8. Электроэнцефалограмма, магнитоэнцефалограмма и термоэнцефалограмма: способы регистрации, обработка и представление данных, сравнительный анализ возможностей в исследовании механизмов мозга.

ЭЭГ (см. №7).

МЭГ. МЭГ – это регистрация магнитных полей, которые создаются электрическим током от синхронной активности множества нервных клеток.

Эффект Джозефсона. СКВИД. Сверхпроводниковый квантовый интерференционный датчик. Это магнитные катушки для регистрации магнитной активности. В их основе лежит эффект Джозефсона. Он теоретически предсказал явление в сфере сверхпроводников. Явления: в триаде «сверхпроводник–диэлектрик-сверхпроводник» возникает электрический ток. Этот эффект используется в радиотелескопах или для улавливания магнитной активности в ГМ.

Первый МЭГ – 1983 г.

Магнитное поле быстро угасает и это надо предотвратить. Для этого используют градиометр, его совмещают со СКВИДом, и все это размещают в вакуумно-изолированных сосудах Дюара, в которых находится жидкий гелий. Чтобы уменьшить лучеиспускание, внутри сосуды покрывают серебром. Это очень неудобно и очень дорого.

МЭГ отражает активность тангенциально (параллельно коре) расположенных слоев коры. МЭГ регистрирует активность только коры, в отличие от ЭЭГ (подкорка и кора). МЭГ регистрируется без помех со стороны кожи, черепа ит.д. МЭГ не требует индифферентного электрода. МЭГ связан с бесконтактным уровнем регистрации. Для МЭГ, как и для ЭЭГ, существует проблема увеличения соотношения «сигнал-шум», поэтому усреднение ответов также необходимо. Полезно их комбинировать.

Термоэнцефалоскопия. Измеряют локальный метаболизм мозга и кровоток по теплопродукции. Мозг излучает теплолучи в УФ-диапазоне. Водяные пары воздуха задерживают значительную часть этого излучения. Но есть 2 диапазона частот (3-5 и 8-14 мкм) в которых тепловые лучи распространяются в атмосфере на огромные расстояния, поэтому могут быть зарегистрированы. УФ-излучения улавливается на расстоянии от нескольких сантиметров до метра термовизором с автоматической системой сканирования. Сигнал попадает в точечные датчики. Каждая термокарта содержит 10-16 тыс. дискретны точек, образующих матрицу 128х8 или 128х128 точек. Процедура измерения в одной точке длится 2.4мкс. В работающем мозге температура отдельных участков непрерывно меняется. Построение термокарты дает временной срез метаболической активности ГМ. При получении термокарт ГМ видеокамеру помещают над поверхностью коры, на которую нанесли краситель, генерирующий УФ-излучения в зависимости от активности мозга.

9. Методы неинвазивного изучения мозга. Рентгеноструктурная томография и метод магнитно-резонансной томографии (ядерно-магнитного резонанса): физическая сущность методов, разрешающая способность, типы получаемых данных.

РСТ. 1917 г. – Радон. Разработал аппарат, который позволял по результатам трансформации функций восстанавливать ее изначальную форму. С помощью этого изучал внутреннее строение звезд. Есть 2 типа преобразований: прямое (описание объектов множеством изображений) и обратное (восстановление всей внутренней структуры объекта по набору его проекций).

Используется рентген. Если рентгеновски луч не натолкнется на препятствие, то он почти не потеряет энергии. Если есть препятствие – потеря энергии. Получают множество срезов ГМ, при совмещении получается объемная картинка мозга.

МРТ. Протоны ГМ в магнитном поле (МП) колеблются с частотой, пропорциональной напряженности МП. Подаются радиоволны в ГМ, протоны поглощают энергию радиоволн с частотой осцилляции (колебания). Потом ядра излучают поглощенную энергию. Регистрируется эта излучаемая обратная энергия.

В катушке индуктивности возникает переменная электродвижущая сила (ЭДС), ее частота несет информацию о плотности химически эквивалентных ядер. Разное количество энергии дает разные тени на пленке.

