Привет, это моя первая проба пера на СГ. По своей основной работе я занимаюсь исследованиями, в том числе исследованиями мозга. Ученый, в общем. И хотя моя деятельность лежит не в той области науки, о которой пойдет речь, знания позволяют попытаться интересно пересказать чужие результаты широкой публике.
Мозг. Что это и как его изучать?
В каждом из нас, %username, сидит мозг, как бы не пытался убедить окружающих в обратном своим примером тот злобный тролль из чата. И мозг, если немного пофилософствовать, и есть мы сами. Всю нашу жизнь он развивается вместе с нами: учится, запоминает, забывает, «отключается» в нужный момент, предлагает неожиданное решение в Portal и подкидывает сны с аргонианской девой. Он же управляет отточенными движениями наших клешней по кнопкам геймпада. Он же генерирует КЕКи устами стримеров. В общем делает много всего интересного.
Но как можно понять, почему и каким образом мозг так делает? Можно поговорить с его владельцем, чем занимается психология. Но, как мы знаем, все врут.
Доктор не врет - все врут!
Может спросить у самого мозга? «Чушь!», скажете вы. Но это не совсем так. Услышать его четкий ответ мы не сможем, но можем понаблюдать за его реакцией и «подслушать» его.
Небольшой экскурс в биологию. Головной мозг — это ядро центральной нервной системы. Он состоит из огромного (не, правда ОГРОМНОГО, около 10^10) числа нервных клеток, среди которых главными являются нейроны. Нейроны отличаются от всех других клеток нашего тела тем, что способны проявлять электрическую активность. Как маленькие электронные приборчики. Считается, что именно в генерации и передаче от одного нейрона к другому и кроется обработка информации мозгом. Это процесс далеко не очевиден и, честно говоря, до сих пор недостаточно детально изучен. Что известно, так это то, что при обработке различной информации от органов чувств и решении определенных задач задействуются различные области мозга. И в этой области активируются не единичные нейроны, а целые нейронные сети — миллионы нейронов.
Представьте себе одного светлячка. Вот он где-то то ли мигнул, то ли нет. непонятно. А теперь представьте 1000 светлячков. Такую вспышку не забудешь.
Похожим образом ведут себя и нейроны в мозге. В бездействии они демонстрируют редкую спонтанную активность, но при выполнении какой-либо общей задачи сеть работает слаженно и синхронно.
Так как же все-таки можно послушать мозг? Раз каждый нейрон это маленький электронный приборчик, то можно прицепиться к нему условным осциллографом и записать сигнал. Амплитуда такого сигнала будет около 100 милливольт. Но вот проблема: для этого придется залезть в череп, что к счастью (или к сожалению) запрещено. Поэтому на людях такой способ регистрации не пройдет. Но когда нейронов активируется сразу много, то и сигнал будет сильнее. Настолько сильнее, что его можно зарегистрировать на поверхности головы! Да, прямо через череп! Хотя амплитуды этих сигналов будут уже всего порядка 100 микровольт. Это не очень много, и требуется хороший усилитель, чтобы уловить этот сигнал на фоне шумов. Такой способ регистрации активности называется электроэнцефалография или ЭЭГ. Как ЭКГ, только ЭЭГ.
Для регистрации ЭЭГ используется электроэнцефалограф, состоящий из набора маленьких электродов, расположенных на голове, чего-нибудь, чтобы эти электроды были на нужных местах, и многоканального усилителя.
В целом ЭЭГ позволят зарегистрировать какую-то активность мозга. Как говорят некоторые исследователи в этой области, «услышать шум от паровоза». В любом случае, эта методика развивается уже почти сотню лет и является самой широко используемой на сегодняшний день.
И все-таки к играм. В чем преимущества мозга игроков?
И перейдем к играм, все-таки. Контраргументом на упреки бабушки, что кинескоп посадишь и вообще от игр тупеют, приводится утверждение, что игры тренируют внимание, координацию, память. Можно ли как-то объективно подтвердить эти утверждения? Да! С помощью ЭЭГ.
