Для чего применяются психофизиологические методы. Методы психофизиологических исследований

5.1. Функциональные методы

5.2. Электроэнцефалография

5.5. Электромиография

5.6. Полиграфия

5.7. Электрокардиография

5.8. Электроокулография

Основные направления теоретической психофизиологии

Психофизиология ощущений и восприятий изучает нервные процессы в анализаторах, начиная с рецепторов и кончая корковыми отделами. Установлены специфические аппараты цветового зрения, специфические рецепторы и проводящие пути тактильной и болевой чувствительности, открыты нейроны, реагирующие на отдельные свойства зрительных и слуховых стимулов (см. Нейрон-детектор).

Психофизиология речи и мышления изучает функциональную роль разных областей мозга и их взаимосвязей в осуществлении речевых процессов. Принципиально важным явилось установление тесной связи мыслительных процессов с деятельностью речедвигательного анализатора, а также выявление специфических паттернов нейронной активности некоторых подкорковых областей мозга при смысловом анализе вербальных раздражителей.

Психофизиология функциональных состояний и эмоций исследует нейрогуморальные механизмы возникновения эмоциональных, мотивационных, стрессовых и др. состояний. Открыты нервные «центры» удовольствия и неудовольствия, расположенные в подкорковых областях мозга. Установлено, что важная роль в эмоциональном поведении принадлежит гормонам, выделяемым железами внутренней секреции (гипофизом, корой и мозговым слоем надпочечников и др.), а также различным биологически активным веществам (пептидам и биогенным аминам), секретируемым специфическими структурами самого мозга.

Психофизиология внимания исследует нейрофизиологические корреляты внимания (изменение характера ЭЭГ и вызванных потенциалов, изменение кожно-гальванических реакций и др.). Психофизиология внимания тесно связана с проблемами изучения ориентировочной реакции и 2-й сигнальной системы.

П. произвольных действий вскрывает физиологическую структуру и механизмы их осуществления.

Дифференциальная психофизиология изучает зависимость индивидуальных особенностей психики и поведения от индивидуальных различий в деятельности мозга и использует разработанное И.П. Павловым учение о свойствах н. с. и типах высшей нервной деятельности.

Прикладные области психофизиологии

клиническая психофизиология, педагогическая психофизиология, социальная психофизиология, эргономическая психофизиология, экологическая психофизиология, онтогенетическая психофизиология, психофизиология диагностики и компенсации когнитивных нарушений, психофизиология алкоголизма и наркомании.

Методы исследования в психофизиологии

Функциональные методы. Наиболее значимыми для понимания функ­ций ЦНС являются функциональные методы исследования: разрушение и раздражение структур ЦНС, стереотаксический метод, электрофизиологи­ческие методы.

Метод разрушения. Разрушение структур мозга является довольно гру­бым методом исследования, поскольку повреждаются обширные участки мозговой ткани. Тем не менее при сопоставлении разрушения определен­ных структур мозга с нарушениями конкретных физиологических функций выявлены достоверные связи. Так, повреждение в области продолговатого мозга приводит к нарушению дыхания, глотания, деятельности сердца и из­менению тонуса сосудов. В экспериментах на животных для разрушения структур мозга используют метод коагуляции ткани электрическим током, что позволяет делать разрушения минимальными; применяется по строгим показаниям этот метод с лечебными целями у человека.

Естественно, метод разрушения не может быть использован для иссле­дований на человеке. Вместе с тем клиническая практика дает физиологу возможность сопоставить нарушения функций организма с повреждением различных образований мозга вследствие травм, кровоизлияний, опухолей и др. (метод клинико-физиологических параллелей). В клинике для диа­гностики повреждений мозга различного происхождения (опухоли, инсульт и др.) у человека используют методы компьютерной рентгенотомографии, позитронно-эмиссионной томографии, эхоэнцефалографии, ядерного маг­нитного резонанса и др.

Метод раздражения структур мозга позволяет установить пути распро­странения возбуждения от места раздражения к органу или ткани, функция которых при этом изменяется. В качестве раздражающего фактора чаще всего применяют электрический ток (постоянный и переменный), который легко дозируется и не оставляет необратимых изменений. Реже используют химические и термические раздражители. В эксперименте на животных применяют метод самораздражения различных участков мозга: животное получает возможность посылать раздражение в мозг, замыкая цепь элект­рического тока (например, нажатием на педаль), и прекращать раздраже­ние, размыкая цепь. Именно так впервые в гипоталамической области жи­вотных Д. Олдсом были обнаружены положительные и отрицательные эмо-циогенные зоны - центры «удовольствия», «агрессии» и др.

Стереотаксический метод. Широкому использованию электрофизио­логических методов исследования функций ЦНС способствовала разработ­ка метода стереотаксического введения электродов. Высокая точность вве­дения электрода в конкретные образования мозга вплоть до отдельных центров возможна благодаря стереотаксическим атласам, которые имеют три координатных значения для всех структур мозга, помещенного в про­странство трех взаимно перпендикулярных плоскостей - горизонтальной, сагиттальной и фронтальной. При этом ориентиром служат костные обра­зования черепа - его швы, наружные слуховые проходы, нижние края глазниц и др. Для фиксации черепа в системе этих плоскостей используют стереотаксический аппарат, конструкция которого строго соответствует че­репу конкретного животного или человека. Данный метод позволяет не только с высокой точностью вводить электроды в мозг с эксперименталь­ной и диагностической целями, но и направленно воздействовать на от­дельные структуры ультразвуком, лазерными или рентгеновскими лучами с лечебной целью, а также проводить нейрохирургические операции.

