Психофизиология как наука и является той областью знаний, которая призвана изучать как внутренние, так и внешние признаки поведения и психики человека, то есть субъективные и объективные стороны его существования. Психофизиология (от греч. рхуске -- «душа», ркуш -- «природа» и 1одо$ -- «учение») -- наука, изучающая физиологические механизмы психических процессов и состояний.

Предметом психофизиологии профессиональной деятельности являются психофизиологические компоненты, которые побуждают, направляют и регулируют трудовую активность субъекта и реализуют ее в исполнительских действиях, а также свойства личности, через которые эта активность реализуется. Цель психофизиологии профессиональной деятельности состоит в том, чтобы показать человека во всей совокупности его биологических, психических и социальных проявлений.

Сфера психофизиологии профессиональной деятельности очень широка, а ее границы с другими дисциплинами достаточно условны. К числу основных исследовательских задач психофизиологии профессиональной деятельности относят:

• * исследование особенностей психических процессов (внимания, представления, памяти, мышления и др.) как регуляторов трудовой деятельности личности;
• * изучение основных психофизиологических свойств субъекта труда и их структуры как факторов организации трудовой деятельности и ее эффективности;
• * изучение особенностей и структуры функциональных состояний в трудовой деятельности, а также их связи с динамикой трудового процесса и его эффективностью;
• * раскрытие и учет индивидуальных психофизиологических особенностей субъекта труда. Указанные задачи не исчерпывают всей проблематики психофизиологии профессиональной деятельности, всех ее направлений и целей, а лишь являются основными.

Наряду с ними, существует, и категория традиционных задач, в частности, это разработка основ специального направления -- профессиографического, суть которого -- психофизиологическая характеристика основных профессий, определение требований профессий к личности, изучение мира профессий в целом. Это и так называемая карьеровая психология, точнее -- та ее часть, которая рассматривает психофизиологические закономерности процесса профессионализации личности, начиная от этапов профессиональной ориентации и обучения и кончая завершающими этапами профессиональной биографии.

Психофизиология, как одна из областей современной науки о человеке, является междисциплинарной отраслью знаний и базируется на достижениях как естественных, так и гуманитарных дисциплин. Изучает роль биологических факторов, в том числе свойств нервной системы, в реализации психической деятельности, то есть исследует психические процессы и состояния в единстве с их нейрофизиологической основой. Психофизиология -- естественнонаучная ветвь психологического знания, поэтому необходимо определить ее положение по отношению к другим дисциплинам той же ориентации:

• * физиологическая психология;
• * нейропсихология;
• * физиология высшей нервной деятельности.

В настоящее время, физиологическая психология понимается как отрасль психологической науки, изучающая физиологические механизмы психической деятельности, от низших до высших уровней ее организации. Таким образом, задачи психофизиологии и физиологической психологии практически совпадают, и в настоящее время различия между ними носят в основном терминологический характер. Согласно представлениям А.Р. Лурии, физиологическая психология изучает основы сложных психических процессов -- мотивов и потребностей, ощущений и восприятия, внимания и памяти, сложнейших форм речевых и интеллектуальных актов, т.е. отдельных психических процессов и функций. В отличие от физиологической психологии, где предметом является изучение отдельных физиологических функций, предметом психофизиологии, как подчеркивал А.Р. Лурия, служит поведение человека или животного. При этом поведение оказывается независимой переменной, тогда как зависимой переменной являются физиологические процессы. По Лурии, психофизиология -- это физиология целостных форм психической деятельности, она возникла в результате необходимости объяснить психические явления с помощью физиологических процессов, и поэтому в ней сопоставляются сложные формы поведенческих характеристик человека с физиологическими процессами разной степени сложности.

Современная психофизиология как наука о физиологических основах психической деятельности и поведения человека представляет собой область знания, которая объединяет физиологическую психологию, физиологию ВНД, «нормальную» нейропсихологию и системную психофизиологию. Взятая в полном объеме своих задач, психофизиология включает три относительно самостоятельные части: общую, возрастную и дифференциальную. Каждая из них имеет собственный предмет изучения, задачи и методические приемы. Общая психофизиология -- наука, изучающая физиологические основы познавательных процессов, эмоциональной потребностной сферы и функциональных состояний человека. Результаты исследований в области психофизиологии -- фундамент всех отраслей психофизиологической науки. Познавательные процессы охватывают ощущения, восприятия, память, воображение, мышление. Функциональные состояния зависят от особенностей характера выполняемой деятельности; величины сенсорной нагрузки; исходного уровня активности сенсорной системы; индивидуальных особенностей нервной системы; воздействий, выходящих за рамки естественной среды обитания.

Возрастная психофизиология -- наука, изучающая онтогенетические изменения физиологических основ психической деятельности человека. Возрастная психофизиология стремится к раскрытию психофизиологического содержания последовательных этапов онтогенеза, изучает возрастную динамику психических процессов. Для возрастной психофизиологии весьма существенны дифференциально-психологические различия, к которым относятся половозрастные и типологические свойства индивида.

Дифференциальная психофизиология -- наука, изучающая естественнонаучные основы и предпосылки индивидуальных различий в психике и поведении человека. В дифференциальной психофизиологии используются два методических приема: сопоставление физиологических и психологических параметров, полученных в независимых экспериментах, и изучение изменений физиологических функций во время реализации той или иной психической деятельности. Обычно в дифференциальной психофизиологии исходят из представления о первичности нейрофизиологического уровня: свойства нервной системы рассматриваются как независимая переменная, психологические -- как зависимая.

Психофизиология -- экспериментальная наука, поэтому важное значение имеет применение адекватных методов исследования.

Основными методами регистрации физиологических процессов в психофизиологии являются электрофизиологические методы, так как в физиологической активности клеток, тканей и органов особое место занимает электрическая составляющая. Электрические потенциалы отражают физико-химические следствия обмена веществ, сопровождающие все основные жизненные процессы, и поэтому являются исключительно надежными, универсальными и точными показателями течения любых физиологических процессов.

Электроэнцефалография -- метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ), т.е. суммарной биоэлектрической активности, отводимой как со скальпа, так и из глубоких структур мозга. Последнее у человека возможно лишь в клинических условиях. В 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 характер. 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.

Визуальный (клинический) анализ ЭЭГ используется, как правило, в диагностических целях. Электрофизиолог, опираясь на определенные способы такого анализа ЭЭГ, решает следующие вопросы: соответствует ли ЭЭГ общепринятым стандартам нормы; если нет, то какова степень отклонения от нормы, обнаруживаются ли у пациента признаки очагового 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 дискретизации (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 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.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) -- метод регистрации и анализа параметров магнитных полей организма человека и животных. Магнитные поля создаются слабыми электрическими токами как результатом активности нервных клеток. Данный метод дополняет информацию об особенностях функционирования мозга, получаемую с помощью ЭЭГ. Оба метода позволяют 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 электрической активности, возникающих в области нервно-мышечных окончаний и мышечных волокнах при поступлении к ним импульсов от мотонейронов спинного и головного мозга.

Электромиография -- 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. Регистрация ЭМГ позволяет выявить намерение начать движение за несколько секунд до его реального начала. Помимо этого миограмма выступает как индикатор мышечного напряжения. В состоянии относительного покоя связь между действительной силой, развиваемой мышцей, и ЭМГ линейна.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) -- метод исследования, в котором используются 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 участкам мозга нужен больший приток крови, поэтому в рабочих зонах мозга скапливается больше радиоактивного «красителя». Излучения этого «красителя» преобразуют в изображения на дисплее. ПЭТ представляет возможность наблюдать мозг объемно при выполнении экспериментальных задач за счет регистрации пространственного распределения и концентрации активных веществ, участвующих в обменных процессах.

Ядерная магнитная резонансная интроскопия (ЯМРИ) -- метод исследования, основанный 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 посредством ЯМР-томографии изображения дают информацию об изучаемых структурах головного мозга не только анатомического, но и физикохимического характера. Помимо этого преимущество ядерно-магнитного резонанса заключается в отсутствии ионизирующего излучения; в возможности 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.

