6. Теоремы к. Геделя и их значение для методологии науки.

Гедель хотел узнать, можно ли формализовать любую область знания. Формализм как направление в математике.

Уайтхед и Рассел пытались формализовать арифметику – не возможно.

Первая теорема Гёделя о неполноте

Во всякой достаточно богатой непротиворечивой теории первого порядка (в частности, во всякой непротиворечивой теории, включающей формальную арифметику), существует такая замкнутая формула F, что ни F, ни (-F) не являются выводимыми в этой теории.

Иначе говоря, в любой достаточно сложной непротиворечивой теории существует утверждение, которое средствами самой теории невозможно ни доказать, ни опровергнуть. Такое утверждение можно добавить к системе аксиом, оставив её непротиворечивой.

Вторая теорема Гёделя о неполноте

Во всякой достаточно богатой непротиворечивой теории первого порядка (в частности, во всякой непротиворечивой теории, включающей формальную арифметику), формула, утверждающая непротиворечивость этой теории, не является выводимой в ней.

Иными словами, непротиворечивость достаточно богатой теории не может быть доказана средствами этой теории. Однако вполне может оказаться, что непротиворечивость одной конкретной теории может быть установлена средствами другой, более мощной формальной теории. Но тогда встаёт вопрос о непротиворечивости этой второй теории, и т. д. Эта теорема имеет широкие методологические последствия как для математики, так и для философии.

Гедель - Возможности нашего мышления не сводятся к формализованным процедурам. Он считал, что мозг подчиняется законам формальной логики, а разум – другим законам. В тоге, он пришел к мистике.

И. Пригожин. Ограничения естественнонаучного подхода к психологии.

Шредингер изучает сходства и различия живых и неживых объектов. Живые объекты – возникновение порядка из порядка. Неживые – порядка из беспорядка.

И.Пригожин рассматривал живые и неживые устойчивые системы. Ввел физику в неживую природу – понятие «время», необратимость, - и тем самым повысил сходство живой и неживой природы.

Н.Бор – понятие неопределенности в природе – это основное понятие. «Точка бифуркации» - нельзя понять направление, по которому пойдет система после точки бифуркации и, двигаясь в обратном направлении, нельзя понять, откуда она (система) пришла.

И.Пригожин рассматривал вероятность как природный закон.

7. Методы полиграфических исследований в психофизиологии: виды регистрируемых показателей и их связь с психическими процессами и состояниями, области практического применения.

Регистрация вегетативных реакций не относится к прямым методам измерения информационных процессов мозга. Скорее всего, они представляют некоторую суммарную и неспецифическую характеристику информационных процессов.

Электромиография (ЭМГ). Регистрация суммарных колебаний потенциалов из возбужденных нервно-мышечных соединений и мышечных волокон. 5-30 мкВ, 100 Гц. Это покой, тоническое напряжение мышц (нормальное состояние в покое). Тоническое ЭМГ возрастает, даже если есть только мысленное движение. Амплитуда и частота ЭМГ зависит от количества возбужденных двигательных единиц. Нарастает градуально (скачками). Амплитуда может достигать 1-2 мВ.

По некоторым специфическим паттернам ЭМГ, зарегистрированным от мышц лица, точно можно идентифицировать различные эмоциональные состояния.

КГР. Позднее из КГР выделился ЭАК (электрическая активность кожи; связан с активностью потоотделения). Влияние из БП и гипоталамуса и ретикулярной формации. Методы регистрации КГР:

• Метод Фере (ПрК), 1888 г. Регистрируется сопротивление (проводимость кожи (ПрК)) кожи. Для этого метода нужен внешний источник тока.

• Метод Тарханова, 1990 г. Регистрация кожного потенциала. Электрический потенциал кожи (ПК). Не нужен внешний источник тока.

КГР может возникать при усилении внимания, появлении оборонительной реакции.

Плетизмограмма. Кровенаполнение периферических сосудов.

Плетизмография — способ регистрации изменений объема тела или части его, связанных с динамикой кровенаполнения. Общая плетизмография или body plethys-mography используется для исследования функций внешнего дыхания и минутного объема кровообращения. С помощью плетизмографии можно оценить сосудистый тонус и при использовании различных проб составить представление об органической или функциональной природе сосудистых изменений.

