Влияние острого введения алкоголя на предвидение и формирование пространственной памяти в виртуальной среде

На следующем этапе, основываясь, в частности, на описанных выше результатах, мы развернули исследования, реализация которых направлена на сопоставление острых эффектов алкоголя на гиппокамп-зависимые и гиппокамп-независи- мые когнитивные процессы у людей, решающих пространственные (как считается, гиппокамп-зависимые) и непространственные (гиппокамп-независимые ) задачи, моделируемые в компьютерных тестах с виртуальной навигацией в лабиринтах.

Считается, что гиппокамп выполняет важную роль в создании и сохранении пространственно-когнитивных карт (O’Keefe, Nadel, 1978; Moscovitch et al., 2006). Например, у крыс и голубей при повреждении гиппокампа нарушалась пространственная навигация (Bingman, 1988; Morris et al., 1982). В этологических исследованиях показано, что у птиц (Krebs et al., 1989) и грызунов (Jacobs et al., 1990) размеры гиппокампа значительно больше у тех видов, чье поведение особенно связано со способностью ориентироваться в пространстве. Однако основные исследования гиппокампально-зависимой памяти проводились на грызунах, выполняющих пищевое или оборонительное поведение в тех или иных лабиринтах (McNaughton et al., 2006).

Упомянутые и другие многочисленные данные необходимо было сопоставить с результатами, полученными на человеке. Такая возможность появилась с развитием новых компьютерных технологий. Были созданы виртуальные лабиринты для тестирования различных форм памяти у человека (Etchamendy, Bohbot, 2007; Livingston, Skelton, 2007), и оказалось, что некоторые показатели поведения человека в этих лабиринтах сходны с показателями поведения крыс в реальных лабиринтах (Astur et al., 2004). Стало возможно изучать у человека пространственную память в таких же моделях, как у грызунов. Кроме того, виртуальные лабиринты имеют множество преимуществ над традиционными методами исследования пространственной памяти в плане гибкости, генерализации и экспериментального контроля (Astur et al., 2004).

Для дифференцированной оценки функций памяти человека, зависящей от гиппокампа, и оценки влияния алкоголя на них была разработана система компьютерных тестов с навигацией испытуемого в виртуальной среде. Система состоит из трех основных модулей - задания протокола тестирования, теста с виртуальной средой и модуля визуализации траектории движения с сохранением результатов тестирования для последующего анализа. В системе доступны 3 вида виртуальных лабиринтов - водный лабиринт Морриса, сухопутный лабиринт Барнс и 8-рукав- ный радиальный лабиринт. Система разработана на платформе Java, что позволяет разместить тесты на сайте в интернете для свободного доступа.

Нами была создана методика тестирования и осуществлено экспериментальное исследование: набор нормативного материала по обучению навигации в водном лабиринте Морриса. В экспериментах участвовали 29 добровольцев (9 мужского и 20 женского пола, средний возраст - 23 года), правши, с нормальным или с корректированным зрением. Испытуемым сообщали, что они будут находиться в виртуальном бассейне и их задача заключается в том, чтобы при «плавании» как можно быстрее найти скрытую под водой платформу и выбраться на нее. Испытуемые проходили тестирование в нормальном состоянии и состоянии алкогольного опьянения с интервалом 2-3 месяца. Процедурно, испытуемые начинали «плыть» из одной из четырех стартовых позиций (север, запад, юг, восток): по пять раз в случайном порядке с каждой позиции. Интервал между стартами составлял 5 с. Когда испытуемый «проплывал» над платформой, платформа слегка поднималась.

В первых пробах испытуемые применяли такие стратегии движений по лабиринту, как «зигзаг», «круг», «зигзаг и круг». Но в процессе тренировки время прохождения по лабиринту сокращалось и они переходили к стратегии «проход по ориентирам» или «прямой проход» (рис. 7).

