ТЕМА 1. Введение в психофизиологию

Стр 1 из 5Следующая ⇒

ТЕМА 1. Введение в психофизиологию

1. Предмет и задачи психофизиологии

2. Понятие об основной психофизиологической проблеме - взаимосвязи психики и мозга

3. Основные направления теоретической психофизиологии

4. Прикладные области психофизиологии

5. Методы исследования в психофизиологии

5.1. Функциональные методы

5.2. Электроэнцефалография

5.3. Вызванные потенциалы головного мозга

5.4. Внутриклеточная регистрация электричкой активности

5.5. Электромиография

5.6. Полиграфия

5.7. Электрокардиография

5.8. Электроокулография

5.9. Рентгеновская компьютерная томография

5.10. Позитронная эмиссионная томография

5.11. Функциональная магнитно-резонансная томография

Основные направления теоретической психофизиологии

Психофизиология ощущений и восприятий изучает нервные процессы в анализаторах, начиная с рецепторов и кончая корковыми отделами. Установлены специфические аппараты цветового зрения, специфические рецепторы и проводящие пути тактильной и болевой чувствительности, открыты нейроны, реагирующие на отдельные свойства зрительных и слуховых стимулов (см. Нейрон-детектор).

Психофизиология речи и мышления изучает функциональную роль разных областей мозга и их взаимосвязей в осуществлении речевых процессов. Принципиально важным явилось установление тесной связи мыслительных процессов с деятельностью речедвигательного анализатора, а также выявление специфических паттернов нейронной активности некоторых подкорковых областей мозга при смысловом анализе вербальных раздражителей.

Психофизиология функциональных состояний и эмоций исследует нейрогуморальные механизмы возникновения эмоциональных, мотивационных, стрессовых и др. состояний. Открыты нервные «центры» удовольствия и неудовольствия, расположенные в подкорковых областях мозга. Установлено, что важная роль в эмоциональном поведении принадлежит гормонам, выделяемым железами внутренней секреции (гипофизом, корой и мозговым слоем надпочечников и др.), а также различным биологически активным веществам (пептидам и биогенным аминам), секретируемым специфическими структурами самого мозга.

Психофизиология внимания исследует нейрофизиологические корреляты внимания (изменение характера ЭЭГ и вызванных потенциалов, изменение кожно-гальванических реакций и др.). Психофизиология внимания тесно связана с проблемами изучения ориентировочной реакции и 2-й сигнальной системы.

П. произвольных действий вскрывает физиологическую структуру и механизмы их осуществления.

Дифференциальная психофизиология изучает зависимость индивидуальных особенностей психики и поведения от индивидуальных различий в деятельности мозга и использует разработанное И.П. Павловым учение о свойствах н. с. и типах высшей нервной деятельности.

Прикладные области психофизиологии

клиническая психофизиология, педагогическая психофизиология, социальная психофизиология, эргономическая психофизиология, экологическая психофизиология, онтогенетическая психофизиология, психофизиология диагностики и компенсации когнитивных нарушений, психофизиология алкоголизма и наркомании.

Методы исследования в психофизиологии

Функциональные методы. Наиболее значимыми для понимания функций ЦНС являются функциональные методы исследования: разрушение и раздражение структур ЦНС, стереотаксический метод, электрофизиологические методы.

Метод разрушения. Разрушение структур мозга является довольно грубым методом исследования, поскольку повреждаются обширные участки мозговой ткани. Тем не менее при сопоставлении разрушения определенных структур мозга с нарушениями конкретных физиологических функций выявлены достоверные связи. Так, повреждение в области продолговатого мозга приводит к нарушению дыхания, глотания, деятельности сердца и изменению тонуса сосудов. В экспериментах на животных для разрушения структур мозга используют метод коагуляции ткани электрическим током, что позволяет делать разрушения минимальными; применяется по строгим показаниям этот метод с лечебными целями у человека.

Естественно, метод разрушения не может быть использован для исследований на человеке. Вместе с тем клиническая практика дает физиологу возможность сопоставить нарушения функций организма с повреждением различных образований мозга вследствие травм, кровоизлияний, опухолей и др. (метод клинико-физиологических параллелей). В клинике для диагностики повреждений мозга различного происхождения (опухоли, инсульт и др.) у человека используют методы компьютерной рентгенотомографии, позитронно-эмиссионной томографии, эхоэнцефалографии, ядерного магнитного резонанса и др.

