Методы нейрофизиологических исследований. Электрическая активность головного мозга

Предмет, содержание, значение нейрофизиологии. Становление и развитие науки.

Оформление чертежей

Сегодня высшие и средние специальные учебные заведения уделяют большое внимание применению компьютерной техники при обучении студентов. Во время учебы студенты осваивают самые перспективные технологии проектирования и приобретают навыки работы с системами машинной графики.

При оформлении чертежных материалов студенты могут использовать любые доступные чертежные редакторы, при условии соблюдения ГОСТ ЕСКД. Приведём описание «КОМПАС».

Программа КОМПАС – это КОМПлекс Автоматизированных Систем, специально созданный для решения широкого круга задач проектирования и конструирования. Встроенный в систему чертежно-графический редактор КОМПАС-ГРАФИК изначально был ориентирован на быстрое и удобное выполнение чертежей любой сложности в полном соответствии с ГОСТ ЕСКД.

Чертежно-графический редактор КОМПАС-ГРАФИК – отличный инструмент для выполнения конструкторской документации. Благодаря простому интерфейсу, соответствующему стандарту Window, редактор обеспечивает быстрое обучение с системой на качественно новом уровне. Управление системой обеспечивается с помощью выпадающего текстового меню, отдельных панелей инструментов и контекстного меню. Пользователь может сам формировать сам собственные панели инструментов, а также подключать библиотеки в одном из видов: окно, диалог, меню или панель.

В процессе проектирования в редакторе можно работать со всеми типами графических примитивов (точки, прямые, окружности, дуги окружностей, эллипсы и т. д.), производить любые вспомогательные построения, правильно выполнять простановку размеров с допусками, использовать вспомогательную сетку, локальные системы координат, локальные и глобальные привязки, редактировать чертеж, производить измерения и расчет массогабаритных характеристик тел.

Уверенная работа в редакторе ускорит выполнение курсовых и дипломных проектов

Студенты получают возможность пользоваться этим инструментом в своей будущей профессиональной деятельности.

Студенты должны:

- знать правила построения изображений, методику работы в системе Компас;

- уметь выполнять конструкторскую документацию (графическую и текстовую) в системе Компас;

- иметь опыт создания чертежей планировок цеха (участка), а также оформления конструкторской документации в системе Компас согласно стандартам ЕСКД.

Примеры оформления чертежей приведены в приложении В.

Слово физиология происходит от греческого слова fussis – науки о природе. Первоначально оно обозначало всю совокупность наук о растительном и животном мире. По мере накопления знаний выделилась самостоятельная научная дисциплина, изучающая функции живого организма, которая и стала называться физиология.

Физиология – это наука о функциях клеток, тканей, органов, систем органов и целого организма.

Физиология изучает процессы, протекающие в органах и системах человека, в их взаимосвязи с окружающей средой, при различных состояниях организма.

Задача физиологии состоит в познании свойств, форм проявления и механизмов регуляции этих свойств при различных состояниях организма и различных условиях внешней среды.

Физиология ребенка - наука, изучающие изменения функций организма, возникающие в процессе его развития.

Нейрофизиология изучает закономерности функционирования ЦНС, особенности функционирования структур ЦНС, их взаимосвязь между собой.

Задача нейрофизиологии заключается в познании механизмов работы головного и спинного мозга.

Нейрофизиология тесно связана с Физиологией ВНД. В настоящее время установлено, что субстратом осуществления сложных рефлекторных реакций является кора головного мозга и подкорковые структуры. ВНД была выделена как условно-рефлекторная деятельность высших отделов ЦНС, обеспечивающих адекватное и наиболее совершенное отношение целого организма к внешнему миру. ВНД – это совокупность сложных форм деятельности коры больших полушарий и ближайших к ней подкорковых образований, обеспечивающая взаимосвязь целого организма с внешней средой.

В последние годы в мировой науке имеется тенденция к интеграции сведений, полученных в смежных областях знаний и создание на этой основе системы нейронаук. К нейронаукам относятся; нейрофизиология, физиология ВНД и психофизиология.

