Физиологические механизмы психических процессов и состояний
МОСКОВСКИЙ ЭКСТЕРНЫЙ ГУМАНИТАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
АКАДЕМИЯ ПЕДАГОГИКИ
ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ПСИХОЛОГИИ И ПСИХОЛОГИЧЕСКОГО
КОНСУЛЬТИРОВАНИЯ
«Физиологические механизмы психических процессов и состояний»
Авторизованный реферат по курсу
«Психофизиология»
Фамилия, имя, отчество студента
Номер зачетной книжки
Руководитель (преподаватель)
Рецензент ____________________________
З/О
МОСКВА - 2002 год
Содержание
Содержание 2
Задача и методология психофизиологии 3
Предмет и принципы психофизиологии 3
Методы в психофизиологических исследованиях 5
Психофизиологическое изучение психических процессов и состояний 11
Принципы кодирования информации в нервной системе
11
Восприятие 12
Внимание 15
Память. Функционально-структурная организация 17
Эмоциональная память и научение 20
Эмоции. Классификация, функции 23
Лицевая экспрессия и эмоции 25
Управление движением и вегетативными реакциями
28
Мышление и речь 30
Сознание 36
Современные направления прикладной психофизиологии
40
Педагогическая психофизиология 40
Социальная психофизиология 41
Экологическая психофизиология 41
Литература: 43
Задача и методология психофизиологии
Предмет и принципы психофизиологии
Психофизиология - раздел психологии, посвященный изучению роли биологических факторов, в том числе свойств нервной системы, в реализации психической деятельности. В зависимости от исследовательской области выделяют психофизиологию ощущений и восприятий, речи и мышления, эмоций, внимания, произвольных действий, дифференциальную психофизиологию.
Психофизиология - междисциплинарная область естественнонаучных знаний об организации отношений вероятностных физических, психических и духовных сущностей и явлений человека, это морально оправданное научное познание вероятностных физических, психических и духовных сущностей и явлений человека и организации их отношений. Для эффективного познания психофизиология использует совокупность предпосылок, принципов, методов и средств познания, соответствующих сущности объектов познания - вероятностную методологию.
Человек является объектом исследования в психофизиологии и объектом приложения психофизиологических знаний. Здоровый человек является объектом познания и применения знаний общей психофизиологии. Объектом исследования клинической психофизиологии и применения ее знаний является больной человек.
Человек трехипостасен, обладает единством трех иерархических вероятностных сущностей и явлений:
. духовное,
. душевное (психическое),
. телесное, (плотское, физическое).
Отсюда, предметом психофизиологии являются вероятностные духовные, психические и физические сущности человека в их взаимосвязи и взаимообусловленности.
В связи с успехами изучения активности отдельных нейронов мозга
животных и в условиях клинического обследования у человека психофизиология
стала наукой не только о физиологических, но и о нейронных механизмах
психических процессов, состояний и поведения. Современная психофизиология
включает исследование нейрона и нейронных сетей, что определяется
тенденцией в науке к интеграции различных дисциплин, изучающих работу мозга
(нейрофизиологии, нейрохимии, молекулярной биологии, психофизиологии,
нейропсихологии и др.), в единую нейронауку.
Становление психофизиологии как одной из ветвей нейронауки связано с
успехами, достигнутыми в области изучения нейронной активности. В 20-х
годах в Англии (Кембридж) сложилась сильная школа электрофизиологов во
главе с А. Эдрианом. Она внесла большой вклад в изучение электрической
активности нейронов и в общую теорию ЭЭГ. Значительное влияние на развитие
психофизиологии оказала теория нервных сетей, сформулированная У. Мак
Каллахом и У. Питсом. Ее экспериментальное обоснование было представлено в
их публикации совместно с Дж. Летвиным, X. Матураной под названием «Что
говорит глаз мозгу лягушки» (1959). Исследователями впервые был описан
особый тип нейронов сетчатки, избирательно реагирующих на некоторые
физические свойства зрительных стимулов. Для обозначения этих нейронов они
ввели новый термин — детектор. В сетчатке лягушки они открыли несколько
групп нейронов-детекторов: движущего угла, контраста, границы и др. Успех
этой группы исследователей в значительной мере был обусловлен введением ими
новой методики для изучения свойств нейронов. Вместо стандартных точечных
раздражителей (пятен света) или включения и выключения диффузного освещения
они применили стимулы, встречающиеся в естественной среде обитания лягушки:
светлые или темные фигуры разной формы и размера (движущиеся линии,
полоски, углы). Кроме того, при регистрации электрической активности
отдельных нейронов исследователи отказались от стандартной формы
эксперимента с наркозом и обездвиживанием животного.
