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-независимые 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. Например, у крыс и голубей при повреждении гиппокампа нарушалась пространственная навигация. В этологических исследованиях показано, что у птиц и грызунов 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.

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, и оказалось, что некоторые показатели поведения человека в этих лабиринтах сходны с показателями поведения крыс в реальных лабиринтах. 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. Новизна данного этапа работы заключалась в том, что мы могли сопоставить результаты «прохождения» лабиринта субъектом в нормальном состоянии и в ситуации алкогольного опьянения, когда алкоголь подавляет активность гиппокампа, и сравнить их с результатами прохождения лабиринта грызунами с поврежденным гиппокампом или при остром введении им алкоголя.

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-рукавный 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. После этого испытуемый мог «плавать» около платформы еще 3 с, и сеанс заканчивался. В работе анализировали общее время, необходимое для нахождения платформы, время остановок для смены направления «плавания», тактику «плавания», а также ЭП, т.е. влияние характеристик предшествующего старта на последующий.

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

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;

3) в повторных стартах из одного и того же места наблюдался ЭП, т.е. зависимость последующей стратегии от предшествующей;

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 гиппокам-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. Исследования были проведены на выборке из 20 добровольцев обоего пола в возрасте от 21 до 35 лет, имеющих опыт бытового употребления алкоголя, но не имеющие алкогольной зависимости. Испытуемые совершали поиск скрытой платформы в виртуальном лабиринте Морриса. Они начинали движение по лабиринту с одной из двух возможных стартовых позиций — 1 или 2, которые предъявлялись в случайном порядке и равновероятно (рис. 10). Всего они совершали 20 проб. На каждом испытуемом прохождение водного лабиринта Морриса проводилось дважды — в контрольном состоянии и в состоянии алкогольного опьянения — с интервалом 1-2 месяца. Очередность этих экспериментов для каждого испытуемого была случайной. В эксперименте испытуемые выполняли пространственные задачи, направленные на тестирование предположительно гиппокамп-зависимых когнитивных процессов. Испытуемые принимали либо 20-процентный раствор этанола из расчета 1 мл 96-процентного этанола на 1 кг веса, либо воду 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. 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. Обнаружено, что время поиска скрытого лабиринта у испытуемых в трезвом состоянии и в состоянии алкогольного опьянения составляло 34,2 с и 48,5 с, соответственно (различия достоверны; t=4,8; р=0,023). В процессе многократного повторения поиска платформы у «контрольных» испытуемых время поиска достоверно сократилось (t=-5,3; р=0,015), а у испытуемых «алкогольной» группы это время не изменилось (t=-0,12; р=0,930). Для анализа ЭП сопоставлялись (ANOVA) различия во времени поиска скрытой платформы с позиций 1 или 2 в контрольном состоянии и в состоянии опьянения. Сравнивали зависимость этого времени от комбинации предшествующих 2 проб, начинающихся с соответствующих стартовых позиций: 1,1; 1,2; 2,1; 2,2. Время поиска платформы со стартовой позиции 1 и 2 у «контрольных» испытуемых зависело от последовательности предшествующих проб (df 1/20, F=3,199, р=0,020 и df 2/20, F=3,163, р=0,013). Время поиска платформы со стартовой позиции 1 и 2 у испытуемых в состоянии алкогольного опьянения не зависело от последовательности предшествующих проб (df 3/19, F=0,336, р=0,84 и df 4/19, F=0,311, р=0,63). Различия недостоверны. ЭП многие авторы связывают с прогнозированием ситуации (у нас — стартовой позиции), в связи с которой будет осуществляться соответствующее поведение. В связи с этим мы предполагаем, что эти данные свидетельствуют в пользу высказанного выше предположения о том, что алкоголь подавляет процесс прогнозирования, который, по-видимому, играет важную роль в приобретении нового навыка.

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.