Методи психофізіології. Методи психофізіологічного дослідження: поняття, специфіка. Вибір методик та показників
Психофізіологія – це наука про нервові механізми психіки. Для психології важливо те, що про невловимі рухи нашої душі, про ідеальний світ нашої психіки (як свідомої її сфери, так і несвідомої) можна судити на підставі спостереження та чіткої реєстрації цілком матеріальних фізіологічних явищ.
З одного боку, ці явища виступають пояснювальним принципом психічних явищ. З іншого боку, фізіологічні явища можуть бути об'єктивними індикаторами психічних явищ, оскільки є їх матеріальними корелятами.
Цим цілям і є психофізіологічні методи.
У психофізіології основними методами реєстрації
Фізиологічними процесами є електрофізіологічні методи.
Електричні потенціали відображають фізико-хімічні наслідки обміну речовин, що супроводжують усі основні життєві процеси, і тому є виключно надійними, універсальними та точними показниками перебігу будь-яких фізіологічних процесів.
Саме реєстрація цих електричних показників і є основою багатьох психофізіологічних методів.
Основні види психофізіологічних методів:
ü Реєстрація імпульсної активності нервових клітин.
Реєструються потенціали дії окремих нейронів.
електричні імпульси тривалістю кілька мілісекунд та
амплітудою в кілька мілівольт. Реєстрація активності
здійснюється за допомогою підведених до них впритул
відводять мікроелектродів.
ü Електроенцевалографія (ЕЕГ)- реєстрація електричних
потенціалів, що знімається з поверхні черепа. У
електроенцефалограмі відображаються лише низькочастотні
біоелектричні процеси тривалістю від 10 мс до 10 хв. У
кожен момент часу ЕЕГ відображає сумарну електричну
активність клітин мозку. Залежно від станів суб'єкта
можна виділити ритмічні коливання певної частоти:
o Альфа-ритмспостерігається у стані спокійного
неспання, медитації та тривалої монотонної
діяльності;
o Бета-ритмпосилюється при різних видах інтенсивної
діяльності, що спостерігається під час парадоксальної фази
o Гамма-ритмспостерігається під час вирішення завдань, що вимагають
максимального зосередження уваги та під час навчання;
o Тета-ритмпов'язаний з пошуковою поведінкою, посилюється при
емоційному напрузі;
o Дельта-ритмвиникає при природному та наркотичному
Розташування електроенцефалографічних електродів на скальпі
ü Магнітоенцевалографія (МЕГ).Активність клітин мозку
супроводжується виникненням слабких магнітних полів.
Реєстрація цих полів за допомогою високочутливих
датчиків дозволяє отримати магнітоенцефалограму. На відміну
від ЕЕГ МЕГ пов'язана не з радіальними по відношенню до
поверхні кори джерелами струму на поверхні звивин, а
джерелами струму у кіркових областях, що утворюють борозни.
ü Позитронно-емісійна томографіямозку дозволяє
візуалізувати функціонування мозку. У кровоносне русло
вводиться ізотоп (найчастіше - фтор-18). Позитрони ізотопу,
випромінювані їм у мозку стикаються з електроном. Зіткнення
призводить до знищення частинок та появи пари протонів,
що розлітаються від місця зіткнення в різні боки. У ПЕТ-
камері, куди поміщається голова випробовуваного реєструють
протони, що розлітаються в різні сторони.
Позитронно-емісійна томографія – це складне дослідження, яке використовується
В онкології: діагностика раку, діагностика метастазів, контроль ефективності лікування раку
У кардіології: при ішемічній хворобі серця, перед аорто-коронарним шунтуванням
У неврології та психіотрії
визначає, чи відбуваються в мозку процеси, що викликають хворобу Паркінсона,
виявляє регіони мозку, що викликають епілепсію,
дозволяє порівняти активність мозку у хворих з депресією та активність мозку у здорових людей,
виявляє зміни в мозку при хворобі Альцгеймера на ранніх етапах
Позитронно-емісійна томографія використовується для діагностики судом при епілепсії та для оцінки функції мозку після інсульту. У деяких випадках ПЕТ застосовують при шизофренії.
Основні методи психофізіологічного дослідження
Психофізіологія – експериментальна наука, тому важливе значення має застосування адекватних методів дослідження. До основних методів психофізіологічного дослідження належать такі:
Електроенцефалографія (ЕЕГ) – метод неінвазивної реєстрації та аналізу сумарної біоелектричної активності, що відводиться як з поверхні черепа, так і з глибоких структур мозку. ЕЕГ-сигнал є різницею потенціалів, що змінюється в часі між електродами, що знаходяться на скальпі. Найважливіший внесок у цей процес роблять градуально змінювані постсинаптичні потенціали нейронів III–V шарів кори головного мозку. Потужні синхронні коливання, що генеруються в глибоких структурах мозку (таламус, стовбур мозку), також можуть істотно впливати на загальну картину ЕЕГ-активності, що реєструється з поверхневих електродів. Важливим прийомом, що забезпечує комплексну оцінку активності мозку, є багатоканальність реєстрації, тобто одномоментний запис багатьох пар електродів.