Электрофизиологические методы исследования ЦНС включают анализ как пассивных, так и активных электрических свойств мозга. Пассивные электрические свойства мозга находят отражение главным образом в коле-

баниях сопротивления проходящему через ткань электрическому току (ме­тод реоэнцефалографии).

Исследование активных биоэлектрических процессов в головном мозге включает преимущественно регистрацию:

Суммарной электрической активности мозга (электроэнцефалогра­фия);

Вызванных потенциалов мозга;

Электрических процессов, происходящих в отдельных нервных клет­ках (микроэлектродный метод).

Электроэнцефалография

Электроэнцефалография - это метод исследования электрической активности головного мозга. Метод основан на принципе регистрации электрических потенциалов, появляющихся в нервных клетках в процессе их деятельности. Электрическая активность головного мозга мала, она выражается в миллионных долях вольта. Изучение биопотенциалов мозга производится поэтому при помощи специальных, высокочувствительных измерительных приборов или усилителей, называемых электроэнцефалографами. С этой целью на поверхность черепа человека накладываются металлические пластинки (электроды), которые соединяют проводами со входом электроэнцефалографа. На выходе аппарата получается графическое изображение на бумаге колебаний разности биопотенциалов головного мозга, называемое электроэнцефалограммой (ЭЭГ).

Данные ЭЭГ оказываются различными у здорового и больного человека. В состоянии покоя на ЭЭГ взрослого здорового человека видны ритмические колебания биопотенциалов двух типов. Более крупные колебания, со средней частотой 10 в 1 сек. и с напряжением, равным 50 мкв, называются альфа-волнами. Другие, более мелкие колебания, со средней частотой 30 в 1 сек. и напряжением, равным 15-20 мкв, называются бета-волнами. Если мозг человека переходит от состояния относительного покоя к состоянию деятельности, то альфа-ритм ослабевает, а бета-ритм усиливается. Во время сна как альфа-ритм, так и бета-ритм уменьшаются и появляются более медленные биопотенциалы с частотой 4-5 или 2-3 колебания в 1 сек. и частотой 14-22 колебания в 1 сек. У детей ЭЭГ отличается от результатов исследования электрической активности головного мозга у взрослых и приближается к ним по мере полного созревания мозга, т. е. к 13- 17 годам жизни.

При различных заболеваниях мозга на ЭЭГ возникают разнообразные нарушения. Признаками патологии на ЭЭГ покоя считаются: стойкое отсутствие альфа-активности (десинхронизация альфа-ритма) или, наоборот, резкое ее усиление (гиперсинхронизация); нарушение регулярности колебаний биопотенциалов; а также появление патологических форм биопотенциалов - высокоамплитудных медленных (тета- и дельта-волн, острых волн, комплексов пик-волна и пароксизмальных разрядов и т. д. По этим нарушениям врач-невропатолог может определить тяжесть и до известной степени характер мозгового заболевания. Так, например, если в головном мозге имеется опухоль или произошло кровоизлияние в мозг, электроэнцефалографические кривые дают врачу указание, где (в какой части мозга) это повреждение находится.

Электромиография

Электромиография - это метод изучения биоэлектрических процессов, развивающихся в мышцах людей и животных во время различных двигательных реакций. Метод основан на записи биопотенциалов скелетных мышц. Запись колебаний мышечных потенциалов (рис.) производится специальными приборами - электромиографами различных типов.

Электромиограмма при сокращении общих разгибателей пальцев: А - в норме; Б - при тяжелом парезе мышц после полиомиелита; В - при паркинсоническом дрожании и ригидном повышении тонуса

В 1907 немецкий учёный Г. Пипер впервые применил метод электромиографии по отношению к человеку.

Исследование проводится с помощью электромиографа. Электромиограмма (ЭМГ) - кривая, записанная на фотоплёнке, на бумаге с помощью чернильно-пишущего осцилографа или на магнитных носителях. Амплитуда колебаний потенциала мышцы, как правило, не превышает нескольких милливольт, а их длительность - 20-25 мс.

С помощью введённых в мышцу игольчатых электродов. Улавливают колебания потенциала в отдельных мышечных волокнах или в группе мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном.

С помощью накожных электродов. Отражает процесс возбуждения мышцы как целого.

Стимуляционная электромиография - при искусственной стимуляции нерва или органов чувств. Это позволяет исследовать нервно-мышечную передачу, рефлекторную деятельность, определить скорость проведения возбуждения по нерву.

В психофизиологии для изучения возрастных закономерностей.

В физиологии труда и спорта.

При изучении двигательной функции животных и человека.

В исследованиях высшей нервной деятельности.

В инженерной психологии (например, при исследовании утомления, выработки двигательного навыка).

Для оценки при восстановлении нарушенной двигательной функции в ортопедии и протезировании.

Полиграфия.

Полигра́ф (polygraph, от греч. πολύ - много и γράφω - писать, синоним: «детектор лжи») - техническое средство, используемое при проведении инструментальных психофизиологических исследований для синхронной регистрации параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности, электрического сопротивления кожи, а также, при наличии необходимости и возможности, других физиологических параметров с последующим представлением результатов регистрации этих параметров в аналоговом или цифровом виде, предназначенном для оценки достоверности сообщённой информации.

Из истории известно, что у разных народов были выработаны разнообразные специальные техники и ритуалы для распознания обмана и изобличения лжеца.

Уже в те далекие времена было замечено, что у совершившего преступление человека из-за страха перед возможным разоблачением происходят различные изменения физиологических функций. Например, в Древнем Китае подозреваемый в преступлении подвергался испытанию рисом: он должен был набрать в рот горсть сухого риса и выслушать обвинение. Считалось, что если рис оставался во рту сухим (от страха разоблачения приостанавливалось слюноотделение) - вина подозреваемого доказана.