Электрическая активность кожи -- кожно-гальваническая реакция (ГКР) -- определяется двумя способами. Первый, представляет собой измерение кожного сопротивления. Второй -- измерение разности потенциалов между двумя точками на поверхности кожи. Сопоставление 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.

Артериальное давление -- общеизвестный показатель работы сердечно-сосудистой системы. Оно характеризует силу напора крови в артериях. АД изменяется на протяжении сердечного цикла, оно достигает максимума во время систолы (сокращения сердца) и падает до минимума в диастоле, когда сердце расслабляется перед следующим сокращением.

Электрокардиограмма (ЭКГ) -- запись электрических процессов, связанных с сокращением 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 эмоционально. 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, регистрируемый на полиграфе.

Мигание (моргание) -- периодическое смыкание век. Длительность одного мигания приблизительно 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 жизнедеятельности глаз. Однако для психофизиолога существенно, что частота мигания изменяется в зависимости от психического состояния человека. Движение глаз широко исследуются в психологии и психофизиологии. Это разнообразные 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 изображение в центре сетчатки, где самая высокая острота зрения. Минимальная скорость прослеживающих 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 регистрацией ЭЭГ, метод позволяет выделить в картине биоэлектрической активности мозга артефакты (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 - экспериментальная дисциплина, поэтому возможности психофизиологических исследований в значительной степени определяются совершенством и разнообразием применяемых диагностических средств. Адекватный выбор методики, правильное использование ее показателей и соответствующее разрешающим возможностям методики истолкование полученных результатов являются условиями, необходимыми для проведения успешного психофизиологического исследования.

Методы изучения работы головного мозга

Центральное место в ряду методов психофизиологического исследования занимает регистрация электрической активности центральной нервной системы, и в первую очередь головного мозга.

Электроэнцефалография

Электроэнцефалография - метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ), т.е. суммарной биоэлектрической активности, отводимой как с поверхности черепа, так и из глубоких структур мозга. У человека последнее возможно лишь в клинических условиях. В 1929 г. австрийский психиатр X. Бергер обнаружил, что с поверхности черепа можно регистрировать мозговые волны. Он установил, что 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 в отличие от высокочастотных бета-волн, которые проявляются в тех случаях, когда человек переходит в активное состояние. Это открытие привело к созданию метода электроэнцефалографии, состоящего в регистрации, анализе и интерпретации биотоков мозга животных и человека.

ЭЭГ отличает спонтанный, автономный характер. Регулярная электрическая активность мозга может быть зафиксирована уже у плода (к концу 2-го месяца беременности) и прекращается только с наступлением смерти. Даже при коме и наркозе наблюдается особая характерная картина мозговых волн. На сегодняшний день ЭЭГ является наиболее перспективным, но пока еще наименее расшифрованным источником данных о функциональной организации мозга.

Условия регистрации и способы анализа ЭЭГ. В стационарный комплекс для регистрации ЭЭГ и ряда других физиологических показателей входят оборудованное место для испытуемого, моногока-нальные усилители, регистрирующая аппаратура. В настоящее время возможна тотальная регистрация ЭЭГ со всей поверхности скальпа. Анализ ЭЭГ осуществляется как визуально, так и с помощью ЭВМ. В последнем случае необходимо специальное программное обеспечение.

По частоте в ЭЭГ различают следующие типы ритмических составляющих (рис. 2.1): дельта-ритм (0,5-4 Гц); тета-ритм (5-7 Гц); альфа-ритм (8-12/13 Гц) - основной ритм ЭЭГ, преобладающий в состоянии покоя; мю-ритм - по частотно-амплитудным характеристикам сходен с альфа-ритмом, но преобладает в передних отделах коры больших полушарий; бета-ритм (15-35 Гц); гамма-ритм (от 35 Гц и, по оценкам разных авторов, до 200 Гц, до 500 Гц и, возможно, выше). Описаны и более медленные ритмы электрических потенциалов головного мозга вплоть до периодов порядка нескольких часов и суток. Подобное деление ритмов ЭЭГ на группы достаточно произвольно и не опирается на теоретические представления.

Другая важная характеристика электрических потенциалов мозга - амплитуда, т.е. величина колебаний. Амплитуда и частота колебаний связаны между собой. Например, амплитуда высокочастотных бета-волн у одного и того человека может быть почти в 10 раз ниже амплитуды более медленных альфа-волн. При ручной обработке ЭЭГ используют такой показатель, как индекс выраженности ритма, например альфа-индекс, его определяют как долю выраженности альфа-ритма на определенном отрезке записи в процентах. Для определения альфа-индекса измеряют длину отрезков кривой, на которой регистрируется альфа-ритм, и число сантиметров, занимаемых в записи альфа-ритмом, выражают в процентах; на ЭЭГ различных людей альфа-индекс колеблется от 0 до 100. В норме он составляет 75-95%.

При записи ЭЭГ используют два метода: биполярный и монопо-лярный. В первом случае оба электрода помещаются в электрически активные точки скальпа, во втором один из электродов располагается в точке, которая условно считается электрически нейтральной (мочка уха, переносица). При биполярной записи ЭЭГ представляет собой результат взаимодействия двух электрически активных точек (например, лобного и затылочного отведений), при монополярной записи - активность какого-то одного отведения относительно нейтральной точки (например, лобного отведения относительно мочки уха). В исследованиях чаще используют монополярный вариант, так как он позволяет изучать изолированный вклад работы той или иной зоны мозга в изучаемый процесс.

Альфа-волна - одиночное двухфазное колебание разности потенциалов длительностью 75-125 мс, по форме приближается к синусоидальной

г / % У

• 50 мкВ

Альфа-ритм - ритмическое колебание потенциалов с частотой 8-12/13 Гц, выражен чаще в задних отделах мозга при закрытых глазах в состоянии относительного покоя. Средняя амплитуда 30-40 мкВ, обычно модулирован в веретена

" / WVvWMAлл7M Л л^^

Бета-волна - одиночное двухфазовое колебание потенциалов длительностью менее 75 мс и амплитудой 10-15 мкВ (не более 30 мкВ)

Бета-ритм - ритмическое колебание потенциалов с частотой 15-35 Гц. Лучше выражен в лобно-центральных областях мозга

• 50 мкВ

Дельта-волна - одиночное двухфазное колебание разности потенциалов длительностью не более 250 мс

Дельта-ритм - ритмическое колебание потенциалов с частотой 0,5-4 Гц и амплитудой 10-250 мкВ и более

Тета-волна - одиночное двухфазное колебание разности потенциалов длительностью 130-250 мс

• 50 мкВ

Тета-ритм - ритмические колебания потенциалов с частотой 5-7 Гц, чаще двусторонние синхронные, амплитудой 100-200 мкВ, иногда с веретенообразной модуляцией, особенно в лобной области мозга

Рис. 2.1. Основные ритмы и параметры электроэнцефалограммы

Международная федерация обществ электроэнцефалографии приняла так называемую систему «10-20», позволяющую точно указывать расположение электродов (рис. 2.2). 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 (А1 и А2). 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: Б - лобная, О - затылочная, Р - теменная, Т - височная, С - область центральной борозды. Нечетные номера мест отведения относятся к левому, а четные - к правому полушарию. Символом Сі обозначается отведение от верхушки черепа. Это место называется вертексом, и его используют особенно часто.

Рис. 2.2.

F - лобная область, С - центральная, Р - теменная,

Т - височная, О - затылочная.

Нечетные индексы - левая половина головы, четные индексы - правая, Z - средняя линия

Клинический и статистический методы изучения ЭЭГ. Анализ ЭЭГ основывается на выделении характерных типов электрических потенциалов и определении локализации их источников в мозге. С момента возникновения выделились и продолжают существовать как относительно самостоятельные два подхода к анализу ЭЭГ: визуальный (клинический) и статистический. Как правило, визуальный анализ ЭЭГ используется в диагностических целях. Электрофизиолог, опираясь на определенные способы такого анализа ЭЭГ, решает следующие вопросы. Соответствует ли ЭЭГ общепринятым стандартам нормы, если нет, то какова степень отклонения от нормы, обнаруживаются ли у пациента признаки очагового поражения мозга и какова локализация очага поражения. Клинический анализ ЭЭГ всегда строго индивидуален и носит преимущественно качественный характер. Несмотря на то что существуют принятые 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.