Регистрация плетизмограмм производится специальными приборами плетизмографами различной конструкции (водяные, электро-, фотоплетизмографы) Каждый из них имеет плетизмографический рецептор и датчик измерительного устройства. В зависимости от характера сигнала, получаемого при изменении кровенаполнения, различают механическую плетизмографию, при которой обследуемая часть тела заключается в герметически закрывающийся сосуд с твердыми стенками, а колебания объема регистрируются благодаря воздушной или водяной передаче, электроплетизмографию отражающую динамику электропроводимости в зависимости от степени кровенаполнения (она называется также импедансной плетизмографией, реографией, ее разновидности транстрахеальная, полисегментарная, электроплетизмография и др.), фотоэлектрическая плетизмография, или денсография, в основе которой лежит оценка светопроницаемости органов или части тела в зависимости от степени кровенаполнения. Последний метод не получил широкого применения, так как не является количественным.

Электроокулограмма. Регистрация движений глаз. Смотрят угол изменения наклона. Существует 8 движений глаз:

1. Микродвижения: 1. Тремор (20-40 угловых секунд); 2. Дрейф (медленное плавное перемещение глаз+микроскачки); 3. Микросаккады (быстрые движения, 2-50 угловых минут);

2. Макродвижения: 1. Макросаккады (произвольные, быстрые движения, 40 угловых минут-60 угловых минут); 2. Прослеживающие движения (плавные перемещения глаз, непроизвольны, начинаются через 150-200 мс после начала движения и продолжаются в течении 300 мс после его окончания; ±60 угловых градусов по горизонтали и 40 угловых градусов по вертикали).

При движении глаз, угол электрической и оптической оси изменяется, следовательно изменяется потенциал диполя глазного яблока на окружающие ткани. Оптическая ось глаза совпадает с электрической осью глаза. От движения меняется электрическая ось.

Эле́ктрокардиогра́фия — методика регистрации и исследования электрических полей, образующихся при работе сердца. Электрокардиография представляет собой относительно недорогой, но ценный метод электрофизиологической инструментальной диагностики в кардиологии.

Прямым результатом электрокардиографии является получение электрокардиограммы (ЭКГ) — графического представления разности потенциалов возникающих в результате работы сердца и проводящихся на поверхность тела. На ЭКГ отражается усреднение всех векторов потенциалов действия, возникающих в определённый момент работы сердца.

• Определение частоты и регулярности сердечных сокращений (например, экстрасистолы (внеочередные сокращения), или выпадения отдельных сокращений — аритмии).

• Показывает острое или хроническое повреждение миокарда (инфаркт миокарда, ишемия миокарда).

• Может быть использована для выявления нарушений обмена калия, кальция, магния и других электролитов.

• Выявление нарушений внутрисердечной проводимости (различные блокады).

• Метод скрининга при ишемической болезни сердца, в том числе и при нагрузочных пробах.

• Даёт понятие о физическом состоянии сердца (гипертрофия левого желудочка).

• Может дать информацию о внесердечных заболеваниях, таких как тромбоэмболия лёгочной артерии.

• В определённом проценте случаев может быть абсолютно неинформативна.

• Позволяет удалённо диагностировать острую кардиальную патологию (инфаркт миокарда, ишемия миокарда) с помощью кардиофона.

Для измерения разности потенциала на различные участки тела накладываются электроды.

Каждая из измеряемых разниц потенциалов называется отведением. Отведения I, II и III накладываются на конечности: I — правая рука — левая рука, II — правая рука — левая нога, III — левая рука — левая нога. Регистрируют также усиленные отведения от конечностей: aVR, aVL, aVF — однополюсные отведения.При однополюсном отведении регистрирующий электрод определяет разность потенциалов между конкретной точкой электрического поля (к которой он подведён) и гипотетическим электрическим нулём. Однополюсные грудные отведения обозначаются буквой V.

