 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ
| Методи вивчення роботи головного мозку
ТЕМА 2. МЕТОДИ ПСИХОФІЗІОЛОГІЇ Методи вивчення роботи головного мозку Електрична активність шкіри Показники роботи серцево-судинної системи Показники активності м'язової системи Показники активності дихальної системи Реакції очей Детектор неправди Вибір методик і показників
Методи вивчення роботи головного мозку Центральне місце в ряді методів психофізіологічного дослідження займають різні способи реєстрації електричної активності центральної нервової системи, і в першу чергу головного мозку. Електроенцефалографія - метод реєстрації й аналізу електроенцефалограми (ЕЕГ), тобто сумарної біоелектричної активності, що відводиться як зі шкіри голови, так і з глибоких структур мозку. Останнє в людини можливо лише в клінічних умовах. У 1929 р. австрійський психіатр Х. Бергер виявив, що з поверхні черепа можна реєструвати "мозкові хвилі". Він установив, що електричні характеристики цих сигналів залежать від стану випробуваного. Найбільш помітними були синхронні хвилі великої амплітуди з характерною частотою близько 10 циклів у секунду. Бергер назвав їх альфа-хвилями і протиставив їх високочастотним "бета-хвилям", що виявляються тоді, коли людина переходить у більш активний стан. Відкриття Бергера привело до створення електроенцефалографічного методу вивчення мозку, що полягає в реєстрації, аналізі й інтерпретації біострумів мозку тварин і людини. Одна із найбільш цікавих особливостей ЕЕГ - її спонтанний, автономний характер. Регулярна електрична активність мозку може бути зафіксована вже в плоду (тобто до народження організму) і припиняється тільки з настанням смерті. Навіть при глибокій комі і наркозі спостерігається особлива характерна картина мозкових хвиль. Сьогодні ЕЕГ є найбільш перспективним, але поки ще найменш розшифрованим джерелом даних для психофізіолога. Умови реєстрації і способи аналізу ЕЕГ. У стаціонарний комплекс для реєстрації ЕЕГ і ряду інших фізіологічних показників входить звукоізолююча екранована камера, обладнане місце для випробуваного, багатоканальні підсилювачі, реєструюча апаратура (чорнилопишучий енцефалограф, багатоканальний магнітофон). Звичайно використовується від 8 до 16 каналів реєстрації ЕЕГ від різних ділянок поверхні черепа одночасно. Аналіз ЕЕГ здійснюється як візуально, так і за допомогою ЕОМ. В останньому випадку необхідно спеціальне програмне забезпечення. За частотою в ЕЕГ розрізняють наступні типи ритмічних складових: o дельта-ритм (0,5-4 Гц); o тета-ритм (5-7 Гц); o альфа-ритм (8-13 Гц) - основний ритм ЕЕГ, що переважає в стані спокою; o мю-ритм - по частотно-амплітудних характеристиках подібний з альфа-ритмом, але переважає в передніх відділах кори великих півкуль; o бета-ритм (15-35 Гц); o гамма-ритм (вище 35 Гц). Варто підкреслити, що подібна розбивка на групи більш-менш довільна, вона не відповідає ніяким фізіологічним категоріям. Зареєстровано і більш повільні частоти електричних потенціалів головного мозку аж до періодів порядку декількох годин і доби. Запис по цих частотах виконується за допомогою ЕОМ. Інша важлива характеристика електричних потенціалів мозку - амплітуда, тобто величина коливань. Амплітуда і частота коливань зв'язані один з одним. Амплітуда високочастотних бета-хвиль в однієї і тієїж людини може бути майже в 10 разів нижче амплітуди більш повільних альфа-хвиль. Важливе значення при реєстрації ЕЕГ має розташування електродів, при цьому електрична активність що одночасно реєструється з різних точок голови може сильно розрізнятися. При записі ЕЕГ використовують два основних методи: біполярний і монополярный. У першому випадку обидва електроди накладаються на єлектрично активні точки шкіри голови, у другому один з електродів розташовується в точці, що умовно вважається електрично нейтральною (мочка вуха, перенісся). При біполярному записі реєструється ЕЕГ, що представляє результат взаємодії двох електрично активних точок (наприклад, лобового і потиличного відведень), при монополярному запису - активність якогось одного відведення щодо електрично нейтральної точки (наприклад, лобового чи потиличного відведення щодо мочки вуха). Вибір того чи іншого варіанта запису залежить від цілей дослідження. У дослідницькій практиці ширше використовується монополярный варіант реєстрації, оскільки він дозволяє вивчати ізольований внесок тієї чи іншої зони мозку в досліджуваний процес. Міжнародна федерація спілок електроенцефалографії прийняла так звану систему "10-20", що дозволяє точно вказувати розташування електродів. Відповідно до цієї системи в кожного випробуваного точно вимірюють відстань