Методы психофизиологических исследований

 Позитронно-эмиссионная трансаксиальная томография (ПЭТ-сканеры) сочетает возможности КТ и радиоизотопной диагностики. В ней используются ультракороткоживущие позитронизлучающие изотопы ("красители"), входящие в состав естественных метаболитов мозга, которые вводятся в организм человека через дыхательные пути или внутривенно. Активным участкам мозга нужен больший приток крови, поэтому в рабочих зонах мозга скапливается больше радиоактивного "красителя". Излучения этого "красителя" преобразуют в изображения на дисплее. С помощью ПЭТ измеряют региональный мозговой кровоток и метаболизм глюкозы или кислорода в отдельных участках головного мозга. ПЭТ позволяет осуществлять прижизненное картирование на "срезах" мозга регионального обмена веществ и кровотока.

          В настоящее время разрабатываются  новые технологии для изучения  и измерения происходящих в мозге процессов, основанные, в частности, на сочетании метода ЯМР с измерением мозгового метаболизма при помощи позитронной эмиссии. Эти технологии получили название метода функционального магнитного резонанса (ФМР).

 

 

 

 

 

3. Непрямые методы изучения нейрофизиологических основ психической деятельности

1. Электрическая активность кожи 

Измерение и изучение электрической  активности кожи (ЭАК), или кожно-гальванической реакции (КГР), впервые началось в  конце 19 в., когда почти одновременно французский врач Фере и российский физиолог Тарханов зарегистрировали: первый — изменение сопротивления кожи при пропускании через нее слабого тока, второй — разность потенциалов между разными участками кожи. Эти открытия легли в основу двух методов регистрации КГР: экзосоматического (измерение сопротивления кожи) и эндосоматического (измерение электрических потенциалов самой кожи). Следует помнить, что эти методы дают несовпадающие результаты.

В настоящее время ЭАК  объединяет целый ряд показателей: уровень потенциала кожи, реакция  потенциала кожи, спонтанная реакция  потенциала кожи, уровень сопротивления  кожи, реакция сопротивления кожи, спонтанная реакция сопротивления  кожи. В качестве индикаторов стали  использоваться также характеристики проводимости кожи: уровень, реакция  и спонтанная реакция. Во всех трех случаях "уровень" означает тоническую составляющую ЭАК, т.е. длительные изменения  показателей; "реакция" — фазическую составляющую ЭАК, т.е. быстрые, ситуативные изменения показателей ЭАК; спонтанные реакции — краткосрочные изменения, не имеющие видимой связи с внешними факторами.

Возникновение электрической  активности кожи обусловлено, главным  образом, активностью потовых желез  в коже человека, которые в свою очередь находятся под контролем  симпатической нервной системы. У человека имеется 2-3 миллиона потовых желез, но количество их на разных участках теле сильно варьирует. Например, на ладонях и подошвах около 400 потовых желез на один квадратный сантиметр поверхности кожи, на лбу около 200, на спине около 60. Выделение железами пота происходит постоянно, даже когда на коже не появляется ни капли. В течении дня выделяется около полулитра жидкости. При исключительно сильной жаре потеря жидкости может достигать 3,5 литра в час и 14 литров в день.

Существует два типа потовых  желез: апокринные и эккринные. Апокринные, расположенные в подмышечных впадинах и в паху, определяют запах тела и реагируют на раздражители, вызывающие стресс. Они непосредственно не связаны с регуляцией температуры тела. Эккринные расположены по всей поверхности тела и выделяют обычный пот, главными компонентами которого являются вода и хлористый натрий. Их главная функция — терморегуляция, т.е. поддержание постоянной температуры тела. Однако те эккринные железы, которые расположены на ладонях и подошвах ног, а также на лбу и под мышками — реагируют в основном на внешние раздражители и стрессовые воздействия.

В психофизиологии электрическую  активность кожи используют как показатель "эмоционального" потоотделения. Как правило, ее регистрируют с кончиков пальцев или ладони, хотя можно  измерять и с подошв ног, и со лба. Следует сказать, однако, что природа  КГР, или ЭАК, еще до сих пор  не ясна.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Показатели работы сердечно-сосудистой системы

Сердечно-сосудистая система выполняет витальные функции, обеспечивая постоянство жизненной среды организма. Сердечная мышца и кровеносные сосуды действуют согласованно, чтобы удовлетворять постоянно меняющиеся потребности различных органов и служить сетью для снабжения и связи, поскольку с кровотоком переносятся питательные вещества, газы, продукты распада, гормоны.

