1.4.5. Системный подход к решению психофизиологической проблемы

Применение системного подхода к изучению проблемы «мозг — психика» стали реальностью во второй половине XX века, одна­ко идеи о функциональном единстве мозга и его связи с поведением и психикой появились более 100 лет назад.

История проблемы. Уже в конце прошлого века в основном в русле клинической неврологии, стали высказываться идеи о един­стве функционирования частей мозга и связи этого единства с ум­ственными возможностями человека. Так, например, Ф.Голтс (1881) утверждал, что местоположение ума следует искать во всех частях коры, точнее во всех отделах мозга. Широкую известность получи­ли проведенные в начале века эксперименты К. Леш ли и его концеп­ция о структурной организации поведения. По результатам опы­тов на животных и клиническим наблюдениям Лешли сформулиро­вал положение о том, что в коре мозга нет такого поля, которое бы не принимало участия в осуществлении «интеллектуальных функций».

В отечественной науке одним из первых высказал идею систем­ной организации мозга Л.С. Выготский. Еще в 1934 г. он писал: «... функция мозга как целого... представляет собой продукт ин­тегральной деятельности расчлененных, дифференцированных и снова иерархически объединенных между собой функций отдель­ных участков мозга ...» и далее «специфическая функция каждой особой межцентральной системы заключается, прежде всего, в обеспечении совершенно новой продуктивной, а не только тормо­зящей и возбуждающей деятельности низших центров, формы со­знательной деятельности.» (цит. по Л.С. Выготский, 1982, Т.1).

Впоследствии эти идеи Л.С. Выготского получили продуктивное ­развитие в трудах А.Р. Лурии, который создал теорию системной динамической локализации высших психических функций в коре больших полушарий. Эта теория получила прекрасное воплоще­ние в контексте нейропсихологии. Однако, видимо, благодаря сво­ей клинической ориентации теория А.Р. Лурии не получила долж­ного отклика в физиологии ВНД.

Следует также подчеркнуть, что идеи о системном строении моз­говых и психических функций были высказаны Л.С. Выготским, а позднее и А.Р. Лурией в то время, когда в исследованиях мозга безраздельно царила павловская физиология, сосредоточенная на изучении функциональных единиц поведения — рефлексов и их моз­говой организации. Значительно преуспев в познании относитель­но элементарных процессов и функций, господствовавшая фи­зиология столкнулась, однако, с чрезвычайными трудностями, об­ратившись к сложным формам поведения. Тем не менее аспект це­лостности функционирования мозга «отпугивал» большинство фи­зиологов своим якобы «сверхъестественным» содержанием, навя­занным идеями гештальтизма. В результате, как отмечает Н.Ю.Бе-ленков (1980) целостность мозга как предмет исследования надол­го ушла из поля зрения физиологии.

Мозг как система систем. Широкое внедрение системного под­хода в физиологию изменило методологию и логику научных ис­следований. В настоящее время большинство нейрофизиологов счи­тает, что мозг представляет собой «сверхсистему», состоящую из множества систем и сетей взаимосвязанных нервных клеток. Причем выделяется два уровня существования систем (микроуро­вень и макроуровень) и соответственно два типа систем: микро- и макросистемы (Бехтерева, 1999).

Микроуровень представляет совокупность популяций нервных клеток, осуществляющих относительно элементарные функции. Примером микросистемы может служить нейронный модуль — вер­тикально организованная колонка нейронов и их отростков (см. гла­ву 1.4.4). Одинаковые по своим функциям модули объединяются в макросистемы. Микросистемы сопоставимы с отдельными струк­турными образованиями мозга. Например, отдельные зоны коры больших полушарий, имеющие разное клеточное строение (ци-тоархитектонику), представляют разные макросистемы.

Методология системного подхода находит свое отражение в кон­кретных экспериментальных исследованиях. Соответственно изу­чаются системы двух типов: микро- и макро.

В первом случае предметом анализа является интеграция и кон­солидация систем применительно к нейрональным элементам с уче­том специфичности тех функций, которые выполняют нейроны в системном обеспечении поведения и психики. Во втором случае про­водится исследование интегративной деятельности на уровне моз­га как целого с учетом топографического фактора, т.е. специфи­ки участия отдельных структур мозга в обеспечении тех или иных психических функций и процессов. Здесь главное место занима­ет регистрация биоэлектрической активности отдельных структур мозга и оценка взаимодействия активности разных отделов мозга с помощью специальных показателей (см. главу 2.3).

