Глава 5. Проявления динамичности нервной системы в некоторых электроэнцефалографических показателях

Как мы могли уже убедиться, электроэнцефалография предоставляет в распоряжение исследователя ряд удобных индикаторов основных свойств нервной системы, и в частности динамичности нервных процессов, основанных на изучении феномена активации, т. е. блокады, подавления доминирующего ритма.

Единственным, но, к сожалению, непреодолимым ограничением этого метода, препятствующим его широкому применению для изучения индивидуальных особенностей, является отсутствие достаточно четко выраженного альфа-ритма у части нормальных взрослых индивидов (примерно у 15 – 20 %) и, следовательно, невозможность применения к ним методов, основанных на определении параметров ориентировочной и условнорефлекторной реакций активации.

Это существенное препятствие к широкому использованию ЭЭГ методики может быть преодолено, если будут отысканы такие электроэнцефалографические индикаторы, которые не сводятся к параметрам реакции активации и сами по себе отражают те или иные свойства нервной системы.

В данной главе излагаются некоторые предварительные результаты попыток решить эту задачу.

Мы рассмотрим здесь два вопроса.

Один из них касается соотношения между динамичностью нервных процессов и показателями ЭЭГ покоя, или «фоновыми» показателями ЭЭГ, а другой – соотношения между динамичностью нервных процессов и индикаторами одной из наиболее часто применяемых «функциональных нагрузок», а именно реакции навязывания ритма мелькающего светового раздражителя.

1. Фоновые показатели ээг и динамичность нервных процессов

Электроэнцефалограмма отличается от других поддающихся регистрации биоэлектрических или вегетативных функций живого организма тем, что она, как можно предполагать, несет в себе огромное количество содержательной психофизиологической информации, которая зашифрована в виде непрерывной последовательности колебаний, обладающих достаточно сложной конфигурацией. Задача декодирования этой информации, т. е. установления возможных соответствий между теми или иными характеристиками электрической активности мозга, с одной стороны, и какими-то психологическими или физиологическими параметрами индивида, с другой, давно уже привлекает внимание исследователей.

При этом нужно иметь в виду, что широта изучения этих фоновых показателей находится в прямой зависимости от того арсенала технических средств анализа ЭЭГ, которым располагает исследователь. При наличии одного лишь регистрирующего прибора возможна только визуальная оценка электроэнцефалограммы, главным образом по параметрам доминирующего ритма, и получение некоторых простейших численных величин. Поэтому в ранних работах электрофизиологов анализируются в основном показатели, относящиеся к альфа-ритму: его индекс, частота и амплитуда, и лишь в последнее время, с развитием автоматической анализирующей техники, стали всерьез изучаться аналогичные характеристики других ритмов, а также ряд показателей, основанных на математической обработке непрерывного волнового процесса, каковым по существу и является ЭЭГ.

Было найдено, что фоновые ЭЭГ индикаторы характеризуются значительной устойчивостью и для каждого данного индивида составляют некоторое мало меняющееся со временем единство (A.L. Loomis et al., 1936; М.Н. Ливанов, 1940; П.И. Шпильберг, 1940). В то же время общий рисунок ЭЭГ кривой и характеристики отдельных параметров биоэлектрической активности мозга весьма существенно изменяется от одного индивида к другому, наводя тем самым на мысль о том, что элементы, составляющие электроэнцефалограмму, находятся в определенной зависимости от каких-то глубоких и стабильных качеств индивидуальности, прежде всего, очевидно, психофизиологического характера.

Этим соображением руководствовались многие авторы, подвергшие исследованию особенности основных ритмов электроэнцефалограммы в аспекте характеристики индивидуальности (D. В. Lindsley, 1952; R.J. Eliingson, 1956; Н. Gastaut, 1954; P.F. Werre, 1957).

Хотя не все такие попытки закончились установлением определенных положительных соотношений, все же наблюдения, догадки и предположения различных авторов дали нам основания думать, что если не все, то, по крайней мере, некоторые ЭЭГ параметры могут находиться в определенной связи с наиболее устойчивыми чертами индивидуальности – основными свойствами нервной системы, составляющими у человека основу ряда психологических личностных особенностей. Некоторые компетентные авторы прямо указывают на такую возможность. Так, Н.В. Голиков говорит: «Специальную классификацию типов электрической активности следует связывать с особенностями типов высшей нервной деятельности» (1956, с. 11). Косвенные данные в пользу такого предположения могут быть систематизированы следующим образом.