Индикаторы активности сердечно-сосудистой системы включают:

• ритм сердца (РС) — частоту сердечных сокращений (ЧСС);
• силу сокращений сердца — силу, с которой сердце накачивает кровь;
• минутный объем сердца — количество крови, проталкиваемое сердцем в одну минуту; артериальное давление (АД);
• региональный кровоток — показатели локального распределения крови. Для измерения мозгового кровотока получили распространение методы томографии и реографии.

Среди показателей сердечно-сосудистой системы часто используют также среднюю частоту пульса и ее дисперсию.

Артериальное давление —  общеизвестный показатель работы сердечно-сосудистой системы. Оно характеризует силу напора крови в артериях. АД изменяется на протяжении сердечного цикла, оно достигает максимума во время систолы (сокращения сердца) и падает до минимума в диастоле, когда сердце расслабляется перед следующим сокращением. Нормальное артериальное давление здорового человека в покое около 130 / 70 мм рт.ст., где 130 — систолическое давление АД, а 70 — диастолическое АД. Пульсовое давление разность между систолическим и диастолическим давлением, и в норме составляет около 60 мм рт.ст.

Ритм сердца — показатель, часто используемый для диагностики  функционального состояния человека, зависит от взаимодействия симпатических и парасимпатических влияний из вегетативной нервной системы. При этом возрастание напряженности в работе сердца может возникать по двум причинам — в результате усиления симпатической активности и снижения парасимпатической.

Электрокардиограмма (ЭКГ) — запись электрических процессов, связанных с сокращением сердечной мышцы. Впервые была сделана в 1903 г. Эйнтховеном. С помощью клинических и диагностических установок ЭКГ можно регистрировать, используя до 12 различных пар отведений; половина их связана с грудной клеткой, а другая половина — с конечностями. Каждая пара электродов регистрирует разность потенциалов между двумя сторонами сердца, и разные пары дают несколько различную информацию о положении сердца в грудной клетке и о механизмах его сокращения. При заболеваниях сердца в одном или нескольких отведениях могут обнаруживаться отклонения от нормальной формы ЭКГ, и это существенно помогает при постановке диагноза. В психофизиологии ЭКГ в основном используется для измерения частоты сокращения желудочков. С этой целью применяют прибор кардиотахометр. Ритм сердца, зарегистрированный с помощью кардиотахометра, как правило, соответствует частоте пульса, т.е. числу волн давления, распространяющихся вдоль периферических артерий за одну минуту. В некоторых случаях эти величины, однако, не совпадают.

Исследование нейрогуморальной регуляции ритма сердца является одним из наиболее распространенных подходов к оценке состояния адаптационных  возможностей организма человека. Для  исследования вегетативного тонуса широко используются записи ЭКГ или  кардиоинтервалограммы (КИГ). Наиболее распространенным является метод обработки кардиоинтервалов с помощью гистографического анализа: вычисляется мода распределения, ее амплитуда и вариационный размах и на основании этих параметров вычислялся интегральный показатель — индекс напряжения (ИН). Индекс напряжения пропорционален средней частоте сердечных сокращений и обратно пропорционален диапазону, в котором варьирует интервал между двумя ударами сердца.

С начала 60-х гг. начали использоваться различные спектральные методы анализа RR-интервалов. Плетизмография — метод регистрации сосудистых реакций организма. Плетизмография отражает изменения в объеме конечности или органа, вызванные изменениями количества находящейся в них крови. Конечность человека в изолирующей перчатке помещают внутрь сосуда с жидкостью, который соединен с манометром и регистрирующим устройством. Изменения давления крови и лимфы в конечности находят отражение в форме кривой, которая называется плетизмограммой. Широкое распространение получили пальцевые фотоплетизмографы, портативные устройства, которые также можно использовать для регистрации сердечного ритма.

В плетизмограмме можно выделить два типа изменений: фазические и тонические. Фазические изменения обусловлены динамикой пульсового объема от одного сокращения сердца к другому. Тонические изменения кровотока — это собственно изменения объема крови в конечности. Оба показателя обнаруживают при действии психических раздражителей сдвиги, свидетельствующие о сужении сосудов.

Плетизмограмма — высоко чувствительный индикатор вегетативных сдвигов в организме.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Показатели активности мышечной системы

Мышечную систему образно  определяют как биологический ключ человека к внешнему миру. Электромиография — метод исследования функционального состояния органов движения путем регистрации биопотенциалов мышц. Электромиография — это регистрация электрических процессов в мышцах, фактически запись потенциалов действия мышечных волокон, которые заставляют ее сокращаться. Мышца представляет собой массу ткани, состоящую из множества отдельных мышечных волокон, соединенных вместе и работающих согласованно. Каждое мышечное волокно — это тонкая нить, толщиной всего лишь около 0,1 мм до 300 мм длиной. При стимуляции электрическим потенциалом действия, приходящим к волокну от мотонейрона, это волокно сокращается иногда примерно до половины первоначальной длины. Мышцы, участвующие в тонких двигательных коррекциях (фиксация объекта глазами), могут иметь в каждой единице всего по 10 волокон. В мышцах, осуществляющих более грубую регулировку при поддержании позы, в одной двигательной единице может быть до 3000 мышечных волокон.