Психология - одна из древнейших наук в современной системе научного знания. Она возникла как результат осознания человеком самого себя. Само название этой науки - психология (psyche - душа, logoc - учение) указывает, что основное ее предназначение - познание своей души и ее проявлений - воли, восприятия, внимания, памяти и т.д. Нейрофизиология - специальный раздел физиологии, изучающий деятельность нервной системы, возникла намного позже. Практически до второй половины XIX века нейрофизиология развивалась как экспериментальная наука, базирующаяся на изучении животных. Действительно, «низшие» (базовые) проявления деятельности нервной системы одинаковы у животных и человека. К таким функциям нервной системы относятся проведение возбуждения по нервному волокну, переход возбуждения с одной нервной клетки на другую (например, нервную, мышечную, железистую), простые рефлексы (например, сгибания или разгибания конечности), восприятие относительно простых световых, звуковых, тактильных и других раздражителей и многие другие. Только в конце XIX столетия ученые перешли к исследованию некоторых сложных функций дыхания, поддержания в организме постоянства состава крови, тканевой жидкости и некоторых других. При проведении всех этих исследований ученые не находили существенных различий в функционировании нервной системы как в целом, так и ее частей у человека и животных, даже очень примитивных. Например, на заре современной экспериментальной физиологии излюбленным объектом была лягушка. Только с открытием новых методов исследования (в первую очередь электрических проявлений деятельности нервной системы) наступил новый этап в изучении функций головного мозга, когда стало возможным исследовать эти функции, не разрушая мозг, не вмешиваясь в его функционирование, и вместе с тем изучать высшие проявления его деятельности - восприятие сигналов, функции памяти, сознания и многие другие.

Как уже указывалось, психология как наука намного старше, чем физиология, и на протяжении многих веков психологи в своих исследованиях обходились без знаний физиологии. Конечно, это связано прежде всего с тем, что знания, которыми располагала физиология 50-100 лет тому назад, касались только процессов функционирования органов нашего тела (почек, сердца, желудка и др.), но не головного мозга. Представления ученых древности о функционировании головного мозга ограничивались только внешними наблюдениями: они считали, что в головном мозге - три желудочка, и в каждый из них древние врачи «помещали» одну из психических функций (рис. 1).

Перелом в понимании функций головного мозга наступил в XVIII столетии, когда стали изготавливать очень сложные часовые механизмы. Например, музыкальные шкатулки исполняли музыку, куклы танцевали, играли на музыкальных инструментах. Все это приводило ученых к мысли, что наш головной мозг чем-то очень похож на такой механизм. Только в XIX веке окончательно было установлено, что функции головного мозга осуществляются по рефлекторному (reflecto-отражаю) принципу. Однако первые представления о рефлекторном принципе действия нервной системы человека были сформулированы еще в XVIII столетии философом и математиком Рене Декартом. Он полагал, что нервы представляют собой полые трубки, по которым от головного мозга, вместилища души, передаются животные духи к мышцам. На рис. 2 видно, что мальчик обжег ногу, и этот стимул запустил всю цепь реакций: вначале «животный дух» направляется к головному мозгу, отражается от него и по соответствующим нервам (трубкам) направляется к мышцам, раздувая их. Здесь без труда можно увидеть простую аналогию с гидравлическими машинами, которые во времена Р. Декарта были вершиной достижения инженерной мысли. Проведение аналогии между действием искусственных механизмов и деятельностью головного мозга - излюбленный прием при описании функций мозга. Например, наш великий соотечественник И. П. Павлов сравнивал функцию коры больших полушарий головного мозга с телефонным узлом, на котором барышня-телефонистка соединяет абонентов между собой. В наше время головной мозг и его деятельность чаще всего сравнивают с мощным компьютером. Однако любая аналогия весьма условна. Не вызывает сомнений, что головной мозг действительно выполняет огромный объем вычислений, но принцип его деятельности отличен от принципов действия компьютера. Но вернемся к вопросу: зачем психологу знать физиологию головного мозга?

