Российские ученые создали открытую базу данных для изучения концентрации внимания

© iStock

Команда российских исследователей при участии ученых НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге разработала первую открытую мультимодальную базу данных с записями активности мозга, работы сердца и видеонаблюдения, которая поможет ученым понять, что происходит с мозгом человека во время глубокой концентрации. В будущем эта разработка позволит ускорить создание нейроинтерфейсов, технологий реабилитации и систем искусственного интеллекта. Статья опубликована в журнале Scientific Data.

Умение сосредоточиться важно как в повседневной жизни, так и во время практик медитации. Однако ученые до сих пор не знают, какие именно физиологические изменения наиболее точно отражают состояние глубокой концентрации. 

Современные исследования показывают, что внимание можно развивать и тренировать. Оно постоянно меняется в зависимости от нашего состояния, уровня усталости и окружающей обстановки. Практики осознанности (майндфулнес) и медитация помогают дольше сохранять концентрацию, легче справляться со стрессом и лучше понимать, когда внимание начинает рассеиваться. Изучение того, как мозг управляет вниманием, поможет сделать обучение более эффективным, повысить продуктивность и создать технологии, которые смогут подстраиваться под состояние человека в режиме реального времени. 

Для изучения концентрации чаще всего используют электроэнцефалографию (ЭЭГ), которая регистрирует электрическую активность мозга. Однако одного надежного показателя, по которому можно определить состояние концентрации, пока не существует. Исследователи считают, что полезную информацию могут дать и другие сигналы организма, например сердечный ритм, дыхание и даже видеозапись лица.

При этом ученым не хватает открытых баз данных, в которых все эти показатели были бы собраны вместе. Такие данные позволяют сравнивать, как во время концентрации меняется работа мозга, сердца и другие физиологические процессы, и искать более точные признаки сосредоточенности.

Команда ученых при участии Елены Артеменко из НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург создала мультимодальную базу данных с синхронными записями ЭЭГ, ЭКГ и видео во время выполнения задач на концентрацию внимания и блуждание мыслей, которая поможет ученым понять, что происходит с мозгом человека во время глубокой концентрации. 

В исследовании приняли участие 49 добровольцев. Половина участников много лет занималась йогой и медитацией, а другая половина никогда не занималась подобными практиками — они составили контрольную группу.

Каждый испытуемый проходил 5 этапов эксперимента общей продолжительностью около 45 минут. Сначала человек находился в состоянии покоя, затем он должен был выполнить задание на внутреннюю концентрацию (удерживать внимание на воображаемой точке в центре лба), потом задачу на внешнюю концентрацию (поиск объекта на сложных изображениях) и, наконец, позволить мыслям свободно блуждать. После эксперимента каждый участник оценивал субъективное качество своей концентрации.

На протяжении всего эксперимента исследователи регистрировали активность мозга с помощью ЭЭГ, отслеживали работу сердца на ЭКГ и делали видеозапись лица участника. Все эти данные записывались одновременно, поэтому ученые могут увидеть полную картину того, что происходит с человеком во время концентрации, отдыха или медитации. 

Результаты эксперимента показали, что состояние сосредоточенности действительно отличается от состояния, когда мысли свободно переключаются с одной темы на другую. У людей, которые давно занимаются йогой и медитацией, эти различия выражены заметнее, поэтому их уровень концентрации легче определить по данным ЭЭГ. При этом наиболее важную информацию дают сигналы из лобных отделов мозга, которые отвечают за внимание. Однако ученые подчеркивают, что пока не существует единого показателя, который бы точно определял концентрацию у всех людей. Именно поэтому созданная база данных поможет искать такие закономерности в будущих исследованиях. 

 Елена Артеменко

«Мы надеемся, что созданная база данных найдет применение сразу в нескольких областях науки. Она поможет не только исследовать фундаментальные основы концентрации и внимания, но и разрабатывать новые технологии реабилитации пациентов после инсульта и травм мозга, а также создавать системы оценки внимания для образования и профессиональной деятельности», — рассказала Елена Артеменко, один из авторов исследования, заместитель заведующего Лабораторией социальной и когнитивной информатики. 

По словам исследователей, такие проекты особенно важны потому, что современная наука все чаще развивается благодаря сотрудничеству разных лабораторий и открытому обмену данными. Чем больше ученых смогут работать с единой качественной базой, тем быстрее удастся найти новые ответы на вопросы о работе человеческого мозга.

Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований ВШЭ.