Магнітоенцефалографія (МЕГ) - метод реєстрації та аналізу параметрів магнітних полів організму людини та тварин. Магнітні поля створюються слабкими електричними струмами як результат активності нервових клітин. Цей метод доповнює інформацію про особливості функціонування мозку, одержувану за допомогою ЕЕГ. Спільність нейрофізіологічних процесів, що реєструються ЕЕГ та МЕГ, відображається в однакових характеристиках тимчасового вирішення. Обидва методи дозволяють спостерігати події, що відбуваються в діапазоні сотень мілісекунд. У той же час МЕГ має більш точну просторову роздільну здатність порядку міліметрів, оскільки магнітна активність нейронів не залежить від електропровідних властивостей навколишніх тканин (мозкових оболонок, спинномозкової рідини, кісток черепа і т. д.) і реєструється неспотвореною, на відміну від ЕЕГ, характер якої на поверхні черепа може суттєво відрізнятись від електрокортикограми, що відповідає локалізації за рахунок проведення сигналів від далеких областей мозку.
Метод викликаних потенціалів (ВП) - метод реєстрації та аналізу біоелектричних коливань, що виникають у нервових структурах у відповідь на зовнішнє роздратування і що знаходяться у певному часовому зв'язку з початком його дії. Поряд із ЕЕГ ВП є провідним методом вивчення мозкових механізмів психічної діяльності. ВП мають низьку амплітуду (кілька мікровольт) та тривалість порядку кількох сотень мілісекунд, тому при одноразовому записі у відповідь на одиничне пред'явлення сигналу не розпізнаються на фоні спонтанної ритміки ЕЕГ-активності. Для аналізу ВП використовується попереднє виділення «корисного сигналу» (коливань, безпосередньо пов'язаних із зовнішнім впливом) із «шуму» (фонової ЕЕГ). Найбільш поширеною є процедура усереднення, коли кілька відрізків ЕЕГ-активності, синхронних з пред'явленням стимулу, що повторюється, підсумовуються. При цьому коливання, пов'язані з подією, що розглядається, збільшуються по амплітуді.
Електроокулографія (ЕОГ) - метод реєстрації та аналізу рухів очей, заснований на вимірі різниці потенціалів рогівки та сітківки ока. Метод, що використовується в комплексі з реєстрацією ЕЕГ, дозволяє виділити в картині біоелектричної активності мозку артефакти (спотворення), що вносяться рухами очей.
Електроміографія (МЕГ) - метод реєстрації та аналізу сумарних коливань потенціалів, що виникають у ділянці нервово-м'язових закінчень та м'язових волокнах при надходженні до них імпульсів від мотонейронів спинного та головного мозку. Метод дозволяє реєструвати зміни в тонусі м'язів у ситуаціях, що не супроводжуються зовні спостережуваними рухами. МЕГ найбільш інформативна у комплексі з іншими методами психофізіологічного дослідження.
Позитронно-емісійна томографія (ПЕТ) – метод дослідження, в якому використовуються ультракороткоживучі позитронізлучаючі ізотопи – «барвники», що входять до складу природних метаболітів мозку, які вводяться в організм внутрішньовенно або через дихальні шляхи. Нагромаджуючись в активних ділянках мозку, вони дають змогу побудувати «картину» мозку на основі даних про метаболічну активність його структур. ПЕТ представляє можливість спостерігати мозок об'ємно, включаючи локальні взаємодії нейронів та нейронних популяцій при виконанні експериментальних завдань за рахунок реєстрації просторового розподілу та концентрації радіоактивно мічених речовин, що беруть участь в обмінних процесах, синаптичній передачі, нейрохімічної рецепції. Тимчасова роздільна здатність ПЕТ залежить від використовуваного ізотопу і становить порядок десятків хвилин.
Ядерна магнітна резонансна інтроскопія (ЯМРІ) - метод дослідження, заснований на визначенні в мозковій речовині розподілу густини ядер водню (протонів) та на реєстрації деяких їх характеристик за допомогою потужних електромагнітів, розташованих навколо тіла людини. ЯМРІ дозволяє отримати інформацію про анатомічну та фізико-хімічну організацію досліджуваних структур головного мозку. Просторова роздільна здатність ЯРМІ становить десятки мікрон, при цьому не відбувається його зниження залежно від глибини розташування тканини. Важливою властивістю даного методу є неіонізуючий характер зовнішнього впливу, тобто відсутність шкідливого впливу на тканину. Слід зазначити, що опосередкований характер нервової активності, що реєструється, знижує тимчасову роздільну здатність даного методу. Досягнення піку магнітного сигналу після стимулу триває кілька секунд.
Методи дослідження у психофізіології професійної діяльності
Психофізіологія - експериментальна наука, тому важливе значення має застосування адекватних методів дослідження. До основних методів психофізіологічного дослідження належать такі.
