II. Методы изучения физиологии психических функций человека

Происхождение и функциональный смысл субъектив­ных переживаний — одна из загадок нашего мозга. Нужны ли они для того, чтобы жизнь имела свою цен­ность (вспомним слова А. С. Пушкина (1827): «Я жить хочу, чтоб мыслить и страдать»), или они составляют необходимый компонент работы мозга, определенным образом изменяя поведение?

Сегодня эти вопросы не могут быть решены путем обычной дедукции и философских построений. Путь к разгадке лежит в изучении работы мозга объективными методами и сопоставлении полученных данных с субъек­тивными переживаниями. Поскольку мозг — это орган обработки информации, логично предположить, что воз­никновение психики связано с организацией информа­ционных процессов.

В последние годы все большее признание получает идея о том, что субъективный опыт возникает за счет сопоставления имевшейся ранее информации с новой, отражающей изменения во внешней или внутренней среде. Сама по себе эта идея не нова. Еще английский ученый Д. Юм (1916) в начале века писал о том, что чувство «Я», важнейший элемент субъективного опыта, возникает в результате движения восприятий вдоль событий прошлого.

В табл. 1 дана сравнительная характеристика и соот­ношение в иерархическом порядке между формами психической деятельности. Восприятие и одна из его субъективных характеристик — ощущение — выступают основой практически всех форм психики. Поэтому про­цессы восприятия являются базовыми для других пси­хических феноменов, Также к базовым механизмам, имеющим свои размерности, следует отнести цикл сон— бодрствование, память, эмоции и мотивации.

Создание Фехнером науки об измерении ощущений послужило началом экспериментальной психологии. С порогом связывались надежды о превращении учения о психике в точную, основанную на количественных ме­тодах науку. Первая в истории лаборатория экспери­ментальной психологии была организована в 1879 г. В. Вундтом в Лейпциге в 1881 г. на ее базе был создан Институт экспериментальной "психологии).

Следует отметить, что в большинстве своем первые психологические лаборатории были связаны преимуще­ственно с решением задач медицинской практики. Ини­циаторами широкого применения экспериментальных методов в психологических исследованиях в России были врачи-психиатры. Это и понятно, поскольку их деятель­ность требовала точных и строго обоснованных знаний о психике человека, а такие знания могли быть получе­ны только при помощи эксперимента.

Организуя эксперимент, исследователь заранее пла­нирует определенные условия и факторы, строго кон­тролирует их и описывает. Он не просто наблюдает за ними, но и сознательно организует их, имея целью воссоздание в экспериментальной ситуации именно тех явлений, которые его интересуют. При этом возникает возможность многократного повторения эксперимента для того, чтобы убедиться в закономерности возникно­вения исследуемого феномена в определенных услови­ях. Как известно, закон есть нечто идентичное и устой­чивое в явлении, следовательно, повторяющееся. Тре­бование его повторяемости (воспроизводимости эксперимента) в тех или иных экспериментальных услови­ях — одно из важнейших методических оснований проведения любого эксперимента, направленного на от­крытие объективных законов. По-настоящему надежна только та экспериментальная методика, которая позво­ляет любому ученому, располагающему ею, повторять исследуемое событие, получая при этом те же резуль­таты, что и у автора данной методики.

Конечно, в эксперименте создается искусственная ситуация. Но она представляет собой (или, во всяком случае, должна представлять) модель ситуации естествен­ной. В связи с этим встает принципиальный вопрос о том, в какой мере модель соответствует оригиналу (ре­альности). Степень приближения экспериментальной ситуации к естественной может быть различной, и очень важно заранее знать, насколько полно в эксперимен­тальной модели воспроизводится оригинал. Имея в виду психологический эксперимент, нужно отметить одну тонкость. Для исследователя экспериментальная ситуа­ция искусственная — это модель естественной ситуации. Но для испытуемого — человека — она в любом случае выступает как естественная (часто он рассматривает ее как ситуацию экспертизы), и это важно учитывать при планировании и организации эксперимента.

Несмотря на то что эксперимент как исследователь­ский метод был широко распространен в различных областях психологии, научная психология, а точнее, сами психологи-исследователи оказались не готовыми к ос­мыслению новых форм развивающегося эксперименталь­ного метода, почему и затормозилось развитие психо­логического эксперимента.

Уникальная особенность и фундаментальная харак­теристика психологического эксперимента состояла в том, что в нем впервые в структуре экспериментально­го, опытного метода возникла инструкция испытуемо­му. Ни в какой другой области познания мы не нахо­дим в структуре эксперимента инструкцию объекту, который мы изучаем.