Основываясь на том, что концентрация внимания и эмоциональное возбуждение вызывают блокаду альфа-ритма, некоторые авторы исследовали вопрос о возможной связи между альфа-индексом и склонностью испытуемых к невротическому состоянию «тревоги», т. е. повышенной эмоциональной напряженности с фиксацией испытуемого на различных отрицательных, по его мнению, обстоятельствах и факторах.

Данные здесь оказались весьма противоречивы. Если М. Бреже (М.А.В. Brazier et al., 1945) предполагал, что ЭЭГ без альфа-ритма отражают склонность к тревоге, то А. Дондеро (A. Dondero et al., 1956) указывает на отсутствие значимой корреляции между альфа-индексом и тревогой, а Л. Джонсон, Г. Юлет (L. С. Johnson, G. А. Ulett, 1959) нашли, что количество альфа-активности обнаруживает связь с тревогой, но только при измерении в первом опыте, когда эта активность оказывается у лиц, склонных к тревоге, заметно сниженной. После привыкания испытуемого к ситуации связь этих двух показателей уже не наблюдается. Любопытную зависимость наблюдали Ф. Бекман и М. Стейн (F. Н. Beckman, М. I. Stein, 1961), получившие на 33 испытуемых значимую отрицательную корреляцию между успешностью решения логических задач и альфа-индексом; они выдвигают предположение о том, что лица, лучше решающие задачи, и индивиды с малым альфа-индексом «имеют одну и ту же общую черту: более высокий уровень кортикального возбуждения.

Амплитуда альфа-ритма может в некотором смысле рассматриваться как показатель, аналогичный альфа-индексу: состояния внимания и напряжения ведут к снижению амплитуды альфа-ритма так же, как и альфа-индекса. В отношении амплитуды поэтому возможны те же предположения, что и в отношении альфа-индекса. Действительно, X. Гасто с соавторами (Н. Gastaut et al., 1951) характеризуют индивидов с высоковольтным альфа-ритмом как «медленных, спокойных, уравновешенных», а с низковольтным – как гиперсензитивных, гиперэмоциональных, гиперактивных. Л. Сол с соавторами (L.J. Saul et al., 1949) связывают высокую амплитуду с пассивностью и тенденцией к избеганию ответственности и усилий, а низкую амплитуду – с противоположными качествами. А. Манди-Касл (А.С. Mundy-Castle, 1957) отмечает «медлительность, осторожность, уравновешенность» у индивидов с высокой амплитудой альфа-ритма и обратные качества у лиц с низковольтным альфа-ритмом. Дж. Де Ланге с соавторами (1962) нашли, что испытуемые с повышенной амплитудой альфа-ритма и высоким альфа-индексом с психологической стороны характеризовалась активностью, уверенностью в себе и отсутствием напряжения или тревоги, в целом – стабильностью, а испытуемые с низкими амплитудой и индексом альфа-ритма – противоположными качествами: напряженностью, беспокойством, недостаточной адекватностью поведения.

Наименее вариативный ЭЭГ показатель – частота альфа-ритма – обнаруживает, судя по всему, и наименьшую связь с психофизиологическими качествами индивида. Правда, некоторые авторы (М.А.В. Brazier et al., 1945) нашли на большом материале, что частота альфа-ритма у лиц с симптомами тревоги в среднем несколько выше, чем у нормальных людей (11,2 и 10,6 кол/с соответственно), а А. Манди-Касл (А.С. Mundy-Castle, 1957) полагает, что лица с относительно более высокой частотой альфа-ритма (более 10 кол/с) имеют склонность к резкому, импульсивному, неустойчивому реагированию, в то время как лица с меньшей частотой – к более депрессивному образу поведения, однако зависимости, обнаруженные ими, носят все же недостаточно определенный характер.

