6. Электроэнцефалограмма, магнитоэнцефалограмма и термоэнцефалограмма: способы регистрации, обработка и представление данных, сравнительный анализ возможностей в исследовании механизмов мозга.

Магнитоэнцефалограмма: активность мозга всегда представлена синхронной активностью большого количества НК, сопровождаемой слабыми электрическими токами, которые создают магнитные поля. регистрация этих полей неконтактным способом позволяет получить МЭГ. МЭГ регистрируют с помощью высокочувствительных к электромагнитным полям датчиков. предполагается, что если ЭЭГ больше связана с радиальными по отношению к поверхности головы источниками тока (диполями), что имеет место на поверхности извилин, то МЭГ больше связана с тангенциально направленными источниками тока, имеющими место в корковых областях, образующих борозды.

электрическое и магнитное поля взаимноперпендикулярны, поэтому при одновременной регистрации обоих полей можно получить взаимодополняющую картину об исходном источнике генерации тех или иных потенциалов. МЭГ м.б. представлена в виде профилей магнитных полей на поверхности черепа, либо в виде кривой линии, отражающей частоту и амплитуду изменения магнитного поля в определенной точке скальпа. МЭГ дополняет информацию, полученную с помощью ЭЭГ. МагнитоЭнцефалоГрафия (МЭГ) – регистрация параметров магнитного поля организма человека и животного. При помощи МЭГ можно регистрировать основные ритмы ЭЭГ и ВП. Запись осуществляется с помощью сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиков ;) в специальной камере, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных полей.

Преимущества:

• много датчиков → пространственная картина распределения электромагнитных полей

• бесконтактная запись → различные составляющие магнитных полей, регистрируемые со скальпа, не претерпевают таких искажений, как при записи ЭЭГ.

Термоэнцефалоскопия. Этим методом измеряют локальный метаболизм мозга и кровоток по теплопродукции. Мозг излучает теплолучи в инфракрасном диапазоне. Водяные пары воздуха задерживают значительную часть этого излучения, но есть частоты (3-5 и 8-14 мкм), в которых тепловые лучи распространяются на большие расстояния, и их можно регистрировать. Инфракрасное излучение мозга улавливается на расстоянии от нескольких см до метра термовизором с автоматической системой сканирования. Сигналы попадают на точечные датчики. Каждая термокарта содержит 10-16 тысяч дискретных точек. Процедура измерений в одной точке длится 2,4 мкс. В работающем мозге температура отдельных участков непрерывно меняется. Построение карты дает временной срез метаболической активности мозга. можно сказать какие области участвуют в реализации того или иного процесса. мозг потребляет 30-40 % крови. очень энергоемкая система.

Термолизор: программа, определяющая тип эмоции по мышечной активности человека. (детектор лжи)

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

Томография – получение срезов мозга искусственным путем. Для построения срезов используется просвечивание, например рентгеновскими лучами.

Общий принцип томографии был сформулирован Дж. Родоном. Операции, которые выполняются при томографии называются прямым и обратным преобразованием. Прямое – описание мозга и мозговых процессов в форме срезов. Восстановление модели мозга и его работы по срезам – обратное преобразование.

Ядерно-Магнитно-Резонансная томография (ЯМР) основана на определении в мозговом веществе распределения плотности ядер водорода и на регистрации некоторых их характеристик при помощи мощных электромагнитов, расположенных вокруг тела человека. Данные ЯМР-томографии дают информацию об изучаемых головного мозга как анатомического, так и физико-химического характера.

Преимущества:

→ нет ионизирующего излучения

→ возможно многоплоскостное исследование;

→ большая разрешающая способность.

Чтобы получить изображение тканей того или иного органа с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР-изображение), человека помещают в цилиндриче­скую трубу с постоянным магнитным полем, в 30 000 раз превышающим земное. Протоны тканей органов в этом магнитном поле начинают колебаться с частотой, пропорциональной напряженности магнитного поля. Если в это время на тело на­править радиоволны, то протоны в тканях поглощают их энергию с частотой ос­цилляции. После прекращения воздействия на тело радиоволн ядра начинают из­лучать поглощенную энергию и возвращаются в исходное равновесное состояние. Излучение энергии ядрами тканей регистрируется как магнитный резонансный сигнал (ЯМР-сигнал). В катушке индуктивности, окружающей обследуемого, возникает переменная электродвижущая сила (ЭДС), амплитудно-частотный спектр которой и переходные во времени характеристики несут информацию о пространственной плотности резонирующих атомных ядер, а также о других па­раметрах, специфических только для ядерного магнитно­го резонанса. После обработки на ЭВМ эта информация переходит в ЯМР-изображение, которое характеризует плотность химически эквивалентных ядер, время релак­сации ядерного магнитного резонанса, распределение скоростей потока жидкости (крови), диффузию молекул и биохимические процессы обмена веществ.