Независимо от того, какой уровень представляет система — ми-кро или макро, единым является общий принцип взаимодействия: при объединении (консолидации) элементов в систему возникают качества или свойства, не присущие отдельным элементам. В кон­солидированной системе изменение одного из элементов влечет за собой изменения всех остальных элементов, а следовательно, и си­стемы в целом.

Системная психофизиология. Итак, в соответствии с одним из главных принципов системного подхода — принципом целост­ности свойства целого мозга не сводимы к свойствам отдельных его частей (будь это нейроны, отделы мозга, или функциональные системы). В связи с этим встает задача связать отдельные структу­ры или элементы мозга в системные организации и определить но­вые свойства этих организаций по сравнению с входящими в них структурными компонентами. Таким образом, применение систем­ного подхода диктует необходимость сопоставлять психические яв­ления не с частичными нейрофизиологическими процессами, а с их целостной структурной организацией.

Новое экспериментальное направление — системная психофи­зиология (Швырков, 1989; Александров, 1997,1999) ставит своей задачей изучение систем и межсистемных отношений, составля­ющих и обеспечивающих психику и поведение человека. Соглас­но мнению авторов этой концепции, системное решение психофи­зиологической проблемы обеспечивается за счет информационно­го сопоставления психических и нейрофизиологических процессов. При этом психические процессы отвечают за поведение организ­ма как целого. В то же время нейрофизиологические процессы про­текают на уровне отдельных элементов (нейронов и нейронных се­тей). Таким образом, психические явления сопоставляются не с эле­ментарными физиологическими явлениями, а только с процессами их организации. «При этом, — как пишет Ю.И. Александров, пси­хологическое и физиологическое описание поведения и деятель­ности оказываются частными описаниями одних и тех же систем­ных процессов» (Александров, 1997. С. 293). Основная парадиг­ма, в контексте которой ведутся исследования этого направления (причем преимущественно на животных) связана с изучением ак­тивного приспособительного поведения, а теория функциональной системы служит их теоретической основой. Причем психика в этом контексте оказывается «системой взаимосвязанных функцио­нальных систем».

Подобное решение психофизиологической проблемы позволя­ет избежать следующих методологических ошибок:

1. отождествления психического и физиологического, т.к. сог­ласно этой концепции психическое возникает только при организа­ции физиологических процессов в систему;

2. психофизиологического параллелизма, согласно которому пси­хическое и физиологическое существуют параллельно;

3. и наконец, ошибки, рассматривающей психическое и физио­логическое во взаимодействии, поскольку психическое и физиоло­гическое являются лишь различными сторонами, аспектами анали­за единых системных процессов.

Более детальный анализ основных теоретических представ­лений и исследований, выполненных в русле системной психофи­зиологии представлен в книгах «Основы психофизиологии» (1997) и «Современная психология» (1999).

­

Методы психофизиологического исследования

В психофизиологии основными методами регистрации физиологических процессов являются электрофизиологические методы

В физиологической активности клеток, тканей и органов основ­ное место занимает электрическая составляющая. Электрические потенциалы отражают физико-хими­ческие следствия обмена веществ, сопровождающие все основные жизненные процессы, и поэтому являют­ся исключительно надежными, универсальными и точ­ными показателями течения любых физиологических процессов (А. Б. Коган, 1969). Надежность электричес­ких показателей по сравнению с другими, по мнению А. Б. Когана, особенно демонстративна, «когда они оказываются единственным средством обнаружения жизнедеятельности». Единообразие потенциала дей­ствия в нервной клетке, нервном волокне, мышечной клетке как у человека, так и у животного, говорит об универсальности этих показателей. Точность электри­ческих показателей основана на быстрых физико-хи­мических механизмах генерации потенциалов, являю­щихся неотъемлемым компонентом физиологических процессов в нервной или мышечной структуре.

К наиболее широко используемым методам отно­сятся:

• регистрация импульсной активности нервных клеток;

• регистрация электрической активности кожи;

• электроокулография;

• электромиография;

• электрокардиография,

К новым методам исследования относятся: магни-тоэнцефалография (МЭГ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), . Электроэнцефалография (ЭЭГ)

ЭЭГ — метод регистрации и анализа суммарной биоэлектрической активности мозга, определяемой как с поверхности черепа, так и с глубинных структур мозга (у человека возможно лишь в клинических условиях).

