1.1. Методы исследования в психофизиологии профессиональной деятельности

Психофизиология — экспериментальная наука, поэтому важное значение имеет приме-

нение адекватных методов исследования.

Модели психической деятельности человека носили бы чисто умозрительный характер,

если бы психологи не заинтересовались нейрофизиологическими процессами, лежащими в ос-

нове исследуемой ими реальности. Физиологические показатели, в силу своей объективности,

являются надежными элементами, используемыми при описании изучаемого поведения и по-

зволяют экспериментаторам включить в сферу своих исследований скрытые для прямого на-

блюдения проявления активности организма, лежащие в основе поведения.

Основными методами регистрации физиологических процессов в психофизиологии яв-

ляются электрофизиологические методы, так как в физиологической активности клеток, тканей и

органов особое место занимает электрическая составляющая. Электрические потенциалы от-

ражают физико-химические следствия обмена веществ, сопровождающие все основные жиз-

ненные процессы, и поэтому являются исключительно надежными, универсальными и точными

показателями течения любых физиологических процессов.

К перечисленным преимуществам электрических показателей физиологической актив-

ности следует добавить и неоспоримые технические удобства их регистрации: помимо специ-

альных электродов, для этого достаточно универсального усилителя биопотенциалов, который

связан с компьютером, имеющим соответствующее программное обеспечение. И ещё один не-

маловажный момент, большую часть этих показателей можно регистрировать, никак не вмеши-

ваясь в изучаемые процессы и не травмируя объект исследования. К наиболее широко исполь-

зуемым методам относятся регистрация импульсной активности нервных клеток, регистрация

электрической активности кожи, электроэнцефалография, электроокулография, электромио-

графия и электрокардиография. В последнее время в психофизиологию внедряется новый метод

регистрации электрической активности мозга — магнитоэнцефалография и изотопный метод

(позитронно-эмиссионная томография).

Психофизиология профессиональной деятельности. Курс лекций 7

Электроэнцефалография — метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы

(ЭЭГ), т.е. суммарной биоэлектрической активности, отводимой как со скальпа, так и из глубо-

ких структур мозга. Последнее у человека возможно лишь в клинических условияхВ 1929 г.

австрийский психиатр Х. Бергер обнаружил, что с поверхности черепа можно регистрировать

«мозговые волны». Он установил, что электрические характеристики этих сигналов зависят от

состояния испытуемого. Наиболее заметными были синхронные волны относительно большой

амплитуды с характерной частотой около 10 циклов в секунду. Бергер назвал их альфа-волнами и

противопоставил их высокочастотным «бета-волнам», которые проявляются тогда, когда

человек переходит в более активное состояние. Открытие Бергера привело к созданию

электроэнцефалографического метода изучения мозга, состоящего в регистрации, анализе и

интерпретации биотоков мозга животных и человека.

Одна из самых поразительных особенностей ЭЭГ — ее спонтанный, автономный харак-

тер. Регулярная электрическая активность мозга может быть зафиксирована уже у плода (т.е. до

рождения организма) и прекращается только с наступлением смерти. Даже при глубокой коме и

наркозе наблюдается особая характерная картина мозговых волн.

По частоте в ЭЭГ различают следующие типы ритмических составляющих:

• дельта-ритм (0,5-4 Гц);

• тэта-ритм (5-7 Г ц);

• альфа-ритм (8-13 Гц) — основной ритм ЭЭГ, преобладающий в состоянии покоя;

• бета-ритм (15-35 Гц);

• гамма-ритм (выше 35 Гц).

Следует подчеркнуть, что подобное разбиение на группы более или менее произвольно, оно

не соответствует никаким физиологическим категориям. Зарегистрированы и более медленные

частоты электрических потенциалов головного мозга вплоть до периодов порядка нескольких часов

и суток.

Международная федерация обществ электроэнцефалографии приняла так называемую

систему «10-20», позволяющую точно указывать расположение электродов. В соответствии с этой

системой у каждого испытуемого точно измеряют расстояние между серединой переносицы

(назионом) и твердым костным бугорком на затылке (инионом), а также между левой и правой

ушными ямками. Возможные точки расположения электродов разделены интервалами,

составляющими 10%

или 20% этих расстояний на черепе. При этом для удобства регистрации весь череп разбит на

области, обозначенные буквами: Г — лобная, О — затылочная область, Р — теменная, Т — ви-

сочная, С — область центральной борозды. Нечетные номера мест отведения относятся к левому,

а четные — к правому полушарию. Буквой 2 — обозначается отведение от верхушки черепа. Это

место называется вертексом и его используют особенно часто

Сегодня ЭЭГ является наиболее перспективным, но пока еще наименее расшифрованным

источником данных для психофизиолога.