Моделі психічної діяльності людини мали б суто умоглядний характер, якби психологи не зацікавилися нейрофізіологічними процесами, що лежать в основі досліджуваної ними реальності. Фізіологічні показники, в силу своєї об'єктивності, є надійними елементами, що використовуються при описі поведінки, що вивчається, і дозволяють експериментаторам включити в сферу своїх досліджень приховані для прямого спостереження прояви активності організму, що лежать в основі поведінки.
Основними методами реєстрації фізіологічних процесів у психофізіології є електрофізіологічні методи, оскільки у фізіологічній активності клітин, тканин та органів особливе місце посідає електрична складова. Електричні потенціали відображають фізико-хімічні наслідки обміну речовин, що супроводжують усі основні життєві процеси, і тому є виключно надійними, універсальними та точними показниками перебігу будь-яких фізіологічних процесів.
Малюнок 4. – Основні методи психофізіологічного дослідження.
До перелічених переваг електричних показників фізіологічної активності слід додати і незаперечні технічні зручності їх реєстрації: крім спеціальних електродів, для цього досить універсального підсилювача біопотенціалів, пов'язаного з комп'ютером, що має відповідне програмне забезпечення. І ще один важливий момент, більшу частину цих показників можна реєструвати, ніяк не втручаючись у процеси, що вивчаються, і не травмуючи об'єкт дослідження. До найбільш широко використовуваних методів відносяться реєстрація імпульсної активності нервових клітин, реєстрація електричної активності шкіри, електроенцефалографія, електроокулографія, електроміографія та електрокардіографія. Останнім часом у психофізіологію впроваджується новий метод реєстрації електричної активності мозку – магнітоенцефалографія та ізотопний метод (позитронно-емісійна томографія).
Електроенцефалографія -у традиційній психофізіології широко використовується метод реєстрації біоелектричної активності мозку – електроенцефалографія (ЕЕГ). Спонтанна електрична активність мозку одночасно може бути записана від багатьох ділянок черепа та характеризується специфічними ритмами певної частоти та амплітуди. ЕЕГ відбиває коливання у часі різниці потенціалів між двома електродами. Вирізняють такі основні біологічні ритми мозку. У спокої за відсутності зовнішніх подразників у людини переважає Альфа-ритмз частотою 8-13 Гц і амплітудою 50 мкВ, він реєструється переважно в потиличній та тім'яній областях. В умовах діяльності альфа-ритм змінюється Бета-ритмом,який має частоту 18-30 Гц та амплітуду коливань близько 25 мкВ. Його локалізація – у прецентральній та фронтальній корі. При засипанні в ЕЕГ виникають Тета-хвилі, що мають частоту 4-7 Гц і частіше спостерігаються у фронтальних зонах, а також Дельта-хвилі, що виникають у діапазоні 0,5-4 Гц з амплітудою в межах 100-300мкВ, зона їхньої появи варіює. Крім зазначених основних ритмів в електроенцефалограмі виділяють також гамма-коливання, каппа-коливання, лямбда-коливання та сонні веретена, що відрізняються своєю частотою коливань, амплітудою та локалізацією. Крім того, виділяють еквіваленти альфа-ритму, які мають ту ж частоту коливань, що і альфа-ритм, але іншу локалізацію та чутливі до інших видів модальності, до них відноситься мю-ритмі реєструється у скроневій корі тау-ритм. Малюнок електроенцефалограми змінюється з переходом до сну та зі зміною функціонального стану в процесі діяльності.
Магнітоенцефалографія (МЕГ)– метод реєстрації та аналізу параметрів магнітних полів організму людини та тварин. Магнітні поля створюються слабкими електричними струмами як результат активності нервових клітин. Цей метод доповнює інформацію про особливості функціонування мозку, одержувану за допомогою ЕЕГ. Обидва методи дозволяють спостерігати події, що відбуваються в діапазоні сотень мілісекунд. У той же час МЕГ має більш точну просторову роздільну здатність, оскільки магнітна активність нейронів не залежить від електропровідних властивостей навколишніх тканин і реєструється не спотвореною.
Електроокулографія (ЕОГ)– метод реєстрації та аналізу рухів очей, заснований на вимірі різниці потенціалів рогівки та сітківки ока. Метод, що використовується в комплексі з реєстрацією ЕЕГ, дозволяє виділити в картині біоелектричної активності мозку артефакти (спотворення), що вносяться рухами очей. Реєстрація електроокулограми знаходить широке застосування в ергономіці; цей показник використовується для контролю стану водіїв, які довго перебувають за кермом автомашини або локомотива.
Електроміографія (ЕМГ)– метод реєстрації та аналізу сумарних коливань електричної активності, що виникають у ділянці нервово-м'язових закінчень та м'язових волокнах при надходженні до них імпульсів від мотонейронів спинного та головного мозку. Метод дозволяє реєструвати зміни в тонусі м'язів у ситуаціях, що не супроводжуються зовні спостережуваними рухами. МЕГ найбільш інформативна у комплексі з іншими методами психофізіологічного дослідження.
