Глава 48

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ МОЗГА

Понятие о функциональных состояниях. В настоящее время существует несколько подходов и трактовок этого важного понятия психологии и физиологии. Наиболее часто функциональное состояние (ФС) определяют как фоновую активность нервных центров, при которой и ре­ализуется та или иная конкретная деятельность человека. В широком смысле функциональные состояния характе­ризуют весь диапазон вариаций психической активности (процессов ощущений, восприятия, представлений, вооб­ражения, памяти, мышления, речи, мотиваций и эмоций) человека во сне и бодрствовании; эта активность регули­руется определенными структурами мозга. Познание ме­ханизмов, формирующих и определяющих функциональ­ные состояния человека и животных, а также диагности­ка этих состояний и их разумная коррекция — одна из задач психофизиологии. В узком смысле понятие «функ­циональное состояние» трактуется далеко неоднозначно в зависимости от подходов.

Три подхода к определению «функциональное со­стояние мозга» — комплексный, эргономический и психофизиологический. При комплексном подходе, который основан на возможности одновременной регистрации различных психофизиологических параметров человека и животных, функциональное состояние трактуется как ин­тегральное проявление человеческой деятельности и пове­дения, которое является отражением взаимодействия организма с внешней средой. При такой трактовке функ­циональное состояние зависит от тех качеств и свойств организма человека, которые прямо или косвенно опре­деляют его деятельность. Близкая к данному определе­нию и трактовка функционального состояния как систем­ный ответ организма на внешние воздействия среды, обеспечивающий адекватное поведение организма в этой среде, а изменение функционального состояния представ­ляет собой смену одного комплекса взаимосвязанных ре­акций другим.

Итак, комплексный поход к трактовке понятия функциональное состояние» пытается отразить состоя­ние организма как целое. Очевидно, что на сегодня такой подход недостаточно разработан.

Эргономический подход в трактовке понятия «функ­циональное состояние» тоже представляет собой вариант комплексного подхода, но вследствие свой практической направленности он позволяет более четко выделять вари­анты функционального состояния человека в период его бодрствования и нахождения в условиях производства.

Итак, с эргономической точки зрения функционалы состояние — это состояние организма человека, аоторое оценивается по результатам его трудовой и професа нальной деятельности. В эргономике принято выдел; три класса функциональных состояний. Первый класс это состояние адекватной мобилизации, когда все сие мы организма работают оптимально и соответствуют т бованиям деятельности. В этот класс входит и такое i нятие как «оперативный покой», т.е. особое состоя! готовности к деятельности, при котором организм че, века за короткий отрезок времени способен перейт] различные формы физиологической активности для i полнения конкретной деятельности. Состояние операт ного покоя сопровождается повышением активности ( нуса) нервных центров, в том числе имеющих отноше! к выполнению трудовых действий и к регуляции веге тивного обеспечения этой деятельности. Второй кл; функциональных состояний — это состояние динамич кого рассогласования, при котором различные систе организма не полностью обеспечивают его деятельно! или работают на излишне высоком уровне тра энергетических ресурсов. По сути, речь идет об экст] мальных состояниях (реактивные пограничные или па логические состояния). Третий класс функциональных < стояний — это промежуточные состояния, в том чи( производственное утомление, монотония, стресс, тепло] напряжение, водное истощение и другие.

Однако, несмотря на практическую значимость эр номического подхода, тем не менее, это направление позволяет подойти к решению проблемы механизмов ф< мирования и смены функциональных состояний.

Психофизиологический подход к определению noi тия «функциональное состояние» опирается на предст ление о существовании модулирующей системы мозга ее состав, как уже отмечалось выше, входят структу мозга, способные активировать или, наоборот, тормоз! деятельность нейронов коры больших полушарий (ре кулярная формация ствола мозга, неспецифические щ таламуса, базальный передний мозг, лобные облас коры, хвостатое ядро, система диффузно локализованн модулирующих нейронов), а также лимбическая систе мозга, ответственная за эмоциональные состояния чело ка. В целом состояние всех компонентов модулирукж системы мозга, имеющих три уровня реагирован (физиологический, поведенческий, психологический, и субъективный) и определяет текущее функциональное состояние. Таким образом, функциональное состояние — это отражение уровня активности всех компонентов мо­дулирующей системы мозга и их взаимоотношений с выс­шими отделами мозга.

