1. Методи вивчення роботи головного мозку.

Центральне місце в сукупності методів психофізіологічного дослідження займають різні способи реєстрації електирчної активності центральної нервової системи, зокрема, головного мозку.

а. Електроенцефалографія – це метод, який полягає в реєстрації й аналізі сумарної біоелектричної активності головного мозку – електроенцефалограми (ЕЕГ). ЕЕГ може зніматися як зі скальпу, так і з глибоких структур мозку.

В 1929 р. австрійський психіатр Х. Бергер встановив, що з поверхні черепа можна реєструвати «мозкові хвилі». Він помітив, що електричні характеристики цих сигналів залежать від стану досліджуваного.

ЕЕГ вимірюється між двома точками. Існують два основних методи її реєстрації: біполярний і монополярний. При біполярному методі реєструється різниця потенціалів між двома активними електродами (обидва електроди розташовуються в електрично активних точках скальпа). При монополярному – реєструється різниця потенціалів між різними точками на поверхні голови стосовно якої-небудь індиферентної точки. Міжнародною федерацією товариств електроенцефалографії була прийнята система "10–20", що дозволяє точно вказувати розташування електродів.

Вважається, що електричні процеси, які реєструються енцефалографом (який звичайно може мати від 8 до 16 каналів), пов’язані із синаптичною активністю нейронів. В ЕЕГ відображаються тільки низькочастотні електричні процеси тривалістю від 10 мс до 10 хв.

У залежності від частоти показників, що реєструються у ЕЕГ, виділяють такі основні ритми мозку: дельта-ритм (0,5–4 Гц); тета-ритм (5–7 Гц); альфа-ритм (8–14 Гц) – основний ритм ЕЕГ, переважає в стані спокою; бета-ритм (15–35 Гц); гамма-ритм (вище 35 Гц). Перехід від стану спокою до напруги завжди супроводжується реакцією десинхронізації, головним компонентом якої служить високочастотна бета-активність. Розумова діяльність у дорослих супроводжується підвищенням потужності бета-ритму. Причому значуще посилення високочастотної активності спостерігається при розумовій діяльності, що включає елементи новизни, у той час як стереотипні, повторювані розумові операції супроводжуються її зниженням. Встановлено також, що успішність виконання вербальних завдань і тестів на зорово-просторові відносини виявляється позитивно пов’язаною з високою активністю бета-діапазону ЕЕГ лівої півкулі.

Друга важлива характеристика електричних потенціалів мозку – амплітуда коливань, яка пов’язана з їхньою частотою. Так, в однієї тієї самої особи амплітуда високочастотних бета-хвиль може бути нижчою за амплітуду більш повільних альфа-хвиль майже в 10 разів.

Існує ще один метод енцефалографічних досліджень, який у порівнянні з електроенцефалографією використовується набагато рідше – магнітоенцефалографія. Він полягає у реєстрації параметрів магнітного поля, що виникає внаслідок сумарної біоелектричної активності головного мозку. Запис цих параметрів здійснюється неконтактним способом за допомогою спеціальних датчиків і камери, що ізолює магнітні поля мозку від більш сильних зовнішніх полів, і дозволяє одержати магнітоенцефалограму (МЕГ). Вважається, що МЕГ доповнює інформацію про активність мозку, одержувану за допомогою електроенцефалографії.

b. Викликані потенціали (ВП) – це зміни в сумарній біоелектричній активності мозку (біоелектричні коливання), що виникають у відповідь на різні види зовнішнього подразнення (сенсорні стимули). Ці біоелектричні коливання виглядають як послідовність з декількох позитивних і негативних хвиль, що тривають 0,5–1 сек. після стимулу.

Реєстрація ВП здійснюється спеціальними технічними пристроями, що дозволяють виділяти потрібний сигнал з ЕЕГ.

Прикладами ВП є:

• коливання, пов’язані з активністю рухової кори (моторний потенціал);

• потенціал, пов’язаний з наміром зробити певну дію (так звана Е-хвиля);

• потенціал, що виникає при пропуску очікуваного стимулу.

У психофізіології метод реєстрації ВП переважно застосовується для вивчення фізіологічних механізмів і корелятів пізнавальної діяльності людини. Цей напрямок дістав назву когнітивної психофізіології.

c. Комп'ютерна томографія (КТ) – новітній метод, що дає точні та детальні зображення найменших змін щільності мозкової речовини.

За допомогою комп'ютерної томографії можна отримати велику кількість зображень одного і того ж органу і таким чином побудувати внутрішній поперечний зріз, або «скибку» цієї частини тіла. Даний метод дозволяє розрізняти тканини, що в незначні мірі відрізняються між собою за поглинаючою здатністю.