Следует, однако, подчеркнуть, что в широкой клинической практике грубые макроочаговые нарушения или другие отчетливо выраженные формы патологии ЭЭГ встречаются редко. Чаще всего (70- 80% случаев) наблюдаются диффузные изменения биоэлектрической активности мозга с симптоматикой, трудно поддающейся формальному описанию. Между тем именно эта симптоматика может представлять особый интерес для анализа того контингента испытуемых, которые входят в группу так называемой малой психиатрии - состояний, граничащих между «хорошей» нормой и явной патологией. Именно по этой причине предпринимаются особые усилия по формализации анализа и ведутся разработки компьютерных программ для анализа клинической ЭЭГ (Зенков, 2004).

Статистические методы исследования электроэнцефалограммы исходят из того, что фоновая ЭЭГ стационарна и стабильна. Дальнейшая обработка в 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. С помощью этой процедуры можно преобразовать волновой паттерн фоновой ЭЭГ в частотный, а затем установить распределение мощности по каждой частотной составляющей. С помощью преобразования Фурье самые сложные по форме колебания ЭЭГ можно свести к ряду синусоидальных волн с разными амплитудами и частотами. На этой основе выделяются новые показатели, расширяющие содержательную интерпретацию ритмической организации биоэлектрических процессов.

Например, 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 дискретизации (в размере десятых долей герца). Спектры могут характеризовать абсолютную мощность каждой ритмической составляющей (рис. 2.3) или относительную, т.е. выраженность мощности каждой составляющей (в процентах) по отношению к общей мощности ЭЭГ в анализируемом отрезке записи. На рисунке хорошо видно, что максимальное значение спектральной мощности приходится на частоту альфа-ритма.

• 100,0
• 50,4 а

• 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 Гц
• ? ? ? ? ? ......

Рис. 2.3. Индивидуальный спектр ЭЭГ в состоянии покоя.

По оси абцисс - частота, Гц; по оси ординат - спектральные плотности в логарифмической шкале (по Ьуккеп е! а1., 1974)

Спектры мощности ЭЭГ можно подвергать дальнейшей обработке, например корреляционному анализу, при этом вычисляют авто-и кросскорреляционные функции, а также когерентность. Последняя характеризует меру синхронности частотных диапазонов ЭЭГ в двух различных отведениях. Когерентность изменяется в диапазоне от +1 (полностью совпадающие формы волны) до 0 (абсолютно различные формы волн). Такая оценка проводится в каждой точке непрерывного частотного спектра или как средняя в пределах частотных поддиапазонов. При помощи вычисления когерентности можно определить характер внутри- и межполушарных отношений показателей ЭЭГ в покое и при разных видах деятельности. Высокая когерентность означает, что в двух точках регистрации электрических потенциалов имеет место совпадающая по частоте и константная по соотношению фаз активность.

Помимо показателей когерентности, в современных работах, направленных на изучение согласованной работы нейронных ансамблей, используются оценки фазовой синхронизации. Они отражают совпадение фаз волн в различных участках коры или привязку фаз к повторяющемуся стимулу. Соответственно различают пространственную фазовую и временную синхронизацию. Величина фазовой синхронизации обычно определяется как круговая дисперсия и подобно показателям когерентности может принимать значения от 0 (отсутствие синхронии) до 1. Синхронизацию осцилляторной активности в настоящее время считают основным средством коммуникации между нейронными сетями при выполнении различных когнитивных задач и связывают с колебаниями на гамма-частоте (30-80 Гц). Гамма-ритм вовлечен в осуществление таких важнейших психических процессов, как опознание стимулов, внимание, рабочая память (Данилова, 2006).

Источники генерации ЭЭГ. Парадоксально, но собственно импульсная активность нейронов не находит отражения в колебаниях электрического потенциала, регистрируемого с поверхности черепа человека. Причина в том, что импульсная активность нейронов несопоставима с ЭЭГ по временным параметрам. Длительность импульса (потенциала действия) нейрона составляет не более 2 мс. Временные параметры ритмических составляющих ЭЭГ исчисляются десятками и сотнями миллисекунд.

Принято считать, что в электрических процессах, регистрируемых с поверхности открытого мозга или скальпа, находит отражение синаптическая активность нейронов. Речь идет о потенциалах, которые возникают в постсинаптической мембране нейрона, принимающего импульс. Возбуждающие постсинаптические потенциалы имеют длительность более 30 мс, а тормозные постсинаптические потенциалы коры могут достигать 70 мс и более. Эти потенциалы (в отличие от потенциала действия нейрона, который возникает по принципу «все или ничего») имеют градуальный характер и могут суммироваться.

Несколько упрощая картину, можно сказать, что положительные колебания потенциала на поверхности коры связаны либо с возбуждающими постсинаптическими потенциалами в ее глубинных слоях, либо с тормозными постсинаптическими потенциалами в поверхностных слоях. Отрицательные колебания потенциала на поверхности коры предположительно отражают противоположное этому соотношение источников электрической активности.

Ритмический характер биоэлектрической активности коры и, в частности, альфа-ритма обусловлен в основном влиянием подкорковых структур, в первую очередь таламуса (промежуточный мозг). Нейроны неспецифического таламуса обладают свойством авторитмичности. Эти нейроны через возбуждающие и тормозные связи способны генерировать и поддерживать ритмическую активность в коре больших полушарий. Именно в таламусе находятся важные, но не единственные пейсмейкеры или водители ритма. Однако сравнение таламических и кортикальных вкладов в результирующем альфа-ритме с помощью модели теоретической таламической деаффе-рентации показало, что при устранении влияния таламуса отмечается выраженное снижение альфа-ритма во всех областях коры, однако его мощность все же остается значительной.

Отсюда следует, что генераторы альфа-активности присутствуют и в других структурах мозга, в таких как ствол, мозжечок, лимбическая система, сенсорная, ассоциативная и двигательная зоны коры. Так, отдельная система генерирует альфа-ритм в зрительной коре в результате активности нейронов, образующих равномерный дипольный слой на уровне IV и V корковых слоев, который соответствует соматическим и базальным дендритам пирамидных клеток этих двух слоев. Генерация зрительного альфа-ритма происходит в маленьких зонах коры, так называемых эпицентрах, из которых затем альфа-волны распространяются в различных направлениях путем корково-корковых связей (Lopes da Silva, 2010). Еще одна система генераторов находится в двигательной коре и образует 10-гер-цевый мю-ритм в центральных областях, который изменяется при двигательной активности, но не при открывании глаз. Однако, несмотря на функциональные отличия, все эти системы, очевидно, в силу общих свойств нейронов-генераторов работают на близких частотах около 10 Гц.

Большую роль в динамике электрической активности таламуса и коры играет ретикулярная формация ствола мозга. Она может оказывать как синхронизирующее влияние, т.е. способствовать генерации устойчивого ритмического паттерна, так и десинхронизирующее, нарушающее согласованную ритмическую активность.

Функциональное значение ЭЭГ и ее составляющих. Существенное значение имеет вопрос о функциональном значении отдельных составляющих ЭЭГ. Наибольшее внимание исследователей здесь всегда привлекал альфа-ритм - доминирующий ритм ЭЭГ покоя у человека.

Существует немало предположений, касающихся функциональной роли альфа-ритма. Основоположник кибернетики Н. Винер и вслед за ним ряд других исследователей считали, что этот ритм выполняет функцию временного сканирования (считывания) информации и тесно связан с механизмами восприятия и памяти. Предполагается, что альфа-ритм отражает реверберацию возбуждений, кодирующих внутримозговую информацию, и создающих оптимальный фон для процесса приема и переработки афферентных сигналов. Его роль состоит в своеобразной функциональной стабилизации состояний мозга и обеспечении готовности реагирования, определяют его как ритм сенсорного покоя нейронных сетей зрительной системы. Предполагается также, что альфа-ритм связан с действием селектирующих механизмов мозга, выполняющих функцию резонансного фильтра и таким образом регулирующих поток сенсорных импульсов.