Вспомним идею рефлекса, высказанную еще в XVIII веке Р. Декартом. Собственно зерном этой идеи было признание того, что реакции живых организмов обусловлены внешними раздражениями благодаря деятельности головного мозга, а не «по воле Божьей». В России эта идея была с воодушевлением воспринята научной и литературной общественностью. Вершиной этого был выход в свет знаменитого труда Ивана Михайловича Сеченова «Рефлексы головного мозга» (1863), оставившего глубокий след в мировой культуре. Свидетельством служит тот факт, что в 1965 г., когда исполнилось столетие со дня выхода этой книги в свет, в Москве под патронажем ЮНЕСКО прошла международная конференция, на которой присутствовали многие ведущие нейрофизиологи мира. И. М. Сеченов впервые полно и убедительно доказал, что психическая деятельность человека должна стать объектом изучения физиологами.

И. П. Павлов развил эту мысль в виде «учения о физиологии условных рефлексов».

Ему принадлежит заслуга в создании метода экспериментального исследования «высшего этажа» головного мозга коры - больших полушарий. Этот метод назван «методом условных рефлексов». Он установил фундаментальную закономерность предъявление животному (И. П. Павлов проводил исследования на собаках, но это верно и для человека) двух стимулов - вначале условного (например, звук зуммера), а затем безусловного (например, подкармливание собаки кусочками мяса). После некоторого числа сочетаний это приводит к тому, что при действии только звука зуммера (условного сигнала) у собаки развивается пищевая реакция (выделяется слюна, собака облизывается, скулит, смотрит в сторону миски), т. е. образовался пищевой условный рефлекс (рис. 3). Собственно этот прием при дрессировке был давно известен, но И. П. Павлов сделал его мощным инструментом научного исследования функций головного мозга.

Физиологические исследования в сочетании с изучением анатомии и морфологии головного мозга привели к однозначному заключению – именно головной мозг является инструментом нашего сознания, мышления, восприятия, памяти и других психических функций.

Основная трудность исследования заключается в том, что психические функции чрезвычайно сложны. Психологи исследуют эти функции своими методами (например, при помощи специальных тестов изучают эмоциональную устойчивость человека, уровень умственного развития и другие свойства психики). Характеристики психики исследуются психологом без «привязки» к мозговым структурам, т. е. психолога интересуют вопросы организации самой психической функции, но не то, как работают отдельные части головного мозга при осуществлении этой функции. Только относительно недавно, несколько десятилетий назад, появились технические возможности для исследования методами физиологии (регистрация биоэлектрической активности головного мозга, исследование распределения тока крови и др., подробнее см. далее) некоторых характеристик психических функций - восприятия, внимания, памяти, сознания и др. Совокупность новых подходов к исследованию головного мозга человека, сфера научных интересов физиологов в области психологии и привели к появлению в пограничной области этих наук новой науки - психофизиологии. Это обусловило взаимопроникновение двух областей знаний - психологии и физиологии. Поэтому физиологу, который исследует функции головного мозга человека, необходимы знания психологии и применение этих знаний в своей практической работе. Но и психолог не может обойтись без регистрации и исследования объективных процессов головного мозга с помощью электроэнцефалограмм, вызванных потенциалов, томографических исследований и пр.

В физиологии выделяют два основных метода: наблюдение и эксперимент.

Метод наблюдения заключается в пассивной регистрации хода того или иного процесса или явления.

Эксперимент – это исследование какой-либо функции путем активного воздействия. Существуют два вида эксперимента; острый и хронический. При остром эксперименте исследователь вырезает интересующие его структуры (ПР – мозжечек). Такой эксперимент влечет гибель подопытных животных. Хронический эксперимент изучает функции в тесной взаимосвязи с другими функциями организма – подопытное животное не погибает.

В клинической практике используют метод разрушения структур ЦНС в целях лечения (например лечение наркомании). Изучение и разрушение структур мозга с лечебной целью нашло применение в клинике академика Бехтеревой для лечения различных форм заболеваний ЦНС.

В физиологии ВНД еще Павловым был разработан метод условных рефлексов. С помощью этого метода он изучал функции коры больших полушарий, подкорковых образований, явления концентрации и иррадиации, аналитико-синтетическую деятельность мозга.

