Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte

Transcription

1 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte Bakalárska práca Jakub Kraus Vedúca práce: Mgr. Michaela Porubanová Ph.D Brno 2014

2 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte Prehlasujem, že som prácu vypracoval samostatne a že som všetky použité informačné zdroje uviedol v zozname literatúry. Brno 1. máj 2014 Jakub Kraus

3 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte Týmto by som sa chcel poďakovať vedúcej mojej práce, Mgr. Michaele Porubanovej Ph.D, za jej odborné rady a neustálu pomoc pri písaní práce, Bo Zhang Ph.D zo Stanford University, bez ktorého veľkej a nezištnej pomoci by som nebol schopný pripraviť OSPAN test v programe MATLAB, ďalej mojej rodine, ktorá mi poskytla podmienky, sústavnú podporu počas písania a ktorá mi neprestávala veriť ani v zložitejších chvíľach a nakoniec všetkým participantom, ktorí boli ochotní podstúpiť tento experiment. Bez nikoho z vyššie menovaných by sa mi prácu nepodarilo napísať a preto všetkým úprimne veľmi pekne ďakujem.

4 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte OBSAH Abstrakt...6 Teoretický úvod...7 Pamäť...7 Pracovná pamäť podľa Baddeleyho a Hitcha...8 Pracovná pamäť podľa Engleho...10 Mozgová aktivita, alfa frekvencie a pracovná pamäť...12 Binaural beats...13 Binaural beats o frekvencii alfa, kognitívne funkcie a pracovná pamäť...14 Predkladaná hypotéza...15 Metódy...17 Participanti...17 Metódy...18 Automated operation span task...18 Binaural beats stimulácia...24 Design výskumu a procedúra...24 Výsledky...26 Diskusia...28 Všeobecná diskusia...28 Individuálne rozdiely...30 Obmedzenia výskumu...32 Možné oblasti aplikácie...32 Záver...33 Literatúra...34 Prílohy Príloha 1: Informovaný súhlas Príloha 2: Doklad o schválení výskumu nezávislou etickou komisiou (IRB)

5 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte Príloha 3: Dokument o priebehu experimentu

6 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 6 ABSTRAKT Nasledujúca práca je založená na tvrdení, že fenomén zvaný binaural beats môže mať pozitívny vplyv na kapacitu pracovnej pamäte. Binaural beats sú definované ako auditívne percepcie, ktoré nastávajú vtedy, ak sú dva tóny jemne odlišnej frekvencie prezentované zvlášť do každého ucha. Poslucháč tak prijíma výsledný zvuk s amplitúdou, ktorá sa mení s rovnakou frekvenciou, akou je rozdiel frekvencií prezentovaných tónov. Pokiaľ teda rozdiel vo frekvenciách tónov, ktoré produkujú binaural beat, zodpovedá stavu mozgových vĺn v rozsahu alfa, tak by celková mozgová aktivita mala následne udržiavať tento stav. Mozgová aktivita v rámci alfa rozsahu je vo všeobecnosti korelovaná s viacerými kognitívnymi funkciami, medzi inými aj s pracovnou pamäťou. V nasledujúcej práci je preto vyslovený predpoklad, že mozgová aktivita sa vplyvom určitého binaural beat zmení tak, že alfa vlnová aktivita bude posilnená, čo následne spôsobí krátkodobé zlepšenie kapacity pracovnej pamäte. V tejto práci boli participanti rozdelení do dvoch skupín, pričom jedna skupina podstúpila binaural beat stimuláciu počas počúvania zvukov mora a druhá počúvala len zvuky mora bez binaural beat stimulácie. Obe skupiny podstúpili zároveň aj 2 testy pracovnej pamäte, merané Operation span task (OSPAN) metódou, pričom prvý absolvovali pred počúvaním a druhý po ňom. Medzi skupinami boli následne sledované možné rozdiely v kapacite pracovnej pamäti. Participanti, ktorí podstúpili binaural beat stimuláciu preukázali, na rozdiel od druhej skupiny, v priemere zlepšenú kapacitu pracovnej pamäte. Kľúčové slová: binaural beats, pracovná pamäť, kapacita pracovnej pamäte, Operation span task, alfa frekvencia, mozgová vlna The following research is based on the claim, that the phenomenon of binaural beats may have an impact on working memory capacity (WMC) in a positive way. Binaural beats are defined as auditory perceptions, occuring when two tones of slightly different frequencies are presented separately to each ear. A listener receives a resultant sound with amplitude, which changes with the same frequency, as is the difference of the frequencies of the presented tones. When the binaural beat beats with the frequency that corresponds with the state of alpha wave range, than it is thought that the overall brain activity will maintain that state. Brainwave activity within the alpha range has been generally correlated with many cognitive functions along with working memory. Therefore in this study it is assumed, that through the specific binaural beat, the brainwave activity will change in a way, in which the alpha wave activity will be enhanced and so the WMC will temporarily improve. In the following work, participants were divided into two groups. One group underwent a binaural beat stimulation, while listening to the sound of sea. The other group was listening just to the sound of sea without binaural beat stimulation. Both groups underwent also two tests of WMC, measured by OSPAN method. The first test was administered before and the second after the listening sequence. The potential differences in WMC between the groups were observed thereafter. Participants from the binaural beat group showed, in contrast to the other group, an improvement in WMC. Keywords: binaural beats, working memory, working memory capacity, Operation span task, alpha frequency, brainwave

7 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 7 Teoretický úvod Pamäť Pamäť patrí medzi základné psychické funkcie. Umožňuje nám poznať kým sme, reflektovať našu existenciu a je nevyhnutnou podmienkou učenia. Pamäť a učenie sú teda vo veľmi úzkom vzťahu, v ktorom je učenie procesom získavania nových informácii a pamäť jeho výsledkom (Gazzaniga, Ivry a Mangun, 2014). Pamäť a učenie výskumníci ďalej rozdeľujú do troch základných procesuálnych fáz. Jedná sa o fázu kódovania informácií, fázu ich uskladnenia a fázu vyvolania informácií (Gazzaniga, Ivry a Mangun, 2014). Plháková (2007) teda v najširšom slova zmysle výstižne definuje pamäť ako schopnosť zaznamenávať životné skúsenosti. Počiatky výskumu pamäte sa datujú do druhej polovice 19. storočia (viď. napr. Ebbinghaus, 1913), pričom jej štúdium trvá prakticky dodnes. Jedným z výsledkov tohto intenzívneho a dlhodobého štúdia je tzv. hypotetická štruktúra ľudskej pamäte, ktorá zachytáva vzťahy medzi rôznymi typmi pamäte (Obrázok 1). V súčasnosti delíme pamäť na 3 hlavné formy, ktoré sa medzi sebou líšia dobou trvania spomienok, kapacitou zapamätaných informácií a úrovňou vedomého spracovania informácií, pričom sa predpokladá, že tieto fungujú na odlišnom neurofyziologickom základe. Prvou z nich je senzorická pamäť, ktorá funguje bez vedomého snaženia, dokáže udržať veľké množstvo informácií, avšak len na veľmi krátky čas, v rozpätí približne ms. Druhou formou je krátkodobá pamäť, rozšírená o koncept pracovnej pamäte. Funguje na vedomom základe, má limitovanú kapacitu a je ohraničená niekoľkými sekundami až minútami. Poslednou je dlhodobá pamäť, ktorá sa ďalej delí na deklaratívnu a nedeklaratívnu. Deklaratívna (explicitná) pamäť funguje na úrovni vedomého spracovania, má veľkú kapacitu a trvá dni až roky. Naopak nedeklaratívna (implicitná) pamäť funguje bez vedomého zapojenia, avšak má tiež veľkú kapacitu a porovnateľnú dobu trvania (Gazzaniga, Ivry a Mangun, 2014). Dlhodobú pamäť možno ďalej ešte viac rozčleniť, tak ako môžeme vidieť na Obrázku 1.

8 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 8 OBRÁZOK 1 Hypotetická štruktúra ľudskej pamäte. Obrázok znázornuje rôzne formy pamäte a vzťahy medzi nimi. Obrázok je prevzatý z publikácie (Gazzaniga, Ivry a Mangun, 2014). Nasledujúca práca sa zaoberá len jednou zo spomínaných foriem pamäte, a to pracovnou pamäťou. Z tohto dôvodu je potrebné si koncept pracovnej pamäte bližšie rozobrať. Nižšie sú predstavené dva najvplyvnejšie súčasné modely pracovnej pamäte. Jedná sa o Baddeley a Hitchov (1974) model a o model podľa Engleho (viď napr. Engle, Kane a Tuholski, 1999). V nasledujúcom výskume budem vychádzať práve z týchto modelov. Pracovná pamäť podľa Baddeleyho a Hitcha Baddeley a Hitch (1974) navrhli rozšírenie tradičného konceptu pamäte, keďže dovtedajšie chápanie krátkodobej pamäte, čoby jednotného systému, bolo podľa nich nedostačujúce, vzhľadom na spracovávanie a uchovávanie informácií na krátku dobu. Dovtedajší dominantný model, prezentovaný Atkinsonom a Shiffrinom (1968), sa ukázal byť ako všeobecne problematický. Baddeley (2012) spomína 3 hlavné dôvody, pre ktoré sa stal tento model problematickým. Prvý vychádza z podstaty prechodu informácie z krátkodobej pamäte do dlhodobej pamäte. Atkinson a Shiffrin (1968) vo svojom modeli predpokladajú, že samotné podržanie si informácie v krátkodobej pamäti stačí na to, aby sa informácia automaticky presunula do pamäte dlhodobej. Baddeley (2012) jednoznačne spochybňuje túto tézu, opierajúc sa o výskumy, kto-

9 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 9 ré sa zamerali na podstatu spracovávania informácií v krátkodobej pamäti. Jedným z takýchto výskumov je napríklad práca Craika a Lokharta (1972), v ktorej autori preukázali, že čím je spracovávanie informácie v krátkodobej pamäti hlbšie a prepracovanejšie, tak tým je naučenie tejto informácie lepšie resp. kvalitnejšie. Z uvedeného vyplýva, že spôsob akým pracujeme a udržujeme informáciu v krátkodobej pamäti ovplyvnuje to, či a v akej kvalite sa táto informácia prenesie do dlhodobej pamäte. Je preto problematické tvrdiť, že akákoľvek informácia, podržaná v krátkodobej pamäti sa automaticky po určitom čase presúva do dlhodobých pamäťových štruktúr. Druhým dôvodom spomínaným Baddeleym (2012) je tvrdenie, že krátkodobý sklad je základom prístupu do dlhodobej pamäte. Baddeley (2012) toto tvrdenie spochybňuje pomocou neuropsychologických dôkazov, na základe ktorých u pacientov s poruchami krátkodobej pamäte neboli preukázané poruchy dlhodobej pamäte. Podľa Atkinsona a Shiffrina (1968) by porucha krátkodobej pamäte mala automaticky vyústiť v poruchu tej dlhodobej. Ako posledný dôvod Baddeley (2012) uvádza nesprávnosť tvrdenia, že krátkodobý sklad v Atkinsonovom a Shiffrinovom (1968) modeli, prezentovanom ako pracovná pamäť, plní základnú úlohu v kognícii a teda, že pacienti s poruchami tejto formy pamäte preukazujú značné intelektové deficity. Baddeley (2012) fakticky uzatvára, že tento vzťah bol výskumne zamietnutý. Ako ďalší ilustračný príklad nedostatočnosti vtedajšieho chápania krátkodobej a pracovnej pamäte môže slúžiť výskum, v ktorom pri dvoch rozdielnych úlohách, s vizuálnym, respektíve verbálnym kódovaním, nebolo vyvolanie vizuálneho materiálu ovplyvnené prebiehajúcou verbálnou aktivitou a naopak. To poukazuje na fakt, že kvalitatívne rozdielne pamäťové úlohy nemajú navzájom na seba žiadny recipročný vplyv, čo svedčí o prítomnosti oddelených systémov, podmieňujúcich zapamätanie a vyvolanie si informácií na krátku dobu (Cocchini, Logie, Della Sala, MacPherson a Baddeley, 2002). Zo všetkých uvedených dôvodov Baddeley a Hitch (1974) predstavili svoj nový koncept pracovnej pamäte, ktorý pozostával z centrálnej exekutívy, fonologickej slučky a vizuálne-priestorového záznamníka. Neskôr Baddeley usúdil, že je potrebné tento koncept rozšíriť a tak do modelu pridal aj tzv. episodic buffer. Centrálna exekutíva riadi pozornosť a koordinuje interakcie medzi fonologickou slučkou, vizuálnopriestorovým záznamníkom a episodic buffer-om. Je týmto trom systémom nadradená (Baddeley, 1999). Predpokladá sa, že kognitívne funkcie, spájané s centrálnou exekutívou, majú fyziologický základ v štruktúrach frontálneho laloka (Fuster, 1999). Fonologická slučka je mechanizmus, slúžiaci na akustické kódovanie informácií v rámci pracovnej pamäte. Samotná sa ďalej skladá z dvoch zložiek a to z tzv. fonologického krátkodobého skladu, slúžiaceho na uchovanie zvukovej informácie po časový úsek pár sekúnd a z artikulatórneho subvokálneho opakovacieho systému, ktorý riadi slovné vyjadrovanie a je s fonologickým krátkodobým skladom priamo spojený (Baddeley, 1992). Dôkaz o existencii týchto zložiek predstavili Paulesu, Frith a Frackoviak (1993), ktorí pomocou metódy pozitrónovej emisnej tomografie (PET) zmerali cerebrálny prietok krvi pri ich aktivácii. Fonologický sklad prisúdili ľavému supramarginálnemu gyru a artikulatórny subvokálny opakovací systém spojili s Brocovou oblasťou (Paulesu, Frith a Frackoviak, 1993). Vizuálno-priestorový záznamník považujú Baddeley a Hitch (1974) za subsystém, ktorý umožňuje ukladanie informácií pomocou vizuálneho kódu (farba, tvar) alebo vizuálno-priestorového kódu (lokalizácia