В покое в ЭЭГ могут присутствовать и другие ритмические составляющие, но их значение лучше всего выясняется при изменении функциональных состояний организма (Данилова, 1992). Так, дельта-ритм у здорового взрослого человека в покое практически отсутствует, но он доминирует в ЭЭГ на четвертой стадии сна, которая получила свое название по этому ритму (дельта-сон). Напротив, тета-ритм тесно связан с эмоциональным и умственным напряжением. Его иногда так и называют - «стресс-ритм» или «ритм напряжения» (Гусельников, 1976). У человека одним из ЭЭГ-симптомов эмоционального возбуждения служит усиление тета-ритма с частотой колебаний 4-7 Гц, сопровождающее переживание как положительных, так и отрицательных эмоций. При выполнении мыслительных заданий может усиливаться и дельта-, и тета-активность. Причем усиление последней составляющей положительно соотносится с успешностью решения задач. По своему происхождению тета-ритм связан с кортиколимбическим взаимодействием. Предполагается, что усиление тета-ритма при эмоциях отражает активацию коры больших полушарий со стороны лимбической системы.

Переход от состояния покоя к напряжению всегда сопровождается реакцией десинхронизации, главным компонентом которой служит высокочастотная бета-активность. Умственная деятельность у взрослых сопровождается повышением мощности бета-ритма, причем значимое усиление высокочастотной активности наблюдается при умственной деятельности, включающей элементы новизны, в то время как стереотипные, повторяющиеся умственные операции сопровождаются ее снижением. Установлено также, что успешность выполнения вербальных заданий и тестов на зрительно-пространственные отношения оказывается положительно связанной с высокой активностью бета-диапазона ЭЭГ левого полушария. По некоторым предположениям эта активность связана с отражением деятельности механизмов сканирования структуры стимула, которая осуществляется нейронными сетями, продуцирующими высокочастотную активность ЭЭГ.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) - регистрация параметров магнитного поля организма человека и животных. При помощи магни-тоэнцефалографии можно регистрировать основные ритмы ЭЭГ и вызванные потенциалы. Запись этих параметров осуществляется с помощью сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиков в специальной камере, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних полей. Метод обладает рядом преимуществ перед регистрацией традиционной ЭЭГ. Так, вследствие того что используется большое количество датчиков, легко получается пространственная картина распределения электромагнитных полей. Кроме того, поскольку запись магнитоэнцефалограммы происходит бесконтактно, различные составляющие магнитных полей, регистрируемые со скальпа, не претерпевают таких сильных искажений, как при записи ЭЭГ. Последнее позволяет более точно рассчитывать локализацию генераторов ЭЭГ-активности, расположенных в коре головного мозга.

Психофизиология -- экспериментальная дисциплина, поэтому интерпретационные возможности психофизиологических исследований в значительной степени определяются совершенством и разнообразием применяемых методов. Правильный выбор методики, адекватное использование ее показателей и соответствующее разрешающим возможностям методики истолкование полученных результатов являются условиями, необходимыми для проведения успешного психофизиологического исследования.

Электроэнцефалография

Электроэнцефалография -- метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ), т.е. суммарной биоэлектрической активности, отводимой как со скальпа, так и из глубоких структур мозга. Последнее у человека возможно лишь в клинических условиях.

В 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 характер. 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.

Сегодня ЭЭГ является наиболее перспективным, но пока еще наименее расшифрованным источником данных для психофизиолога.

Условия регистрации и способы анализа ЭЭГ. В стационарный комплекс для регистрации ЭЭГ и ряда других физиологических показателей входит звукоизолирующая экранированная камера, оборудованное место для испытуемого, моногоканальные усилители, регистрирующая аппаратура (чернилопишущий энцефалограф, многоканальный магнитофон). Обычно используется от 8 до 16 каналов регистрации ЭЭГ от различных участков поверхности черепа одновременно. Анализ ЭЭГ осуществляется как визуально, так и с помощью ЭВМ. В последнем случае необходимо специальное программное обеспечение.

По частоте в ЭЭГ различают следующие типы ритмических составляющих:

дельта-ритм (0,5-4 Гц);

тэта-ритм (5-7 Гц);

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

мю-ритм -- по частотно-амплитудным характеристикам сходен с альфа-ритмом, но преобладает в передних отделах коры больших полушарий;

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. Запись по этим частотам выполняется с помощью ЭВМ.

Другая важная характеристика электрических потенциалов мозга -- амплитуда, т.е. величина колебаний. Амплитуда и частота колебаний связаны друг с другом. Амплитуда высокочастотных бета-волн у одного и того человека может быть почти в 10 раз ниже амплитуды более медленных альфа-волн.

Важное значение при регистрации ЭЭГ имеет расположение электродов, при этом электрическая активность одновременно регистрируемая с различных точек головы может сильно различаться. При записи ЭЭГ используют два основных метода: биполярный и монополярный. В первом случае оба электрода помещаются в электрически активные точки скальпа, во втором один из электродов располагается в точке, которая условно считается электрически нейтральной (мочка уха, переносица). При биполярной записи регистрируется ЭЭГ, представляющая результат взаимодействия двух электрически активных точек (например, лобного и затылочного отведений), при монополярной записи -- активность какого-то одного отведения относительно электрически нейтральной точки (например, лобного или затылочного отведения относительно мочки уха). Выбор того или иного варианта записи зависит от целей исследования. В исследовательской практике шире используется монополярный вариант регистрации, поскольку он позволяет изучать изолированный вклад той или иной зоны мозга в изучаемый процесс.

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: F -- лобная, О -- затылочная область, Р -- теменная, Т -- височная, С -- область центральной борозды. Нечетные номера мест отведения относятся к левому, а четные -- к правому полушарию. Буквой Z -- обозначается отведение от верхушки черепа. Это место называется вертексом и его используют особенно часто.

Клинический и статический методы изучения ЭЭГ. 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 целях. Электрофизиолог, опираясь на определенные способы такого анализа ЭЭГ, решает следуюшие вопросы: соответствует ли ЭЭГ общепринятым стандартам нормы; если нет, то какова степень отклонения от нормы, обнаруживаются ли у пациента признаки очагового 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.

Следует, однако, подчеркнуть, что в широкой клинической практике грубые макроочаговые нарушения или другие отчетливо выраженные формы патологии ЭЭГ встречаются редко. Чаще всего (70-80% случаев) наблюдаются диффузные изменения биоэлектрической активности мозга с симптоматикой, трудно поддающейся формальному описанию. Между тем именно эта симптоматика может представлять особый интерес для анализа того контингента испытуемых, которые входят в группу так называемой "малой" психиатрии -- состояний, граничащих между "хорошей" нормой и явной патологией. Именно по этой причине сейчас предпринимаются особые усилия по формализации и даже разработки компьютерных программ для анализа клинической ЭЭГ.

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.

Преобразование Фурье позволяет преобразовать волновой паттерн фоновой ЭЭГ в частотный и установить распределение мощности по каждой частотной составляющей. С помощью преобразования Фурье самые сложные по форме колебания ЭЭГ можно свести к ряду синусоидальных волн с разными амплитудами и частотами. На этой основе выделяются новые показатели, расширяющие содержательную интерпретацию ритмической организации биоэлектрических процессов.

Например, 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 дискретизации (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.

Спектры мощности ЭЭГ можно подвергать дальнейшей обработке, например, корреляционному анализу, при этом вычисляют авто- и кросскорреляционные функции, а также когерентность, которая характеризует меру синхронности частотных диапазонов ЭЭГ в двух различных отведениях. Когерентность изменяется в диапазоне от +1 (полностью совпадающие формы волны) до 0 (абсолютно различные формы волн). Такая оценка проводится в каждой точке непрерывного частотного спектра или как средняя в пределах частотных поддиапазонов.