Все три перечисленных показателя, относящиеся к альфа-ритму, обнаруживают, судя по некоторым литературным данным, и определенную связь между собой. Так, А. Роже (A. Roget, 1960) отмечает, что все показатели, относящиеся к альфа-ритму, связаны между собой, хотя и не очень тесно. Укажем также на систематизацию X. Гасто (Н. Gastaut, 1954), классифицировавшего результаты ряда авторов и свои собственные и пришедшего к выводу о возможности выделения основных типов (синдромов) электрографической записи, внутри каждого из которых находятся в определенном соответствии альфа-индекс, частота альфа– ритма и его амплитуда, а также особенности распределения более частой активности, навязывания ритма и реакции на гипервентиляцию. В частности, синдром гипервозбудимости характеризуется наличием периодов десинхронизации (следовательно, уменьшенным альфа-индексом), высокой частотой (11 – 13 кол/с) альфа-ритма, малой его амплитудой, а синдром гиповозбудимости – высокоамплитудным, непрерывным, без интервалов десинхронизации альфа-ритмом частотой 8 – 9 кол/с. Разумеется, эта классификация отражает лишь основные тенденции, что отмечает и сам автор, однако направление этих тенденций заслуживает внимания.

Можно считать весьма вероятным, что в психологических качествах, упоминаемых перечисленными авторами в связи с теми или иными особенностями альфа-активности, отражаются какие-то свойства нервной системы, нужно только установить, какие именно. Анализ показывает, что ближе всего к этим качествам стоит то свойство нервной системы, которое обычно обозначается как баланс нервных процессов и которое, видимо, следует рассматривать как баланс нервных процессов по динамичности. Тогда высокой динамичности возбуждения в общем случае должен соответствовать низкоамплитудный, высокочастотный альфа-ритм с частыми периодами десинхронизации, а высокой динамичности торможения – высокоамплитудный, низкочастотный альфа-ритм, регистрируемый непрерывно. Это предложение было проверено нами в сопоставлении трех указанных параметров альфа-ритма с рядом показателей ориентировочной и условно-ориентировочной активации.

Результаты этого сопоставления в виде коэффициентов ранговой корреляции приводятся в табл. 5, представляющей собой извлечение из матрицы интеркорреляций всех показателей, изученных в данной таблице (В.Д. Небылицын, 1963 б, 1961 в). В этой таблице обращает на себя внимание высокая корреляция между альфа-индексом и амплитудой альфа-волн (заметим, что измерялась максимальная амплитуда, а не средняя, как обычно), равная +0,60 (р < 0,01); некоторая связь существует также между альфа-индексом и частотой альфа-ритма (р = ‑0,37; р> 0,05), а корреляция между амплитудой и частотой близка к нулю.

При сопоставлении этих фоновых индикаторов с показателями реакции активации выясняется, что альфа-индекс имеет довольно высокие корреляции со многими из этих показателей и что корреляции частоты альфа-ритма в некоторых случаях тоже являются значимыми; что же касается амплитуды альфа-ритма, то, хотя все коэффициенты корреляции ее с показателями активации отрицательны, что указывает на определенную тенденцию, ни один из них не является статистически значимым. При факториальной обработке и показатели активации, и показатели фона вошли в один и тот же фактор, который мы можем сейчас определить как баланс нервных процессов по динамичности. Таким образом, появились основания предположить, что если не все, то некоторые показатели альфа-активности ЭЭГ связаны с динамичностью нервных процессов, определяемой при помощи электроэнцефалографической же методики.

Таблица 5

Коэффициенты корреляции рангов между показателями ЭЭГ покоя и электрокорковыми индикаторами баланса нервных процессов (В.Д. Небылицын, 1963 б)

Показатели	Альфа-индекс	Максимальная амплитуда альфа-ритма	Частота альфа-ритма	Длительность блокады альфа-ритма на 1‑е предъявление звукового раздражителя	Количество предъявлений до угашения ориентировочной реакции на звук	Длительность блокады альфа-ритма на 1 – е предъявление светового раздражителя	Средняя длительность блокады альфа-ритма при 10 первых сочетаниях звука со светом	Средняя длительность условной блокады альфа-ритма	Количество предъявлений до угашения условной реакции	Количество сочетаний до выработки дифференцировки
Альфа-индекс		60**	–37	-54**	_64**	–45 **	–47 *	– 61 **	–45 *	–24
Максимальная амплитуда альфа-ритма			–17	–33	–31	–38	–35	–31	–10	–26
Частота альфа-ритма				45*	66**	39	52*	56**	32	29

Примечание. • р < 0,05; **р < 0,01.