Метод раздражения структур мозга позволяет установить пути распространения возбуждения от места раздражения к органу или ткани, функция которых при этом изменяется. В качестве раздражающего фактора чаще всего применяют электрический ток (постоянный и переменный), который легко дозируется и не оставляет необратимых изменений. Реже используют химические и термические раздражители. В эксперименте на животных применяют метод самораздражения различных участков мозга: животное получает возможность посылать раздражение в мозг, замыкая цепь электрического тока (например, нажатием на педаль), и прекращать раздражение, размыкая цепь. Именно так впервые в гипоталамической области животных Д. Олдсом были обнаружены положительные и отрицательные эмо-циогенные зоны — центры «удовольствия», «агрессии» и др.

Стереотаксический метод. Широкому использованию электрофизиологических методов исследования функций ЦНС способствовала разработка метода стереотаксического введения электродов. Высокая точность введения электрода в конкретные образования мозга вплоть до отдельных центров возможна благодаря стереотаксическим атласам, которые имеют три координатных значения для всех структур мозга, помещенного в пространство трех взаимно перпендикулярных плоскостей — горизонтальной, сагиттальной и фронтальной. При этом ориентиром служат костные образования черепа — его швы, наружные слуховые проходы, нижние края глазниц и др. Для фиксации черепа в системе этих плоскостей используют стереотаксический аппарат, конструкция которого строго соответствует черепу конкретного животного или человека. Данный метод позволяет не только с высокой точностью вводить электроды в мозг с экспериментальной и диагностической целями, но и направленно воздействовать на отдельные структуры ультразвуком, лазерными или рентгеновскими лучами с лечебной целью, а также проводить нейрохирургические операции.

Электрофизиологические методы исследования ЦНС включают анализ как пассивных, так и активных электрических свойств мозга. Пассивные электрические свойства мозга находят отражение главным образом в коле-

баниях сопротивления проходящему через ткань электрическому току (метод реоэнцефалографии).

Исследование активных биоэлектрических процессов в головном мозге включает преимущественно регистрацию:

• суммарной электрической активности мозга (электроэнцефалография);

• вызванных потенциалов мозга;

• электрических процессов, происходящих в отдельных нервных клетках (микроэлектродный метод).

Электроэнцефалография

Электроэнцефалография — это метод исследования электрической активности головного мозга. Метод основан на принципе регистрации электрических потенциалов, появляющихся в нервных клетках в процессе их деятельности. Электрическая активность головного мозга мала, она выражается в миллионных долях вольта. Изучение биопотенциалов мозга производится поэтому при помощи специальных, высокочувствительных измерительных приборов или усилителей, называемых электроэнцефалографами. С этой целью на поверхность черепа человека накладываются металлические пластинки (электроды), которые соединяют проводами со входом электроэнцефалографа. На выходе аппарата получается графическое изображение на бумаге колебаний разности биопотенциалов головного мозга, называемое электроэнцефалограммой (ЭЭГ).

Данные ЭЭГ оказываются различными у здорового и больного человека. В состоянии покоя на ЭЭГ взрослого здорового человека видны ритмические колебания биопотенциалов двух типов. Более крупные колебания, со средней частотой 10 в 1 сек. и с напряжением, равным 50 мкв, называются альфа-волнами. Другие, более мелкие колебания, со средней частотой 30 в 1 сек. и напряжением, равным 15—20 мкв, называются бета-волнами. Если мозг человека переходит от состояния относительного покоя к состоянию деятельности, то альфа-ритм ослабевает, а бета-ритм усиливается. Во время сна как альфа-ритм, так и бета-ритм уменьшаются и появляются более медленные биопотенциалы с частотой 4—5 или 2—3 колебания в 1 сек. и частотой 14—22 колебания в 1 сек. У детей ЭЭГ отличается от результатов исследования электрической активности головного мозга у взрослых и приближается к ним по мере полного созревания мозга, т. е. к 13— 17 годам жизни.

При различных заболеваниях мозга на ЭЭГ возникают разнообразные нарушения. Признаками патологии на ЭЭГ покоя считаются: стойкое отсутствие альфа-активности (десинхронизация альфа-ритма) или, наоборот, резкое ее усиление (гиперсинхронизация); нарушение регулярности колебаний биопотенциалов; а также появление патологических форм биопотенциалов — высокоамплитудных медленных (тета- и дельта-волн, острых волн, комплексов пик-волна и пароксизмальных разрядов и т. д. По этим нарушениям врач-невропатолог может определить тяжесть и до известной степени характер мозгового заболевания. Так, например, если в головном мозге имеется опухоль или произошло кровоизлияние в мозг, электроэнцефалографические кривые дают врачу указание, где (в какой части мозга) это повреждение находится.

