Методи вивчення роботи головного мозку

Вибір методик і показників

Детектор неправди

Реакції очей

Показники активності дихальної системи

Показники активності м'язової системи

Показники роботи серцево-судинної системи

Електрична активність шкіри

Методи вивчення роботи головного мозку

ТЕМА 2. МЕТОДИ ПСИХОФІЗІОЛОГІЇ

Центральне місце в ряді методів психофізіологічного дослідження займають різні способи реєстрації електричної активності центральної нервової системи, і в першу чергу головного мозку.

Електроенцефалографія - метод реєстрації й аналізу електроенцефалограми (ЕЕГ), тобто сумарної біоелектричної активності, що відводиться як зі шкіри голови, так і з глибоких структур мозку. Останнє в людини можливо лише в клінічних умовах.

У 1929 р. австрійський психіатр Х. Бергер виявив, що з поверхні черепа можна реєструвати "мозкові хвилі". Він установив, що електричні характеристики цих сигналів залежать від стану випробуваного. Найбільш помітними були синхронні хвилі великої амплітуди з характерною частотою близько 10 циклів у секунду. Бергер назвав їх альфа-хвилями і протиставив їх високочастотним "бета-хвилям", що виявляються тоді, коли людина переходить у більш активний стан. Відкриття Бергера привело до створення електроенцефалографічного методу вивчення мозку, що полягає в реєстрації, аналізі й інтерпретації біострумів мозку тварин і людини.

Одна із найбільш цікавих особливостей ЕЕГ - її спонтанний, автономний характер. Регулярна електрична активність мозку може бути зафіксована вже в плоду (тобто до народження організму) і припиняється тільки з настанням смерті. Навіть при глибокій комі і наркозі спостерігається особлива характерна картина мозкових хвиль.

Сьогодні ЕЕГ є найбільш перспективним, але поки ще найменш розшифрованим джерелом даних для психофізіолога.

Умови реєстрації і способи аналізу ЕЕГ. У стаціонарний комплекс для реєстрації ЕЕГ і ряду інших фізіологічних показників входить звукоізолююча екранована камера, обладнане місце для випробуваного, багатоканальні підсилювачі, реєструюча апаратура (чорнилопишучий енцефалограф, багатоканальний магнітофон). Звичайно використовується від 8 до 16 каналів реєстрації ЕЕГ від різних ділянок поверхні черепа одночасно. Аналіз ЕЕГ здійснюється як візуально, так і за допомогою ЕОМ. В останньому випадку необхідно спеціальне програмне забезпечення.

За частотою в ЕЕГ розрізняють наступні типи ритмічних складових:

o дельта-ритм (0,5-4 Гц);

o тета-ритм (5-7 Гц);

o альфа-ритм (8-13 Гц) - основний ритм ЕЕГ, що переважає в стані спокою;

o мю-ритм - по частотно-амплітудних характеристиках подібний з альфа-ритмом, але

переважає в передніх відділах кори великих півкуль;

o бета-ритм (15-35 Гц);

o гамма-ритм (вище 35 Гц).

Варто підкреслити, що подібна розбивка на групи більш-менш довільна, вона не відповідає ніяким фізіологічним категоріям. Зареєстровано і більш повільні частоти електричних потенціалів головного мозку аж до періодів порядку декількох годин і доби. Запис по цих частотах виконується за допомогою ЕОМ.

Інша важлива характеристика електричних потенціалів мозку - амплітуда, тобто величина коливань. Амплітуда і частота коливань зв'язані один з одним. Амплітуда високочастотних бета-хвиль в однієї і тієїж людини може бути майже в 10 разів нижче амплітуди більш повільних альфа-хвиль.

Важливе значення при реєстрації ЕЕГ має розташування електродів, при цьому електрична активність що одночасно реєструється з різних точок голови може сильно розрізнятися. При записі ЕЕГ використовують два основних методи: біполярний і монополярный. У першому випадку обидва електроди накладаються на єлектрично активні точки шкіри голови, у другому один з електродів розташовується в точці, що умовно вважається електрично нейтральною (мочка вуха, перенісся). При біполярному записі реєструється ЕЕГ, що представляє результат взаємодії двох електрично активних точок (наприклад, лобового і потиличного відведень), при монополярному запису - активність якогось одного відведення щодо електрично нейтральної точки (наприклад, лобового чи потиличного відведення щодо мочки вуха). Вибір того чи іншого варіанта запису залежить від цілей дослідження. У дослідницькій практиці ширше використовується монополярный варіант реєстрації, оскільки він дозволяє вивчати ізольований внесок тієї чи іншої зони мозку в досліджуваний процес.