Для контрастности рисунка, в кровь могут ввести контрастное вещество, которое будет видно. Плюс к тому, позволяет просматривать как идет кровоток (есть ли закупоривание ит.д.).

Разрешающая способность очень низкая, сложно поймать маленькие процессы. Улавливает крупные механизмы (но не факт, что это и есть механизм).

Методология применения томографии для изучения ВПФ ГМ: процедура вычитания карты активности мозга, полученной во время выполнения менее сложной когнитивной операции из карты активности, соответствующей более сложной ВПФ.

10. Методы неинвазивного изучения мозга. Метод позитронно-эмиссионой томографии (ПЭТ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ): физическая сущность методов, разрешающая способность, типы получаемых данных.

фМРТ. Техника фМРТ основана на использовании парамагнитных свойств тех агентов, которые можно внести в организм. Такие агенты не обладают магнитными свойствами, пока не попадают в магнитное поле. фМРТ используют парамагнитные субстанции гемоглобина, измеряется пространственное распределение гемоглобина, отдавшего свой кислород (диоксигемоглобина), точнее соотношение диоксигемоглобина к гемоглобину. Когда гемоглобин теряет кислород, он становится парамагнитным. При активации организма возрастает метаболическая активность ГМ, увеличивается объем и скорость мозгового кровотока. Происходит дополнительный приток кислорода к участку ГМ, что приводит к снижению в нем концентрации диоксигемоглобина. Существование многих локусов активации отражается в неравномерном распределении в ГМ диоксигемоглобина, что создает неоднородность МП, которую используют для получения карт локальных активаций. фМРТ позволяет выявлять участки ГМ с активно работающими нервными клетками.

ПЭТ. Вводят изотоп. В ГМ эти изотопы излучают позитроны, а эти позитроны входят в ткань ГМ на 3 мм от изотопа и сталкиваются с электроном. Они аннигилируются (уничтожаются) и возникают 2 протона, которые разлетаются друг от друга под углом в 180 градусов. Регистрация происходит с помощью кристаллических детекторов протонов, используют дизоксиглюкозу (как изотоп). Разные области по-разному поглощают ее, следовательно разная ее концентрация в разных областях. На карте отражается разлетание протонов.

Методология применения томографии для изучения ВПФ ГМ: процедура вычитания карты активности мозга, полученной во время выполнения менее сложной когнитивной операции из карты активности, соответствующей более сложной ВПФ.

11. Психофизиологическая характеристика функциональных состояний мозга (ФС): определение, типы и способы оценки (диагностики). Особые типы ФС человека. Связь ФС с работоспособностью (эффективностью деятельности).

ФС – фоновая активность нервных центров, при которой реализуется та или иная деятельность человека. ФС зависит от мотивационных характеристик деятельности, времени суток и др. ФС в основном определяются ретикулярной формацией и симпатической и парасимпатической вегетативной НС.

Типы ФС: ЭЭГ:

Аффект гамма- ритм (???)

Активное бодрствование альфа и бета-ритм

Спокойное бодрствование альфа-ритм

Дремота альфа и дельта-колебания

Сон (медленный/быстрый) медленный: дельта-ритм, быстрый: бета и гамма

Кома дельта – ритм

3 основных базисных ФС: активное бодрствование, медленный сон, быстрый сон.

еще выделяют 4- е, особое ФС: медленное (молитвенное) бодрствование. у священников во время молитвы: низкая частота колебаний (2-3 Гц). дельта- ритм. что-то вроде стадии медленного сна в бодрствующем состоянии. после прекращения появляются альфа и бета – ритмы ( наблюдается потеря чувства времени, это состояние не равно медитации, чаще наблюдается у мусульман, похожее состояние бывает у дзен-будистов (снижение частоты, но не до дельта- ритма)). физиологи объясняют это ФС отключение коры ГМ, психологи: вариант измененного состояния сознания.

ФС и эффективность деятельности.