Пневмография (от греч. pnéuma — дыхание и ...графия), запись (регистрация) дыхательных движений человека и животных. П. широко применяется в экспериментальных и клинико-физиологических исследованиях для получения сведений о характере дыхательных движений, регуляции внешнего дыхания и его нарушениях при различных заболеваниях и патологических состояниях. Методические приёмы П. разнообразны; используемая аппаратура имеет 3 основных элемента: датчик, непосредственно воспринимающий дыхательные движения; устройство, передающее показания датчиков к регистрирующему аппарату; регистрирующая система. Обычно датчик, а иногда и всю установку называют пневмографом. Сигналы датчиков передаются к регистрирующей установке на большие расстояния с помощью радиосвязи — телепневмография (см. Биотелеметрия). П. не даёт количественной оценки вентиляции лёгких, поэтому её обычно дополняют спирометрией или спирографией, обеспечивающими регистрацию основных лёгочных объёмов, а также пневмотахографией — регистрацией объёмных скоростей воздуха, поступающего в лёгкие при вдохе и покидающего их при выдохе. Для исследования значения отдельных мышц в осуществлении дыхательных движений и анализа особенностей внешнего дыхания П. сочетают с электромиографией дыхательных мышц.

8. Электроэнцефалограмма и ее использование в психофизиологии: способы регистрации и виды анализа, ритмы ЭЭГ, вызванные потенциалы мозга, дипольное моделирование источников генерации; связь с психическими процессами и состояниями.

Бергер. Впервые зарегистрировал (1924 г.) биотоки ГМ неинвазивным способом. А Гальтон описал (1895 г.) их.

Бергер использовал игольчатые электроды, которые вводились под кожу (опыты на собственном сыне). Описал альфа- и бета-колебания, назвал из волнами Бергера. Указал на их связь с психическими состояниями.

1929 г. – статья об ЭЭГ человека.

1935 г. Адриан и Мэтьюз. Устроили демонстрацию ЭЭГ на себе. Но использовали графитовые электроды, и после этой демонстрации общественность обратила внимание на ЭЭГ.

С 80х годов интерес к ЭЭГ резко возрастает т.к. появляются новые методы анализа. Следовательно, извлекается больше информации.

Для анализа ЭЭГ используется спектральный анализ на основе Фурье-анализа.

ЭЭГ – это суммарная электрическая активность клеток ГМ. 2 способа регистрации: биполярный (разница потенциалов между двумя активными электродами) и монополярный (разница потенциалов между различными точками на поверхности головы относительно к какой-либо другой одной фиксированной точки (индифферентной), на которой электрические процессы минимальны (для себя = 0) – мочка уха). Сейчас используются монополярный способ. Система наложения электродов – система 10/20 (расстояние между электродами).

Ритмы мозга:

• Альфа-ритм. 8-13 Гц, 50-100 мкВ. Возникает при покое, длительной монотонной деятельности. Наиболее выражен в затылочной области. Веретено альфа-ритма – колебания альфа ритма (увеличение/уменьшение). Когда происходит реакция активации, альфа-ритм десинхронизируется.

• Мю-ритм. Регистрируется в роландической борозде. Он же аркообразный ритм (в ЭЭГ похож на арку). Связан с тактильным раздражением и воображением движения. Очень выражен у слепых, это свое рода компенсация зрительной системы.

• Каппа-ритм. В височной области. Возникает при снижении альфа-ритма при умственной деятельности.

• Бета-ритм. 14-30 Гц, 5-30 мкВ. Все области мозга. Возникает при интенсивной деятельности и в парадоксальной фазе сна (сновидения).

• Гамма-ритм. Больше 30 Гц, меньше 15 мкВ. Возникает при максимальной сосредоточенности внимания и при обучении.

• Тета-ритм. 4-8 Гц, 20-100 мкВ. Наиболее выражен в гиппокампе, отвечает за поисковое поведение, выбор действий, увеличивается при эмоциональном напряжении.

• Дельта-ритм. 1-4 Гц, сотни мкВ. Сон, кома, его можно регистрировать недалеко от зоны мозга, где находится опухоль.

• Сверхмедленные потенциалы коры. От 100 мкВ до десятка мВ. Бывают секундные (период между колебаниями- 3-10 сек)), дека-секундные (15-60 сек), минутные (2-9 мин), дека-минутные (10-20 мин), часовые (0.5-1.5 ч).

Сравнительный анализ биоэлектрических потенциалов разных областей ГМ (Ливанов).

Зарегистрировал феномен развития пространственной синхронизации потенциалов в диапазоне определенного ритма.