При помощи вычисления когерентности можно определить характер внутри- и межполушарных отношений показателей ЭЭГ в покое и при разных видах деятельности. В частности, с помощью этого метода можно установить ведущее полушарие для конкретной деятельности испытуемого, наличие устойчивой межполушарной асимметрии и др. Благодаря этому спектрально-корреляционный метод оценки спектральной мощности (плотности) ритмических составляющих ЭЭГ и их когерентности является в настоящее время одним из наиболее распространенных.

Источники генерации ЭЭГ. Парадоксально, но собственно импульсная активность нейронов не находит отражения в колебаниях электрического потенциала, регистрируемого с поверхности черепа человека. Причина в том, что импульсная активность нейронов не сопоставима с ЭЭГ по временным параметрам. Длительность импульса (потенциала действия) нейрона составляет не более 2 мс. Временные параметры ритмических составляющих ЭЭГ исчисляются десятками и сотнями милисекунд.

Принято считать, что в электрических процессах, регистрируемых с поверхности открытого мозга или скальпа, находит отражение синаптическая активность нейронов. Речь идет о потенциалах, которые возникают в постсинаптической мембране нейрона, принимающего импульс. Возбуждающие постсинаптические потенциалы имеют длительность более 30 мс, а тормозные постсинаптические потенциалы коры могут достигать 70 мс и более. Эти потенциалы (в отличие от потенциала действия нейрона, который возникает по приниципу "все или ничего") имеют градуальный характер и могут суммироваться.

Несколько упрощая картину, можно сказать, что положительные колебания потенциала на поверхности коры связаны либо с возбуждающими постсинаптическими потенциалами в ее глубинных слоях, либо с тормозными постсинаптическими потенциалами в поверхностных слоях. Отрицательные колебания потенциала на поверности коры предположительно отражают противоположное этому соотношение источников электрической активности.

Ритмический характер биоэлектрической активности коры, и в частности альфа-ритма, обусловлен в основном влиянием подкорковых структур, в первую очередь таламуса (промежуточный мозг). Именно в таламусе находятся главные, но не единственные пейсмекеры или водители ритма. Одностороннее удаление таламуса или его хирургическая изоляция от неокортекса приводит к полному исчезновению альфа-ритма в зонах коры прооперированного полушария. При этом в ритмической активности самого таламуса ничто не меняется. Нейроны неспецифического таламуса обладают свойством авторитмичности. Эти нейроны через соответствующие возбуждающие и тормозные связи способны генерировать и поддерживать ритмическую активность в коре больших полушарий. Большую роль в динамике электрической активности таламуса и коры играет ретикулярная формация ствола мозга. Она может оказывать синхронизирующее влияние, т.е. способствующее генерации устойчивого ритмического паттерна, и дезинхронизирующее, нарушающее согласованную ритмическую активность.

Функциональное значение ЭЗГ и её составляющих. Существенное значение имеет вопрос о функциональном значении отдельных составляющих ЭЭГ. Наибольшее внимание исследователей здесь всегда привлекал альфа-ритм -- доминирующий ритм ЭЭГ покоя у человека.

Существует немало предположений, касающихся функциональной роли альфа-ритма. Основоположник кибернетики Н. Винер и вслед за ним ряд других исследователей считали, что этот ритм выполняет функцию временного сканирования ("считывания") информации и тесно связан с механизмами восприятия и памяти. Предполагается, что альфа-ритм отражает реверберацию возбуждений, кодирующих внутримозговую информацию и создающих оптимальный фон для процесса приема и переработки афферентных сигналов. Его роль состоит в своеобразной функциональной стабилизации состояний мозга и обеспечении готовности реагирования. Предполагается также, что альфа-ритм связан с действием селектирующих механизмов мозга, выполняющих функцию резонансного фильтра, и таким образом регулирующих поток сенсорных импульсов.

В покое в ЭЭГ могут присутствовать и другие ритмические составляющие, но их значение лучше всего выясняется при изменениии функциональных состояний организма (Данилова, 1992). Так, дельта-ритм у здорового взрослого человека в покое практически отсутствует, но он доминирует в ЭЭГ на четвертой стадии сна, которая получила свое название по этому ритму (медленноволновой сон или дельта-сон). Напротив, тэта-ритм тесно связан с эмоциональным и умственным напряжением. Его иногда так и называют стресс-ритм или ритм напряжения. У человека одним из ЭЭГ симптомов эмоционального возбуждения служит усиление тэта-ритма с частотой колебаний 4-7 Гц, сопровождающее переживание как положительных, так и отрицательных эмоций. При выполнении мыслительных заданий может усиливаться и дельта-, и тета-активность. Причем усиление последней составляющей положительно соотносится с успешностью решения задач. По своему происхождению тэта-ритм связан с кортико-лимбическим взаимодействием. Предполагается, что усиление тэта-ритма при эмоциях отражает активацию коры больших полушарий со стороны лимбической системы.

Переход от состояния покоя к напряжению всегда сопровождается реакцией десинхронизации, главным компонентом которой служит высокочастотная бета-активность. Умственная деятельность у взрослых сопровождается повышением мощности бета-ритма, причем значимое усиление высокочастотной активности наблюдается при умственной деятельности, включающей элементы новизны, в то время как стереотипные, повторяющиеся умственные операции сопровождаются ее снижением. Установлено также, что успешность выполнения вербальных заданий и тестов на зрительно-пространственные отношения оказывается положительно связанной с высокой активностью бета-диапазона ЭЭГ левого полушария. По некоторым предположениям, эта активность связана с отражением деятельности механизмов сканирования структуры стимула, осуществляемой нейронными сетями, продуцирующими высокочастотную активность ЭЭГ.

Магнитоэнцефалография -- регистрация параметров магнитного поля, обусловленных биоэлектрической активностью головного мозга. Запись этих параметров осуществляется с помощью сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиков и специальной камеры, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних полей. Метод обладает рядом преимуществ перед регистрацией традиционной электроэнцефалограммы. В частности, радиальные составляющие магнитных полей, регистрируемые со скальпа, не претерпевают таких сильных искажений, как ЭЭГ. Это позволяет более точно рассчитывать положение генераторов ЭЭГ-активности, регистрируемой со скальпа.

5.1. Функциональные методы

5.2. Электроэнцефалография

5.5. Электромиография

5.6. Полиграфия

5.7. Электрокардиография

5.8. Электроокулография

Основные направления теоретической психофизиологии

Психофизиология ощущений и восприятий изучает нервные процессы в анализаторах, начиная с рецепторов и кончая корковыми отделами. Установлены специфические аппараты цветового зрения, специфические рецепторы и проводящие пути тактильной и болевой чувствительности, открыты нейроны, реагирующие на отдельные свойства зрительных и слуховых стимулов (см. Нейрон-детектор).

Психофизиология речи и мышления изучает функциональную роль разных областей мозга и их взаимосвязей в осуществлении речевых процессов. Принципиально важным явилось установление тесной связи мыслительных процессов с деятельностью речедвигательного анализатора, а также выявление специфических паттернов нейронной активности некоторых подкорковых областей мозга при смысловом анализе вербальных раздражителей.

Психофизиология функциональных состояний и эмоций исследует нейрогуморальные механизмы возникновения эмоциональных, мотивационных, стрессовых и др. состояний. Открыты нервные «центры» удовольствия и неудовольствия, расположенные в подкорковых областях мозга. Установлено, что важная роль в эмоциональном поведении принадлежит гормонам, выделяемым железами внутренней секреции (гипофизом, корой и мозговым слоем надпочечников и др.), а также различным биологически активным веществам (пептидам и биогенным аминам), секретируемым специфическими структурами самого мозга.

Психофизиология внимания исследует нейрофизиологические корреляты внимания (изменение характера ЭЭГ и вызванных потенциалов, изменение кожно-гальванических реакций и др.). Психофизиология внимания тесно связана с проблемами изучения ориентировочной реакции и 2-й сигнальной системы.

