Глава 21. ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
21.1. Психофизиологические методы как объективные способы изучения психики
Психофизиология – это наука о нервных механизмах психики. И название, и предмет этой науки отражают единство психики и ее нейрофизиологического субстрата. Для психологии в данном случае важно то, что о неуловимых движениях нашей души, об идеальном мире нашей психики (как сознательной ее сферы, так и бессознательной) можно судить на основании наблюдения и четкой регистрации вполне материальных физиологических явлений.
Содной стороны, эти явления выступают объяснительным принципом психических явлений, о чем говорилось при обсуждении проблем интерпретации результатов исследования. С другой стороны, что с методической точки зрения еще важнее, физиологические явления могут служить объективными индикаторами психических явлений, поскольку являются их материальными коррелятами.
Сдревнейших времен по физиологическим изменениям у человека судили о его психологическом состоянии. Например, покраснение лица сигнализирует о смущении или стыде, поблед-нение – о гневе или страхе, учащенное дыхание – о возбуждении и т. д. Причем считается, что физиологические показатели – более верное свидетельство, чем слова. «Чем энергичнее молодая леди отрицает свое смущение, тем больше в нем убеждается ее собеседник» [399, с. 13].
Если в обыденной жизни достаточно простой констатации подобной связи между психическим
ифизиологическим, то в научной, врачебной или консультативной практике требуется более четкое обозначение этих связей, основанное на количественных измерениях. Этим целям и
служат психофизиологические методы.
Как известно, все физиологические процессы в организме человека регулируются нервной системой. Элементарной единицей нервной системы выступает нервная клетка (нейрон), главной функцией которой является проведение возбуждения. Передача возбуждения от нейрона к нейрону есть нервный процесс, который осуществляется через электрохимические реакции (и внутри клеток, и между ними). Именно регистрация этих электрических показателей и лежит в основе многих психофизиологических методов.
Нервная система представляет собой целостное образование. Но для удобства ее изучения и понимания ее работы НС подразделяют на различные отделы. Наиболее известны деления по структурному (анатомическому) и функциональному принципам. В первом приближении различают центральную (ЦНС) и периферическую нервные системы. ЦНС состоит из головного и спинного мозга. Электрическая активность ЦНС выступает одним из главных предметов измерения современных психофизиологических методов. Периферическая система делится обычно на соматическую и вегетативную. Соматическая система состоит из нервов, идущих от ЦНС к чувствительным органам и от двигательных органов к ЦНС. Она активирует произвольную мускулатуру, представленную преимущественно полосатой мышечной тканью, чья электрическая активность регистрируется в виде электромиограммы (ЭМГ). Вегетативная, или висцеральная НС (отлат. viscera – 'внутренности') иннервирует в основном непроизвольную мускулатуру внутренних органов, представленную обычно гладкой мышечной тканью. Эта система регулирует секрецию пота, ритм работы сердца, химический состав крови, кровяное давление, изменение диаметра зрачков и т. п. функции организма. Их регистрация лежит в основе большинства психофизиологических методов. Вегетативная система подразделяется на две функциональные подсистемы: симпатическую и парасимпатическую. Основная функция симпатической системы – это мобилизация организма в состояниях повышенного психического напряжения (вспомним мобилизационную функцию эмоций). Такая мобилизация реализуется через ряд сложнейших физиологических реакций. Например, расщепление гликогена в печени, что дает дополнительную энергию; секреция надпочечниками адреналина и норадреналина; усиление секреции пота; расширение зрачков; торможение работы желудочно-кишечного тракта; усиление и учащение сердечного ритма; расширение бронхов; изменения в циркуляции крови – уменьшение кровотока в поверхностных частях тела, что снижает вероятность обильного кровотечения при повреждении кожи и увеличение снабжения кровью мышц для развития больших физических усилий. Парасимпатическая система обеспечивает функционирование внутренних органов в нормальных условиях. Ее действие направлено на сохранение и поддержание ресурсов организма, что выражается в обратных по сравнению с действием симпатической системы эффектах. Так, работа сердца под ее влиянием замедляется, зрачки и бронхи сужаются, активизируется желудочно-кишечный тракт и т. д. Эта разнонап-равленность воздействий двух вегетативных подсистем и четкая согласованность их работы часто даже мешает определить, чье влияние сказалось на том или ином эффекте: то ли усиление активности одной системы, то ли ослабление
другой. Тем не менее это не препятствует соотнесению регистрируемых вегетативных реакций с психическими факторами.