ЭЭГ-артефакты (на самой записи ЭЭГ) – электрические процессы, не связанные с деятельностью ГМ: технические (аппаратура плохо соединена, сигнал плохо идет ит.д.) и биологические (моргание пациента, его движения, напряжение мускулатуры лица ит.д.).

ВП. Сенсорные стимулы вызывают изменения в суммарной электрической активности мозга, которые выглядят как последовательность из нескольких позитивных и негативных волн, которая длится в течение 0.5-1 с после стимула. Этот ответ получил название вызванного потенциала. Его нелегко выделить из фоновой ЭЭГ. В 1951 г. Дж. Даусон разработал технику когерентного накопления или усреднения ответов. Использовалась процедура синхронизации ЭЭГ относительно момента предъявления стимула, который поэтому многократно повторялся. Сначала использовалась суперпозиция – наложение нескольких реакций (участков ЭЭГ, следующих за стимулом). Обычно это выполнялось на фотопленке, что позволяло выявить наиболее устойчивые части реакции на стимул. Затем процедура суперпозиции была заменена на суммацию участков ЭЭГ и получение усредненного вызванного потенциала.

Эффективность этой процедуры была наглядно продемонстрирована при выявлении звуковых стволовых ВП. Позже техника усреднения ВП была применена для выявления потенциалов, связанных с движением. Участки ЭЭГ усреднялись относительно не стимула, а начала движения. Это дало возможность исследовать моторные потенциалы и потенциалы готовности, предшествующие движению. Для обозначения всех групп потенциалов был введен общий для них термин – «потенциалы, связанные с событиями» (ПСС), объединяющий ВП, моторный потенциал и др.

На основе многоканальной регистрации ЭЭГ был разработан метод картирования биотоков мозга. Картирование дает представление о пространственном распределении по коре любого выбранного показателя электрической активности мозга. Это может быть ВП, один из его компонентов или альфа-ритм (или другие частотные полосы спектра ЭЭГ). Значение мощности выбранного показателя подразделяется на уровни. В одном варианте каждому уровню приписывается свой цвет и изменение локуса активности выглядит как перемещение определенного цвета по карте. В другом варианте значения показателя, принадлежащие одному уровню, соединяются изолиниями, как на топографических картах, на которых можно видеть возвышенности и впадины. Рассматриваются карты, полученные в разное время и в разных условиях. Этот метод позволяет выявить фокусы активности мозга. Используется процедура вычитания одной карты потенциалов из другой, что позволяет связать паттерн ЭЭГ-активности с той или другой когнитивной операцией.

Чтобы сжать информацию, содержащуюся в карте с изолиниями, делают следующий шаг: рассчитывают некоторый источник тока – диполь, эквивалентный реальному источнику тока в мозге. Определяют его локализацию, ориентацию, длину. Такими диполями обычно можно объяснить до 80-90% потенциалов, зарегистрированных от поверхности черепа. Процедура определения диполя включает построение новой карты распределения потенциалов исходя из характеристик первично рассчитанного диполя. Исходную карту сравнивают с рассчитанной картой, при их различии включают процедуру итерации, которая вносит коррективы в локализацию и характеристики рассчитанного диполя. В результате расчетная карта потенциалов максимально приближается к исходной. При расчете диполя учитывают различия распространения тока в объемном проводнике для разных типов ткани под электродом (кожа, кости, мозг ит.д.).

ВП

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 специальными 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.

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 уровень включает описание ВП как многокомпонентной реакции с анализом конфигурации, компонентного состава и топографических особенностей. 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 образований в происхождении тех или иных компонентов 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 тех 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 следует квалифицировать как психонервную реакцию, т.е. такую, которая прямо связана с процессами психического отражения. 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 экспериментальной модели. 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. По этой 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. При этом 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.

9. Электроэнцефалограмма и магнитоэнцефалограмма: способы регистрации, обработка и представление данных, сравнительный анализ возможностей в исследовании механизмов психических процессов и состояний.

ЭЭГ в 8 вопросе.

МЭГ. МЭГ – это регистрация магнитных полей, которые создаются электрическим током от синхронной активности множества нервных клеток.

Эффект Джозефсона. СКВИД. Сверхпроводниковый квантовый интерференционный датчик. Это магнитные катушки для регистрации магнитной активности. В их основе лежит эффект Джозефсона. Он теоретически предсказал явление в сфере сверхпроводников. Явления: в триаде «сверхпроводник–диэлектрик-сверхпроводник» возникает электрический ток. Этот эффект используется в радиотелескопах или для улавливания магнитной активности в ГМ.

