Учёные создали открытую мультимодальную базу данных для изучения концентрации внимания

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

Умение сосредоточиться важно как в повседневной жизни, так и во время практик медитации. Тем не менее учёные 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 состояния человека, уровня усталости и окружающей обстановки.

Практики осознанности 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, которая регистрирует электрическую активность мозга. Однако одного надёжного показателя, по которому можно определить состояние концентрации, пока не существует. Исследователи считают, что полезную информацию могут дать и другие сигналы организма, в частности сердечный ритм, дыхание и даже видеозапись лица.

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

Команда учёных создала мультимодальную базу данных с синхронными записями электроэнцефалографии, электрокардиограммы и видео во время выполнения задач на концентрацию внимания и блуждание мыслей. В исследовании приняли участие 49 добровольцев. Половина участников множество лет занималась йогой и медитацией, а другая половина никогда не занималась подобными практиками.

Каждый испытуемый проходил пять этапов эксперимента общей продолжительностью приблизительно 45 минут. Сначала человек находился в состоянии покоя, затем он должен был выполнить задание на внутреннюю концентрацию и удерживать внимание на воображаемой точке в центре лба. Потом участник выполнял задачу на внешнюю концентрацию и искал объект на сложных изображениях. В конце человек позволял мыслям свободно блуждать. После эксперимента каждый участник оценивал субъективное качество своей концентрации.

На протяжении всего эксперимента исследователи регистрировали активность мозга с помощью электроэнцефалографии, отслеживали работу сердца на электрокардиограмме и делали видеозапись лица участника. Все эти информация записывались одновременно, следовательно учёные 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, следовательно их уровень концентрации легче определить по данным электроэнцефалографии. При этом наиболее важную информацию дают сигналы из лобных отделов мозга, которые отвечают за внимание. Однако учёные подчёркивают, что пока не существует единого показателя, который бы точно определял концентрацию у всех людей.

Один из авторов исследования и заместитель заведующего лабораторией социальной и когнитивной информатики Елена Артеменко рассказала, что созданная база данных найдёт применение сразу в нескольких областях науки. База данных поможет не только исследовать фундаментальные основы концентрации и внимания, но и разрабатывать новые технологии реабилитации пациентов после инсульта и травм мозга, а также разрабатывать системы оценки внимания для образования и профессиональной деятельности.

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