Міжнародна федерація спілок електроенцефалографії прийняла так звану систему "10-20", що дозволяє точно вказувати розташування електродів. Відповідно до цієї системи в кожного випробуваного точно вимірюють відстань між серединою перенісся (назіоном) і твердим кістковим горбком на потилиці (ініоном), а також між лівою і правою вушними ямками. Можливі точки розташування електродів розділені інтервалами, що складають 10% чи 20% цих відстаней на черепі. При цьому для зручності реєстрації весь череп розбитий на області, позначені буквами: F - лобова, О - потилична область, Р - тім'яна, Т - скронева, С - область центральної борозни. Непарні номери місць відведення відносяться до лівого, а парні - до правої півкулі. Буквою Z - позначається відведення від верхівки черепа. Це місце називається вертексом і його використовують особливо часто.

Клінічний і статичний методи вивчення ЕЕГ. З моменту виникнення виділилися і продовжують існувати як відносно самостійні два підходи до аналізу ЕЕГ: візуальний (клінічний) і статистичний.

Візуальний (клінічний) аналіз ЕЕГ використовується, як правило, у діагностичних цілях. Електрофізіолог, спираючись на визначені способи такого аналізу ЕЕГ, вирішує наступне питання: чи відповідає ЕЕГ загальноприйнятим стандартам норми; якщо ні, то яка ступінь відхилення від норми, чи виявляються в пацієнта ознаки осередкового враження мозку і яка локалізація осередка ураження. Клінічний аналіз ЕЕГ завжди строго індивідуальний і носить переважно якісний характер. Незважаючи на те, що існують загальноприйняті в клініці прийоми опису ЕЕГ, клінічна інтерпретація ЕЕГ у більшому ступені залежить від досвіду електрофізіолога, його уміння "читати" електроенцефалограму, виділяючи в ній приховані і нерідко дуже варіативні патологічні ознаки.

Слід, однак, підкреслити, що в широкій клінічній практиці грубі макроосередкові порушення чи інші чітко виражені форми патології ЕЕГ зустрічаються рідко. Найчастіше (70-80% випадків) спостерігаються дифузійні зміни біоелектричної активності мозку із симптоматикою, що важко піддається формальному опису. Тим часом саме ця симптоматика може становити особливий інтерес для аналізу того контингенту випробуваних, котрі входять у групу так називаної "малої" психіатрії - станів, що граничать між "гарною" нормою і явною патологією. Саме з цієї причини зараз робляться особливі зусилля по формалізації і навіть розробці комп'ютерних програм для аналізу клінічної ЕЕГ.

Джерела генерації ЕЕГ. Парадоксально, але власне імпульсна активність нейронів не знаходить відображення в коливаннях електричного потенціалу, що реєструється з поверхні черепа людини. Причина в тім, що імпульсна активність нейронів не порівнянна з ЕЕГ по часових параметрах. Тривалість імпульсу (потенціалу дії) нейрона складає не більш 2 мс. Часові параметри ритмічних складових ЕЕГ обчислюються десятками і сотнями мілісекунд.

Прийнято вважати, що в електричних процесах, що реєструються з поверхні відкритого мозку чи шкіри голови, знаходить відображення синаптична активність нейронів. Мова йде про потенціали, що виникають у постсинаптичній мембрані нейрона, що приймає імпульс. Збудливі постсинаптичні потенціали мають тривалість більше 30 мс, а гальмівні постсинаптичні потенціали кори можуть досягати 70 мс і більше. Ці потенціали (на відміну від потенціалу дії нейрона, що виникає по приниципу "усе або нічого") мають градуальный характер і можуть підсумовуватися.

Трохи спрощуючи картину, можна сказати, що позитивні коливання потенціалу на поверхні кори зв'язані або зі збудливими постсинаптичними потенціалами в її глибинних шарах, або з гальмівними постсинаптичними потенціалами в поверхневих шарах. Негативні коливання потенціалу на поверні кори приблизно відображають протилежне співвідношення джерел електричної активності.

