Введение к работе
Актуальность проблемы.
С развитием электрофизиологических методов изучения головного мозга животных и человека появились реальные предпосылки к исследованию нейрофизиологических и психофизиологических механизмов узловых этапов целенапранленных действий (О.С.Адрианов, 1976; П.К.Анохин, 1975; А.С.Батуев,1931,1936; И.С.Бериташвили, 1975; Н.П.Бехтерева,1974,1980,1988; А.Б.Коган, 1984,1979; Э.А.Костандов, 1977,1983; Ю.Г.Кратин, 1977; М.М.Ливанов, 1972; Е.Н.Соколов, 1969; Е.Б.Сологуб,1973; К.В. Судаков, 1971 и мн. др.; E.Evarts, 1973; J.Konor3ki, 1970; K.Magoun, 1965; К.Pribram, 1975; W.G.Walter, 1966 и мн.др.).
Выявление механизмов программирования целенаправленных поведенческих актов является одной из главных проблем экспериментальных исследований высшей нервной деятельности животных и человека (А.С.Батуев, 1983). Отражением работы механизмов программирования движений и действий являются так называемые опережающие биоэлектрические процессы в различных звеньях центральной нервной системы животных и человека. Первые фактические данные о процессах опережения были получены Н.А.Бернштейном (1935 - 1966), а позднее появились данные о наличии опережающих (подготавливающих, настраивающих, программирующих) процессов у животных и человека и на центральном (в коре мозга) уровне, например при выработке условных рефлексов. Еще позднее были обнаружены электрофизиологические явления, находящиеся в определенной связи с рассматриваемым вопросом: синхронизация биоэлектрической активности в различных отделах мозга (М.Н.Ливанов с соавт.,1984; М.Н.Ливанов, 1972; D.O.Walter et al.,1967), изменения уровня постоянного потенциала в коре и подкорковых образованиях (С.П.Ав-рамов, В.М.Смирнов, 1968; Н.А.Аладаалова,1982,1979; В.А.Илюхина, 1977,1986), изменения динамики показателей асимметрии волн ЭЭГ (Л.А.Генкин,1963; В.А.Дорошенко,1969; И.П.Емельянов, 1964,1986; Е.Д.Хомская,1972). Но, пожалуй, наиболее четким и стабильным проявлением опережающих электрографических процессов явился открытый W.G.Walter et al. (1964) феномен условной негативной волны (УНВ), регистрирующейся у человека в период подготовки к действию.
Исходя из современных представлений, действие определяется
- 2 -как комплекс движений и мыслительных актов, в процессе выполнения которых достигается осознанная цель, не разлагаемая на более простые цели ( Словарь физиологич. терминов,1987).
Любой поведенческий акт человека, прежде чем быть осуществленным, должен быть смоделирован в центральных аппаратах мозга; и эта иерархически организованная модель является программой поведенческого акта.
Программирующая деятельность мозга заключается в создании центральной организации поведенческого акта на основе доминирующей мотивации, прошлого жизненного опыта и в соответствии с вероятностной структурой среды (А.С.Ватуев, 1985). Эта организация включает формирование планов и програш своих действий, слежение за их выполнением, регулирование своего поведения в соответствии с этими планами и программами, контроль за деятельностью путем сличения эффекга действий с исходными намерениями и исправления допущенних ошибок (А.Р.Лурия,1973).
Итак, в деятельности центральной нервной системы человека существуют адаптивные процессы, предшествующие и сопровождающие реализацию целенаправленных поведенческих актсв. Причем часто отмечается тесная связь указанных процессов с целенаправленной деятельностью, требующей определенного уровня внимания, и локализация в ассоциативных (прежде всего в лобных и премоторных) отделах больших полушарий мозга.
Несмотря на то, что имеются многочисленные публикации о программирующей деятельности мозга и об общем строении целенаправленного поведения человека, до сих пор остаются нерешенными многие ключевые вопросы обсуждаемой проблемы. Повиди-мому, основные выводи о роли лобных отделов коры мозга в организации и обеспечении высших психических функции человека получены на основе анализа клинических случаев и только в меньшей степени - в результате психофизиологических экспериментов в лаборатории. Естественно, нельзя ожидать, что все больные с фронтальными нарушениями показывают одинаковые поведенческие результаты. Поэтому по-преднему является важной задача проведения специальных лабораторных электрофигиологических исследований здоровых испытуемых при выполнении ими разнообразных гаданий. Тем более, что имеется ряд конкретных вопросов, требующих ответа, для создания целостной картины организации поведения высших животных и человека и для выявления мозговых механизмов обеспечения этой организации: как форми-
- З -руется программа поведения (строится ли она полностью заблаговременно или является текущей); как связаны между собой мотив поведения и программа; какой вклад в построение программы поведенческого акта и целостного поведения вносят различные мозговые образования, прежде всего ассоциативные системы.
Для решения этих и многих других проблем необходимы как дальнеііиие экспериментальные исследования с использованием современных методических приемов и способов анализа данных, так и соответствующие обобщения.
Цель и задачи работы,
В соответствии с вышеизложенным цель данной работы состояла в психофизиологическом анализе (на основе комплексной регистрации ЭЭГ, ВП, УНВ в процессе сенсомоторной деятельности) центральных механизмов программирования действий у челозека.