Электромиография

Электромиография — это метод изучения биоэлектрических процессов, развивающихся в мышцах людей и животных во время различных двигательных реакций. Метод основан на записи биопотенциалов скелетных мышц. Запись колебаний мышечных потенциалов (рис.) производится специальными приборами — электромиографами различных типов.

Электромиограмма при сокращении общих разгибателей пальцев: А — в норме; Б — при тяжелом парезе мышц после полиомиелита; В — при паркинсоническом дрожании и ригидном повышении тонуса

В 1907 немецкий учёный Г. Пипер впервые применил метод электромиографии по отношению к человеку.

Исследование проводится с помощью электромиографа. Электромиограмма (ЭМГ) — кривая, записанная на фотоплёнке, на бумаге с помощью чернильно-пишущего осцилографа или на магнитных носителях. Амплитуда колебаний потенциала мышцы, как правило, не превышает нескольких милливольт, а их длительность — 20-25 мс.

С помощью введённых в мышцу игольчатых электродов. Улавливают колебания потенциала в отдельных мышечных волокнах или в группе мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном.

С помощью накожных электродов. Отражает процесс возбуждения мышцы как целого.

Стимуляционная электромиография — при искусственной стимуляции нерва или органов чувств. Это позволяет исследовать нервно-мышечную передачу, рефлекторную деятельность, определить скорость проведения возбуждения по нерву.

В психофизиологии для изучения возрастных закономерностей.

В физиологии труда и спорта.

При изучении двигательной функции животных и человека.

В исследованиях высшей нервной деятельности.

В инженерной психологии (например, при исследовании утомления, выработки двигательного навыка).

Для оценки при восстановлении нарушенной двигательной функции в ортопедии и протезировании.

Полиграфия.

Полигра́ ф (polygraph, от греч. π ο λ ύ — много и γ ρ ά φ ω — писать, синоним: «детектор лжи») — техническое средство, используемое при проведении инструментальных психофизиологических исследований для синхронной регистрации параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности, электрического сопротивления кожи, а также, при наличии необходимости и возможности, других физиологических параметров с последующим представлением результатов регистрации этих параметров в аналоговом или цифровом виде, предназначенном для оценки достоверности сообщённой информации.

Из истории известно, что у разных народов были выработаны разнообразные специальные техники и ритуалы для распознания обмана и изобличения лжеца.

Уже в те далекие времена было замечено, что у совершившего преступление человека из-за страха перед возможным разоблачением происходят различные изменения физиологических функций. Например, в Древнем Китае подозреваемый в преступлении подвергался испытанию рисом: он должен был набрать в рот горсть сухого риса и выслушать обвинение. Считалось, что если рис оставался во рту сухим (от страха разоблачения приостанавливалось слюноотделение) - вина подозреваемого доказана.

В Древней Индии, когда подозреваемому называли нейтральные и критические слова, связанные с деталями преступления, он должен был отвечать первым пришедшим ему в голову словом и одновременно тихо ударять в гонг. Как правило, ответ на критическое слово сопровождался более сильным ударом.

В Африке колдун предлагал подозреваемым взять в руки небольшое птичье яйцо, его скорлупа была очень нежной, и при малейшем нажиме яйцо могло быть раздавлено. Подозреваемым предлагалось передавать яйцо друг другу, — предполагалось, что виновный не выдержит тест и раздавит яйцо и тем самым изобличит себя.

Первый прообраз современного полиграфа был сконструирован в 1921 году сотрудником полиции штата Калифорния Джоном Ларсоном. Аппарат Ларсона одновременно регистрировал изменения динамики артериального давления, пульса и дыхания, и систематически применялся им при расследовании преступлений.

В 1933 году Леонард Килер — ученик Д. Ларсона и сотрудник лаборатории научных методов раскрытия преступлений при Северо-западном Университете — сконструировал полевой переносной полиграф, в конструкцию которого был добавлен канал измерения сопротивления кожи. В дальнейшем Л. Килер организовал серийный выпуск таких полиграфов.

Общая структура полиграммы состоит из следующих компонентов:

фон;

реакция;

артефакт.

Фон — состояние физиологических процессов в организме человека, пребывающего в условиях покоя (при проведении психофизиологического исследования под покоем подразумевается состояние спокойно сидящего человека, которому не задают вопросы). Фон характеризуется относительной стабильностью протекающих процессов и представляет собой некоторую физиологическую норму, свойственную конкретному человеку в отсутствие дестабилизирующих воздействий.