На развитие детекторной теории сильное влияние оказали работы Д.
Хьюбела и Т. Визеля, которые в 60-х годах сформулировали модульный принцип
организации нейронов коры больших полушарий, показав существование
«колонок» — объединения нейронов в группы со сходными функциональными
свойствами (Хьюбел Д., 1990).
Открытие нейронов с детекторными свойствами, избирательно реагирующих
на определенные физические параметры стимулов, имело принципиальное
значение для развития психофизиологии. Это стимулировало изучение
функциональных характеристик нейронов и их роли в реализации различных
этапов поведенческого акта. Были открыты многие новые классы нейронов,
специфически связанных с различными психическими процессами. Среди них —
особый тип сенсорных нейронов — гностические единицы, кодирующие целостные
образы. Концепция гностических единиц принадлежит Ю. Конорскому, который
предположил, что узнаванию знакомого лица с первого взгляда, знакомого
предмета, знакомого голоса по первому произнесенному слову, знакомого
запаха, характерного жеста и т.п. соответствует возбуждение не клеточного
ансамбля, а единичных нейронов, отвечающих отдельным восприятиям. Прямое
изучение нейронной активности коры высших животных подтвердило его
концепцию гностических нейронов. В нижневисочной коре обезьяны найдены
нейроны, избирательно отвечающие на появление лица конкретного человека,
обезьяны, на мимику, выражающую определенную эмоцию, на положения руки
(жесты), а также на различные неодушевленные предметы.
Описан особый класс нейронов, получивший название нейронов цели. Эти нейроны избирательно реагируют на появление целевого объекта: на вид или запах пищи. Нейроны цели найдены в гипоталамусе, височной коре, хвостатом ядре обезьяны. А.С. Батуев обнаружил у обезьяны нейроны цели в теменной и лобной коре. Их реактивность зависела от мотивационного возбуждения животного (голода). Только у голодной обезьяны нейроны цели реагируют на вид пищи, с насыщением животного их реакция исчезает.
Нейроны целевых движений у кролика были описаны В.Б. Швырковым. Их активация предшествует акту хватания пищи либо нажиму на педаль, за которым следует подача кормушки с пищей. Активация этих нейронов наблюдается при любых вариантах приближения к цели (справа, слева) и при любом способе нажатия на педаль (одной или двумя лапами) и всегда прекращается при достижении результата. Нейроны целевых движений зарегистрированы в моторной, сенсомоторной, зрительной коре, гиппокампе кролика. Они не активируются перед движениями, которые не направлены на достижение цели, например перед пережевыванием пищи.
У обезьян в лобной и теменной коре А.С. Батуевым обнаружены нейроны
моторных программ. Активация отдельных групп этих нейронов предшествует
выполнению различных фрагментов сложного инструментального двигательного
рефлекса, обеспечивающего получение пищевого подкрепления. Изучена функция
многих командных нейронов, запускающих определенные двигательные акты.
Нейроны, которые реагируют на тоническое мотивационное возбуждение, были
исследованы К.В. Судаковым и получили название нейронов «ожидания». При
пищевом возбуждении, возникающем естественным путем или в результате
электрического раздражения «центра голода», расположенного в латеральном
гипоталамусе, эти нейроны разряжаются пачками спайков. С удовлетворением
пищевой потребности пачечный тип активности заменяется одиночными спайками.
