами и Taq-полимеразы прослойкой воска.

Статистическая обработка материала. Для статистической обработки исходных данных, полученных в ходе проведения исследования, использовался комплекс одномерных (расчет параметров вариации признаков, t-критерия Стьюдента) и многомерных (корреляционный, дисперсионный, факторный анализы) методов анализа данных по стандартным программам для ПК («Statistica 6.0»). При анализе результатов применяли как параметрические, так и непараметрические методы статистического анализа. Для оценки различия в уровне какого-либо признака между двумя группами с разными генотипами использовался t-критерий Стьюдента для независимых выборок (при оценке ошибки в текущем времени) или непараметрический критерий U Манна-Уитни, который не требует нормальности распределения переменных и интервальности шкалы измерений. Если групп было больше двух, то использовался дисперсионный анализ (ДА), позволяющий оценить связь между несколькими полиморфизмами одного гена и измеряемыми психологическими показателями. В этом случае генотип выступал как категориальный независимый фактор, состоящий из нескольких уровней - полиморфизмов. Апостериори применялся метод множественного парного сравнения (Post-hoc Neumann-Keul test, Fisher test) для выявления фактора, лежащего в основе выявленных различий. Дополнительно, вместе с ДА всегда проводился тест на гомогенность выборки (Levene’s test) для проверки адекватности использования данного метода. Нормальность распределения проверялась с помощью критерия c2 Пирсона.

Для статистического сопоставления уровня признака внутри одной группы использовался t-критерий Стьюдента для связанных выборок, а также многофункциональный непараметрический критерий ?*- угловое преобразование Фишера, позволяющий оценить различие долей встречаемости признака. Корреляционный анализ использовался для проверки связи исследуемых параметров с возрастом.

2. Результаты работы и их обсуждение

Результаты эксперимента 1.

Результаты первого эксперимента показали, что для испытуемых с полиморфизмами СС гена 5-НТ2а и, следовательно, с меньшим количеством рецепторов серотонина, было характерно более быстрое субъективное течение времени (3,57 0,05) по сравнению с носителями Т/Т и С/Т полиморфизмов (3,30 0,08) Различия для средних значений опросника оказались значимыми (р=0,01). Показатели по отдельным шкалам различались сходным образом, однако статистической значимости достигали различия только для шкалы «когда я свободен» (р<0,01).

Были также обнаружены статистически значимые различия между полиморфизмами МАОА и субъективным течением времени по двум шкалам опросника Ясперса: когда я читаю и когда я один. В ситуации, когда испытуемых просили оценить, насколько быстро для них течет время, когда они одни, лица с полиморфизмами 3/3, и следовательно, менее активным разрушением серотонина, оценивали время как текущее значимо медленнее, чем испытуемые с полиморфизмом 4/4 и 4/3 (тест Манна-Уитни, p<0.05).

При анализе связей между особенностями отмеривания «индивидуальной (субъективной)» минуты и полиморфизмами исследованных генов были также получены значимые результаты. Статистическая обработка данных (ANOVA) обнаруживала различия между полиморфизмами гена МАОА и точностью отмеривания «индивидуальной минуты» (F(2, 78)=3.2836, p<.05). Лица с полиморфизмами, которым соответствовала большая активность серотонина, точнее отмеривали «субъективную» минуту (т. е. меньше ее недоотмеривали). Испытуемые, у которых серотонин разрушался быстрее, и вследствие этого, серотонинэргическая система была менее активна, были склонны сильнее недооценивать субъективную минуту.

Для носителей MM полиморфизма гена СОМТ было характерно значительное переотмеривание 1 и 2 секундных интервалов. Для статистической обработки результатов использовался однофакторный дисперсионный анализ (ДА), в котором генотип выступал как категориальный фактор, состоящий из трех уровней (Val/Val, Val/Met и Met/Met). ДА выявил значимую связь воспроизведения коротких интервалов времени в 1 и 2 секунды с полиморфизмом данного гена, F(2, 51) = 5.6918, p<0.01. Апостериори анализ (Newman-Keuls test) выявил, что воспроизведенная длительность значимо больше для Met/Met полиморфизма, по сравнению с Val/Met (p<0.01) и Val/Val (p=0.01). Интервалы в 3, 4 и 5 секунд не обнаружили такой связи. Видно, что субъективное отмеривание 3, 4 и 5 секунд практически не отличается от объективной длительности и не зависит от полиморфизма исследуемого гена. В то же время для 1 и 2 секунд характерно переотмеривание (то есть воспроизведение по памяти больших, чем реально, показанных на мониторе интервалов времени), причем, только для носителей Met/Met полиморфизма. Внутри группы лиц с Met/Met полиморфизмом выявлена тенденция к различному отношению субъективной и реальной длительности между длительностями 1, 2 и 3, 4, 5 секунд (критерий Стьюдента для связанных выборок, t(11)=2.12, p=0.57), т.е. в то время как 1 и 2 секунды переотмеривались, интервалы в 3, 4 и 5 секунд этими лицами отмеривались правильно.