Позитронно-емісійна томографія (ПЕТ)- метод дослідження, в якому використовуються ультракороткоживучі позитронізлучаючі ізотопи - "барвники", що входять до складу природних метаболітів мозку, які вводяться в організм внутрішньовенно або через дихальні шляхи. Нагромаджуючись в активних ділянках мозку, вони дають змогу побудувати «картину» мозку на основі даних про метаболічну активність його структур. ПЕТ представляє можливість спостерігати мозок об'ємно і під час експериментальних завдань з допомогою реєстрації просторового розподілу і концентрації активних речовин, що у обмінних процесах.
Контрольний розділ
Контрольні питання:
1. Який внесок роблять психологія і фізіологія у вивчення проблем трудової діяльності людини.
2. Які можливості використання сучасних електрофізіологічних методів у прогнозуванні поведінки людини у різних ситуаціях.
Тести для самоконтролю
1. Психофізіологія це:
1) наука, що вивчає фізіологічні основи пізнавальних процесів, емоційно-потребової сфери людини та функціональних станів;
2) галузь психологічної науки, що склалася на стику психології, медицини та фізіології, спрямована на вивчення мозкової організації психічної діяльності як у патології, так і в нормі;
3) наука, що виникла на стику психології та фізіології, предметом вивчення якої є фізіологічні основи психічної діяльності та поведінки людини;
4) галузь психологічної науки, що вивчає фізіологічні механізми психічної діяльності від нижчих до вищих рівнів організації.
2. На початку ХХ століття психологія праці в Європі була відома за назвою:
1) психотехніка; 3) тейлоризм;
2) індустріальна психологія; 4) психофізіологія трудової діяльності.
3. Хто є фундатором психотехніки?
1) І.П. Павлов 2) У Вундт 3) Р. Мюнстенберг 4) У. Штерн.
4. Хто із вітчизняних учених початку ХХ ст. вивчав проблеми психологічних станів у праці, особистості та мотивації?
1) І.М. Сєченов 2) В.М. Бехтерєв 3) О. Ліпман 4) І.П. Павлов.
5. Який із перерахованих психофізіологічних методів не належить до методів дослідження мозку?
1) електроенцефалографічне дослідження;
2) топографічне картування електричної активності;
3) плетизмографія;
4) магнітоенцефалографія.
6. Які методи є основними методами реєстрації фізіологічних процесів у психофізіології?
1) електрофізіологічні;
2) умоглядні;
3) статистичні;
4) хімічні.
7. Який із перерахованих психофізіологічних методів належить до методів дослідження мозку?
1) електроенцефалографія;
2) пупілометрію;
3) плетизмографія;
4) електроокулограма.
8 Який із ритмів мозку можна спостерігати у людини у стані спокою за відсутності зовнішніх подразників?
1) альфа-ритм; 2) бета-ритм; 3) дельта-ритм; 4) тета-ритм.
9. Метод реєстрації та аналізу рухів очей, заснований на вимірі різниці потенціалів рогівки та сітківки ока називається……………………..
10. Метод реєстрації та аналізу сумарних коливань електричної активності, що виникають в області нервово-м'язових закінчень та м'язових волокнах при надходженні до них імпульсів від мотонейронів спинного та головного мозку називається…………………
Реєстрація вегетативних реакцій.Першими у психофізіологічних дослідженнях почали широко застосовуватись і продовжують використовуватися в даний час також у фізіології поведінки методи реєстрації вегетативних реакцій. До них відносяться вимірювання провідності шкіри (шкірно-гальванічна реакція, або шкірно-гальванічний рефлекс), діяльності серцево-судинної системи, дихання та ін. струму. Електрична провідність шкіри пов'язана головним чином з активністю потових залоз, що змінюють її опір і під контролем вегетативної нервової системи. КГР надзвичайно чутлива до емоційного реагування, стану тривоги, напруженості та часто використовується для характеристики функціонального стану людини. Методи реєстрації вегетативних реакцій лежать в основі роботи поліграфу, або «детектора брехні».
Фізіологічне забезпечення психічних процесів можна оцінити за показниками діяльності серцево-судинної системи. Зміни функціональної активності структур мозку вимагають адекватного забезпечення необхідними речовинами і, насамперед, посиленого постачання киснем, що досягається інтенсифікацією кровопостачання. Це зумовлює використання різних показників діяльності серцево-судинної системи для непрямої характеристики діяльності мозку. Ознаками, що відбивають напружену роботу серця та посилення викиду крові, є зміна хвилинного об'єму крові (кількість крові, що викидається серцем у судини за 1 хв) та частота серцевих скорочень. Зміни у периферичних судинах вивчаються за допомогою реографії, плетизмографії, вимірювання кров'яного тиску та ін.
