6. Показатели активности вегетативной нервной системы в психофизиологии: виды (кгр, экг, плетизмограмма, миограмма, пневмограмма), способы регистрации и связь с психическими состояниями.

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

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

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

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

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

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

КГР может возникать при усилении внимания, появлении оборонительной реакции.

Плетизмограмма. Кровенаполнение периферических сосудов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

• Выявление нарушений внутрисердечной проводимости (различные блокады).

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

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

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

• В определённом проценте случаев может быть абсолютно неинформативна.

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

Для измерения разности потенциала на различные участки тела накладываются электроды.

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

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

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

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

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

1929 г. – статья об ЭЭГ человека.

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

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

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

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

Ритмы мозга:

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

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

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

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

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

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

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

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

Сравнительный анализ биоэлектрических потенциалов разных областей ГМ (Ливанов).

Зарегистрировал феномен развития пространственной синхронизации потенциалов в диапазоне определенного ритма.

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

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

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

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

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

ВП

Вызванные потенциалы (ВП) – биоэлектрические колебания, возникающие в нервных структурах в ответ на внешнее раздражение и находящиеся в строго определенной временной связи с началом его действия. У человека ВП обычно включены в ЭЭГ, но на фоне спонтанной биоэлектрической активности трудно различимы (амплитуда одиночных ответов в несколько раз меньше амплитуды фоновой ЭЭГ). В связи с этим регистрация ВП осуществляется специальными техническими устройствами, которые позволяют выделять полезный сигнал из шума путем последовательного его накопления, или суммации. При этом суммируется некоторое число отрезков ЭЭГ, приуроченных к началу действия раздражителя.

Способы выделения сигнала из шума позволяют отмечать в записи ЭЭГ изменения потенциала, которые достаточно строго связаны во времени с любым фиксированным событием. В связи с этим появилось новое обозначение этого круга физиологических явлений – событийно-связанные потенциалы (ССП).

Примерами здесь служат: колебания, связанные с активностью двигательной коры (моторный потенциал, или потенциал, связанный с движением); потенциал, связанный с намерением произвести определенное действие (так называемая Е-волна); потенциал, возникающий при пропуске ожидаемого стимула.

Эти потенциалы представляют собой последовательность позитивных и негативных колебаний, регистрируемых, как правило, в интервале 0-500 мс. В ряде случаев возможны и более поздние колебания в интервале до 1000 мс. Количественные методы оценки ВП и ССП предусматривают, в первую очередь, оценку амплитуд и латентностей. Амплитуда – размах колебаний компонентов, измеряется в мкВ, латентность – время от начала стимуляции до пика компонента, измеряется в мс. Помимо этого, используются и более сложные варианты анализа.

В исследовании ВП и ССП можно выделить три уровня анализа. Феноменологический уровень включает описание ВП как многокомпонентной реакции с анализом конфигурации, компонентного состава и топографических особенностей. Возможности этого уровня анализа прямо связаны с совершенствованием способов количественной обработки ВП, которые включают разные приемы, начиная от оценки латентностей и амплитуд и кончая производными, искусственно сконструированными показателями. Многообразен и математический аппарат обработки ВП, включающий факторный, дисперсионный, таксономический и другие виды анализа.

По этим результатам на физиологическом уровне анализа происходит выделение источников генерации компонентов ВП, т.е. решается вопрос о том, в каких структурах мозга возникают отдельные компоненты ВП. Локализация источников генерации ВП позволяет установить роль отдельных корковых и подкорковых образований в происхождении тех или иных компонентов ВП. Наиболее признанным здесь является деление ВП на экзогенные и эндогенные компоненты. Первые отражают активность специфических проводящих путей и зон, вторые – неспецифических ассоциативных проводящих систем мозга. Длительность тех и других оценивается по-разному для разных модальностей. В зрительной системе, например, экзогенные компоненты ВП не превышают 100 мс от момента стимуляции.

Третий уровень анализа – функциональный предполагает использование ВП как инструмента, позволяющего изучать физиологические механизмы поведения и познавательной деятельности человека и животных. ВП следует квалифицировать как психонервную реакцию, т.е. такую, которая прямо связана с процессами психического отражения. Это реакция, состоящая из ряда компонентов, непрерывно связанных между собой. Таким образом, она структурно однородна и может быть операционализирована, т.е. имеет количественные характеристики в виде параметров отдельных компонентов (латентностей и амплитуд). Существенно, что эти параметры имеют разное функциональное значение в зависимости от особенностей экспериментальной модели. Разложение ВП на элементы (компоненты), осуществляемое как метод анализа, позволяет охарактеризовать лишь отдельные стадии процесса переработки информации, при этом утрачивается целостность процесса как такового. В наиболее выпуклой форме идеи о целостности и системности ВП как корреляте поведенческого акта нашли отражение в исследованиях В.Б. Швыркова. По этой логике ВП, занимая весь временной интервал между стимулом и реакцией, соответствуют всем процессам, приводящим к возникновению поведенческого ответа, при этом конфигурация ВП зависит от характера поведенческого акта и особенностей функциональной системы, обеспечивающей данную форму поведения. При этом отдельные компоненты ВП рассматриваются как отражение этапов афферентного синтеза, принятия решения, включения исполнительных механизмов, достижения полезного результата. В такой интерпретации ВП выступают как единица психофизиологического анализа поведения.