Современные психофизиологические исследования решения когнитивных задач в условиях стресса

В статье Яцыка Г. Г. и Воробьевой Е. В., опубликованной в "Северо-Кавказском психологическом вестнике", освещаются психофизиологические механизмы мышления в условиях кратковременного стресса на основе анализа современных зарубежных исследований. Авторы выявляют фундаментальные отличия в механизмах мышления и принятия решений в состоянии стресса по сравнению с состоянием покоя, обобщают данные о паттернах функционирования организма при когнитивной нагрузке и представляют новый взгляд на проблематику стресса, дополняя и расширяя существующие в российской науке концепции.
 

Введение

Термин «стресс» является одним из базовых понятий в современной психологии. Стресс – это неспецифическая системная приспособительная реакция организма на новизну, то есть на отклонение условий существования от привычных. Организм человека на протяжении тысяч лет эволюции приспосабливался к разного рода стрессовым ситуациям, и по этой причине имеет сложно организованный аппарат функционирования в различных стрессовых условиях. В ходе эволюции все сильнее начинали проявляться внутривидовые индивидуально-типологические различия, обеспечивая тем самым достаточно большую палитру возможных стратегий поведения людей в стрессовых условиях, и, как следствие, возможность выживания отдельных особей в самых разнообразных стрессовых ситуациях. Современные условия жизни имеют ряд особенностей, которые принципиально отличаются от тех условий, которые были привычны человеку на протяжении тысяч лет, а именно: быстрый темп жизни, высокий уровень технологического развития, возросшее значение межличностной коммуникации (в т.ч., с применением разнообразных современных технологий), большие физические и психологические нагрузки и т.д. Таким образом, человек все чаще подвергается воздействию разнообразных стрессирующих факторов разного порядка, причем в условиях стресса (дефицита времени, ресурсов и пр.) ему необходимо эффективно решать различного рода когнитивные задачи. Не вызывает сомнения, что психофизиологические исследования особенностей решения когнитивных задач в условиях стресса достаточно востребованы в разных областях психологии, т.к. человек постоянно сталкивается с необходимостью размышлять и принимать решения в условиях стресса.

Теоретический обзор

В нашей работе под когнитивными задачами понимаются арифметические задачи, тесты на вербальный и невербальный интеллект, тесты на кратковременную память, задачи на скорость и эффективность переключения внимания. Результаты работ, выполненных в области психологии и психофизиологии стресса, являются весьма востребованными в различных отраслях: психологии личности, лечении и профилактике ПТСР, психотерапии, психологии и психофизиологии труда и др. В связи с возрастающим интересом исследователей к естественнонаучным аспектам обеспечения психической деятельности, изучение психои нейрофизиологических механизмов стресса, а также решения когнитивных задач в условиях стресса, привлекает всё большее внимание зарубежных ученых. 

Цель данной работы – провести теоретиче- ский анализ результатов современных зарубежных психофизиологических исследований решения когнитивных задач в условиях стресса.

Основными структурами головного мозга, участвующими в решении когнитивных задач, являются лобные доли и префронтальная кора. Известно, что стресс приводит к нарушению способностей к креативному мышлению, вычислительным операциям, эффективному принятию решений, а также нарушает функционирование рабочей памяти и выполнение других функций префронтальной коры головного мозга. Исследования с участием, как животных, так и людей, показали, что глюкокортикоиды (в частности, кортизол), секретируемые во время стресса, оказывают дезорганизующее действие на префронтальную кору, которая определяется как область мозга, наиболее чувствительная к ментальному стрессу. Однако, ряд современных исследований опровергают повышенную секрецию кортизола во время кратковременного стресса.

Когнитивная эффективность в условиях стресса значительно снижается, причиной тому являются различные физиологические процессы, которые активны в головном мозге в состоянии стресса. Как было показано, в условиях покоя основные высшие психические функции (в том числе внимание, мышление и рабочая память) обеспечиваются активностью префронтальной коры и лобных долей головного мозга, имеющих разветвленные интернейрональные связи, как с другими отделами коры головного мозга, так и с подкорковыми структурами (гипоталамус, гиппокамп, миндалевидное тело, стриатум, базальные ганглии и др.), регулируя при этом оптимальный уровень общего энергопотенциала, требуемого для выполнения текущей деятельности.