Рис. 7. Варианты стратегий для достижения платформы в водном лабиринте Морриса (испытуемый в нормальном состоянии)

При оценке поведения испытуемых (рис. 8, 9) было установлено, что:

1) испытуемые оценивали в качестве критического показателя время с момента старта до нахождения платформы. Поэтому после каждого старта они пытались найти наиболее экономную стратегию, что часто приводило к разнообразию стратегий от старта к старту;

2) у каждого испытуемого могла появиться «неординарная» стратегия, но у большинства из них выявлялась определенная устойчивая стратегия: прямой путь к вероятной платформе при ориентировке на какие-то признаки среды, круговые движения по периметру бассейна с уменьшением диаметра каждого очередного круга, зигзагообразные движения от одного края до противоположного;

Рис. 8. Процент времени нахождения трезвого испытуемого в квадранте лабиринта, где находится платформа (количество проб условно разделено на четыре последовательные серии)

Рис. 9. Процент времени нахождения в квадранте лабиринта, где находится платформа, испытуемого в состоянии алкогольного опьянения (количество проб условно разделено на четыре последовательные серии)

3) в повторных стартах из одного и того же места наблюдался ЭП, т.е.

4) в состоянии алкогольного опьянения усовершенствование навыка затруднялось. В большинстве проб результаты не достигались и не отмечался выход на такие стратегии движения, как «проход по ориентирам» или «прямой проход». По- видимому испытуемые в состоянии алкогольного опьянения не учитывали в последующих пробах опыт поведения в предшествующих пробах.

Проверка и дальнейшая разработка предложенного нами метода оценки клинического нарушения гиппокамп-зависимых состояний производилась путем выявления закономерностей острого влияния этанола на динамику гиппокамп-зависимого пространственного обучения. Мы выявляли ЭП при формировании навыка ориентирования в виртуальном лабиринте Морриса. Сравнивали динамику обучения ориентированию в этом лабиринте под действием острого введения этанола и в контроле при использовании анализа ЭП в качестве инструмента данного сравнения. Система компьютерных тестов с навигацией испытуемого в виртуальной среде состояла из трех модулей - задания протокола тестирования, теста с виртуальной средой и модуля визуализации траектории движения с сохранением результатов тестирования на диск для последующего анализа. В лабиринте Морриса испытуемый перемещается по виртуальному бассейну в поисках скрытой под водой платформой (цели). При составлении протокола тестирования определялись: точка начала испытания в среде, месторасположение цели в лабиринте, время испытания и т.д. В протоколе тестирования указывалось количество проб (20), причем каждая проба начиналась с одной из двух выбранных в случайном порядке позиций в лабиринте. Время каждой пробы ограничено 30 секундами. Если в течение этого времени испытуемый не достигал цели, то проба считалась ошибочной. На вертикальных поверхностях лабиринта были размещены визуальные ориентиры в виде картин-изображений, которые могли быть использованы испытуемыми для пространственной ориентации. Для анализа траекторий движений использовалась программа Win Track, применяемая для обсчета траекторий пространственной ориентации в экспериментах с видеотрекингом у животных, а также программа Segment Analyser, специально разработанная для выделения и анализа структуры поведенческих актов.

Рис. 10. Схема стартовых позиций 1 и 2

в таком же количестве в контрольных экспериментах. Именно такая доза алкоголя, как нами было показано ранее, производила эффекты блокирования активности нейронов, принадлежащих к наиболее дифференцированным системам как у людей, так и у разных животных (Alexandrov et al., 1991, 1993, 1997, 1998, 2000, 2001, 2009, 2013). Концентрация алкоголя в выдыхаемом воздухе определялась с помощью алкометра (RK-1100, Япония). При обработке результатов оценивалось время достижения цели, количество правильных и ошибочных действий, количество остановок и поворотов при прохождении лабиринта, время нахождения в зоне цели. ЭП, характеризующий процесс приобретения навыка, оценивался по зависимости времени прохождения лабиринта от предшествующих прохождений из 2 предшествующих позиций старта: 1,1; 1,2; 2,1; 2,2 (см. рис. 10).

Данные показатели сравнивались при выполнении задач в нормальном состоянии и в состоянии алкогольного опьянения.

Результаты экспериментов показывают, что сокращению времени поиска у «контрольной» группы сопутствовал ЭП, а у «алкогольной» группы такого сокращения не наблюдалось и ЭП не выявлялся. Соответствие более эффективного обучения в трезвом состоянии и возникновения в этом случае ЭП, по-видимому, не случайно. Можно предположить, что алкоголь существенно подавляет процесс прогнозирования, который тесно связан с учетом оценки результатов предшествующих действий при планировании следующих действий. Оценка достигнутых результатов, сопоставление запланированного и реально полученного, как предполагается, модифицирует память. Подавление данного процесса оказывается важным фактором, влияющим на динамику формирования памяти.

5.