Основная масса современных психофизиологических методов предполагает применение специальной аппаратуры, часто довольно сложной и дорогостоящей. Особенно это относится к методикам, связанным с измерением электрических показателей тела и различных органов. Отсюда вытекает требование основательной подготовки и высокой квалификации специалистов, проводящих эти опыты и измерения.
Процедура регистрации психофизиологических процессов состоит обычно из трех этапов. На первом процесс выделяется в виде электрического сигнала. Какие проводники применять, где и как располагать электроды для получения электрической цепи зависит от специфики изучаемой физиологической системы и целей эксперимента. Для подавляющего большинства случаев имеются уже отработанные типовые схемы и рекомендации. На втором этапе производится акцентирование выделенного сигнала. Вначале его отфильтровывают от других сопутствующих сигналов, не имеющих прямого отношения к изучаемому явлению. Потом нужный сигнал усиливают до мощности, необходимой для пуска записывающего устройства или иной фиксирующей аппаратуры. Прибор фильтрующий и усиливающий исходный сигнал, называется полиграфом. А сам второй этап часто называют уточняющим. Третий этап – демонстрационный. Здесь сигнал предстает в наглядной форме, удобной для анализа. Чаще всего это графики, записанные на бумажной ленте через самописцы или высвечиваемые на экране осциллографа. Полиграф, как правило, включает в себя и демонстрационные приборы. В настоящее время многие лаборатории компьютеризированы, и вся процедура регистрации управляется ЭВМ.
Хотя принципиально большинство методик возможно использовать в групповом варианте, но организационные трудности и риск снижения качества работы, как правило, вынуждают к их индивидуальному применению. Психофизиологические методы позволяют вести исследования по различным проблемам психологии: изучение психических процессов (сенсорных, мнемичес-ких, речемыслительныхидр.); функциональных состояний; психических свойств на индивидуальном, субъектном и личностном уровнях. Особое значение методы имеют при изучении эмоций, мотивационной сферы, состояний в экстремальных условиях (в частности, в стрессовых ситуациях), индивидуально-психологических различий (проблемы дифференциальной психологии). Широко применяются методы в психодиагностике и в клинической практике.
Ключевые вопросы психофизиологических опытов – это:
а) адекватное соотнесение регистрируемого сигнала с тем илииным физиологическим явлением, лежащим в его основе, и
б) правильное увязывание данного физиологического явленияс его психологическими коррелятами.
История психофизиологии знаменуется освоением сначала вегетативной сферы, позже соматической и, наконец, ЦНС. В такой последовательности и рассмотрим соответствующие методы.
21.2.Методы исследования работы вегетативной нервной системы
21.2.1.Измерение кожно-гальванической реакции
В1888 г. Ч. Фере, обследуя больную с жалобами на электрические покалывания в кистях и ступнях, обнаружил, что при пропускании слабого тока через предплечье происходили отклонения стрелки включенного в цепь гальванометра в моменты сенсорных или эмоциональных воздействий. Независимо от Фере в 1890 г. И. Тарханов показал, что электрические сдвиги наблюдаются и без приложения внешнего тока. Таким образом, он открыл кожный потенциал, величина которого тоже изменяется в ответ на сенсорные и эмоциональные раздражители.
Подобные эффекты были названы «кожно-гальванической реакцией» (КГР).
Одним из первых исследователей КГР был знаменитый ученик (а впоследствии оппонент) 3. Фрейда Карл Юнг. Он рассматривал КГР как объективное физиологическое «окно» в сферу бессознательного, подлежащего изучению через психоанализ. К. Юнг первым выявил прямую зависимость между величиной КГР и силой эмоционального переживания. В дальнейшем исследования в этой области пережили настоящий «бум». При этом считалось, что и метод Фере, использующий внешний ток, и метод Тарханова, внешний ток не использующий, дают одинаковые результаты. Однако позже выяснилось, что это не так и каждый метод измеряет разные физиологические явления, протекающие в кожном покрове человека.
По современным представлениям, метод Фере (экзосоматичес-кий метод) измеряет электрическое сопротивление (или чаще говорят о проводимости) кожи (ПрК), а метод Тарханова (эндосо-матический метод) измеряет электрический потенциал кожи (ПК). Кроме того, следует
различать тоническую и физическую активность кожи. В первом случае речь идет о показателях, относящихся к достаточно долгому периоду времени проявления электрической активности. И тогда говорят о ее уровне. Во втором случае имеются в виду показатели кратковременного проявления активности. И тогда говорят о реакциях. При этом реакции, появление которых трудно связать с каким-либо конкретным стимулом, называют спонтанными (вспомним спонтанную двигательную активность). Всю же совокупность этих явлений называют «электрической активностью кожи» (ЭАК) вместо КГР. Тем не менее историческая традиция сильна и термин КГР используют до сих пор.