Это заключение было подвергнуто проверке во второй серии электроэнцефалографических экспериментов, проведенной примерно на таком же числе испытуемых; разница между сериями состояла лишь в том, что вместо амплитуды альфа-ритма для сопоставления во второй серии был взят другой показатель, а именно суммарная энергия альфа-ритма, измерявшаяся с помощью электронного интегратора (В.Д. Небылицын, 1965 а).

Результаты оказались частично отличными от тех, которые были получены в первой серии (см. табл. 6). Если альфа-индекс по-прежнему дал довольно высокие корреляции с показателями динамичности, то частота альфа-ритма на сей раз не обнаружила связи ни с одним из этих показателей. Что же касается суммарной энергии альфа-диапазона, то этот показатель, являющийся функцией амплитуды и индекса альфа-ритма, коррелирует с показателями динамичности примерно на том же уровне (или чуть выше), что и амплитуда (табл. 5 и 6); при этом направление корреляции совпадает с тем, которое характерно для альфа-индекса.

Таким образом, два самостоятельно проведенных исследования показали в целом удовлетворительное совпадение результатов в той части, которая касается соотношения между показателями альфа-ритма и индикаторами динамичности нервных процессов. Исключение представляет только частота альфа-ритма, корреляции которой в первой серии были довольно высоки, а во второй колеблются около нуля.

Однако влияние динамичности нервных процессов на частоту альфа-ритма все же существует. Оно может быть вскрыто при помощи другого метода статистических испытаний, для успеха в применении которого между исследуемыми параметрами не обязательно наличие «градуальных и соразмерных» соотношений (К.М. Гуревич, 1965 а). Речь идет об оценке значимости различий между средними значениями двух крайних групп испытуемых, отобранных по результатам определения у них динамичности возбуждения или торможения. Использование этого метода дало возможность показать, что и в данной выборке зависимость частоты альфа-ритма, равно как и других показателей фона ЭЭГ, от динамичности существует и даже имеет довольно высокозначимый характер.

Таблица 6

Коэффициенты корреляции между показателями динамичности нервных процессов и фона ЭЭГ

Показатели динамичности	Показатели фона ЭЭГ
	частота			суммарная энергия			индекс
	тета	альфа	бета	тета	альфа	бета	тета	альфа	бета
Длительность блокады альфа-ритма при первом предъявлении звука	–171	–006	–222	–208	–202	–227	–006	–429 *	–303
Число предъявлений до угашения ориентировки на звук	–023	065	164	–252	–307	–197	–174	–514 ***	008
Длительность блокады альфа-ритма при первом предъявлении света	002	009	008	–268 .	–367	–233	–110	-474 **	056
Средняя длительность блокады альфа-ритма в 10 «предъявлениях светового раздражителя	–065	–058	–104	–298	–398 *	–341	–081	–718 ***	011
Средняя длительность блокады альфа-ритма в 25 сочетаниях звука со светом	–120	064	–186	–052	–150	–036	023	–309	041
Средняя длительность условнорефлектор-ной блокады альфа-ритма	–141	–033	–160	–113	–064	–254	041	– 618 ***	–423 *
Число предъявлений до угашения условно-рефлекторной блокады альфа-ритма	–142	099	–005	–205	–380 *	–321	–097	–612 ***	–096

Примечание. • р < 0,1; ** р < 0,05; ***р < 0,01.

Таблица 7

Статистическая оценка различий между средними показателями фона ЭЭГ для групп с высокой и низкой динамичностью тормозного процесса

Показатели	Частота, кол/с			Суммарная энергия,		уел ед	Индекс
	тета	альфа	бета	тета	альфа	бета	тета	альфа	бета
Средние для группы с высокой динамичностью торможения (6 человек)	6,25	10,1	19,9	17	* 180	67	90,5	79 *	95
Средние для группы с низкой динамичностью торможения (6 человек)	6,07	10,38	19,3	11,5	100	42	87,5	60	94
Разность средних	0,18	0,28	0,6	5,5	80	25	3,0	19	1
Критерий t	4,20	3,51	2,92	1,96	5	4,17	3,51	6,89	2,09
Вероятность нулевой гипотезы р	<0,01 <0,01		<0,05	>0,05	<0,001	<0,01	<0,01	<0,001	>0,05

В табл. 7 представлены значения средних, их разностей, критериев t и вероятностей нулевой гипотезы, проверяемой относительно сравниваемых средних.