Первый МЭГ – 1983 г.

Магнитное поле быстро угасает и это надо предотвратить. Для этого используют градиометр, его совмещают со СКВИДом, и все это размещают в вакуумно-изолированных сосудах Дюара, в которых находится жидкий гелий. Чтобы уменьшить лучеиспускание, внутри сосуды покрывают серебром. Это очень неудобно и очень дорого.

МЭГ отражает активность тангенциально (параллельно коре) расположенных слоев коры. МЭГ регистрирует активность только коры, в отличие от ЭЭГ (подкорка и кора). МЭГ регистрируется без помех со стороны кожи, черепа ит.д. МЭГ не требует индифферентного электрода. МЭГ связан с бесконтактным уровнем регистрации. Для МЭГ, как и для ЭЭГ, существует проблема увеличения соотношения «сигнал-шум», поэтому усреднение ответов также необходимо. Полезно их комбинировать.

Термоэнцефалоскопия. Измеряют локальный метаболизм мозга и кровоток по теплопродукции. Мозг излучает теплолучи в УФ-диапазоне. Водяные пары воздуха задерживают значительную часть этого излучения. Но есть 2 диапазона частот (3-5 и 8-14 мкм) в которых тепловые лучи распространяются в атмосфере на огромные расстояния, поэтому могут быть зарегистрированы. УФ-излучения улавливается на расстоянии от нескольких сантиметров до метра термовизором с автоматической системой сканирования. Сигнал попадает в точечные датчики. Каждая термокарта содержит 10-16 тыс. дискретны точек, образующих матрицу 128х85 или 128х128 точек. Процедура измерения в одной точке длится 2.4мкс. В работающем мозге температура отдельных участков непрерывно меняется. Построение термокарты дает временной срез метаболической активности ГМ. При получении термокарт ГМ видеокамеру помещают над поверхностью коры, на которую нанесли краситель, генерирующий УФ-излучения в зависимости от активности мозга.

10. Методы неинвазивного изучения мозга. Рентгеноструктурная томография и метод структурной магнитно-резонансной томографии (ядерно-магнитного резонанса): физическая сущность методов, разрешающая способность, типы получаемых данных.

РСТ. 1917 г. – Радон. Разработал аппарат, который позволял по результатам трансформации функций восстанавливать ее изначальную форму. С помощью этого изучал внутреннее строение звезд. Есть 2 типа преобразований: прямое (описание объектов множеством изображений) и обратное (восстановление всей внутренней структуры объекта по набору его проекций).

Используется рентген. Если рентгеновски луч не натолкнется на препятствие, то он почти не потеряет энергии. Если есть препятствие – потеря энергии. Получают множество срезов ГМ, при совмещении получается объемная картинка мозга.

МРТ. Протоны ГМ в магнитном поле (МП) колеблются с частотой, пропорциональной напряженности МП. Подаются радиоволны в ГМ, протоны поглощают энергию радиоволн с частотой осцилляции (колебания). Потом ядра излучают поглощенную энергию. Регистрируется эта излучаемая обратная энергия.

В катушке индуктивности возникает переменная электродвижущая сила (ЭДС), ее частота несет информацию о плотности химически эквивалентных ядер. Разное количество энергии дает разные тени на пленке.

Для контрастности рисунка, в кровь могут ввести контрастное вещество, которое будет видно. Плюс к тому, позволяет просматривать как идет кровоток (есть ли закупоривание ит.д.).

Разрешающая способность очень низкая, сложно поймать маленькие процессы. Улавливает крупные механизмы (но не факт, что это и есть механизм).

Методология применения томографии для изучения ВПФ ГМ: процедура вычитания карты активности мозга, полученной во время выполнения менее сложной когнитивной операции из карты активности, соответствующей более сложной ВПФ.

Вначале МРТ применялась для структурной томографии – получения карты структур мозга на основе контраста белого и серого вещества. Функциональная томография основана на использовании парамагнитных свойств тех агентов, которые можно ввести в организм. Такие агенты приобретают магнитные свойства, только попав в магнитное поле. Функциональная МРТ использует парамагнитные субстанции гемоглобина. Когда гемоглобин отдает кислород, он становится парамагнитным. Это позволяет выявить участки мозга с активно работающими нейронными клетками. Данный метод вытесняет ПЭТ, так как ему не нужен изотоп и его временное разрешение выше (сотни миллисекунд).