ЭЭГ, открытая X. Бергером в 1929 г., в настоящее время является наиболее перспективным, но пока еще недостаточно расшифрованным источи i чом данных для психофизиологов» . -

Условия регистрации. ЭЭГ регистрируют с помощью наложенных на кожную поверхность головы (скальп) электродов, скоммутированных в единую цепь со спе­циальной усилительной техникой. Увеличенные по ам­плитуде сигналы с. выхода усилителей записывают на магнитную ленту или в память компьютера для после­дующей обработки. Для минимизации контактного со­противления между электродом и скальпом на месте наложения электрода тщательно раздвигают волосы, кожу обезжиривают раствором спирта и между элект­родом и кожей кладут специальную электропроводную пасту. Для исключения электрохимических процессов на границе между электродом и электролитом (пастой), приводящих к собственным электрическим потенциа­лам, поверхности электродов покрывают электропро­водными неполяризующимися составами, например, хлоридом серебра. В норме контактное сопротивление не должно превышать 3—5 кОм.

При записи ЭЭГ используют два метода: биполяр­ный (оба электрода помещаются в электрически актив­ные точки скальпа) и монополярный (один из электро­дов располагается в точке, которая условно считается электрически нейтральной — мочка уха, переносица). При биполярной записи регистрируется ЭЭГ, представ­ляющая результат взаимодействия двух электрически активных точек (например, лобного и затылочного отве­дений), при монополярной записи — активность компо­нента одного отведения относительно электрически нейтральной точки (например, лобного или затылочно­го отведения относительно мочки уха). На практике шире используется монополярный вариант регистрации, так как он позволяет изучать изолированный вклад ра­боты той или иной зоны мозга в исследуемый процесс.

Расположение электродов. Международная федера­ция обществ электроэнцефалографии приняла так на­зываемую систему «10—20»: у каждого испытуемого точно измеряют расстояние между серединой перено­сицы (назионом) и твердым костным бугорком на за­тылке (инионом), а также между правой и левой ушны­ми ямками. Возможные точки расположения электро­дов разделены интервалами, составляющими 10 % или 20 % этих расстояний.

Для удобства регистрации весь череп условно разде­лен на области:

1. F — лобная (frontalis);

2. О — затылочная (occipitalis);

3. Р — теменная (parietalis); 4)Т — височная (temporalis);

5) С — область центральной борозды (centralis).

Нечетные номера относятся к левому, а четные — к правому полушарию. Символом CZ обозначается отве­дение от верхушки черепа (вертекс).

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭЭГ

1. Клинический (визуальный). Используется в диагностических целях. Решаются следующие вопросы:

• соответствует ли ЭЭГ общепринятым стандартам нормы;

• какова степень отклонения от нормы;

• обнаруживаются ли у пациента признаки очаго­вого поражения мозга и какова локализация оча­га поражения.

Клиническая интерпретация ЭЭГ в большой, степе­ни зависит от опыта электрофизиолога, его умения «читать» ЭЭТ, так как за исключением грубых очаговых поражений, которых сравнительно немного, диффуз­ные изменения биоэлектрической активности мозга трудно поддаются формальному описанию.

2. Статистический. Этот метод исследования ЭЭГ основан на положении, что фоновая ЭЭГ стационарна и стабильна. Далее с помощью преобразований Фурье,позволяющих трансформировать самые сложные волны фоновой ЭЭГ в сумму синусоидальных волн разной амплитуды и частоты, устанавливают распределение мощности по каждой частотной составляющей. На этой основе выделяют и анализируют новые показате­ли, расширяющие интерпретацию ритмической орга­низации биоэлектрических процессов мозга. С помо­щью статистического метода можно установить:

• ведущее полушарие для конкретной деятельнос­ти испытуемого;

• наличие устойчивой межполушарной асиммет­рии и др.

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЭЭГ И ЕЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ

Альфа-ритм (8-13 Гц; 5-100 мкВ) — имеет наиболь­шее значение как доминирующий ритм ЭЭГ покоя у человека. Его определяют как ритм сенсорного покоя сетей зрительной системы. Предполагается^ что роль альфа-ритма в своеобразной функциональной стабили­зации состояния мозга и обеспечении готовности к ре­агированию.

Дельта-ритм (0,5-4 Гц; 20-200 мкВ) — у здорового взрослого человека в покое практически отсутствует, но он доминирует на ЭЭГ в четвертой стадии сна (дельта-сон).

