uprinmatusИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроениеProceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering2223-1536Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1536-2026-16-2-197-208uprinmatus-490Research ArticleМОДЕЛИРОВАНИЕ В МЕДИЦИНСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХMODELING IN MEDICAL AND TECHNICAL SYSTEMSИсследование мозговой активности и концентрации внимания при выполнении интеллектуальных задачA study of students' brain activity and concentration while performing intellectual taskshttps://orcid.org/0000-0002-4220-3928КравчукД. А.KravchukD. A.

Кравчук Денис Александрович, доктор технических наук, профессор, Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения

yn. Шевченко, д. 2, корп. «Е», Ростовская область, г. Таганрог 347922

Denis A. Kravchuk, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Institute of Nanotechnology

2/E Shevchenko Str., Rostov Region, Taganrog 347922

kravchukda@sfedu.ruСахаровВ. Л.SakharovV. L.

Сахаров Вадим Леонидович, кандидат технических наук, доцент, директор

ул. Дзержинского, д. 119A, Ростовская область, г. Таганрог 347905

Vadim L. Sakharov, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Director

119A Dzerzhinskogo Str., Rostov Region, Taganrog 347905

vadim@neurotech.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0607-3441КириченкоИ. А.KirichenkoI. A.

Кириченко Игорь Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, ведущий специалист по верификации и валидации оборудования

ул. Дзержинского, д. 119A, Ростовская область, г. Таганрог 347905

Igor A. Kirichenko, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Leading Specialist

119A Dzerzhinskogo Str., Rostov Region, Taganrog 347905

kirichenko@neurotech.ruИнститут нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного федерального университетаРоссияInstitute of Nanotechnology, Electronics and Instrument Engineering at the Southern Federal UniversityRussian FederationНаучно-медицинская фирма «Нейротех»РоссияNeurotech Scientific and Medical CompanyRussian Federation202607082026162197208Copyright © Кравчук Д.А., Сахаров В.Л., Кириченко И.А., 20262026Кравчук Д.А., Сахаров В.Л., Кириченко И.А.Kravchuk D.A., Sakharov V.L., Kirichenko I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/490

Цель исследований — изучить особенности мозговой активности при выполнении интеллектуальных задач в условиях низкого (индивидуальное задание) и высокого (экзамен) уровня стресса на основе анализа спектральных характеристик электроэнцефалограммы.

Методы

Методы. В исследовании приняли участие 32 человека (18 женщин, 14 мужчин, средний возраст 19,4 + 1,2 года). Регистрация электроэнцефалограммы проводилась с использованием портативного 4-канального нейроинтерфейса BrainBit (ООО НМФ «Нейротех», Россия) в положениях Ер1, Fp2, O1, О2. Проведено сравнения двух видов интеллектуальных задач: защита индивидуального задания и устный экзамен. Рассчитывалась относительная мощность mema-, альфа- и бета-ритмов. Статистический анализ проводился с применением критерия Вилкоксона для связанных выборок (р < 0,05).

Результаты

Результаты. При переходе от индивидуального задания к экзамену выявлено достоверное снижение альфа-ритма (с 42,3 до 36,5 %; 2 = —4,12, р < 0,001, г = 0,73) и значимый рост бета-ритма (с 28,5 do 36,1 %; 2 = -4,37, р < 0,001, г = 0,77). Тета-ритм продемонстрировал умеренное снижение (с 29,2 do 27,4 %; 2 ,04, р = 0,041, г= 0,36).

Заключение

Заключение. Экзаменационная ситуация вызывает у участников переключение нейродинамики в сторону активационного профиля: снижается расслабленность (с), усиливается когнитивная активация и концентрация внимания (В). Полученные данные подтверждают возможность использования количественного анализа электроэнцефалограммы как объективного инструмента оценки функционального состояния обучающихся в реальных образовательных условиях.

The purpose of the research  is to study the characteristics of students’ brain activity while performing intellectual tasks under low (individual assignment) and high (exam) stress conditions based on the analysis of electroencephalogram spectral characteristics.

Methods

Methods. Thirty-two students (18 women, 14 men; average age 19,4 ± 1,2 years) participated in the study. Electroencephalogram recordings were conducted using a portable 4-channel BrainBit neural interface (Neurotech LLC, Russia) in the Fp1, Fp2, O1, and O2 positions. Two conditions were compared: completing an individual assignment and taking an oral exam. The relative power of theta, alpha and beta rhythms was calculated. Statistical analysis was performed using the Wilcoxon signed-rank test for related samples (p < 0,05).

