ЛАБОРАТОРИЯ ПРОСТРАНСТВ
galactic.org.ua
ЧЕЛОВЕК
 

                   
 ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ - ОКНО В МИР
 ПСИХИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

   

.
    
Мозг человека - едва ли не самое большое таинство природы. В гигантских популяциях миллиардов нервных клеток (в сумме до 1011), в еще большем на три-четыре порядка (1014-15) количестве нервных связей и в астрономическом числе эффективных межнейронных комбинаций саморазвивающаяся природа обратилась к самой себе в форме самопознания.
      Порождающиеся в ходе этого процесса субъективные образы и представления первичной реальности стали у человека доминирующими мотивами программирования и управления поведением, от элементарных актов типа забивания гвоздей и придумывания научных гипотез до сложных межличностных контактов и экзистенциальных размышлений.

     Теперь все в природе стало подвластным анализу, даже сам мозг. Однако в последнем случае исследователи столкнулись с уникальной и казалось бы практически безвыходной ситуацией, когда в сети экспериментальных процедур следовало поймать реально существующие, но быстротечные и бестелесные психические феномены: эмоциональные состояния, процедуры мышления и ментальные образы! Какими же нужно обладать инструментами экспериментального анализа, чтобы зафиксировать хотя бы элементарные акты человеческой психики?

     Можно было бы попробовать измерять потребление нервными клетками кислорода или питательных веществ (глюкозы), предполагая, что в состоянии активации то и другое требуется клеткам в большем количестве.
Можно измерять теплопродукцию нервной ткани. И такие методы действительно существуют в настоящее время, например, в виде технологий позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), ядерно-магнитного резонанса, тепловидения и др.
     Однако, подобные подходы, очевидно, лишь косвенным образом могут отражать собственно информационную активность мозга. К тому же большая инерционность этих методов (секунды и десятки секунд) не позволяет им "отреагировать" на мимолетную по своей природе аналитическую деятельность нейронов.

     К счастью для многих поколений психофизиологов в основе аналитических процедур нервных клеток оказался заложенным вполне материальный носитель - разность электрических потенциалов по обе стороны клеточной мембраны, достигающая 70-80 мВ!
Распространяющиеся по отросткам нервных клеток кратковременные сдвиги мембранного потенциала или нервные импульсы можно было зарегистрировать с помощью обычных вольтметров, снабженных каскадом предварительного усиления электрического сигнала. Таким образом, динамика состояний нейронов могла передаваться на стрелки электрических регистраторов без малейшей задержки.
     Для исследований на человеке трудность этого экспериментального подхода заключалась только в том, что электрическую активность мозга нужно было зарегистрировать "неинвазивно", т.е. без каких-либо разрезов, проколов и др. повреждений биологических тканей. А как иначе, без повреждений, "отвести" потенциалы коры головного мозга, защищенной от внешних воздействий не только кожей и костями черепа, но дополнительно еще укрытой несколькими оболочками, между которыми циркулирует токопроводящая цереброспинальная жидкость? Как видно, природа сделала все, чтобы защитить мозг не только от механических повреждений, но и от внешних электромагнитных полей. Вот эту последнюю защиту одинаково трудно "пробить" как с внешней, так и с внутренней стороны черепной коробки. Корковый электрические потенциалы если и проникают на поверхность черепа, то в тысячи раз ослабленном виде, в конечном итоге не превышая одного-двух десятков миллионных долей вольта. Это при том, что в сотни раз большие потенциалы наводятся на теле человека от внешних природных и техногенных электромагнитных полей.
 

     Тем не менее около 80 лет назад технология регистрации электрических потенциалов мозга непосредственно с кожной поверхности головы человека была продемонстрирована немецким психиатром Гансом Бергром. Этот метод получил название электроэнцефалографии (ЭЭГ), и в настоящее время ни одно неврологическое отделение в больницах, ни одна поликлиника соответствующего профиля не обходится без лаборатории электроэнцефалографии. Диагностике с помощью метода ЭЭГ теперь хорошо поддаются многочисленные очаговые поражения мозга, опухолевые процессы, эпилептические и некоторые другие нейрогенные заболевания.