Шутер от первого лица — это тип видеоигр, в котором игрок исследует игровое окружение через глаза протагониста. Игрок контролирует персонажа игры, который выполняет множество задач одновременно. Игрок должен достичь цели, удерживая внимание на положении персонажа, его движениях, стрельбе, направлении прицела, движениях противников, положении противников, выстрелах со стороны противника и так далее. Игрок вынужден реагировать через мышь, клавиатуру или джойстик, что требует быстрой координации «глаз — рука» и быстрых ответных действий.Суть шутеров от первого лица с точки зрения Jupitara Hazarika, Piyush Kant, Rajdeep Dasgupta, Shahedul Haque Laskar
Исследования показали, что шутеры от первого лица имеют огромный (stupendous) эффект на зрительную систему игрока. В некоторых исследованиях игроки в экшн-игры показывали лучшие результаты в сравнении с неигроками в обработке зрительной информации [1], включая селективное внимание [2,3,4], эффективность зрительного поиска [5], пространственное внимание [6,7,8] и чувствительность к контрасту [9]. Даже дети с дислексией (это трудность в восприятии текстовой информации) показывали улучшение способностей к чтению всего после 12 часов тренировки в экшн-игры [10].
Важным механизмом мозга, необходимым для селективного внимания, является контроль торможения — способность подавлять естественные, привычные или доминирующие ответы на стимулы. Это, к примеру, способность не отвлекаться от созерцания картины на вспышку фотоаппарата рядом. Способность не терять суть разговора, услышав другой разговор.
Или способность не оборачиваться на взрыв
Способность к контролю торможения является критической для поведения, направленного на достижение цели, в повседневной жизни.
В этом блоге я разберу результаты одной научной статьи, опубликованной в одном настоящем научном журнале. Hazarika J. et al. Neural modulation in action video game players during inhibitory control function: An EEG study using discrete wavelet transform // Biomed. Signal Process. Control. 2018. Vol. 45. P. 144–150. (Найти статью можно по ссылке, но не факт что будет полнотекстовый доступ. Если очень интересно — пиши в комментарии или в личку).
В этой статье авторы решили изучить, в чем особенность активности мозга опытных игроков в шутеры от первого лица в сравнении с «обычными» людьми при выполнении заданий на зрительное внимание.
Методы исследования
Тут я опишу детали исследования под спойлером, чтобы не нагружать лишнего.
В исследовании принимало участие 35 мужчин от 18 до 26 лет (среднее - 20,9, СКО - 1,57). Из них 16 - игроки со стажем, регулярно играющие в шутеры от первого лица ( Call of Duty 4, Medal of Honor, Counter Strike) около 15-20 часов в неделю; 19 - участники, не игравшие в экшн-видеоигры до участия в эксперименте. У всех участников нормальное или скорректированное зрение, никто не страдает неврологическими расстройствами. Всем участники были проинформированы о цели исследования перед его началом. Никто из участников не знал тестовых заданий.
Для сбора ЭЭГ использовалась беспроводная 32-канальная система. Собранные данные передавались на компьютер исследователя на расстоянии 3 метра. Каждая секунда данных занимала 1,3 кБ данных. Использование беспроводной системы избавляло от дополнительных помех и не ограничивало подвижность испытуемых.
ЭЭГ сигналы собирались с точек Fp1, Fpz, Fp2, F7, F3, Fz, F4, F8, FC5, FC1, FC2, FC6, C3, Cz, C4, CP5, CP1, CP2, CP6, P7, P3, Pz, P4, P8, O1, Oz, O2 по международной системе 10-20. В качестве референса использовался электрод на сосцевидном отростке (гусары, это в нижней части черепа за ухом).
Схема расположения электродов на голове по системе 10-20
В сигнале ЭЭГ выделялись участки вызванной (event-related) активности. Спектральный состав этой активности отражает особенности выполняемой когнитивной задачи. Низкочастотные колебания (дельта, 1-4 Гц) отражают внимание на внутреннюю обработку информации, в то время как высокочастотные (бета, 14-30 Гц и гамма, >30 Гц) связаны с модуляцией внимания со стороны зрительной системы. Соотношение между мощностями тета (4-8 Гц) / бета (14-30 Гц) спектральных компонент является маркером контроля внимания. Альфа (8-14 Гц) диапазон наиболее часто исследуется как маркер контроля торможения.
Чтобы выявить различия во внимании, перед испытуемыми ставилась задача на выбор одной из двух фигур.
Примеры тестовых заданий. Нужно определить форму крупной фигуры, не обращая внимания на цвет
Испытуемые должны были определить, что перед ними — круг или квадрат, и сделать выбор мышкой влево или вправо. Чтобы не перепутать, под основным стимулом были указаны подсказки. Цвет предъявляемого стимула мог быть красным, синим или прозрачным (белым), но на выбор это не должно было влиять. Всего предъявлялось 30 стимулов. Максимальное время на принятие решений составляло 3 секунды.
