Поиск информации в интернете - одна из самых рутинных задач ученика в настоящее время как в школе, так и дома [3; 4]. Ученики сталкиваются с ней при работе в классе и при подготовке домашних заданий [14-16]. Более того, экзамены в вузы в настоящее время стали проводиться удалённо, что обнаруживает весьма нерадостную картину, состоящую в том, что часть абитуриентов не может зайти в личный кабинет, а затем не может войти на экзамен [1; 6]. Всё это ставит вопрос о более глубоком понимании причин неудач при поиске информации в интернете. В этой работе мы ставим задачу разработать модель, позволяющую создать психофизиологические профили, обеспечивающие степень успешности поиска информации в интернете.
Психофизиологическими показателями эффективности когнитивной активности в интернете были выбраны ЭЭГ и исполнительные функции. Выбор именно этих характеристик обусловлен тем, что изменение ЭЭГ-активности может отражать напряжённость мозговой деятельности в процессе выполнения задания, а уровень сформированности исполнительных функций отражает качество регуляции когнитивной активности в процессе выполнения задания [6; 13]. Кроме этого, был использован ай-трекер, поскольку движение глаз при чтении информации позволяло контролировать включённость испытуемого в активность [17]. Испытуемым давались задания (поиск ответа на заданный вопрос в интернете), результат выполнения которых оценивался как "верный" или "неверный".
В качестве испытуемых выступили ученики 8-16 лет, для которых поиск информации в интернете был типичным действием [10].
Материалы и методы
В эксперименте участвовало 75 учеников в возрасте 8-16 лет. У них записывали на входе в эксперимент ЭЭГ в состоянии оперативного покоя с закрытыми глазами, затем оценивали исполнительные функции и окулограмму, после этого они производили поиск в интернете с решением определённых задач, затем проводилась вторая запись ЭЭГ в состоянии оперативного покоя.
Для изучения электрической активности мозга был использован итальянский электроэнцефалограф BE Plus PRO (64 каналов, частота дискретизации 1000 Гц). Поскольку поиск информации требует активности глаз, при движении которых возникает сигнал, создающий существенные помехи на записи ЭЭГ, то ЭЭГ регистрировали до начала работы в интернете и после неё. Запись велась в течение 5 минут до и после поиска информации подростком информации в интернете. Непрерывные данные фильтровались (1-45 Гц) с использованием функции FIR-фильтра [18]. Для удаления артефактов ЭЭГ запись обрабатывалась в EEGLAB методом ICA (http://www.sccn.ucsd.edu/eeglab/). Затем данные ЭЭГ были пересчитаны до среднего эталона и подверглись понижающей дискретизации до 250 Гц.
Спектральный анализ ЭЭГ проводился методом STFT (Short-Time Fourier Transform, FFT Length = 2048, Windows type Barltett, перекрытие 50 %). Таким образом были получены амплитуды спектра для эпох продолжительностью 4 секунды по всем частотам. Затем эти результаты суммировались по диапазонам частот шириной 1 Гц (число эпох для всех записей было взято одинаковое и составило 42 эпохи). Далее было произведено суммирование по всем электродам.
Из показателей исполнительных функции в анализ вошли:
- интерференционное торможение и обучение в процессе воспроизведения [12] - из авторской методики О.М. Разумниковой [11] для оценки рабочей памяти;
- число ошибок в парадигме go/no-go - из авторской методики [2] для оценки тормознóго контроля.
Для последующих этапов эксперимента с помощью набора проб [8] оценивались латеральные предпочтения.
Для оценки параметров окулографии использовался канадский айтрекер Gazepoint GP3 HD. Этот дистанционный айтрекер представляет собой блок, который располагается на подставке между испытуемым и монитором ноутбука. Технические характеристики айтрекера Gazepoint GP3 HD: точность регистрации: 0,5-1,0 град; рабочая частота: 150 Гц; калибровка по 5 или 9 точкам (в исследовании - 9 точек); область свободного перемещения головы: по горизонтали не менее 35 см; по вертикали не менее 22 см; вперед/назад не менее 15 см в каждую сторону; размеры: 320 × 45 × 47 (мм); вес 170 г. [9].
Оценивались параметры: время фиксации на области интереса (показывает суммарное время, которое взгляд находился в пределах области интереса); длительность первой фиксации (показывает время первой фиксации взгляда в пределах области интереса при первом попадании); число повторных возвратов на область интереса (показывает сколько раз испытуемый посмотрел на область интереса); среднее время фиксаций (выводит среднюю длительность фиксаций на области интереса (суммарное время нахождения взора в области интереса, деленное на количество фиксаций в этой области); все фиксации (сумма всех фиксаций в области интереса). На этом этапе эксперимента в анализ было включено число повторных возвратов на область интереса.