В Древней Индии, когда подозреваемому называли нейтральные и критические слова, связанные с деталями преступления, он должен был отвечать первым пришедшим ему в голову словом и одновременно тихо ударять в гонг. Как правило, ответ на критическое слово сопровождался более сильным ударом.

В Африке колдун предлагал подозреваемым взять в руки небольшое птичье яйцо, его скорлупа была очень нежной, и при малейшем нажиме яйцо могло быть раздавлено. Подозреваемым предлагалось передавать яйцо друг другу, - предполагалось, что виновный не выдержит тест и раздавит яйцо и тем самым изобличит себя.

Первый прообраз современного полиграфа был сконструирован в 1921 году сотрудником полиции штата Калифорния Джоном Ларсоном. Аппарат Ларсона одновременно регистрировал изменения динамики артериального давления, пульса и дыхания, и систематически применялся им при расследовании преступлений.

В 1933 году Леонард Килер - ученик Д. Ларсона и сотрудник лаборатории научных методов раскрытия преступлений при Северо-западном Университете - сконструировал полевой переносной полиграф, в конструкцию которого был добавлен канал измерения сопротивления кожи. В дальнейшем Л. Килер организовал серийный выпуск таких полиграфов.

Общая структура полиграммы состоит из следующих компонентов:

артефакт.

Фон - состояние физиологических процессов в организме человека, пребывающего в условиях покоя (при проведении психофизиологического исследования под покоем подразумевается состояние спокойно сидящего человека, которому не задают вопросы). Фон характеризуется относительной стабильностью протекающих процессов и представляет собой некоторую физиологическую норму, свойственную конкретному человеку в отсутствие дестабилизирующих воздействий.

Реакция - это заметное (в условиях осуществляемого наблюдения) изменение динамики регистрируемого физиологического процесса в ответ на стимул (вопрос, предмет или изображение предмета), предъявляемый в ходе психофизиологического исследования. В зависимости от индивидуальных особенностей организма человека при развитии реакции можно наблюдать усиление, ослабление или стабилизацию динамики конкретной функции. У некоторых людей реакции могут иметь комплексный характер: вслед за быстрыми изменениями физиологического процесса (собственно реакцией на стимул) происходит последующее продолжительное изменение его динамики, то есть так называемая реакция облегчения.

Артефакт - заметное (по сравнению с фоном) изменение динамики контролируемого физиологического процесса, непосредственно не связанное с предъявляемыми в ходе психофизиологического исследования стимулами и обусловленное воздействием экзогенных (внешних) и эндогенных (внутренних) дестабилизирующих факторов. К эндогенным факторам относятся умышленные или неумышленные движения обследуемого, кашель, внезапные болевые ощущения и т. п., к экзогенным - в основном, внешние шумовые помехи.

Физиологические реакции, регистрируемые в ходе исследования, не обладают специфичностью, то есть по их информативным признакам нельзя точно установить природу вызвавшего их процесса (положительная или отрицательная эмоция, ложь, испуг, боль, какие-либо ассоциации и т. д.). Единственная объективная характеристика физиологической реакции - её устойчивая выраженность в ответ на предъявление ситуативно значимого стимула.

В настоящее время не существует статистически достоверных данных, однозначно указывающих на какую-либо универсальную информационную ценность для итогов психофизиологического исследования какого-то одного физиологического процесса либо отдельного его параметра.

Электрокардиография

Электрокардиография - это метод графической регистрации разности потенциалов электрического поля сердца, возникающего при его деятельности. Регистрация производится при помощи аппарата - электрокардиографа. Он состоит из усилителя, позволяющего улавливать токи очень малого напряжения; гальванометра, измеряющего величину напряжения; системы питания; записывающего устройства; электродов и проводов, соединяющих пациента с аппаратом. Записываемая кривая называется электрокардиограммой (ЭКГ). Регистрация разности потенциалов электрического поля сердца с двух точек поверхности тела называют отведением. Как правило, ЭКГ записывают в двенадцати отведениях: трех - двухполюсных (три стандартных отведения) и девяти - однополюсных (три однополюсных усиленных отведения от конечностей и 6 однополюсных грудных отведений). При двухполюсных отведениях к электрокардиографу подключают по два электрода, при однополюсных отведениях один электрод (индифферентный) является объединенным, а второй (дифферентный, активный) помещается в выбранную точку тела. Если активный электрод помещают на конечность, отведение называют однополюсным, усиленным от конечности; если этот электрод помещен на грудь - однополюсным грудным отведением.

Для регистрации ЭКГ в стандартных отведениях (I, II и III) на конечности накладывают матерчатые салфетки, смоченные физиологическим раствором, на которые кладут металлические пластинки электродов. Один электрод с красным проводом и одним рельефным кольцом помещают на правое предплечье, второй - с желтым проводом и двумя рельефными кольцами - на левое предплечье и третий - с зеленым проводом и тремя рельефными кольцами - на левую голень. Для регистрации отведений к электрокардиографу по очереди подключают по два электрода. Для записи I отведения подключают электроды правой и левой рук, II отведения - электроды правой руки и левой ноги, III отведения - электроды левой руки и левой ноги.

Электроокулография

ЭЛЕКТРООКУЛОГРАФИЯ от лат. oculus - глаз и греч.grapho - пишу) - метод регистрации движения глаз, потенциала сетчатки и глазных мышц. Регистрация движения глаз методом Э. основана на наличии разности потенциалов между роговицей и сетчаткой, т. е. между передним и задним полюсами глазного яблока. Соединяющая оба полюса линия (электрическая ось глазного яблока) совпадает со зрительной осью каждого глаза и, следовательно, с направлением взгляда. С помощью электродов, наложенных на прилегающие к глазу ткани, можно уловить изменение потенциала в тканях, окружающих глазное яблоко. При этом знак потенциала указывает направление поворота глаза, а степень изменения потенциала - величину поворота.