С момента возникновения выделились и продолжают существовать как относительно

самостоятельные два подхода к анализу ЭЭГ: визуальный (клинический) и статистический.

Визуальной (клинический) анализ ЭЭГ используется, как правило, в диагностических це-

лях. Электрофизиолог, опираясь на определенные способы такого анализа ЭЭГ, решает

сле-дуюшие вопросы: соответствует ли ЭЭГ общепринятым стандартам нормы; если нет, то

какова степень отклонения от нормы, обнаруживаются ли у пациента признаки очагового

Психофизиология профессиональной деятельности. Курс лекций 8

поражения мозга и какова локализация очага поражения. Клинический анализ ЭЭГ всегда

строго индивидуален и носит преимущественно качественный характер. Несмотря на то, что

существуют общепринятые в клинике приемы описания ЭЭГ, клиническая интерпретация ЭЭГ

в большей степени зависит от опыта электрофизиолога, его умения «читать»

электроэнцефалограмму, выделяя в ней скрытые и нередко очень вариативные патологические

признаки.

Статистические методы исследования электроэнцефалограммы исходят из того, что

фоновая ЭЭГ стационарна и стабильна. Дальнейшая обработка в подавляющем большинстве

случаев опирается на преобразование Фурье, смысл которого состоит в том, что волна любой

сложной формы математически идентична сумме синусоидальных волн разной амплитуды и

частоты. специальную задачу составляет анализ вклада, или относительной мощности, разных

частот, которая зависит от амплитуд синусоидальных составляющих. Она решается с помощью

построения спектров мощности. Последний представляет собой совокупность всех значений

мощности ритмических составляющих ЭЭГ, вычисляемых с определенным шагом дискретиза-

ции (в размере десятых долей герца). Спектры могут характеризовать абсолютную мощность

каждой ритмической составляющей или относительную, т.е. выраженность мощности каждой

составляющей (в процентах) по отношению к общей мощности ЭЭГ в анализируемом отрезке

записи.

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 обычно 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 специ-

альными техническими устройствами, которые позволяют выделять полезный сигнал из шума

путем последовательного его накопления, или суммации. При этом суммируется некоторое

число отрезков ЭЭГ, приуроченных к началу действия раздражителя.

В исследовании ВП можно выделить три уровня анализа: феноменологический; физио-

логический; функциональный.

Феноменологический уровень включает описание ВП как многокомпонентной реакции с

анализом конфигурации, компонентного состава и топографических особенностей. Возможно-

сти этого уровня анализа прямо связаны с совершенствованием способов количественной обра-

ботки ВП, которые включают разные приемы, начиная от оценки латентностей и амплитуд и

кончая производными, искусственно сконструированными показателями. Многообразен и ма-

тематический аппарат обработки ВП, включающий факторный, дисперсионный, таксономиче-

ский и другие виды анализа.

Физиологический уровень. 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 гене-

рации ВП позволяет установить роль отдельных корковых и подкорковых образований в про-

исхождении тех или иных компонентов ВП.

Третий уровень анализа — функциональный предполагает использование ВП как инст-

румента, позволяющего изучать физиологические механизмы поведения и познавательной дея-

тельности человека и животных.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) — метод регистрации и анализа параметров магнит-

Психофизиология профессиональной деятельности. Курс лекций 9

ных полей организма человека и животных. Магнитные поля создаются слабыми электриче-

скими токами как результатом активности нервных клеток. Данный метод дополняет информа-

цию об особенностях функционирования мозга, получаемую с помощью ЭЭГ. Оба метода по-

зволяют наблюдать события, происходящие в диапазоне сотен миллисекунд. В то же время МЭГ

имеет более точное пространственное разрешение, так как магнитная активность нейронов не

зависит от электропроводящих свойств окружающих тканей и регистрируется не искаженной.

Электромиография (ЭМГ) — метод регистрации и анализа суммарных колебаний элек-

трической активности, возникающих в области нервно-мышечных окончаний и мышечных во-

локнах при поступлении к ним импульсов от мотонейронов спинного и головного мозга. Элек-

тромиография — метод исследования функционального состояния органов движения путем

регистрации биопотенциалов мышц. Метод позволяет регистрировать изменения в тонусе мышц

в ситуациях, не сопровождающихся внешне наблюдаемыми движениями. МЭГ наиболее

информативна в комплексе с другими методами психофизиологического исследования. Регист-

рация ЭМГ позволяет выявить намерение начать движение за несколько секунд до его реального

начала. Помимо этого миограмма выступает как индикатор мышечного напряжения. В со-