10 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 10 objektov). Farah (1988) lokalizáciu tohto subsystému predpokladá v obojstranných okcipitálnych komponentoch (zrakové kódovanie) a v parietálnych štruktúrach (priestorové kódovanie). Na kvalitatívnu odlišnosť fonologickej slučky a vizuálno-priestorového záznamníka poukazujú aj štúdie, venujúce sa hemisférickým špecializáciám. Tieto, pomocou metódy PET, odhalili odlišnú mozgovú aktiváciu pri vykonávaní buď priestorových, alebo verbálnych pamäťových úloh. Ukázala sa dominancia aktivácie ľavej hemisféry pri verbálnych pamäťových úlohách a väčšia aktivácia pravej hemisféry pri priestorových pamäťových úlohách (Smith et al., 1996; Wager a Smith, 2003). Možnú hemisférickú dominanciu fonologickej slučky a vizuálno-priestorového záznamníka dokumentujú aj staršie štúdie, skúmajúce pacientov s léziami (Jha et al., 1997; Phelps, Hirst a Gazzaniga, 1991; Saling et al., 1993; Scoville a Milner, 1957). Episodic buffer je najnovším systémom pridaným do Baddeley a Hitchovho (1974) modelu pracovnej pamäte. Baddeley (2000) pre zaradenie tohto nového komponentu argumentuje tým, že pôvodnému modelu chýbal mechanizmus, ktorý by integroval informácie zo zvyšných dvoch systémov a tým tak vytvoril dočasnú reprezentáciu, s ktorou by človek mohol ďalej pracovať. Baddeley (2003) konkrétne definuje episodic buffer ako systém s limitovanou kapacitou, ktorý dočasne uchováva informácie rôznej podstaty. Spája informácie nadobudnuté pomocou fonologickej slučky a vizuálne-priestorového záznamníka, čím vytvára tzv. jednotnú epizodickú reprezentáciu. Baddeley (2001b) predpokladá, že episodic buffer zároveň interaguje so skladom dlhodobej pamäte v zmysle obojstranného toku informácií medzi týmito komponentami. Dôležitá otázka, v súvislosti s týmto konceptom, sa týka samotnej kapacity pracovnej pamäte. Možnú odpoveď predostrel už Miller (1956), ktorý v rámci svojho výskumu percepcie a krátkodobej pamäte zistil, že ľudia si sú schopní udržať na krátky čas v pamäti približne 7 položiek (napr. číslice, slová, písmená), pričom individuálne rozdiely medzi zdravými jedincami sa prevažne pohybujú v rozpätí 5-9 položiek. Miller (1956) túto charakteristiku pamäte nazval ako tzv. span of immediate memory (rozpätie okamžitej pamäte). Pokiaľ konkrétne hovoríme o čísliciach, tak sa mieni tzv. digit span. Pracovná pamäť, tak ako ju definovali Baddeley s Hitchom (1974), a ktorú následne Baddeley (2003) rozšíril, sa teda spolu so všetkými jej komponentami javí ako užitočný koncept, vysvetľujúci pamäťové procesy v rámci krátkodobej pamäte, ktorá už touto optikou nie je vnímaná ako čisto jednotný systém. Zároveň je tento koncept postavený na relatívne silných dôkazoch o jeho fyziologických základoch. Pracovná pamäť podľa Engleho V súčasnosti sa do popredia dostáva relatívne nový model pracovnej pamäte, ktorý kladie zvýšený dôraz na úlohu pozornosti v celom procese. Hlavným predstaviteľom tohto modelu je Randall Engle. Pracovná pamäť je v rámci tohto modelu chápaná ako systém, pozostávajúci zo: - skladu vo forme dlhodobých pamäťových stôp, ktoré sú aktívne nad určitým prahom, - procesov, pomocou ktorých sa dosahuje a udržiava táto aktivácia, - riadenej pozornosti (Engle, Kane a Tuholski, 1999a).

11 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 11 V rámci systému spracovávania informácií je pracovná pamäť miestom, kde spracovávanie informácií a ich ukladanie spolu interagujú (Cantor, Engle a Hamilton, 1991; Engle, Cantor a Carullo, 1992). Kapacitou pracovnej pamäte je v tomto modeli myslená kapacita už spomínanej riadenej pozornosti, za ktorej ekvivalent môžeme považovať Baddeley a Hitchovu (1974) centrálnu exekutívu (Engle et al., 1999a). Engleho dôraz na hlavnú úlohu pozornosti v rámci pracovnej pamäte nie je ničím novým a zaoberal sa ním už Baldwin (1894), ktorý na podklade svojich výskumov tvrdil, že pamäťové spanové úlohy reflektujú schopnosť udržať dostatočnú pozornosť. Avšak pri jednoduchých úlohách, ktoré nie sú duálnej podstaty (napr. už zmienený jednoduchý digit span či word span), nie sú vytvorené dostatočné nároky na potrebu usmerňovania pozornosti (počas jednej myšlienkovej operácie udržiavať informáciu irelevantnú k danej operácii) a je teda možné, že takéto metódy merajú skôr len jeden komponent pracovnej pamäte, a to jej krátkodobý sklad. Preto Daneman a Carpenter (1980) vytvorili tzv. Reading span task a Turner a Engle (1989) tzv. Operation span task. Pri reading span task si skúmané osoby majú prečítať 2-6 viet a následne sa rozpamätať na posledné slovo každej vety. Operation span task (OSPAN) je metóda, pri ktorej má subjekt vyriešiť určité jednoduché aritmetické úlohy a následne nahlas prečítať slovo, ktoré je napísané za nimi. Po sérii takýchto úloh, si má subjekt spätne vyvolať slová, ktoré pri ich riešení nahlas čítal. Za pomoci takto spätne vyvolaných slov je ďalej definovaná kapacita jeho pracovnej pamäte (bližšie sa touto metódou budem zaoberať v kapitole Metódy) (Turner a Engle, 1989). Obidve tieto metódy sú vo svojej podstate duálne úlohy, pretože nútia človeka k nejakej činnosti (prečítať vetu, vyriešiť príklad), pričom nezávisle od tejto úlohy musia sledovať a venovať pozornosť zvyšujúcemu sa počtu prezentovaných slov. Spanové úlohy tohto typu, ktoré sú používané ako nástroj merania kapacity pracovnej pamäte, reliabilne predikujú širokú paletu kognitívnych úloh. Ide napríklad o čítanie s porozumením (King a Just, cit. podľa Engle et al., 1999a), porozumenie jazyku (King a Just, cit. podľa Engle, et al., 1999a), nasledovanie pokynov (Engle, Carullo a Collins, cit. podľa Engle et al., 1999a), učenie slovnej zásoby (Daneman a Green, cit. podľa Engle et al., 1999a), uvažovanie (Kyllogen a Christal, cit. podľa Engle et al., 1999a), či komplexné učenie (Shute, cit. podľa Engle et al., 1999a). Zároveň bol zistený aj vysoko signifikantný vzťah medzi takto meranou kapacitou pracovnej pamäte a všeobecnou fluidnou inteligenciou (Engle et al., 1999b; Tuholski cit. podľa Engle et al., 1999a). Vo všeobecnosti sa potom meranie kapacity pracovnej pamäte aplikuje napríklad aj v rámci neuropsychologických vyšetrení (viď napr. Wang a Gathercole, 2013; Gullick, Sprute a Temple, 2011; Potagas, Kasselimis a Evdokimidis, 2011). Výskum, venovaný pracovnej pamäti a riadenej pozornosti, poukazuje na dôležitú úlohu tak prefrontálnej kôry, konkrétne jej dorsolaterálnej oblasti (oblasti 9, 10 a 46), ako i možnú úlohu oblastí, ktoré sú s ňou anatomicky spojené. Zobrazovacie štúdie, pri ktorých si zdraví participanti mali udržať informáciu na krátky čas a zároveň mali meniť zameranie pozornosti medzi ukladaním informácií a spracovávaním informácií, poukázali na zvýšenú aktiváciu prefrontálnej kôry (Cohen et al., 1994). Naopak v štúdii, v ktorej úlohou bolo zapamätať si len určité informácie na krátku dobu (test čisto krátkodobej pamäte = skladu), nebola pozorovaná aktivácia prefrontálnej kôry, ale iných oblastí (napr. Brocova oblasť) ( Smith, Jonides a Koeppe, 1996).

12 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 12 Vo výskumoch, vykonávaných na makakoch s poškodenou prefrontálnou kôrou bola testovaná pracovná pamäť v podobe tzv. delay tasks. V každom pokuse bol makakovi predstavený stimul, následne hneď odstránený z dohľadu. Po určitom časovom odstupe (delay) mal makak rozpoznať predtým prezentovaný stimul spomedzi irelevantných podnetov/distraktorov. Časový odstup sa po každom pokuse postupne predlžoval, čím boli kladené stále väčšie nároky na pracovnú pamäť. Makaky s poškodenou prefrontálnou kôrou mali so zväčšujúcim sa časovým odstupom od prezentovaného stimulu významne horšie výsledky pri následnej identifikácii tohto stimulu spomedzi distraktorov (Fuster a Bauer, cit. podľa Engle et al., 1999a). Malmo však poukázal na zaujímavý fenomén. Makaky s poškodenou prefrontálnou kôrou podávali horšie výsledky za predpokladu, že testovacia miestnosť ostala v priebehu podržania reprezentácie stimulu v pamäti osvetlená. Pokiaľ miestnosť nebola osvetlená, tak výsledky týchto makakov zodpovedali výsledkom pozorovaným u zdravých jedincov (Malmo, cit. podľa Engle et al., 1999a). Vysvetlenie tohto fenoménu môže spočívať v samotnej podstate pracovnej pamäte. Pokiaľ sa neosvetlením miestnosti zredukujú možné rušiace vplyvy, odvádzajúce pozornosť počas udržiavania informácie v pamäti, tak nie sú na riadenú pozornosť kladené také nároky a pracovná pamäť funguje podobne ako u zdravých jedincov. Z uvedeného vyplýva, že prefrontálna kôra môže byť dôležitá práve pri udržaní pamäťovej aktivácie naprieč zmenami v pozornosti (Engle et al., 1999a). Mozgová aktivita, alfa frekvencie a pracovná pamäť Ďalej bol zistený možný súvis medzi elektrickou rytmickou oscilačnou aktivitou alfa rytmu mozgu (7,5-12,5 Hz) a kapacitou pracovnej pamäte. Oscilácie v alfa rytme pravdepodobne nepriamo podporujú výkon v rámci pracovnej pamäte tým, že filtrujú irelevantné informácie a zabraňujú narúšaniu procesu v podobe konfliktných podnetov (Klimesch et al., 2007; Rihs et al., 2007; Tuladhar et al., 2007). Freunberger et al. (2011) na podklade uvedených tvrdení uvádza, že počas efektívneho udržania informácií v pracovnej pamäti je možné, že alfa oscilácie potlačujú prípadné rušivé vplyvy prostredia. Pri testovaní vizuálnopriestorovej komponenty pracovnej pamäte bola preukázaná systematicky sa zvyšujúca amplitúda alfa oscilácií pri zvyšujúcej sa záťaži pracovnej pamäte (viac položiek na zapamätanie) počas udržiavania informácií (Sauseng et al., 2009). Tento systematický nárast alfa oscilácií bol silne korelovaný s individuálnou kapacitou pracovnej pamäte (Sauseng et al., 2009). Z uvedeného vyplýva, že čím bola individuálna kapacita pracovnej pamäte na vyššej úrovni (rozumej viac udržaných a následne vyvolaných položiek), tým bola zaznamenaná vyššia amplitúda alfa oscilácií. Môžeme teda predpokladať, že zvyšujúca sa alfa aktivita v mozgu môže mať súvis s výkonom pracovnej pamäte. Alfa frekvencia má u dospelých ľudí vlnovú dĺžku 7,5-12,5 Hz. Je dokázané, že táto frekvencia sa postupne zvyšuje od ranného detstva (2-8 Hz) do dospelosti a v priebehu starnutia sa znižuje (priemerne 10 Hz a následný progresívny pokles) (Bazanova a Aftanas, 2008; Clarke et al., 2004). Zároveň je tento proces paralelný k zmenám mozgového objemu a k nárastu/poklesu kognitívneho výkonu (Bigler et al., 1995;

13 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 13 Willerman et al., 1991). Vo všeobecnosti sa mozgová aktivita v rámci frekvencií, zodpovedajúcich pre alfa frekvencie, dáva do súvisu s ostražitosťou, inhibičným procesom, pozornosťou, pracovnou pamäťou, percepčnými schopnosťami, či rýchlosťou spracovania informácií (Braboszcz a Delorme, 2011; Clark et al., 2004; Freunberger et al., 2011; Lachat et al., 2012; Oprisan, 2004; Palva a Palva, 2007; VanRullen a Koch, 2003). Binaural beats Predpokladá sa, že jedným zo spôsobov, akým sa externe dá ovplyvniť elektrická mozgová aktivita, a teda aj kvalita alfa frekvencií, je prostredníctvom fenoménu tzv. binaural beats (voľne preložitelné ako binaurálne zázneje) (napr. Kasprzak, C., 2011; Nozaradan et al., 2011; On et al., 2013). Fenomén binaural beats objavil v roku 1839 nemecký výskumník William Dove. Jedná sa o auditívne spracovávané artefakty, ktoré sú vnímané v mozgu nezávisle na fyzických podnetoch (Borisyuk, Semple a Riznel, 2002). Konkrétne sú binaural beats definované ako subjektívne sluchové vnemy, ku ktorým prichádza, pokiaľ sú dva tóny jemne odlišnej nízkej frekvencie prezentované oddelene do každého ucha. Poslucháč tak zachytáva výsledný zvuk s amplitúdou, ktorá sa mení s frekvenciou rovnakou, akou je rozdiel frekvencií prezentovaných tónov (Kasprzak, 2011). Pomocou každého ucha teda človek vníma tón odlišnej frekvencie, avšak v mozgu tieto frekvencie medzi sebou interagujú tak, že vzniká už spomínaný binaural beat (Ozimek, 2002). Existujú dôkazy o tom, že binaural beats, založené na tejto interakcii, vznikajú v mozgovom kmeni, konkrétne v oblasti nucleus olivaris superior (Borisyuk, Semple a Riznel, 2002). Počúvanie binaural beats poskytuje informácie retikulárnemu systému. Tento systém kontroluje/reguluje bdelosť, koncentráciu a vedomie. Vďaka veľkej podobnosti frekvenčných charakteristík sluchového poľa a mozgových vĺn, retikulárny systém vníma frekvencie produkované pomocou binaural beats ako frekvencie, pochádzajúce zo samotnej vlnovej aktivity mozgu. Na základe stimulácie pomocou binaural beats teda mení aktivitu mozgových vĺn tak, aby prispôsobil charakter, kvalitu a funkcie vedomého stavu informácii, ktorú dostáva cez tieto binaural beats. Deje sa tak automaticky vďaka princípu homeostázy, na základe ktorej sa tento systém neustále snaží zachovať vnútornú rovnováhu v rámci vlnovej aktivity (Wahbeh, Calabrese a Zwickey, 2007). Pokiaľ teda rozdiel vo frekvenciách tónov, ktoré produkujú binaural beat, zodpovedá určitému stavu mozgových vĺn (napr. 130 Hz 110 Hz = 10 Hz = alfa fozsah- 7,5-12,5 Hz), tak by celková mozgová aktivita mala následne udržiavať tento stav (Sornson, 1999). Niektorí výskumníci tento proces nazývajú aj hemisferická synchronizácia a predpokladajú, že vplyvom binaural beats sa elektrická aktivita oboch hemisfér zlúči do jednej synchronizovanej aktivity, s celkovou frekvenciou takou, aký je rozdiel dvoch pôvodne prezentovaných tónov (binaural beat) (napr. Foster, 1990; Kennerly, 1994). Predpokladá sa, že pokiaľ sú hemisféry synchronizované na určitej frekvencii, mozog vďaka ich tak povediac zlepšenej spolupráci, pracuje efektívnejšie a kvalitatívne lepšie v riešení problémov, ktoré sú typicky charakteristické pre aktivitu v rámci danej frekvencie (napr. Foster, 1990; Kennerly, 1994).

