2.1.2. Вызванные потенциалы головного мозга

Вызванные потенциалы (ВП) — биоэлектрические колебания, возникающие в нервных структурах в ответ на внешнее раздраже­ние и находящиеся в строго определенной временной связи с нача­лом его действия. У человека ВП включены в ЭЭГ, но на фоне спонтанной биоэлектрической активности трудно различимы (ам­плитуда одиночных ответов в несколько раз меньше амплитуды фо­новой ЭЭГ). В связи с этим регистрация ВП осуществляется спе­циальными техническими устройствами, которые позволяют выде­лять полезный сигнал из шума путем последовательного его нако­пления или суммадии. При этом суммируется значительно число отрезков ЭЭГ, приуроченных к началу действия раздражителя.

Широкое использование метода регистрации ВП стало возможным в результате компьютеризации психофизиологических исследований в 50 — 60 годы. Первоначально его применение в основном было свя­зано с изучением сенсорных функций человека в норме и при разных видах аномалий. Впоследствии метод стал успешно применяться и для исследования более сложных психических процессов, которые не яв­ляются непосредственной реакцией на внешний стимул (рис. 2.4).

сравнение с хранящимися в памяти образцами

УНВ

медленная волна

(сохранить ли стимул?)

v./

^а Рзои

сравнение события (коррекция хранящейся модели)

Г ~⁵ ■ ОмкВ

+5

I i I i

100 300 500 мс

Рис. 2.4 Схематизированные эндогенные компоненты слуховых вызванных потенциалов:

н в ответ на релевантный задаче стимул; б — в ответ на иррелевантны» стимул (3. Rockstroh el ill.

1982)

Способы выделения сигнала из шума позволяют отмечать в за­писи ЭЭГ изменения потенциала, которые достаточно строго свя­заны во времени с любым фиксированным событием. В связи с этим появилось новое обозначение этого круга физиологических явле­ний — событийно-связанные потенциалы (ССП). Примерами здесь служат;- колебания, связанные с активностью двигательной коры (моторный потенциал или потенциал, связанный с движением); по­тенциал, связанный с намерением произвести определенное дей­ствие (так называемая Е-волна): потенциал, возникающий при про­пуске ожидаемого стимула.

Эти потенциалы представляют собой последовательность по­зитивных и негативных колебаний, регистрируемых, как правило, в интервале 0 — 500 мс. В ряде случаев возможны и более поздние колебания в интервале до 1000 мс. Количественные методы оценки ВП и ССП предусматривают, в первую очередь, оценку амплитуд и латентностей. Амплитуда — размах колебаний компонентов, изме­ряется в мкв_? латентность — время от начала стимуляции до пика компонента, измеряется в мс. Помимо этого используются и более сложные варианты анализа.

В исследовании ВП и ССП можно выделить три уровня ана­лиза: феноменологический, физиологический и функциональный. Феноменологический уровень включает описание ВП как много­компонентной реакции с анализом конфигурации, компонентного состава и топографических особенностей. Фактически этот уро­вень анализа, с которого начинается любое исследование, приме­няющее метод ВП. Возможности этого уровня анализа прямо свя­заны с совершенствованием способов количественной обработки ВП, которые включают разные приемы, начиная от оценки латент­ностей и амплитуд и кончая производными, искусственно сконст­руированными показателями. Многообразен и математический ап­парат обработки ВП, включающий факторный, дисперсионный, та­ксономический и другие виды анализа.

По этим результатам на физиологическом уровне анализа про­исходит выделение источников генерации компонентов ВП, т.е. ре­шается вопрос о том, в каких структурах мозга возникают отдель­ные компоненты ВП. Локализация источников генерации ВП поз­воляет установить роль отдельных корковых и подкорковых об-

47

разовании в происхождении тех или иных г омпонентов ВП. Наи­более признанным здесь является деление ВП на экзогенные и эн­догенные компоненты. Первые отражают активность специфиче­ских проводящих путей и зон, вторые — неспецифических ассо­циативных проводящих систем мозга. Длительность таких и дру­гих оценивается по-разному для разных модальностей. В зритель­ной системе, например, экзогенные компоненты ВП не превыша­ют 100 мс от момента стимуляции.

Третий уровень анализа — функциональный предполагает ис­пользование ВП как инструмента, позволяющего изучать физио­логические механизмы поведения и познавательной деятельности человека и животных.

ВП как единица психофизиологического анализа. Под едини­цей анализа принято понимать такой объект анализа, который в от­личие от отдельных элементов обладает всеми основными свойства­ми, присущими целому, причем свойства являются далее неразложи­мыми частями этого единства. Единица анализа — это такое мини­мальное образование, в котором непосредственно представлены су­щественные связи и существенные для данной задачи параметры объ­екта. Более того, подобная единица сама должна быть единым це­лым, своего рода системой, дальнейшее разложение которой на эле­менты лишит ее возможности представлять целое как таковое. Обя­зательным признаком единицы анализа является также то, что ее можно операционализировать, т.е. она допускает возможность ее измерения и количественную обработку измеренных данных.

Если рассматривать психофизиологический анализ как метод изу­чения мозговых механизмов психической деятельности, то ВП от­вечают большинству требований, которые могут быть предъявле­ны единице такого анализа. Во-первых, ВП следует квалифици­ровать как психонервную реакцию, т.е. такую, которая прямо свя­зана с процессами психического отражения. Во-вторых, ВП — это реакция, состоящая из ряда компонентов, непрерывно связанных между собой. Таким образом, она структурно однородна и может быть операционализирована, т.е. имеет количественные характери­стики в виде параметров отдельных компонентов (латентностей и амплитуд). Существенно, что эти параметры имеют разное функ­циональное значение в зависимости от особенностей эксперимен-

48

.^■ь.