Совсем иначе мозг начинает работать в условиях стресса. Как было показано в работах Л.А. Китаева-Смыка, ситуация воспринимается человеком как стрессовая в тех случаях, когда в памяти (фенотипической и генотипической) не имеется сведений об успешных моделях поведения в данной жизненной ситуации. В этих условиях, миндалевидное тело подаёт сигнал о возросшей опасности, поднимая общий уровень психологической тревожности, и перенимает большую часть управленческих функций поведения на себя.

Таким образом, в стрессовых условиях характерным является переход очагов активности из отделов коры головного мозга в подкорковые отделы, такие как гипоталамус, гиппокамп, стриатум, базальные ганглии и миндалина, которые обеспечивают примитивное, быстрое, рефлекторное, но не всегда в достаточной степени обдуманное поведение. Ключевое значение в формировании паттернов стрессового поведения имеет выброс большого количества дофамина в область базальных ганглий в ситуациях успешного совладания со стрессовыми условиями, что способствует формированию привычек и типичных стереотипов поведения в тяжелых жизненных ситуациях, а также, вероятно, принимает участие в формировании условных рефлексов. Подобный эволюционный механизм, в некоторых случаях, способен действовать на психику и деструктивным образом, способствуя формированию алкогольной, наркотической, нервных тиков и т.д.) у взрослых индивидов, а при воздействии на детскую психику способствует формированию тревожно-мнительных черт характера.

Д. А. Жуков подробно описал два универсальных способа поведения в стрессовых ситуациях: активный («бей или беги») и пассивный (выжидательный). В своих работах автор доказывает, что, как правило, выбор типа реагирования зависит от индивидуально-типологических особенностей и обусловлен, прежде всего, генетически и физиологически.

В истории содержится много любопытных примеров, иллюстрирующих неоднозначность и сложность влияния кратковременного стресса на поведение человека. Amy F. T. Arnsten описывает пример из истории Второй мировой войны, когда наиболее опытные и знаменитые лётчики периода мирного времени чаще всего демонстрировали достаточно низкие результаты в стрессовых ситуациях на поле боя и разбивали свои самолёты. Д. А. Жуков приводит сведения о провальном опыте выхода в открытый космос первой женщины космонавта В. В. Терешковой, после которого негласный запрет на полёты женщин в космос держался десятилетиями. В этой связи логичным представляется вывод Л. А. Китаева-Смыка о чрезвычайной сложности прогнозирования вероятного паттерна поведения человека в условиях кратковременного стресса.

В этой связи представляется интересным исследование C.W.E.M. Quaedflieg et al., в котором показано, что индивидуальные особенности альфа-ритма в состоянии покоя могут отражать вероятный тип реагирования в состоянии кратковременного стресса, а исследование межполушарной асимметрии выраженности индивидуального альфа-ритма является одной из актуальных задач.

Электрическая активность мозга во время выполнения мыслительных операций и в состоянии стресса сегодня довольно хорошо изучена. Стресс отражается на электроэнцефалограмме как десинхронизация альфа-ритма лобных долей мозга, снижение выраженности альфа-ритма в префронтальной коре, повышение выраженности бета-ритма, устойчивая активность правой вентролатеральной префронтальной коры (VLPFC) [11, 25, 26, 27], возрастающая межполушарная асимметрия лобных долей мозга, изменение общей активности мозга по направлению от более диффузной до точечной и сконцентрированной, а также снижение тета-осцилляций медиальных отделов префронтальной коры. Исследования, выполненные при помощи функциональной инфракрасной спектроскопии, показали умеренное увеличение активности правой вентролатеральной префронтальной коры (VLPFC) при умеренных интеллектуальных (активизирующих) нагрузках, в то время как в условиях стресса активность данного отдела коры значительно снижалась.