14 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 14 Binaural bets o frekvencii alfa, kognitívne funkcie a pracovná pamäť Existujú výskumy, venujúce sa priamo možnému vplyvu binaural beats v alfa rozmedzí na kognitívne schopnosti. V práci Cruceanu a Rotarescu (2013) bola použitá stimulácia pomocou binaural beats a stroboskopického svetla o frekvencii 10,2 Hz na 60 participantoch, na ktorých boli skúmané možné pozitívne zmeny v kognitívnych funkciách. Bol zistený signifikantný vplyv tejto stimulácie na zlepšené kognitívne spracovávanie. Z hľadiska zamerania nasledujúcej práce sa jedná o zaujímavý výsledok, keďže kognitívne spracovávanie hrá významnú úlohu v oboch vyššie popísaných modeloch pracovnej pamäte. Konkrétne u Baddeleyho a Hitcha (1974) môžeme hovoriť o centrálnej exekutíve a u Engleho et al. (1999a) o riadenej pozornosti. Carter a Russell (1993) postavili svoj experiment na skúmaní chlapcov s poruchami učenia. Rozdelili ich do dvoch skupín so 14 a 12 ľuďmi. Prvá skupina podstúpila audiovizuálnu stimuláciu a binaural beat po dobu 25 minút v rámci 80 sedení, ktoré trvali 8 týždňov. Počas jedného sedenia boli chlapci z tejto skupiny striedavo stimulovaní 2 minúty frekvenciou o hodnote 10 Hz, 1 minútu bez stimulácie a 2 minúty frekvenciou 18 Hz. Výsledky poukazujú na zlepšenie v Ravenových progresívnych maticiach, či v subteste auditívnej sekvenčnej pamäte (Carter a Russell, 1993). Druhá skupina absolvovala tú istú procedúru len s tým rozdielom, že podstúpila iba 18 sedení v období 6 týždňov. Výsledky u tejto skupiny poukazujú na zlepšenie vo Wechslerovej inteligenčnej škále pre deti (WISC-R), konkrétne v subškále verbálneho IQ. Z uvedených výsledkov sa zdá, že čím dlhodobejšia stimulácia pomocou binaural beats, tým významnejšie sú dosiahnuté pozitívne zmeny v kognitívnych schopnostiach, napríklad v konkrétnych prejavoch pamäte. Nekonzistentne s vyššie zmienenými štúdiami pôsobí výskum Wahbeha et al. (2007), kde vystavenie binaural beats o frekvencii 7 hz po dobu 30 minút, spôsobilo signifikantné zhoršenie v RAVLT teste pamäte (Rey Auditory Verbal Learning Test), ktorý posudzuje okamžité a oneskorené vyvolanie informácií z pamäte. Naopak, výskum McMurray (2006) priniesol pozitívne výsledky. McMurray (2006) posudzovala vplyv binaural beats o frekvencii 7 a 11 Hz na alfa vlnovú mozgovú aktivitu, pracovnú pamäť a pozornosť u 20 zdravých starých ľudí, u ktorých je známe, že sa alfa frekvencie postupne znižujú. 2-minutové vystavenie binaural beats v tomto prípade stačilo na zmeny v EEG aktivite mozgu. Konkrétne zmeny nastali v predpokladanej alfa mozgovej aktivite. Zároveň, po vystavení binaural beats, nastalo zlepšenie v meraniach pracovnej pamäte. Išlo o metódy Forward a Backward digit span tasks, ktoré sú charakteristické pre meranie pracovnej pamäte tak ako ju chápal Baddeley a Hitch (1974), ale využívajú sa aj pri meraní klasickej krátkodobej pamäte, ktorá je chápaná ako sklad. Je dôležité sa zmieniť, že spomínané metódy sa tak nezameriavajú na faktor pozornosti, na ktorý upozorňoval Engle et al. (1999a). McMurray (2006) však administrovala svojim participantom aj test pozornosti, konkrétne Continuous performance task (CPT),

15 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 15 v ktorom dosiahli tiež signifikantne lepšie výsledky v porovnaní s výsledkami, ktoré dosiahli pred vystavením binaural beats. Zdá sa teda, že binaural beats môžu mať sprostredkovane vplyv na viaceré kognitívne funkcie, vrátane pamäte. Z prezentovaných výskumov je zjavné, že ide o komplexný fenomén, ktorého možné pozitívne vplyvy na kognitívne funkcie závisia na mnohých faktoroch. V súvislosti s tým čo skúmame je veľmi dôležité si teoreticky určiť, ktorá frekvencia binaural beat je najvhodnejšia. Výskumy naznačujú, že pre skúmanie pracovnej pamäte sa javí ako vhodná frekvencia v alfa rozmedzí. Ťažšie je už určiť konkrétnu frekvenciu v rámci tohto rozmedzia. McMurray (2006) používala frekvencie 7 a 11 Hz, pričom 7 Hz sa pokladá za už hraničnú frekvenciu, ktorá môže zodpovedať alfa rozmedziu v prípade starých ľudí, avšak u mladšej populácie toto neplatí. Carter a Russell (1993) úspešne striedavo aplikovali frekvenciu 10 a 18 Hz, pričom 18 Hz môžeme kvalifikovať už ako beta frekvenciu. Aplikovanie aj beta frekvencie priamo súvisí so zameraním ich výskumu, ktorý sa týkal detí s poruchami učenia. Niektoré výskumy dokonca vplyv konkrétnej frekvencie binaural beat spájajú so zhoršenými kognitívnymi schopnosťami (viď Wahbeh et al., 2007). Preto sa v konečnom dôsledku javí ako dôležité zvoliť správnu frekvenciu a rozmedzie, keďže sa ukazuje, že rôzne frekvencie (a hlavne v rôznych rozmedziach) majú odlišné vplyvy na výsledky rôznych meraní. Druhý faktor je jednoznačne aj dĺžka vystaveniu binaural beat. Vo výskume Cartera a Russella (1993) je badateľné, že čím viac sedení chlapci absolvovali, tým výraznejší bol výsledný nameraný účinok binaural beat. Dôležitá je aj zvolená cieľová populácia, ktorá podstúpi túto stimuláciu. Z predkladaných výskumov sa dá usúdiť, že pokiaľ ide o populácie, trpiace rôznymi dysfunkciami, ako napríklad poruchy pamäte, či učenia, alebo ide o populáciu, ktorej alfa vlnová aktivita fyziologicky progresívne klesá, tak stimulácia pomocou binaural beats o vhodne zvolenej frekvencii, môže vykazovať markantnejšie výsledky v zmysle terapeutického pôsobenia, než u takzvane zdravých populácií. Posledným dôležitým faktorom je metóda, ktorou sa snažíme postihnúť možné zmeny. Meracie nástroje priamo vychádzajú z teoretických konštruktov a ich adekvátnosť súvisí s tým, čo konkrétne chceme zisťovať. Predkladaná hypotéza Pri takto širokej multifaktorovej podstate skúmaného fenoménu sa množstvo výskumov na tomto poli javí stále ako nedostačujúce. Súvisí to s mnohými možnosťami prevedenia takéhoto experimentu, s voľbou rôznych skúmaných frekvencií, cieľového obyvateľstva či meracieho nástroja. Z dôvodu rozšírenia našich vedomostí a posúdenia možného vplyvu binaural beats na kognitívne funkcie som sa rozhodol venovať nasledujúci výskum práve tejto téme. Mnou predkladaná hypotéza znie: Binaural beat o frekvencii zodpovedajúcej pre alfa rozmedzie mozgovej aktivity, má dočasný pozitívny vplyv na kapacitu pracovnej pamäte u zdravých dospelých študentov vysokých škôl.

16 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 16 Predkladaná hypotéza sa odvíja z vyššie prezentovaných teoretických a experimentálnych poznatkov (Braboszcz a Delorme, 2011; Carter a Russell, 1993; Clark et al., 2004; Cruceanu a Rotarescu, 2013; Engle et al., 1999a; Foster, 1990; Freunberger et al., 2011; Kennerly, 1994; Klimesch et al., 2007; Lachat et al., 2012; McMurray, 2006; Oprisan, 2004; Palva a Palva, 2007; Rihs et al., 2007; Sauseng et al., 2009; Tuladhar et al., 2007; VanRullen a Koch, 2003). Výskum je zároveň motivovaný absenciou skúmania, ktoré by priamo súviselo s možným vplyvom binaural beats o frekvencii v rámci alfa rozmedzia, na kapacitou pracovnej pamäte u zdravých dospelých ľudí. V nasledujúcom výskume bude použitá verzia OSPAN metódy merania kapacity pracovnej pamäte, ktorá vychádza z teoretického konštruktu pracovnej pamäte, tak ako ju definoval Engle et al. (1999a). Prínos tohto výskumu spočíva aj v tom, že táto metóda nebola podľa nášho vedomia v súvislosti s binaural beats dosiaľ ešte použitá, čo je reflektované i v nedostatku výskumov zaoberajúcich sa vplyvom binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte. Konkrétne znenie vyššie predloženej hypotézy je teda nasledujúce: H: U skupiny vysokoškolských študentov, ktorá podstúpi stimuláciu pomocou binaural beat o frekvencii 9,55 Hz, bude nameraná významná pozitívna zmena v Ospan skóre, v porovnaní so skupinou vysokoškolských študentov, ktorá stimuláciu pomocou binaural beat nepodstúpi.

17 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 17 Participanti METÓDY Študent vysokej školy je v nasledujúcej práci definovaný ako osoba vo vekovom rozmedzí 18 až 35 rokov, ktorá je v danom kalendárnom roku 2014 študentom vysokej školy. Aj keď nie je predpoklad toho, žeby sa experimentu zúčastnila staršia osoba, horná veková hranica bola stanovená sledujúc logiku toho, že s pribúdajúcim vekom je preukázaná odlišná kvalita mozgovej aktivity (viď napr. Bazanova a Aftanas, 2008). Tento kvalitatívny rozdiel by mohol teoreticky následne ovplyvniť získané výsledky, čoho je dôležité sa vyvarovať. Dolná veková hranica bola stanovená z dôvodu potreby, aby potenciálny participant mal právo rozhodovať sám za seba a mohol podpísať informovaný súhlas. Experimentu sa celkovo zúčastnilo 50 študentov VŠ, ktorí boli náhodne priradení do kontrolnej alebo experimentálnej skupiny. Z výskumu bolo následne z rôznych dôvodov vyradených 10 z nich. Prvým dôvodom bolo nenaplnenie požadovanej hranice 85% úspešne vyriešených matematických úloh v použitom teste Automated Operation Span task (AOSPAN). Vyradenie týchto participantov je v súlade s pokynmi autorov tejto metódy Unswortha, Heitza, Schrocka a Engleho (2005). Podrobnejšie rozobranie tejto metódy a bližšie odôvodnenie vyradenia takýchto participantov je popísané nižšie, v podkapitole Metódy. V predkladanom výskume bolo z dôvodu nenaplnenia 85 % hranice vyradených z dalšej analýzy 6 participantov, čo činí 12 % z celkového počtu testovaných osôb. Pre ilustráciu, vo validizačnej štúdii AOSPAN testu bolo na základe nenaplnenia 85 % hranice z celkového počtu 252 participantov, vylúčených 44 z nich, teda zhruba 15 % (Unsworth et al., 2005). Ide teda o podobný počet ako v predkladanom výskume. Druhým dôvodom bolo narušenie experimentálneho prostredia. To spôsobilo vyrušenie participanta v experimentálnej situácii, ktoré mu znemožnilo adekvátne pokračovať v riešení úlohy. Prípadné zaradenie takéhoto participanta do výskumu by mohlo výrazným spôsobom skresliť výsledky. Z výskumu bol z tohoto dôvodu vylúčený 1 participant. Z výskumu boli vylúčení aj participanti, ktorí dosiahli v teste Ospan skóre 0. Išlo o tudentov, ktorí pravdepodobne pristupovali k testovaniu s nezáujmom, alebo sa u nich vyskytli iné okolnosti, ktoré im zabránili pristúpiť k testovaniu adekvátne. Z výskumu boli z tohoto dôvodu vyradení 3 participanti. Konečná vzorka, s ktorou sa pracuje v tomto výskume zahŕňa teda 40 ľudí pri veľkosti účinku d=1,06 a sile testu rovnej 0,95. Vyššiu veľkosť účinku je možné očakávať, keďže ide o kognitívne-psychologickú problematiku priamo súvisiacu s fyziologickými dejmi v organizme a teda je možné, že už i u menšej výskumnej vzorky môžme očakávať významné rozdiely. Ako už bolo povedané, išlo o študentov VŠ vo vekovom rozmedzí rokov, bez zdravotných problémov, ktoré by im znemožňovali adekvátnu účasť na experimente, prípadne ktoré by v spojitosti s účasťou na výskume mohli ohroziť ich zdravie. Z dôvodu podstaty fungovania binaural beats by bolo nevhodné týmito vystaviť ľudí, ktorí trpia záchvatovými ochoreniami, akou je napríklad epilepsia. Všetci participanti boli vopred dotázaní na možnosť prítomnosti takéhoto ochorenia prostredníctvom informovaného súhlasu, ktorý každý z nich pred začiatkom výskumu