Существует единая методология применения томографии для изучения высших психических функций мозга. Она предполагает процедуру вычитания карты активности мозга, полученной во время выполнения менее сложной когнитивной операции, из карты активности, соответствующей более сложной психической функции.

11. Методы неинвазивного изучения мозга. Метод позитронно-эмиссионой томографии (ПЭТ): физическая сущность метода, разрешающая способность, типы получаемых данных, возможности и ограничения в изучении механизмов высших психических функций.

ПЭТ. Вводят изотоп. В ГМ эти изотопы излучают позитроны, а эти позитроны входят в ткань ГМ на 3 мм от изотопа и сталкиваются с электроном. Они аннигилируются (уничтожаются) и возникают 2 протона, которые разлетаются друг от друга под углом в 180 градусов. Регистрация происходит с помощью кристаллических детекторов протонов, используют дизоксиглюкозу (как изотоп). Разные области по-разному поглощают ее, следовательно разная ее концентрация в разных областях. На карте отражается разлетание протонов.

Суть томографических методов исследования — получение сре­зов мозга искусственным путем. Для построения срезов использу­ют либо просвечивание, например, рентгеновскими лучами, либо излучение от мозга, исходящее от изотопов, введенных предвари­тельно в мозг. Последний принцип используется в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Общий принцип томографии был сформулирован в 1927 г. ав­стрийским физиком Дж. Родоном (Rodon J.), занимавшимся про­блемой гравитации. Он доказал, что, имея множество изображе­ний срезов объекта, можно восстановить всю его структуру и при желании получить изображение тех его срезов, которые исходно не были получены. Операции, которые выполняются при томогра­фии, получили название прямого и обратного преобразования Родона: описание объекта множеством изображений — прямое пре­образование Родона, восстановление всей внутренней структуры объекта по набору его проекций — обратное преобразование.

Различают структурную и функциональную томографию. Рент­геновская томография относится к структурной. ПЭТ, которую еще называют прижизненным методом функционального изотопного картирования мозга, относится к функциональной.

Позитронно-эмиссионная томография основана на выявлении распределения в мозге различных химических веществ, которые принимают участие в метаболической активности мозга. Для этого используют короткоживушие радиоизотопы элементов, входящих в молекулы биоорганических соединений. Так, замещение в моле­куле какого-либо вещества атома углерода, кислорода, азота или фтора соответственно изотопом ¹¹С, ¹⁵Ю, ¹³N, ¹⁸F не влияет на хи­мические свойства вещества, но позволяет проследить его движе­ние методом ПЭТ. Во время исследования меченое вещество вво­дят в вену или ингаляционно, и оно с током крови поступает в мозг, где включается в соответствующий физиологический процесс.

Перечисленные изотопы являются позитронизлучающими. Явле­ние позитронной эмиссии — это исход из ядра позитронов, в кото­ром нарушен баланс между позитроном и электроном. Позитрон после свободного пробега (1—10 мм) взаимодействует со своей античастицей — электроном. При их воссоединении (аннигиля­ции) выделяются 2 гамма-кванта, которые разлетаются в прямо противоположных направлениях под углом 180°. Это позволяет вве­сти счетчики совпадения, которые стоят на противоположных сто­ронах кольца по многим линиям (рис. 5). ПЭТ-камера содержит детекторы гамма-излучения, собранные в кольца (обычно 8—16). Голова человека находится внутри колец. При сборе данных и последующем расчете определяют плотность актов аннигиляции позитрона с электроном по каждой линии за время сканирования. Множество линий, образованных счетчиками совпадения, дают воз­можность получить распределение плотности аннигиляции в одном срезе мозга. По полученным горизонтальным срезам строят трехмер­ное отображение плотности аннигиляции; так создается трехмер­ный образ объекта для дальнейшего визуального или статистическо­го анализа. Позитронно-эмиссионная установка для функциональ­ной томографии мозга в течение многих лет эксплуатируется для клинической диагностики и в исследовательских целях в Институте мозга человека РАН Санкт-Петербурга (Медведев С.В. и др., 1996).