В современных условиях для исследования физиологических процессов используют электорофизиологические методы, позволяющие регистрировать биопотенциалы (электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография). С помощью компьютерной томографии, можно не прибегая к операции установить морфофункциональные изменения головного мозга.

Методы изучения мозга.

1)морфологические методы – исследование тонкого строения мозга (выявление тончайших элементов нервных клеток) с помощью световой и электронной микроскопии, радиохимии.

2) биохимические методы – исследование метаболических процессов мозга здорового и больного человека, а также при различных функциональных состояниях, формах деятельности и т.д. Выделят несколько областей нейрохимии – химия пептидов, медиаторов, модуляторов, аминокислот и т.д.

3) физиологические методы – экспериментальные методы, направленные на изучение функций различных отделов мозга.

· Метод разрушения мозга. Первоначально использовался для моделирования ситуаций, в которые попадают люди с локальными поражениями мозга. В клинической практике используют метод разрушения структур ЦНС в целях лечения (например лечение наркомании). Изучение и разрушение структур мозга с лечебной целью нашло применение в клинике академика Бехтеревой для лечения различных форм заболеваний ЦНС.

· Метод электрического раздражения мозга – внедрялся в экспериментальную физиологию с середины 19 в. В современной науке используется стереотаксическая техника, позволяющая вводить электрод в любой очень локальный участок мозга. Этот прием используется и для терапии ряда неврологических и психических заболеваний.

· Метод хемостимуляции, термо - и хеморазрушения, разрушение ультразвуком – позволяет добиться еще большей локальности.

· Метод регистрации электрических процессов мозга – применяется со второй половины 20 в. Метод электроэнцефалографии – это метод регистрации электрической активности мозга, главным образом корковых нейронов. Кривая, отражающая электрическую активность, называется электроэнцефалограммой. Для регистрации применяют электроэцефалограф. В целом ЭЭГ позволяет определить характер состояния мозга (ПР – эпилепсию).

· Метод исследования мозгового кровотока - метод реаэнцефалографии (РЭГ). Запись РЭГ проводят с помощью реографа, подключенного к электроэнцефалографу. РЭГ представляет собой кривую, слагающуюся из восходящих и нисходящих путей. Она имеет вершины и зубцы на спуске кривой. РЭГ является безвредным методом диагностики церебраьных расстройств. Изучается мозговой кровоток в бассейнах сонных и позвоночных артерий.

· Методы томографические (компьютерная томография головы). Суть томографических исследований – это получение среза мозга искусственным путем. Для построения среза используют либо просвечивание мозга с помощью рентгеновских лучей, либо излучение от мозга, исходящее от изотопов, предварительно введенных в мозг. Этот метод широко используется для диагностики заболеваний ЦНС (можно выявить локализацию опухолей, кровоизлияний и т.д.).

Электрическая активность головного мозга.

Колебания электрических потенциалов коры впервые были записаны В.В. Правдич-Нилинским в 1913 г. Записывают колебания потенциалов коры при помощи электроэнцефалографа. На ЭЭГ различают волны разной частоты и амплитуды. По частоте колебаний в 1 с. выделяют альфа-ритм, бета-ритм, тетта-ритм, дельта-ритм.

Характеристика биоритмов головного мозга:

Ритмы	Частота Гц	Амплитуда	Состояние организма	Участки головного мозга
Альфа-ритм a	8-13	50 мВ	Состояние отдыха с закрытыми глазами	С затылочной области
Бета-ритм b	14-30	20-25 мВ	Бодрствование при открытых глазах	Теменная и лобная доли
Тета- ритм q	4-7	100-150 мВ	При засыпани, слабом наркозе	Подкорковые структуры
Дельта-ритм d	0,5-3,5	250-300 мВ	Во время сна, сильный наркоз	Подкорковые структуры
Гамма-колебания	Больше 30

Диагностическое значение электроэнцефалограммы: у здорового человека в состоянии бодрствования должны регистрироваться альфа и бета волны; иначе - признак патологии в головном мозге (кровоизлияния, опухоли).

Дата добавления: 2014-11-18