Испытуемые, которые не прошли полный набор методик, или их записи ЭЭГ содержали высокий уровень "шума", были исключены из дальнейшей обработки.
Результатом многомерного анализа стала бикомпонентная (Two-Block PLS) модель.
PLS-анализ - это метод получения проекций на латентные структуры (Projection to Latent Structure), первоначальное название - "метод частичных наименьших квадратов" (Partial Least Squares). Эффективным инструментом PLS-анализа является бикомпонентные модели (2B-PLS, Two-Block PLS) [22]. Бикомпонентные модели используются для изучения имплицитных когнитивных процессов путём выявления глубинных "латентных структур" (независимых психофизиологических механизмов), единых для 2 блоков (матрицы B1 и B2) многомерных показателей [19].
При построении бикомпонентных моделей происходит центрирование рядов данных, масштабирование и повороты обоих блоков для получения максимальной ковариации между матрицами счётов (B1-score и B2-score), которые являются проекциями матриц B1 и B2 на искомые ортогональные латентные структуры. В один блок можно поместить переменныепризнаки (состоят только из "0" и "1"), а в другой - ряды инструментальных данных.
Полученные в бикомпонентной модели латентные структуры описываются с помощью ортогональных матриц нагрузок (B1-loadings и B2-loadings, коэффициенты перехода от исходных "явных структур" к найденным "латентным структурам"). Цель бикомпонентноой модели состоит в определении системы пар осей для обоих блоков сразу, которые выражают максимальный шаблон ковариации для B1-score и B2-score [20].
В результате бикомпонентной модели мы получаем число латентных структур (новых осей координат), которое равно минимальному числу переменных из двух блоков исходных данных. Заметим, что соотношения для структур сырых данных в блоках остаются теми же самыми после любого количества (и порядка применения) таких операций, как центрирование, масштабирование, поворот, которые применяются в PLS-моделях. Таким образом, полностью сохраняется структура сырых данных, вся информации из исходных рядов данных при построении бикомпонентной PLS-модели собирается в первых независимых латентных структурах. 2B-PLS допускает ситуацию, когда переменных больше, чем объектов, а также взаимную коррелированность исходных данных, которые могут включать в себя линейные комбинации друг друга [21].
Результаты
В блоки бикомпонентной модели вошли переменные (таблица 1), представляющие собой ряды инструментальных данных (46 переменных, блок 1) и ряды признаков (124 переменных, блок 2). Соответственно, было получено 46 латентных структур.
Согласно данным графика "осыпи" для сформированной 2B-PLS модели (рисунок 1) представляют интерес первые 5 латентных структур, описывающих 86,0 % общей дисперсии. Отсутствие значимых нагрузок для признаков "до" (когнитивной нагрузки) и "после" (неё) для всех латентных структур, а также для признаков частот диапазона β-ритма в первой структуре, говорит о том, что следующем этапом анализа должно стать изучение активности и связности нейросетей (исполнительных и покоя) отдельно.
Структура №1 (40,0 % дисперсии). Значимые нагрузки (коэффициенты корреляции) не показаны ни для индивидуальной специфики (признаков кодов испытуемых), ни для какого-либо из контролируемых факторов. Отрицательные значимые нагрузки показаны для всех 42 эпох и для признаков частот Hz_01…Hz_11 (от 1 до 12 Гц), а для признаков Hz_32…Hz_44 (от 32 до 44 Гц) показаны положительные значимые нагрузки.
Отсюда следует вывод, что наиболее значимый фактор - это общие особенности записи ЭЭГ в фоне на протяжении всего времени регистрации (рост активности низких частот снижает активность высоких частот). Таким образом, психофизиологич ескими механизмами, которые обусловливают данную латентную структуру, является активность нейросетей в состоянии оперативного покоя с закрытыми глазами (рисунок 2).
Структура №2 (19,4 % дисперсии). Положительное направление её оси определяется нагрузкой для переменной "возраст" (r=+0,890); с этим же направлением связаны признаки слабой выраженности научения (r=+0,540), верного ответа на поисковый запрос в интернете (r=+0,403), слабой выраженности интерференционного торможения (r=+0,540) и переменная "число возвратов взгляда на область интереса" (r=+0,183).
Отрицательное направление оси структуры связано с признаками отсутствия и сильной выраженности научения (r=–0,342 и r=–0,198, соответственно), неверного ответа на поисковый запрос в интернете (r=–0,394), сильной выраженности интерференционного торможения (r=–0,207) и с переменными "число ошибок в парадигме go / no-go" для 1 и 2 её частей (r=–0,257 и r=–0,329, соответственно).