Поверхностная электромиограмма (ЭМГ) суммарно отражает разряды двигательных единиц, вызывающих сокращение. Регистрация ЭМГ позволяет выявить намерение начать движение за несколько секунд до его реального начала. Помимо этого миограмма выступает как индикатор мышечного напряжения. В состоянии относительного покоя связь между действительной силой, развиваемой мышцей, и ЭМГ линейна.

Прибор, с помощью которого регистрируются биопотенциалы мышц, называется электромиографом, а регистрируемая с его помощью запись электромиограммой (ЭМГ). ЭМГ, в отличие от биоэлектрической активности мозга (ЭЭГ), состоит из высокочастотных разрядов мышечных волокон, для неискаженной записи которых, по некоторым представлениям, требуется полоса пропускания до 10 000 Гц. 2.5.

4. Показатели активности дыхательной системы

Дыхательная система состоит  из дыхательных путей и легких.  Основной двигательный аппарат этой системы составляют межреберные мышцы, диафрагма и мышцы живота. Воздух, поступающий в легкие во время вдоха, снабжает протекающую по легочным капиллярам кровь кислородом. Одновременно из крови выходят двуокись углерода и другие вредные продукты метаболизма, которые выводятся наружу при выдохе. Между интенсивностью мышечной работы, совершаемой человеком, и потреблением кислорода существует простая линейная зависимость.

В психофизиологических экспериментах  в настоящее время дыхание  регистрируется относительно редко, главными образом для того, чтобы контролировать артефакты.

Для измерения интенсивности (амплитуды и частоты) дыхания  используют специальный прибор — пневмограф. Он состоит из надувной камеры-пояса, плотно оборачиваемой вокруг грудной клетки испытуемого, и отводящей трубки, соединенной с манометром и регистрирующим устройством. Возможны и другие способы регистрации дыхательных движений, но в любом случае обязательно должны присутствовать датчики натяжения, фиксирующие изменение объема грудной клетки.

          Этот метод обеспечивает хорошую  запись изменений частоты и  амплитуды дыхания. По такой  записи легко анализировать число  вдохов в минуту, а также амплитуду  дыхательных движений в разных  условиях. Можно сказать, что дыхание  — это один из недостаточно  оцененных факторов в психофизиологических  исследованиях.

 

 

 

5. Реакции глаз

Для психофизиолога наибольший интерес представляют три категории глазных реакций: сужение и расширение зрачка, мигание и глазные движения.

Пупиллометрия — метод изучения зрачковых реакций. Зрачок — отверстие в радужной оболочке, через которое свет попадает на сетчатку. Диаметр зрачка человека может меняться в пределах от 1,5 до 9 мм. Величина зрачка существенно колеблется в зависимости от количества света, падающего на глаз: на свету зрачок сужается, в темноте — расширяется. Наряду с этим, размер зрачка существенно изменяется, если испытуемый реагирует на воздействие эмоционально. В связи с этим пупиллометрия используется для изучения субъективного отношения людей к тем или иным внешним раздражителям.

Диаметр зрачка можно измерять путем простого фотографирования глаза  в ходе обследования или же с помощью  специальных устройств, преобразующих  величину зрачка в постоянно варьирующий  уровень потенциала, регистрируемый на полиграфе.

Мигание (моргание) — периодическое  смыкание век. Длительность одного мигания  приблизительно 0,35 с. Средняя частота мигания составляет 7,5 в минуту и может варьировать в пределах от 1 до 46 в минуту. Мигание выполняет разные функции в обеспечении жизнедеятельности глаз. Однако для психофизиолога существенно, что частота мигания изменяется в зависимости от психического состояния человека.

Движение глаз широко исследуются  в психологии и психофизиологии. Это разнообразные по функции, механизму  и биомеханике вращения глаз в  орбитах. Существуют разные типы глазных  движений, выполняющие различные  функции. Однако наиболее важная среди  них функция движений глаз состоит  в том, чтобы поддерживать интересующее человека изображение в центре сетчатки, где самая высокая острота  зрения. Минимальная скорость прослеживающих движений около 5 угл. мин/с, максимальная достигает 40 град/с.