Вы находитесь на сайте журнала "Вопросы психологии" в восемнадцатилетнем ресурсе (1980-1997 гг.).  Заглавная страница ресурса... 

127

 

СТЕПЕНЬ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ УНИФИКАЦИИ КОРКОВЫХ

ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ

ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА

 

Е. Ю. АРТЕМЬЕВА, Л. Г. ДИКАЯ, Л. А. САМОИЛОВИЧ

Факультет психологии МГУ

 

Цель работы состояла в изучении динамики пространственного соотношения усредненных вызванных потенциалов (УВП) как функции состояния человека. При этом: мы исходили из представлений о системной локализации психических функций [5] и концепции системогенеза П. К. Анохина [1], согласно которой отдельные компоненты УВП отражают работу различных структур или функциональных систем мозга, участвующих в переработке сенсорной информации. Вследствие этого анализ вызванной активности мозга, может дать представление о том, какие структуры коры или функциональные системы мозга и в какой степени доминируют в различных функциональных состояниях.

Опыты проводились на взрослых людях 24—28 лет в экранированной и звукоизолированной камере. Соотношение УВП различных областей мозга в разных стадиях сна и бодрствования исследовались на стимулы двух модальностей: световую вспышку и звуковой щелчок. Дневной сон испытуемых длился 3—4 ч. В течение всего опыта испытуемому с интервалом в 5 с предъявлялись одиночные световые вспышка либо звуковые щелчки (использовался фонофотостимулятор фирмы «Альвар»). Полиграфическая регистрация ЭЭГ, ЭМГ, КГР и окулограммы производилась на восьмиканальном энцефалографе и четырехканальном магнитофоне с частотно модулированным трактом (0—400 Гц).

Функциональное состояние испытуемых изменялось в континууме активное бодрствование — сон. Ранжирование состояний производилось по данным полиграфии (электроэнцефалографическим и вегетативным показателям). Всего было выделено восемь уровней функционального состояния. За исходное при анализе изменений. УВП было принято состояние спокойного бодрствования, соответствующее в классификациях Линдсли [14] и Блока [3] состоянию диффузного бодрствования. Стадия активного бодрствования характеризовалась десинхронизацией ЭЭГ, усилением ЭМГ и появлением КГР [6], [7], [14] и др. Континуум сна в соответствии с классификацией Лумиса и ее современной модификацией Демента, Клайтмана [11] и Вебба [17] был разделен на шесть стадий (1-я и 4-я стадии сна, по Клайтману, были подразделены на две подстадии).

Вызванные ответы регистрировались монополярно с четырех областей коры головного мозга: зрительной, слуховой, сенсомоторной коры и с области вертекса

 

128

 

(система 10:20). Усреднение вызванных потенциалов производилось выборочно для каждого предварительно выделенного по данным полиграфии уровня функционального состояния (для усреднения использовался многоканальный цифровой анализатор ЛП-4050 фирмы «Нокия», усреднялось по 50 ответов с эпохой анализа 1000 мс). Для этого на бумаге электроэнцефалографа нумеровались все отметки раздражителей от начала до конца эксперимента, затем запись разбивалась на участки, соответствующие разным уровням функционального состояния.

Для сравнения УВП эпоха анализа разбивалась на временные интервалы, число которых равнялось количеству компонентов УВП, зарегистрированных в континууме активное

 

 

Рис.1. Соотношение усредненных вызванных потенциалов (УВП) в

зрительной, слуховой, сенсомоторной зонах и в области вертекса

при переходе испытуемых от бодрствования ко сну во время

предъявления светового (А) и звукового (Б) стимула.

АБ- активное и СБ – спокойное бодрствование, С 1-ая, … 6-ая – стадии сна.

 

бодрствование — сон. Эти временные интервалы определялись по латентным периодам компонентов с учетом их знака таким образом, чтобы они не перекрывали друг друга и чтобы любой компонент УВП, взятый у испытуемых независимо от области отведения, попадал в соответствующий временной интервал. Для этого была проведена унифицирующая процедура, определяющая границы временных интервалов, величина которых учитывала вариативность латентных периодов, связанную с функциональным состоянием и индивидуальными особенностями испытуемых.

Для того чтобы учесть изменения всех параметров УВП: компонентного состава, амплитуд, латентных периодов и длительности компонентов — и количественно оценить сходство УВП, предлагается новый математический метод, согласно которому УВП рассматриваются формально, как кривые, для которых вводится показатель отклонения одного процесса от другого:

где DI, ХII) — мера отклонения процесса XI от ХII;

,  — средние длины периода колебаний;

а — модуль разницы между положением максимума латентного периода (ЛП) однако УВП (XI) и ЛП ближайшего к нему по величине и знаку компонента сравниваемого УВП (ХII);

 

129

 

Δ — модуль разницы между амплитудами соответствующих компонентов УВП-I и УВП-II;

 и  — средние значения амплитуд компонентов каждого из сравниваемых УВП.