Йеркс и Додсон в начала ХХ века открыли закон, согласно которому для каждого типа заданий есть свой оптимум активации (определённое благоприятное состояние напряжения ~ФС), обеспечивающий наиболее успешное его исполнение. Графически этот закон можно описать колоколообразной кривой, которую также называют обратной U-образной зависимостью. На практике она проявляется в низкой эффективности любой деятельности, как при возбуждении, так и при полном расслаблении. При оптимуме активации отмечаются самые высокие показатели исполнения многих психологических задач. Даффи установила, что эффективность выполнения психологически тестов у детей ниже, В случае высокого уровня мышечного напряжения по сравнению со средними значениями этого показателя.

Пр.: записывали психофизиологические корреляты активационных процессов, было показано, что слова, вызывающие у испытуемого большую амплитуду КГР (или увеличения ЧСС) лучше сохраняются в памяти.

В тоже время ряд исследований не подтверждает существование этой простой закономерности. Подобное расхождение в результатах можно объяснить тем, что зависимость запоминания от уровня активации подвергается действию множества других влияний (напр., личность испытуемого), и конечный результат исследования зависит от общей специфики построения эксперимента.

Гипотеза: между уровнем активации и шкалирования эмоций также существует зависимость, подчиняющихся этому закону. На практике это означает, что максимальная вариабельность эмоциональных ответов испытуемых должна наблюдать при оптимуме мотивации.

Оптимальное функциональное состояние (ФС).

Ведение обучение в коридоре оптимального ФС (опыты Мангины).

Отношение ФС и эффективности выполняемой работы принято описывать в виде куполообразной кривой. Тем самым вводится понятие оптимального ФС, при котором человек достигает наиболее высоких результатов. Поэтому управление ФС является одним из важных резервов, который может быть использован для повышения эффективности деятельности человека на производстве, в школе, в ВУЗе и в других сферах общественной практики. Оптимизация ФС – непременное условие формирования здорового образа жизни!

Возможность оптимизировать обучение детей за счет управления их состоянием была исследована Мангиной. Исследования показали, что успевающие дети работают в определенном оптимальном коридоре ФС. Проводя контроль электрической активности кожи и изменяя ФС, он ускорил у детей с задержкой умственного развития формирование ряда когнитивных навыков и повысил их успеваемость в школе. Данные свидетельствуют о зависимости обучения от модулирующих влияний и позволяют говорить о факторах, необходимых для успешного ассоциативного научения:

1. наличие условного сигнала

2. подкрепления

активирующих модулирующих влияний.

Физиологические индикаторы функциональных состояний.

Двигательные:

Уровень двигательной активности

Уровень фонового мышечного напряжения

Вегетативные:

- Частота и глубина дыхания

- КГР

- Гистограмма желудка

- АД (артериальное давление)

- Расширение/сужение сосудов головы и конечностей

- ЧСС (частота сердечных сокращений)

Электроэнцефалографические:

§ Альфа-ритм (депрессия при внимании)

§ Усиление высокочастотных ритмов (при внимании)

§ ВП (Метод вариационной пульсометрии??): ССП, НР, ПН (не знаю, что это!!!) лучше не говорить.

Лекции.

ФС – фоновая активность нервных центров, при которой реализуется та или иная деятельность человека. ФС зависит от мотивационных характеристик деятельности, времени суток и др. ФС в основном определяются ретикулярной формацией и симпатической и парасимпатической вегетативной НС.

Типы ФС: ЭЭГ:

• Активное бодрствование альфа и бета-ритм

• Спокойное бодрствование альфа-ритм

• Дремота альфа и дельта-колебания

• Сон (медленный/быстрый) медленный: дельта-ритм, быстрый: бета и гамма

• Кома

ФС и эффективность деятельности.

Йеркс и Додсон в начала ХХ века открыли закон, согласно которому для каждого типа заданий есть свой оптимум активации (определённое благоприятное состояние напряжения ~ФС), обеспечивающий наиболее успешное его исполнение. Графически этот закон можно описать колоколообразной кривой, которую также называют обратной U-образной зависимостью. На практике она проявляется в низкой эффективности любой деятельности, как при возбуждении, так и при полном расслаблении. При оптимуме активации отмечаются самые высокие показатели исполнения многих психологических задач. Даффи установила, что эффективность выполнения психологически тестов у детей ниже, В случае высокого уровня мышечного напряжения по сравнению со средними значениями этого показателя.