Ритмічний характер біоелектричної активності кори, і зокрема альфа-ритму, обумовлений в основному впливом підкіркових структур, у першу чергу таламуса (проміжний мозок). Саме в таламусі знаходяться головні, але не єдині пейсмекеры чи водії ритму. Однобічне видалення таламуса чи його хірургічна ізоляція від неокортекса приводить до повного зникнення альфа-ритму в зонах кори прооперованої півкулі. При цьому в ритмічній активності самого таламуса ніщо не міняється. Нейрони неспецифічного таламуса мають властивість авторитмічності. Ці нейрони через відповідні збудливі і гальмівні зв'язки здатні генерувати і підтримувати ритмічну активність у корі великих півкуль. Велику роль у динаміці електричної активності таламуса і кори грає ретикулярна формація стовбура мозку. Вона може виявляти синхронізуючий вплив, що сприяє генерації стійкого ритмічного паттерна, і десинхронізуючий, що порушує узгоджену ритмічну активність.

Функціональне значення ЕЕГ і її складових. Істотне значення має питання про функціональне значення окремих складових ЕЕГ. Найбільша увага дослідників тут завжди викликав альфа-ритм - домінуючий ритм ЕЕГ спокою в людини.

Існує чимало припущень, що стосується функціональної ролі альфа-ритму. Основоположник кібернетики Н. Вінер і слідом за ним ряд інших дослідників вважали, що цей ритм виконує функцію тимчасового сканування ("зчитування") інформації і тісно зв'язаний з механізмами сприйняття і пам'яті. Передбачається, що альфа-ритм відображає реверберацію збуджень, що кодують внутрішньомозкову інформацію і створюють оптимальний фон для процесу прийому і переробки афферентных сигналів. Його роль полягає у своєрідній функціональній стабілізації станів мозку і забезпеченні готовності реагування. Передбачається також, що альфа-ритм зв'язаний з дією селективних механізмів мозку, що виконують функцію резонансного фільтра, і в такий спосіб регулюють потік сенсорних імпульсів.

У спокої в ЕЕГ можуть бути присутніми і інші ритмічні складові, але їхнє значення найкраще з'ясовується при змінах функціональних станів організму. Так, дельта-ритм у здорової дорослої людини в спокої практично відсутній, але він домінує в ЕЕГ на четвертій стадії сну, що одержала свою назву по цьому ритму (повільнохвильовий сон чи дельта-сон). Тета-ритм, навпаки, тісно зв'язаний з емоційною і розумовою напругою. Його іноді так і називають ритм напруги. У людини одним з ЕЕГ симптомів емоційного збудження служить посилення тета-ритму з частотою коливань 4-7 Гц, що супроводжує переживання як позитивних, так і негативних емоцій. При виконанні розумових завдань може підсилюватися і дельта-, і тета-активність. Причому посилення останньої складової позитивно співвідноситься з успішністю рішення задач. За своїм походженням тета-ритм зв'язаний з кортико-лімбічною взаємодією. Передбачається, що посилення тета-ритму при емоціях відображає активацію кори великих півкуль з боку лімбічної системи.

Перехід від стану спокою до напруги завжди супроводжується реакцією десинхронізації, головним компонентом якої служить високочастотна бета-активність. Розумова діяльність у дорослих супроводжується підвищенням потужності бета-ритму, причому значиме посилення високочастотної активності спостерігається при розумовій діяльності, що включає елементи новизни, у той час як стереотипні, повторювані розумові операції супроводжуються її зниженням. Установлено також, що успішність виконання вербальних завдань і тестів на зорово-просторові відносини виявляється позитивно зв'язаною з високою активністю бета-діапазону ЕЕГ лівої півкулі. Згідно деяких припущень, ця активність зв'язана з відображенням діяльності механізмів сканування структури стимулу, здійснюваної нейронними мережами, що продукують високочастотну активність ЕЕГ.

Магнітоенцефалографія - реєстрація параметрів магнітного поля, обумовлених біоелектричною активністю головного мозку. Запис цих параметрів здійснюється за допомогою надпровідникових квантових інтерференційних датчиків і спеціальної камери, що ізолює магнітні поля мозку від більш сильних зовнішніх полів. Метод володіє рядом переваг перед реєстрацією традиційної електроенцефалограми. Зокрема, радіальні складові магнітних полів, що реєструються зі шкіри голови, не так сильно спотворюються, як ЕЕГ. Це дозволяє більш точно розраховувати положення генераторів ЕЕГ-активності, що реєструється з поверхні шкіри.