Здесь и далее отметим, что для одного направления оси структуры будут также верны все заключения, которые противоположны заключениям для другого направления оси.
Отсюда следует вывод, что следующий по значимости фактор - это возрастные особенности тормозного контроля и баланса процессов интерференционного торможения и научения. В частности, у испытуемых зрелый тормозный контроль и эффективный баланс совместно с ростом числа возвратов взгляда на область интереса при поиске в интернете обеспечивают выверенный результат. Таким образом, психофизиологическими механизмами, которые обусловливают данную латентную структуру, является зрелость лобных долей головного мозга.
Структура №3 (13,6 % дисперсии). Положительное направление её оси определяется нагрузкой для переменной "число ошибок в части 2 парадигмы go / no-go" (r=+0,783) и связано с признаками сильной выраженности интерференционного торможения (r=+0,534), верного ответа на поисковый запрос в интернете (r=+0,185) и с переменными "возраст" (r=+0,442), "число ошибок в части 1 парадигмы go / no-go" (r=+0,299) для мальчиков (r=+0,354).
Отрицательное направление оси связано с признаками неверного ответа на поисковый запрос в интернете (r=–0,274), отсутствия и слабой выраженности интерференционного торможения (r=–0,220 и r=–0,314, соответственно) и с переменной "число возвратов взгляда на область интереса" (r=–0,321) для девочек (r=–0,354).
Отсюда следует вывод, что особенности тормозного контроля и баланса процессов интерференционного торможения и научения у более старших мальчиков и более младших девочек разным образом опосредуют результаты когнитивных стратегий (число возвратов взгляда на область интереса) при поиске в интернете. Таким образом, в деятельности механизмов, которые определяет эту структуру, проявляются психофизиологические и возрастные различия в работе интегративных структур головного мозга у мальчиков и девочек.
Для последующих двух латентных структур признаки индивидуальной специфики показывают значимые нагрузки, что даёт возможность психофизиологического профайлинга для групп испытуемых на основе кластеризации по этим латентным структурам.
Структура №4 (8,9 % дисперсии). Отрицательное направление оси определяется числом возвратов взгляда на область интереса (r=–0,905), связано с переменными "число ошибок в парадигме go / no-go" для 1 и 2 её частей (r=–0,354 и r=–0,235, соответственно) и признаком неверного ответа на поисковый запрос в интернете (r=–0,268) для мальчиков (r=– 0,168).
Положительное направление оси связано с признаком отсутствия научения (r=+0,198) в других когнитивных задачах (не поиск в интернете, r=+0,412) для девочек (r=+0,168).
Отсюда следует вывод, что существует индивидуальная специфика когнитивных стратегий (число возвратов взгляда в область интереса), тормозного контроля, научения, которая проявляется в результатах поиска в интернете для мальчиков и девочек различно. Таким образом, работа психофизиологических механизмов, которые определяют эту латентную структуру, связана с различиями в деятельности когнитивных процессов.
Структура №5 (4,1 % дисперсии). Отрицательное направление оси определяется числом ошибок в 1 части парадигмы go / no-go (r=–0,848) и связано с признаком слабой выраженности интерференционного торможения (r=–0,474).
Положительное направление оси связано с переменными "число ошибок во 2 части парадигмы go / no-go" (r=+0,474), "число возвратов взгляда в область интереса" (r=+0,209) и признаками слабой выраженности научения (r=+0,151), отсутствия и сильной выраженности интерференционного торможения (r=+0,325 и r=+0,148, соответственно).
Отсюда следует вывод, что существует индивидуальная специфика тормозного контроля в различных условиях, когнитивных стратегий (число возвратов взгляда в область интереса), баланса процессов интерференционного торможения и научения, которая не связана с полом, когнитивной задачей и возрастом. Таким образом, деятельность психофизиологических механизмов, которые определяют эту латентную структуру, связана с различиями в работе функций управления изменениями поведения (executive functions).
Выводы:
1. Рост активности низких частот и снижение активности высоких частот ритмов ЭЭГ может являться значимым предиктором включённости подростка в решение задачи поиска в интернете. На последующих этапах эксперимента будет произведён анализ активности нейросетей в состояниях "до" и "после" выполнения поисковой задачи в интернете.
2. Эффективность поиска информации в интернете может быть связана с качественным тóрмозным контролем подростка и балансом работы механизмов интерференционного торможения и научения в рабочей памяти.
3. Индивидуальная специфика когнитивных стратегий (число возвратов взгляда в область интереса), тóрмозного контроля, интерференционного торможения и научения, которая проявляется в сравнении результатов активности мозга до и после поиска в интернете, опосредована в том числе возрастом и полом испытуемых.
https://elibrary.ru/item.asp?id=49596252