Нейроны новизны, активирующиеся при действии новых стимулов и снижающие свою активность по мере привыкания к ним, обнаружены в гиппокампе, неспецифическом таламусе, ретикулярной формации среднего мозга и других структурах. В гиппокампе найдены также нейроны тождества, опознающие знакомые (многократно повторяющиеся) стимулы. В.Б. Швырковым выделена группа нейронов поискового поведения, которые становятся активными только во время ориентировочно-исследовательского поведения кролика.
Особую группу составляют нейроны среды, избирательно возбуждающиеся при
нахождении животного в определенной части клетки. Нейроны среды найдены
Ю.И. Александровым в моторной, соматосенсорной и зрительной коре у кролика.
Нейроны среды в коре сходны с нейронами места, найденными О'Кифом в
гиппокампе кролика. Нейроны места также активируются лишь при определенном
расположении животного в экспериментальном пространстве.
Выделенные группы нейронов заложили основу функциональ териальное
давление и др. Однако регистрация вегетативных реакций не относится к
прямым методам измерения информационных процессов мозга. Скорее всего они
представляют некоторую суммарную и неспецифическую характеристику
информационных процессов. Кроме того, одна и та же вегетативная реакция
(например, кожно-гальванический рефлекс — КГР) может быть связана с
информационными процессами самого различного содержания. Появление КГР
можно наблюдать как при усилении внимания, так и при оборонительной
реакции. Однако по некоторым вегетативным реакциям можно дифференцировать
различные рефлексы. Так, Ф. Грэм и Р. Клифтон предложили использовать
фазическую реакцию снижения ЧСС в качестве признака, отличающего
ориентировочный рефлекс от оборонительного; в последнем случае ЧСС меняется
в противоположном направлении, т.е. увеличивается. Ранее Е.Н. Соколов
(1958) предложил различать эти рефлексы по сосудистым реакциям головы и
руки. Ориентировочный рефлекс сочетается с расширением сосудов головы,
тогда как оборонительный — с сужением. При этом в обоих случаях сосуды руки
реагируют сужением.
Существует несколько причин, по которым вегетативные реакции могут быть использованы только в качестве непрямого метода изучения информационных процессов:
. они слишком медленны и протекают с задержкой;
. слишком тесно связаны с изменением функционального состояния и эмоциями;
. они неспецифичны в отношении стимулов и задач.
Однако это не означает, что вегетативные показатели не обладают высокой чувствительностью. Так, во время дихотического прослушивания значимые стимулы (произнесение имени испытуемого), хотя и подаются через игнорируемый слуховой канал, т.е. не контролируемый произвольным вниманием, часто вызывают КГР.
Некоторое преимущество перед вегетативными реакциями имеет регистрация электрической активности мышц — электро-миограмма (ЭМГ), которую отличает высокая подвижность. Кроме того, по некоторым специфическим паттернам ЭМГ, зарегистрированным от мышц лица, с высокой степенью точности можно идентифицировать различные эмоциональные состояния. Регистрация движений глаз (окулограмма) находит применение в эргономике. В целях безопасности этот показатель используется для контроля за состоянием водителей, долго находящихся за рулем автомашины или локомотива.
Методы в психофизиологических исследованиях
Электроэнцефалограмма
Впервые регистрацию биоэлектрической активности мозга у человека
осуществил австрийский психиатр, ректор Йенского Университета Ганс Бергер
(1929)[32], показав, что биотоки мозга представляют электрические
колебания, основными из которых являются колебания частотой 8-10 в секунду,
названные им альфа- ритмом. Ему же принадлежит и термин “
электроэнцефалограмма”, и соответствующая аббревиатура- ЭЭГ, используемая
до настоящего времени. С этого момента начинается современный этап
клинической электроэнцефалографии. В последующем были открыты ритмы и
других диапазонов: дельта- 1-4 колсек, тета- 5-8 колсек , бета- от 13 до
30 колсек. В настоящее время ЭЭГ- самостоятельная область исследований,
нашедшая широкое применение в анестезиологии, реаниматологии, неврологии ,
нейрохирургии и других областях медицины как в клинических, так и в научных
целях.