Тета-ритм (5—7 Гц; 2—100 мкВ) связан с эмоцио­нальным и умственным напряжением (стресс-ритм).

Бета-ритм (15—35 Гц; 2—20 мкВ) наиболее выражен при переходе от состояния покоя к напряжению. По­вышение мощности бета-ритма у взрослых отмечается при умственной деятельности, включающей элементы новизны.

Гамма-ритм (35—200—500 Гц; 2 мкВ) широко пред­ставлен в различных структурах мозга, принимает не­посредственное участие в сенсорных и когнитивных процессах.

Магаитоэнцефалография (МЭГ).

МЭГ — регистрация параметров магнитного поля организма человека и животных. Запись этих парамет­ров осуществляется с помощью сверхпроводящих кван­товых интерференционных датчиков (магнитометров) в специальной камере, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних магнитных полей.

Преимущества метода (и© сравнению с ЭЭГ):

♦ бесконтактный метод регистрации (отсутствие искажений от электромагнитных полей кожи, подкожной клетчатки, костей черепа и других . тканей);

♦ в МЭГ регистрируются только источники активности, расположенные тангенциально (параллельно черепу), так как МЭГ не реагирует на радиально расположенные источники (ЭЭГ регистрирует суммарную биоэлектрическую активность как радиально расположенных структур (подкорковые центры), так и тангенциально расположенных (кора головного мозга), что затрудняет их дифференциацию), поэтому МЭГ позволяет определить локализацию только корковых диполей;

♦ МЭГ не требует индифферентного электрода. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)

ПЭТ — метод исследования, в котором используют­ся ультракороткоживуш,ие позитронизлучающие изото­пы — «красители», входящие в состав естественных ме­таболитов мозга, которые вводятся в организм внутривенно или через дыхательные пути. В активных участ­ках мозга скапливается большое количество «красите­ля», что и регистрируется специальным прибором — ПЭТ-сканером.

Возможности метода:

• измерение регионарного мозгового кровотока;

• измерение метаболизма глюкозы или кислорода в отдельных участках головного мозга.

ОКУЛОГРАФИЯ

Окулография — регистрация движений глаз. Суще­ствует несколько основных видов движений глаз: мик­родвижения — тремор (мелкие частые колебания с ам­плитудой 20—40 угловых секунд), дрейф (медленные плавные перемещения глаз), микросаккады (быстрые движения продолжительностью 10—20 мс и амплитудой 2—50 угловых минут) и макродвижения — макросакка-ды (произвольные быстрые смещения взора амплиту­дой от 40 угловых минут до 60 угловых градусов при • рассматривании предметов), прослеживающие движе­ния глаз (плавные движения при отслеживании движу­щегося объекта).

ЭлектроОкулография (ЭОГ) — метод регистрации движений глаз, в основе которого лежит диполыюе свойство глазного яблока — его роговица имеет поло­жительный заряд относительно сетчатки (так называе­мый корнеоретинальный потенциал). Эту разность по­тенциалов можно измерить. При повороте глаза поло­жение полюсов изменяется, изменяется и разность потенциалов, которую и регистрируют. Это изменение,зарегистрированное графически, называется электро-окулограммой.

Движения глаз, особенно вертикальные, а также моргание, вызывают выраженные артефакты (искаже­ния) на ЭЭГ. Поэтому регистрация ЭЭГ без регистра­ции ЭОГ в психофизиологических исследованиях недо­пустима.

ЭЛЕКТРОМИОГРАФИЯ (ЭМГ)

ЭМГ — это регистрация суммарных колебаний по­тенциалов, возникающих в области нервно-мышечных окончаний и мышечных волокнах при поступлении к ним импульсов от мотонейронов спинного и головно­го мозга. Регистрация осуществляется особым прибо­ром — электромиографом, а регистрируемая запись — электромиограммой (ЭМГ).

В состоянии покоя мускулатура всегда находится в состоянии легкого тонического напряжения, что про­является на электромиограмме в виде низкоамплитуд­ных (5—30 мкВ) колебаний с частотой 100 Гц и более. При готовности к движению, мысленном его выполне­нии, при эмоциональном напряжении, т. е. в ситуаци­ях, не сопровождающихся внешне наблюдаемыми дви­жениями, тоническая ЭМГ возрастает как по амплиту­де, так и по частоте. ЭМГ особенно информативна в комплексе с другими психофизиологическими иссле­дованиями.