 

Окончательно,

 

т. е. один процесс сравнивается относительно другого и наоборот. При допустимости 10% случайных колебаний ЛП и амплитуд D≈0,02, и все значения «D», превышающие эту величину, показывают, что различие между УВП значимо.

 

 

Рис.2. Уменьшение показателя различий (D) между УВП разных

зон коры в ответ на световой (А) и звуковой (Б) стимулы при

изменении функционального состояния.

Обозначения те же, что и на рис. 1.

 

Результаты опытов показали, что в исходном состоянии спокойного бодрствования время предъявления сенсорных стимулов любой модальности максимальные различия в УВП регистрируются между проекционными зонами зрительного и слухового анализаторов, наименьшие — между проекционной и ассоциативной зонами (рис. 1). Например, у испытуемого 6 во время действия светового стимула величина «D» — показателя различий между УВП зрительной (ЗК) и слуховой (СК) коры была равна 1,5, а между УВП зрительной коры и областью вертекса — 0,62 (рис. 2). Во время предъявления звукового стимула степень различия между УВП всех областей коры была больше, чем в серии со световыми стимулами (2,14—1,6). В зрительной коре УВП а звук у некоторых испытуемых (исп. 5) отсутствовал полностью (рис. 2).

 

130

 

При засыпании, уже на 1-й стадии сна, появляется вызванный ответ в непроекционной зоне (в серии со звуком) и возрастает сходство в компонентном составе УВП всех отведений в ответ на сенсорный стимул любой модальности (свет, звук).

Во время предъявления светового стимула уменьшение степени различий между УВП разных структур происходит либо скачком уже на 1-й стадии сна (исп. 3), либо плавно и монотонно (исп. 4, 5) по мере углубления сна. В переходных к медленному глубокому сну стадиях иногда наблюдалось временное возрастание различий между УВП. Так, на 2—3-й стадии сна у всех испытуемых значение показателя «D» между УВП зрительной коры и вертекса увеличивается по сравнению с исходным значением «D» в 0,5—2 раза; у некоторых испытуемых наблюдается временное увеличение различий между вызванными потенциалами зрительной и сенсомоторной коры или сенсомоторной коры и вертекса (исп. 3, 4). И только в 5—6-й стадии сна у всех испытуемых значительно возрастает сходство в УВП по всем отведениям: величина «D» между УВП ЗК и вертекса уменьшается в 1,5—15 и более раз, между УВП вертекса и СК (СМК) — в 1,5— ,9 раз, а между ЗК и СК (СМК) — в 1,5—5 раз. В этих стадиях сна значения показателя отклонения между всеми структурами колеблются в пределах 0,002—0,28. УВП на свет во сне совпадает или унифицируется по всем отведениям и в 6-й стадии сна состоит из следующих компонентов: Р104-126, Н 266-304 и длиннолатентных компонентов (см. рис. 1, 2).

Во время действия звукового стимула сходство между УВП  возрастает плавно по мере углубления сна у всех испытуемых: между всеми отведениями уменьшается в 3—40 раз, с 0,35—1,3 в исходном состоянии до 0,01—0,18 в 6-й стадии сна. Как видно из рис. 1, вызванный ответ на звук по всем отведениям унифицируется так же, как при действии светового стимула, но имеет другой компонентный состав: Р60, Н300 и более поздние компоненты.

Так как в наших опытах степень уменьшения показателя у разных испытуемых очень различна (1,5—40 раз), нами с помощью корреляционного поля (рис. 3) была выделена зависимость между исходным уровнем показателя различий «D» и величиной, на которую уменьшается показатель во сне (ΔD). Как показали результаты анализа, между этими величинами существует прямая корреляция: исходный уровень между УВП разных структур определяет степень его возрастания во сне (К=0,95; r=0,99; α (угол наклона) =45° для светового стимула и К = 0,99; r = 0,99; α = 45° для звукового стимула).

 

 

Рис. 3. Корреляционные ноля зависимости между степенью уменьшения D

показателя различий УВП во сне — и исходным уровнем D между

соответствующими парами УВП в спокойном бодрствовании в ответ на

световой (А) и звуковой (Б) стимулы.

По оси абсцисс отложено значение D в спокойном бодрствовании, по оси ординат — величина, на которую уменьшается D во сне (AD). Обозначения для рис. 3 а. Д между УВП ЗК и областью вертекса — заштрихованный кружок; ЗК и СМК — крестик; ЗК и СМ — заштрихованный треугольник; СМК и областью вертекса — кружок.