18 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 18 podpísal a ktorý je k dispozícii v Prílohe 1. V súvislosti s bezpečnosťou a adekvátnosťou skúmania, ktoré zahrňuje ľudí, bol celý predkladaný výskum vopred posúdený nezávislou etickou komisiou (IRB), ktorej vyjadrenie sa k danej veci je k dispozícii v Prílohe 2 (Doklad o schválení nezávislou etickou komisiou). Táto uvedený výskum posúdila a následne povolila jeho realizáciu. Predkladaný výskum je možné považovať za multicentrický, kedže sa vykonával na dvoch rozdielnych miestach súčasne a zároveň za multikultúrny, pretože tieto miesta predstavovali dve rôzne kultúrne prostredia. K tomuto kroku sa pristúpilo hlavne z dôvodu predpokladanej časovej náročnosti celého experimentu a s tým súvisiacim problémom zozbierania adekvátneho množstva dát len z jedného miesta. Z počtu 40 participantov, na ktorých bola vykonaná analýza, bolo teda 15 testovaných v meste New York, v kognitívne-psychologickom laboratóriu Farmingdale State College (kde bol výskum predložený aj pred etickú komisiu) a 25 testovaných v Brne. Participanti z oboch miest mali rovnaké podmienky. Všetky inštrukcie mali k dispozícii elektronicky (inštrukcie k riešeniu AOSPAN testu) a papierovou formou (Informovaný súhlas a Dokument o priebehu experimentu, ktorý je k dispozícii v Prílohe 3). Dáta v kognitívne-psychologickom laboratóriu vo Farmingdale State College boli zozbierané miestnym odborným asistentom, ktorý bol presne inštruovaný autorom tejto práce, o spôsobe administrácie a priebehu experimentu. Participanti tu boli rekrutovaní cez tzv. psychology participant pool a za svoju účasť boli ohodnotení 10 bodmi do konkrétneho predmetu. Dáta z brnenskej skupiny boli zozbierané autorom tejto práce. Experiment sa rovnako odohrával v tichej miestnosti bez výrazných podnetov tak, aby experimentálne podmienky boli čo najviac totožné s tými z druhej skupiny. Spôsob výberu vzorky participantov bol charakterizovaný ako dostupný a za metódu výberu bol zvolený príležitostný výber. Metódy Automated operation span task Operation span task je nástroj, pomocou ktorého sa meria kapacita pracovnej pamäte tak, ako bola definovaná Englem et al (1999a). Unsworth, Heitz, Schrock a Engle (2005) vytvorili Operation span task, ktorý funguje automaticky (AOSPAN). Ide o modifikáciu pôvodnej verzie Operation span task, vytvorenej Turnerom a Englem (1989). Zatiaľ čo pôvodná verzia Turnera a Engleho (1989) fungovala na princípe pero-papier a hodnotili sa zapamätané slová v správnom poradí, tak u novej verzie, navrhnutej Unsworthom et al. (2005), je celý test administrovaný na počítači a miesto slov sú na zapamätanie ponúkané písmená. Použitie písmen miesto slov je odôvodnené predchádzajúcimi výskumami, ktoré naznačujú, že časť zdieľaného rozptylu medzi spanovými úlohami, ktoré používajú slová a meraním vyšších kognitívnych funkcií, je v dôsledku samotnej znalosti slov (napr. Engle, Nations a Cantor 1990).

19 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 19 Na vyplnenie AOSPAN testu tak stačí len jednoduché klikanie myšou. Skladá sa z cvičných úloh a samotného testu. Cvičné úlohy sú z hľadiska samotného testu veľmi dôležité, keďže si týmto spôsobom participant môže zvyknúť na formu testovania, čo mu umožňuje byť lepšie pripravený na ostrý test. Efekt zácviku v tomto prípade nastáva pred samotným ostrým testom a tak možné signifikantné rozdiely vo výsledkoch v dvoch AOSPAN testoch administrovaných istý čas po sebe, nemôžu byť pripisované tomuto efektu. Prvý blok cvičných úloh je zameraný na jednoduché zapamätanie si sady po sebe idúcich písmen (letter span). Písmeno sa objaví na obrazovke v časovom úseku 800 milisekúnd, následne je nahradené ďalším písmenom až dokým sekvencia neskončí. Po skončení sady sa participantovi zobrazia písmená rozložené v matrici o veľkosti 3 x 4. Ponúkané písmená vždy pozostávajú z nasledujúcich písmen : F, H, J, K, N, P, Q, R, S, T a Y. Participant má klikať na štvorčeky prislúchajúce zobrazeným písmenám v poradí, v akom boli prezentované. Tato fáza je vždy časovo neobmedzená. Po naklikaní zapamätanej sekvencie písmen nasleduje počítačom poskytnutá spätná väzba ohľadne počtu správne vyvolaných písmen v správnom poradí v danej sade. Druhý blok cvičných úloh je zameraný na matematickú časť úlohy. Participantovi je najprv predložená jednoduchá matematická úloha. Táto úloha je v rámci celého testu vždy iná, náhodne zvolená (tak ako je to aj u každej sady písmen), avšak má určitú základnú podobu. Jedná sa o kombináciu dvoch matematických operácií v rámci jedného aritmetického príkladu. Prvá operácia pozostáva vždy z delenia alebo násobenia, zatiaľ čo druhá operácia pozostáva buď zo sčítania alebo odčítania. Príklad takejto matematickej operácie môže byť nasledovný: (2*3) + 7 =? Participant je inštruovaný matematickú úlohu vyriešiť čo najrýchlejšie a následne kliknúť myšou, keď bude poznať výsledok. Po kliknutí sa na obrazovke zobrazí číslica, pod ktorou sa nachádza okienko s názvom true (správne) a false (nesprávne). Participant posúdi, či ponúkaná číslica zodpovedá výsledku predchádzajúcej matematickej úlohy a na základe toho sa rozhodne, ktorý štvorček označí. Na konci každej takto vyhodnotenej matematickej úlohy je participant cez počítač oboznámený s presnosťou svojej voľby. Odhliadnuc od zácvikového zámeru, tento blok slúži zároveň aj na vypočítanie toho, koľko bude trvať konkrétnej osobe vyriešiť matematickú úlohu. Po absolvovaní tohto bloku, program vyhodnotí priemerný čas, potrebný na vyriešenie matematickej úlohy. Tento čas, + 2 smerodajné odchýlky, je následne použitý ako časový limit pri matematických úlohách pri samotnom ostrom teste. Tento limit Unsworth et al. (2005) stanovili po extenzívnom pilotnom výskume. Pokiaľ participant prekročí tento časový limit, obrazovka s ponúknutou matematickou úlohou automaticky zmizne a program vyhodnotí riešenie tejto úlohy ako chybu. Posledný blok cvičných úloh spája predchádzajúce dva (viď Obrázok 2). Participant najskôr vidí matematickú úlohu. Po kliknutí myšou, ktoré indikuje to, že už vyriešil úlohu, sa participantovi zobrazí náhodne zvolené písmeno z vyššie spomínaných možností, v časovom úseku 800 milisekúnd. Pokiaľ participant

20 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 20 v stanovenom individuálne podmienenom čase nevyrieši matematickú úlohu, program automaticky zobrazí písmeno na zapamätanie a matematickú úlohu vyhodnotí tak, akoby ju participant vyriešil chybne. Toto obmedzenie slúži ako prevencia voči tomu, ak by sa participanti namiesto riešenia príkladu snažili len opakovať písmená, ktoré si mali zapamätať po vyriešení predchádzajúcich matematických úloh. Následne sa participantovi zobrazí matrica s písmenami, z ktorých má v správnom poradí vybrať tie, ktoré mu boli prezentované.

21 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 21 OBRÁZOK 2 Ilustrácia AOSPAN úlohy. Najprv je participantovi predstavená matematická úloha. Po jej vyriešení participant klikne myšou a zobrazí sa mu ponúkaná odpoveď vo forme číslice. Pokiaľ si myslí, že ponúkaná odpoveď je správna, zaklikne okienko true. Pokiaľ si myslí, že je nesprávna, zaklikne false. Následne sa participantovi v strede obrazovky zobrazí písmeno v časovom úseku 800 milisekúnd. Následne program ponúkne participantovi matricu s písmenami, kde má v správnom poradí zaznačiť písmená, ktoré si mal zapamätať. Nakoniec je participantovi zobrazená spätná väzba (feedback), na základe ktorej zistí, ako bol v danom prípade úspešný, čo sa týka zapamätaných písmen aj správne vyhodnotených matematických úloh. Obrázok je prevzaný z odborného článku Unsworth et al. (2005).

22 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 22 Po zhotovení všetkých cvičných blokov nasleduje samotný ostrý test. Ten sa skladá z troch sérií z každej veľkosti sady. Veľkosti sád sa pohybujú v rozmedzí od 3 do 7 písmen, ktoré si má participant zapamätať a matematických úloh, ktoré ma vyriešiť. Spolu to teda činí 75 písmen a 75 matematických úloh. Veľkosť a poradie sád v danom rozmedzí sú taktiež náhodné, z dôvodu aby participant nemohol dopredu predpokladať koľko písmen si má v danej sade zapamätať. Sady v rozmedzí 3 až 7 boli použité na základe predchádzajúcich pilotných štúdií, ktoré ukázali, že takéto vymedzenie produkuje najlepšie rozloženie skóre a teda neumožňuje jednak efekt stropu, ale ani efekt podlahy (Unsworth et al., 2005). Zároveň, výsledky sú zarátané len tým participantom, ktorí majú aspoň 85% úspešnosť riešení matematických úloh. Týmto spôsobom sú takto participanti povzbudení k tomu, aby venovali rovnakú pozornosť ako zapamätaní si písmen, tak aj správnemu riešeniu matematických úloh. Počas vyvolávania si písmen z pamäte a označovania písmen z už spomínanej matrice, sa v pravom hornom rohu obrazovky štandardne objavuje červeným písmom vyjadrená hodnota percent dovtedy správne vyriešených matematických úloh. Po ukončení testu, ponúkne program experimentátorovi 5 výsledných skóre. Prvé je tzv. Ospan skóre, ktoré vychádza z tzv. absolútnej metódy skórovania. Vyjadruje súčet všetkých správne vyvolaných/zapamätaných sád písmen v správnom poradí. Ak si teda napríklad participant správne vyvolá 3 písmená v rámci sady, ktorej veľkosť je 3, ďalej 4 písmená pri veľkosti sady 4 a 3 písmená pri veľkosti sady 5, tak jeho Ospan skóre bude 7 (3+4+0) (Unsworth et al., 2005). Ďalšie skóre, ktoré program ponúka je hodnota, ktorá vypovedá celkovo o všetkých písmenách, ktoré boli vyvolané správne a zároveň v správnom poradí. Tretí údaj, ktorý je k dispozícii, udáva celkový počet chýb v riešení matematických úloh. Toto skóre je ďalej rozdelené na tzv. speed errors a accuracy errors. Speed errors je skóre, ktoré nám hovorí o tom, koľko chýb v rámci riešenia matematických úloh nastalo z dôvodu toho, že participant nestíhal úlohu v danom čase vyriešiť. Accuracy errors je skóre, ktoré hovorí zasa o tom, koľko matematických úloh participant vyriešil nesprávne. Údaj o celkovom počte matematických chýb sa využije na zistenie toho, či participant naplnil kritérium testu a dosiahol aspoň 85 % úspešnosť v riešení matematických úloh. Pokiaľ túto hranicu nedosiahol, tak bol vylúčený z ďalšej analýzy. Pre potreby tejto práce bolo štatisticky analyzované a vyhodnocované Ospan skóre. Ide o skóre, ktoré je stabilné z hľadiska test-retestovej reliability, pokiaľ opakujeme test po niekoľkých minútach (r = 0,77 0,79; Turley-Ames a Whitfield, 2002), týždňoch (0,82; Klein a Fiss, 1999), či mesiacoch (0,76; Klein a Fiss, 1999). Iné zdroje udávajú v súvislosti s týmto skóre ešte vyššiu test-retestovú reliabilitu (r = 0,83; Unsworth et al., 2005). Zároveň, pokiaľ išlo o porovnávanie dvoch verzií OSPAN testu, ktoré sa navzájom líšili náročnosťou matematických operácií, ktoré mal participant vyriešiť, tak boli medzi týmito testami nájdené pomerne vysoké korelácie v rozmedzí od 0,7 do 0,8 (Conway a Engle, 1996; Lehto, 1996). Tieto údaje sú v súvislosti s predkladanou prácou pomerne dôležité, keďže participanti majú mať v rámci experimentu za úlohu vyplniť 2 AOSPAN testy v určitom časovom rozmedzí. Navyše, matematické úlohy v druhom AOSPAN teste nie sú sice kvalitatívne ťažšie, avšak sú odlišné od tých v prvom AOSPAN teste. Ospan skóre je zároveň prezentované, ako v literatúre najčastejšie používané (Unsworth, cit. podľa Sanbonmatsu, Strayer, Medeiros-Ward a Watson, 2013). Ide o výskumy, skúmajúce širokú škálu psychologických fenoménov, ako napr.