Электроокулограмма - кривая, отражающая результат измерений.

ТЕМА 1. Введение в психофизиологию

1. Предмет и задачи психофизиологии

2. Понятие об основной психофизиологической проблеме - взаимосвязи психики и мозга

3. Основные направления теоретической психофизиологии

4. Прикладные области психофизиологии

5. Методы исследования в психофизиологии

5.1. Функциональные методы

5.2. Электроэнцефалография

5.3. Вызванные потенциалы головного мозга

5.4. Внутриклеточная регистрация электричкой активности

5.5. Электромиография

5.6. Полиграфия

5.7. Электрокардиография

5.8. Электроокулография

5.9. Рентгеновская компьютерная томография

5.10. Позитронная эмиссионная томография

5.11. Функциональная магнитно-резонансная томография

Психофизиология относится к экспериментальным дисциплинам, основными методами которой являются электрофизиологические в силу того, что именно физиологические показатели позволяют проникнуть в суть психических процессов и состояний, как на уровне сознания, так и на бессознательном уровне. Электрофизиологические показатели отражают физико-химические следствия обмена веществ, которые сопровождают основные жизненные процессы. Они являются наиболее точными и надежными показателями течения любых физиологических процессов, дают возможность изучения явления или процесса, не травмируя и не искажая его хода и структуры.

В настоящее время в психофизиологических исследованиях все больше делается акцент на изучение нейронных механизмов психических процессов и состояний. Это связано с тем, что все внешние реакции реализуются посредством нейронной активности.

Среди множества электрофизиологических методов, используемых в психофизиологических исследованиях, центральное место занимают различные способы регистрации электрической активности ЦНС и, в первую очередь, головного мозга, безусловно, доминируют такие как: регистрация импульсной активности нервных клеток, ЭЭГ, регистрация вызванных потенциалов мозга человека и потенциалов, связанных с событиями, различные методы томографии, среди которых, прежде всего, следует выделить позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) и магнитно-резонансную томографию (МРТ). Остановимся на описании некоторых из них.

Электроэнцефалография является одним из основных методов объективного тестирования функций нервной системы.

ЭЭГ - метод исследования головного мозга, основанный на регистрации его электрических потенциалов. Первая публикация о наличие токов в центральной нервной системы была сделана Du Bois Reymond в 1849 г. В 1875 г., данные о наличии спонтанной и вызванной активности в мозге собаки были получены независимо R.Caton в Англии и В.Я.Данилевским в России. Исследования отечественных нейрофизиологов на протяжении конца XIX и начала XX века внесли существенный вклад в разработку электроэнцефалографии. В.Я.Данилевский не только показал возможность регистрации электрической активности мозга, но и подчеркивал ее тесную связь с нейрофизиологическими процессами. В 1912 г. П.Ю.Кауфман выявил связь электрических потенциалов мозга с “внутренней деятельностью мозга” и их зависимость от изменения метаболизма мозга, воздействия внешних раздражений, наркоза и эпилептического припадка. Подробное описание электрических потенциалов мозга собаки с определением их основных параметров было дано в 1913 и 1925 гг. В.В.Правдич-Неминским.

Австрийский психиатр Ганс Бергер в 1928 г. впервые осуществил регистрацию электрических потенциалов головного мозга у человека, используя скальповые игольчатые электроды. В его же работе были описаны основные ритмы ЭЭГ и их изменения при функциональных пробах и патологических изменениях в мозге. Большое влияние на развитие метода оказали публикации G.Walter (1936) о значении ЭЭГ в диагностике опухолей мозга, а также работы F.Gibbs E.Gibbs W.G.Lennox, давших подробную элктроэнцефалографическую семиотику эпилепсии.

В последующие годы работы исследователей были посвящены не только феноменологии электроэнцефалографии при различных заболеваниях и состояниях мозга, но и изучению механизмов генерации электрической активности. Существенный вклад в эту область внесен работами E.D.Adrian, B.Metthew, G.Walter, H.Jasper, В.С.Русинова, В.Е.Майорчик, Н.П.Бехтеревой, Л.А.Новиковой.

В клинической электроэнцефалографии используют две основные системы отведения ЭЭГ: международную систему «10-20» (Jasper H.), а также модифицированные схемы с уменьшенным количеством электродов (Gibbs F., Gibbs E.; Jung J.).

Точки расположения электродов в системе «10-20» определяют следу­ющим образом. Измеряют расстояние по сагиттальной линии от inion до nasion и принимают его за 100%. В 10% этого расстояния от inion и nasion устанавливают соответственно нижний лобный (Fp) и затылочный (О) са­гиттальные электроды. Остальные сагиттальные электроды (F, Cz и Р) рас­полагают между этими двумя на равных расстояниях, составляющих 20% от расстояния inion-nasion. Вторая основная линия проходит между двумя слу­ховыми проходами через vertex (макушку). Нижние височные электроды (ТЗ, Т4) располагают соответственно в 10% этого расстояния над слуховы­ми проходами, а остальные электроды этой линии (СЗ, Cz, С4) - на рав­ных расстояниях, составляющих 20% длины биаурикулярной линии. Через точки ТЗ, СЗ, С4, Т4 от inion к nasion проводят линии и по ним располага­ют остальные электроды (РЗ, Р4, Т5, Т6, F3, F4, F7, F8, Fpl, Fp2). На мочки ушей помещают электроды, обозначаемые соответственно А1 и А2. Буквенные символы обозначают основные области мозга и ориентиры на голове: О - occipitalis, Р - parietalis, С - centralis, F - frontalis, A - auricularis. Нечётные цифровые индексы соответствуют электродам над ле­вым, а чётные - над правым полушарием мозга (рис.).

