Тема 3. Методы психофизиологии

Психофизиология является естественной наукой. Она может открывать новые закономерности только с помощью эксперимента. Следовательно, ее развитие зависит от совершенства и разнообразия исследовательских и диагностических методов.

3.1. Активные методы изучения функций мозга

К ним относится изучение мозга после прямых и косвенных воздействий на мозг.

3.1.1. Разрушение участков мозга

Наиболее старый и распространенный метод прямого воздействия на мозг, который используется в основном на животных, а по отношению к людям применяется в связи с операциями по удалению больных участков мозга.

Способы вмешательства:

перерезка отдельных путей или полное отделение структур (например, перерезка мозолистого тела);

разрушение структур при пропускании постоянного тока или тока высокой частоты через введенные в соответствующие участки мозга электроды;

хирургическое удаление ткани скальпелем или отсасывание с помощью вакуумного насоса;

химическое разрушение с помощью специальных препаратов, истощающих запасы медиатора или разрушающих нейроны;

обратимое функциональное разрушение, которое достигается за счет охлаждения, местной анестезии и пр.

3.1.2. Электрическая стимуляция (и самостимуляция) осуществляется:

через введенные в мозг электроды во время операций, что позволяет изучить психические функции различных отделов мозга;

через прикрепленные к черепу электроды с помощью слабого постоянного тока или электромагнитного поля (метод микрополяризации).

Метод микрополяризации хорош тем, что без разрушения мозга позволяют зафиксировать влияние мозговых изменений на психические процессы.

3.1.3. Сенсорная стимуляция

Это косвенное воздействие на мозг осуществляется с использованием стимулов разных видов (свет, звук и пр.) и степеней сложности. Многие реакции ЦНС на этих раздражители хорошо изучены.

3.2. Пассивные методы изучения функций мозга

3.2.1. Электроэнцефалография (ээг)

Метод регистрации и анализа суммарной биологической активности, отводимой с поверхности черепа и, возможно, из глубоких структур мозга, осуществляется в клинических условиях с помощью сложного оборудования.

В 1929 г. австрийский психиатр Х. Бергер обнаружил, что с поверхности черепа можно регистрировать «мозговые волны», которые зависят от состояния испытуемого. Он зафиксировал эти волны, увидел различия между ними по частоте и дал им названия. Позже ученые установили, какому виду психической деятельности соответствует каждая волна. Важно, что электрическая активность мозга имеет спонтанный, автономный характер. Она может быть зафиксирована уже у плода, в глубокой коме и при наркозе, а исчезает только после смерти.

Сейчас этот метод является наиболее перспективным для науки, хотя получаемая с его помощью информация еще недостаточно расшифрована.

Условия регистрации. Запись биотоков мозга происходит в звукоизолирующей экранированной камере с помощью многоканальных усилителей на регистрирующей аппаратуре (чернилопишущий энцефалограф, многоканальный магнитофон). Одновременно используются 8…16 каналов регистрации. Существуют два основных метода размещения электродов:

биполярный – два электрода помещаются в электрически активные точки скальпа; при этом на ЭЭГ отражается результат взаимодействия этих точек, например с лобного и затылочного отведения;

монополярный – один электрод помещается в электрически активной точке, а другой – в электрически нейтральной (мочка уха, переносица); на ЭЭГ фиксируется работа одной (активной) точки.

Чаще используется монополярный вариант, хотя выбор метода зависит от целей исследования.

Международная федерация психофизиологов определила расположение электродов по системе «10–20».

Виды показателей. Основными показателями биотоков являются частота и амплитуда волн. Разбиение ритмов по частоте было сделано достаточно произвольно. Впоследствии экспериментальным путем были выявлены ситуации, в которых проявляются данные ритмы.

По частоте различают ритмы (рис. 11):

дельта-ритм (0,5…4 гц) доминирует на стадии медленного сна (дельта-сон);

тета-ритм (5…7 гц) связан с эмоциональным и умственным напряжением (стресс-ритм); сопровождает переживание положительных и отрицательных эмоций (отражает активацию коры со стороны лимбической системы); усиливается при мыслительной работе и соотносится с успешностью решения задач; характерен для стадии быстрого сна;

альфа-ритм (8…13 гц) доминирует в состоянии спокойного бодрствования (без внешних раздражителей); считают, что он создает оптимальный фон для процессов приема и переработки сигналов, так как мозг находится в состоянии функциональной стабильности и обеспечивает готовность реагирования;

мю-ритм сходен с альфа-ритмом, но преобладает в передних отделах коры;

бета-ритм (15…35 гц) является высокочастотным и низкоамплитудным; сопровождает умственную деятельность, особенно с элементами новизны (при стереотипных умственных операциях этот ритм исчезает);

гамма-ритм (от 35 до 200 и даже 500 гц) широко представлен в различных структурах мозга; известно только, что он принимает непосредственное участие в сенсорных и когнитивных процессах.

В последнее время были зарегистрированы ритмы с очень медленными частотами (несколько часов, суток).

Другой важной характеристикой ЭЭГ является амплитуда. Она связана с частотой (у медленных волн она может быть в 10 раз выше, чем у быстрых).

Методы анализа ЭЭГ. Электроэнцефалограмма нуждается в расшифровке. Визуальный метод анализа позволяет обнаружить очаговые поражения мозга. Этот способ носит качественный характер и предполагает умение читать ЭЭГ. Но в клинической практике грубые нарушения встречаются редко (20…30 % случаев), а при нечетких изменениях биоэлектрической активности диагностика «малой» психиатрии (на границе между нормой и явной патологией) с помощью ЭЭГ затруднительна.

В настоящее время разработан статистический метод анализа ЭЭГ с применением компьютера. Он позволяет оценить характер внутри- и межполушарных связей в покое и при разных видах деятельности, установить ведущее полушарие для конкретной деятельности, установить наличие устойчивой межполушарной асимметрии.

Источники генерации волн ЭЭГ. Установлено, что в ритмах ЭЭГ не отражается импульсная активность нейронов, так как эта активность имеет малые временные параметры (длительность потенциала действия нейрона 2 мс, а длительность волн ЭЭГ – десятки и сотни мс). Принято считать, что в волнах ЭЭГ отражается синаптическая активность нейронов. Действительно, возбуждающие постсинаптические потенциалы (на мембране принимающего нейрона) имеют длительность более 30 мс, а тормозные – 70 мс и более. Эти потенциалы имеют градуальный характер и могут суммироваться, в то время как потенциал действия отдельного нейрона возникает по принципу «все или ничего».

Ритмический характер биоэлектрической активности коры обусловлен влиянием таламуса, где находятся главные, но не единственные водители ритма (пейсмекеры). Так односторонняя хирургическая изоляция таламуса приводит к полному исчезновению альфа-ритма в прооперированном полушарии, хотя в ритмической активности самого таламуса ничего не меняется. Некоторые нейроны таламуса обладают свойством авторитмичности и определяют ритмическую активность больших полушарий.

Большое воздействие на электрическую активность коры имеет ретикулярная формация (РФ). Она генерирует устойчивую ритмическую картину ЭЭГ (синхронизирует) или нарушает согласованный ритм (десинхронизирует).

Магнитоэнцефалография является разновидностью метода ЭЭГ. Проводится в специальной изолирующей камере сверхпроводящими квантовыми датчиками. Большее количество датчиков и бесконтактная запись позволяют избежать искажений от черепа. Метод дает пространственную картину распределения электромагнитных полей мозга.