Проект "Зеркальная лаборатория" организуется в Ульяновске и Ульяновской области на базе Научно - образовательного центра междисциплинарных исследований и арттехнологий Ульяновского госуниверситета (НОЦМИТ УлГУ).

Со стороны НИУ Высшая школа экономики - научно - учебная Лаборатория нейробиологических основ когнитивного развития департамента психологии ВШЭ (руководитель PhD Мари Арсалиду).

Со стороны Ульяновсого госуниверситета - Научно - образовательный центр междисциплинарных исследований и арттехнологий (руководитель кандидат психологических наук Галина Пазекова). 

Описание совместных научных исследований

1. Научение и нейрокогнитивные способности у детей школьного возраста: лонгитюдное исследование 

Learning and neurocognitive abilities in school-age children: A longitudinal investigation

Проблема исследования

В настоящее время достаточно много известно о развитии понятий: отличию категоризации у детей младенческого возраста (до 2 лет) от понятий у детей в раннем (3-5 лет) возрасте (Deng & Sloutsky, 2015; Sloutsky & Deng, 2019), различиям в научении понятиям у детей и взрослых (Kotov & Kotova, 2018; Котов & Жердева, 2020), семантической организации понятий в разных возрастах (Unger & Fisher, 2019). Изучение развития понятий традиционно проводится форме сравнения выполнения заданий испытуемых в разных возрастах (Murphy, 2004; Rabi & Minda, 2014). Такой подход называется срезовыми исследования (cross-sectional design) позволяет определить качественные различия между возрастами.

Однако, точное описание когнитивного развития требует также количественного описания изменений для определения скорости развития и его динамики. В срезовых исследованиях обычно изучаются успеваемость и способности в определенный момент времени для конкретного ребенка, в то время как в лонгитюдных исследованиях сравниваются несколько моментов времени для конкретного ребенка. Поэтому лонгитюдные исследования позволяют исследовать траектории развития способностей к обучению.

 Научные партнеры, которые заинтересованы в результатах проекта:

• Лаборатория Ohio State University (V.Sloutsky)University of Western Ontario (P.Minda);
• Компания Impulse Neiry.

Целью научного проекта является комплексная и непрерывная (лонгитюдная) оценка важных когнитивных функций: функции контроля, рабочей (зрительной и вербальной) памяти, селективного внимания. 

Актуальность

Лонгитюдные и корпусные исследования в последние годы становятся очень важным инструментом для  изучения развития различных психологических функций, поскольку содержат данные о вариантах развития, количественных изменений, направлении и скорости изменений. Данные таких исследований позволяют проверять более точные модели когнитивного развития (Perfors et al. 2011; Fedyk and Xu 2018),  строить на их основе прогнозы развития.

Такая ключевая когнитивная способность как научение разным видам категорий еще не была проанализирована в комплексном и лонгитюдном проекте. Данное исследование будет иметь большое значение еще и потому, что позволит на их основе проводить более  углубленное изучение эффектов когнитивного развития, нейронных основ научения у детей с помощью оборудования (айтрекер, ЭЭГ,  фМРТ, fNIRS).  Помимо этого мы планируем связать развитие способности к категориальному научению не только с развитием когнитивных процессов, но и с успешностью и вовлеченностью детей в школьное обучение. Это позволит определить значение механизмов когнитивного развития для реализации практических целей обучения (овладение научными понятиями, развитие академической успешности и одарённости). 

Методология

1) Основным заданием для участников исследования будет классическая задача на различение групп объектов. В задаче требуется найти различие между примерами двух категорий. В ходе научения ему демонстрируют примеры и просят выдвигать и проверять гипотезы, к какой группе относится каждый пример. Обучение продолжается или до окончания предъявления всех примеров или до достижения заданного уровня успешности. Предъявление заданий и регистрация ответов обеспечивается специальной программой PsychoPy и онлайн-приложения Pavlovia. При анализе результатов учитывается количество правильных ответов (кривая научения - прямого и обратного типов) и время ответа.

2) Измерение индивидуальных различий в базовых когнитивных функциях: рабочей (зрительной и вербальной) памяти, селективного внимания, функций контроля. Данные задания с разными степенями сложностями адаптированы для детей в возрасте от 7 лет до взрослого возраста.