Однак реєстрація вегетативних реакцій не відноситься до прямих методів вимірювання інформаційних процесів мозку. Одну й ту саму вегетативну реакцію, наприклад, появу шкірно-гальванічного рефлексу, можна спостерігати за різних інформаційних процесах: як із посиленні уваги, і при оборонної реакції. Незважаючи на те, що вегетативні показники мають досить високу чутливість, вони можуть бути використані тільки як непрямого методувивчення інформаційних процесів Це зумовлено тим, що вони: 1) надто тісно пов'язані зі зміною функціонального стану та емоціями; 2) занадто повільні та протікають із затримкою; 3) неспецифічні щодо стимулів та завдань.
Електроенцефалографія.У фізіології поведінки широко використовується метод реєстрації електричної активності мозку – електроенцефалографія. Електрична активність мозку характеризується специфічними ритмами певної частоти та амплітуди і може бути записана одночасно від багатьох ділянок поверхні голови. Це дозволяє вивчати їхню кореляцію з вищими психічними функціями. Метод електроенцефалографії сприймається як найпоширеніший і адекватний вивчення нейрофізіологічних основ психічної діяльності. На записі електричної активності мозку – електроенцефалограмі (ЕЕГ) залежно від частоти та амплітуди електричних коливань виділяють такі ритми:альфа-ритм (α), бета-ритм (β), гамма-ритм (γ), дельта-ритм (δ), тета-ритм (θ), каппа-ритм (κ), лямбда-ритм (λ), сонні веретена, мю-ритм (?), тау-ритм (?). Електроенцефалограма змінюється при зміні функціонального стану в період неспання, при переході до сну, при епілептичних нападах, непритомності, захворюваннях мозку та ін. ЕЕГ є записом поточної сумарної електричної активності величезної кількості нейронів мозку, що знаходяться під електродами.
Викликані потенціали.Зовнішні сенсорні подразнення викликають зміни у поточній електричній активності головного мозку, які виглядають як послідовність з кількох позитивних та негативних хвиль. Ці хвилі одержали назву викликані потенціали. Викликані потенціали відображають зміни функціональної активності областей кори, що здійснюють прийом та обробку інформації, що надходить. Дослідження викликаних потенціалів дозволяє дати уявлення про психофізіологічні механізми уваги, обробки сенсорної інформації та інші процеси, що протікають у головному мозку людини.
Топографічне картування.Метод топографічного картування - це метод зображення даних комп'ютерної обробки ЕЕГ, що дозволяє уявити просторовий розподіл корою великих півкуль ритмічних компонентів ЕЕГ і викликаних потенціалів. У деяких випадках цей метод дозволяє виявити те, що принципово не спостерігається у вихідних записах. Багатоканальна реєстрація ЕЕГ та її комп'ютерна обробка дають можливість подати отримані дані у наочному вигляді зручному для сприйняття. Побудова послідовності таких карток дає уявлення про динаміку процесів. На топографічних картах, побудованих на контурі черепа, кольором та його інтенсивністю кодуються різні параметри ЕЕГ. Таке картування дозволяє охарактеризувати функціональну організацію мозку при його різних станах та видах діяльності.
Магнітоенцефалографія.Значні успіхи у локалізації джерел активності мозку пов'язані з розвитком останнім часом методу магнітоенцефалографії. Перші вимірювання електромагнітних полів мозку людини були зроблені в США в 1968 р. Магнітоенцефалограма (МЕГ) порівняно з ЕЕГ має низку переваг. Для її реєстрації не потрібен контакт електродів з тілом людини і тому немає спотворень від шкіри, підшкірної жирової клітковини, черепа, крові та ін. Завдяки цьому без перешкод реєструється активність різних ділянок кори великих півкуль і не сприймаються електромагнітні коливання глибше розташованих відділів мозку. Оскільки і електрична і електромагнітна активність мозку дуже малі, то для отримання достовірних результатів і в МЕГ і ЕЕГ необхідно усереднення великої кількості показників.
Вимірювання локального мозкового кровотоку. 
У 50-60-ті роки 20-го століття було розроблено метод вимірювання локального мозкового кровотоку. Оскільки мозкова тканина не має власних енергетичних ресурсів і залежить від надходження глюкози та кисню з кров'ю, збільшення локального кровотоку є непрямим показником посилення активності відповідних ділянок мозку (рис. 2). Метод заснований на вимірі швидкості вимивання з тканин мозку попередньо введених в організм (в кров або з повітрям, що вдихається) радіоактивних ізотопів ксенону або криптону. Чим інтенсивніший кровотік в даній ділянці мозку, тим швидше в ньому накопичуватиметься вміст радіоактивних ізотопів і швидше відбуватиметься їх вимивання. Збільшення кровотоку спостерігається зі зростанням рівня метаболічної активності ділянки мозку, що відбувається у разі підвищення його функціональної діяльності.
В інших випадках застосовують вимірювання швидкості вимивання іонів водню. Для цього мозок вживлюють ряд металевих електродів для реєстрації зсуву електрохімічного потенціалу, який створюється в результаті підкислення тканин іонами водню. За його рівнем судять про активність локальної ділянки мозку. Цей метод на людині застосовують у медицині для уточнення клінічного діагнозу при інсультах, пухлинах та травмах мозку.