Контраст ЯМР-изображений можно увеличить, вводя в организм различные парамагнитные вещества. Методы ЯМРИ позволяют следить за процессами поступления в организм и удаления из него атомных ядер, например фтора-19, которые в нормальных условиях либо отсутствуют в организме, либо содержатся в ничтожных концентрациях. Благодаря указанным свойствам, а так­же безвредности для здоровья человека ЯМРИ стала самым мощным и многогранным методом диагностики в медицине. в физиологии ЯМРИ используется для выявления мозговых структур, вовлеченных в обеспечение деятельности и психических процессов.

рентгеноструктурная томография: направляют луч в определенной плоскости. замеряют его плотность при входе и на выходе, были потери – распределение вещества плотнее.

получают распределение внутреннего строения вещества. где плотнее – потери будут больше, где пустоты – лучи будут проще проходить.

Итог: строение мозга конкретного человека.

8. Методы неинвазивного изучения мозга. Метод позитронно-эмиссионой томографии (ПЭТ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ): физическая сущность методов, разрешающая способность, типы получаемых данных.

Позитронно-Эмисионная Томография (ПЭТ) основана на выявлении распределения в мозге различных химических веществ, которые участвуют в метаболизме мозга. Для этого используют короткоживущие радиоизотопы C11, O15, N13, F18. замещение соответствующего элемента на такой изотоп не влияет на химические свойства вещества, но позволяет проследить его движение. Меченое вещество вводится в вену или изоляционно.

Перечисленные изотопы – позитронноизлучающие. Явление позитронной эмиссии – исход из ядра позитронов, в которой нарушен баланс между позитроном и электроном.

В современных клинических и экспериментальных исследованиях все большее значение приобретают методы, позволяющие визуализировать функционирова­ние мозга. Это достигается путем построения с помощью компьютера «картин» мозга на основе данных о метабо­лической активности его структур. Одним из наиболее результативных методов в плане пространственного раз­решения изображения является позитронно-эмиссионная томография мозга (ПЭТ). Техника ПЭТ заключает­ся в следующем. Субъекту в кровеносное русло вводят изотоп, это кислород-15, азот-13 или фтор-18. Изотопы вводят в виде соединения с другими молекулами. Б мозге радиоактивные изотопы излучают позитроны, каждый из которых, пройдя че­рез ткань мозга примерно на 3 мм от локализации изотопа, сталкивается с элек­троном. Столкновение между этими частицами приводит к уничтожению частиц и появлению пары протонов, которые разлетаются от места столкновения в раз­ные стороны теоретически под углом в 180° друг к другу. Голова субъекта помещена в специальную ПЭТ-камеру, в которую в виде круга вмонтированы кристалличе­ские детекторы протонов. Подобное расположение детекторов позволяет фикси­ровать момент одновременного попадания двух «разлетевшихся» от места столк­новения протонов двумя детекторами, отстоящими друг от друга под углом в 180°. Наиболее часто применяют лиганд Р\В — дезоксиглюкозу (ФДГ). ФДГ явля­ется аналогом глюкозы. Области мозга с разной метаболической активностью по­глощают ФДГ соответственно с разной интенсивностью, но не утилизируют ее. Концентрация изотопа Л8 в нейронах разных областей увеличивается неравно­мерно, следовательно, и потоки «разлетающихся» протонов на одни детекторы попадают чаще, чем на другие. Информация от детекторов поступает на компью­тер, который создает плоское изображение (срез) мозга на регистрируемом уров­не. Кроме того, два других изотопа применяются в ПЭТ также для определения метаболической активности.

очень дорогой метод.

Функциональная магнитно-резонансная томография. Магнитно-резонансная томография (ядерно-магнитная резонансная томография, МРТ, ЯМРТ, NMR, MRI) — нерентгенологический метод исследования внутренних органов и тканей человека. Здесь не используются Х-лучи, что делает данный метод безопасным для большинства людей.

Как проводится исследование

Технология МРТ достаточно сложна: используется эффект резонансного поглощения атомами электро-магнитных волн. Человека помещают в магнитное поле, которое создает аппарат. Молекулы в организме при этом разворачиваются согласно направлению магнитного поля. После этого радиоволной проводят сканирование. Изменение состояния молекул фиксируется на специальной матрице и передается в компьютер, где проводится обработка полученных данных. В отличие от компьютерной томографии МРТ позволяет получить изображение патологического процесса в разных плоскостях. Магнитно-резонансный томограф по своему внешнему виду похож на компьютерный. Исследование проходит так же, как и компьютерная томография. Стол постепенно продвигается вдоль сканера. МРТ требует больше времени, чем КТ, и обычно занимает не менее 1 часа (диагностика одного раздела позвоночника занимает 20–30 минут).

Метод был назван магнитно-резонансной томографией, а не ядерно-магнитной резонансной томографией (ЯМРТ) из-за негативных ассоциаций со словом «ядерный» в конце 1970-х годов. МРТ основана на принципах ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), методе спектроскопии, используемом учеными для получения данных о химических и физических свойствах молекул. МРТ получила начало как метод томографического отображения, дающий изображения ЯМР-сигнала из тонких срезов, проходящих через человеческое тело. МРТ развивалась от метода томографического отображения к методу объемного отображения.