Реакция — это заметное (в условиях осуществляемого наблюдения) изменение динамики регистрируемого физиологического процесса в ответ на стимул (вопрос, предмет или изображение предмета), предъявляемый в ходе психофизиологического исследования. В зависимости от индивидуальных особенностей организма человека при развитии реакции можно наблюдать усиление, ослабление или стабилизацию динамики конкретной функции. У некоторых людей реакции могут иметь комплексный характер: вслед за быстрыми изменениями физиологического процесса (собственно реакцией на стимул) происходит последующее продолжительное изменение его динамики, то есть так называемая реакция облегчения[4].

Артефакт — заметное (по сравнению с фоном) изменение динамики контролируемого физиологического процесса, непосредственно не связанное с предъявляемыми в ходе психофизиологического исследования стимулами и обусловленное воздействием экзогенных (внешних) и эндогенных (внутренних) дестабилизирующих факторов. К эндогенным факторам относятся умышленные или неумышленные движения обследуемого, кашель, внезапные болевые ощущения и т. п., к экзогенным — в основном, внешние шумовые помехи.

Физиологические реакции, регистрируемые в ходе исследования, не обладают специфичностью, то есть по их информативным признакам нельзя точно установить природу вызвавшего их процесса (положительная или отрицательная эмоция, ложь, испуг, боль, какие-либо ассоциации и т. д.). Единственная объективная характеристика физиологической реакции — её устойчивая выраженность в ответ на предъявление ситуативно значимого стимула[5].

В настоящее время не существует статистически достоверных данных, однозначно указывающих на какую-либо универсальную информационную ценность для итогов психофизиологического исследования какого-то одного физиологического процесса либо отдельного его параметра.

Электрокардиография

Электрокардиография — это метод графической регистрации разности потенциалов электрического поля сердца, возникающего при его деятельности. Регистрация производится при помощи аппарата — электрокардиографа. Он состоит из усилителя, позволяющего улавливать токи очень малого напряжения; гальванометра, измеряющего величину напряжения; системы питания; записывающего устройства; электродов и проводов, соединяющих пациента с аппаратом. Записываемая кривая называется электрокардиограммой (ЭКГ). Регистрация разности потенциалов электрического поля сердца с двух точек поверхности тела называют отведением. Как правило, ЭКГ записывают в двенадцати отведениях: трех — двухполюсных (три стандартных отведения) и девяти — однополюсных (три однополюсных усиленных отведения от конечностей и 6 однополюсных грудных отведений). При двухполюсных отведениях к электрокардиографу подключают по два электрода, при однополюсных отведениях один электрод (индифферентный) является объединенным, а второй (дифферентный, активный) помещается в выбранную точку тела. Если активный электрод помещают на конечность, отведение называют однополюсным, усиленным от конечности; если этот электрод помещен на грудь — однополюсным грудным отведением.

Для регистрации ЭКГ в стандартных отведениях (I, II и III) на конечности накладывают матерчатые салфетки, смоченные физиологическим раствором, на которые кладут металлические пластинки электродов. Один электрод с красным проводом и одним рельефным кольцом помещают на правое предплечье, второй — с желтым проводом и двумя рельефными кольцами — на левое предплечье и третий — с зеленым проводом и тремя рельефными кольцами — на левую голень. Для регистрации отведений к электрокардиографу по очереди подключают по два электрода. Для записи I отведения подключают электроды правой и левой рук, II отведения — электроды правой руки и левой ноги, III отведения — электроды левой руки и левой ноги.

Электроокулография

ЭЛЕКТРООКУЛОГРАФИЯ от лат. oculus — глаз и греч.grapho — пишу) — метод регистрации движения глаз, потенциала сетчатки и глазных мышц. Регистрация движения глаз методом Э. основана на наличии разности потенциалов между роговицей и сетчаткой, т. е. между передним и задним полюсами глазного яблока. Соединяющая оба полюса линия (электрическая ось глазного яблока) совпадает со зрительной осью каждого глаза и, следовательно, с направлением взгляда. С помощью электродов, наложенных на прилегающие к глазу ткани, можно уловить изменение потенциала в тканях, окружающих глазное яблоко. При этом знак потенциала указывает направление поворота глаза, а степень изменения потенциала — величину поворота.

Электроокулограмма — кривая, отражающая результат измерений.