Пр.: записывали психофизиологические корреляты активационных процессов, было показано, что слова, вызывающие у испытуемого большую амплитуду КГР (или увеличения ЧСС) лучше сохраняются в памяти.

В тоже время ряд исследований не подтверждает существование этой простой закономерности. Подобное расхождение в результатах можно объяснить тем, что зависимость запоминания от уровня активации подвергается действию множества других влияний (напр., личность испытуемого), и конечный результат исследования зависит от общей специфики построения эксперимента.

Гипотеза: между уровнем активации и шкалирования эмоций также существует зависимость, подчиняющихся этому закону. На практике это означает, что максимальная вариабельность эмоциональных ответов испытуемых должна наблюдать при оптимуме мотивации.

Оптимальное функциональное состояние (ФС).

Ведение обучение в коридоре оптимального ФС (опыты Мангины).

Отношение ФС и эффективности выполняемой работы принято описывать в виде куполообразной кривой. Тем самым вводится понятие оптимального ФС, при котором человек достигает наиболее высоких результатов. Поэтому управление ФС является одним из важных резервов, который может быть использован для повышения эффективности деятельности человека на производстве, в школе, в ВУЗе и в других сферах общественной практики. Оптимизация ФС – непременное условие формирования здорового образа жизни!

Возможность оптимизировать обучение детей за счет управления их состоянием была исследована Мангиной. Исследования показали, что успевающие дети работают в определенном оптимальном коридоре ФС. Проводя контроль электрической активности кожи и изменяя ФС, он ускорил у детей с задержкой умственного развития формирование ряда когнитивных навыков и повысил их успеваемость в школе. Данные свидетельствуют о зависимости обучения от модулирующих влияний и позволяют говорить о факторах, необходимых для успешного ассоциативного научения:

1. наличие условного сигнала

2. подкрепления

активирующих модулирующих влияний.

Физиологические индикаторы функциональных состояний.

Двигательные:

• Уровень двигательной активности

• Уровень фонового мышечного напряжения

Вегетативные:

• Частота и глубина дыхания

• КГР

• Гистограмма желудка

• АД

• Расширение/сужение сосудов головы и конечностей

• ЧСС

Электроэнцефалографические:

• Альфа-ритм (депрессия при внимании)

• Усиление высокочастотных ритмов (при внимании)

• ВП: ССП, НР, ПН

Зависимость НР от ФС и различительной способности субъекта.

НР – физиологическая мера текущего процесса переработки сенсорной информации в мозге. НР – ответ на различие между последовательно предъявляемыми стимулами. НР получают вычитанием: ПСС на девиантный (т.е. отклоняющийся) стимул минус ПСС на стандартный стимул.

Предвнимание=НР. Между НР и способностью субъекта различать сенсорные стимулы существует тесная взаимосвязь. Чем ниже различительный порог, тем большую амплитуду НР вызывает девиантный стимул, когда внимание субъекта направлено не на стимул, а на чтение интересной книги.

Тренировка влияет на амплитуду НР: была маленькая станет большая, была большая – не изменится.

НР увеличивается после активации (например, при быстром чтении) или под влиянием приема фармакологических стимуляторов.

Детерминанты НР

С ростом стимульного отклонения (девиации) НР становится больше и возникает раньше.

Амплитуда НР сильно зависит от локальной вероятности, непосредственно предшествующей последовательности стимулов. Чем меньше вероятность, тем больше амплитуда.

НР не зависит от значимости стимула или от возможности предсказать его появление.

Влияние сна

НР возникает в конце второй стадии медленноволнового сна и во время быстрого сна во второй половине ночи. НР очень трудно записать во сне. Во сне НР имеет маленькую амплитуду и большой латентный период.