Три важных момента: должная этичность, доступность исследования при достаточной эффективности (большая экономичность), возможность контроля хода событий в силу возросшей активности экспериментатора — позволи­ли психологическому эксперименту разработать формы, множество современных частных методов и методик. Мы не останавливаемся на описании чисто психологи­ческих тестов. Этому посвящено достаточное количе­ство литературы.

Все процессы мозга располагаются в иерархической последовательности от молекулярного уровня до процессов высшей нервной и психической деятельности. Чем выше уровень биологической организации, тем ближе он к уровню психической деятельности. Причем на одном из полюсов каждого уровня находятся элементарные механизмы, приближенные к процессам нижележащего уровня, а на другом — более высокого уровня органи­зации.

Так, на нейрофизиологическом уровне полюс эле­ментарных процессов представляется в виде клеточной активности, процессов кодирования и передачи инфор­мации, ритмики биоэлектрических процессов. Такие сведения можно получать в рамках биохимии, биофи­зики, нейрофизиологии. Верхний полюс приближается к процессам высшей нервной деятельности и описыва­ется категориями нейрофункциональных систем. Он обеспечивает интегральные функции —• замыкание вре­менных связей, механизмы элементарных форм пове­дения и пр. Несомненно, что верхний полюс нейрофи­зиологического уровня имеет самое непосредственное отношение к психическим процессам.

Потребность заглянуть внутрь мозга человека в тече-.. ние ряда десятилетий удовлетворялась проведением рентгенографии — методом, основанным на различной способности тканей поглощать рентгеновские лучи, Од­нако невозможность различать перекрывающиеся струк­туры на пути ионизирующего потока составила извест­ную трудность для диагностики многих церебральных на­рушений. Создание приемов рентгеновской компьютерной и магнитно-резонансной томографии оказалось чрезвы­чайно полезным. Вместе с тем и здесь получаемая ин­формация носит в основном анатомический характер, поскольку не содержит сведений о функциональном и физиологическом состоянии мозговых структур.

В настоящее время получили развитие и успешно применяются в физиологии и медицине следующие методы изучения психической деятельности (табл. 2) — электроэнцефалография (ЭЭГ), магнитоэнцефалография (МЭГ), регистрация свехмедленных физиологических процессов мозга (СМФП), регистрация вызванных потенциалов (ВП), оценка кожно-гальванической активно­сти, оценка пространственных изменений мозгового кровотока по изотопному и водородному клиренсу, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), термоэнце-фалоскопия (ТЭС) и фармакологические пробы.

Если проанализировать научную литературу 30—50-х годов по нейрофизиологии человека, то окажется, что ответы почти на все вопросы пытались найти с помо­щью электроэнцефалографии. С целью получения достаточно надежных данных исследовалась в основ­ном та полоса частот ЭЭГ, которая позволяла регист­рировать колебания в пределах дельта- (1—3 Гц), тета-(4—7 Гц), альфа- (8—13 Гц) и бета- (13—20 Гц) диапа­зонов. Запись более низких (менее 1 Гц) и особенно более высоких (более 20—30 Гц) частот в связи со слабостью сигнала на электроэнцефалографах была очень несовершенной. С помощью ЭЭГ во многом ис­следованы механизмы условнорефлекторной деятельно­сти, памяти, сна, уровней бодрствования.

Последние два—три десятилетия использование ЭВМ вдохнуло новую жизнь в метод электроэнцефалографии. Многоканальная (до 24 и более точек регистрации) ЭЭГ позволяет строить цветные карты мозга и по ним опре­делять степень активности различных зон в обеспече­нии психических феноменов. И на сегодняшний день ЭЭГ остается информативным показателем функциональ­ного состояния головного мозга в норме и при патоло­гии. Мы не останавливаемся на вопросах методики и техники записи физиологических показателей при по­мощи ЭЭГ. Они широко представлены в научной и учеб­ной литературе.

Одним из приемов, с наибольшим успехом использу­емых при изучении сенсорных процессов, является метод регистрации вызванных потенциалов мозга.

Описанный впервые Р. Кетоном в 1875 году, практи­чески за 50 лет до открытия ЭЭГ, в настоящее время ВП считаются «пространственно-временным окном» де­ятельности головного мозга. ВП представляют собой электрический ответ мозговой структуры на стимул или,

в более общем плане, на определенное событие, изме­нение внутренней или внешней ситуации. Поэтому в нейропсихологической литературе встречается еще одно название — потенциалы, связанные с событиями (event-related potentials).