стоянии относительного покоя связь между действительной силой, развиваемой мышцей, и ЭМГ

линейна.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — метод исследования, в котором ис-

пользуются ультракороткоживущие позитронизлучающие изотопы — «красители», входящие в

состав естественных метаболитов мозга, которые вводятся в организм внутривенно или через

дыхательные пути. Накапливаясь в активных участках мозга, они дают возможность построить

«картину» мозга на основе данных о метаболической активности его структур. Активным уча-

сткам мозга нужен больший приток крови, поэтому в рабочих зонах мозга скапливается больше

радиоактивного «красителя». Излучения этого «красителя» преобразуют в изображения на дис-

плее. ПЭТ представляет возможность наблюдать мозг объемно при выполнении эксперимен-

тальных задач за счет регистрации пространственного распределения и концентрации активных

веществ, участвующих в обменных процессах.

Ядерная магнитная резонансная интроскопия (ЯМРИ) — метод исследования, осно-

ванный на определении в мозговом веществе распределения плотности ядер водорода (протонов)

и на регистрации некоторых их характеристик при помощи мощных электромагнитов, рас-

положенных вокруг тела человека. ЯМРИ позволяет получить информацию об анатомической и

физико-химической организации изучаемых структур головного мозга. Полученные посредст-

вом ЯМР-томографии изображения дают информацию об изучаемых структурах головного

мозга не только анатомического, но и физикохимического характера. Помимо этого преимуще-

ство ядерно-магнитного резонанса заключается в отсутствии ионизирующего излучения; в воз-

можности многоплоскостного исследования, осуществляемого исключительно электронными

средствами; в большей разрешающей способности. Другими словами, с помощью этого метода

можно получить четкие изображения «срезов» мозга в различных плоскостях.

С момента появления психофизиологических исследований при их проведении наиболее

широко применялись и продолжают использоваться вегетативные реакции: изменение прово-

димости кожи, сосудистые реакции, частота сердечных сокращений, артериальное давление и

другие.

Психофизиология профессиональной деятельности. Курс лекций 10

Регистрация вегетативных реакций не относится к прямым методам измерения инфор-

мационных процессов мозга. Они представляют некоторую суммарную и неспецифическую

характеристику информационных процессов. Одна и та же вегетативная реакция может быть

связана с информационными процессами самого различного содержания. Появление КГР можно

наблюдать как при усилении внимания, так и при оборонительной реакции. Однако по неко-

торым вегетативным реакциям можно дифференцировать различные рефлексы. Так, например,

при ориентировочном рефлексе ЧСС понижается, тогда как при оборонительном ЧСС изменя-

ется в противоположном направлении, то есть увеличивается. Ориентировочный рефлекс соче-

тается с расширением сосудов головы, тогда как оборонительный — с сужением. При этом в

обоих случаях сосуды руки реагируют сужением.

Существуют несколько причин, по которым вегетативные реакции могут быть использо-

ваны только в качестве непрямого метода изучения информационных процессов:

• они слишком медленны и протекают с задержкой;

• слишком тесно связаны с изменением функционального состояния и эмоциями;

• они неспецифичны в отношении стимулов и задач.

Однако, это не означает, что вегетативные показатели не обладают высокой чувстви-

тельностью. Так, во время дихотического прослушивания (предъявления различных слов на

правое и левое ухо), значимые стимулы, предъявляемые через игнорируемый слуховой канал,

часто вызывают КГР.

Электрическая активность кожи — кожно-гальваническая реакция (ГКР) — опре-

деляется двумя способами. Первый, представляет собой измерение кожного сопротивления.

Второй — измерение разности потенциалов между двумя точками на поверхности кожи. Со-

поставление КГР, измеренных по этим двум методам привело к выводу, что изменения разности

кожных потенциалов и кожного сопротивления отражают одну и ту же рефлекторную реакцию,

фиксируемую в различных физических условиях.

В возникновении КГР участвуют два главных механизма: периферический (свойства са-

мой кожи, в том числе активность потовых желез) и передаточный, связанный с активирующим

и пусковым действием центральных структур. Различают спонтанную КГР, развивающуюся при

отсутствии внешнего воздействия, и вызванную, которая отражает реакцию организма на

внешний стимул.

Для регистрации КГР используют неполяризующиеся электроды, накладываемые обычно

на ладонную и тыльную поверхность рук, кончики пальцев, иногда — на лоб или ступни ног.

Наиболее эффективна КГР в сочетании с другими методами при оценке эмоционального

состояния испытуемых.