 

В настоящее время качественная специфика различных уровней бодрствования и сна связывается с уровнем активации неспецифических систем мозга [3], [8], [14]. Однако полученные данные могут служить подтверждением того, что типы функциональных состояний определяются не только уровнем активации ретикулярной формации и других систем мозга, но и характером перестроек в работе корковых функциональных систем. Как показал анализ изменений УВП, при засыпании наблюдается упрощение формы УВП, что рассматривается нами как уменьшение числа функциональных систем, участвующих в обработке сенсомоторного стимула, так как, согласно современным представлениям о дискретной природе компонентов вызванного потенциала [1], [2], [4], [9], [10], [12], «его архитектура» есть результат взаимодействия на синапсах нейронов коры множественных, отставленных друг от друга по

 

131

 

времени возбуждении от различных специфических и неспецифических структур. С этой точки зрения трансформация УВП, обусловленная изменениями активирующих влияний ретикулярной системы, означает, что на разных уровнях функционального состояния УВП принимают участие различные структуры или функциональные системы [1]. В связи с возникновением во сне во всех областях мозга генерализованного, унифицированного ответа в работе выдвигается предположение о том, что пространственная унификация УВП во сне вызывается уменьшением избирательности в работе различных областей мозга, т. е. возникает снижение локальной и пространственной селективности протекания психофизиологических процессов за счет включения одних и блокирования других систем мозга. Это объясняет имеющиеся в литературе данные, согласно которым селективный отбор и переработка сенсорной информации успешно протекают только на фоне определенного уровня бодрствования или активности [3], [13], [14].

Таким образом, тесная связь между функциональным состоянием, определяемым по полиграфическим показателям, и степенью унификации УВП позволяет предложить меру унификации УВП в качестве показателя функционального состояния, в котором отражается качественная специфика организации функциональных систем мозга при различных функциональных состояниях человека. Экспериментальная проверка предлагаемого метода тестирования функциональных состояний показала высокую надежность разработанного метода. Для процедуры проверки на основе полученного экспериментального материала (см. рис. 2) по всей группе обследованных испытуемых были построены усредненные матрицы показателя сходства (D) УВП, регистрируемых на разных функциональных состояниях. Определение функционального состояния осуществлялось отнесением системы показателей тестовых УВП (для момента регистрации которых определяется функциональное состояние) к тому или иному классу матриц, каждая, из которых соответствовала строго определенному функциональному состоянию. Эта процедура отнесения производилась по минимальной разности между тестовой и табличной матрицами, т. е. предлагаемая процедура относит класс тестируемых УВП к тому функциональному состоянию, табличная матрица которого имеет наименьшую разность с тестовой. Контроль правильности определения функционального состояния производился по данным полиграфической регистрации ЭЭГ и вегетативных сдвигов, зарегистрированных одновременно с тестовыми УВП. Из 25 проб определения функционального состояния по данному методу все 25 были подтверждены данными полиграфии.

Предлагаемый метод диагностики функционального состояния может оказаться Перспективным для оценки участия в определенных видах деятельности областей мозга данной деятельностью.

Авторы выражают благодарность проф. Е. Н. Соколову за помощь в обсуждении результатов работы.

 

1.       Анохин П. К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. — М., 1968.

2.       Ата-Мурадова Ф. Вызванный ответ в коре мозга как результат конвергенции возбуждений различного подкоркового происхождения.— В сб.: Электрофизиология центральной нервной системы. Материалы V Всесоюзной конференции. — Тбилиси, с. 20—22.

3.       Блок В. Уровни бодрствования и внимания. — В кн.: Экспериментальная психология. (Ред. Ф. Пресс и Ж. Пиаже). М., 1970, с. 97—146.

4.       Иваницкий А. М. Мозговые механизмы оценки сигналов. — М., 1976.

5.       Лурия А. Р. Мозг человека и психические процессы. — М., 1963.

6.       Соколов Е. Н. Восприятие и условный рефлекс. — М., 1958.

7.       Соколов Е. Н. Ориентировочный рефлекс как информационный регулятор. — В сб.: Ориентировочный рефлекс и проблема рецепции в норме и патологии.— М., 1964, с. 3—20.

8.       Хомская Е. Д. Мозг и активация. — М., 1972.

9.       Ciganek L. Excitability cycle of the visual cortex in man. —Ann. N. Y. Acad. Sci., 1964, 112, p. 241—253.

10.    Davis H., Ostterhammel R. A., Weir С. С, Gjerdigen D. 5. Slow vertex potentials: Interactions among auditory, tactile, electric and visual stimuli. — EEG, clin. Neurophys., 1972, 33, p.537—545.

11.    Dement W., Kleitman N. Cyclis variations in EEG during sleep and their relation to eye movements, body motility and dreaming.—EEG clin. Neurophys., 1957, 9, 3, p. 673—690.

12.    Ellingson R. Variability of visual evoked responses in the human newborn.— EEG clin. Neurophys., 1970, 29, p. 10, 19.

13.    Hernandez-Peon R. The human of sleep and reams. —.In: Enzimes in medial health. — Montreal — Philadelphia, 1966.

14.    Lindsley D. B. Attention conscioness sleep and wakefulness. — In: Handbook of physiology. Sec. 1., 3, p. 1553—1955.

15.    Loomis A. L., Harvey E. N., Hobart G. H. Cerebral states during sleep, as studied by human brain potentials. — J. Exp. Psychol., 1937, 21, 2, p. 127—144.

16.    Kleitman N. Sleep and wakefulness (2 ed.), Chicago Univ., Chicago Press, 1963.

17.    Webb W. The nature of all night sleep patterns.—Act. Nerv. Super., 1969, 11, 2, p. 90—97.