між серединою перенісся (назіоном) і твердим кістковим горбком на потилиці (ініоном), а також між лівою і правою вушними ямками. Можливі точки розташування електродів розділені інтервалами, що складають 10% чи 20% цих відстаней на черепі. При цьому для зручності реєстрації весь череп розбитий на області, позначені буквами: F - лобова, О - потилична область, Р - тім'яна, Т - скронева, С - область центральної борозни. Непарні номери місць відведення відносяться до лівого, а парні - до правої півкулі. Буквою Z - позначається відведення від верхівки черепа. Це місце називається вертексом і його використовують особливо часто. Клінічний і статичний методи вивчення ЕЕГ. З моменту виникнення виділилися і продовжують існувати як відносно самостійні два підходи до аналізу ЕЕГ: візуальний (клінічний) і статистичний. Візуальний (клінічний) аналіз ЕЕГ використовується, як правило, у діагностичних цілях. Електрофізіолог, спираючись на визначені способи такого аналізу ЕЕГ, вирішує наступне питання: чи відповідає ЕЕГ загальноприйнятим стандартам норми; якщо ні, то яка ступінь відхилення від норми, чи виявляються в пацієнта ознаки осередкового враження мозку і яка локалізація осередка ураження. Клінічний аналіз ЕЕГ завжди строго індивідуальний і носить переважно якісний характер. Незважаючи на те, що існують загальноприйняті в клініці прийоми опису ЕЕГ, клінічна інтерпретація ЕЕГ у більшому ступені залежить від досвіду електрофізіолога, його уміння "читати" електроенцефалограму, виділяючи в ній приховані і нерідко дуже варіативні патологічні ознаки. Слід, однак, підкреслити, що в широкій клінічній практиці грубі макроосередкові порушення чи інші чітко виражені форми патології ЕЕГ зустрічаються рідко. Найчастіше (70-80% випадків) спостерігаються дифузійні зміни біоелектричної активності мозку із симптоматикою, що важко піддається формальному опису. Тим часом саме ця симптоматика може становити особливий інтерес для аналізу того контингенту випробуваних, котрі входять у групу так називаної "малої" психіатрії - станів, що граничать між "гарною" нормою і явною патологією. Саме з цієї причини зараз робляться особливі зусилля по формалізації і навіть розробці комп'ютерних програм для аналізу клінічної ЕЕГ. Джерела генерації ЕЕГ. Парадоксально, але власне імпульсна активність нейронів не знаходить відображення в коливаннях електричного потенціалу, що реєструється з поверхні черепа людини. Причина в тім, що імпульсна активність нейронів не порівнянна з ЕЕГ по часових параметрах. Тривалість імпульсу (потенціалу дії) нейрона складає не більш 2 мс. Часові параметри ритмічних складових ЕЕГ обчислюються десятками і сотнями мілісекунд. Прийнято вважати, що в електричних процесах, що реєструються з поверхні відкритого мозку чи шкіри голови, знаходить відображення синаптична активність нейронів. Мова йде про потенціали, що виникають у постсинаптичній мембрані нейрона, що приймає імпульс. Збудливі постсинаптичні потенціали мають тривалість більше 30 мс, а гальмівні постсинаптичні потенціали кори можуть досягати 70 мс і більше. Ці потенціали (на відміну від потенціалу дії нейрона, що виникає по приниципу "усе або нічого") мають градуальный характер і можуть підсумовуватися. Трохи спрощуючи картину, можна сказати, що позитивні коливання потенціалу на поверхні кори зв'язані або зі збудливими постсинаптичними потенціалами в її глибинних шарах, або з гальмівними постсинаптичними потенціалами в поверхневих шарах. Негативні коливання потенціалу на поверні кори приблизно відображають протилежне співвідношення джерел електричної активності. Ритмічний характер біоелектричної активності кори, і зокрема альфа-ритму, обумовлений в основному впливом підкіркових структур, у першу чергу таламуса (проміжний мозок). Саме в таламусі знаходяться головні, але не єдині пейсмекеры чи водії ритму. Однобічне видалення таламуса чи його хірургічна ізоляція від неокортекса приводить до повного зникнення альфа-ритму в зонах кори прооперованої півкулі. При цьому в ритмічній активності самого таламуса ніщо не міняється. Нейрони неспецифічного таламуса мають властивість авторитмічності. Ці нейрони через відповідні збудливі і гальмівні зв'язки здатні генерувати і підтримувати ритмічну активність у корі великих півкуль. Велику роль у динаміці електричної активності таламуса і кори грає ретикулярна формація стовбура мозку. Вона може виявляти синхронізуючий вплив, що сприяє генерації стійкого ритмічного паттерна, і десинхронізуючий, що порушує узгоджену ритмічну активність. Функціональне значення ЕЕГ і її складових. Істотне значення має питання про функціональне значення окремих складових ЕЕГ. Найбільша