Рис. 1. Воспроизведение интервалов 1, 2, 3, 4, 5 сек по образцу при различных полиморфизмах гена СОМТ. На рисунке представлены средние для 1 и 2 сек, а также для 3, 4 и 5 секунд

Помимо коротких временных интервалов ген СОМТ оказался связан и с ориентировкой в текущем времени. Данные результаты оказались значимыми для первого обследования. Полиморфизм Met/Met значимо отличался от объединенных полиморфизмов Val/Val и Met/Val (р=0,036, t-тест Стьюдента). Было выявлено, что спортсменки с полиморфизмом Met/Met были склонны недоотмеривать текущее время в среднем на 17,6 11,1 минут, в то время как спортсменки с полиморфизмами Val/Val и Val/Met переотмеривали его в среднем на 7 5,9 минут.

Оценка текущего времени оказалась зависима не только от гена разрушающего дофамин, но и гена транспортера серотонина. На основе двух этапов исследования этого параметра были выделены две группы: точно ориентирующиеся (средняя ошибка по двум исследованиям меньше или равна 10 минутам, 24 человек) и плохо ориентирующихся (ошибка в оценивании больше или равна 25 минутам, 26 человек). Доли людей с различными генотипами в каждой из этих групп сопоставлялись с помощью непараметрического многофункционального статистического критерия - углового преобразования Фишера (?*).

Оказалось, что доля лиц с генотипом ss среди точно ориентирующихся была значимо больше, чем среди плохо ориентирующихся (19.2% (5 из 26) и 4.2% (1 из 24), ?*=1.75, p=0.04). Среди лиц с генотипом ss, максимальная ошибка в оценке текущего времени была 25 минут, поэтому мы и выбрали этот порог. Понятно, что при повышении порога до 30 минут и выше, значимость полученного результата возрастает, но условия использования данного критерия при этом нарушаются.

Обсуждение результатов эксперимента 1.

Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что носители разных вариантов генов, отвечающих за активность двух основных медиаторов мозга - серотонина и дофамина, различаются по характеристикам восприятия времени. Причем, согласно полученным данным, восприятие времени - сложный психический процесс, каждая операция которого может регулироваться активностью нескольких различных генов, а они могут быть различны для разных интервалов времени.

Так, индивидуальные различия в воспроизведении коротких интервалов времени в 1 и 2 секунды оказались обусловлены различиями в полиморфизмах гена COMT, расщепляющего дофамин. У лиц с низкоактивным вариантом гена, а именно полиморфизмом Met/Met (соответственно большим содержанием дофамина) при воспроизведении данных интервалов наблюдалось их переотмеривание. В то же время, воспроизведение более длительных интервалов в 3-5 секунд, у тех же лиц, и у лиц с другими вариантами гена было точным. На наш взгляд, такое различие происходит изза того, что при воспроизведении одно- и двухсекундных интервалов затрагивается только короткая рабочая память, временной ресурс которой ограничен несколькими секундами. Ранее К.Поппель (Poppel, E., 1997) на основе экспериментов Вундта, Виерорта и данных изучения иллюзий предположил, что «психическое настоящее» длится не более 3 секунд. Таким образом, механизм оценки времени внутри и вне этого интервала должен быть различным. «Психическое настоящее» - это собственно то, что человек может удержать в сознание одновременно. Логично, что эта важная психическая константа оказывается связанной с префронтальной корой, участвующей в организации рабочей памяти. Известно также, что многие нейроны данной коры используют в качестве медиатора дофамин. Большая активность префронтальной коры, связанная с повышенной концентрацией дофамина у носителей Met/Met генотипа, ведет при воспроизведении к переотмериванию одно- и двухсекундных интервалов. В то же время в отмеривании (в отличие от воспроизведения) тех же временных интервалов участвует уже не кратковременная, а долговременная память, из которой и извлекается эталонное представление о секунде. Как показали наши исследования, хранение этого эталона не зависит от исследуемых нами генов или, по крайней мере, зависит не только от них. Воспроизведение трех- и пяти секундных интервалов тоже выпадает из временного диапазона «психического настоящего», поэтому также имеет другие механизмы.