23 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 23 spánková deprivácia, multitasking, či fenomén coctail party (viď napr. Lopez, Previc, Fischer, Heitz a Engle, 2012; Sanbonmatsu et al., 2013; Conway, Covan a Bunting, 2001). Z hľadiska tejto práce je dôležité, že Ospan skóre je široko používané aj konkrétne vo výskumoch, ktoré sa zaoberajú štúdiom mozgu (viď napr. Allen et al., (in press); Musso, Kyndt, Cascallar a Dochy, 2013) a štúdiom vplyvu hudby, zvukov či auditívnych distraktorov na kapacitu pracovnej pamäte (viď napr. Beaman, 2004; Hughes, Hurlstone, Marsh, Jones a Vachon, 2013; Yurgil a Golob, 2013). Navyše Beaman (2004) udáva, že Ospan skóre, ktoré je založené na absolútnom počte zapamätaných jednotiek v rámci sady, je pravdepodobne vhodnejšie na analyzovanie možných vzťahov či korelácií s citlivosťou na auditívne distraktory, než je tomu u metód, ktorých podstatou je jednoduché vyvolanie si čo najväčšieho počtu jednotiek (viď. napr. Ellermeier a Zimmer, 1997). Zo všetkých vyššie uvedených dôvodov sa Ospan skóre javí ako vhodná voľba na ďalšiu analýzu v tomto type výskumu. Celkovo riešenie AOSPAN testu spolu s cvičnými úlohami trvá približne 20 minút. V štúdii Unsworth et al. (2005), v ktorej bol AOSPAN predstavený, výskumníci na základe výsledkov a porovnaní s inými meracími nástrojmi uzatvárajú, že AOSPAN sa ukazuje byť ako reliabilný, tak aj validný nástroj na meranie kapacity pracovnej pamäte. Autori síce priznávajú, že s pôvodnou verziou OSPAN testu, navrhnutou Turnerom a Englem (1989), koreluje len mierne, ale to je podľa nich spôsobené tým, že ide prakticky o dva rozdielne testy. Rozdielnosť spočíva v prvom rade v stimuloch, ktoré si majú participanti snažiť zapamätať (slová/písmená). Druhá podstatná rozdielnosť spočíva v tom, že zatiaľ čo pri klasickom OSPAN teste majú participanti sami generovať zapamätané slová, u AOSPAN testu participanti vyberajú písmená z ponúkanej množiny písmen zobrazenej v rámci matrice. V neposlednom rade je rozdielnosť daná aj samotným prezentovaním testu, nakoľko AOSPAN funguje cez počítač. Autori teda uvádzajú, že nižšia korelácia medzi týmito dvoma testami môže byť na základe ich spomínaných odlišností menšia, avšak dôležitejšie je podľa nich to, že tieto dve úlohy preukazujú totožný vzorec korelácií s inými úlohami, či meracími nástrojmi (Unsworth et al., 2005). AOSPAN napĺňa rovnaký faktor, ako iné dva všeobecne používané nástroje na meranie pracovnej pamäte (OSPAN a Rspan), ako v konfirmačnej, tak aj v rámci exploračnej faktorovej analýzy. AOSPAN koreluje s inými spanovými úlohami zameranými na meranie kapacity pracovnej pamäte v podobnom rozsahu, aký bol reportovaný v minulosti a zároveň preukazuje podobnú koreláciu s meraniami fluidných schopností, ktoré boli taktiež reportované v minulých prácach (napr. Engle et al., 1999) (Unsworth et al., 2005). Celkovo sa teda dá uzavrieť, že AOSPAN sa viaže k rovnakému konštruktu ako klasický OSPAN, definovaný Turnerom a Englem (1989), či Rspan (Reading span) a že tento konštrukt je dávaný do súvislosti (okrem iného) s fluidnými schopnosťami (Unsworth et al., 2005). V nasledujúcom výskume bol použitý AOSPAN totožný s tým, ktorý bol vytvorený a popísaný Unsworthom et al., (2005), pričom bol naskriptovaný v programe MATLAB, z ktorého sa aj následne participantom spúšťal.

24 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 24 Binaural beats stimulácia Pre potreby tohto výskumu bol v programe Audacity vytvorený binaural beat. Tak ako už je popísané vyššie, binaural beat je definovaný ako subjektívny sluchový vnem, ku ktorému prichádza, pokiaľ sú dva tóny jemne odlišnej nízkej frekvencie prezentované oddelene do každého ucha. Poslucháč tak zachytáva výsledný zvuk s amplitúdou, ktorá sa mení s frekvenciou rovnakou, akou je rozdiel frekvencií prezentovaných tónov (Kasprzak, 2011). V programe Audacity boli vygenerované dva tóny o frekvencii 230 a 220,45 Hz. Tóny boli vytvorené tak, aby každý z nich pri stereo počúvaní pomocou slúchadiel bol prítomný iba v jednom slúchadle. Konkrétne tón o frekvencii 230 Hz znie iba v ľavom a tón o frekvencii 220,45 Hz iba v pravom slúchadle. Frekvencia binaural beat je rovná rozdielu medzi použitými dvoma frekvenciami. V tomto prípade teda ide o frekvenciu 9,55 Hz, ktorá zodpovedá alfa frekvenčnému rozmedziu, ktoré bolo popísané vyššie. Zároveň, čo sa týka konkrétnej frekvencie, ide o frekvenciu, ktorá zatiaľ nebola v doterajšom výskume binaural beats a pamäte použitá. Môže teda významným spôsobom obohatiť naše doterajšie vedomosti o vplyvoch binaural beats, v alfa frekvenčnom rozmedzí, na kapacitu pracovnej pamäte. Celkovo boli vytvorené dve nahrávky. Prvá obsahovala vyššie spomínané tóny, tvoriace binaural beat o frekvencii 9,55 Hz plus prekrývajúci zvuk, ktorý reprezentoval zvuk mora (konkrétne zvuk vĺn na pláži). Tento prekrývajúci zvuk je dôležitý z hľadiska toho, aby participanti v čo najväčšej možnej miere nevnímali znejúci binaural beat. Podobné prekrývajúce zvuky sú v štúdiách binaural beats bežné. Napr. Wahbeh et al. (2007) použil ako prekrývajúci zvuk, zvuk dažďa. Zároveň sa použitie takýchto neutrálnych prekrývajúcich zvukov (zvuky dažďa, vetra, vody atď. ) javia v tomto prípade ako vhodnejšie oproti rôznym meditačným, relaxačným, či iným podobným nahrávkam, ktoré môžu už sami o sebe spôsobovať zmeny v prežívaní, či kognícií človeka (viď napr. Rickard, Wong a Velik, 2012; Hodges, 2010; Pelletier, 2004). Druhá nahrávka obsahovala len spomínaný zvuk mora bez binaural beat. Obe nahrávky mali dĺžku 12 minút a boli s výnimkou prítomnosti/neprítomnosti binaural beat prakticky totožné (rovnaká dlžka nahrávky, hlasitosť, zvuk mora). V podobnom už vyššie spomínanom experimente, ktorý vykonala McMurray (2006), neznalí participanti nevedeli takéto dve nahrávky, z ktorej jedna obsahovala binaural beat a druhá nie, od seba rozlíšiť a uvádzali, že podľa nich išlo o tú istú nahrávku. Navyše v nahrávke s binaural beat, ktorá bola vytvorená pre potreby tohto výskumu, bola vykalibrovaná hlasitosť jednotlivých zvukových stôp tak, aby prípadné vedomé zachytenie binaural beat v nahrávke bolo v rámci možností zminimalizované aj keď (trénovanejším človekom) možné. Design výskumu a procedúra Nasledujúci výskum má experimentálny design. Konkrétne ide o tzv. independent groups 1-factor design. V tomto experimente sa operuje len s jednou nezávislou premennou, ktorou je vystavenie/nevystavenie zvuku binaural beat.

25 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 25 Participanti boli náhodne rozdelení do dvoch skupín- experimentálnej a kontrolnej, pričom sa experimentu zúčastňovali vždy po jednom. Pred samotným začatím experimentu všetci podpísali informovaný súhlas a dostali informácie o priebehu experimentu. Konkrétny účel experimentu im bol z počiatku zatajený, aby sa predišlo možnému efektu očakávania (expectancy bias), ktorý by mohol nastať hlavne u experimentálnej skupiny. Na konci experimentu prebehol s každým participantom debriefing, kde mu boli predstavené všetky informácie ohľadne účelu experimentu a zdôvodnenie jeho počiatočného zatajenia. Experimentálna skupina Po poskytnutí informovaného súhlasu a neskôr predstavení informácií o priebehu experimentu, ktoré každý dostal v podobe Dokumentu o priebehu experimentu (viď Príloha 3), bol participant usadený pred počítačovú obrazovku, na ktorej bol už pripravený AOSPAN. Participant sa riadil inštrukciami zobrazenými na obrazovke, ktoré ho viedli zácvikovou časťou úlohy. Po zácvikovej časti nasledoval samotný AOSPAN test, ktorý trval približne 20 minút. Hneď po dokončení AOSPAN testu bol participant inštruovaný nasadiť si pripravené stereo slúchadlá a 12 minút počúvať pripravenú nahrávku v rámci ktorej bol implementovaný binaural beat o frekvencii 9,55 Hz. Okamžite po skončení tejto zvukovej sekvencie bol participant inštruovaný odložiť slúchadlá a podstúpiť druhý krát AOSPAN test, ktorý bol medzitým pripravený na obrazovke. Po skončení sa participantovi poďakovalo za účasť na experimente a prebehol už zmienený debriefing. Kontrolná skupina Participanti v rámci kontrolnej skupiny nasledovali tú istú postupnosť ako participanti z experimentálnej skupiny len s tým rozdielom, že po dokončení prvého AOSPAN testu im bola na počúvanie poskytnutá druhá verzia nahrávky, ktorá neobsahovala binaural beat, avšak bola vo všetkých ostatných ohľadoch s prvou verziou totožná. Ako bolo už spomenuté vyššie, experimentu sa participanti zúčastňovali vždy po jednom, pričom absolvovanie jedného AOSPAN testu trvalo približne 20 minút a počúvanie zvukovej nahrávky 12 minút. Celkovo teda každý participant strávil na tomto experimente približne 52 minút.

26 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 26 VÝSLEDKY V experimente bol primárne analyzovaný jeden typ skóre, ktorý je relevantný pre posudzovanie kapacity pracovnej pamäte realizovanej pomocou AOSPAN úlohy. Jednalo sa o vyššie popísané Ospan skóre. Od Ospan skóre, získaného v druhom AOSPAN teste, bolo odčítané Ospan skóre, nadobudnuté v rámci prvého AOSPAN testu, čím bola získaná výsledná hodnota tohoto skóre. Táto hodnota poskytuje informáciu o tom, aká nastala v rámci Ospan skóre zmena medzi skóre, získaným z prvého a z druhého AOSPAN testu a v akom smere sa táto zmena uskutočnila. Ako jednoduchý príklad vytvorenia tejto hodnoty môžme uviesť participanta, ktorý v prvom AOSPAN teste skóroval v Ospan skóre 49 a v druhom AOSPAN teste 55. Jednoduchým výpočtom, 55 49, dostávame výslednú hodnotu 6, s ktorou sa v analýze pracuje ďalej. V nasledujúcom texte budeme takto získané skóre pre prehľadnosť nazývať ROS (Rozdiel Ospan Skóre). Pre doplnenie bol spracovávaný aj údaj o celkovom počte matematických chýb. Pri tomto skóre sa od celkového počtu matematických chýb v prvom AOSPAN teste odrátal celkový počet matematických chýb v druhom AOSPAN teste, čím bola získaná výsledná hodnota celkového počtu matematických chýb, ktorá informovala o tom, či po druhom AOSPAN teste došlo v tomto zmysle k zlepšeniu, alebo zhoršeniu. Toto skóre bude niesť označenie RPMCh (Rozdiel Počtu Matematických Chýb). Ako už bolo spomenuté, do analýzy bolo nakoniec zahrnutých celkovo 40 ľudí, z čoho 15 bolo testovaných v New Yorku a 25 v Brne. Priemerný vek tejto vzorky predstavoval M = 21,625 rokov, z čoho bolo 11 (27,5%) mužov a 29 (72,5%) žien. Skupina testovaná v New Yorku, bola čo sa týka priemerného ROS (M = 1,00, SE= 2,967) totožná so skupinou testovanou v Brne (M = 1,12, SE = 2,063), t(38) = -0,034, p > 0,05. Z uvedeného môžeme usudzovať, že obe skupiny, ako brnenská tak aj skupina testovaná v New Yorku, sú z hľadiska priemerného ROS totožné, vďaka čomu môže byť nasledujúca analýza vykonaná na dátach z oboch skupín spolu. Na porovnanie experimentálnej a kontrolnej skupiny v priemernom ROS bol použitý t-test pre nezávislé výbery. Podmienky pre použitie t-testu pre nezávislé výbery: Podmienka normálne rozložených dát ROS u experimentálnej skupiny, D(20) = 0,118, p > 0,05, ako aj u kontrolnej skupiny D(20) = 0,147, p > 0,05 sú rozložené normálne. Podmienka homogenity rozptylu U experimentálnej aj kontrolnej skupiny sú rozptyly ROS rovnaké, F(1, 38) = 2,155, p > 0,05. Podmienka intervalovej úrovne dát Skóre ROS sú intervalovej podstaty a teda spĺňajú podmienku intervalovej úrovne dát, ako minimálnej úrovne merania.

27 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 27 Podmienka nezávislosti skóre Získané skóre ROS sú nezávislé, pretože boli získané od rôznych ľudí. Vyššie uvedený text dokumentuje naplnenie podmienok, ktoré umožňujú realizáciu t-testu pre nezávislé výbery. Tento test bol použitý s cieľom zistiť, či existuje rozdiel v nadobudnutom Ospan skóre medzi experimentálnou a kontrolnou skupinou a zároveň, či tento rozdiel je štatisticky signifikantný. Samotný test bol realizovaný v programe SPSS. TABUĽKA 1 Popisné štatistiky ROS u experimentálnej a kontrolnej skupiny Typ skupiny N M SD SE experimentálna 20 4,600 8,714 1,949 kontrolná 20-2,450 11,385 2,546 V priemere dosiahli participanti z experimentálnej skupiny vyššie ROS než participanti z kontrolnej skupiny. Tento rozdiel bol štatisticky signifikantný t(38) = 2,199, p = 0,017 (one-tailed); reprezentujúc strednú veľkosť účinku r = 0,336. Čo sa týka celkového počtu matematických chýb, tak RPMCh u experimentálnej skupiny bol -0,2 a u kontrolnej skupiny -0,15. Experimentálna skupina urobila teda v druhom AOSPAN teste o 0,2 a kontrolná skupina o 0,15 menej chýb než tomu bolo pri prvom AOSPAN teste. Tento rozdiel je takmer nulový a teda zanedbateľný.