Викликані потенціали головного мозку. Викликані потенціали (ВП) - біоелектричні коливання, що виникають у нервових структурах у відповідь на зовнішнє подразнення, що знаходяться у строго визначеному тимчасовому зв'язку з початком його дії. У людини ВП звичайно включені в ЕЕГ, але на фоні спонтанної біоелектричної активності важко помітні (амплітуда одиничних відповідей у кілька разів менша амплітуди фонової ЕЕГ). У зв'язку з цим реєстрація ВП здійснюється спеціальними технічними пристроями, що дозволяють виділяти корисний сигнал із шуму шляхом послідовного його нагромадження, чи сумації. При цьому підсумовується деяке число відрізків ЕЕГ, приурочених до початку дії подразника.

Широке використання методу реєстрації ВП стало можливим у результаті комп'ютеризації психофізіологічних досліджень у 50-60 р. Спочатку його застосування в основному було зв'язано з вивченням сенсорних функцій людини в нормі і при різних видах аномалій. Згодом метод став успішно застосовуватися і для дослідження більш складних психічних процесів, що не є безпосередньою реакцією на зовнішній стимул.

Способи виділення сигналу із шуму дозволяють відзначати в записі ЕЕГ зміни потенціалу, що досить строго зв'язані в часі з будь-якою фіксованою подією. У зв'язку з цим з'явилося нове позначення цього кола фізіологічних явищ – звязані з подіями потенціали (ЗПП).

Прикладами тут служать:

o коливання, зв'язані з активністю рухової кори (моторний потенціал, чи потенціал, зв'язаний з рухом);

o потенціал, зв'язаний з наміром зробити певну дію;

o потенціал, що виникає при пропусканні очікуваного стимулу.

Ці потенціали являють собою послідовність позитивних і негативних коливань, що реєструються, як правило, в інтервалі 0-500 мс. У ряді випадків можливі і більш пізні коливання в інтервалі до 1000 мс. Кількісні методи оцінки ВП і ЗПП передбачають, у першу чергу, оцінку амплітуд і латентностей. Амплітуда - розмах коливань компонентів, виміряється в мкв, латентність - час від початку стимуляції до піку компонента, вимірюється в мс. Крім цього, використовуються і більш складні варіанти аналізу.

У дослідженні ВП і ЗПП можна виділити три рівні аналізу:

o феноменологічний;

o фізіологічний;

o функціональний.

Феноменологічний рівень включає опис ВП як багатокомпонентної реакції з аналізом конфігурації, компонентного складу і топографічних особливостей. Фактично це рівень аналізу, з якого починається будь-яке дослідження, що застосовує метод ВП. Можливості цього рівня аналізу прямо зв'язані з удосконаленням способів кількісної обробки ВП, що включають різні прийоми, починаючи від оцінки латентностей і амплітуд і закінчуючи похідними, штучно сконструйованими показниками. Різноманітний також і математичний апарат обробки ВП, що включає факторний, дисперсійний, таксономічний і інші види аналізу.

Фізіологічний рівень. За цими результатами на фізіологічному рівні аналізу відбувається виділення джерел генерації компонентів ВП, тобто оцінюється питання про те, у яких структурах мозку виникають окремі компоненти ВП. Локалізація джерел генерації ВП дозволяє установити роль окремих кіркових і підкіркових утворень у походженні тих чи інших компонентів ВП. Найбільш визнаним тут є розподіл ВП на екзогенні й ендогенні компоненти. Перші відображають активність специфічних провідних шляхів і зон, другі - неспецифічних асоціативних провідних систем мозку. Тривалість тих і інших оцінюється по-різному для різних модальностей. У зоровій системі, наприклад, екзогенні компоненти ВП не перевищують 100 мс від моменту стимуляції.

Третій рівень аналізу - функціональний припускає використання ВП як інструмента, що дозволяє вивчати фізіологічні механізми поведінки і пізнавальної діяльності людини і тварин.

ВП як одиниця психофізіологічного аналізу. Під одиницею аналізу прийнято розуміти такий об'єкт аналізу, що на відміну від елементів володіє всіма основними властивостями цілого. Одиниця аналізу - це таке мінімальне утворення, у якому безпосередньо представлені істотні зв'язки й істотні для даної задачі параметри об'єкта. Більш того, подібна одиниця сама повинна бути єдиним цілим, свого роду системою, подальше розкладання якої на елементи позбавить її можливості представляти ціле. Обов'язковою ознакою одиниці аналізу є також те, що вона допускає вимір і кількісну обробку.

Якщо розглядати психофізіологічний аналіз як метод вивчення мозкових механізмів психічної діяльності, то ВП відповідають більшості вимог, що можуть бути пред'явлені одиниці такого аналізу.