Results

Results. When transitioning from the individual assignment to the exam, a significant decrease in the alpha rhythm (from 42,3 to 36,5 %; Z = –4,12, p < 0,001, r = 0,73) and a significant increase in the beta rhythm (from 28,5 to 36,1 %; Z = –4,37, p < 0,001, r = 0,77) were observed. The theta rhythm demonstrated a moderate decrease (from 29,2 to 27,4 %; Z = –2,04, p = 0,041, r = 0,36).

Conclusion

Conclusion. The exam situation causes students’ neurodynamics to shift toward an activation profile: relaxation (α) decreases, while cognitive activation and concentration (β) increase. The obtained data confirm the feasibility of using quantitative electroencephalogram analysis as an objective tool for assessing the functional state of students in real-world educational settings.

нейроинтерфейсэлектроэнцефалограммамозговая активностьинтеллектуальные задачиneurointerfaceelectroencephalogrambrain activityintellectual tasksReferencesГоворухина А. А., Левчук А. А. Факторы, влияющие на умственную работоспособность студентов (обзор литературы) // Современные вопросы биомедицины. 2024. Т. 8, № 1. URL: https://svbskfmba.ru/arkhiv-nomerov/2024-1/govorukhina2024 (дата об- ращения: 04.03.2026). https://doi.org/10.24412/2588-0500_80_01_6.Govorukhina A.A., Levchuk A.A. Factors influencing the mental performance of students (literature review). Sovremennye voprosy biomeditsiny = Modern Issues of Biomedicine. 2024;8(1). (In Russ.) Available at: https://svbskfmba.ru/arkhiv-nomerov/2024-1/govorukhina2024 (accessed 04.03.2026). https://doi.org/10.24412/2588-0500-2024_08_01_6.Различия ЭЭГ при восприятии своего и чужого лица: применение комплексного подхода к анализу данных ЭЭГ / Г. В. Портнова, Л. Б. Окнина, Е. Л. Машеров, А. А. Слезкин, В. В. Подлепич // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Пав- лова. 2022. Т. 72, № 4. С. 576—586. https://doi.org/10.31857/S0044467722030091.Portnova G.V., Oknina L.B., Masherov E.L., Slezkin A.A., Podlepich V.V. EEG differences in the perception of one’s own and another’s face: application of an integrated approach to the analysis of EEG data. Zhurnal vysshei nervnoi deyatel'nosti im. I. P. Pavlova = Journal of Higher Nervous Activity named after I.P. Pavlova. 2022;72(4):576-586. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0044467722030091.Биоэлектрическая активность головного мозга и церебральная гемодинамика у спортсменов при сочетании когнитивной и физической нагрузки / Л. В. Капилевич, Г. С. Ежова, А. H. Захарова, А. В. Кабачкова, С. Г. Кривощеков // Физиология человека. 2019. Т. 45, № 2. С. 58—69. https://doi.org/10.1134/S0131164619010089.Kapilevich L.V., Ezhova G.S., Zakharova1A.N., Kabachkova A.V., Krivoshekov S.G. Bioelectrical activity of the brain and cerebral hemodynamics in athletes with a combination of cognitive and physical activity. Fiziologiya cheloveka = Human Physiology. 2019;45(2):58-69. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S0131164619010089.Гуляев С. А. Электроэнцефалография и исследования функциональной активности головного мозга // Русский журнал детской неврологии. 2021. Т. 16, № 4. С. 59— 68. https://doi.org/10.17650/2073-8803-2021-16-4-59-68.Gulyaev S.A. Electroencephalography and studies of functional activity of the brain. Russkii zhurnal detskoi nevrologii = Russian Journal of Child Neurology. 2021;16(4):59-68. (In Russ.) https://doi.org/10.17650/2073-8803-2021-16-4-59-68.Влияние тревожности, связанной с экзаменационным стрессом, на смещение зрительного внимания и электрическую активность фронтальных зон мозга / А. П. Астащенко, H. П. Горбатенко, Е. В. Дорохов, С. И. Варварова, П. В. Зяблова // Ульяновский медико-биологический журнал. 2020. Ne 2. С. 100-111. https://doi.org/10.34014/2227-1848-2020-2-100-111.Astashchenko A.P., Gorbatenko N.P., Dorokhov E.V., Varvarova S.I., Zyablova P.V. The influence of anxiety associated with exam stress on the shift of visual attention and electrical activity of the frontal zones of the brain. Ul'yanovskii mediko-biologicheskii zhurnal = Ulyanovsk Medical and Biological Journal. 2020;(2):100-111. (In Russ.) https://doi.org/10.34014/2227-1848-2020-2-100-111.Биоэлектрическая активность мозга студентов при когнитивной деятельности B условиях ограничения времени / Н. В. Звягина, А. И. Талеева, K. В. Новоселова, А. С. Черкасова, Т. Ч. Чанг, Н. В. Попов // Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2025. Т. 17, № 6-1. С. 51-75. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2025-17-6-1- 1317.Zvyagina N.V., Taleeva A.I., Novoselova K.V., Cherkasova A.S., Chang T.Ch., Popov N.V. Bioelectrical activity of the brain of students during cognitive activity under time constraints. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2025;17(6-1):51-75. (In Russ.) https://doi.org/10.12731/2658-6649-2025-17-6-1-1317.Леонтъева А. Д., Зубарев А. С. Тревожность и нейрофизиологические маркеры: анализ с использованием мобильной ЭЭГ // Национальный психологический журнал. 2025. Т. 20, № 1. С. 75—85. https://doi.org/10.11621/np;j.2025.0107.Leontyeva A.D., Zubarev A.S. Anxiety and neurophysiological markers: analysis using mobile EEG. Natsional'nyi psikhologicheskii zhurnal = National Psychological Journal. 2025;20(1):75-85. (In Russ.) https://doi.org/10.11621/npj.2025.0107.Кижеватова Е. А., Караханян K. C., Болдырева М. А. Особенности электроэнцефалограммы у студентов с разным уровнем личностной и ситуативной тревожности в условиях экзаменационного стресса // Universum: медицина и фармакология. 2026. Ne 4 (133). С. 29—38.Kizhevatova E.A., Karakhanyan K.S., Boldyreva M.A. Features of the electroencephalogram in students with different levels of personal and situational anxiety under examination stress. Universum: meditsina i farmakologiya = Universum: Medicine and Pharmacology. 2026;(4):29-38. (In Russ.)Максимова M. B., Этуев Х. Х. Опыт применения ЭЭГ в образовании: анализ зарубежных исследований // Отечественная и зарубежная педагогика. 2023. Т. 1, № 2 (91). С. 169-185. https://doi.org/10.24412/2224-0772-2023-91-169-185. EDN HKLMWP.Maksimova M.V., Etuev Kh. Kh. Experience of using EEG in education: analysis of foreign studies. Otechestvennaya i zarubezhnaya pedagogika = Domestic and Foreign Ped- agogy. 2023;1(2):169-185. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2224-0772-2023-91-169-185. EDN HKLMWP.Костромина С. H., Гнедых Д. С. Нейронаука B системе профессионального образования // Профессиональное образование и рынок труда. 2021. № 4 (47). С. 8-29.Kostromina S.N., Gnedykh D.S. Neuroscience in the system of vocational education. Professional'noe obrazovanie i rynok truda = Vocational Education and Labor Market. 2021;(4):8–29. (In Russ.)Рустамова Т. В. Влияние экзаменационного стресса на амплитуду волн ЭЭГ в теменной доле головного мозга у студентов факультета биологии-химии с различными индивидуально-типологическими особенностями // Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2020. Т. 12, № 5. С. 97-112. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2020-12-5- 97-112.Rustamova T.V. The influence of examination stress on the amplitude of EEG waves in the parietal lobe of the brain in students of the Faculty of Biology and Chemistry with various individual typological characteristics. Siberian Journal of Life Sciences and Ag- riculture. 2020:12(5):97-112. (In Russ.) https://doi.org/10.12731/2658-6649-2020-12-5-97-112.Рустамова Т. В. Изменение ЭЭГ в лобной доле коры головного мозга под влиянием экзаменационного процесса у 18-летних студентов флегматического типа // Международный научно-исследовательский журнал. 2022. №7 (121). С. 87—90. https://doi.org/10.23670/IRJ. 2022.121.7.054.Rustamova T.V. Changes in EEG in the frontal lobe of the cerebral cortex under the influence of the examination process in 18-year-old students of the phlegmatic type. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatel'skii zhurnal = International Research Journal. 2022;(7)87-90. (In Russ.) https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.121.7.054.Рустамова Т. В. Сравнительный анализ влияния экзаменационного стресса на уровень ситуативной и личностной тревожности студентов // Siberian Journal оf Life Sciences and Agriculture. 2021. Т. 13, № 1. С. 222—236. https://doi.org/10.12731/2658- 6649-2021-13-1-222-236.Rustamova T.V. Comparative analysis of the impact of examination stress on the level of situational and personal anxiety of students. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2021;13(1):222-236. (In Russ.) https://doi.org/10.12731/2658-6649-2021-13-1-222-236.