Психология использует физиологические методы уже со времен первых лабораторных экспериментов. Имена Вебера, Фехнера, Вундта, Пуркине являются достаточным доказательством этого. Значительных успехов также добилась со времени Сеченова и Павлова советская психология. Учение Павлова о высшей нервной деятельности отрицало всякий субъ­ективизм и на психологические вопросы отвечало методами физиологии высшей нервной деятельности. От Павлова, через Иванова-Смоленского до Лурия и Небылицына и новейших авторов применение физиологиче­ских методов в психологии знаменало решительный шаг вперед, особен­но в научно-исследовательской работе и именно, когда спала волна же­лания заменить психологию физиологией.

Попытку избежать субъективизма и применить физиологические ме­тоды в качестве гарантии объективизма проявили и бихевиористы, мно­гие из которых приняли павловский метод условных рефлексов.

Значение психофизиологических методов состоит в том, что они в минимальной степени зависят и подвержены влиянию испытуемого и что в новой технике можно использовать и полиграфы, которые спо­собны одновременно информировать о ряде объективных физиологиче­ских данных, как об индикаторах психических процессов, сопровожда­ющих их. Изменения кровяного давления, кожной проводимости, эпе- ктрических потенциалов мозга, изменения дыхания и пульса уже посто­янно относятся к изученным переменным величинам психологического лабораторного эксперимента.

Из физиологических методов, которые можно сопоставлять и оце­нивать во взаимосвязи с психическими процессами, мы приведем (по «Учебнику психологии») психогальванические реакции (ПГР). При помощи эндосоматической психогальванической реакции можно полу­чить так называемый Т-феномен (Тарханов), представляющий собой из­меняющие различия потенциалов между двумя электродами, приложен­ными к коже. Другой феномен Ф (по Фере) представляет собой экзосома- тическую психогальваническую реакцию, под которой мы понимаем из­менение кожного сопротивления (проводимости кожи), возникающее при раздражении (электрический ток напряжением в несколько вольт). Исследователи, работающие с кожно-гальваническим рефлексом, в на­стоящее время придерживаются мнения, что сущностью наблюдаемых изменений, очевидно, не является ни расширение сосудов, ни мышечная активность, ни секреция пота, а скорее всего повышенная ионная прони­цаемость клеточной мембраны. Психогальваническая реакция является чувствительным регистратором вегетативных изменений, которые не­льзя подавить волей, поэтому она используется в криминалистике как так называемый детектор лжи, при исследовании подпорогового вос­приятия, обусловленности и т. д. (рис. 15)

Психофизиологические методы наблюдения - это те методы, где удается фиксировать особенности протекания фи­зиологических процессов при определенных состояниях психики, или поведении.

В процессе наблюдения исследователь фиксирует особенности:

1. Вербального поведения
   • Содержание речи,
   • её продолжительность,
   • и интенсивность;
2. Невербального поведения
   • Выражение лица, глаз, положение тела,
   • Вегетативные реакции (например, покраснение или побеление кожи, потоотделение),
   • Выразительные движения;
3. Перемещения;
4. Расстояние между людьми;
5. Физические действия.

№2. Тесты

П. тесты:

1. тест, при помощи которого измеряют физиологические реакции в качестве возможных показателей психологических состояний,
2. стандартизованное испытание, предназначенное для оценки физических и/или психических возможностей, способностей, состояний, процессов, свойств, качеств человека.

Широко применяются:

• тест оцен­ки самочувствия, активности, настроения ("САН", В. А. Доскин);
• тест для оценки максимального потребления кислорода (VO2 max);
• тест для оценки физической работоспособности (PWC-170);
• тесты Флака, Кремптона, Руфье, Питтелоуда, Астранда;
• тест для оценки максимальной вентиляции легких (V max).

Для психических состояний:

• корректурная проба Бурдона,
• таблицы Шульте,
• метод парных ассоциаций.

Дополнительно, часто используют опросы, в которые включают признаки-симптомы в виде словесных формулировок.

Также применяются методики субъективного шкалирования состояний. Испытуемого просят описать своё состояние, выбирая из пары полярных значений («энергичный» - «пассивный», «решительный» - «не решительный»), или кратким утверждением («интересно», «безразлично»). Считается, что человек способен оценить интенсивность каждого признака, соотнеся внутренние переживания с оценочной шкалой.