Оценка более длительных, порядка нескольких минут интервалов, заполненных деятельностью, таких как оценка серий, также оказалась связанной с полиморфизмами гена СОМТ. Лица с генотипом Met/Met гена СОМТ были склонны переоценивать длительность серий, заполненных когнитивной задачей. Другая важная функция сознания - ориентация в текущем времени - также оказалась связанной с геном СОМТ. Причем на этот раз лица с полиморфизмом Met/Met уже значимо преуменьшали текущее время по сравнению с носителями других полиморфизмов, склонных, наоборот, преувеличить время. Таким образом, полученные результаты подтверждают данные о том, что временной континуум неоднороден по механизмам, лежащим в основе восприятия разных интервалов времени. Тот факт, что короткие интервалы времени (порядка минут и секунд) обычно переоцениваются, а длительные (порядка часов, дней) недооцениваются, известен давно под названием закона Виерорта (Vierort , 1868). Наше исследование уточняет, что подобный закон не универсален и выполняется только для носителей Met/Met полиморфизма гена COMT.

Необходимо отметить, что ориентировка в текущем времени также представляет собой сложный процесс, который, кроме собственно «внутренних часов», зависит и от многих других факторов, таких как когнитивные и эмоциональные процессы, внимание, тревожность и других. Неудивительно поэтому, что отсчет времени оказался связан не только с геном COMT, но еще и с геном транспортера серотонина 5-HTT, учитывая важную роль серотонина в этих процессах. Так, лица с полиморфизмом ss и большей активностью серотонина, характеризуются точностью ориентации во времени. Лица с другим полиморфизмом по данному гену могут быть как точными, так и неточными.

Генетические различия, влияющие на активность серотонина, оказались также связаны с пробами, используемыми в клинике для оценки аффективного состояния больных («субъективная минута», оценка субъективного течения времени по опроснику Ясперса). В целом оказалось, что чем больше активность серотонина, тем медленнее течет субъективное время. Так, ген рецептора серотонина 5-НТ2а был связан с суммарными и средними показателями всех шкал (и особенно для шкалы «когда я свободен»), а также с недооценкой длительности абстрактных стимулов. Ген МАОА, расщепляющий серотонин, показал значимую связь только со шкалами «когда я один», «когда я читаю». Таким образом, большее количество рецепторов серотонина, и, следовательно, большая его активность, приводят к замедлению субъективного времени во всех ситуациях, в то время как меньшая активность МАОА замедляет время в ситуации одиночества.

Проведенное исследование является одной из первых попыток установить причинную связь между структурой генов и их вариабельностью и протеканием такой достаточно сложной психической функции как восприятие времени. Причинная связь от гена к психической функции в данном случае предполагается не столько по результатам статистических методов (которые, в большинстве своем могут лишь свидетельствовать о связи между исследуемыми переменными, но не о влиянии), а вытекает из логики нашего исследования (именно ген влияет на поведение, а не наоборот). Данная работа способствует преодолению имеющегося разрыва между исследованиями системного и молекулярного уровней с выстраиванием единого логического ряда от гена до сознания.

Результаты эксперимента 2. Поведенческие ответы.

При выполнении задания на оценку длительности и категории слов различная частота звуковой ритмической стимуляции оказывала влияние на оценку длительности серий и время решения задач. При быстрой ритмической стимуляции по сравнению с медленной испытуемые значимо переоценивали длительность серий, в которых требовалось оценить длительность (t=2,1; р<0,05) или категорию стимулов (t=2,2; р<0,05). При оценке длительности стимулов в 1400 мс медленная скорость ритмической стимуляции (0,75 Гц) приводила к значимому уменьшению времени реакции, по сравнению с частотой ритма 1 Гц (t= 2,9; р= 0,02) и 1,25 Гц (t= 3,2; p= 0,004). При оценке категории слов время реакции для частоты ритмической стимуляции 0,75 Гц было значимо меньше (t=2,5; p=0.01) по сравнению с частотой 1,25 Гц. Время реакции при ритмической стимуляции 0,75 Гц также было значимо меньше по сравнению с частотой 1 Гц (t=2,1; p=0,04). При отсутствии ритмической стимуляции время реакции испытуемых было максимально, по сравнению с любой частотой фонового ритма. Таким образом, звуковой ритм, предъявляемый с частотой 0,75 Гц, способствовал уменьшению времени решения задач. полиморфизм генетический когнитивный серотонинергический