Принципиально регистрация ВП осуществляется дву­мя способами — в ответ на одиночные раздражители (одиночные ВП) и в ответ на серию стимулов при од­новременной суммации вызванных ответов (усредненные ВП). В последнем случае требуется использование спе­циальных вычислительных устройств, которые выделя­ют полезный сигнал из шумов, создаваемых спонтан­ной активностью мозга. ВП состоят из ряда компонен­тов, отражающих чередование последовательных фаз поляризации и деполяризации нейронных популяций и включение в анализ поступившего сигнала все больше­го числа мозговых структур.

По аналогии с ЭЭГ в последнее время с появлением компьютерных нейрокартографов стал развиваться ме­тод регистрации ВП с топографическим картированием мозга, где результаты оцениваются по цветным картам, являющимся графическим изображением величин дипо­лей, возникающих между электродами.

Помимо регистрации электрической составляющей поля, создаваемого вокруг головы, в последнее время активно разрабатываются системы оценки магнитных полей мозга. Считается, что их возможными источни­ками являются электрические токи, возникающие в си-наптических передачах и синхронно активирующие пи­рамидные нейроны. Апикальные дендриты этих клеток расположены параллельно друг другу и перпендикуляр­но поверхности коры, где генерируются первичные внут­ричерепные токи, образующие электрический круг в ок­ружающих тканях. Следовательно, магнитоэнцефало-грамма живого мозга является, главным образом, датчиком активности фиссуральной коры. Поскольку большая часть коры представлена извилинами, включая все первичные сенсорные зоны, данное обстоятельство не является серьезным ограничением.

К настоящему времени наиболее интересные резуль­таты получены при исследовании магнитных ВП в ответ на слуховую стимуляцию. Установлено, что локализа­ция источника кортикальных слуховых магнитных ВП перемещается с изменением частоты стимулов. Это явление получило название тонотопической организа­ции слуховой коры. В целях локализации диполя пато­логического очага по данным магнитно-резонансной томографии установлены весьма постоянные размеры извилины Гершля (первичной проекционной зоны слу­хового анализатора, находящейся в височной доле) у разных людей. В этом отношении метод корреляции данных ЭЭГ и МЭГ картирования с другими способами нейровизуализации мозга можно считать одним из пер­спективных направлений.

Изучение динамики сверхмедленных физиологиче­ских процессов (с частотой менее 1 Гц) показало, что они отражают уровень относительного стабильного функционирования и являются физиологическим пока­зателем, определяющим состояние мозговых структур и протекание целого ряда других биоэлектрических процессов. На сегодняшний день в многочисленных работах показано, что СФМП являются адекватным физиологическим приемом исследования мозговой сис­темы обеспечения эмоций и мыслительной деятельно­сти. Следует отметить, что имеются сведения о соотно­шении этого мозгового показателя развития эмоций с традиционным вегетативным показателем — кожно-галь-ванической реакцией.

Принципиально новые данные о роли подкорковых образований в обеспечении нейрофизиологических ме­ханизмов психики позволил получить метод вживлен­ных электродов, используемый в лечебно-диагности­ческих целях в клинической практике в 70—80-е годы. Установлено, что в активности подкорковых образова­ний мозга отчетливо наблюдается взаимодействие ана­лизаторов и систем, обеспечивающих программирова­ние целенаправленного поведения. Однако, несмотря на использование золотых и платиновых электродов, вживляемых в мозговые структуры, этот метод оказался излишне инвазивным для человека и в настоящее вре­мя практически не используется.

Исследования, основанные на измерении скорости вымывания из ткани мозга атомов водорода или изотопов (ксенона или криптона) после их введения в организм через дыхательные пути или кровеносное русло (метод оценки клиренса), получили свое развитие в конце 50-х — начале 60-х годов. Скорость вымывания находится в прямой зависимости от интенсивности кро­вотока в том или ином участке мозга. Способы измере-ния клиренса различны. При исследовании изотопов голова человека помещается в шлем с набором вмон­тированных в него детекторов, отсчеты которых вво­дятся в ЭВМ, а результаты обработки отображаются в виде многоцветных карт на дисплее. Пространственное разрешение метода определяется числом и размером изотопных датчиков, которые целесообразно и возможно разместить вокруг головы. Указанный способ позволя­ет оценить распределение интенсивности кровоснабже­ния по поверхности больших полушарий, прежде всего в коре, и судить, таким образом, о степени активации тех или иных ее зон. Однако низкое пространственное и временное разрешение не позволяет углубить и рас­ширить сведения о динамической локализации корко­вых функций.