Ну и наконец, для оценки энергии отдельных спектральных компонент использовалась достаточно суровая математика с применением вейвлет-анализа и вычислением энергии компоненты как суммы квадратов всех мгновенных значений данной компоненты.
А затем это все еще и классифицировалось с помощью нелинейной SVM
Сложно, страшно, пропустим пожалуй. Ну так вот,
Результаты
Скорость реакции игроков и неигроков оценивалась по статистическим показателям, вычисленным из записанных электроэнцефалограмм. Энергия ЭЭГ сигнала прямо пропорциональна активности мозга, а энтропия показывает уровень случайности или беспорядка в системе. Если энергии много — мозг работает; если энтропия имеет малые значения — значит сигнал монотонный и одинаковый, как синусоида, если большая — значит есть существенные различия в сигнале с течением времени, вызванные либо случайностями, либо неслучайностями.
После испытания и обработки результатов получилось следующее. Уровень энергии в альфа диапазоне у игроков примерно в 5 раз выше, чем у неигроков. Активность в этом диапазоне говорит о хорошем контроле торможения, то есть о способности не обращать внимание на отвлекающие факторы при выполнении задачи. В бета диапазоне активность также примерно в 5 раз выше у игроков, что может говорить об активной обработке информации. В гамма диапазоне энергия аж в примерно в 10 раз выше, а этот диапазон отражает обработку зрительной информации.
То есть вы поняли, мозг любителя шутанов обрабатывает много окружающей информации, но при этом четко сосредоточен на том, что для него важно.
Вычисление энтропии для этих же сигналов показало, что активность мозга игроков более организована. То есть при выполнении задачи классификации зрительного стимула, мозг игрока воспринимает ее как обычную и рядовую, не требующую какого-то неожиданного решения. Поэтом и активность на каждый новый стимул практически одинаковая. Для неигрока же это более сложная и неожиданная задача — глаза не знают на что смотреть, мозг не знает, где круг, а где квадрат, а не ошибся ли он.
Однако не стоит переоценивать результаты этой статьи. Они не говорят, что игроки — сверхлюди. Просто в выполнении конкретной задачи на визуальный поиск они более натренированы.
Ну и как изюминка, исследователи сделали классификатор, способный по мозговой активности во время решения их задачи определить, кто это — киберкотлетка или мимокрокодил. Для обучения они использовали 70% имеющихся данных, а на остальных 30% исследовали правильность работы. И точность оказалась 96,89%. Это значит, что с вероятностью в 97% по активности твоего мозга во время выбора квадрата или круга можно сказать много ли ты играешь в контру…
Оставлю вас с этим фактом.
Спасибо всем, кто дочитал до конца. Я надеюсь, что мой первый опыт в блогах не слишком тяжел для восприятия и будет кому-нибудь интересен. Буду рад комментариям и отзывам. А там может и еще что-нибудь из области нейронаук принесу на стоп. гейм. ру.
Читай также
Лучшие комментарии
Михаил, Вам нужно больше играть в шутеры. Мне пришлось включить свою способность к избирательному торможению, чтобы дочитать Вашу статью до конца. Мне показалось, что стиль Вашей работы-не очень удачный микс серьезной научной статьи и веселенького научпопа. Понятно, что мое мнение очень субъективно, но мне кажется, Вам просто нужно больше упражняться в написании подобных статей, и тогда эти два стиля у Вас начнут сочетаться более органично.
Спасибо за отзыв! Да, это одно из первых упражнений в научпопе. Чаще все-таки приходится писать серьезные статьи. Спасибо, что дочитали до конца) Хотелось кроме голого факта «игры улучшают зрительное внимание» донести еще и то, откуда этот факт взялся и как это можно объективно оценить. Постараюсь участь замечания, если соберусь еще писать
В защиту колумниста следует отметить как минимум чистоту языка. В среднем по палате наблюдается пренебрежение необходимостью складывать слова в читабельные конструкции с грамотной пунктуацией. Уже одна эта особенность сделала для меня чтение сего блога приятным занятием.
Спасибо на добром слове, благодарю за отзыв
Не расслабляйтесь, коллега, ваша тематика весьма занимательна и будоражит, хм, мозг, так что определённо жду продолжения. В моей персоне хотя бы одного благодарного читателя вы заполучили.