По-перше, ВП варто кваліфікувати як психонервову реакцію, тобто таку, яка прямо зв'язана з процесами психічного відображення.

По-друге, ВП - це реакція, що складається з ряду компонентів, зв'язаних між собою. Таким чином, вона структурно однорідна і має кількісні характеристики у виді параметрів окремих компонентів (латентностей і амплітуд). Істотно, що ці параметри мають різне функціональне значення в залежності від особливостей експериментальної моделі.

По-третє, розкладання ВП на елементи (компоненти), здійснюване як метод аналізу, дозволяє охарактеризувати лише окремі стадії процесу переробки інформації, при цьому втрачається цілісність процесу як такого.

ВП, займаючи весь часовий інтервал між стимулом і реакцією, відповідають усім процесам, що приводять до виникнення поведінкової відповіді, при цьому конфігурація ВП залежить від характеру поведінкового акту й особливостей функціональної системи, що забезпечує дану форму поведінки. При цьому окремі компоненти ВП розглядаються як відображення етапів афферентного синтезу, ухвалення рішення, включення виконавчих механізмів, досягнення корисного результату. У такій інтерпретації ВП виступає як одиниця психофізіологічного аналізу поведінки.

Однак застосування ВП у психофізіології зв'язане переважно з вивченням фізіологічних механізмів і корелятів пізнавальної діяльності людини. Цей напрямок визначається як когнітивна психофізіологія. ВП у ній використовують як повноцінну одиницю психофізіологічного аналізу.

Топографічне картографування електричної активності мозку (ТКЕАМ)

ТКЭАМ - топографічне картографування електричної активності мозку - область електрофізіології, що оперує з безліччю кількісних методів аналізу електроенцефалограми і викликаних потенціалів. Широке застосування цього методу стало можливим з появою відносно недорогих і швидкодіючих персональних комп'ютерів. Топографічне картографування істотно підвищує ефективність ЕЕГ-метода. ТКЕАМ дозволяє дуже тонко і диференційовано аналізувати зміни функціональних станів мозку на локальному рівні відповідно до видів виконуваної випробуваним психічної діяльності. Однак, варто підкреслити, що метод картографування мозку є не більш ніж дуже зручною формою представлення на екрані дисплея статистичного аналізу ЕЕГ і ВП.

Сам метод картографування мозку можна розкласти на три основні складові:

o реєстрацію даних;

o аналіз даних;

o представлення даних.

Реєстрація даних. Використовуване число електродів для реєстрації ЕЕГ і ВП, як правило, варіює в діапазоні від 16 до 32, однак у деяких випадках досягає 128 і навіть більше. При цьому більше число електродів поліпшує просторову роздільну здатність при реєстрації електричних полів мозку, але повязано з подоланням великих технічних труднощів.

Для одержання стандартизованих результатів використовується система "10-20", при цьому застосовується в основному монополярна реєстрація.

Важливо, що при великому числі активних електродів можна використовувати лише один референтний електрод, тобто той електрод, щодо якого реєструється ЕЕГ всіх інших точок постановки електродів. Місцем приєднання референтного електрода служать мочки вух, перенісся чи деякі точки на поверхні шкіри голови. Існують такі модифікації цього методу, що дозволяють узагалі не використовувати референтний електрод, заміняючи його значеннями потенціалу, обчисленими на комп'ютері.

Аналіз даних. Виділяють кілька основних способів кількісного аналізу ЕЕГ: часовий, частотний і просторовий.

Часовий являє собою варіант відображення даних ЕЕГ і ВП на графіку, при цьому час відкладається по горизонтальній осі, а амплітуда - по вертикальній. Часовий аналіз застосовують для оцінки сумарних потенціалів, піків ВП, епілептичних розрядів.

Частотний аналіз полягає в групованні даних по частотних діапазонах: дельта, тета, альфа, бета.

Просторовий аналіз повязаний з використанням різних статистичних методів обробки при зіставленні ЕЕГ з різних відведень.

Способи представлення даних. Найсучасніші комп'ютерні засоби картографування мозку дозволяють легко відображати на дисплеї всі етапи аналізу: "сирі дані" ЕЕГ і ВП, спектри потужності, топографічні карти - як статистичні, так і динамічні у вигляді мультфільмів, різні графіки, діаграми і таблиці, а також, за бажанням дослідника, - різні комплексні представлення. Варто особливо вказати на те, що застосування різноманітних форм візуалізації даних дозволяє краще зрозуміти особливості протікання складних мозкових процесів.