Рис. 2

При оценке длительности стимулов предъявление слов различных категорий не влияло на общую картину - время реакции было минимальным при частоте звуковой ритмической стимуляции 0,75 Гц. Влияние частоты фонового ритма было наиболее выражено для псевдо-слов. При оценке категории слов при звуковой ритмической стимуляции 1,25 Гц время реакции увеличивалось, и было минимальным при частоте 0,75 Гц для всех категорий слов. Время реакции при предъявлении абстрактных слов было максимальным при любой частоте ритмической стимуляции.

Результаты эксперимента 2. Особенности мозгового ответа.

Влияние различной частоты ритмической стимуляции оказалось связанным не только с поведенческими ответами испытуемых, но и с различиями в мозговых процессах. На рис.3а представлены вызванные потенциалы, полученными в ответ на предъявление слов в сериях с разной ритмической стимуляцией при задаче оценки категории слов, отведение E124. Амплитуда позитивного (компонента ВП на латентностях от 300 до 450 мс) была значимо больше при медленном ритме (0,75 Гц) по сравнению с быстрым (1,25 Гц) в правых височных, фронтальных и центральных областях. На рис.3а и 3б приведена топография значимых различий между ВП, полученными в сериях с медленной и быстрой звуковой стимуляцией. Выделенная область составляет кластер, объединенный по значимости различий на основе смежности в пространственном и временном распределении. Влияние звуковой ритмической стимуляции на амплитуду компонента Р300 в правых центральных, лобных и височных областях для абстрактных, конкретных или псевдо слов было практически одинаковым и не достигало статистической значимости.

Рис. 3

При решении заданий на оценку длительности стимулов анализ ВП осуществлялся за период времени после выключения стимула, усреднение синхронизировано по выключению стимула. На рис.3б представлены эти ВП в сериях с быстрой и медленной ритмической стимуляцией, а также топографическое распределение различий между амплитудами компонента Р300 (различия достигали значимости для стимулов длительностью 1400 мс). Также как и в серии с категоризацией слов амплитуда компонента Р300 в правой фронтальной, височной и центральной областях была значимо больше при частоте ритмической стимуляции 0,75 Гц по сравнению с частотой 1,25 Гц.

При оценке категории слов разница в амплитуде компонента Р300 между сериями с медленной и быстрой звуковой стимуляции коррелировала с разницей во времени реакции между медленной и быстрой ритмической стимуляцией. Значимые корреляции обнаружены для центральных, центрально-фронтальных и центрально-височных областей (им соответствуют электроды E81 (р=0,022; r=-0,52), E32 (р=0,006; r=-0,6), E129 (р=0,002; r=-0,66), E111 (р=0,022; r=-0,66), E103 (р=0,012; r=-0,51), как раз в тех, где выявлены значимые различия в амплитуде Р300 между сериями. Чем сильнее у испытуемых снижалось время решения задачи на категоризацию при медленным фоновом ритме по сравнению с быстрым, тем амплитуда компонента Р300 была больше для медленной ритмической стимуляции по сравнению с быстрой. При задаче на оценку длительности данные корреляции обнаруживаются лишь на уровне тенденций.

Спектральный анализ мозговой активности при выполнении задания на категоризацию стимулов показал также значимые различия между мощностями спектральных составляющих, особенно в диапазоне альфа-ритма, при предъявлении внешнего фонового ритма различной частоты. На рис.4 изображены спектры мощности для 3 отведений, E109, E46, E86. По оси y- отложена мощность (МКВ2), по оси x-частоты спектра. Оказалось, что мощность альфа- ритма была значимо больше при частоте фонового ритма 1,25 Гц, по сравнению с медленным фоновым ритмом - 0,75 Гц. Значимые различия были обнаружены по каналам E46, E129, E105, E32, E81, E109, E86, E111, E13, E113. При отсутствии звуковой стимуляции амплитуда альфа-ритма оказалась максимальной и превышала значения мощности при наличии фонового ритма.