Клиническая электроэнцефалография - раздел электрофизиологии
центральной нервной системы, предметом которой является исследование
электрических явлений в мозге человека преимущественно в диапазоне частот
от 0.5 до 35 Гц, в то же время это метод исследования деятельности
головного мозга человека, в основе которого лежит регистрация электрических
потенциалов, спонтанно возникающих в мозге: в отличие от т.н. вызванной
активности , возникающей в ответ на различные афферентные раздражения-
вызванные потенциалы (ВП) на свет- зрительные (ЗВП), на звук- акустические
(АВП) и соматосенсорные (ССВП).
Спонтанную биоэлектрическую активность мозга можно регистрировать со
скальпа, увеличивая ее приблизительно в 1 миллион раз. Для этого используют
хлор-серебряные электроды-мостики, крепящиеся на голове специальными
шлемами, либо чашечные электроды, фиксируемые к предварительно
обработанной, обезжиренной коже головы специальной электролитной пастой или
коллодием. В операционной применяют подкожные игольчатые электроды из
нержавеющей стали или платиновые. Электрические потенциалы, записанные с
одного скальпового электрода, представляют собой, главным образом,
потенциалы дендритов большого числа кортикальных нейронов ( около 10 ).
Запись ЭЭГ между двумя точками скальпа отражает активность между двумя
этими регионами. Чтобы получить пространственное представление об
электрической активности мозга, на скальп накладывают несколько пар
электродов. ЭЭГ отражает не только активность коры, но и , косвенно,
состояние срединных структур ( ствол мозга, таламус и др. ), оказывающих
регулирующее влияние на электрическую активность коры. Электрическую
активность можно отводить также и, при использовании специальных
электродов, с базальных и труднодоступных латеральных отделов мозга
(назальный, сфеноидальный электроды), а также непосредственно с коры
больших полушарий во время нейрохирургических операций -
электрокортикограмма (ЭКоГ), и при отведении с глубоких отделов мозга с
помощью интрацеребральных электродов - электросубкортикограмма (ЭСКоГ).
Усиление и регистрация биопотенциалов мозга во всех этих случаях
осуществляется практически одинаково; различия касаются лишь методов
отведения, зависящих от задач, стоящих перед исследователем.
Спонтанную биоэлектрическую активность можно регистрировать на протяжении длительного времени, обеспечивая таким образом мониторинг функционального состояния мозга больного, даже находящегося в бессознательном состоянии, при глубоком наркозе. Такие достоинства ЭЭГ как высокая степень ее корреляции с уровнем бодрствования и с состоянием метаболизма и гемо- и ликвороциркуляции, а также способность улавливать нарушения этих факторов с минимальным латентным периодом, до развития необратимых изменений в мозгу, возможность обнаружения скрытых форм патологии мозга, неинвазивность метода и возможность использования его у обездвиженных больных и больных в коматозном состоянии, хорошо и давно известны и признаны бесспорными.
Проведенные экспериментальные исследования явились теоретической предпосылкой для использования ЭЭГ в клинической практике для оценки функционального состояния мозга у больных с нарушениями мозгового кровообращения, при остановке сердца, в коматозном состоянии, в кардиохирургии, хирургии сосудов, нейрохирургии. Для этих целей применяют мониторинг ЭЭГ, используя при ее оценке как рутинный визуальный анализ, так и различные методы компьютерного анализа.
Картирование деятельности мозга
Очень крупный этап обработки ЭЭГ сигналов связан с топографическим картированием электрической активности мозга, позволяющим представить исходные данные в более наглядном виде, а в некоторых случаях, позволяющим увидеть то, что принципиально не наблюдаемо в исходных записях.