Такое определение позволяет дифференцировать раз­ные функциональные состояния по поведенческим прояв­лениям, эффективности деятельности, по различным фи­зиологическим показателям, а также по уровню активнос­ти модулирующей системы мозга. Очевидно, что измене­ния в функционировании модулирующей системы мозга образуют одномерную шкалу. Внешним проявлением нижней границы этой шкалы является состояние сна, а проявлением верхней границы — состояние очень силь­ного возбуждения (типа ярости). Между нижней и верх­ней границами существует целый ряд уровней бодрство­вания, составляющих диапазон интенсивности поведения; при этом максимальная эффективность деятельности со­ответствует не максимальному, а оптимальному уровню бодрствования. Во многих работах показано, что эффек­тивность выполняемой деятельности связана с уровнем бодрствования обратной U-образной, или куполообраз­ной, зависимостью. При этом не исключается, что для каждого типа адаптивного поведения существует опти­мальный уровень бодрствования.

К сожалению, до настоящего времени не выработаны четкие критерии уровня бодрствования, не существует ко­личественной меры уровня бодрствования (его нельзя из­мерить как, например, измеряют температуру тела), а пе­реход от одного уровня бодрствования к другому оцени­вается эмпирически на основе наблюдения и количест­венной оценки разных физиологических показателей.

Вопрос о физиологических механизмах регуляции обработки сенсорной информации и, следовательно, о ме­ханизмах регуляции бодрствования, рассмотрен в главе 14 «Общая физиология сенсорных систем», вопрос о фи­зиологических механизмах сна — в главе 49 «Физиоло­гия сна», вопрос о деятельности лимбической системы, определяющей эмоциональное состояние, рассмотрен в главе 12 «Кора больших полушарий» и в главе 46 «Фи­зиология эмоций». Здесь мы только кратко отметим о наличии в модулирующей системе мозга так называемых модулирующих нейронов.

МОДУЛИРУЮЩИЕ НЕЙРОНЫ

Понятие «модулирующие нейроны» используется в двух аспектах. В широком понимании, модулирующие нейроны — это все нейроны, входящие в структуры мо­дулирующей системы (ретикулярной формации, таламуса, базального переднего мозга, лобной коры, хвостатого ядра и лимбической системы). В узком смысле — это не­большая часть нейронов, входящих в состав модулирую­щей системы. Сами по себе они не вызывают реакции, но регулируют активность других нейронов. Они образуют контакты с другими нейронами типа «синапс на синапсе» и фактически модифицируют синаптическую передачу за счет выделения своего медиатора, выполняющего функ­цию модулятора эффективности медиатор-рецепторного взаимодействия.

К таким нейронам относят спинномозговые нейроны II и III слоя по Рекседу, участвующие в регуляции про­ведения ноцицептивной импульсации. Их аксоны выделяют энкефалин. Он блокирует передачу ноциоцептивных им­пульсов с аксона афферентных нейронов на нейроны спин­ного мозга, реализуемых с участием медиатора — вещества Р. Блокирующий эффект энкефалина объясняется торможением выхода вещества Р в синаптическую щель.

Другой тип модулирующих нейронов выявлен у мол­люсков. Детальное исследование на виноградной улитке показало, что это — серотонинергические нейроны, кото­рые способны регулировать функциональное состояние организма, в частности, они причастны к формированию обстановочного условного рефлекса (П.М. Балабан и др.,1992). Оказалось, что серотонин повышает фосфори-лирование кальциевых и калиевых каналов аксонов и тем самым изменяет интенсивность ионных потоков; в итоге это вызывает длительное пресинаптическое облегчение, или фасилитацию.