Рис. 4. Мощность альфа-ритма при различной частоте звуковой стимуляции и ее отсутствии. По оси ординат: мощность альфа-ритма (МВТ), по оси абсцисс: частота (Гц). Е109 - Е86 - электроды

Влияние звукового ритма на оценку длительности коротких интервалов (от 600 до 1400 мс) было характерно только для женщин, они были склонны переоценивать длительность предъявления слов при стимуляции в 0,75 Гц по сравнению с частотой стимуляции в 1,25 Гц. При медленной ритмической стимуляции женщины были склонны классифицировать предъявляемый стимул как длинный (правая кнопка мыши) и реже как короткий (левая кнопка мыши).

При выполнении задания на оценку длительности для ритмической стимуляции с частотой 0,75 Гц по сравнению с частотой 1,25 Гц у испытуемых увеличивался компонент Р300 для ВП на конец предъявления стимула. Изменения компонента Р300 на включение стимула оказались специфичными только для женщин. У женщин, по сравнению с мужчинами, при замедленном фоновом ритме был менее выражен фронтально-центральный компонент Р300 (связываемый с вниманием к началу стимула), и более выражен компонент N100 (связан с сенсорными характеристиками).

Амплитуда компонента Р300, регистрируемая на включение стимула при выполнении задания на оценку длительности, коррелировала с большим предпочтением левой клавиши мыши, соответствующей короткому стимулу, при быстром фоновом ритме по сравнению с медленным, если стимул был конкретным или псевдо словом. Корреляции обнаружены по каналам Е113, Е111, Е105, соответствующим правой центральной области.

Амплитуда компонента N100 коррелировала с частотой нажатий левой клавиши мыши при решении задач на оценку длительности. Чем более был выражен компонент N100 для медленного ритма по сравнению с быстрым, тем чаще испытуемые выбирали левую клавишу мыши, соответствующую короткому стимулу, если предъявлялись псевдо-слова или конкретные слова. Значимости данные различия достигали только по каналу Е109, соответствующему правой височной области.

ВП мозга на начало предъявления стимула значимо различались между задачами оценки длительности и оценки категории в правых центральных и центрально-париентальных областях. ВП в этих областях был более негативен на латентностях 250-600 мс для задачи оценки длительности, по сравнению с задачей на семантическую категоризацию для всех типов слов, в том числе и для псевдо. Можно предположить, что данные области являются специфичными для процесса оценки длительности.

Результаты эксперимента 2. Генетические особенности влияния звуковой ритмической стимуляции на решение когнитивных задач

Испытуемые с различными полиморфизмами гена COMT также отличались во времени реакции при решении задач на оценку длительности. Носители полиморфизма Мет/Мет решали эти задачи значимо быстрее в отличие от носителей других полиморфизмов не зависимо от категории слова и от длительности его предъявления. Данная закономерность была выявлена для быстрого и медленного фонового ритма.

Кроме того, носители полиморфизмов Met/Met гена СОМТ реже нажимали клавишу длинный стимул, по сравнению с носителями аллелей Val/Val, при ритмической стимуляции. Носители генотипа Val/Val были склонны переоценивать длительность абстрактных слов и стимулы 1400 мс и чаще выбирали правую клавишу (соответствующую длительному стимулу). Носители аллелей Met/Met, напротив, при предъявлении абстрактных слов и стимулов длительностью 1400 мс, были склонны недооценивать эти стимулы - они чаще выбирали клавишу, соответствующую короткому стимулу, и реже клавишу, соответствующую длительному стимулу.

Испытуемые с различными полиморфизмами гена СОМТ по-разному оценивали длительность серий. Носители полиморфизма Met/Met значимо переоценивали длительность серий как при оценке длительности, так и при оценке категории.

Испытуемые с различными полиморфизмами гена COMT, ответственного за активность дофамина, различались в выраженности влияния ритмической стимуляции на амплитуду компонента Р300 при решении задачи на категоризацию. У индивидов, имеющих мутант

1. Носители разных вариантов гена COMT различаются в восприятии интервалов длительностью порядка 1-2 секунд и в скорости решения когнитивных задач. Носители Met/Met генотипа переотмеривают и недооценивают интервал времени порядке 1-2 секунд и в то же время быстрее решают некоторые когнитивные задания, по сравнению с носителями Val/Val-варианта.