Продемонстрирована возможность использования гамма-ритмов префронтальной коры как маркера стресса.

В одном из исследований авторы делают предположение о том, что правополушарные области головного мозга в условиях стресса являются более активными в силу большого количества имеющихся там симпатических волокон, что косвенно подтверждается более тесным взаимодействием синоартриального узла и правополушарных отделов головного мозга при преобладании активности симпатической нервной системы. Также повышенная активность правого полушария в условиях стресса может быть объяснена различной функциональной ролью полушарий в обеспечении эмоционального поведения, так как левое полушарие более специфично для обеспечения позитивных эмоций, а правое – отрицательных.

Несмотря на значительные физиологические изменения в работе мозга во время стресса, выделить определенные нейрофизиологические маркеры стресса представляется достаточно сложным. Большое количество исследований проведено в направлении создания оптимального и эффективного алгоритма оценки стрессового состояния при помощи запрограммированных нейронных сетей.

Точность определения стрессового состояния при помощи подобных методов варьирует от 70 до 95 %. Исследования с использованием нейросетей также подтвердили сведения о высокой активности коры при умеренном стрессе и снижении активности в условиях значительного стресса.

Исследования особенностей работы мозга в условиях кратковременного стресса и при решении мыслительных задач зачастую пересекаются, так как необходимость выполнения интеллектуальных операций представляет собой разновидность умеренного стресса.

Наиболее распространенными методами исследования влияния стрессовых состояний на гомеостаз мозга являются: Монреальская стрессорная задача изображения (Montreal Stress Imaging Task), социальный стресс тест Триера (the Trier Social Stress Test), цветовой тест Струпа, тест холодного давления (The Cold Pressor Test), ментальная арифметическая задача, экзаменационный стресс, социальное исключение и другие. Такое разнообразие задач, вызывающих стресс, обусловлено многогранностью стресса и сложностью его измерения в лабораторных условиях. Согласно ряду исследований, наиболее эффективным способом провоцирования стресса является социальный стресс тест Триера (TSST), суть которого заключается в необходимости выполнения испытуемыми сложных интеллектуальных операций, таких как, импровизированное выступление и решение арифметических задач перед небольшой аудиторией (2–3 человека и видеокамера), оценивающей качество выполнения задачи.

Как было показано в ряде работ, даже в значительных стрессовых условиях психика может сохранять относительно привычный гомеостаз и эффективно справляться с интеллектуальными нагрузками. Интенсивность стрессовых реакции напрямую зависит от уверенности обследуемого в своих силах и возможностях. Согласно представлениям R. S. Lazarus, S. Folkman стресс возникает в условиях, когда появляется дисбаланс в оценке текущей ситуации как потенциально опасной и оценке собственных сил как недостаточных для совладания со стрессовой ситуацией. Chin-Teng Lin et al. приводит сведения о том, что возникновение медиальных тета-волн в условиях умеренного стресса, как правило, наблюдается у людей, имеющих низкие баллы в тестах на личностную тревожность, а отсутствие подобных волн характерно для более тревожных людей. Также для людей с расстройствами тревожного спектра характерна выраженность гамма-ритма в задних отделах головного мозга.

Психологический стресс усиливает выделение нейрогормона кортизола и усиливает проявления тревожности, что отрицательно сказывается на решении когнитивных задач и эффективном распределении внимания

[29]. С использованием метода регистрации вызванных потенциалов получены данные об увеличении амплитуды N1 в условиях ожидания стресса, что может говорить о повышенной бдительности и восприимчивости к ожидаемому стрессу; а сниженная амплитуда P2 в стрессовых условиях, по словам авторов, возможно, свидетельствует о недостаточно эффективном распределении внимания в стрессовых ситуациях.