Но начальный оптимизм исследователей в отношении объективного изучения человеческой психики заметно поубавился, как только они приступили к расшифровке ЭЭГ, оказавшейся на поверку очень сложно устроенным сигналом. В поисках "отзвуков" элементарных психических актов в ЭЭГ работает и группа по изучению мозга человека (руководитель - проф. А.Я. Каплан) на кафедре физиологии человека и животных биофака МГУ. В ходе исследований ученых постоянно беспокоил тот факт, что многие психические процессы, такие как память, внимание, и особенно когнитивные или познавательные операции, если и проявлялись на уровне ЭЭГ, то в сильно завуалированном виде, на грани порога статистической значимости. Не связано ли это с процедурами усреднения, которые традиционно применяются для нивелирования вклада "случайной" изменчивости ЭЭГ, обусловленной, как полагали, действием многочисленных неконтролируемых факторов эксперимента?

Вот здесь исследователи задумались: а не явлеются ли эта якобы "случайная" изменчивость ЭЭГ на самом деле отражением высоко динамичных по своей природе психических операций? Было сделано предположение о том, что подобные операции могут проявляться на уровне ЭЭГ в виде кратковременной стабилизации основных статистических параметров этого сигнала. Соответственно этому смена одной операции на другую должна сопровождаться в ЭЭГ кратковременным переходным периодом с последующей стабилизацией нового пакета статистических показателей. Но существует ли в действительности подобная сегментная структура ЭЭГ?

В содружестве с математиками из Института системных исследований (проф. Б.С. Дарховский и д-р Б.Е. Бродский) сотрудники группы изучения мозга человека задумали и реализовали процедуры автоматической сегментации ЭЭГ на относительно однородные участки. В ходе исследования оказалось, что ЭЭГ действительно может быть представлена в виде последовательности относительно однородных сегментов, длительностью порядка десятых долей секунды. Теперь нужно было показать, насколько подобное сегментное представление ЭЭГ соответствует функциональной структуре реальных физиологических и психических процессов.

Первой пробой пера в этом направлении было изучение эффектов разработанного под руководством зав. кафедрой академика РАМН И.П. Ашмарина ноотропного препарата нового поколения семакса. Оказалось, что особенностью этого препарата является его позитивное влияние на сегменты альфа-активности ЭЭГ умеренной амплитуды (признак оптимизации процессов памяти) и некоторое противоположное влияние на сегменты той же активности, но высокой амплитуды. Очевидно, при тотальном усреднении ЭЭГ оба эффекта в значительной мере взаимно компенсировались бы, и в таком случае не было бы обнаружено истинное действие препарата. Эта находка стала основой для дальнейших клинических исследований семакса, которые в конечном итоге способствовали внедрению этого лекарства в здравоохранение для целей активации процессов памяти и внимания при их ситуативной недостаточности.

Затем исследователи применили свои технологии для сегментации ЭЭГ на функциональные блоки при изучении ночного сна человека, выполненном совместно с клиникой Гуттенбргского университета в Германии. Выделение известных стадий сна, которые обычно определяются "вручную" опытными экспертами на основе достаточно субъективных критериев, оказалось возможным сделать практически автоматизировано. Такая прецизионная и объективная сегментация ночной ЭЭГ позволила "разглядеть" некоторые ранее неизвестные подробности, например, что в каждую из классических стадий сна "вкраплены" в небольшом количестве сегменты ЭЭГ, характерные для других стадий сна. Это означает, в частности, что даже в стадии глубокого сна существуют короткие периоды состояний бодрствования, которые субъективно не замечаются человеком именно в силу своей кратковременности. Дальнейшие исследования должны прояснить смысл и функциональное предназначение подобного частичного "перемешивания" гетерогенных стадий сна и бодрствования.

Сегментное представление ЭЭГ позволило найти в ней отличительные признаки так называемых медитативных состояний сознания. На базе Технологического института в г. Канпуре (Индия) профессором А.Я. Капланом было показано, например, что сегментная структура периода медитации у потомственных йогов существенно отличается от состояния бодрствования прежде всего высоким динамизмом чередования коротких сегментов альфа- (8 - 12 Гц) и тета-ритмики (3.5 - 6 Гц) в ЭЭГ. Теперь, отслеживая подобные ЭЭГ феномены, можно говорить о периодах измененных состояний сознания и проводить систематическое исследование этих состояний.