Топографічні карти являють собою контур черепа, на якому зображений який-небудь закодований кольором параметр ЕЕГ у певний момент часу, причому різні градації цього параметра (ступінь виразності) представлені різними відтінками. Оскільки параметри ЕЕГ постійно міняються по ходу обстеження, відповідно до цього змінюється композиція кольорів на екрані, дозволяючи візуально відслідковувати динаміку ЕЕГ процесів. Паралельно зі спостереженням дослідник одержує у своє розпорядження статистичні дані, що лежать в основі карт.

Комп'ютерна томографія (КТ). Комп'ютерна томографія (КТ) - новітній метод, що дає точні і детальні зображення найменших змін густини мозкової речовини. КТ з'єднала в собі останні досягнення рентгенівської та обчислювальної техніки. Вона відрізняється принциповою новизною технічних рішень і математичного забезпечення.

Головна відмінність КТ від рентгенографії полягає в тому, що рентген дає тільки один вигляд частини тіла. За допомогою комп'ютерної томографії можна одержати безліч зображень того самого органа й у такий спосіб побудувати внутрішній поперечний зріз цієї частини тіла. Томографічне зображення - це результат точних вимірів і обчислень показників ослаблення рентгенівського випромінювання, що відносяться тільки до конкретного органа.

Таким чином, метод дозволяє розрізняти тканини, що неістотно відрізняються між собою по поглинаючій здатності. Вимірюване випромінювання і ступінь його ослаблення одержують цифрове вираження. По сукупності вимірів кожного шару проводиться комп'ютерний синтез томограммы. Завершальний етап - побудова зображення досліджуваного шару на екрані дисплея. Для проведення томографічних досліджень мозку використовується прилад нейротомограф.

Крім рішення клінічних задач (наприклад, визначення місця розташування пухлини) за допомогою КТ можна одержати уявлення про розподіл регіонального мозкового кровотоку. Завдяки цьому КТ може бути використана для вивчення обміну речовин і кровопостачання мозку.

У ході життєдіяльності нейрони споживають різні хімічні речовини, які можна позначити радіоактивними ізотопами (наприклад, глюкозу). При активізації нервових клітин кровопостачання відповідної ділянки мозку зростає, у результаті в ньому накопичуються мічені речовини і зростає радіоактивність. Вимірюючи рівень радіоактивності різних ділянок мозку, можна зробити висновки про зміни активності мозку при різних видах психічної діяльності. Останні дослідження показали, що визначення максимально активізованих ділянок мозку може здійснюватися з точністю до 1 мм.

Ядерно-магнітно-резонансна томографія мозку. Комп'ютерна томографія стала родоночальницею ряду інших ще більш досконалих методів дослідження: томографії з використанням ефекту ядерного магнітного резонансу (Ямр-томографія), позитронної емісійної томографії (ПЕТ), функціонального магнітного резонансу (ФМР). Ці методи належать до найбільш перспективних способів неінвазивного спільного вивчення структури, метаболізму і кровотоку мозку.

При Ямр-томографії одержання зображення засноване на визначенні в мозковій речовині розподілу щільності ядер водню (протонів) і на реєстрації деяких їхніх характеристик за допомогою потужних електромагнітів, розташованих навколо тіла людини. Отримані за допомогою Ямр-томографії зображення дають інформацію про досліджувані структури головного мозку не тільки анатомічного, але і фізикохімічного характеру. Крім цього перевага ядерно-магнітного резонансу полягає у відсутності іонізуючого випромінювання; у можливості багатоплощинного дослідження, здійснюваного винятково електронними засобами; у більшій роздільній здатності. Іншими словами, за допомогою цього методу можна одержати чіткі зображення "зрізів" мозку в різних площинах.

Позитронно-емісійна трансаксіальна томографія (Пет-сканеры) поєднує можливості КТ і радіоізотопної діагностики. У ній використовуються ультракороткоживучі позитронвипромінюючі ізотопи ("барвники"), що входять до складу природних метаболітів мозку, і вводяться в організм людини через дихальні шляхи чи внутрівенно. Активним ділянкам мозку потрібний більший приплив крові, тому в робочих зонах мозку накопичується більше радіоактивного "барвника". Випромінювання цього "барвника" перетворюють у зображення на дисплеї.