Выделяют три разновидности стресса: эмоциональный, ментальный и физиологический. Для измерения особенностей реагирования организма во время стресса чаще используют такие параметры, как измерение уровня кортизола и альфа-амилазы в слюне, частота сердечных сокращений (ЧСС), параметры артериального давления (АД), кожно-гальванической реакции (КГР), размер зрачков, параметры электроэнцефалограммы (ЭЭГ), а также метод субъективной оценки обследуемыми собственного уровня стресса. Здесь большое теоретическое значение имеет разделение указанных параметров на две группы: ЧСС, АД, КГР и уровень альфа-амилазы – показывают реактивность автономной нервной системы (в частности, симпато-адреналово-надпочечниковой оси), в то время как измерение уровня кортизола показывает эндокринную активность гипоталамо-гипофизарной оси. Выделение этих двух систем стрессорного реагирования принципиально важно для понимания физиологических механизмов стресса. Было показано, что автономная нервная система чаще становится ведущей системой стрессорного реагирования в случаях, когда необходимо совершить определённое усилие для достижения результата (например, пробежать дистанцию за короткое время).

Гипоталамо-гипофизарно-адреналовая ось чаще становится ведущей стрессорной системой в тех случаях, когда возникает дистресс и ощущение тревожности (Социальный Стресс Тест Триера).

Любопытно, что стресс также может быть разделён на непосредственный и ассоциативный, когда человек оказывается в благоприятных на данный момент обстоятельствах, но в которых у него ранее возникала стрессовая

ситуация. Исследователями было показано, что в условиях ассоциативного стресса у человека наблюдаются схожие физиологические паттерны стрессового реагирования, как и при непосредственном стрессе.

Подводя итог, следует сказать, что психофизиологический подход к изучению эффективности решения когнитивных задач в условиях стресса в зарубежных исследованиях достаточно широко представлен. Актуальность и востребованность результатов подобных исследований не вызывает сомнения. Как уже было сказано, отечественные и зарубежные работы в данной области имеют свою специфику.

К сожалению, отечественные исследователи, на данный момент, не ставят перед собой задачи подробной разработки проблемы нейрофизиологического обеспечения стрессорного реагирования организма человека, чаще ограничиваясь изучением поведенческого, социального, и реже – психофизиологического уровней. В отечественной психологии разрабатывались теоретические проблемы стресса, профилактика посттравматического стрессового расстройства, исследования в области психологической устойчивости к действию стрессовых факторов.

Выводы

Говоря о зарубежных исследованиях, можно сделать вывод, что вопросы нейрофизиологического обеспечения решения когнитивных задач в спокойных условиях и в условиях стресса достаточно хорошо разработаны и подробно описаны в литературе.

Общепризнанными психофизиологическими маркерами когнитивной деятельности в условиях стресса являются: снижение выраженности альфа-ритма в префронтальной коре головного мозга; повышение выраженности бета-ритма; умеренная активность правой вентролатеральной префронтальной коры (VLPFC) в условиях умеренного стресса и снижение ее активности в условиях сильного стресса; возрастающая межполушарная асимметрия лобных долей мозга, выражающаяся также в более точечной (а не диффузной) концентрации очагов возбуж дения коры; снижение тета-ритмов медиальных отделов префронтальной коры; увеличение частоты сердечных сокращений; повышенное выделение кортизола и альфа-амилазы.

Тем не менее, проявления стресса достаточно разнообразны, и выработать единую модель стрессовых реакций сегодня не представляется возможным. Следует отметить, что в некоторых работах делается попытка объяснить большое разнообразие стрессовых реакций индивидуально-типологическими особенностями испытуемых (черты тревожности, уверенности в себе, устойчивости к стрессу), однако исследований, прямо направленных на выявление влияния индивидуально-типологических особенностей на своеобразие стрессорного реагирований найти не удалось. Характерной чертой большинства зарубежных исследований в рассмотренной нами теме является отсутствие устоявшихся постулатов и общей теоретической базы, позволявшей бы объединить результаты довольно большого количества разнообразных научных работ.

Текст этой научной статьи со ссылками на литературу.