увага дослідників тут завжди викликав альфа-ритм - домінуючий ритм ЕЕГ спокою в людини. Існує чимало припущень, що стосується функціональної ролі альфа-ритму. Основоположник кібернетики Н. Вінер і слідом за ним ряд інших дослідників вважали, що цей ритм виконує функцію тимчасового сканування ("зчитування") інформації і тісно зв'язаний з механізмами сприйняття і пам'яті. Передбачається, що альфа-ритм відображає реверберацію збуджень, що кодують внутрішньомозкову інформацію і створюють оптимальний фон для процесу прийому і переробки афферентных сигналів. Його роль полягає у своєрідній функціональній стабілізації станів мозку і забезпеченні готовності реагування. Передбачається також, що альфа-ритм зв'язаний з дією селективних механізмів мозку, що виконують функцію резонансного фільтра, і в такий спосіб регулюють потік сенсорних імпульсів. У спокої в ЕЕГ можуть бути присутніми і інші ритмічні складові, але їхнє значення найкраще з'ясовується при змінах функціональних станів організму. Так, дельта-ритм у здорової дорослої людини в спокої практично відсутній, але він домінує в ЕЕГ на четвертій стадії сну, що одержала свою назву по цьому ритму (повільнохвильовий сон чи дельта-сон). Тета-ритм, навпаки, тісно зв'язаний з емоційною і розумовою напругою. Його іноді так і називають ритм напруги. У людини одним з ЕЕГ симптомів емоційного збудження служить посилення тета-ритму з частотою коливань 4-7 Гц, що супроводжує переживання як позитивних, так і негативних емоцій. При виконанні розумових завдань може підсилюватися і дельта-, і тета-активність. Причому посилення останньої складової позитивно співвідноситься з успішністю рішення задач. За своїм походженням тета-ритм зв'язаний з кортико-лімбічною взаємодією. Передбачається, що посилення тета-ритму при емоціях відображає активацію кори великих півкуль з боку лімбічної системи. Перехід від стану спокою до напруги завжди супроводжується реакцією десинхронізації, головним компонентом якої служить високочастотна бета-активність. Розумова діяльність у дорослих супроводжується підвищенням потужності бета-ритму, причому значиме посилення високочастотної активності спостерігається при розумовій діяльності, що включає елементи новизни, у той час як стереотипні, повторювані розумові операції супроводжуються її зниженням. Установлено також, що успішність виконання вербальних завдань і тестів на зорово-просторові відносини виявляється позитивно зв'язаною з високою активністю бета-діапазону ЕЕГ лівої півкулі. Згідно деяких припущень, ця активність зв'язана з відображенням діяльності механізмів сканування структури стимулу, здійснюваної нейронними мережами, що продукують високочастотну активність ЕЕГ. Магнітоенцефалографія - реєстрація параметрів магнітного поля, обумовлених біоелектричною активністю головного мозку. Запис цих параметрів здійснюється за допомогою надпровідникових квантових інтерференційних датчиків і спеціальної камери, що ізолює магнітні поля мозку від більш сильних зовнішніх полів. Метод володіє рядом переваг перед реєстрацією традиційної електроенцефалограми. Зокрема , радіальні складові магнітних полів, що реєструються зі шкіри голови, не так сильно спотворюються, як ЕЕГ. Це дозволяє більш точно розраховувати положення генераторів ЕЕГ-активності, що реєструється з поверхні шкіри. Викликані потенціали головного мозку. Викликані потенціали (ВП) - біоелектричні коливання, що виникають у нервових структурах у відповідь на зовнішнє подразнення, що знаходяться у строго визначеному тимчасовому зв'язку з початком його дії. У людини ВП звичайно включені в ЕЕГ, але на фоні спонтанної біоелектричної активності важко помітні (амплітуда одиничних відповідей у кілька разів менша амплітуди фонової ЕЕГ). У зв'язку з цим реєстрація ВП здійснюється спеціальними технічними пристроями, що дозволяють виділяти корисний сигнал із шуму шляхом послідовного його нагромадження, чи сумації. При цьому підсумовується деяке число відрізків ЕЕГ, приурочених до початку дії подразника. Широке використання методу реєстрації ВП стало можливим у результаті комп'ютеризації психофізіологічних досліджень у 50-60 р. Спочатку його застосування в основному було зв'язано з вивченням сенсорних функцій людини в нормі і при різних видах аномалій. Згодом метод став успішно застосовуватися і для дослідження більш складних психічних процесів, що не є безпосередньою реакцією на зовнішній стимул. Способи виділення сигналу із шуму дозволяють відзначати в записі ЕЕГ зміни потенціалу, що досить строго зв'язані в часі з будь-якою фіксованою подією. У зв'язку з цим з'явилося нове позначення цього кола фізіологічних явищ – звязані з подіями