28 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 28 Všeobecná diskusia DISKUSIA Výsledky preukázali, že binaural beat o frekvencii 9,55 Hz čo zodpovedá alfa frekvenčnému rozmedziu mozgovej aktivity, bol z najväčšou pravdepodobnosťou práve tým faktorom, ktorý mal dočasný pozitívny vplyv na kapacitu pracovnej pamäte u zdravých dospelých študentov vysokých škôl. Priemerný rozdiel v Ospan skóre činil medzi skupinami 7,05 bodu. Z výsledkov môžme pozorovať, že zatiaľ čo sa ľudia z experimentálnej skupiny zlepšili po druhom teste priemerne o 4,6 bodov, tak naopak, tí z kontrolnej skupiny sa zhoršili priemerne o 2,45 bodov. Unsworth et al. (2005) porovnával skóre 78 participantov, ktorých nechal AOSPAN riešiť dva krát v priebehu niekoľkých dní. V Ospan skóre zaznamenal nárast o približne 1 bod. Avšak výsledky kontrolnej skupiny v predkladanej práci naznačujú práve opačný trend. Participanti sa naopak zhoršili. Možným vysvetlením by mohol byť efekt únavy. DeLuca (2005a) definuje únavu ako dôsledok intenzívnej a trvajúcej námahy zapríčinenej kognitívnym úsilím. Zvyšujúca sa pociťovaná únava následne vplýva na zhoršenie výkonu v kognitívnych úlohách (Kato et al., 2009; Lorist, 2008). Participanti približne 40 minút z celkového trvania experimentu venovali riešeniu AOSPAN testu, pri ktorom museli vynaložiť vysokú mieru kognitívneho úsilia. Je možné, že práve únava, ktorá narastala vplyvom sústredeného kognitívneho úsilia, mohla mať vplyv na zhoršené výsledky v druhom AOSPAN teste. Avšak otázkou v tom prípade ostáva, prečo sa podľa zmienenej logiky rovnako tak nezhoršili po druhom teste aj participanti z experimentálnej skupiny. Je možné, že účinky binaural beat nejakým spôsobom vyvažovali vplyvy únavy, alebo im dokonca zamedzovali. V súvislosti s kognitívnym úsilím a vplyvom únavy bola vypracovaná zaujímavá štúdia, ktorá skúmala EEG alfa aktivitu a jej účinky na kognitívny výkon (Lim, Quevenco a Kwok, 2013). Išlo o výskum, v ktorom 31 zdravých ľudí podstúpilo dva 65-minútové auditívne kognitívne testy (konkrétne sa jednalo o tzv. Auditory oddball task), pričom im bola v priebehu celého času trvania výskumu meraná elektrická mozgová aktivita. Účastníci výskumu boli rozdelení do dvoch skupín, pričom prvej skupine bola medzi testami umožnená krátka 5-minutová prestávka a druhej nie. U skupiny, ktorá absolvovala prestávku, bol v priebehu času trvania prestávky zaznamenaný signifikantný pokles delta a theta vlnovej aktivity, oproti druhej skupine v tom istom čase. Taktiež boli zistené individuálne rozdiely vo výkone participantov, zapríčinené vplyvom prestávky. Zhruba polovica participantov sa vďaka poskytnutej prestávke zlepšila a polovica sa naopak zhoršila. Tieto individuálne rozdiely boli korelované jednak so znižujúcou sa delta a theta aktivitou, ako aj alfa aktivitou počas prestávky (Lim, Quevenco a Kwok, 2013). Delta a theta aktivita sú dávané do súvislosti s únavou (Tanaka et al., 2012; Caldwell et al., cit. podľa Lim, Quevenco a Kwok, 2013). Lim, Quevenco a Kwok (2013) uvádzajú, že účinok alfa synchronizácie pred vystavením stimulu resp. pred vykonaním kognitívnej úlohy je rozdielny vzhľadom na typ kognitívnej úlohy. U úloh, ktoré testujú vyššie kognitívne funkcie, akou je napr. pracovná pamäť, je zvýšená alfa aktivita pozitívne asociovaná s kvalitným výkonom (Doppelmayr et al., cit. podľa Lim, Quevenco a Kwok, 2013). Vo výskume Lima, Quevenca a Kwoka (2013) bola počas prestávky

29 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 29 u participantov zaznamenaná priemerne nižšia delta a theta vlnová aktivita než u participantov, ktorí nemali prestávku. To znamená, že prestávka zamedzila narastajúcemu vplyvu únavy a logicky umožnila participantom si oddýchnuť. Na druhej strane, prestávka vplývala na každého participanta inak. U niektorých podporila alfa synchronizáciu a teda aj zlepšenie výkonu v druhom teste, avšak u iných práve naopak. Toto zistenie je vzhľadom na prezentovanú prácu veľmi zaujímavé. Participantom tu bola rovnako umožnená prestávka od kognitívnej úlohy, reprezentovanej AOSPAN testom. Išlo o 12-minútové počúvanie morských vĺn a zvukov pobrežia, pri ktorých mali participanti oddychovať. S odvolaním sa na výsledky Lima, Quevenca a Kwoka (2013), približne polovici participantom z kontrolnej skupiny mohla táto prestávka pomôcť odbúrať zvyšujúcu sa únavu (delta a theta aktivita) a pomocť k synchronizácii alfa vlnovej aktivity tak, že v druhom teste preukázali lepšie výsledky. U druhej polovici participantov z kontrolnej skupiny prestávka nemusela mať na mozgovú aktivitu výraznejší vplyv a tak ich výsledky ostali približne rovnaké, prípadne sa vplyvom únavy zhoršili. U participantov z experimentálnej skupiny je však situácia iná. Taktiež síce absolvovali rovnako dlhú prestávku ako tí z kontrolnej skupiny, ale zároveň so zvukmi morských vĺn a pobrežia počúvali aj binaural beat. Alfa mozgová aktivita bola pomocou binaural beat u tejto skupiny priamo stimulovaná, čo sa následne mohlo prejaviť zlepšením v druhom AOSPAN teste. Stimulácia alfa mozgovej aktivity mohla zároveň minimalizovať vplyv delta a theta vĺn a teda zabrániť vplyvom únavy na výkon v druhom teste. Výsledky tohto výskumu podporujú pozitívne zistenia McMurray (2006) a Cartera a Russella (1993). McMurray (2006) vystavila starších ľudí počas časového úseku dvoch minút striedavo stimulácii binaural beat o frekvencii 7 a 11 Hz. Carter A Russel (1993) zasa skúmali chlapcov s poruchami učenia. Počas viacerých 25-minútových sedení boli striedavo stimulovaní ako audiovizuálne, tak aj pomocou binaural beats o frekvencii 10 a 18 Hz. Obe tieto štúdie priniesli doklad o pozitívnych účinkoch binaural beats na pracovnú pamäť, resp. auditívne sekvenčnú pamäť. Výsledky predkladanej práce zároveň rozširujú tieto zistenia. Binaural beat o frekvencii 9,55 Hz bol pravdepodobne prvý krát výskumne sledovaný v súvislosti s pracovnou pamäťou. Výsledky naznačujú, že by mohol byť rovnako efektívny ako binaural beats prezentované vyššie spomínanými autormi. Taktiež, pokiaľ je známe, nebola dosiaľ nikdy v súvislosti s výskumom binaural beats použitá metóda Operation span task v žiadnej z jej foriem. V predkladanom výskume bola verzia tejto metódy, konkrétne Automated Operation span task (AOSPAN), úspešne výskumne aplikovaná. Na druhú stranu je prezentovaný výskum v rozpore s výskumom Wahbeha (2007), ktorý pomocou binaural beat o frekvencii 7 Hz zaznamenal zhoršenie v RAVLT teste verbálnej pamäte vo forme skladu. Išlo síce o iný typ testu a inú frekvenciu binaural beat, avšak zaujímavosťou je, že rovnako ako v tejto štúdii, tak aj on použil počas aplikácie binaural beat zvuky vody. V tomto konkrétnom prípade išlo o zvuk dažďa. Huang a Charyton (2008) skúmali a vyhodnocovali údaje zo všetkých vtedy dostupných výskumov, ktoré sa zaoberali mozgovou stimuláciou v akejkoľvek forme (nie len binaural beats). Dospeli k názoru, že už jedno sedenie takejto stimulácie môže byť prospešné na okamžité stavy pamäte, pozornosti, stresu, bolesti a migrén (Huang a Charyton, 2008). Prezentovaná práca je v súlade s týmto tvrdením.

30 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 30 Je dobré zamyslieť sa aj nad samotnou veľkosťou zlepšenia sa u experimentálnej skupiny. Ako už bolo zmienené, títo participanti vykázali po druhom AOSPAN teste zlepšenie o priemerne 4,6 bodov. Pokiaľ sa opäť zamyslíme nad použitou metódou skórovania tak zistíme, že ľudia z experimentálnej skupiny sa zlepšili približne o jednu sadu z 15-tich. Keďže v teste boli použité sady o troch až siedmych písmenách a body boli pripočítané len vtedy, ak participant zodpovedal celú sadu správne, tak môžeme usudzovať, že spomínaných 4,6 bodu predstavuje práve jednu sadu. Pokiaľ si to prepočítame na percentá, tak ide o zlepšenie približne o takmer 7 %. Ide o relatívne slušný nárast, keďže ide o zlepšenie u mladých vysokoškolských študentov, u ktorých sa predpokladalo, že boli zdraví a teda nemali problémy v kognitívnej oblasti. Bolo by zaujímavé sledovať, akým spôsobom by na stimuláciu reagovali pacienti s poruchami pamäte. Existoval by pravdepodobne teoretický predpoklad, že ich zlepšenie by malo byť ešte výraznejšie. Pokiaľ sa rovnakou optikou pozrieme na kontrolnú skupinu, môžeme usudzovať, že táto buď ostala čo sa týka výkonu nezmenená, alebo sa zhoršila približne o jednu sadu (zhoršenie o 2,45 bodov). Každopádne, konečný rozdiel medzi experimentálnou a kontrolnou skupinou činil týmto pádom rozdiel 1-2 správne vyvolaných sád. Prevedené na percentá ide teda približne o rozpätie 7 až 13 %. Dokázať si správne vyvolať celú sadu sa zdá byť pre posúdenie kapacity pracovnej pamäte pomerne kľúčové. Na to, aby bol participant v tomto ohľade úspešný, musí byť podľa Engleho, Kanea a Tuholskeho (1999a) schopný aktívne riadiť svoju pozornosť. Ďalej musí byť schopný si prezentované informácie (písmená) uskladniť a byť schopný ich pomocou určitých procesov aktivovať. Toto všetko musí byť participant schopný vykonávať počas riešenia celej sady testu. Pokiaľ je schopný aktívne riadiť svoju pozornosť napríklad len pri prezentácii prvých dvoch písmen a matematických úloh a pri ostatných už nie, tak to znamená, že participantovi už pravdepodobne chýbajú potrebné zdroje na to, aby túto pozornosť dokázal riadiť dlhodobejšie a teda už pravdepodobne naráža na obmedzenia svojej momentálnej kapacity pracovnej pamäte. Výsledky prezentovaného výskumu naznačujú, že binaural beat môže pozitívne vplývať práve na to, že pomôže udržať či posilniť riadenú pozornosť a uskladnenie a aktiváciu informácií, ktoré slúžia na zapamätanie. Ako zaujímavý údaj na doplnenie a ilustráciu je vhodné spomenúť aj faktický rozdiel v celkovom počte zapamätaných písmen medzi skupinami. Zatiaľ čo experimentálna skupina sa v tomto ukazovateli zlepšila priemerne o niečo viac ako jedno zapamätané písmeno, tak kontrolná skupina sa zhoršila o takmer 3 písmená. Celkový priemerný rozdiel medzi skupinami činil teda priemerne okolo 4 zapamätaných písmen. Na tomto príklade môžeme pozorovať, že rozdiel v samotnom počte správne zapamätaných a následne vyvolaných písmen nie je až taký veľký, aj keď je značný. Opäť by bolo zaujímavé posudzovať tento ukazovateľ na populácii s poruchami pamäte. Individuálne rozdiely Je dôležité spomenúť, že binaural beat nepôsobil na každého participanta, čo sa týka skúmanej kapacity pracovnej pamäte, len priaznivo. Tak isto sa u kontrolnej skupiny vyskytli jednotlivci, ktorí v druhom AOSPAN teste podali zlepšený výkon. Čo sa týka tej experimentálnej, tak u 6-tich ľudí mal binaural beat negatívny účinok. U piatich z nich bol tento negatívny účinok mierny až takmer nulový, avšak u jedného participanta sa prejavil ako výrazne rušivý. Tento participant sa zhoršil o 15 bodov. U kontrolnej skupiny