Одним из наиболее современных, перспективных и мощных по возможностям методов нейровизуализации является позитронно-эмиссионная томография. По выражению ряда авторов, ее называют «функциональ­ной нейроанатомией мозга человека». Первые публика­ции по ПЭТ относятся к 1975—1979 гг., но основной поток работ появился в 80-х годах. Основное назначение ПЭТ — исследование распределения в живом мозгу раз­нообразных (более 200) утилизируемых им химических веществ, для оценки тех или иных его функций. Среди них — кровоток, рН, метаболизм, молекулярная диффу­зия, синтез белков, активность мембранных рецепторов и ряд других. В качестве вводимых веществ используются аминокислоты, карбоксильные кислоты, амины, сахара, стероиды, метаболиты, лекарства, а также их производные. Принцип метода — регистрация радиоак­тивного распада (позитронной эмиссии) короткоживущих (2—110 мин.) изотопов (¹¹С, ¹³N, ¹⁵O или ¹⁸F), соединенных с веществом-трассером. По принципам компьютерной томографии ЭВМ строит трехмерное отображение ра­диоактивности мозга, состоящее из огромного числа (до 230 тыс.) дискретных точек. Пространственное разреше­ние ПЭТ ограничено (3,4—12 мм). Вместе с тем чувстви­тельность метода ПЭТ очень высокая — он позволяет обнаруживать в мозгу исследуемые вещества в концен­трации до нескольких пикомолей на грамм.

Известно, что, как и все нагретые тела, мозг выде­ляет тепло, которое в силу теплопроводности достигает поверхности черепа и кожи головы, а затем излучается в пространство в инфракрасном (ИК) диапазоне. Соот­ветственно существуют два методических приема — из­мерение сопротивления различных отделов мозга по­средством термисторов и, с другой стороны — техника термовидения. На этой основе в середине 80-х годов рядом специалистов был создан метод, получивший название термоэнцефалоскопия. Суть его заключает­ся в следующем. ИК-излучение от поверхности головы улавливается с расстояния от нескольких сантиметров до метра объективом оптического прибора — термови-зора, ИК-сигналы от разных точек пространства после­довательно попадают на высокочувствительный точеч­ный датчик, где аналоговый электрический сигнал оциф­ровывается и при помощи ЭВМ преобразуется в термокарты. К числу неоспоримых преимуществ указан­ного метода относится его безынерционность и высо­кие разрешающие способности (измерение температу­ры в одной дискретной точке составляет 2,4 мкс).

Фармакологические пробы применяются в клинике и служат для уточнения состояния биохимической ме­диации, ее избыточности или недостаточности. Однако важно подчеркнуть не только несомненную ценность проб для уточнения локализации и характера «биохимической аварии» в ЦНС, но и для изучения механиз­мов здорового мозга, а также границ этих возможно­стей. Результаты исследования экскреции (выведения) продуктов распада мозговых биохимических медиато­ров характеризуют качественную и количественную сто­роны развивающихся в мозгу перестроек. Эти показа­тели позволяют оценить изменения физиологических ме­ханизмов в различных зонах мозга.

Таким образом, исследование психических процес­сов при помощи объективных методов открывает широ­кие перспективы для понимания механизмов мозга. В свою очередь, при оценке перспектив изучения каждо­го из методов необходимо учесть, что комплексное применение адекватного набора экономически целесо­образных приемов намного повышает эффективность исследований.

Конец XIX века ознаменовался внедрением двух очень важных методов экспериментального изучения нервной системы животных — повреждения (разрушение или удаление) и раздражения участков мозга. И хотя эти методы были открыты еще в первой половине прошло­го столетия (Флуранс П., 1842, франц. учен.), но, как часто случается с первыми работами, результаты их были малоубедительны. Дальнейшие находки (Гитциг Е., 1874, нем. учен.), подводившие фактическую базу под клини­ческие исследования, вызвали целую серию физиологи­ческих экспериментов с экстирпацией отдельных участ­ков коры головного мозга животных с последующим изучением измененного поведения. К тем же 80-м го­дам относятся и известные наблюдения немецкого ис­следователя X. Мунка (1890), которым установлено, что при удалении затылочных отделов мозга собака про­должала видеть, но переставала визуально узнавать предметы, а также работы французского ученого Д. Фе-рьера (1890) и других, описавших грубые нарушения «внимания» и «интеллектуальной деятельности» у жи­вотных после экстирпации передних отделов мозга.