№3. Электрофизиологические методы

• ЭлектроЭнцефалоГрамма . ЭЭГ мозга более сложное явление, чем другие электрофизиологические характеристи­ки (например, электрокардиограмма). ЭЭГ регистрирует электрические процессы, происходящие при синаптической передаче;
• Вызванные потенциалы (ВП) - из ЭЭГ выделяются сигналы, возникающие в ответ на внешнее раздражение. Раздражителем может быть как единичный искусственный стимул, так и решение стандартной задачи;
• ТКЭАМ - Топографическое Картирование Электрической Активности Мозга. Продвинутый метод отображения данных ЭЭГ и ВП. Позволяет очень тонко и детально анализировать изменения функциональных состояний мозга;
• Компьютерная томография (КТ) - это точные и детальные изображения малейших изменений плотности мозгового вещества. КТ может быть использована для изучения обмена веществ и кровоснабжения мозга;
• Ядерно-магнитно-резонансная томография мозга. Метод неинвазивного совмещенного изучения структуры, метаболизма и кровотока мозга;
• Позитронно-эмиссионная трансаксиальная Томография (ПЭТ-сканеры ) - сочетает возможности КТ и радиоизотопной диагностики. С помощью ПЭТ измеряют региональный мозговой кровоток и метаболизм глюкозы или кислорода в отдельных участках головного мозга;
• Регистрация ответов нейронов. Проводится в клинических условиях, когда пациентам вводят в мозг специальные микроэлектроды. Позволяет регистрировать реакцию отдельных нейронов;
• Кожно-гальваническая реакция (КГР). Изменения электри­ческой активности кожи (ЭАК) регистрируются с помощью по­лиграфа. Чем сильнее переживания человека, связанные с каким-либо событием, тем выше амплиту­да колебаний разности потенциалов между участками кожи;
• Электромиография (ЭМГ). Это регистрация ко­лебаний потенциалов, возникающих в области нервно-мышечной передачи и мышечных волокнах при поступлении к ним импуль­сов от мотонейронов спинного или продолговатого мозга. Например, при чтении «про себя» ЭМГ мышц нижней губы возрастает как по ампли­туде, так и по частоте, при мысленном письме у правшей усиливается мышечная актив­ность поверхностных сгибателей правой руки;
• Электроокулография. Это регистрация движений глаз. Окулография может производиться посредством записи движений глаза на видеокамеру, а электроокулография - на специальную аппаратуру типа полиграфа. Его использование позволяет регис­трировать амплитуду движения глаз (определяется в угловых гра­дусах) и время фиксации;
• Реография. Определяет интенсивность и объём кровотока в тканях, заключенных между двумя электродами, через которые пропускается слабый ток высокой частоты. Для получения объемных характеристик применяется тетраполярная реография.

№4. Создание психофизиологической модели

В психологии моделирование имеет два аспекта:

1. моделирование психики (знаковая или техническая имитация механизмов, процессов и результатов психической деятельности),
2. моделирование ситуаций (организация человеческой деятельности, путём формирования среды, в которой осуществляется эта деятельность).

№5. Эксперимент

Многие задачи в психофизиологии решались и продолжают решаться в экспериментах

Регистрация вегетативных реакций. Первыми в психофизиологических исследованиях начали широко применяться и продолжают использоваться в настоящее время также в физиологии поведения методы регистрации вегетативных реакций. К ним относятся измерения проводимости кожи (кожно-гальваническая реакция, или кожно-гальванический рефлекс), деятельности сердечно-сосудистой системы, дыхания и др. Кожно-гальваническая реакция (КГР) – это измерение проводимости кожи, как правило, на ладони к слабому электрическому току. Электрическая проводимость кожи связана главным образом с активностью потовых желез, изменяющих ее сопротивление и находящихся под контролем вегетативной нервной системы. КГР чрезвычайно чувствительна к эмоциональному реагированию, состоянию тревоги, напряженности и часто используется для характеристики функционального состояния человека. Методы регистрации вегетативных реакций лежат в основе работы полиграфа, или «детектора лжи» .

Физиологическое обеспечение психических процессов можно оценить по показателям деятельности сердечно-сосудистой системы. Изменения функциональной активности структур мозга требуют адекватного обеспечения необходимыми веществами и, прежде всего усиленного снабжения кислородом, что достигается интенсификацией кровоснабжения. Это обусловливает использование различных показателей деятельности сердечно-сосудистой системы для косвенной характеристики деятельности мозга. Признаками, отражающими напряженную работу сердца и усиление выброса крови, являются изменение минутного объема крови (количество крови, выбрасываемой сердцем в сосуды за 1 мин) и частота сердечных сокращений. Изменения в периферических сосудах изучаются с помощью реографии, плетизмографии, измерения кровяного давления и др.

Однако регистрация вегетативных реакций не относится к прямым методам измерения информационных процессов мозга. Одну и ту же вегетативную реакцию, например, появление кожно-гальванического рефлекса, можно наблюдать при разных информационных процессах: как при усилении внимания, так и при оборонительной реакции. Несмотря на то, что вегетативные показатели обладают достаточно высокой чувствительностью, они могут быть использованы только в качестве непрямого метода изучения информационных процессов. Это обусловлено тем, что они: 1) слишком тесно связаны с изменением функционального состояния и эмоциями; 2) слишком медленны и протекают с задержкой; 3) неспецифичны в отношении стимулов и задач.

Электроэнцефалография. В физиологии поведения широко используется метод регистрации электрической активности мозга – электроэнцефалография. Электрическая активность мозга характеризуется специфическими ритмами определенной частоты и амплитуды и может быть записана одновременно от многих участков поверхности головы. Это позволяет изучать их корреляцию с высшими психическими функциями. Метод электроэнцефалографии рассматривается как наиболее распространенный и адекватный для изучения нейрофизиологических основ психической деятельности. На записи электрической активности мозга – электроэнцефалограмме (ЭЭГ) в зависимости от частоты и амплитуды электрических колебаний выделяют следующие ритмы: альфа-ритм (α), бета-ритм (β), гамма-ритм (γ), дельта-ритм (δ), тета-ритм (θ), каппа-ритм (κ), лямбда-ритм (λ), сонные веретена, мю-ритм (μ), тау-ритм (τ). Электроэнцефалограмма меняется при изменении функционального состояния в период бодрствования, при переходе ко сну, при эпилептических припадках, потере сознания, заболеваниях мозга и др. ЭЭГ является записью текущей суммарной электрической активности огромного количества нейронов мозга, находящихся под электродами.