За допомогою ПЕТ вимірюють регіональний мозковий кровотік і метаболізм глюкози чи кисню в окремих ділянках головного мозку. ПЕТ дозволяє здійснювати прижиттєве картографування на "зрізах" мозку регіонального обміну речовин і кровотока.

В даний час розробляються нові технології для вивчення і виміру процесів, що відбуваються в мозку, засновані, зокрема, на поєднанні методу ЯМР із виміром мозкового метаболізму за допомогою позитронної емісії. Ці технології одержали назва методу функціонального магнітного резонансу (ФМР).

Нейрональна активність. Нейрон - нервова клітина, через яку передається інформація в організмі, являє собою морфофункціональну одиницю ЦНС людини і тварин. При досягненні граничного рівня збудження, що надходить у нейрон з різних джерел, він генерує розряд, що називається потенціалом дії. Як правило, нейрон повинний одержати багато вхідних імпульсів перш, ніж у ньому виникне відповідний розряд. Усі контакти нейрона (синапсы) поділяються на два класи: збуджувальні і гальмівні. Активність перших збільшує можливість розряду нейрона, активність других - знижує. За образним порівнянням, відповідь нейрона на активність усіх його синапсів являє собою результат своєрідного "хімічного голосування". Частота відповідей нейрона залежить від того, як часто і з якою інтенсивністю збуджуються його синаптичні контакти, але тут є свої обмеження. Генерація імпульсів робить нейрон недієздатним приблизно на 0,001 с. Цей період називається рефрактерным, він потрібний для відновлення ресурсів клітки. Період рефрактерності обмежує частоту розрядів нейронів. Частота розрядів нейронів коливається в широких межах, за деякими даними від 300 до 800 імпульсів у секунду.

Реєстрація відповідей нейронів. Активність одиночного нейрона реєструється за допомогою так званих мікроелектродів, кінчик яких має від 0,1 до 1 мікрона в діаметрі. Спеціальні пристрої дозволяють уводити такі електроди в різні відділи головного мозку, у такім положенні електроди можна зафіксувати і, будучи з'єднані з комплексом підсилювач - осциллограф, вони дозволяють спостерігати електричні розряди нейрона.

За допомогою мікроелектродів реєструють активність окремих нейронів, невеликих ансамблів (груп) нейронів і множинних популяцій (тобто порівняно великих груп нейронів). Кількісна обробка записів імпульсної активності нейронів являє собою досить складну задачу особливо в тих випадках, коли нейрон генерує безліч розрядів і потрібно виявити зміни цієї динаміки в залежності від яких-небудь факторів. За допомогою ЕОМ і спеціального програмного забезпечення оцінюються такі параметри, як частота імпульсації, тривалість межстимульных інтервалів і ін. Аналіз функціональних характеристик активності нейронів у порівнянні з поведінковими реакціями проводиться на досить тривалих відрізках часу від 25-30 с і вище. Активність нейронів реєструють у тварин в експерименті, у людини в клінічних умовах. Цінними об'єктами дослідження функціональних властивостей нейронів служать великі і відносно доступні нейрони деяких безхребетних. Численні факти, що стосуються нейрональной організації поведінки, були отримані при вивченні імпульсної активності нейронів в експериментах на кроликах, кішках і мавпах.

Дослідження активності нейронів головного мозку людини здійснюються в клінічних умовах, коли пацієнтам з лікувальними цілями вводять у мозок спеціальні мікроелектроди. У ході лікування для повноти клінічної картини хворі проходять психологічне тестування, у процесі якого реєструється активність нейронів. Дослідження біоелектричних процесів у клітинах, що зберігають усі свої зв'язки в мозку, дозволяє зіставляти особливості їхньої активності, з результатами психологічних проб, з одного боку, а також з інтегративними фізіологічними показниками (ЕЕГ, ВП і ін.)

Останнє особливо важливо, тому що однією з задач вивчення роботи мозку є розробка такого методу, що дозволив би гармонічно сполучити найтонший аналіз у вивченні деталей його роботи з дослідженням інтегральних функцій. Знання законів функціонування окремих нейронів, звичайно, цілком необхідне, але це тільки одна сторона у вивченні функціонування мозку, що не розкриває, однак, законів роботи мозку як цілісної функціональної системи.

Методи впливу на мозок. Вище були представлені методи, загальна мета яких - реєстрація фізіологічних проявів і показників функціонування головного мозку людини і тварин. Поряд з цим дослідники завжди прагнули проникнути в механізми мозку, роблячи на нього прямий чи непрямий вплив і оцінюючи наслідки цих впливів. Для психофізіолога використання різних прийомів стимуляції - пряма можливість моделювання поведінки і психічної діяльності в лабораторних умовах.