В этой таблице сравниваются группы, сформированные на основе одного из главных индикаторов динамичности тормозного процесса – скорости угашения условной реакции. Можно видеть, что различие средних по суммарной энергии альфа-полосы и по альфа-индексу является весьма достоверным и что достаточно значимо также различие в частоте альфа-ритма, хотя на первый взгляд разность средних здесь слишком мала. При этом лица с высокой динамичностью торможения (с быстрым угашением условной реакции) обладают в среднем меньшей частотой альфа-ритма и более высокими значениями альфа-ритма и суммарной энергии альфа-полосы, которая является функцией индекса и амплитуды альфа-ритма.

Любопытно, что если такое же сопоставление провести для групп, различающихся по динамичности возбудительного процесса (по средней длительности условнорефлекторной реакции активации), то различия оказываются в двух случаях из трех гораздо менее отчетливыми (табл. 8), а именно практически исчезает разница в частоте альфа-ритма, различие в суммарной энергии хотя и остается значимым, но уже только на 5 %-ном уровне, и только разность средних величин альфа-индекса еще более увеличивается.

Таким образом, использование в некотором смысле более чувствительного, чем коэффициент корреляции, статистического критерия позволяет нам вновь подтвердить выводы относительно зависимости показателей, относящихся к альфа-ритму ЭЭГ, от динамичности нервных процессов и, более того, уточнить эти выводы указанием на то, что более значительную роль в вариациях частоты и энергии альфа-ритма играет, по-видимому, динамичность тормозного процесса, в то время как альфа-индекс, по-видимому, в равной мере зависит и от динамичности торможения, и от динамичности возбуждения.

Как уже было сказано, во второй серии наших электроэнцефалографических экспериментов был использован электронный анализатор (В.А. Кожевников, 1954), позволявший кроме альфа-ритма выделять из исходной ЭЭГ полосы частот, относящихся к бета- (14 – 25 кол/с) и тета- (4 – 7 кол/с) ритмам. Мы имели поэтому возможность сопоставить с показателями динамичности нервных процессов некоторые характеристики этих двух физиологических ритмов, а именно частоту, суммарную энергию за 10‑секундные отрезки времени и индекс.

Литературные данные в отношении бета-ритма в общем сходятся на том, что повышенная бета-активность есть один из признаков повышенной эмоциональности, возбудимости, активности и т. д. (P.F. Werre, 1957; W. МсАdаm, J. Е. Orme, 1954; G. К.

Таблица 8

Статистическая оценка различий между средними показателями фона ЭЭГ для групп с высокой и низкой динамичностью возбудительного процесса

Показатели	Частота, кол/с			Суммарная энергия,		уел ед	Индекс
	тета	альфа	бета	тета	альфа	бета	тета	альфа	бета
Средние для группы с высокой динамичностью возбуждения (6 человек)	6,10	10,28	19,2	11,3	110	39	88	55	93,2
Средние для группы с низкой динамичностью возбуждения (6 человек)	6,48	10,23	19,9	17,1	156	58	87	83	95,2
Разность средних	0,38	0,05	0,7	5,8	46	19	1,0	28	2,0
Критерий t	10,54	–	2,85	2,10	3,07	2,98	–	10,13	3,69
Вероятность нулевой гипотезы Р	<0,001	–	<0,05	>0,05	<0,05	<0,05	–	<0,001	<0,01

Nelson, 1960; G.L. Mangan, C.J. Adcock, 1962; В.П. Богаченко, 1960), так что можно было предполагать, что высокие значения показателей, относящихся к бета-полосе, возможно, будут связаны с высокими значениями динамичности возбудительного процесса.

Анализ корреляций показывает, что эти предположения в общем не оправдываются (табл. 6): частота бета-ритма (в данной полосе) с индикаторами динамичности возбуждения не коррелирует, суммарная энергия бета-полосы, подобно суммарной энергии в диапазоне альфа-ритма, имеет с этими индикаторами отрицательные, но далекие от значимости корреляции; и только бета-индекс, совершенно не коррелируя с показателями динамичности торможения, обнаруживает некоторую связь с показателями динамичности возбудительного процесса, а именно: со средним условным эффектом (r = -0,423; р < 0,1) и с длительностью блокады альфа-ритма на первый звук (r = ‑0,303; р> 0,1).