Істотним недоліком методів вимірювання локального мозкового кровотоку є досить тривалий час їхнього здійснення. Кожен вимір триває близько 2 хвилин. Тому методика вимірювання локального мозкового кровотоку хороша для оцінки тонічних змін або характеристики мозкової фонової активності і малопридатна для вивчення її динаміки.
Томографічні методи дослідження мозку. p align="justify"> Методи комп'ютерної томографії застосовуються для вивчення структур мозку і реєстрації в його різних областях метаболічних процесів, що дозволяють судити про активність цих областей у процесі діяльності. За допомогою комп'ютерної томографії, заснованої на використанні новітніх технічних методів та обчислювальної техніки, можна отримати безліч плоских та об'ємних зображень однієї і тієї ж структури мозку та оцінити її функціональну активність на даний момент часу.
Комп'ютерна рентгенівська томографіядозволяє отримати хіба що зрізи мозку штучним шляхом, використовуючи просвічування рентгенівськими променями. Однак, на відміну від звичайної рентгенографії, комп'ютерна рентгенівська томографія дозволяє одержати знімок певного поперечного шару (зрізу) органу тіла, у тому числі головного мозку. При цьому орган можна досліджувати шарами кроком 1 мм. Рентгенівська томографія належить до структурної, т.к. маючи безліч зрізів всього об'єму об'єкта, комп'ютерні програми дають можливість відтворити всю його структуру, отримувати об'ємні зображення. Наприклад, комп'ютерна томограма (рис. 3) дозволяє побачити поверхню головного мозку та контури шлуночків. У порівнянні з мозком здорової людини шлуночки у мозку шизофреніка сильно збільшені, що свідчить про процес руйнування нейронів мозку.
Завдяки високій інформативності та безпеці в порівнянні з іншими рентгенівськими методами комп'ютерна томографія набула величезного поширення. Найбільше значення вона має для травматології та нейрохірургії, коли необхідно визначити наявність ушкодження та його характер. В онкології вона використовується визначення ступеня поширення пухлинного процесу. Також за допомогою комп'ютерної рентгенівської томографії можна виявити запальні процеси, ураження лімфатичних вузлів, розширення судин, вади розвитку та ін.
| |
ПЕТ заснована на виявленні розподілу у мозку різних хімічних речовин, які беруть участь у мозковому обміні речовин. Для цього використовують короткоживучі ізотопи елементів, що входять до молекул органічних сполук мозку. Наприклад, заміщення в молекулі будь-якої речовини атома вуглецю, кисню, азоту або фтору відповідно ізотопами С 11 , О 15 , N 13 , F 18 не впливає на хімічні властивості речовини, але дозволяє простежити його рух у головному мозку методом ПЕТ. Чим вище в даний момент активність ділянки мозку, тим більше в ньому накопичується ізотопів і, отже, вище випромінювання, яке реєструється методом ПЕТ.
Нещодавно з'явився метод ядерно-магнітної резонансної томографії, або магнітно-резонансної томографії(МРТ). МРТ використовують як отримання карти структур мозку з урахуванням контрасту сірого і білого речовини, тобто. як структурної томографії, так виявлення ділянок мозку з активно працюючими нейронами, тобто. як функціональна томографія. У структурній МРТ використовують ефект резонансного поглинання атомами електромагнітних хвиль. Людину поміщають у магнітне поле, яке створює апарат. Молекули в організмі у своїй розгортаються відповідно до напрямку магнітного поля. Якщо вплинути на людину радіочастотним сигналом, тканини почнуть випромінювати електромагнітні хвилі, які можна виміряти. Зміна стану молекул фіксується на спеціальній матриці та передається до комп'ютера, де проводиться обробка отриманих даних. Метод структурної МРТ дозволяє виявляти в головному мозку пухлинні утворення та зони порушення кровообігу у мозку.
Функціональна МРТ ґрунтується на використанні парамагнітних властивостей особливих речовин, які можна ввести в організм. Такі речовини не мають магнітних властивостей у звичайних умовах, але набувають їх, потрапивши в магнітне поле. Дуже зручною речовиною щодо цього виявився гемоглобін. Гемоглобін, насичений киснем, тобто. оксигемоглобін, не є парамагнітним. Але коли оксигемоглобін віддасть кисень і стає так званим редукованим гемоглобіном, або деоксигемоглобін, то він набуває парамагнітні властивості. Додатковий приплив із кров'ю кисню до ділянки мозку знижує парамагнітні властивості цієї ділянки. Таким способом можна визначити активність локальних ділянок мозку і одночасно судити про обсяг та швидкість мозкового кровотоку.
Перевага МРТ полягає в тому, що її використання на відміну від ПЕТ не вимагає введення в організм радіоізотопів і водночас так само, як ПЕТ дозволяє отримати чіткі зображення зрізів мозку в різних площинах. Однак МРТ не може проводитися у тих людей, в організмі яких знаходяться різні металеві конструкції – штучні суглоби, водії ритму серця, дефібрилятори, ортопедичні конструкції, котрі утримують кістки тощо.