Широкое распространение в мозге нейропетида Y, ко­торый обладает адреномодулирующим действием, указыва­ет на то, что число нейронов, модулирующих синаптичес­кую передачу в коре больших полушарий и других струк­турах мозга, значительно больше, чем это известно сейчас. Не исключено, что среди них имеются и тирозинергичес-кие нейроны (как показано в нашей лаборатории, тирозин способен в десятки и сотни раз увеличивать р-адренореак-тивность клеток). Таким образом, можно ожидать, что в ближайшем будущем будут сделаны важные открытия, по­зволяющие понять роль модулирующих нейронов в регу­ляции функционального состояния организма.

Исходя из имеющихся данных литературы, в том числе результатов исследований нашей лаборатории, целесообразно включить в понятие «модулирующая система мозга» и биологически активные вещества, находящиеся в ликворе и крови, в присутствии которых изменятся чув­ствительность нейронов мозга к основным медиаторам центральной нервной системы. К этому классу можно от­нести эндогенные модуляторы прямого действия, в том числе эндогенный сенсибилизатор Р-адренорецепторов, роль которого выполняют гистидин, тирозин и трипто­фан, а также эндогенный блокатор М-холинорецепторов. Они изменяют сродство рецепторов к медиаторам и эф­фективность медиатор-рецепторного взаимодействия. Кро­ме того, в этот класс следует включить и эндогенные мо­дуляторы косвенного действия, которые контролируют синтез клеточных рецепторов к медиаторам ЦНС (напри­мер, тироксин, повышающий синтез Р-адренорецепторов).

Методы диагностики функциональных состояний. В настоящее время с этой целью широко используются электроэнцефалография и различные методы оценки со­стояния сердечно-сосудистой, мышечной, дыхательной, выделительной и других систем организма.

Электроэнцефалографические наблюдения показыва­ют, что различным уровням бодрствования соответствует определенная картина ритмической активности. При спо­койном бодрствовании (особенно при закрытых глазах) преобладает альфа-ритм. При открывании глаз и повыше­нии уровня бодрствования наступает блокада альфа-рит­ма. Для активного бодрствования характерна десинхрони­зированная ЭЭГ с преобладанием высокочастотных со­ставляющих (бета— и гамма-ритмов). При эмоциональном напряжении и умственной активности в ЭЭГ может появ­ляться и усиливаться тета-ритм. При утомлении появля­ется медленно-волновая активность (тета— и дельта-ритм); чем глубже утомление, тем больше продолжитель­ность этих периодов и выше вероятность появления ги­персинхронизации ЭЭГ.

Важным в характеристике функциональных состоя­ний является пространственно-временная организация биоэлектрической активности мозга, в частности показа­тели когерентности. Средний уровень когерентности, вычисленный для симметричных точек в разных полушари­ях или для двух точек в одном полушарии, при неизмен­ном функциональном состоянии оказывается индивиду­ально устойчивым и сохраняет свое значение в течение многих дней и месяцев. Хорошим показателем нормаль­ного состояния мозга является средний уровень когерен­тности по отдельным спектральным составляющим (дель­та, тета, альфа и бета). Изменения функционального со­стояния у здорового человека, как правило, сопровож­даются изменением пространственно-временных соотно­шений биотоков мозга. При общей мобилизационной готовности или с увеличением сложности выполняемого задания интенсивность большинства межрегиональных связей возрастает.

Состояние различных систем организма, как правило, отражает активность вегетативной нервной системы. Состояние мобилизации и действия обычно протекает в ус­ловиях повышенной активности симпатической нервной системы; при снижении уровня напряжения и успокоении будет снижаться тонус симпатической нервной системы и возрастать тонус парасимпатической нервной системы.