Крім вирішення клінічний задач (н-д, визначення місцезнаходження пухлини) за допомогою КТ можна отримати уявлення про розподіл регіонального мозкового кровотоку. Тому КТ може бути використана для вивчення обміну речовин та кровопостачання мозку. В ході життєдіяльності нейрони поглинають різноманітні хімічні речовини, які можна позначити радіоактивними ізотопами (н-д, глюкозу). Під час активізації нейронів кровопостачання відповідної ділянки мозку підвищується, в результаті в ньому накопичуються позначені речовини та підвищується радіоактивність. Вимірюючи рівень радіоактивності різних ділянок мозку, можна зробити висновки про зміни активності мозку в процесі різних видів психічної діяльності.

d. Реєстрація нейрональної активності.

Нейрон – нервова клітина, через яку передається інформація в організмі, та яка являє собою морфофункціональну одиницю ЦНС людини та тварини. При досягненні порогового рівня збудження, що н адходить до нейрону з різних джерел, він генерує розряд, що називається потенціалом дії. Нейрон повинен отримати багато імпульсів перш, ніж в ньому виникає розряд у відповідь. Всі контакти нейрона (синапси) діляться на два класи: збуджуючі та тормозні. Активність перших збільшує можливість розряду нейрону, активність других – знижує. Частота відповідей нейрона залежить від того, як часто та з якою інтенсивністю збуджуються його синаптичні контакти. Генерація імпульсів (спайків) робить нейрон недієздатним приблизно на 0,001 с. Цей період називається рефрактерним та використовується для відновлення ресурсів клітини. Період рефрактерності обмежує частоту розрядів нейронів. Частота розрядів нейронів коливається в широких межах, за деякими даними від 300 до 800 імпульсів у секунду.

Активність одиничного нейрона реєструється за допомогою мікроелектродів. З їх допомогою реєструється активність окремих нейронів, невеликих ансамблів (груп) нейронів та сукупності популяцій нейронів. За допомогою ЕВМ та спец. програмного забезпечення оцінюються такі параметри активності нейронів як частота імпульсації, частота ритмічних пачок (групування імпульсів), тривалість міжстимульних інтервалів та ін.

Дослідження біоелектричних процесів в клітинах, що зберігають свої зв'язки в мозку, дозволяє співставити особливості їх активності з результатами психологічних проб, з одного боку, а також з інтегративними фізіологічними показниками (ЕЕГ, ВП, ЕМГ та ін.).

e. Методи впливу на мозок.

Дослідники завжди намагались проникнути в механізми мозку шляхом прямого та опосередкованого впливу на нього, оцінюючи наслідки даних впливів.

Сенсорна стимуляція. Найбільш простий спосіб впливу на мозок – це використання природних або близьких до них стимулів (зорових, слуховий, нюхових, тактильних та ін.).

Діапазон стимулів, що використовуются, досить широкий:

• у сфері зорового сприйняття – від елементарних зорових стимулів (спалахи, шахматні поля, решітки) до візуально представлених слів та речень;

• у сфері слухового сприйняття – від немовних стимулів (тон, писк) до фонем, слів та речень.

• у сфері тактильної чутливості використовується стимуляція механічними та електичними подразниками, що не досягають порогу больової чутливості. При цьому подразнення наноситься на різні частини тіла.

Реакції ЦНС на такі впливи відбуваються шляхом реєстрації активності нейронів та методом викликаних потенціалів.

Електрична стимуляція здійснюється шляхом введення в мозок електродів в експериментах на тваринах або під час хірургічних операцій на мозку у людини. Можлива також стимуляція в умовах довготривалого спостереження за допомогою попередньо вживлених оперативним шляхом електродів. При хронічно вживлених електродах можна вивчати особливий феномен електричної самостимуляції, коли тварина за допомогою якої-небудь дії (натискання на важіль) замикає електричну мережу і таким чином регулює силу подразнення власного мозку. У людини електрична стимуляція мозку використовується для вивчення зв'язку між психічними процесами та функціями й ділянками кори. Так, н-д, можна вивчати фізіологічні основи пам'яті, мови, емоцій.

В лабораторних умовах використовується метод мікрополяризації, суть якого полягає в проведенні слабкого постійного струму через окремі ділянки кори ГМ. Локальна мікрополяризація не руйнує тканину мозку, а лише впливає на зрушення потенціалу кори в тій ділянці, що стимулюється.

Руйнування ділянок мозку. В чистому вигляді даний метод використовується в дослідах з тваринами. Також розповсюджене психофізіологічне обстеження людей, яким за медичними показниками було видалено частину мозку. Руйнуюче втручання може відбуватися шляхом:

• перерізки окремих нервових шляхів або повного відділення структур (наприклад, розділення півкуль шляхом розсічення мозолистого тіла);

• руйнування мозкових структур при проведенні через них постійного струму (електролітичне руйнуваня) або струму високої частоти (термокоагуляція);

• хірургічного видалення тканини скальпелем або відсмоктування за допомогою спеціального вакуумного насосу;

• хімічного руйнування з допомогою спеціальних препаратів, що виснажують запаси медіаторів або руйнують нейрони;

• зворотнього функціонального руйнування – досягається за рахунок охолодження, місцевої анестезії та інших прийомів.