Вызванные потенциалы. Внешние сенсорные раздражения вызывают изменения в текущей электрической активности головного мозга, которые выглядят как последовательность из нескольких позитивных и негативных волн. Эти волны получили название вызванные потенциалы. Вызванные потенциалы отражают изменения функциональной активности областей коры, осуществляющих прием и обработку поступающей информации. Исследование вызванных потенциалов позволяет дать представление о психофизиологических механизмах внимания, обработки сенсорной информации и других процессах, протекающих в головном мозге человека.

Топографическое картирование. Метод топографического картирования – это метод изображения данных компьютерной обработки ЭЭГ, позволяющий представить пространственное распределение по коре больших полушарий ритмических компонентов ЭЭГ и вызванных потенциалов. В некоторых случаях этот метод позволяет обнаружить то, что принципиально не наблюдаемо в исходных записях. Многоканальная регистрация ЭЭГ и ее компьютерная обработка дают возможность представить полученные данные в наглядном виде удобном для восприятия. Построение последовательности таких карт дает представление о динамике процессов. На топографических картах, построенных на контуре черепа, цветом и его интенсивностью кодируются различные параметры ЭЭГ. Такое картирование позволяет охарактеризовать функциональную организацию мозга при его разных состояниях и видах деятельности.

Магнитоэнцефалография. Значительные успехи в локализации источников активности мозга связаны с развитием в последнее время метода магнитоэнцефалографии. Первые измерения электромагнитных полей мозга человека были сделаны в США в 1968 г. Магнитоэнцефалограмма (МЭГ) по сравнению с ЭЭГ обладает рядом преимуществ. Для ее регистрации не нужен контакт электродов с телом человека и поэтому нет искажений от кожи, подкожной жировой клетчатки, черепа, крови и др. В МЭГ (рис. 1) отражаются только источники активности, расположенные параллельно черепу. Благодаря этому без помех регистрируется активность различных участков коры больших полушарий и не воспринимаются электромагнитные колебания более глубоко расположенных отделов мозга. Поскольку и электрическая и электромагнитная активность мозга очень малы, то для получения достоверных результатов и в МЭГ и в ЭЭГ необходимо усреднение большого количества показателей.

Измерение локального мозгового кровотока. В 50–60-е годы 20-го века был разработан метод измерения локального мозгового кровотока. Поскольку мозговая ткань не имеет собственных энергетических ресурсов и зависит от поступления глюкозы и кислорода с кровью, то увеличение локального кровотока является косвенным показателем усиления активности соответствующих участков мозга (рис. 2). Метод основан на измерении скорости вымывания из тканей мозга предварительно введенных в организм (в кровь или с вдыхаемым воздухом) радиоактивных изотопов ксенона или криптона. Чем интенсивнее кровоток в данном участке мозга, тем быстрее в нем будет накапливаться содержание радиоактивных изотопов и быстрее происходить их вымывание. Увеличение кровотока наблюдается с ростом уровня метаболической активности участка мозга, что происходит при повышении его функциональной деятельности.

В других случаях применяют измерение скорости вымывания ионов водорода. Для этого в мозг вживляют ряд металлических электродов для регистрации сдвига электрохимического потенциала, который создается в результате подкисления тканей ионами водорода. По его уровню судят об активности локального участка мозга. Этот метод на человеке применяют в медицине для уточнения клинического диагноза при инсультах, опухолях и травмах мозга.

Существенным недостатком методов измерения локального мозгового кровотока является достаточно продолжительное время их осуществления. Каждое измерение длится около 2 минут. Поэтому методика измерения локального мозгового кровотока хороша для оценки тонических изменений или характеристики фоновой мозговой активности и малопригодна для изучения ее динамики.

Томографические методы исследования мозга. Методы компьютерной томографии применяются для изучения структур мозга и регистрации в его различных областях метаболических процессов, позволяющих судить об активности этих областей в процессе деятельности. С помощью компьютерной томографии, основанной на использовании новейших технических методов и вычислительной техники, можно получить множество плоских и объемных изображений одной и той же структуры мозга и оценить ее функциональную активность в данный момент времени.

Компьютерная рентгеновская томография позволяет получить как бы срезы мозга искусственным путем, используя просвечивание рентгеновскими лучами. Однако, в отличие от обычной рентгенографии, компьютерная рентгеновская томография позволяет получить снимок определенного поперечного слоя (среза) органа тела, в том числе и головного мозга. При этом орган можно исследовать слоями шагом в 1 мм. Рентгеновская томография относится к структурной, т.к. имея множество срезов всего объема объекта, компьютерные программы дают возможность можно воссоздать всю его структуру, получать объемные изображения. К примеру, компьютерная томограмма (рис. 3) позволяет увидеть поверхность головного мозга и очертания желудочков. По сравнению с мозгом здорового человека желудочки в мозгу шизофреника сильно увеличены, что свидетельствует о процессе разрушения нейронов мозга.

Благодаря высокой информативности и безопасности по сравнению с другими рентгеновскими методами компьютерная томография получила огромное распространение. Наибольшее значение она имеет для травматологии и нейрохирургии, когда необходимо определить наличие повреждения и его характер. В онкологии она используется для определения степени распространения опухолевого процесса. Также с помощью компьютерной рентгеновской томографии можно обнаружить воспалительные процессы, поражение лимфатических узлов, расширение сосудов, пороки развития и др.

В позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) регистрируют излучение от мозга (рис. 4), исходящее от радиоактивных изотопов, введенных предварительно в головной мозг. ПЭТ, которую еще называют прижизненным методом функционального изотопного картирования мозга, относится к функциональной. Кроме применения в медицине, ПЭТ используется также для исследования участков мозга, активированных при выполнении различных видов деятельности – слушании музыки, решении математических задач и ведении разговора с целью выявления мозговых структур, вовлеченных в соответствующие высшие психические функции.