2. Восприятие более длительных интервалов связано с генами, модулирующими активность серотонина (5-HT2a, 5-HTT, MAOA). На общую ориентацию во времени влияют как ген, модулирующий синтез фермента, разрушающего дофамин (COMT), так ген транспортера серотонина (5-HTT) систем.

3. Более низкая частота (0,75 Гц) ритмического звукового сопровождения приводит к «растягиванию субъективного времени» и ускорению времени решения сложных когнитивных задач, что сопровождается увеличением компонента ВП Р300 и уменьшением мощности альфа-ритма в правых фронтальных, центральных и височных областях по сравнению с более высокой (1,25 Гц) частотой.

4. Высокая частота звукового сопровождения (1,25 Гц) ускоряет время простой зрительно-моторной реакции как у взрослых, так и у детей (5-12 лет). При этом у детей замедленное ритмическое звуковое сопровождение (0,75 Гц) уменьшает время решения задачи на реакцию выбора (простая задача для взрослых, но сложная для детей). Как уже отмечалось, такое уменьшение времени решения задачи при медленной ритмической стимуляции характерно и для взрослых испытуемых при выполнении сложной когнитивной задачи.

5. Выявлено взаимодействие генетического и средового фактора на скорость решения когнитивных задач. Более медленная ритмическая звуковая стимуляция увеличивает скорость решения когнитивной задачи в наибольшей степени у носителей более древнего и активного гена COMT (Val/Val), характеризующегося меньшей концентрацией дофамина в префронтальной коре. У носителей генотипа Met/Met, которые характеризуются более высокой скоростью решения задач и большим компонентом P300 по сравнению с полиморфизмом Val/Val, ритмическая стимуляция не вызывает дополнительного улучшения когнитивных процессов.

1. Портнова Г.В., Сысоева О.В., Иваницкий. Психофизиологическое исследование влияния звуковой ритмической стимуляции на субъективный отсчет времени и скорость выполнения когнитивных задач. Журн.высш.нервн.деят. 2010.

2. Портнова Г.В., Сысоева О.В., Малюченко Н.В., Тимофеева М.А., Куликова М. А., Тоневицкий А.Г., Кирпичников М.П., Иваницкий А.М. Генетические основы восприятия времени у спортсменов Журнал высшей нервной деятельности, том 57, №4, 2007. 461-471 с.

3. Olga V Sysoeva, Natalia V Maluchenko, PHD; Marina A Timofeeva; Galina V Portnova; Maria A Kulikova; Alexandr G Tonevitsky, Prof; Alexey M Ivanitsky, Prof. “Aggression and 5-HTT polymorphism in females: study of synchronized swimming and control groups”. Int J Psychophysiology

4. Sysoeva O.V., Portnova G.V., Ivanitsky A.M. Генетические основы восприятия времени у спортсменов (Genetic basis of time perception in sportsmen). - Proceedings of 13th Biennial Meeting of the ISSID, Giessen. - 2007. P.110-111.

5. Сысоева О.В., Портнова Г.В., Малюченко Н.В., Тимофеева М.А., Тоневицкий А.Г., Иваницкий А.М. - Агрессия и субъективный отчет времени зависят от полиморфизма определенных генов. - ХХ съезд физиологического общества им. И.П.Павлова. Тезисы докладов. Издательский дом «Русский врач». Москва. - 2007. - стр. 94-95.

6. Portnova G.V., Sysoeva O.V., Balashova E. U. Нейропсихологические и психофизиологические проблемы восприятия времени лицами молодого и пожилого возраста (Neuropsychological and psychophysiological problems of time perception for young and old people). - Novel Molecular Strategies to treat. Neurodegenerative Diseases. Abstracts book. Ofir. - 2007. - P. 87.

7. Portnova G.V., Sysoeva O.V. Эксплицитный и имплицитный анализ слов: поведенческий и ЭЭГ анализ (Explicit and implicit analysis of the written words: behavioral and EEG data). - Sinapsa Neuroscience Conference ’07. Book of Abstracts. Ljubljana. - 2007. - P. 70.

8. Портнова Г.В., Сысоева О.В. Анализ абстрактных, конкретных и псевдо-слов: влияние категории слова на скорость реакции, восприятие длительности и ответы мозга.// Когнитивное моделирование в лингвистике. Труды IX международной конференции т. 2, с. 50-59.

Размещено на .ru