Возможность активного управления функциональным состоянием. Метод БОС (биологической обратной связи). В условиях целостного организма существуют механизмы гомеостатирования, позволяющие сохранить внутреннюю среду на постоянном уровне (гомеостаз). Кроме того, в организме широко представлены механизмы, регулирую­щие деятельность внутренних органов в различных усло­виях среды и поведения (гомеокинез). В основе их лежит нервная (рефлекторная) и гуморальная регуляция. Все виды сложной регуляции используют, как правило, об­ратные связи, т.е. каналы, по которым к управляющим центрам поступает информация о результатах действия. Очевидно, что в организме имеются механизмы, предназ­наченные для контроля за процессами регуляции функ­ционального состояния, т.е. для создания гомеостаза и гомеокинеза в системах, определяющих функциональное состояние. Пока этот вопрос остается открытым. В тоже время в клинической, психологической и эргономической практике в последние годы используется метод активного управления функциональным состоянием, основанный на использовании биологической обратной связи в системе типа «человек -компьютер». Суть данного метода состо­ит в том, что при помощи специально сконструированных приборов информация о функциональном состоянии че­ловека или результатах его деятельности регистрируется, преобразуется в доступную для восприятия форму и представляется ему (например, на экране монитора). Ана­лизируя «вернувшуюся» информацию, человек принимает решение о дальнейших шагах в своем поведении, будь это управление состоянием организма или выполнение произ­водственной задачи. С помощью такой искусственно со­зданной «обратной связи» человек способен сознательно регулировать многие функции своего организма, начиная от изменения скорости протекания элементарных психо­физиологических реакций до крайне сложных видов ин­теллектуальной деятельности. Для искусственной биоло­гической обратной связи (БОС) используются различные показатели деятельности организма, в том числе потенци­алы мышц (при электромиографии), потенциалы мозга (при электроэнцефалографии), показатели артериального давления и частота сердечных сокращений (при непре­рывном мониторировании), температура определенных участков кожи (при термометрии) или их сопротивление (при реографии).

В частности, на основе выделения в ЭЭГ альфа-ритма или тета— ритма, система БОС может предоставлять ис­следуемому информацию в виде звуковых сигналов или цветовой гаммы на мониторе. Оказалось, что человек мо­жет относительно быстро овладеть умением настраивать собственную электрическую активность мозга в соответ­ствии с заданными параметрами (например, усиливать альфа-ритм, изменять межполушарные взаимоотношения, в том числе добиваться повышения альфа-ритма в правом полушарии), а тем самым корректировать психоэмоцио­нальное состояние. Установлено, что способность управ­лять функциональным состоянием по картине ЭЭГ у лю­дей выражена в различной степени; в частности, она выше у людей, способных к медитации и интуитивному постижению проблемы. В настоящее время в России офи­циально разрешено использование кабинетов БОС кор­рекции психоэмоциального состояния для комплексногс лечения больных с неврозами, психосоматическими забо­леваниями, алкоголизмом, наркоманией, а также для ку­пирования психоэмоциональных расстройств при стрессо­вых ситуациях, переутомлении, для профилактики психи­ческого здоровья. С помощью этого метода повышается эффективность освоения методики аутогенной тренировки.

Метод БОС рекомендован для использования в оф­тальмологической практике, в том числе для улучшени? остроты зрения, снятия зрительного утомления, при ле­чении миопии. Он также применяется для коррекции ре­чевых нарушений различного генеза в логотерапевтичес-кой практике. Он может применяться для регуляции то­нуса вегетативной нервной системы (на основании данньо о состоянии уровня кожного сопротивления). При ис пользовании электромиографов метод БОС применяето при комплексном лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата (плоскостопие, косолапость, врожденный вывих бедра, нарушение осанки), детского церебральногс паралича, травм спинного и головного мозга. Кроме того метод БОС может быть использован при лечении бронхиальной астмы, стенокардии, гипертонической болезни i ряда психосоматических заболеваний.

Можно предположить, что метод БОС, обладая вы сокой клинической эффективностью, позволит углубить наши представления о физиологических механизмах, уча ствующих в регуляции функционального состояния орга низма человека. Не исключено, что этот метод найдет широкое применение в целях сохранения здоровья детей и подростков, в том числе для создания у них оптимального уровня функционального состояния. В этом отношении важны данные, полученные К. Мангиной (1989) Он показал, что успевающие дети работают в определен ном — оптимальном — коридоре функциональных состояний. Используя метод БОС (по контролю электропроводности кожи), он создавал оптимальное функциональное состояние у детей с задержкой развития для форми рования ряда когнитивных навыков и таким способен повысил их успеваемость в школе.