3) Задания, выполняемые с помощью оборудования в лаборатории НИУ ВШЭ и лаборатории НОЦМИТ УлГУ - анализ глазодвигательной активной с помощью айтрекера и программного обеспечения будут определены зоны внимания и его распределение в ходе научения.

4) Математическое (вычислительное) моделирование используется для описания когнитивных процессов, задействованных в категориальном научении. Полученные в экспериментах эмпирические данные сопоставлены с симуляциями, построенными на основе наиболее известных моделей категориального научения (GCM (Nosofsky, 1986); COVIS (Ashby, Paul, Maddox, 2011), ALCOVE (Kruschke, 1992) и др.), что позволит оценить их предсказательную силу.

Предполагаемые результаты

Методический результат исследования - создание базы данных о нормах и траекториях развития когнитивных функций у детей из разных регионов, условий проживания, социальных условий развития и обучения. Данная база может быть использована для построения моделей когнитивного развития, а также для построения дидактических онлайн-программ и алгоритмов машинного обучения детей.

Практический результат исследования - построение прогнозов успешности школьного обучения и когнитивного развития у детей соответствующего возраста. Данное прогнозирование позволит выявлять когнитивно развитых детей, создавать для них более подходящие условия обучения. Также результаты данного исследования можно использовать в построении образовательных программ для детей, определения подходящего уровня сложности заданий, построения индивидуальных траекторий прохождения учебных курсов. 

 

2. Эффект категориальных суждений: влияние категориальных названий разного типа на оценку категории

The effect of categorical judgments: the effect of categorical names of different types on the evaluation of a category

Проблема исследования

Язык оказывает большое влияние на когнитивные процессы, связанные с категоризацией, как у взрослых, так и детей. Названия для объектов формируют категориальное восприятие и категориальную репрезентацию (Lupyan, 2012; Winawer et al., 2007), ускоряют обобщения и создание новых категорий, изменяют индуктивные выводы о новых примерах категории.

Что именно позволяет категориальным названиям влиять на суждения о новых примерах? Для ответа на этот вопрос необходимо сравнить эффект, вызванный простыми категориальными названиями, с названиями, выраженными с помощью других лингвистических форм.

В нашем исследовании в качестве альтернативных названий мы использовали метафоры. Последние работы в области когнитивных исследований показывают, что метафора оказывает влияние на ряд когнитивных процессов. Воздействие метафоры может распространяться не только на уровень суждений: так, сравнение этапа обучения с этапом “жизненного пути” повышает мотивацию учащихся и позитивно влияет на их успеваемость (Landau et al., 2017). Отдельная группа исследований посвящена влиянию метафор на обработку информации о психических расстройствах: показано, что использование определенных метафор в коммуникации о депрессии снижает склонность обвинять больного, совершившего проступок из-за депрессии (Асланов, Котов, 2020), а также способно усилить убежденность в эффективности антидепрессантов (Keefer et al., 2014). Это позволяет поставить вопрос о влиянии метафоры на восприятие культурно-специфических расстройств, описание которых использовалось в оригинальном исследовании Гиффин и соавторов.

Значимым фактором для понимания и когнитивного воздействия метафоры является ее конвенциональность или общепринятость.

С чем это связано?

• Для переноса информации из области-источника человек должен установить ясные и четкие аналогии между элементами схем источника и цели.
• Исследование влияния конвенциональности на обработку вербальной информации проводилось и при изучении когнитивной функции лейблов (Hemmatian & Sloman, 2018). В этом исследовании было выявлено, что использование конвенциональных ярлыков (к которым добавлялось пояснение, что их значение известно другим людям) при объяснении различных ситуаций повышает убедительность такого объяснения – при этом ярлыки были вымышленными, а конвенциональность просто заявлялась в самом условии.

Мы задаемся вопросом: проявится ли влияние метафоры при описании культурно-специфического расстройства, если конвенциональность метафоры также будет просто заявлена в условии задания? Будет ли воздействие таких условно-конвенциональных метафор отличаться от воздействия метафор, «авторство» которых приписывается самому больному?

Таким образом, целью нашего исследования было определить, будет ли использование метафор в качестве названий вызывать сходный эффект с тем, который вызывается использованием категориальных названий.