П. произвольных действий вскрывает физиологическую структуру и механизмы их осуществления.

Дифференциальная психофизиология изучает зависимость индивидуальных особенностей психики и поведения от индивидуальных различий в деятельности мозга и использует разработанное И.П. Павловым учение о свойствах н. с. и типах высшей нервной деятельности.

Прикладные области психофизиологии

клиническая психофизиология, педагогическая психофизиология, социальная психофизиология, эргономическая психофизиология, экологическая психофизиология, онтогенетическая психофизиология, психофизиология диагностики и компенсации когнитивных нарушений, психофизиология алкоголизма и наркомании.

Методы исследования в психофизиологии

Функциональные методы. Наиболее значимыми для понимания функ­ций ЦНС являются функциональные методы исследования: разрушение и раздражение структур ЦНС, стереотаксический метод, электрофизиологи­ческие методы.

Метод разрушения. Разрушение структур мозга является довольно гру­бым методом исследования, поскольку повреждаются обширные участки мозговой ткани. Тем не менее при сопоставлении разрушения определен­ных структур мозга с нарушениями конкретных физиологических функций выявлены достоверные связи. Так, повреждение в области продолговатого мозга приводит к нарушению дыхания, глотания, деятельности сердца и из­менению тонуса сосудов. В экспериментах на животных для разрушения структур мозга используют метод коагуляции ткани электрическим током, что позволяет делать разрушения минимальными; применяется по строгим показаниям этот метод с лечебными целями у человека.

Естественно, метод разрушения не может быть использован для иссле­дований на человеке. Вместе с тем клиническая практика дает физиологу возможность сопоставить нарушения функций организма с повреждением различных образований мозга вследствие травм, кровоизлияний, опухолей и др. (метод клинико-физиологических параллелей). В клинике для диа­гностики повреждений мозга различного происхождения (опухоли, инсульт и др.) у человека используют методы компьютерной рентгенотомографии, позитронно-эмиссионной томографии, эхоэнцефалографии, ядерного маг­нитного резонанса и др.

Метод раздражения структур мозга позволяет установить пути распро­странения возбуждения от места раздражения к органу или ткани, функция которых при этом изменяется. В качестве раздражающего фактора чаще всего применяют электрический ток (постоянный и переменный), который легко дозируется и не оставляет необратимых изменений. Реже используют химические и термические раздражители. В эксперименте на животных применяют метод самораздражения различных участков мозга: животное получает возможность посылать раздражение в мозг, замыкая цепь элект­рического тока (например, нажатием на педаль), и прекращать раздраже­ние, размыкая цепь. Именно так впервые в гипоталамической области жи­вотных Д. Олдсом были обнаружены положительные и отрицательные эмо-циогенные зоны - центры «удовольствия», «агрессии» и др.

Стереотаксический метод. Широкому использованию электрофизио­логических методов исследования функций ЦНС способствовала разработ­ка метода стереотаксического введения электродов. Высокая точность вве­дения электрода в конкретные образования мозга вплоть до отдельных центров возможна благодаря стереотаксическим атласам, которые имеют три координатных значения для всех структур мозга, помещенного в про­странство трех взаимно перпендикулярных плоскостей - горизонтальной, сагиттальной и фронтальной. При этом ориентиром служат костные обра­зования черепа - его швы, наружные слуховые проходы, нижние края глазниц и др. Для фиксации черепа в системе этих плоскостей используют стереотаксический аппарат, конструкция которого строго соответствует че­репу конкретного животного или человека. Данный метод позволяет не только с высокой точностью вводить электроды в мозг с эксперименталь­ной и диагностической целями, но и направленно воздействовать на от­дельные структуры ультразвуком, лазерными или рентгеновскими лучами с лечебной целью, а также проводить нейрохирургические операции.

Электрофизиологические методы исследования ЦНС включают анализ как пассивных, так и активных электрических свойств мозга. Пассивные электрические свойства мозга находят отражение главным образом в коле-

баниях сопротивления проходящему через ткань электрическому току (ме­тод реоэнцефалографии).

Исследование активных биоэлектрических процессов в головном мозге включает преимущественно регистрацию:

Суммарной электрической активности мозга (электроэнцефалогра­фия);

Вызванных потенциалов мозга;

Электрических процессов, происходящих в отдельных нервных клет­ках (микроэлектродный метод).

Электроэнцефалография

Электроэнцефалография - это метод исследования электрической активности головного мозга. Метод основан на принципе регистрации электрических потенциалов, появляющихся в нервных клетках в процессе их деятельности. Электрическая активность головного мозга мала, она выражается в миллионных долях вольта. Изучение биопотенциалов мозга производится поэтому при помощи специальных, высокочувствительных измерительных приборов или усилителей, называемых электроэнцефалографами. С этой целью на поверхность черепа человека накладываются металлические пластинки (электроды), которые соединяют проводами со входом электроэнцефалографа. На выходе аппарата получается графическое изображение на бумаге колебаний разности биопотенциалов головного мозга, называемое электроэнцефалограммой (ЭЭГ).

Данные ЭЭГ оказываются различными у здорового и больного человека. В состоянии покоя на ЭЭГ взрослого здорового человека видны ритмические колебания биопотенциалов двух типов. Более крупные колебания, со средней частотой 10 в 1 сек. и с напряжением, равным 50 мкв, называются альфа-волнами. Другие, более мелкие колебания, со средней частотой 30 в 1 сек. и напряжением, равным 15-20 мкв, называются бета-волнами. Если мозг человека переходит от состояния относительного покоя к состоянию деятельности, то альфа-ритм ослабевает, а бета-ритм усиливается. Во время сна как альфа-ритм, так и бета-ритм уменьшаются и появляются более медленные биопотенциалы с частотой 4-5 или 2-3 колебания в 1 сек. и частотой 14-22 колебания в 1 сек. У детей ЭЭГ отличается от результатов исследования электрической активности головного мозга у взрослых и приближается к ним по мере полного созревания мозга, т. е. к 13- 17 годам жизни.

При различных заболеваниях мозга на ЭЭГ возникают разнообразные нарушения. Признаками патологии на ЭЭГ покоя считаются: стойкое отсутствие альфа-активности (десинхронизация альфа-ритма) или, наоборот, резкое ее усиление (гиперсинхронизация); нарушение регулярности колебаний биопотенциалов; а также появление патологических форм биопотенциалов - высокоамплитудных медленных (тета- и дельта-волн, острых волн, комплексов пик-волна и пароксизмальных разрядов и т. д. По этим нарушениям врач-невропатолог может определить тяжесть и до известной степени характер мозгового заболевания. Так, например, если в головном мозге имеется опухоль или произошло кровоизлияние в мозг, электроэнцефалографические кривые дают врачу указание, где (в какой части мозга) это повреждение находится.

Электромиография

Электромиография - это метод изучения биоэлектрических процессов, развивающихся в мышцах людей и животных во время различных двигательных реакций. Метод основан на записи биопотенциалов скелетных мышц. Запись колебаний мышечных потенциалов (рис.) производится специальными приборами - электромиографами различных типов.

Электромиограмма при сокращении общих разгибателей пальцев: А - в норме; Б - при тяжелом парезе мышц после полиомиелита; В - при паркинсоническом дрожании и ригидном повышении тонуса

В 1907 немецкий учёный Г. Пипер впервые применил метод электромиографии по отношению к человеку.

Исследование проводится с помощью электромиографа. Электромиограмма (ЭМГ) - кривая, записанная на фотоплёнке, на бумаге с помощью чернильно-пишущего осцилографа или на магнитных носителях. Амплитуда колебаний потенциала мышцы, как правило, не превышает нескольких милливольт, а их длительность - 20-25 мс.

С помощью введённых в мышцу игольчатых электродов. Улавливают колебания потенциала в отдельных мышечных волокнах или в группе мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном.

С помощью накожных электродов. Отражает процесс возбуждения мышцы как целого.