Метод особенно эффективен для изучения динамических процессов (например, состояния кровотока и результатов его нарушения) в органах и тканях.

Преимущества магнитно-резонансной томографии

МРТ лучше визуализирует некоторые структуры головного и спинного мозга, а также другие нервные структуры. В связи с этим она чаще используется для диагностики повреждений, опухолевых образований нервной системы, а также в онкологии, когда необходимо определить наличие и распространенность опухолевого процесса. Список заболеваний, которые можно обнаружить с помощью МРТ, внушителен: воспалительные, дистрофические и опухолевые поражения сосудов и сердца, органов грудной и брюшной полости, поражение лимфатических узлов, паразитарные процессы и другие патологии.

Вредна ли магнитно-резонансная томография?

В настоящее время о вреде магнитного поля ничего не известно. Однако большинство ученых считают, что в условиях, когда нет данных о его полной безопасности, подобным исследованиям не следует подвергать беременных женщин. По этим причинам, а также в связи с высокой стоимостью и малой доступностью оборудования компьютерная и ЯМР томографии назначаются по строгим показаниях в случаях спорного диагноза или безрезультатности других методов исследований. МРТ не может также проводиться у тех людей, в организме которых находятся различные металлические конструкции — искусственные суставы, водители ритма сердца, дефибрилляторы, ортопедические конструкции, удерживающие кости и т.п.

9а. Психофизиологическая характеристика функциональных состояний (ФС): определение, типы и способы оценки (диагностики). Особые типы ФС человека. Связь ФС с работоспособностью (эффективностью деятельности).

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

Типы ФС: ЭЭГ:

Аффект гамма- ритм (???)

Активное бодрствование альфа и бета-ритм

Спокойное бодрствование альфа-ритм

Дремота альфа и дельта-колебания

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

Кома дельта – ритм

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

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

ФС и эффективность деятельности.

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

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

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

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

Оптимальное функциональное состояние (ФС).

Ведение обучение в коридоре оптимального ФС (опыты Мангины).

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

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

1. наличие условного сигнала

2. подкрепления

активирующих модулирующих влияний.

Физиологические индикаторы функциональных состояний.

Двигательные:

Уровень двигательной активности

Уровень фонового мышечного напряжения

Вегетативные:

- Частота и глубина дыхания

- КГР

- Гистограмма желудка

- АД (артериальное давление)

- Расширение/сужение сосудов головы и конечностей

- ЧСС (частота сердечных сокращений)

Электроэнцефалографические:

§ Альфа-ритм (депрессия при внимании)

§ Усиление высокочастотных ритмов (при внимании)

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

9б. Психофизиологическая характеристика функциональных состояний мозга (ФС): определение, типы и способы оценки (диагностики). Особые типы ФС человека. Связь ФС с работоспособностью (эффективностью деятельности).

Лекции.

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

Типы ФС: ЭЭГ:

• Активное бодрствование альфа и бета-ритм

• Спокойное бодрствование альфа-ритм

• Дремота альфа и дельта-колебания

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

• Кома

ФС и эффективность деятельности.

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

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

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

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

Оптимальное функциональное состояние (ФС).

Ведение обучение в коридоре оптимального ФС (опыты Мангины).

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

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

1. наличие условного сигнала

2. подкрепления

активирующих модулирующих влияний.

Физиологические индикаторы функциональных состояний.

Двигательные:

• Уровень двигательной активности

• Уровень фонового мышечного напряжения

Вегетативные:

• Частота и глубина дыхания

• КГР

• Гистограмма желудка

• АД

• Расширение/сужение сосудов головы и конечностей

• ЧСС

Электроэнцефалографические:

• Альфа-ритм (депрессия при внимании)

• Усиление высокочастотных ритмов (при внимании)

• ВП: ССП, НР, ПН

Зависимость НР от ФС и различительной способности субъекта.

НР – физиологическая мера текущего процесса переработки сенсорной информации в мозге. НР – ответ на различие между последовательно предъявляемыми стимулами. НР получают вычитанием: ПСС на девиантный (т.е. отклоняющийся) стимул минус ПСС на стандартный стимул.

Предвнимание=НР. Между НР и способностью субъекта различать сенсорные стимулы существует тесная взаимосвязь. Чем ниже различительный порог, тем большую амплитуду НР вызывает девиантный стимул, когда внимание субъекта направлено не на стимул, а на чтение интересной книги.

Тренировка влияет на амплитуду НР: была маленькая станет большая, была большая – не изменится.

НР увеличивается после активации (например, при быстром чтении) или под влиянием приема фармакологических стимуляторов.

Детерминанты НР

С ростом стимульного отклонения (девиации) НР становится больше и возникает раньше.

Амплитуда НР сильно зависит от локальной вероятности, непосредственно предшествующей последовательности стимулов. Чем меньше вероятность, тем больше амплитуда.

НР не зависит от значимости стимула или от возможности предсказать его появление.

Влияние сна

НР возникает в конце второй стадии медленноволнового сна и во время быстрого сна во второй половине ночи. НР очень трудно записать во сне. Во сне НР имеет маленькую амплитуду и большой латентный период.