Попова M. А., Чеберяк М. И. Методологические аспекты исследования нейро-физиологических характеристик когнитивных нагрузок студентов в процессе обучения (обзор литературы) // Современные вопросы биомедицины. 2024. Т. 8, № 4 (30). С. 1-10. https://doi.org/10.24412/2588-0500-2024_08_04_10.Popova M.A., Cheberyak M.I. Methodological aspects of the study of neurophysiological characteristics of students’ cognitive loads during the learning process (literature review ). Sovremennye voprosy biomeditsiny = Modern Issues of Biomedicine. 2024;8(4):1-10. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2588-0500-2024_08_04_10.Шляхов И. C., Горбунов И. А., Тихонова K. А. Спектральная динамика электроэнцефалографических ритмов при вербальном обучении: анализ этапов теста Рея // Психология и Психотехника. 2025. № 2. С. 15-28. https://doi.org/10.7256/2454-0722.2025.2.74313.Shlyakhov I.S., Gorbunov I.A., Tikhonova K.A. Spectral dynamics of electroencephalographic rhythms during verbal learning: analysis of the stages of the Rey test. Psikhologiya i Psikhotekhnika = Psychology and Psychotechnics. 2025;(2):15-28. (In Russ.) https://doi.org/10.7256/2454-0722.2025.2.74313.Дик О. E., Ноздрачев А. Д. Динамика паттернов электрической активности мозга при нарушениях его функционального состояния // Успехи физиологических наук. 2020. Т. 51, № 2. С. 68—87. https://doi.org/10.31857/S0301179820020046.Dik O.E., Nozdrachev A.D. Dynamics of patterns of electrical activity of the brain in violations of its functional state. Uspekhi fiziologicheskikh nauk = Advances in Physiological Sciences. 2020;51(2):68-87. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0301179820020046.Пушкин А. А., Сухов А. Г. Особенности влияния фазозависимой экзогенной афферентации на мощность фоновых ритмов ЭЭГ человека // Физиология человека. 2020. Т. 46, № 1. С. 46—53. https://doi.org/10.31857/S0131164619060109.Pushkin A.A., Sukhov A.G. Features of the influence of phase-dependent exogenous afferentation on the power of background rhythms of the human EEG. Fiziologiya cheloveka = Human Physiology. 2020;46(1):46-53. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0131164619060109.Исследование нейрофизиологических показателей и смещения внимания как процесса, влияющего на формирование психоэмоционального поведения / А. П. Астащенко, О.В. Комиссарова, Е.В. Дорохов, С. А. Комиссаров, С.И. Никоненко, С. И. Варварова // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2020. Т. 56, № 7. С. 534. https://doi.org/10.31857/S0044452920070128.Astashchenko A.P., Komissarova O.V., Dorokhov E.V., Komissarov S.A., Nikonenko S.I., Varvarova S.I. Study of neurophysiological indicators and attention shift as a process influencing the formation of psychoemotional behavior. Zhurnal evolyutsionnoi biokhimii i fiziologii = Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 2020;56(7):534. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0044452920070128.Кравчук Д. А., Котенко А. С. Анализ методов обработки и исследования речевого сигнала для установления психоэмоционального состояния человека // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2026. Т. 16, № 1. С. 93-106. https://doi.org/10.21869/2223-1536-2026-16-1-93-106.Kravchuk D.A., Kotenko A.S. Analysis of methods of processing and studying a speech signal to establish a person’s psychoemotional state. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika, informatika. Meditsinskoe priborostroenie = Proceedings of the Southwest State University. Series: Control, Computer Engineering, Information Science. Medical Instruments Engineering. 2026;16(1):93- 106. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1536-2026-16-1-93-106.Кравчук Д. А., Переселков С. А., Грачев В. И. Идентификация эмоционального состояния по амплитудно-частотным характеристикам речевого сигнала // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2026. Т. 18, № 1. С. 61-70. https://doi.org/10.17725/rensit.2026.18.061. EDN CECQOF.Kravchuk D.A., Pereselkov S.A., Grachev V.I. Identification of emotional state by amplitude-frequency characteristics of speech signal. Radioelektronika. Nanosistemy. Infor- matsionnye tekhnologii = Radioelectronics. Nanosystems. Information Technologies. 2026;18(1):61-70. (In Russ.) https://doi.org/10.17725/rensit.2026.18.061. EDN CECQOF.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.