Для этого мы:

1. Реплицировали эффект, описанный в исследовании К.Гиффин и коллег.

2. Добавили новые условия с использованием метафор в качестве названий, при этом мы разделили метафоры на конвенциональные (добавив к ним указание, что и другие люди придают им сходное значение) и неконвенциональные (что это делает лишь главный персонаж).

Сравнение всех условий между собой позволило установить, какие свойства категориальных названий важны для объяснения новых явлений.

Методология

В исследовании приняло участие 219 человек, проживающие в в Ульяновске и в Москве. Порядка 40% участников имеют высшее образование, 53% в настоящий момент обучаются в высших учебных заведениях, а оставшиеся 7% имеют среднее или среднее-специальное образование. Участие в исследовании было добровольным. Материалы исследования распространялись через сеть контактов студентов и преподавателей в Ульяновском государственном университете (УлГУ) и НИУ ВШЭ.

Стимульный материал был создан на основе материалов из исследования К. Гиффин и коллег (Giffin, Wilkenfeld & Lombrozo, 2017). Наши участники представляют собой российскую выборку. На основе симптомов расстройств авторы создали четыре коротких текста с описанием необычного поведения героя текста. В последнем предложении каждого текста содержалось объяснение, почему герой повел себя таким образом. Это же предложение и было разным в зависимости от условия, в которое попадал респондент- в условии с названием объяснение сопровождалось придуманным названием поведения (в оригинальном исследовании - Depathapy).

Для того, чтобы сравнить влияние разных типов метафор на восприятие и оценивание суждений, мы дополнили исследование двумя условиями - так называемые конвенциональные и неконвенциональные метафоры.

Чтобы проверить, как разные условия влияют на оценивание характеристик явления, к каждому тексту был создано 15 утверждений. Содержание утверждений касалось разных аспектов поведения и оценивались по шкале от 1 до 7. Они разбиты на несколько блоков по тематике, и в таком же виде предъявлялись участникам исследования.

Первый блок состоял из утверждений о допустимости предложенного объяснения поведения героя и степени виновности героя в своем поведении.

Второй блок утверждений о стабильности поведения в прошлом и будущем и обобщении поведения на других людей и на самого себя.

Третий блок состоит из утверждений о биологической и психологической природе поведения.

Четвертый блок состоял из вопросов об эффективности использования медикаментов и психотерапии для лечения или контроля поведения.

Пятый блок состоял из вопросов о существовании общей причины и общих симптомов для описанного поведения.

Процедура

- Исследование проводилось онлайн;

- Участники случайным образом распределялись в одно из четырех условий, соответствующих варианту категориального названия. Сначала они знакомились с инструкцией к заданию и переходили на следующую страницу опроса, на которой им предъявлялся один из четырех текстов. Участникам нужно было прочитать его и затем перейти к оцениванию утверждений;

- Отличия между условиями заключались в наличии или отсутствии придуманного названия (“депатафия”) для описания нового поведения в текстах и в утверждениях, а также добавлением в текст предложение с метафорическим сравнением состояния героя текста;

-В конце опроса участники заполняли демографическую информацию о себе (пол, возраст, уровень образования). Экспериментальный план. Зависимая переменная в исследовании - средняя оценка респондентами по каждому из 13-ти утверждений (по 7-балльной шкале), независимая переменная - вариант названия для нового поведения: 1) категориальное название 2) конвенциональная метафора; 3) неконвенциональная метафора; 4) отсутствие категориального названия. Эксперимент проводился по межсубъектному экспериментальному плану.

Результаты исследования

“Конвенциональная” метафора усиливает убежденность в биологической природе заболевания, делая причину возникновения заболевания более “объективной”, не зависящей от воли человека с заболеванием. При этом метафора без указания на конценвенциальность значения не оказала никакого влияния на суждения ни в одном из аспектов. В то же время необходимо отметить, что воздействие метафоры оказалось гораздо слабее по сравнению с воздействием искусственного вербального ярлыка (депатафия).