потенціали (ЗПП). Прикладами тут служать: o коливання, зв'язані з активністю рухової кори (моторний потенціал, чи потенціал, зв'язаний з рухом); o потенціал, зв'язаний з наміром зробити певну дію; o потенціал, що виникає при пропусканні очікуваного стимулу. Ці потенціали являють собою послідовність позитивних і негативних коливань, що реєструються, як правило, в інтервалі 0-500 мс. У ряді випадків можливі і більш пізні коливання в інтервалі до 1000 мс. Кількісні методи оцінки ВП і ЗПП передбачають, у першу чергу, оцінку амплітуд і латентностей. Амплітуда - розмах коливань компонентів, виміряється в мкв, латентність - час від початку стимуляції до піку компонента, вимірюється в мс. Крім цього, використовуються і більш складні варіанти аналізу. У дослідженні ВП і ЗПП можна виділити три рівні аналізу: o феноменологічний; o фізіологічний; o функціональний. Феноменологічний рівень включає опис ВП як багатокомпонентної реакції з аналізом конфігурації, компонентного складу і топографічних особливостей. Фактично це рівень аналізу, з якого починається будь-яке дослідження, що застосовує метод ВП. Можливості цього рівня аналізу прямо зв'язані з удосконаленням способів кількісної обробки ВП, що включають різні прийоми, починаючи від оцінки латентностей і амплітуд і закінчуючи похідними, штучно сконструйованими показниками. Різноманітний також і математичний апарат обробки ВП, що включає факторний, дисперсійний, таксономічний і інші види аналізу. Фізіологічний рівень. За цими результатами на фізіологічному рівні аналізу відбувається виділення джерел генерації компонентів ВП, тобто оцінюється питання про те, у яких структурах мозку виникають окремі компоненти ВП. Локалізація джерел генерації ВП дозволяє установити роль окремих кіркових і підкіркових утворень у походженні тих чи інших компонентів ВП. Найбільш визнаним тут є розподіл ВП на екзогенні й ендогенні компоненти. Перші відображають активність специфічних провідних шляхів і зон, другі - неспецифічних асоціативних провідних систем мозку. Тривалість тих і інших оцінюється по-різному для різних модальностей. У зоровій системі, наприклад, екзогенні компоненти ВП не перевищують 100 мс від моменту стимуляції. Третій рівень аналізу - функціональний припускає використання ВП як інструмента, що дозволяє вивчати фізіологічні механізми поведінки і пізнавальної діяльності людини і тварин. ВП як одиниця психофізіологічного аналізу. Під одиницею аналізу прийнято розуміти такий об'єкт аналізу, що на відміну від елементів володіє всіма основними властивостями цілого. Одиниця аналізу - це таке мінімальне утворення, у якому безпосередньо представлені істотні зв'язки й істотні для даної задачі параметри об'єкта. Більш того, подібна одиниця сама повинна бути єдиним цілим, свого роду системою, подальше розкладання якої на елементи позбавить її можливості представляти ціле. Обов'язковою ознакою одиниці аналізу є також те, що вона допускає вимір і кількісну обробку. Якщо розглядати психофізіологічний аналіз як метод вивчення мозкових механізмів психічної діяльності, то ВП відповідають більшості вимог, що можуть бути пред'явлені одиниці такого аналізу. По-перше, ВП варто кваліфікувати як психонервову реакцію, тобто таку, яка прямо зв'язана з процесами психічного відображення. По-друге, ВП - це реакція, що складається з ряду компонентів, зв'язаних між собою. Таким чином, вона структурно однорідна і має кількісні характеристики у виді параметрів окремих компонентів (латентностей і амплітуд). Істотно, що ці параметри мають різне функціональне значення в залежності від особливостей експериментальної моделі. По-третє, розкладання ВП на елементи (компоненти), здійснюване як метод аналізу, дозволяє охарактеризувати лише окремі стадії процесу переробки інформації, при цьому втрачається цілісність процесу як такого. ВП, займаючи весь часовий інтервал між стимулом і реакцією, відповідають усім процесам, що приводять до виникнення поведінкової відповіді, при цьому конфігурація ВП залежить від характеру поведінкового акту й особливостей функціональної системи, що забезпечує дану форму поведінки. При цьому окремі компоненти ВП розглядаються як відображення етапів афферентного синтезу, ухвалення рішення, включення виконавчих механізмів, досягнення корисного результату. У такій інтерпретації ВП виступає як одиниця психофізіологічного аналізу поведінки. Однак застосування ВП у психофізіології зв'язане переважно з вивченням фізіологічних механізмів і корелятів пізнавальної діяльності людини. Цей напрямок визначається як когнітивна психофізіологія. ВП у ній використовують як повноцінну одиницю психофізіологічного аналізу. |