ПЭТ основана на выявлении распределения в мозге различных химических веществ, которые принимают участие в мозговом обмене веществ. Для этого используют короткоживущие изотопы элементов, входящих в молекулы органических соединений мозга. Например, замещение в молекуле какого-либо вещества атома углерода, кислорода, азота или фтора соответственно изотопами С 11 , О 15 , N 13 , F 18 не влияет на химические свойства вещества, но позволяет проследить его движение в головном мозге методом ПЭТ. Чем выше в данный момент активность участка мозга, тем больше в нем накапливается изотопов и, следовательно, выше излучение, регистрируемое методом ПЭТ.

Совсем недавно появился метод ядерно-магнитной резонансной томографии, или магнитно-резонансной томографии (МРТ). МРТ используют как для получения карты структур мозга на основе контраста серого и белого вещества, т.е. в качестве структурной томографии, так и для выявления участков мозга с активно работающими нейронами, т.е. в качестве функциональной томографии. В структурной МРТ используется эффект резонансного поглощения атомами электромагнитных волн. Человека помещают в магнитное поле, которое создает аппарат. Молекулы в организме при этом разворачиваются согласно направлению магнитного поля. Если подействовать на человека радиочастотным сигналом, то ткани начнут излучать электромагнитные волны, которые можно измерить. Изменение состояния молекул фиксируется на специальной матрице и передается в компьютер, где проводится обработка полученных данных. Метод структурной МРТ позволяет обнаруживать в головном мозге опухолевые образования и зоны нарушения кровообращения в мозге.

Функциональная МРТ основана на использовании парамагнитных свойств особых веществ, которые можно ввести в организм. Такие вещества не обладают магнитными свойствами в обычных условиях, но приобретают их, попав в магнитное поле. Очень удобным веществом в этом отношении оказался гемоглобин. Гемоглобин, насыщенный кислородом, т.е. оксигемоглобин, не является парамагнитным. Но когда оксигемоглобин отдаст кислород и становится так называемым редуцированным гемоглобином, или деоксигемоглобином, то он приобретает парамагнитные свойства. Дополнительный приток с кровью кислорода к участку мозга снижает парамагнитные свойства этого участка. Таким способом можно определить активность локальных участков мозга и одновременно судить об объеме и скорости мозгового кровотока.

Преимущество МРТ состоит в том, что ее использование в отличие от ПЭТ не требует введения в организм радиоизотопов и вместе с тем так же, как ПЭТ, позволяет получить четкие изображения срезов мозга в различных плоскостях. Однако МРТ не может проводиться у тех людей, в организме которых находятся различные металлические конструкции – искусственные суставы, водители ритма сердца, дефибрилляторы, ортопедические конструкции, удерживающие кости и т.п.

Фармакологические методы. Фармакологические методы применяются как в клинике, так и для изучения механизмов здорового мозга. Результаты биохимического исследования продуктов выведения из мозга различных веществ позволяют оценить изменения физиологических механизмов в различных зонах мозга. Обнаружены вещества, образующиеся в мозге и влияющие на память (дельта-пептид памяти), на болевую чувствительность (эндорфины и энкефалины), на агрессию, гнев (адреналин) и др.

Вычитание карты активности мозга. Для изучения высших психических функции мозга применяют метод вычитания карты активности мозга, полученной во время выполнения менее сложной психической операции, из карты активности, соответствующей более сложной психической функции. Метод вычитания потенциалов применяется в различных видах электроэнцефалографии и томографии. На рисунке 5 приведена карта вычитания вызванных потенциалов на стандартный звук частотой 698 Гц (пунктирная линия) и различающийся по частоте на 12, 19, 25, 53 и 99 Гц (сплошная линия).

Термоэнцефалоскопия. Метод термоэнцефалоскопии основан на измерении локального метаболизма мозга и кровотока по теплопродукции. Мозг излучает лучи в инфракрасном диапазоне. В диапазоне 3–5 и 8–14 мкм тепловые лучи распространяются в атмосфере на большие расстояния и могут быть зарегистрированы тепловизором, расположенным на расстоянии от нескольких см до 1 м. В функционирующем мозге температура отдельных участков непрерывно меняется. Построение термокарты дает временной срез метаболической активности мозга.

Реоэнцефалография. Метод реоэнцефалографии основан на измерении электрического сопротивления ткани мозга при прохождении через него очень слабого электрического тока высокой частоты. Увеличение кровенаполнения тканей снижает их сопротивление электрическому току, что позволяет косвенно судить о состоянии мозгового кровообращения, тонусе кровеносных сосудов мозга, эффективности венозного оттока.

Эхоэнцефалография. В эхоэнцефалографии используется способность ультразвука по-разному отражаться от костей черепа и структур мозга, а также от цереброспинальной жидкости, опухолевых образований и др. Эти методом можно определять размеры и расположение глубинных структур мозга, обнаруживать наличие структурных новообразований, оценивать скорость и направление движения крови в сосудах мозга.

Моделирование функций мозга. В последние годы начало широко применяться компьютерное моделирование функций мозга. Созданы модели нервных сетей, осуществляющие отдельные мозговые функции. Сконструирован «детектор интеллекта», с помощью которого можно определять индивидуальные параметры отдельных стадий психической деятельности человека.

Таким образом, исследование психических процессов при помощи объективных психофизиологических и других методов открывает широкие перспективы для понимания механизмов работы мозга. Комплексное применение различных методических приемов намного повышает эффективность исследований.