Рис. 5. Схематичное расположение в одном кольце детекторов гамма-из­лучения (радиационных датчиков) для исследования методом ПЭТ. Для локализации источника активации в мозге используются контуры совпа­дения, создаваемые парами детекторов, одновременно фиксирующими появление фотонов. Отрицательное заключение выносится, когда возбуж­дается только один из детекторов пары.

а — положительное, б — отрицательное заключение о детекции на основе совпадения эффектов (по R. Näätänen, 1992).

12. Методы неинвазивного изучения мозга. Метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ): физическая сущность метода (явление ЯМР), разрешающая способность, типы получаемых данных, возможности и ограничения в изучении механизмов высших психических функций.

В последние несколько лет на базе методов магнитно-резонан¬сной томографии (МРТ), которые сначала применялись для струк¬турной томографии — получения карты структур мозга на основе контраста белого и серого вещества, появилась функциональная МРТ. Техника функциональной МРТ (ФМРТ) основана на использова¬нии парамагнитных свойств тех агентов, которые можно ввести в организм. Такие агенты не обладают магнитными свойствами, но приобретают их, лишь попав в магнитное поле. Функциональная МРТ использует парамагнитные субстанции гемоглобина. ФМРТ измеряет пространственное распределение гемоглобина, отдавше¬го свой кислород (деоксигемоглобина), точнее — соотношение деоксигемоглобина к гемоглобину. Когда гемоглобин теряет кис¬лород, он становится парамагнитным. При активации организма возрастает метаболическая активность мозга. Это связано с увели¬чением объема и скорости мозгового кровотока. Дополнительный приток кислорода к участку мозга приводит к снижению в нем концентрации парамагнитного деоксигемоглобина. Существование многих локусов активации отражается в неравномерном распреде¬лении в мозге деоксигемоглобина, что создает неоднородность маг¬нитного поля, которую используют для получения карт локальных активации. Функциональная МРТ позволяет выявлять участки мозга с активно работающими нейронными клетками. Данный метод вы¬тесняет ПЭТ, так как ему не нужен изотоп и его временное разре¬шение выше, чем у ПЭТ (сотни миллисекунд). Недавно в МГУ им. М.В. Ломоносова создан Центр магнитно-резонансной томог¬рафии, базу которого предполагается использовать для интегра¬ции различных наук в изучении мозга.

фМРТ. Техника фМРТ основана на использовании парамагнитных свойств тех агентов, которые можно внести в организм. Такие агенты не обладают магнитными свойствами, пока не попадают в магнитное поле. фМРТ используют парамагнитные субстанции гемоглобина, измеряется пространственное распределение гемоглобина, отдавшего свой кислород (диоксигемоглобина), точнее соотношение диоксигемоглобина к гемоглобину. Когда гемоглобин теряет кислород, он становится парамагнитным. При активации организма возрастает метаболическая активность ГМ, увеличивается объем и скорость мозгового кровотока. Происходит дополнительный приток кислорода к участку ГМ, что приводит к снижению в нем концентрации диоксигемоглобина. Существование многих локусов активации отражается в неравномерном распределении в ГМ диоксигемоглобина, что создает неоднородность МП, которую используют для получения карт локальных активаций. фМРТ позволяет выявлять участки ГМ с активно работающими нервными клетками.

13. Психофизиологическая характеристика функциональных состояний мозга (ФС): определение, типы и способы объективной оценки (диагностики). Связь ФС с работоспособностью (эффективностью деятельности).

ФС – фоновая активность нервных центров, при которой реализуется та или иная деятельность человека. ФС зависит от мотивационных характеристик деятельности, времени суток и др. ФС в основном определяются ретикулярной формацией и симпатической и парасимпатической вегетативной НС.

Типы ФС: ЭЭГ:

Аффект гамма- ритм (???)

Активное бодрствование альфа и бета-ритм

Спокойное бодрствование альфа-ритм

Дремота альфа и дельта-колебания

Сон (медленный/быстрый) медленный: дельта-ритм, быстрый: бета и гамма

Кома дельта – ритм

3 основных базисных ФС: активное бодрствование, медленный сон, быстрый сон.