Показатели работы сердечно-сосудистой системы .Сердечно-сосудистая система вы-

полняет витальные функции, обеспечивая постоянство жизненной среды организма. Сердечная

мышца и кровеносные сосуды действуют согласованно, чтобы удовлетворять постоянно ме-

няющиеся потребности различных органов и служить сетью для снабжения и связи, поскольку с

кровотоком переносятся питательные вещества, газы, продукты распада, гормоны.

Артериальное давление — общеизвестный показатель работы сердечно-сосудистой

системы. Оно характеризует силу напора крови в артериях. АД изменяется на протяжении сер-

дечного цикла, оно достигает максимума во время систолы (сокращения сердца) и падает до

минимума в диастоле, когда сердце расслабляется перед следующим сокращением. Нормальное

артериальное давление здорового человека в покое около 130/70 мм рт.ст., где 130 — систоли-

Психофизиология профессиональной деятельности. Курс лекций 11

ческое давление АД, а 70 — диастолическое АД. Пульсовое давление разность между систоли-

ческим и диастолическим давлением, и в норме составляет около 60 мм рт.ст.

Ритм сердца — показатель, часто используемый для диагностики функционального со-

стояния человека, зависит от взаимодействия симпатических и парасимпатических влияний из

вегетативной нервной системы. При этом возрастание напряженности в работе сердца может

возникать по двум причинам — в результате усиления симпатической активности и снижения

парасимпатической.

Электрокардиограмма (ЭКГ) — запись электрических процессов, связанных с сокраще-

нием сердечной мышцы. Впервые была сделана в 1903 г. Эйнтховеном. С помощью клинических

и диагностических установок ЭКГ можно регистрировать, используя до 12 различных пар

отведений; половина их связана с грудной клеткой, а другая половина — с конечностями. Каждая

пара электродов регистрирует разность потенциалов между двумя сторонами сердца, и разные

пары дают несколько различную информацию о положении сердца в грудной клетке и о

механизмах его сокращения. При заболеваниях сердца в одном или нескольких отведениях могут

обнаруживаться отклонения от нормальной формы ЭКГ, и это существенно помогает при

постановке диагноза.

Реакции глаз. Для психофизиолога наибольший интерес представляют три категории

глазных реакций: сужение и расширение зрачка, мигание и глазные движения.

Пупиллометрия — метод изучения зрачковых реакций. Зрачок — отверстие в радужной

оболочке, через которое свет попадает на сетчатку. Диаметр зрачка человека может меняться в

пределах от 1,5 до 9 мм. Величина зрачка существенно колеблется в зависимости от количества

света, падающего на глаз: на свету зрачок сужается, в темноте — расширяется. Наряду с этим,

размер зрачка существенно изменяется, если испытуемый реагирует на воздействие эмоцио-

нально. В связи с этим пупиллометрия используется для изучения субъективного отношения

людей к тем или иным внешним раздражителям. Диаметр зрачка можно измерять путем простого

фотографирования глаза в ходе обследования или же с помощью специальных устройств,

преобразующих величину зрачка в постоянно варьирующий уровень потенциала, регистрируе-

мый на полиграфе.

Мигание (моргание) — периодическое смыкание век. Длительность одного мигания при-

близительно 0,35 с. Средняя частота мигания составляет 7,5 в минуту и может варьировать в

пределах от 1 до 46 в минуту. Мигание выполняет разные функции в обеспечении жизнедея-

тельности глаз. Однако для психофизиолога существенно, что частота мигания изменяется в

зависимости от психического состояния человека.

Движение глаз широко исследуются в психологии и психофизиологии. Это разнообраз-

ные по функции, механизму и биомеханике вращения глаз в орбитах. Существуют разные типы

глазных движений, выполняющие различные функции. Однако наиболее важная среди них

функция движений глаз состоит в том, чтобы поддерживать интересующее человека изображе-

ние в центре сетчатки, где самая высокая острота зрения. Минимальная скорость прослежи-

вающих движений около 5 угл. мин/с, максимальная достигает 40 град/с.

Электроокулография — метод регистрации и анализа движений глаз, основанный на

измерении разности потенциалов роговицы и сетчатки глаза. Используемый в комплексе с ре-

гистрацией ЭЭГ, метод позволяет выделить в картине биоэлектрической активности мозга ар-

тефакты (искажения), вносимые движениями глаз. Регистрация электроокулограммы находит

широкое применение в эргономике. В целях безопасности этот показатель используется для

контроля состояния водителей, долго находящихся за рулем автомашины или локомотива.

Психофизиология профессиональной деятельности. Курс лекций 12

Все описанные методы получения психофизиологической информации имеют свои дос-

тоинства и недостатки. Одновременное использование сразу нескольких из них в одной экспе-

риментальной ситуации позволяет получить более надежные результаты.