Природа ЭАК (или КГР) все еще до конца не выяснена. В общем виде ее усматривают в обменных процессах организма, так как в любом случае она является следствием повышенной активности организма, сопровождающейся всегда активацией обмена веществ, совершающегося при участии вегетативной нервной системы. Из частных теорий наиболее известны мышечная, сосудистая и потовая. Согласно первой считалось, что ЭАК отражает мышечную активность, а вторая указывала на участие в КГР периферических кровеносных сосудов. Но обе эти версии к середине XX века были отвергнуты. Наиболее приемлемой признается третья гипотеза.
Суть ее состоит в признании влияния на электрические характеристики кожи работы потовыхжелез. В наиболее завершенном виде этот механизм представлен в модели «цепи потоотделения», предложенной Р. Эдельбергом (1972). Согласно этой модели основной электродвижущей силой является отрицательный потенциал полости потовой железы по отношению к окружающей ткани. Потовая железа проходит сквозь весь кожный покров человека, состоящий из трех основных слоев. Верхний слой – эпидерма - в свою очередь, включает два слоя: поверхностный (роговой), состоящий из отмерших клеток и выполняющий защитную функцию, и нижележащий – зернистый (мальпигиев), где непрерывное деление клеток восполняет их потерю в роговом слое. Эпидерма электрофизиологически нейтральна. Ниже эпидермы расположен другой слой кожи – субдерма, где расположены секреторные отделы потовыхжелез. В психологически спокойных ситуациях потовые протоки желез заполнены потом (раствор NaCl) до эпидермы. Это количество жидкости в протоках определяет тонический уровень ЭАК. В психогенных ситуациях под действием симпатических нервов или некоторых гормонов начинает производиться потовой секрет и канал железы заполняется потом дальше до рогового слоя, где он в него диффундирует.
Этот процесс вызывает электрические изменения в коже в виде либо реакции изменения проводимости (ПрК), либо реакции изменения потенциала кожи (ПК). Подобные электрофизиологические кожные явления характерны не для всех участков нашего тела. Они наблюдаются только на ладонях, подошвах ступней и в небольшой степени на лбу и под мышками. Дело в том, что только на этих участках сосредоточены железы, реагирующие на психологические воздействия. Эти специализированные «эмоциональные» железы входят в группу так называемых эккринных потовых желез, масса которых распределена по всей поверхности тела. Функция эккринных желез – терморегуляция, поддержание постоянной температуры тела. При повышении внутренней температуры в результате усиленного обмена веществ или при работе мышц эти железы выделяют пот, испарение которого способствует теплоотдаче. Такие железы развиты только у человека и человекообразных обезьян. Регулирует потоотделение гипоталамус, реагирующий на температуру крови в организме. Подразделение эккринных желез на «тепловые» и «эмоциональные» не абсолютно. Так, при сильном перегреве «эмоциональные» железы могут взять на себя функцию терморегуляции, а при сильном стрессе «тепловые» железы могут на него тоже откликнуться. Система потоотделения не исчерпывается эккринными железами. В нашем организме имеется еще одна группа желез, называемая апокринными. Они расположены в подмышках и в области половых органов. Их секрет отличен от солевого раствора эккринных желез и определяет «запах тела». Биологическая роль этих желез еще до конца не выяснена. Считается, что наиболее вероятное их назначение – регуляция полового поведения. Выделяемый ими секрет сопоставим с так называемыми феромонами у животных, т. е. пахучих веществ, служащих сигналами привлечения для половых партнеров.