В большинстве существующих сегодня программ компьютерного анализа ЭЭГ данных, имеется возможность построения карт распределения мощности регистрируемых на поверхности скальпа ЭЭГ сигналов определенного частотного диапазона, потенциальных карт, отражающих пространственное распределение мгновенных значений потенциалов, и частотных карт, позволяющих увидеть пространственное распределение значений частот наиболее мощных спектральных составляющих сигналов ЭЭГ отведений.
Магнитоэнцефалография
Значительные успехи в локализации источников активности мозга, достигнутые в последнее десятилетие, связаны с развитием. Первые электромагнитные поля (ЭМП) нервной системы были зарегистрированы у лягушки. Они были записаны с расстояния 12 мм при возбуждении седалищного нерва. Биологические поля мозга и различных органов очень малы. Магнитное поле человеческого сердца составляет около 1 миллионной доли земного магнитного поля, а человеческого тела — в 100 раз слабее. Магнитное поле сердца человека впервые было записано в 1963 г. Первые же измерения ЭМП мозга человека были сделаны Д. Косном (Коеп О.) из Массачусетского технологического института в 1968 г. Магнитным методом он зарегистрировал спонтанный альфа-ритм у здоровых испытуемых и изменение активности мозга у эпилептиков. Первые вызванные потенциалы с помощью магнитометров были получены несколько лет спустя.
Сначала для регистрации ЭМП были использованы индукционные катушки с
большим количеством витков. С увеличением их числа чувствительность системы
возрастает. Число витков в первых таких катушках достигало миллиона. Однако
чувствительность их оставалась невысокой и они не регистрировали постоянное
ЭМП. Создание новых магнитометров связано с открытием Б. Джозефсона, за
которое он получил Нобелевскую премию. Работая в области криогенной
технологии со сверхпроводящими материалами, он обнаружил, что между двумя
сверхпроводниками, разделенными диэлектриком, возникает ток, если они
находятся вблизи ЭМП. Эта система реагировала на переменные и постоянные
ЭМП. На основе открытия Б. Джозефсона были созданы СКВИДы —
сверхпроводниковые квантомеханические интерференционные датчики.
Магнитометры, работающие на базе СКВИДа, очень дороги, их необходимо
регулярно заполнять жидким гелием в качестве диэлектрика. Дальнейшее
совершенствование магнитометров связано с разработкой квантовых
магнитометров с оптической накачкой (МОИ). Созданы МОНы, в которых вместо
жидкого гелия используются пары щелочного металла цезия. Это более дешевые
системы, не требующие криогенной техники. В них световой сигнал поступает
по световодам от общего источника и достигает фотодетекторов. Колебания ЭМП
мозга человека модулируют сигнал на фотодетекторах. По его колебаниям судят
об электромагнитных волнах мозга. Каждый магнитометр имеет множество
датчиков, что позволяет получать пространственную картину распределения
ЭМП. Современные магнитометры (СКВИДы и др.) обладают высокой временной и
пространственной разрешающей способностью (до 1 мм и 1 мс).
Магнитоэнцефалограмма (МЭГ) по сравнению с ЭЭГ обладает рядом преимуществ.
Прежде всего это связано с бесконтактным методом регистрации. МЭГ не
испытывает также искажений от кожи, подкожной жировой клетчатки, костей
черепа, твердой мозговой оболочки, крови и др., так как магнитная
проницаемость для воздуха и для тканей примерно одинакова. В МЭГ отражаются
только источники активности, которые расположены тангенциально (параллельно
черепу), так как МЭГ не реагирует на радиально ориентированные источники,
т.е. расположенные перпендикулярно поверхности. Благодаря этим свойствам
МЭГ позволяет определять локализацию только корковых диполей, тогда как в
ЭЭГ суммируются сигналы от всех источников независимо от их ориентации, что
затрудняет их разделение. МЭГ не требует индифферентного электрода и
снимает проблему выбора места для реально неактивного отведения. Для МЭГ,
так же как и для ЭЭГ, существует проблема увеличения соотношения «сигнал-
шум», поэтому усреднение ответов также необходимо. Из-за различной
чувствительности ЭЭГ и МЭГ к источникам активности особенно полезно
комбинированное их использование.