Сенсорна стимуляція. Найпростіший спосіб впливу на мозок - це використання природних чи близьких до них стимулів (зорових, слуховых, нюхових, тактильних і ін.). Маніпулюючи фізичними параметрами стимулу і його змістовних характеристик, дослідник може моделювати різні сторони психічної діяльності і поведінки людини.

Діапазон застосовуваних стимулів дуже широкий:

у сфері зорового сприйняття - від елементарних зорових стимулів до написів слів і пропозицій;

у сфері слухового сприйняття - від немовних стимулівдо фонем, слів і пропозицій.

При вивченні тактильної чутливості застосовується стимуляція: механічними й електричними стимулами, що не досягають порога больової чутливості, при цьому подразнення може наноситися на різні ділянки тіла.

Реакції ЦНС на такий вплив вивчені добре і шляхом реєстрації активності нейронів, і методом викликаних потенціалів. Крім сказаного, у психофізіології широко використовуються прийоми ритмічної стимуляції світлом чи звуком, що викликають ефекти нав'язування - відтворення в спектрі ЕЕГ частот, що відповідають частоті діючого стимулу (чи кратних цій частоті).

Електрична стимуляція мозку є плідним методом вивчення функцій його окремих структур. Вона здійснюється через введені в мозок електроди в "гострих" дослідах на тваринах чи під час хірургічних операцій на мозку в людини. Крім того, можлива стимуляція й в умовах тривалого спостереження за допомогою попередньо вживленных оперативним шляхом електродів. При хронічно вживленных електродах можна вивчати особливий феномен електричної самостимуляції, коли тварина за допомогою якої-небудь дії (натискання на важіль) замикає електричний ланцюг і в такий спосіб регулює силу подразнення власного мозку. У людини електрична стимуляція мозку застосовується для вивчення зв'язку між психічними процесами і функціями різних відділів мозку. Так, наприклад, можна вивчати фізіологічні основи мови, пам'яті, емоцій.

У лабораторних умовах використовується метод мікрополяризації, суть якого полягає в пропусканні слабкого постійного струму через окремі ділянки кори головного мозку. При цьому електроди прикладаються до поверхні черепа в області стимуляції. Локальна мікрополяризація не руйнує тканину мозку, а лише впливає на зсув потенціалу кори в стимульованій ділянці, тому вона може бути використана в психофізіологічних дослідженнях.

Поряд з електричною припустима стимуляція кори мозку людини слабким електромагнітним полем. Основу цього методу складає принципова можливість зміни характеристик діяльності ЦНС під впливом контрольованих магнітних полів. У цьому випадку також не виявляється руйнівний впливу на клітки мозку. У той же час, за деякими даними, вплив електромагнітним полем відчутно впливає на протікання психічних процесів, отже, цей метод становить інтерес для психофізіології.

Руйнування ділянок мозку. Ушкодження чи видалення частини головного мозку для встановлення її функцій у забезпеченні поведінки - один з найбільш старих і розповсюджених методів вивчення фізіологічних основ поведінки. У чистому вигляді метод застосовується в експериментах із тваринами. Поряд з цим поширене психофізіологічне обстеження людей, яким за медичними показниками було проведене видалення частини мозку.

Руйнівне втручання може здійснюватися шляхом:

o перерізання окремих шляхів чи повного відділення структур (наприклад, розділення півкуль шляхом розсічення мозолистого тіла);

o руйнування структур при пропусканні постійного струму (електролітичне руйнування) чи струму високої частоти (термокоагуляція) через введені у відповідні ділянки мозку електроди;

o хірургічного видалення тканини скальпелем чи відсмоктуванням за допомогою спеціального вакуумного насоса;

o хімічних руйнувань за допомогою спеціальних препаратів, що виснажують запаси медіаторів чи руйнують нейрони;

o оборотного функціонального руйнування, що досягається за рахунок охолодження, місцевої анестезії й інших прийомів.

Отже, вцілому метод руйнування мозку містить у собі руйнування, видалення і розсічення тканини, виснаження нейрохімічних речовин, у першу чергу медіаторів, а також тимчасове функціональне вимикання окремих областей головного мозку й оцінку впливу перерахованих вище ефектів на поведінку тварин.

Дата добавления: 2015-05-23