Фармакологічні методи.Фармакологічні методи застосовуються як у клініці, так вивчення механізмів здорового мозку. Результати біохімічного дослідження продуктів виведення з мозку різних речовин дозволяють оцінити зміни фізіологічних механізмів у різних зонах мозку. Виявлено речовини, що утворюються в мозку і впливають на пам'ять (дельта-пептид пам'яті), больову чутливість (ендорфіни та енкефаліни), на агресію, гнів (адреналін) та ін.
Віднімання карти активності мозку.Для вивчення вищих психічних функцій мозку застосовують метод віднімання карти активності мозку, отриманої під час виконання менш складної психічної операції, з карти активності, що відповідає більш складній психічній функції. Метод віднімання потенціалів застосовується у різних видах електроенцефалографії та томографії. На малюнку 5 наведена карта віднімання викликаних потенціалів на стандартний звук частотою 698 Гц (пунктирна лінія) і різниться за частотою на 12, 19, 25, 53 і 99 Гц (суцільна лінія).
Термоенцефалоскопія.Метод термоенцефалоскопії заснований на вимірі локального метаболізму мозку та кровотоку теплопродукцією. Мозок випромінює промені в інфрачервоному діапазоні. У діапазоні 3-5 і 8-14 мкм теплові промені поширюються в атмосфері на великі відстані і можуть бути зареєстровані тепловізором, розташованим на відстані від кількох см до 1 м. У функціонуючому мозку температура окремих ділянок безперервно змінюється. Побудова термокарти дає часовий зріз метаболічної активності мозку.
Реоенцефалографія.Метод реоенцефалографії ґрунтується на вимірі електричного опору тканини мозку при проходженні через нього дуже слабкого електричного струму високої частоти. Збільшення кровонаповнення тканин знижує їх опір електричному струму, що дозволяє побічно судити про стан мозкового кровообігу, тонус кровоносних судин мозку, ефективність венозного відтоку.
Ехоенцефалографія.В ехоенцефалографії використовується здатність ультразвуку по-різному відбиватися від кісток черепа і структур мозку, а також від цереброспінальної рідини, пухлинних утворень та ін. Ці методом можна визначати розміри та розташування глибинних структур мозку, виявляти наявність структурних новоутворень, оцінювати швидкість і напрямок руху крові судинах мозку.
Моделювання функцій мозку.В останні роки почало широко застосовуватись комп'ютерне моделювання функцій мозку. Створено моделі нервових мереж, які здійснюють окремі мозкові функції. Сконструйовано «детектор інтелекту», з допомогою якого можна визначати індивідуальні параметри окремих стадій психічної діяльності.
Отже, дослідження психічних процесів з допомогою об'єктивних психофізіологічних та інших методів відкриває широкі перспективи розуміння механізмів роботи мозку. Комплексне застосування різних методичних прийомів значно підвищує ефективність досліджень.
Психофізіологія – це наука про нервові механізми психіки. І назва, і предмет цієї науки відбивають єдність психіки та її нейрофізіологічного субстрату. Для психології в даному випадку важливо те, що про невловимі рухи нашої душі, про ідеальний світ нашої психіки (як свідомої її сфери, так і несвідомої) можна судити на підставі спостереження та чіткої реєстрації цілком матеріальних фізіологічних явищ.
З одного боку, ці явища виступають пояснювальним принципом психічних явищ, про що йшлося під час обговорення проблем інтерпретації результатів дослідження. З іншого боку, що з методичної точки зору ще важливіше, фізіологічні явища можуть бути об'єктивними індикаторами психічних явищ, оскільки є матеріальними корелятами.
З найдавніших часів за фізіологічними змінами у людини судили про її психологічний стан. Наприклад, почервоніння обличчя сигналізує про збентеження або сором, збліднення - про гнів або страх, прискорене дихання - про порушення і т. д. Причому вважається, що фізіологічні показники - більш вірне свідчення, ніж слова. «Чим енергійніше молода леді заперечує своє збентеження, тим більше у ньому переконується її співрозмовник».
Якщо у повсякденному житті досить простої констатації такого зв'язку між психічним і фізіологічним, то наукової, лікарської чи консультативної практиці потрібно чіткіше позначення цих зв'язків, заснований на кількісних вимірах. Цим цілям і є психофізіологічні методи.
Як відомо, всі фізіологічні процеси в організмі людини регулюються нервовою системою. Елементарною одиницею нервової системи є нервова клітина (нейрон), головною функцією якої є проведення збудження. Передача збудження від нейрона до нейрона є нервовим процесом, який здійснюється через електрохімічні реакції (і всередині клітин, і між ними). Саме реєстрація цих електричних показників і є основою багатьох психофізіологічних методів.