тальной модели. В-третьих, разложение ВП на элементы (компо­ненты), осуществляемое как метод анализа, позволяет охаракте­ризовать лишь отдельные стадии процесса переработки информа­ции, при этом утрачивается целостность процесса как такового.

В наиболее выпуклой форме идеи о целостности и системности ВП как корреляте поведенческого акта нашли отражение в иссле­дованиях В.Б. Швыркова (1978). По его логике ВП, занимая весь временной интервал между стимулом и реакцией, соответствуют всем процессам, приводящим к возникновению поведенческого от­вета, при этом конфигурация ВП зависит от характера поведенче­ского акта и особенностей функциональной системы, обеспечива­ющей данную форму поведения. Причем отдельные компоненты ВП рассматриваются как отражение этапов афферентного синте­за, принятия решения, включения исполнительных механизмов, до­стижения полезного результата. В такой интерпретации ВП вы­ступают как единица психофизиологического анализа поведения.

Однако магистральное русло применения ВП в психофизиоло­гии связано с изучением физиологических механизмов и корреля­тов познавательной деятельности человека. Это направление оп­ределяется как когнитивная психофизиология. ВП в нем использу­ются в качестве полноценной единицы психофизиологического ана­лиза. Такое возможно, потому что, по образному определению од­ного из психофизиологов, ВП имеют уникальный в своем роде двой­ной статус, выступая в одно и то же время как «окно в мозг» и «ок­но в познавательные процессы».

2.1.3. Топографическое картирование электрической активности мозга

ТКЭАМ — топографическое картирование электрической актив­ности мозга—область электрофизиологии, оперирующая с множест­вом количественных методов анализа электроэнцефалограммы и вы­званных потенциалов. Широкое применение этого метода стало возмож­ным при появлении относительно недорогих и быстродействующих персональных компьютеров. Топографическое картирование сущест­венным образом повышает эффективность ЭЭГ метода. ТКЭАМ поз­воляет очень тонко и дифференцированно анализировать изменения функциональных состояний мозга на локальном уровне в соответст-

49

вии с видами выполняемой испытуемым психической деятельности. Однако, следует подчеркнуть, что метод картирования мозга являет­ся не более, чем очень удобной формой представления на экране дис­плея статистического анализа ЭЭГ и ВП.

Сам метод картирования мозга можно разложить на три основ­ные составляющие; регистрацию, анализ и представление данных.

Регистрация данных. Используемое число электродов для ре­гистрации ЭЭГ и ВП, как правило, варьирует в диапазоне от 16 до 32, однако в некоторых случаях достигает 128 и даже больше. При этом большее число электродов улучшает пространственное разре­шение при регистрации электрических полей мозга, но сопряжено с преодолением больших технических трудностей.

Для получения сравнимых результатов используется система «10 — 20», при этом применяется в основном монополярная реги­страция.

Важно, что при большом числе активных электродов можно исполь­зовать лишь один референтный электрод, т.е. тот электрод относи­тельно которого регистрируется ЭЭГ всех остальных точек постанов­ки электродов. Местом приложения референтного электрода служат мочки ушей, переносица или некоторые точки на поверхности скальпа (затылок, вертекс). Существуют такие модификации этого метода, ко­торые позволяют вообще не использовать референтный электрод, за­меняя его значениями потенциала, вычисленными на компьютере.

Анализ данных. Выделяют несколько основных способов количе­ственного анализа ЭЭГ: временной, частотный и пространственный.

Первый представляет собой вариант отражения данных ЭЭГ и ВП на графике, при этом время откладывается по горизонтальной оси, а амплитуда — по вертикальной. Временной анализ применяют для оцен­ки суммарных потенциалов, пиков ВП, эпилептических разрядов. Ча­стотный анализ заключается в группировке данных по частотным ди­апазонам: дельта, тета, альфа, бета. Пространственный анализ сопря­жен с использованием различных статистических методов обработ­ки при сопоставлении ЭЭГ из разных отведений. Наиболее часто при­меняемый способ — это вычисление когерентности.

Способы представления данных. Самые современные компью­терные средства картирования мозга позволяют легко отражать на дисплее все этапы анализа: «сырые данные» ЭЭГ и ВП, спектры мощ-

50

ности, различные графики, диаграммы и таблицы, топографические карты — как статистические, так и динамические в виде мультфиль­мов, а также по желанию исследователя — возможны .различные ком­плексные представления. Следует особо указать на то, что приме­нение разнообразных форм визуализации данных позволяет лучше понять особенности протекания сложных мозговых процессов.

Топографические карты представляют собой контур черепа, на ко­тором изображен какой-либо закодированный цветом параметр ЭЭГ в определенный момент времени, причем разные градации этого па­раметра (степень выраженности) представлены разными цветовыми оттенками. Поскольку параметры ЭЭГ постоянно меняются по ходу обследования, соответственно этому изменяется цветовая композиция на экране, позволяя визуально отслеживать динамику ЭЭГ процессов. Параллельно с наблюдением исследователь получает в свое распоря­жение и статистические данные, лежащие в основе карт (рис.2.5).

8.00 - 9.50

Рис. 2,5 ЭЭГ-карты, представляющие топсн-рафическое распределение значений спектральной мощности ЭЭГ

Под каждой картой указан диапазон анализируемых частот. Справа — шкала значений спектральной мощности ЭЭГ, мкВ (по Н.Л.Горбачевской с соавт., 1991)

51

Использование ТКЭАМ в психофизиологии наиболее проду­ктивно при применении психологических проб, которые являются «топографически контрастными», т.е. адресуются к разным отде­лам мозга (например, вербальные и пространственные задания).