Динамичность возбуждения мы связываем главным образом с деятельностью ретикулярных образований мозга (В.Д. Небылицын, 1964 б). В то же время бета-активность часто рассматривается как функция активирующих ретикулярных влияний. Исходя из этого, можно было ожидать выявления положительной связи между показателями бета-активности и показателями динамичности возбуждения, однако проблема заключается в том, что эта связь является скорее отрицательной, чем положительной. Это видно и из сопоставления групповых средних. При разделении испытуемых на группы по динамичности возбуждения (табл. 8) оказывается, что и частота, и суммарная энергия, и индекс бета-ритма в среднем выше у испытуемых с малым условнорефлекторным эффектом, т. е. с низкой динамичностью возбуждения, причем различия по всем трем индикаторам статистически значимы.

Кроме того, сравнивая группы испытуемых, различающихся динамичностью тормозного процесса (табл. 7), можно найти, что и частота, и энергия, и индекс бета-ритма выше отнюдь не у тех лиц, у которых низки показатели динамичности торможения, а, напротив, у испытуемых с высокими показателями этого свойства (правда, разность средних величин бета-индекса статистически незначима). Этим фактам в настоящее время затруднительно дать сколько-нибудь эффективное объяснение. Если бы речь шла только о суммарной энергии и индексе бета-ритма, можно было бы предположить, что бета-ритм, являясь, возможно, второй гармоникой альфа-ритма, следует своими параметрами за параметрами альфа-активности, для которой указанное направление отношений является «нормальным». Однако частота бета-ритма связана с частотой альфа-ритма вовсе не прямой зависимостью, как можно было бы ожидать при допущении между ними гармонических отношений, а, скорее, обратной (табл. 7 и 8). Поэтому вопрос о причинах описанного характера отношений между параметрами бета-активности и показателями динамичности должен остаться пока открытым.

Что касается показателей, относящихся к тета-ритму, то при корреляционной обработке оказалось, что из них только суммарная энергия имеет устойчивую тенденцию к отрицательной связи с рядом показателей активации (табл. 6). Однако при сопоставлении средних обнаруживается еще одна любопытная зависимость: испытуемые с высокой динамичностью возбуждения обладают в среднем заметно меньшей частотой тета-ритма, чем лица с низкой динамичностью возбуждения, и то же можно сказать об испытуемых с низкой динамичностью тормозного процесса в отличие от индивидов с высокодинамичным торможением; разность средних, особенно в первом случае, статистически высоко значима (табл. 7 и 8). Переводя это на язык традиционных терминов, можно сказать, что испытуемые с преобладанием возбуждения имеют тенденцию к более медленному тета-ритму по сравнению с испытуемыми с преобладанием торможения. Эта тенденция противоположна той, которая характерна для альфа-ритма, но аналогична уже отмеченной выше тенденции, найденной для частоты бета-ритма.

Резюмируя данные о связи между динамичностью нервных процессов и показателями электроэнцефалографического фона, можно отметить, что такая связь, видимо, существует, но она большей частью весьма далека от функциональной и выявляется главным образом при статистической оценке различий между средними. При этом некоторые ритмы тяготеют к одному виду динамичности, другие – к другому, например, альфа-ритм обнаруживает большую связь с динамичностью тормозного процесса, а бета-ритм, – скорее, с динамичностью возбуждения. В некоторых случаях такое противоположное направление зависимостей бывает свойственно отдельным показателям одного и того же ритма, например, частота тета-ритма обнаруживает, судя по сопоставлению средних, большую зависимость от динамичности возбуждения, а тета-индекс – от динамичности торможения. В целом проблема кажется слишком сложной, чтобы в ней можно было полностью разобраться в течение одной-двух серий экспериментов. Но в то же время она, по-видимому, слишком богата потенциальными выводами как для вопросов, касающихся структуры и природы самой ЭЭГ и ее составляющих, так и для проблематики свойств нервной системы, чтобы пренебрегать ее тщательным изучением.