Стимуляционная электромиография - при искусственной стимуляции нерва или органов чувств. Это позволяет исследовать нервно-мышечную передачу, рефлекторную деятельность, определить скорость проведения возбуждения по нерву.

В психофизиологии для изучения возрастных закономерностей.

В физиологии труда и спорта.

При изучении двигательной функции животных и человека.

В исследованиях высшей нервной деятельности.

В инженерной психологии (например, при исследовании утомления, выработки двигательного навыка).

Для оценки при восстановлении нарушенной двигательной функции в ортопедии и протезировании.

Полиграфия.

Полигра́ф (polygraph, от греч. πολύ - много и γράφω - писать, синоним: «детектор лжи») - техническое средство, используемое при проведении инструментальных психофизиологических исследований для синхронной регистрации параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности, электрического сопротивления кожи, а также, при наличии необходимости и возможности, других физиологических параметров с последующим представлением результатов регистрации этих параметров в аналоговом или цифровом виде, предназначенном для оценки достоверности сообщённой информации.

Из истории известно, что у разных народов были выработаны разнообразные специальные техники и ритуалы для распознания обмана и изобличения лжеца.

Уже в те далекие времена было замечено, что у совершившего преступление человека из-за страха перед возможным разоблачением происходят различные изменения физиологических функций. Например, в Древнем Китае подозреваемый в преступлении подвергался испытанию рисом: он должен был набрать в рот горсть сухого риса и выслушать обвинение. Считалось, что если рис оставался во рту сухим (от страха разоблачения приостанавливалось слюноотделение) - вина подозреваемого доказана.

В Древней Индии, когда подозреваемому называли нейтральные и критические слова, связанные с деталями преступления, он должен был отвечать первым пришедшим ему в голову словом и одновременно тихо ударять в гонг. Как правило, ответ на критическое слово сопровождался более сильным ударом.

В Африке колдун предлагал подозреваемым взять в руки небольшое птичье яйцо, его скорлупа была очень нежной, и при малейшем нажиме яйцо могло быть раздавлено. Подозреваемым предлагалось передавать яйцо друг другу, - предполагалось, что виновный не выдержит тест и раздавит яйцо и тем самым изобличит себя.

Первый прообраз современного полиграфа был сконструирован в 1921 году сотрудником полиции штата Калифорния Джоном Ларсоном. Аппарат Ларсона одновременно регистрировал изменения динамики артериального давления, пульса и дыхания, и систематически применялся им при расследовании преступлений.

В 1933 году Леонард Килер - ученик Д. Ларсона и сотрудник лаборатории научных методов раскрытия преступлений при Северо-западном Университете - сконструировал полевой переносной полиграф, в конструкцию которого был добавлен канал измерения сопротивления кожи. В дальнейшем Л. Килер организовал серийный выпуск таких полиграфов.

Общая структура полиграммы состоит из следующих компонентов:

артефакт.

Фон - состояние физиологических процессов в организме человека, пребывающего в условиях покоя (при проведении психофизиологического исследования под покоем подразумевается состояние спокойно сидящего человека, которому не задают вопросы). Фон характеризуется относительной стабильностью протекающих процессов и представляет собой некоторую физиологическую норму, свойственную конкретному человеку в отсутствие дестабилизирующих воздействий.

Реакция - это заметное (в условиях осуществляемого наблюдения) изменение динамики регистрируемого физиологического процесса в ответ на стимул (вопрос, предмет или изображение предмета), предъявляемый в ходе психофизиологического исследования. В зависимости от индивидуальных особенностей организма человека при развитии реакции можно наблюдать усиление, ослабление или стабилизацию динамики конкретной функции. У некоторых людей реакции могут иметь комплексный характер: вслед за быстрыми изменениями физиологического процесса (собственно реакцией на стимул) происходит последующее продолжительное изменение его динамики, то есть так называемая реакция облегчения.

Артефакт - заметное (по сравнению с фоном) изменение динамики контролируемого физиологического процесса, непосредственно не связанное с предъявляемыми в ходе психофизиологического исследования стимулами и обусловленное воздействием экзогенных (внешних) и эндогенных (внутренних) дестабилизирующих факторов. К эндогенным факторам относятся умышленные или неумышленные движения обследуемого, кашель, внезапные болевые ощущения и т. п., к экзогенным - в основном, внешние шумовые помехи.

Физиологические реакции, регистрируемые в ходе исследования, не обладают специфичностью, то есть по их информативным признакам нельзя точно установить природу вызвавшего их процесса (положительная или отрицательная эмоция, ложь, испуг, боль, какие-либо ассоциации и т. д.). Единственная объективная характеристика физиологической реакции - её устойчивая выраженность в ответ на предъявление ситуативно значимого стимула.

В настоящее время не существует статистически достоверных данных, однозначно указывающих на какую-либо универсальную информационную ценность для итогов психофизиологического исследования какого-то одного физиологического процесса либо отдельного его параметра.

Электрокардиография

Электрокардиография - это метод графической регистрации разности потенциалов электрического поля сердца, возникающего при его деятельности. Регистрация производится при помощи аппарата - электрокардиографа. Он состоит из усилителя, позволяющего улавливать токи очень малого напряжения; гальванометра, измеряющего величину напряжения; системы питания; записывающего устройства; электродов и проводов, соединяющих пациента с аппаратом. Записываемая кривая называется электрокардиограммой (ЭКГ). Регистрация разности потенциалов электрического поля сердца с двух точек поверхности тела называют отведением. Как правило, ЭКГ записывают в двенадцати отведениях: трех - двухполюсных (три стандартных отведения) и девяти - однополюсных (три однополюсных усиленных отведения от конечностей и 6 однополюсных грудных отведений). При двухполюсных отведениях к электрокардиографу подключают по два электрода, при однополюсных отведениях один электрод (индифферентный) является объединенным, а второй (дифферентный, активный) помещается в выбранную точку тела. Если активный электрод помещают на конечность, отведение называют однополюсным, усиленным от конечности; если этот электрод помещен на грудь - однополюсным грудным отведением.

Для регистрации ЭКГ в стандартных отведениях (I, II и III) на конечности накладывают матерчатые салфетки, смоченные физиологическим раствором, на которые кладут металлические пластинки электродов. Один электрод с красным проводом и одним рельефным кольцом помещают на правое предплечье, второй - с желтым проводом и двумя рельефными кольцами - на левое предплечье и третий - с зеленым проводом и тремя рельефными кольцами - на левую голень. Для регистрации отведений к электрокардиографу по очереди подключают по два электрода. Для записи I отведения подключают электроды правой и левой рук, II отведения - электроды правой руки и левой ноги, III отведения - электроды левой руки и левой ноги.

Электроокулография

ЭЛЕКТРООКУЛОГРАФИЯ от лат. oculus - глаз и греч.grapho - пишу) - метод регистрации движения глаз, потенциала сетчатки и глазных мышц. Регистрация движения глаз методом Э. основана на наличии разности потенциалов между роговицей и сетчаткой, т. е. между передним и задним полюсами глазного яблока. Соединяющая оба полюса линия (электрическая ось глазного яблока) совпадает со зрительной осью каждого глаза и, следовательно, с направлением взгляда. С помощью электродов, наложенных на прилегающие к глазу ткани, можно уловить изменение потенциала в тканях, окружающих глазное яблоко. При этом знак потенциала указывает направление поворота глаза, а степень изменения потенциала - величину поворота.

Электроокулограмма - кривая, отражающая результат измерений.

ТЕМА 1. Введение в психофизиологию

1. Предмет и задачи психофизиологии

2. Понятие об основной психофизиологической проблеме - взаимосвязи психики и мозга

3. Основные направления теоретической психофизиологии

4. Прикладные области психофизиологии

5. Методы исследования в психофизиологии

5.1. Функциональные методы

5.2. Электроэнцефалография

5.3. Вызванные потенциалы головного мозга

5.4. Внутриклеточная регистрация электричкой активности

5.5. Электромиография

5.6. Полиграфия

5.7. Электрокардиография

5.8. Электроокулография

5.9. Рентгеновская компьютерная томография

5.10. Позитронная эмиссионная томография

5.11. Функциональная магнитно-резонансная томография

Психологические функции рисунка.