Сегментный анализ ЭЭГ позволяет выделить совершенно новые количественные характеристики ЭЭГ сигнала, такие как распределение квази-стационарных сегментов в анализируемой записи по амплитуде и длительности, по крутизне и амплитуде межсегментных переходов и т.д., причем все эти характеристики можно рассматривать в разных частотных диапазонах. Оценивая эти показатели, аспиранты С.В. Борисов и Е.В. Левичкина получили топографическую характеристику ЭЭГ-эффектов для разнообразных когнитивных нагрузок, таких, как прослушивание музыки, арифметический счет, рассматривание простых двумерных изображений и картинок, содержащих скрытое трехмерное изображение.

Не остались без внимания исследователей и сами переходные периоды между сегментами ЭЭГ. Возникла идея о том, что моменты переходов от сегмента к сегменту в разных областях мозга могут совпадать по времени, тем самым свидетельствуя о согласованности текущих операций в этих областях. При первом же взгляде на сегментную структуру ЭЭГ разных мозговых образований можно было выявить многочисленные случаи пространственной синхронизации переходных периодов в ЭЭГ практически во всех парных комбинациях ЭЭГ регистраций: лоб-затылок, темя-висок, и т.д. - всего, например, 120 комбинаций для 16 электродов. Для каждого функционального состояния мозга можно было, таким образом, построить пространственный портрет операциональной синхронизации, отложив по горизонтали номер парной комбинации ЭЭГ отведений, а по вертикали - как часто в этих комбинациях обнаруживается совпадение границ сегментов. В рамках исследовательских проектов к.б.н. С.Л. Шишкина и аспиранта С.В. Борисова были получены четко выраженные портреты операциональной синхронности при различных психических нагрузках.

Однако численное моделирование процесса операциональной синхронности показало, что в любых комбинациях ЭЭГ даже при полном отсутствии взаимодействия между мозговыми структурами должна наблюдаться достаточно высокая частота чисто случайных совпадений межсегментных переходов в ЭЭГ. Тем интереснее было сравнить реальные и предсказанные моделированием случайные портреты операциональной синхронности. К радости исследователей тестировавшиеся функциональные состояния мозга различались каждый своей уникальной композицией пар мозговых образований, для которых феномен операциональной синхронности ЭЭГ статистически значимо превышал стохастический уровень. На этом пути был получен целый ряд новых данных о специфике операционального взаимодействии мозговых образований при выполнении испытуемых разных заданий. Более того, оказалось, что и значительно более генерализованные психические состояния также отражаются в перестройках операциональных отношений между мозговыми образованиями - так, в исследовании к.б.н. С.Л. Шишкина получены интересные результаты о том, что повышенная операциональная синхронность между корковыми структурами характерна для состояния повышенной тревожности. Поскольку сверхнормативная тревожность играет важную роль в формировании невротической и психосоматической патологии, можно предполагать, что дальнейшее развитие исследований в этом направлении принесет важные для медицины результаты.

Как видно, высшие психические функции действительно отражаются в специфических паттернах микроструктурной организации ЭЭГ. Проблема только в том, что далеко не всегда удается придумать такой эксперимент и применить такие методы анализа ЭЭГ, которые в своей совокупности смогут раскрыть исследователю очередную загадку психики человека. Несмотря на солидный стаж работы группы по изучению мозга человека, как всегда - самые интересные эксперименты и самые интригующие задачи еще впереди. В настоящее время, например, планируются эксперименты по изучению механизмов произвольной регуляции психических процессов у человека. С помощью специально подготовленных технических средств и программной системы испытуемые должны будут научится волевым образом модифицировать функциональные отношения между мозговыми структурами. Где-то на этом пути должна приоткрыться завеса и над тайной "свободы воли" человека, что это: метафизическая аллегория, "вредная побасенка" или реальный психофизиологический процесс?

  А.Я. Каплан
Кафедра физиологии человека и животных МГУ

Рекомендуем посмотреть главу из книги "МОЗГ, РАЗУМ И ПОВЕДЕНИЕ" - Физиологические «заданные значения»
 

   

- человек - концепция - общество - кибернетика - философия - физика - непознанное
главная - концепция - история - обучение - объявления - пресса - библиотека - вернисаж - словари
китай клуб - клуб бронникова - интерактив лаборатория - адвокат клуб - рассылка - форум

Купить комп, установка видеонаблюдения , прайс на монтаж видеонаблюдения