еще выделяют 4- е, особое ФС: медленное (молитвенное) бодрствование. у священников во время молитвы: низкая частота колебаний (2-3 Гц). дельта- ритм. что-то вроде стадии медленного сна в бодрствующем состоянии. после прекращения появляются альфа и бета – ритмы ( наблюдается потеря чувства времени, это состояние не равно медитации, чаще наблюдается у мусульман, похожее состояние бывает у дзен-будистов (снижение частоты, но не до дельта- ритма)). физиологи объясняют это ФС отключение коры ГМ, психологи: вариант измененного состояния сознания.

ФС и эффективность деятельности.

Йеркс и Додсон в начала ХХ века открыли закон, согласно которому для каждого типа заданий есть свой оптимум активации (определённое благоприятное состояние напряжения ~ФС), обеспечивающий наиболее успешное его исполнение. Графически этот закон можно описать колоколообразной кривой, которую также называют обратной U-образной зависимостью. На практике она проявляется в низкой эффективности любой деятельности, как при возбуждении, так и при полном расслаблении. При оптимуме активации отмечаются самые высокие показатели исполнения многих психологических задач. Даффи установила, что эффективность выполнения психологически тестов у детей ниже, В случае высокого уровня мышечного напряжения по сравнению со средними значениями этого показателя.

Пр.: записывали психофизиологические корреляты активационных процессов, было показано, что слова, вызывающие у испытуемого большую амплитуду КГР (или увеличения ЧСС) лучше сохраняются в памяти.

В тоже время ряд исследований не подтверждает существование этой простой закономерности. Подобное расхождение в результатах можно объяснить тем, что зависимость запоминания от уровня активации подвергается действию множества других влияний (напр., личность испытуемого), и конечный результат исследования зависит от общей специфики построения эксперимента.

Гипотеза: между уровнем активации и шкалирования эмоций также существует зависимость, подчиняющихся этому закону. На практике это означает, что максимальная вариабельность эмоциональных ответов испытуемых должна наблюдать при оптимуме мотивации.

Оптимальное функциональное состояние (ФС).

Ведение обучение в коридоре оптимального ФС (опыты Мангины).

Отношение ФС и эффективности выполняемой работы принято описывать в виде куполообразной кривой. Тем самым вводится понятие оптимального ФС, при котором человек достигает наиболее высоких результатов. Поэтому управление ФС является одним из важных резервов, который может быть использован для повышения эффективности деятельности человека на производстве, в школе, в ВУЗе и в других сферах общественной практики. Оптимизация ФС – непременное условие формирования здорового образа жизни!

Возможность оптимизировать обучение детей за счет управления их состоянием была исследована Мангиной. Исследования показали, что успевающие дети работают в определенном оптимальном коридоре ФС. Проводя контроль электрической активности кожи и изменяя ФС, он ускорил у детей с задержкой умственного развития формирование ряда когнитивных навыков и повысил их успеваемость в школе. Данные свидетельствуют о зависимости обучения от модулирующих влияний и позволяют говорить о факторах, необходимых для успешного ассоциативного научения:

1. наличие условного сигнала

2. подкрепления

активирующих модулирующих влияний.

Физиологические индикаторы функциональных состояний.

Двигательные:

Уровень двигательной активности

Уровень фонового мышечного напряжения

Вегетативные:

- Частота и глубина дыхания

- КГР

- Гистограмма желудка

- АД (артериальное давление)

- Расширение/сужение сосудов головы и конечностей

- ЧСС (частота сердечных сокращений)

Электроэнцефалографические:

§ Альфа-ритм (депрессия при внимании)

§ Усиление высокочастотных ритмов (при внимании)

§ ВП (Метод вариационной пульсометрии??): ССП, НР, ПН (не знаю, что это!!!) лучше не говорить.

Лекции.

ФС – фоновая активность нервных центров, при которой реализуется та или иная деятельность человека. ФС зависит от мотивационных характеристик деятельности, времени суток и др. ФС в основном определяются ретикулярной формацией и симпатической и парасимпатической вегетативной НС.

Типы ФС: ЭЭГ:

• Активное бодрствование альфа и бета-ритм

• Спокойное бодрствование альфа-ритм

• Дремота альфа и дельта-колебания

• Сон (медленный/быстрый) медленный: дельта-ритм, быстрый: бета и гамма

• Кома