Проективные, рисуночные, психосемантические техники как методы идиографического исследования индивидуальности.

Идиографический подход - поиск индивидуально-психологических особенностей человека, по наличию которых он отличается от остальных людей. Противоположное - номотетический подход.

Проективная техника - это группа методик, предназначенных для диагностики личности, для которых характерен в большей мере глобальный подход к оценке личности, а не выявление отдельных ее черт. В них используются неопределенные стимулы, которые испытуемый должен сам дополнять, интерпретировать, развивать и т. д. Так, испытуемым предлагается интерпретировать содержание сюжетных картинок, завершать незаконченные предложения и т. п. Ответы на задания не могут быть правильными или неправильными; возможны разнообразные решения. Характер ответов обследуемого определяется особенностями его личности, которые «проецируются» в его ответах.

Рисуночные методики в психологической диагностике

Применение рисуночных тестов для выявления личностных особенностей человека основано на принципе проекции. Рисуночные методики позволяют выявить множество психологических особенностей человека, при этом они просты в проведении, занимают немного времени и не требуют никаких специальных материалов, кроме карандаша и бумаги.

1. Функция опосредования субъективных эмоциональных переживаний.

2. Передача информации.

Классификация рисуночных методик (по Т.Д. Зинкевич-Евстигнеевой).

1. Свободные. Максимум личностных проявлений – в спонтанных рисунках.

2. Тематические.

Психосемантическая диагностика направлена на оценку категориальных структур индивидуального сознания, на реконструкцию системы индивидуальных значений и личностных смыслов. В них особое внимание уделяется тому, как события, явления воспринимаются человеком.

Психосемантические методы диагностики личности позволяют раскрыть индивидуальные системы значений, несущих так называемое личностное знание (знание о человеческой личности, которым обладает индивидуальное сознание).

Психосемантические методы индеографичны и подходят для диагностики индивидуальных случаев, прогноза поведения отдельных людей. В их основании используется субъектная структура данных, предполагающая сравнение индивидуальных результатов не с групповой нормой, а с собственными оценками.

Психофизиологические методики позволяют диагностировать природные особенности человека, обуслов­ленные основными свойствами его нервной системы. Они разрабатывались отечественной школой Теплова-Небылицына.

Теоретическое обоснование - психофизиологическая концепция индивидуальных различий, свойств нервной системы и их проявлений.

Индивидуальные различия, обусловленные свойствами нервной системы, не предопределяют содержания психического. Они находят свое проявление в формально-динамических особенностях психики и поведения человека (в быстроте, работоспособ­ности и др.).

Психофизиологи­ческие методики ли­шены оценочного подхода к индивиду. Диагностические психофизиологические методики не претендуют на оценку, поскольку сказать, какие свойства нервной системы лучше, а какие хуже, невозможно. При определении диагностической значимости результатов используются стандартизация, надежность, валидность.

По своей форме большинство психофизиологических методик являются аппаратурными: используются электроэнцефалографы и иная специальная аппаратура. Но в последние два десятилетия были разработаны методики типа «карандаш и бумага» (бланковые методики). Как аппаратурные, так и бланковые методы носят индивидуальный характер.

15. Малоформализованные методики: наблюдение, опрос, интервью, анализ продуктов деятельности (контент-анализ). http://www.pedlib.ru/Books/6/0425/6_0425-42.shtml#book_page_top

К малоформализованным диагностическим методикам относятся наблюдение, опрос, интервью, анализ продуктов деятельности. Данные методы позволяют фиксировать некоторые внешние поведенческие реакции испытуемых в разных условиях, а также такие особенности внутреннего мира, которые трудно выявить другими способами, например, переживания, чувства, некоторые личностные особенности. Использование малоформализованных методов требует высокой квалификации диагноста, поскольку зачастую нет стандартов проведения обследования и интерпретации результатов.

Эти методики дают очень ценные сведения об испытуемом, особенно когда предметом изучения выступают такие психические процессы и явления, которые мало поддаются объективизации (например, плохо осознаваемые субъективные переживания, личностные смыслы и т.п.) или являются чрезвычайно изменчивыми по своему содержанию (например, динамика целей, состояний, настроений и т.п.).

Малоформализованные методики очень трудоемки (например, наблюдение за обследуемым иногда осуществляется в течение нескольких месяцев) и в большой степени основаны на профессиональном опыте, психологической подготовленности и интуиции психолога. Только наличие высокого уровня культуры проведения психологических наблюдений и бесед помогает избежать влияния случайных и побочных факторов на результаты обследования или испытания.

Наблюдение - это метод сбора первичной информации путем пассивной регистрации исследователем определенных процессов, действий, поступков людей, событий. Основной принцип этой методики - максимально возможная фиксация объективных внешних проявлений. Второй принцип - это наблюдение непрерывного процесса, а не отдельных его моментов. И третий принцип - избирательность записи. Регистрируются только те проявления, которые существенны для конкретной задачи исследователя.

Внешнее наблюдение - это способ сбора данных о психологии и поведении человека путем прямого наблюдения за ним со стороны. Внутреннее наблюдение – это самонаблюдение.

Опрос. Это метод сбора первичных данных на основе вербальной коммуникации. Методы опроса имеют некоторые различия по форме и характеру их организации. Так, они могут проводиться устно или письменно, индивидуально или в группе, один раз или многократно. Вопросы могут формулироваться в прямой форме (ответ следует понимать в том же смысле, как его понимает опрашиваемый) и косвенной (ответ предполагает расшифровку в ином, скрытом от отвечающего смысле). Они могут иметь открытый или закрытый характер.

Устный опрос применяется в тех случаях, когда желательно вести наблюдение за поведением и реакциями человека, отвечающего на вопросы. Этот вид опроса позволяет глубже, чем письменный, проникнуть в психологию человека, однако требует специальной подготовки, обучения и, как правило, больших затрат времени на проведение исследования. Ответы испытуемых, получаемые при устном опросе, существенно зависят и от личности того человека, который ведет опрос, и от индивидуальных особенностей того, кто отвечает на вопросы, и от поведения обоих лиц в ситуации опроса.

Письменный опрос позволяет охватить большее количество людей. Наиболее распространенная его форма - анкета. Но ее недостатком является то, что, применяя анкету, нельзя заранее учесть реакции отвечающего на содержание ее вопросов и, исходя из этого, изменить их.

Интервью. Это проводимая по определённому плану беседа, предполагающая прямой контакт интервьюера с респондентом (отвечающим). По форме оно бывает

- свободное (беседа без строгой детализации вопросов, но по общей программе стройная стратегия в общих чертах, а тактика свободная),

- стандартизированное (осуществлена детальная разработка всей процедуры, включая общий план беседы, последовательность вопросов, варианты возможных ответов: стойкие стратегия и тактика);

- частично стандартизированное (стойкая стратегия, а тактика более свободная).

Чаще всего интервью имеет следующую структуру:

а) введение: настройка на беседу, на сотрудничество;

б) свободные высказывания испытуемого;

в) общие вопросы (например: «Ты можешь мне что-нибудь рассказать о школе?»);

г) подробное исследование;

д) снятие возникшего напряжения и выражение признательности за участие в беседе.

Анализ продуктов деятельности (контент-анализ). В психодиагностике существует ещё один способ получения информации - это количественно-качественный анализ документальных источников, позволяющий изучать продукты человеческой деятельности. Под понятием "документальный источник" понимаются письма, автобиографии, дневники, фотографии, записи на кинопленке, произведения искусства, материалы средств массовой информации (газеты, журналы и т п.).

Это более или менее формализованный метод анализа документов, когда на основе гипотезы исследователя в документальных материалах выделяются специальные единицы информации, а затем подсчитывается частота их употребления.

Основная трудность при работе с документальными источниками - умение провести качественный анализ, т.е. выделить смысловые единицы. Это во многом зависит от личной компетентности исследователя, уровня его творческих возможностей.