31 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 31 sa vyskytlo 5 ľudí, ktorým sa kapacita pracovnej pamäte po vypočutí si nahrávky zlepšila. Opäť najväčšie zlepšenie reprezentovalo nárast o 15 bodov. Z uvedeného jasne vyplýva, že binaural beat na kapacitu pracovnej pamäte nepôsobí plošne u všetkých ľudí. Pravdepodobne existujú individuálne rozdiely, na základe ktorých môže byť stimulácia pomocou binaural beats buď prospešná, alebo naopak. Môžeme zatiaľ len hypotetizovať v čom tieto rozdiely spočívajú. Mohlo by napríklad ísť o rozdielnu mozgovú aktivitu, odlišnú hemisferickú špecializáciu, možnú skríženú lateralitu, či dokonca neuropsychologické poruchy, ktoré sa zatiaľ neprejavili. Rozoberanie rôznych neurologických príčin týchto potenciálnych individuálnych rozdielov prevyšuje rámec tejto práce, avšak je vhodné sa nad nimi zamyslieť a počítať s nimi. Čo sa týka situačných faktorov, tak svoju úlohu mohlo zohrať to, v akej kondícii prišiel participant na testovanie. Pokiaľ bol unavený a vyčerpaný z predchádzajúcej činnosti, tak pravdepodobne v prvom AOSPAN teste nepodal optimálny výkon. Naopak po 12-minútovom vypočutí si zvukov mora si mohol dostatočne oddýchnuť a zrelaxovať tak, že v druhom teste podal už výrazne lepší výkon. Dôležité na zamyslenie sú aj psychologické faktory, ako napríklad motivácia participantov. Pokiaľ motivácia participanta nesmerovala k adekvátnemu riešeniu úlohy, tak sa mohlo stať, že testy neriešil poriadne. Pre pripomenutie, 3 takto identifikovaní participanti (Ospan skóre 0) boli z výskumu vylúčení. Je možné, že tento problém sa objavil aj u daľších, avšak u týchto neexistovali prostriedky, ako zistiť či to tak naozaj bolo. Jedna osoba sa s odstupom času o výskume vyjadrila, že jej bolo nepríjemné počúvať zvuky mora. Aj napriek tomu, že bola snaha o vytvorenie čo najneutrálnejšieho stimulu tak existuje možnosť, že u niektorých participantov mohol vyvolávať negatívne pocity. Konkrétny extrémny príklad poskytuje Howard a Cox (2006), ktorí referujú o fóbii z vody. Je možné, že niektorý za participantov mal negatívnu skúsenosť s morom a táto skúsenosť mohla byť naplnená negatívnymi emóciami, čo mohlo spôsobiť už spomínanú nepríjemnosť pri počúvaní nahrávky. Ďaľším dôležitým zdrojom individuálnych rozdielov môže byť stratégia, ktorú jednotliví participanti zvolili v procese zapamätávania si písmen. Niektorým mohla byť na to, aby si zapamätali čo najväčší počet písmen vlastná stratégia, pri ktorej používali mnemotechnické pomôcky. Iní mohli naopak zvoliť stratégiu opakovania si zapamätaných písmen v duchu. Túto stratégiu veľmi pekne vystihuje Baddeleyho (1992) fonologická slučka, ktorá bola popísaná v teoretickej časti práce a ako taká môže významným spôsobom pomáhať participantovi v teste uspieť. Pre pripomenutie ide o mechanizmus, slúžiaci na akustické kódovanie informácií v rámci pracovnej pamäte (Baddeley, 1992). Z rozhovorov s participantami, ktoré sa odohrali po experimente sa zdá, že túto stratégiu zvolilo najväčšie množstvo ľudí. Avšak existovali aj prípady, kde bola snaha o využitie už spomínaných mnemotechnických stratégií, či dokonca vizuálneho zapamätávania. Tieto prípady boli však vzhľadom na zvyšok skúmanej vzorky v menšine. Každopádne existuje určite viacero faktorov, ktoré vstupujú do procesu, či už sú to dispozičné, alebo situačné rozdiely medzi jednotlivými participantami. Tieto rozdiely môžu mať následne vplyv na to, ako daný človek zareaguje na stimuláciu pomocou binaural beats.

32 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 32 Obmedzenia výskumu Ako bolo popísané v predchádzajúcich riadkoch, prezentovaný výskum nedokázal kontrolovať všetky premenné, ktoré by mohli hrať úlohu v rozoberanom výskume. Okrem ošetrenia týchto možných potenciálnych vplyvov by tiež bolo vhodné, pri prípadných ďalších výskumoch, rozšíriť skúmanú vzorku čo sa týka počtu participantov, ale aj čo sa týka skúmanej populácie. Prezentovaný výskum bol vykonaný na vzorke študentov vysokých škôl, preto by bolo zaujímavé sledovať, aké výsledky by v podobnej experimentálnej situácii dosiahli, ľudia s poruchami pamäte či iných kognitívnych funkcií, ľudia v strednom či staršom veku, ľudia bez vysokoškolského vzdelania a iní. Z hľadiska externej validity je dôležité, aby sa prípadné budúce výskumy realizovali s čo možno najheterogénnejšou populáciou. Tiež by bolo vhodné ak by bolo možné časový úsek medzi riešením jednodlivých AOSPAN testov predĺžiť tak, aby sa predišlo už spomínanému možnému efektu únavy, prípadne efektu okamžitého zácviku. Klein a Fiss (1999) uvádzajú z hľadiska test-retestovej reliability ako najsilnejší koeficient stability ten, ktorý bol dosiahnutý vtedy, ak sa druhý test realizoval do 3 týždňov od toho prvého. Samozrejme s tým, že binaural beat stimulácia by bola realizovaná tesne pred administráciou druhého testu. Možné oblasti aplikácie V prípade potvrdenia výsledkov predkladanej práce, by sa tieto zistenia mohli použiť napríklad pri terapii ľudí so začínajúcou Alzheimerovou chorobou, alebo inou formou demencie. Je vedecky overené, že ľudia, trpiaci Alzheimerovou chorobou, alebo inou formou demencie akou je napr. tzv. frontotemporálna demencia, preukazujú výrazné deficity v pracovnej pamäti (viď napr. Stopford, Thompson, Neary, Richardson a Snowden, 2012). Stopford et al. (2012) u začínajúcej Alzeimerovej choroby okrem porúch pamäte reportuje aj iné kognitívno-psychologické deficity, akými sú napr. deficity v priestorovej percepcii či poruchy jazyka. Môžeme teoretizovať, že oba tieto deficity môžu mať súvis s poruchami pracovnej pamäte. Bez dostatočnej funkcie pracovnej pamäte je totiž obtiažne si predstaviť, že by človek dokázal aktívne rozlišovať objekty v priestore, pokiaľ si tieto neudrží dostatočnú dobu v pamäti na to, aby ich vedel porovnať. Niečo podobné sa môže odohrávať aj v prípade jazyka, v procese tvorby viet a pod. Binaural beat stimulácia by mohla takýmto pacientom aspoň na určitý čas pomôcť posilniť ich pracovnú pamäť a jej kapacitu natoľko, aby mohli zviesť aspoň čiastočne kvalitnejší život. Zároveň by mohla pravidelne opakovaná stimulácia viesť k postupnému predlžovaniu intervalu účinku binaural beat. Deficity v pracovnej pamäti boli taktiež preukázané u detí, trpiacimi poruchou ADHD (viď napr. Martinussen, Hayden, Hogg-Johnson a Tannock, 2005). Bolo realizovaných viacero výskumov, zaoberajúcich sa mozgovou stimuláciou takýchto detí pričom dokladovali pozitívne výsledky (viď napr. Olmstead, cit. podľa Huang a Charyton, 2008; Joyce a Siever, cit. podľa Huang a Charyton, 2008; Patrick, cit. podľa Huang a Charyton, 2008). Žiadny z týchto výskumov však neskúmal vplyv takejto stimulácie konkrétne na pracovnú pamäť. Navyše na stimuláciu neboli použité binaural beats ale iné auditívne stimuly. Teoreticky by teda binaural beats mohli byť účinné aj v takomto prípade.

33 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 33 V rámci vyššie uvedeného je však potrebné ďalšie intenzívne skúmanie, bez ktorého spomínané tvrdenia o možnom pozitívnom vplyve binaural beats ostávajú len v rovine úvah a hypotéz. Záver Výsledky vyššie prezentovanej práce potvrdili predpoklad, že binaural beat o frekvencii, zodpovedajúcej pre alfa rozmedzie mozgovej aktivity, má dočasný pozitívny vplyv na kapacitu pracovnej pamäte u zdravých dospelých študentov vysokých škôl. Ľudia, ktorí podstúpili 12- minútovú binaural beat stimuláciu o frekvencii 9,55 Hz dosiahli signifikantný nárast v kapacite ich pracovnej pamäte v porovnaní s kontrolnou skupinou, ktorá binaural beat stimuláciu neabsolvovala. V práci sú zároveň popísané jej možné nedostatky, ktoré súvisia hlavne s potrebou kontrolovania väčšieho množstva premenných, ktoré by mohli vstupovať do procesu, ale aj napríklad potreba externej validizácie výsledkov na rôznych populáciách. Výsledky tejto práce ďalej podporujú viaceré zistenia iných bádateľov, ktorí skúmali účinky stimulácie pomocou binaural beats na rôzne formy pamäte a zároveň sú v súlade s doterajšími poznatkami o možných vplyvoch rôznych foriem mozgovej stimulácie na konkrétne psychologické funkcie. V práci je pripomínaná dôležitosť ďalšieho intenzívneho bádania na tomto poli a prípadne ďalšie experimentálne overenie predkladaných výsledkov na to, aby sme boli schopní vyvodiť o tejto problematike konkrétne závery. V práci boli načrtnuté aj možné aplikácie nadobudnutých zistení u pacientov trpiacich poruchami pracovnej pamäte. Tieto aplikácie by však museli byť najprv predmetom ďaľšieho intenzívneho a predovšetkým seriózneho a bezpečného výskumu. Pretože ide o ľudí.

34 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 34 LITERATÚRA Allen, P. A., Houston, J. R., Pollock, J. W., Buzzelli, C., Li, X., Harrington, A. K., Martin, B. A., Loth, F., Lien, M. C., Maleki, J., Luciano, M. G. (in press). Task specific and general cognitive effects in ChiariMalformation Type I. PLoS ONE, 9: e Atkinson R. C., Shiffrin R. M. (1968). Human memory: a proposed system and its control processes. In, K. W. Spence a J. T. Spence (Eds.), The Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Theory (s ). New York: Academic Press. Baddeley, A., Hitch, G. (1974). Working memory. In G. A. Bower (ed.), The Psychology of Learning and Motivation: Advances in Research and Theory (s ). New York: Academic Press. Baddeley, A. (1992). Working memory. Science, 255, Baddeley, A. (1999). Vaše paměť. Brno: Jota. Baddeley, A. D. (2000). The episodic buffer: a new component of working memory? Trends of Cognitive Sciences, 4, Baddeley, A.D. (2001b). The concept of episodic memory. Philosophical Transactions of Royal Society, 356, Baddeley, A. D. (2003). Working memory: looking back and looking forward. Neuroscience, Nature Reviews, 4. Baddeley, A. D. (2012). Working Memory: Theories, Models, and Controversies. Annual Review of Psychology, 63, Bazanova, O.M., Aftanas, L.I Individual measures of electroencephalo-gram alpha activity and nonverbal creativity. Neuroscience and Behavioral Physiology, 38, Baldwin, J. M. (1984). Mental development in the child and the race. New York: Macmillan Bigler, E. D.,. Johnson, S. C., Jackson, C., Blatter, D. D. (1995). Aging, brainsize, and IQ, Intelligence, 21, Beaman, C. P. (2004). The Irrelevant Sound Phenomenon Revisited: What Role for Working Memory Capacity? Journal of Experimental Psychology, 30, Borisyuk, A., Semple, M. N., Rinzel, J. (2002). Adaptation and inhibition underlie responses to time-varying interaural phase cues in a model of inferior colliculus neurons. The Journal o f Neurophysiology, 55, Braboszcz, C., Delorme, A., Lost in thoughts: neural markers of low alertness during mind wandering. Neuroimage 54, Cantor, J., Engle, R. W., Hamilton, G. (1991). Short-term memory, working memory, and verbal abilities: How do they relate? Intelligence, 15, Cantor, J., Engle, R. W. (1993). Working-Memory Capacity as Long-Term Memory Activation: An Individual-Differences Approach. Journal of Experimental Psychology, 19,

35 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 35 Carter, J. L., Russell, H. L. (1993). A pilot investigation of auditory and visual entrainment of brain wave activity in learning disabled boys. Texas Researcher, 4, Clarke, R. C., Veltmeyer, D., Hamilton, R. J., Simms, E., Paul, R., Hermens, D., Gordon, E. (2004). Spontaneous alpha peak frequency predicts working memory pertor-mance across the age span. International Journal of Psychophysiology, 53, 1 9. Cohen, J. D., Forman, S. D., Braver, T. S., Casey, B. J., Servan-Schreiber, D., Noll, D. C. (1994). Activation of the prefrontal cortex in a nonspatial working memory task with functional MRI. Human Brain Mapping, 1, Cocchini G., Logie R. H., Della Sala S., MacPherson S. E., Baddeley, A. D.(2002). Concurrent performance of two memory tasks: Evidence for domain-specific working memory systems. Memory & Cognition, 30, Conway, A. R. A., Engle, R. W. (1996). Individual differences in working memory capacity: More evidence for a general capacity theory. Memory, 4, Conway, A. R. A, Cowan, N., Bunting, M. F. (2001). The cocktail party phenomenon revisited: The importance of working memory capacity. Psychonomic Bulletin & Review, 8, Craik F. I. M., Lockhart R. S. (1972). Levels of processing: a framework for memory research. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 11, Cruceanu, V. D., Rotarescu, V. S. (2013). Alpha brainwave entrainment as a cognitive performance activator. Cognition, Brain, Behavior, 3, Daneman, M., Carpenter, P. A. (1980). Individual differences in working memory and reading. Journal of Verbal Learning and Verval Behavior, 19, DeLuca, J. (2005a). Fatigue, cognition and mental effort. In J. DeLuca (Ed.), Fatigue as a window to the brain (s ). London: MIT Press Ebbinghaus, H. (1913). Memory: A Contribution to Experimental Psychology. New York: Columbia University. Ellermeier, W., Zimmer, K. (1997) Individual differences in susceptibility to the irrelevant speech effect. Journal of the Acoustical Society of America, 102, Engle, R. W., Nations, J. K., Cantor, J. (1990). Word knowledge and working memory capacity. Journal of Educational Psychology, 82, Engle, R. W., Cantor, J., & Carullo, J. J. (1992). Individual differences in working memory and comprehension: A test of four hypotheses. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 18, Engle, R. W., Kane, M. J., Tuholski, S. W. (1999a). Individual differences in working memory capacity and what they tell us about controlled attention, general fluid intelligence and functions of the prefrontal cortex. In A. Miyake, P. Shah, (Eds.), Models of working memory (s ). Cambridge: Cambridge University Press. Engle, R. W., Tuholski, S. W., Laughlin, J. E., Conway, A. R. A. (1999b). Working memory, short-term memory, and general fluid intelligence: A latent variable approach. Journal of Experimental Psychology, 128,