В психологическом плане, естественно, интерес представляет работа «эмоциональных» желез. Правда, не совсем ясно, как и для чего в эволюции человека выделились эти механизмы. Биологическая целесообразность эккринных «тепловых» и апокрин-ных желез понятна. Для «эмоциональных» же, пожалуй, наибо-. лее приемлемое объяснение заключается в следующем., Увлажнение кожного покрова ладоней и ступней повышает плотность захвата ими различных предметов. Для обезьян, у которых ведущий образ передвижения – брахиация (перелеты, прыжки по деревьям), это существенно при захватывании ветвей в отсутствие других приспособлений, улучшающих контакт с точками опоры (например, когтей, присосок и т. п.). У человека этот механизм получил дальнейшее развитие. Увлажнение ступней при босом передвижении по земле
способствует лучшему сцеплению ноги с грунтом. А польза от увлажнения ладоней очевидна: уплотняется захват орудий труда, оружия и других удерживаемых руками предметов. Недаром у многих народов существует привычка «поплевать на ладони» перед трудной работой.
КГР является ярким выражением вегетативных сдвигов, вызываемых состоянием эмоционального или интеллектуального напряжения. Ее особенностью является отсутствие для нее специфических раздражителей. КГР могут вызывать любые воздействия: внешние – звук, свет, запах, вкусовые и тактильные раздражители, изменение температуры, электрический удар; внутренние – интерорецептивные (органические) раздражители внутренних органов, проприорецептивные (кинестетические, двигательные) воздействия.
При восприятии КГР появляется только на новизну стимула как компонент активной ориентировочной деятельности. В том же качестве ЭАК выступает при работе внимания, когда требуется сосредоточение. При снижении концентрации и устойчивости внимания исчезает и КГР. В мыслительной деятельности КГР сопровождает только фазы высокого умственного напряжения, связанные либо с трудностью решаемой задачи, либо с новизной проблемной ситуации (т. е. в начале работы мысли). Особенно ярко ЭАК проявляется при эмоциональном возбуждении, при переживании чувств: происходит увеличение частоты спонтанных колебаний и проводимости кожи.
При анализе параметров КГР учитывают амплитуду колебаний (величину реакции), латентный период ее возникновения, скорость и время нарастания, исходный уровень электрической проводимости (при использовании метода Фере) и другие показатели. Обычно величина ЭАК примерно пропорциональна интенсивности внутренних переживаний.
Четкость и выраженность связи параметров КГР с психическими явлениями предопределили широкое распространение в психологии рассмотренного метода.
21.2.2. Методы исследования работы сердечно-сосудистой системы
Если работа потовых желез может в обыденной жизни показаться несущественным явлением, а иногда даже и фактором дискомфорта, с которым призваны бороться различные дезодоранты и прочие гигиенические препараты, то вряд ли кто-нибудь усомнится в важнейшей роли сердечнососудистой системы (ССС). С древнейших времен сердце почиталось как главный орган нашего тела. В Древнем Египте и Междуречье сердце считалось ответственным за наши чувства. Античные авторы приписывали ему большую часть функций, которые, как мы теперь знаем, связаны с мозгом. Да и сейчас еще мы сферу наших чувств относим к «делам сердечным».
Первым крупнейшим шагом на пути научного познания ССС был сделан в 1628 г. Уильямом Гарвеем, открывшим кровообращение и два круга его циркуляции (большой и малый). Сложность системы кровообращения настолько потрясла Гарвея, что он вернулся к античным представлениям о крови как вместилище души. Примерно через сто лет английский священник Стефан Хейлс сумел измерить артериальное давление (правда, не у человека, а у лошади). Итальянский криминалист и один из основоположников физиогномики Чезаре Ломброзо (XIX в.) высказал идею о связи кровяного давления с психическими явлениями. И в частности, имел в виду возможность на этом основании уличать преступников во лжи. В настоящее время получена масса убедительных доводов значительных изменений в работе ССС под действием стрессоров и мышечных усилий. В первую очередь, это учащение ритма сердцебиений (PC), рост артериального давления (АД) и перераспределение крови (например, румянец смущения).
Как и в случае ЭАК (КГР), изменения в деятельности ССС связаны с изменениями общей активации организма. Разница в том, что КГР вызывается даже умеренными по силе психическими раздражителями, а показатели работы ССС изменяются только при сильных воздействиях. То есть ССС менее чувствительна к психогенным факторам, чем ЭАК. Но концепция общей активации – лишь первое приближение в объяснении психофизиологических явлений. Следующий шаг – это дифференциация типов сердечно-сосудистых реакций в зависимости от вида психогенного фактора (и соответствующих обстоятельств). И здесь исследователи столкнулись с большими трудностями. Во-первых, потому, что разные факторы приводят зачастую к сходным физиологическим сдвигам. Во-вторых, сложность моделирования необходимых эмоционально напряженных ситуаций в лабораторных условиях без нанесения психологического, физического или нравственного ущерба испытуемому. Тем не менее некоторые успехи в этом вопросе имеются. Так, считается, что повышение ди-астолического АД и замедление PC более характерно для состояния ярости, чем страха.