 

3. Электроэнцефалография коррелятов гиперфокусировки: тренировка произвольного внимания для обучения

Electroencephalography correlates of hyperfocusing: training of voluntary attention for learning

Проблема исследования

Присутствие виртуальной реальности в нашей привычной среде в будущем будет только увеличиваться, поэтому уже сегодня важно изучать взаимодействие с ней. Иммерсивность, или эффект присутствия — характеристика многих культурных явлений современности: от компьютерных игр, кино и театра до образовательных программ и музейных инсталляций, использующих новые виртуальные среды. Этот процесс включает в себя глубокую и интенсивную концентрацию и называется гиперфокусом или погружением.

Исследования показывают, что некоторые расстройства развития нервной системы, такие как: синдром дефицита внимания с гиперактивностью (Hupfeld et al., 2019), аутизм (Herbert, 2005), шизофрения (Kreither et al., 2017), демонстрируют разные способности к гиперфокусировке.

Крайне важно, что мозговые корреляты глубокой и интенсивной концентрации неясны отчасти потому, что их очень сложно исследовать.

В этом исследовании используются технологии электроэнцефалографии (ЭЭГ) и виртуальной реальности (VR) в различных условиях и средах для выявления электрофизиологических сдвигов, записанных с использованием колебаний альфа-, бета- и тета-ритмов в головном мозге в процессе иммерсивности.

Методология

В пилотном эксперименте  были отобраны две диаметральные по своей сути виртуальные среды: стрессовая и медитативная.

Была проведена 19-канальная запись ЭЭГ у 19 участников исследования в возрасте 17-19 лет в фоновом состоянии и с использованием разных сред VR.

После прохождения виртуальной игры каждый из участников заполнял специальный опросник SoPI, чтобы оценить глубину погружения опросник состоит из 44 утверждений, оценивает иммерсивность по 4 шкалам: пространственное присутствие, эмоциональное вовлечение, естественность среды, физический дискомфорт.

По результатам теста SoPI выборку разделили на две группы: с высоким и низким эффектом присутствия и выделили испытуемых с наиболее высоким и наиболее низким коэффициентом эффекта присутствия для разных сред.

Анализ результатов ЭЭГ проводился двумя способами: посредством статистического и спектрального анализа мощности основных ритмов головного мозга для отдельных испытуемых с низким и высоким иммерсивным эффектом.

Основные результаты

• Анализ ЭЭГ показал, что в условиях предъявления виртуальной реальности в биоэлектрической активности головного мозга наблюдаются сходные для разных сред изменения: на первых минутах предъявления сред наблюдается снижение альфа-ритма с постепенным увеличением его мощности, а также постепенное увеличение мощности бетаритма и небольшое возрастание мощности тета-ритма.
• Основные статистические различия наблюдаются между фоном и первой минутой предъявления виртуальной среды, что, вероятно, связано с резким притоком сенсорной информации. Мы можем предположить, что мозг практически не дифференцирует различные виртуальные среды между собой и «включает» адаптивные механизмы.

Таким образом, в рамках проведенного пилотного исследования были обнаружены особые изменения в биоэлектрической активности, которые могут свидетельствовать о возбуждении ряда структур, образующих особую функциональную систему, обеспечивающую погружение в виртуальную реальность. Принципиальная схожесть паттернов ЭЭГ для разных сред позволяет предполагать наличие некоего универсального адаптационного механизма поведения в условиях VR и работы мозга как мощной многофункциональной системы.

Предварительные данные указывают на необходимость внесения изменений в дизайн экспериментов, которые будут реализованы в последующих экспериментах с помощью метода электроэнцефалографии для записи активности мозга с более высокой чувствительностью.

Новый экспериментальный план будет контролировать индивидуальные различия в гиперфокусировке во время записи в двух разных ситуациях в дополнение к оценке индивидуальных особенностей гиперфокусировки. Эти процедурные аспекты будут реализованы на выборке здоровых взрослых. Результаты позволят идентифицировать мозговые сигнатуры, связанные со сдвигами умственной концентрации, что внесет новый вклад в литературу с важными приложениями для расстройств нервного развития, таких как расстройство аутического спектра (РАС) и синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ). 

 

Видео первого отчета Зеркальной лаборатории: "Научение и нейрокогнитивные способности у детей школьного возраста: лонгитюдное исследование"  https://yadi.sk/i/rty1O3zRCLjiOg