Таким образом, история изучения функций при вы­ключении тех или иных отделов мозга у животных насчитывает более 100 лет. Применительно к человеку эта проблема стала развиваться намного позже в связи с появлением высокоточных методов диагностики и сте-реотаксической аппаратуры для нейрохирургических операций.

В нашей стране нейропсихология как наука сфор­мировалась в 60—70-е годы благодаря работам извест­ного отечественного психолога и врача, академика А. Р. Лурия и его школы. Большое внимание уделя­лось исследованию и восстановлению всевозможных форм агнозий (нарушений распознавания), амнезий (рас­стройств памяти), речи, счета и т. д. Бывает, что выя­вить такие расстройства достаточно трудно. Когда по­врежден рецепторный аппарат или чувствительный нерв, человек сразу ощущает, что сузилось «окно в мир», а при скрытой агнозии понять характер нейродинамичес-ких изменений достаточно трудно.

Наиболее актуальным в настоящее время является вопрос о необходимости системного подхода в изуче­нии вопросов нейропсихологической реабилитации на морфологическом, биохимическом, нейрофизиологичес­ком, нейропсихологическом уровнях в рамках комплек­са структур, которые могут иметь отношение к компен­сации поврежденного мозга. В основе обоснования этой идеи — современные достижения нейронаук о роли глии, межполушарных взаимодействиях, особенностях органи­зации сенсорных и двигательных систем, самоорганиза­ции мозга, полученные при помощи новейших техничес­ких средств — позитронно-эмиссионной и магнитно-ре­зонансной томографии, магнитоэнцефалографии и др.

Следовательно, чтобы получить ответы на вопросы о механизмах нарушений психической деятельности при повреждении мозга, следует прежде всего обратить внимание на тот уровень, который ближе всего к пси­хической деятельности. Внутри этого уровня оценить процессы, которые по своей структуре достаточно ин­тегрированы, чтобы их можно было сопоставить с эле­ментарными процессами психического уровня. Иными словами, возникает необходимость исследований подсознательных психических явлений. Основываясь на этих положениях, можно, не нарушая морфофункциональ-ного единства, рассчитывать получить сведения о ней­рофизиологических механизмах психической и высшей нервной деятельности.

Эксперименты на животных, явившиеся исторической базой для развития нейропсихологии человека, не ут­ратили актуальность и в настоящее время. В современ­ной физиологии высшей нервной деятельности у жи­вотных удаление, стимуляция, электрическая регистра­ция и химический анализ остаются основными методами исследования механизмов поведения. На этом основа­нии формируются четыре модели изучения психики:

A. Расположение нервных структур, отвечающих за определенное поведение, может быть установлено пу­тем максимального удаления участков мозга, при кото­ром это поведение сохраняется, и (или) путем мини­мального удаления, при котором оно исчезает. Той же цели может служить и функциональная блокада нервных центров.

Б. Нервный субстрат реакции можно проанализиро­вать путем нахождения области и оптимальных пара­метров электрической и химической ее стимуляции, вызывающих такую же реакцию.

B. Электрическая активность, регистрируемая при том или ином поведенческом акте, может сопровождать процессы, важные для его реализации. Электрофизио­логические методы могут использоваться для выявле­ния распространения афферентных импульсов в мозге, активности, предшествующей возникновению внешней реакции, или для соотнесения вероятности и (или) ве­личины поведенческой и электрической реакции.

Г. Активация и возможная модификация нервных цепей, вызванная обучением, может отражаться в ло­кальных изменениях метаболизма медиаторов, нуклеи­новых кислот и белков.

И, наконец, остается одной из ведущих проблема взаимодействия различных систем мозга в качестве основы восстановления нарушенных функций. Так, сравнительно-эволюционный аспект проблемы, подробно изученный школой академика Л. А. Орбели, предпола­гает плодотворным не только сопоставление структуры и функции определенных систем у представителей раз­личных классов и видов позвоночных. Считается, что исторический ход изменений изучаемой деятельности отражается и в структурах, находящихся на различных ступенях развития. То есть сравнительно-физиологичес­кий метод может быть перенесен внутрь организма. С этой точки зрения сопоставление функциональных осо­бенностей структур сенсорной системы, характеризую­щихся различным филогенетическим возрастом, может дать ценный материал для определения направлений развития функции.