36 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 36 Farah, M. J. (1988). Is visual memory really visual? Overlooked evidence from neuropsychology. Psychological Review, 95, Foster, D. S. (1990). EEG and subjective correlates of alpha frequency binaural beats stimulation combined with alpha biofeedback (Dizertačná práca). Dostupné ze WorldCat database (OCLC No ). Freunberger, R., Werkle-Bergner, M., Griesmayr, B., Lindenberger, U., Klimesch, W. (2011). Brain oscillatory correlates of working memory constraints. Brain research, 1375, Fuster, J.M. (1999). Synopsis of function and disfunction of the frontal lobe. Acta Psychiatrica Scandinavica 99, Gazzaniga, M. S., Ivry, R. B., Mangun, G. R. (2014). Cognitive Neuroscience: The biology of mind. New York:W.W. Norton & Company. Gullick, M. M., Sprute, L. A., Temple, E. (2011). Individual differences in working memory, nonverbal IQ, and mathematics achievement and brain mechanisms associated with symbolic and nonsymbolic number processing. Learning and Individual Differences, 21, Hodges, D. A. (2010). Psychophysiological measures. In P. Juslin, J. Sloboda (Eds.), Handbook of Music and Emotion: Theory, Research and Applications, (s ). New York: Oxford Publishing Press. Howard, M. D., Cox, R. P. (2006). Use of EMDR in the Treatment of Water Phobia at Navy Boot Camp: A Case Study. Traumatology, 12, Huang, T. L., Charyton, Ch. (2008). A omprehensive review of the psychological effects of brainwave entrainment. Alternative Therapies in Health and Medicine, 14, Hughes, R. W., Hurlstone, M. J. Marsh, J. E., Jones, D. M., Vachon, F. (2013). Cognitive Control of Auditory Distraction: Impact of Task Difficulty, Foreknowledge, and Working Memory Capacity Supports Duplex-Mechanism Account. Journal of Experimental Psychology, 39, Jha, A. P., Kroll, N. E. A., Baynes, K. and Gazzaniga, M. S. (1997). Memory encoding following complete commissurotomy. Journal of Cognitive Neuroscience, 9, Kane, M. J., Engle, R. W. (2003). Working-memory capacity and the control of attention: The contributions of goal maintenance, response competition, and task set to Stroop interference. Journal of Experimental Psychology: General, 132, Kasprzak, C. (2011). Influence of Binaural Beats on EEG Signal. Acta physica polonica A, 119, Kato, Y., Endo, H., Kizuka, T. (2009). Mental fatigue and impaired response processes: Event-related brain potentials in a Go/NoGo task. International Journal of Psychophysiology, 72, Kennerly, R. C. (1994). An empirical investigation into the effect of beta frequency binaural beat audio signals on four measures of human memory. (Department of Psychology, West Georgia College, Carrolton, Georgia). Klein, K., Fiss, W. H. (1999). The reliability and stability of the Turner and Engle working memory task. Behavior Research Methods, Instruments and Computers, 31, Klimesch, W., Sauseng, P., Hanslmayr, S., EEG alpha oscillations: the inhibition-timing hypothesis. Brain Research Reviews 53, Lachat, F., Hugueville, L., Lemaréchal, J.D., Conty, L., George, N., Oscillatory brain correlates of live joint attention: a dual-eeg study. Frontiers in Human Neuroscience, 6, Lehto, J. (1996). Are executive function tests dependent on working memory capacity? Quarterly Journal of Experimental Psychology: Human Experimental Psychology, 49(A),

37 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 37 Lim, J. Quevenco, F-C., Kwok, K. (2013). EEG alpha activity is associated with individual differences in post-break improvement. Neuroimage, 76, Lopez, N., Previc, F. H., Fischer, J., Heitz, R. P., Engle, R. W. (2012). Effects of sleep deprivation on cognitive performance by United States Air Force pilots. Journal of Applied Research in Memory and Cognition, 1, Lorist, M. M. (2008). Impact of top-down control during mental fatigue. Brain Research, 1232, Martinussen, R., Hayden, J., Hogg-Johnson, S., Tannock, R. (2005). A Meta-Analysis of Working Memory Impairments in Children With Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder. Journal of the American Academy of Child & Adolescent Psychiatry, 44, McMurray J.C. (2006). Binaural beats enhance alpha wave activity, memory and attention in healthy aging seniors (Dizertačná práca). Získané z ProQuest Dissertations & Theses database (UMI No ). Musso, M. F., Kyndt, E., Cascallar, E. C., Dochy, F. (2013). Predicting general academic performance and identifying the differential contribution of participating variables using artificial neural networks. Frontline Learning Research, 1, Miller, G. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological review, 101, Nozaradan, S., Peretz, I., Missal, M., Mouraux, A. (2011). Tagging the Neuronal Entrainment to Beat and Meter. Journal of Neuroscience, 31, On, F. R., Jailani, R., Norhazman, H., Zaini, N. M. (2013). Binaural Beat Effect on Brainwaves based on EEG. IEEE 9th International Colloquium on Signal Processing and its Applications. Oprisan, S. A., Prinz, A. A., Canavier, C. C. (2004). Phase resetting and phase locking in hybrid circuits of one model of one biological neuron. Biophysical Journal, 87, Ozimek, E. (2002). Sound and Its Perception. Aspects of Physical and Psychoacoustics, Warszawa: PWN. Palva, S., Palva, J.M., New vistas for alpha-frequency band oscillations. Trends in Neuroscience, 30, Paulesu, E., Frith, C.D., Frackoviak, R.S.J. (1993) The neural correlates of the verbal component of working memory. Nature, 362, Pelletier, C. L. (2004). The effect of music on decreasing arousal due to stress: A meta-analysis. Journal of Music Therapy, 41, Phelps, E. A., Hirst, W. and Gazzaniga, M. S. (1991). Deficits in recall following partial and complete commissurotomy. Cerebral Cortex, 1, Plháková, A. (2007). Učebnice obecné psychologie. Praha: Academia. Potagas, C., Kasselimis, D., Evdokimidis, I. (2011). Short-term and working memory impairments in aphasia. Neuropsychologia, 49, Rickard, N. S., Wong, W. W., Velik, L. (2012). Relaxing music counters heightened consolidation of emotional memory. Neurobiology of Learning and Memory, 97, Rihs, T.A., Michel, C.M., Thut, G. (2007). Mechanisms of selectiveinhibition in visual spatial attention are indexed by alpha-band EEG synchronization. European Journal of Neuroscience 25,

38 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte 38 Sanbonmatsu, D. M., Strayer, D. L., Medeiros-Ward, N., Watson, J. M. (2013). Who Multi-Tasks and Why? Multi-Tasking Ability, Perceived Multi-Tasking Ability, Impulsivity, and Sensation Seeking. PLoS ONE, 8: e Saling, M. M., Berkovic, S. F., O'shea, M. F., Kalnins, R. M., Darby, D. G. and Bladin, P. F. (1993). Lateralization of verbal memory and unilateral hippocampal sclerosis: Evidence of task-specific effects. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology, 15, Scoville, W. B. and Milner, B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. (1957). Journal of Neurology, Neurosuryery, and Psychiatry, 20, Smith, E. E., Jonides, J., Koeppe, R.A. (1996). Dissociating verbal and spatial working memory using PET. Cerebral Cortex, 6, Sornson, R. O. (1999). Using binaural beats to enhance attention. Hemi-Sync Journal, 10, Stopford, Ch. L., Thompson, J. C., Neary, D., Richardson, A. M. T., Snowden, J. S. (2012). Working memory, attention, and executive function in Alzheimer s disease and frontotemporal dementia. Cortex, 48, Tanaka, M., Shigihara, Y., Funakura, M., Kanai, E., Watanabe, Y. (2012). Fatigue-associated alterations of cognitive function and electroencephalographic power densities. PloS ONE 7: e Tuladhar, A.M., Ter Huurne, N., Schoffelen, J.M., Maris, E.,Oostenveld, R., Jensen, O. (2007). Parietooccipital sources account for the increase in alpha activity with working memory load. Human Brain Mapping 28, Turley-Ames, K. J., Whitfield, M. M. (2002). Strategy training and working memory task performance. Manuscript submitted for publication. Turner, M. L., Engle, R. W. (1989). Is working memory capacity task dependent? Journal of Memory and Language, 28, Unsworth, N., Heitz, R. P., Schrock, J. C., Engle, R. W. (2005). An automated version of the operation span task. Behavior Research Methods, 37, VanRullen, R., Koch, C., Competition and selection during visual processing of natural scenes and objects. Journal of Vision, 3, Wahbeh, H., Calabrese, C., Zwickey, H. (2007). Binaural beat technology in humans: a pilot study to assess psychologic and physiologic effects. Journal of Alternative and Complementary Medicine, 13, Wager, T. D., Smith, E. E. (2003). Neuroimaging studies of working memory: A meta-analysis. Cognitive, Affective & Behavioral Neuroscience, 3, Wang, S., Gathercole, E. (2013). Working memory deficits in children with reading difficulties: Memory span and dual task coordination. Journal of Experimental Child Psychology, 115, Willerman, L., Schultz, R., Rutledge, J. N., Bigler, E. D. (1991). In vivo brainsize and intelligence, Intelligence, 15, Yurgil, K. A., Golob, E. J. (2013). Cortical potentials in an auditory oddball task reflect individua differences in working memory capacity. Psychophysiology, 50,

39 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte PRÍLOHY PRÍLOHA 1: INFORMOVANÝ SÚHLAS (ANGLICKÁ VERZIA) Investigating and evaluating of two versions of Operation Span Task (OSPAN) Farmingdale State College Research Consent Form Purpose and Expectations You are being asked to participate in a research study being conducted by member of the Psychology Department of Farmingdale State College. The purpose of the study is to investigate and evaluate two versions of Operation Span Task (OSPAN). If you decide to participate in the research, you will be asked to complete two versions of OSPAN task. Between administrating of the two versions, you will be presented with a filter task, which is in this case listening to sounds/music. Your participation should take approximately 50 minutes. In order for you to be eligible to participate in this experiment, you must be 18 or older, must not suffer of any kind seizures (e.g. history of epilepsy) and have no history of neuropsychological illnesses. Risks There are no physical or emotional risks associated with this research study if you meet the participant criteria stated above. The OSPAN tasks you will be asked to complete are completely anonymous and they will be only associated with your participant number. Only the researcher named above will have access to the data collected in this study. Benefits You may not benefit directly from your participation in this research, but the knowledge gained will lead to a greater understanding of the topic. If you choose to participate in the study you will receive 10 extra credit points on one exam in a psychology course you are currently taking. If you do not wish to participate in this study, you will be offered another opportunity to receive the 10 extra credit points that is comparable in both time and effort. Voluntary Participation Your participation in this study is voluntary. You may choose not to participate in the study or to drop out of the study at any time, with no consequence for you or your performance in your psychology class. If you choose to participate in the research, you simply complete the study activities and provide the researcher with the ID number assigned to you when you signed up for the research. If you decide to drop out of the

40 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte study, you simply stop participating and are free to leave or ask the researcher about a substitute assignment to earn the extra credit. If you have any questions about the research or would like a copy of the findings, you can contact Michaela Porubanova in the Psychology Department: If you have any questions about your rights as a research subject you may contact Dawn Grzan, Director of Research and Sponsored Program Development at the Office of the Institutional Review Board (IRB the committee that reviews research at Farmingdale State College) at I have read and understand the information above and agree to participate in this research. Participant Signature Print your name Date

41 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte INFORMOVANÝ SÚHLAS (SLOVENSKÁ VERZIA) Skúmanie a ohodnotenie dvoch verzií Operation Span Task (OSPAN) Bakalárska práca, Fakulta Sociálních Studií, MU, Brno Výskumník: Jakub Kraus Informovaný súhlas Ciele a očakávania Boli ste požiadaný o účasť na bakalárskom výskumnom projekte realizovanom študentom psychológie na Fakulte sociálnych studií MU. Cieľom tohto projektu je preskúmať a ohodnotiť dve verzie Operation Span Task (OSPAN). Ak sa rozhodnete zúčastniť sa tohto výskumu, tak budete požiadaný/á riešiť dve verzie OSPAN task. Medzi administráciou týchto dvoch verzií, podstúpite tzv. filtračnú úlohu, ktorá je v tomto prípade počúvanie zvukov/hudby. Vaša účasť by mala trvať približne 50 minút. Na to aby ste sa mohli zúčastniť tohto experimentu musíte mať minimálne 18 rokov, nemôžete trpieť žiadnymi záchvatovými (napr. epilepsia) a neuropsychologickými ochoreniami. Riziká V súvislosti s týmto výskumom nie sú spájané žiadne fyzické alebo emocionálne riziká, ak splníte kritériá účasti. zmienené vyššie. OSPAN úlohy, ktoré budete požiadaný/á riešiť sú úplne anonymné a výsledky z nich budú spájané len s vaším výskumným číslom. Jedine výskumník, ktorého meno je uvedené vyššie bude mať prístup k zozbieraným dátam. Benefity Možno nebudete z vašej účasti na výskume benefitovať priamo, avšak vedomosti, ktoré môžete týmto spôsobom získať povedú k lepšiemu porozumeniu skúmanej témy. Dobrovoľná účasť Vaša účasť na tomto výskmnom projekte je dobrovoľná. Môžete sa rozhodnúť nezúčastniť tohto výskumu, alebo výskum opustiť kedykoľvek v priebehu testovania bez ďalších následkov. V prípade akýchkoľvek otázok ohľadne tohto výskumu alebo v prípade, že by ste mali záujem o kópiu svojich výsledkov, prosím kontaktujte autora tohto výzkumu prostredníctvom u: @mail.muni.cz Prečítal som si a rozumiem informáciám poskytnutým vyššie a súhlasím s mojou účasťou na tomto výskumnom projekte.

42 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte Podpis účastníka Meno a priezvisko účastníka Dátum

43 Vplyv binaural beats na kapacitu pracovnej pamäte PRÍLOHA 2 : DOKLAD O SCHVÁLENÍ VÝSKUMU NEZÁVISLOU ETICKOU KOMISIOU (IRB)