Для характеристики работы ССС используют следующие основные показатели: 1)ритм сердца (PC) – частота сердцебиений;
2)сила сокращения сердца (сила накачивания крови); 3)минутный объем сердца (количество крови, проталкиваемое за 1 мин.);
4)артериальное давление (АД);
5)кровоток (локальные показатели распределения крови).
Понятно, что все эти показатели связаны. В настоящее время наибольшее внимание психофизиологи обращают на PC, АД и кровоток (точнее, объем кровотока).
Как и в ЭАК, здесь очень важно различать тонические показатели, относящиеся кдлительным временным интервалам (например, число сокращений сердечной мышцы за 1 мин.), и показатели фазические, характеризующие быструю адаптацию кданному моменту (например, интервалы между двумя и тремя последовательными сокращениями сердца). В общем можно считать, что тонические показатели PC и АД отражают степень мобилизации организма. По поводу фазических показателей мнения противоречивы и обобщению пока не поддаются.
В арсенале психофизиологии наиболее популярными методами являются электрокардиография, измерение артериального дав~ пения и вазомоторные методы.
Электрокардиография (ЭКГ). В 1903 г. голландский ученый В. Эйнтховен открыл электрическую активность сердца и сумел записать его биотоки в виде графика, который получил название электрокардиограммы (ЭКГ). После многочисленных опытов выяснилось, что удобнее всего записывать эти биотоки от конечностей (руки-ноги), так как сюда от работающего сердца доходят хорошо улавливаемые импульсы. Со времен Эйнтховена основными считаются три варианта расположения датчиков. Их называют первым, вторым и третьим отведением. При первом биотоки отводят; от обеих рук, при втором – от правой руки и левой ноги, при третьем – от левой руки и левой ноги. В современной практике к этим основным добавляют еще другие дополнительные схемы, доводя их суммарное число до 12. Половина из них связана с грудной клеткой, а другая половина – с конечностями. При заболеваниях сердца в одном (или нескольких) отведениях обнаруживаются отклонения от нормы, позволяющие устанавливать диагноз. При исследовании психических явлений (чаще всего эмоциональных состояний) сравниваются показатели ЭКГ, снятые в спокойном состоянии (фоновые показатели) и при психическом воздействии (эмоциональное напряжение, решение сложной интеллектуальной задачи, сильное сенсорное воздействие, мышечное усилие и т. п.).
Кардиограмма – это запись электрических процессов, связанных с сокращением сердечной мышцы. ЭКГ имеет вид волнисто-зубчатой кривой (см. рисунок 15), участки которой соответствуют работе различных отделов сердца.
Рис. 15. Схема электрокардиограммы В каждом отведении эти кривые несколько отличаются друг от друга, но общий графический
комплекс, отображающий одно сокращение сердца, одинаков. Этот комплекс включает три положительных зубца Р, R и Т и два отрицательных – Q и S. Положительные – это отклонения вверх от горизонтальной линии общего хода графика. Отрицательные – отклонения вниз от этой же горизонтали. Буквы латинского алфавита для обозначения этих зубцов были предложены еще Эйнтховеном и используются поныне. Зубец Р характеризует силу, активность сокращающихся предсердий. Восходящая ветвь зубца соответствует возбуждению правого предсердия, а нисходящая – левого. Зубцы Q, R, S и Т объединяются в понятие «желудочковый комплекс». Участок Q-R-S соответствует сокращению желудочков, а зубец Т – их расслаблению. Последующая прямая Т-Р соответствует периоду покоя сердца (диастоле – паузе). К сожалению, форма ЭКГ не дает информации о влиянии на работу сердца психических воздействий. Поэтому психодиагностическую информацию извлекают из временных интервалов между зубцами, т. е. частоты PC. Так, при высоком эмоциональном напряжении частота сокращений достигает у взрослого человека 150-180 ударов в мин. Однако есть и обратные данные: уменьшение частоты при переживании некоторых эмоций.
Измерение артериального давления. Артериальное давление (АД) – это сила, создающаяся в артериях, когда кровь встречает сопротивление. В периферических сосудах АД достигает максимума во время систолы (сокращение сердечной мышцы) и падает до минимума в диастоле (расслабление сердечной мышцы). Обычно величина АД указывается в виде дроби, в