Нервова система є цілісне освіту. Але для зручності її вивчення та розуміння її роботи НР поділяють на різні відділи. Найбільш відомі поділу за структурним (анатомічним) та функціональним принципами. У першому наближенні розрізняють центральну (ЦНС) та периферичну нервові системи. ЦНС складається з головного та спинного мозку. Електрична активність ЦНС виступає однією з основних предметів виміру сучасних психофізіологічних методів. Периферична система ділиться зазвичай на соматичну та вегетативну. Соматична система складається з нервів, що йдуть від ЦНС до чутливих органів та від рухових органів до ЦНС. Вона активує довільну мускулатуру, представлену переважно смугастою м'язовою тканиною, електрична активність якої реєструється у вигляді електроміограми (ЕМГ). Вегетативна, або вісцеральна НС (отлат. viscera - "начинки") іннервує в основному мимовільну мускулатуру внутрішніх органів, представлену зазвичай гладкою м'язовою тканиною. Ця система регулює секрецію поту, ритм роботи серця, хімічний склад крові, кров'яний тиск, зміна діаметра зіниць тощо функції організму. Їх реєстрація є основою більшості психофізіологічних методів. Вегетативна система поділяється на дві функціональні підсистеми: симпатичну та парасимпатичну. Основна функція симпатичної системи – це мобілізація організму у станах підвищеної психічної напруги (згадаймо мобілізаційну функцію емоцій).
Така мобілізація реалізується через низку найскладніших фізіологічних реакцій. Наприклад, розщеплення глікогену у печінці, що дає додаткову енергію; секреція наднирниками адреналіну та норадреналіну; посилення секреції поту; розширення зіниць; гальмування роботи шлунково-кишкового тракту; посилення та почастішання серцевого ритму; розширення бронхів; зміни в циркуляції крові – зменшення кровотоку в поверхневих частинах тіла, що знижує ймовірність рясної кровотечі при пошкодженні шкіри та збільшення постачання м'язів для розвитку великих фізичних зусиль. Парасимпатична система забезпечує функціонування внутрішніх органів у нормальних умовах. Її дія спрямована на збереження та підтримку ресурсів організму, що виражається у зворотних у порівнянні з дією симпатичної системи ефектах. Так, робота серця під її впливом сповільнюється, зіниці і бронхи звужуються, активізується шлунково-кишковий тракт і т. д. Ця різноспрямованість впливів двох вегетативних підсистем і чітка узгодженість їх роботи часто навіть заважає визначити, чий вплив позначилося на тому чи іншому ефекті : чи посилення активності однієї системи, чи ослаблення інший. Проте це не перешкоджає співвіднесенню вегетативних реакцій, що реєструються, з психічними факторами.
Основна маса сучасних психофізіологічних методів передбачає застосування спеціальної апаратури, часто досить складної та дорогої. Особливо це стосується методик, пов'язаних з вимірюванням електричних показників тіла та різних органів. Звідси випливає вимога ґрунтовної підготовки та високої кваліфікації фахівців, які проводять ці досліди та вимірювання.
Процедура реєстрації психофізіологічних процесів зазвичай складається з трьох етапів. У першому процес виділяється як електричного сигналу. Які провідники застосовувати, де і як розташовувати електроди для отримання електричного ланцюга залежить від специфіки фізіологічної системи, що вивчається, і цілей експерименту. Для переважної більшості випадків є вже відпрацьовані типові схеми та рекомендації. З другого краю етапі проводиться акцентування виділеного сигналу. Спочатку його відфільтровують від інших супутніх сигналів, що не мають прямого відношення до явища, що вивчається. Потім потрібний сигнал підсилюють до потужності, необхідної для запуску пристрою, що записує, або іншої фіксуючої апаратури. Прилад, що фільтрує і посилює вихідний сигнал, називається поліграфом. А сам другий етап часто називають уточнюючим. Третій етап – демонстраційний. Тут сигнал постає у наочній формі, зручній для аналізу. Найчастіше це графіки, записані на паперовій стрічці через самописці або висвітлюються на екрані осцилографа. Поліграф, як правило, включає і демонстраційні прилади. Нині багато лабораторій комп'ютеризовано, і процедура реєстрації управляється ЕОМ.
Хоча принципово більшість методик можна використовувати в груповому варіанті, але організаційні труднощі та ризик зниження якості роботи, як правило, змушують до їх індивідуального застосування. Психофізіологічні методи дозволяють вести дослідження з різних проблем психології: вивчення психічних процесів (сенсорних, мнемічних, речемисловихідр.); функціональних станів; психічних властивостей на індивідуальному, суб'єктному та особистісному рівнях. Особливого значення методи мають щодо емоцій, мотиваційної сфери, станів в екстремальних умовах (зокрема, в стресових ситуаціях), индивидуально-психологических відмінностей (проблеми диференціальної психології). Широко застосовуються методи у психодіагностиці та в клінічній практиці.
Ключові питання психофізіологічних дослідів – це:
а) адекватне співвідношення реєстрованого сигналу з тим чи іншим фізіологічним явищем, що лежить в його основі, та
б) правильне ув'язування даного фізіологічного явища з його психологічними корелятами.
Історія психофізіології знаменується освоєнням спочатку вегетативної сфери, пізніше соматичної і, нарешті, ЦНС. У такій послідовності розглянемо відповідні методи.