В процессе разработки проблемы ставились следующие задачи:
-
создать комплексную экспериментальную установку для предъявления испытуемым слуховых и зрительных стимулов, для регистрации различных электрограмм, ввода их в ЭВМ и анализа данных (корреляционно-спектральный и другие виды анализа ЭЭГ, анализ ВП, УНВ, статистический анализ);
-
изучить варианты описания ( с использованием различных электрофизиологических показателей) некоторых функциональных состояний ЦНС человека, рассматривая их в связи с преднает-ройкой к деятельности;
-
рассмотреть динамику перестроек автоспсктров и спектров когерентности биопотенциалов ассоциативных зон мозга при различной значимости для испытуемых предьяляемых стимулов;
-
выявить детальную многокомпонентную структуру УНВ в зависимости от преднастройки испытуемых к конкретной деятельности и от способов осуществления этой деятельности. Изучить специфику пространственно-временных отношений УНВ .в зависимости от задачи, решаемой испытуемым, и, соответственно, от значения для него применяемых стимулов;
-
изучить взаимодействие составляющих УНВ (предположительно отражающих активирующие и тормозные процессы управления) в задачах, где возможно выявление латеральной асимметрии УКВ;
-
исследовать характер проявления значимости слуховых стимулов в ВП, регистрируемых в лобных, теменных и центральных областях мозга;
-
проанализировать структурную схему реализации поведен-
- 4 -ческого акта на основе обобщения положений теорий доминанты А.А.Ухтомского, функциональных систем П.К.Анохина, психической деятелоности А.Н.Леонтьева, установки Д.Н.Узнадзе. Научная новизна работы. В работе в качестве основного положения, выносимого на защиту, формулируется и на основе комплексного психофизиологического исследования (с регистрацией ЭЭГ, УНВ, ВП) экспериментально обосновывается ведущая роль фронтальной ассоциативной коры в реализации механизмов программирования действий и целостного поведения человека, состоящая:
в постоянной оценке вероятности удовлетворения актуальных потребностей;
в принятии решения на основе индивидуального опыта о возможности удовлетворения определенной потребности в данных условиях;
в актуализации иерархии установок, как готовности к определенной поведенческой активности, выступающих системообразующими факторами каждого уровня организации поведения;
в обеспечении реализации этих установок с помощь» системы взаимодействующих мозговых аппаратов.
Создана оригинальная комплексная система психофизиологического исследования человека, включающая устройства для различных способов стимуляции (зрительной и слуховой), для регистрации и хранения электрофизиологических процессов (ЭЭГ, ЭКГ, КГР и др.), для ввода и обработки экспериментальных данных на аналоговых и цифровых вычислительных машинах.
Использованы различные методические приемы для надежной идентификаций некоторых функциональных состояний: спокойного и активного бодрствования, эмоционального напряжения. Показано, что информативными признаками для описания названных состояний могут служить: выраженность тета- и альфа-ритмов в ЭЭГ (или их соотношение) как в фоне, так и, особенно, в ответ на внешние стимулы; степень связи между несколькими отведениями ЭЭГ на разных частотах ( оцениваемая с помощью вычисления спектров когерентности); динамика и выраженность компонентов вызванной активности в ответ на внешние стимулы.
Разработаны представления о многокомпонентном строении УНВ; показана различная выраженность ранней и поздней составляющих УНВ во фронтальных, теменных и центральных областях мозга. Впервые показана латеральная асимметрия УНВ в лобных облас-
тях мозга в условиях подготовки испытуемыми двух альтернативных программ движения.
Три разные сенсомоторкые задами с помощью факторного анализа ВП на стимулы описаны специфическим набором факторов, определяющим характерную структуру связей между зонами мозга и отражающим специфику деятельности человека в каждой задаче. Установлено, что амплитудные значения и латентные периоды компонентов ВП и их выраженность в ассоциативных зонах мо-,зга зависят от субъективной значимости применяемых стимулов в той деятельности, которую выполняет испытуемый.
Теоретическое и практическое значение работы.
Выдвинутое представление о конкретной роли фронтальной ассоциативной области коры в реализации механизмов программирования действий имеет теоретическое значение для понимания базовых закономерностей организации поведения человека.
В работе решается, наряду с другими, важный теоретический и практический вопрос психофизиологии - раскрытие новых возможностей для диагностики функциональных состояний мозга человека путем исследования изменений параметров УНВ и ВП.
Особенности отражения физических параметров и значимости зрительных и слуховых стимулов в ВП могут быть использованы для выявления нарушений механизмов обеспечения этих процессов.
Использованные приемы анализа электрофизиологических процессов человека и полученные экспериментальные результаты могут служить основой для создания систем экспресс-диагностики психофизиологических состояний операторов.
Положения и результаты работы включены в курсы лекций по отдельным разделам физиологии высшей нервной деятельности и психофизиологии человека, читаемые на биолого-почвенном факультете Ленгосуниверситета.
Данные диссертации нашли отражение в монографии, учебном пособии, обзорных статьях.
Тема диссертации связана с планом основных научно-исследовательских работ КИИ физиологии им, А.А.Ухтомского Ленгосуниверситета, проводящихся по:
- программе "Механизмы интеграции биологических систем",. проблема "Человек - оператор", направление 0101 "Психофизиологические основы работоспособности человека", тема 010101;
- программе 0.74.08 "Научные основы гигиены труда и профпп-тологии". Постановление ГКНТ N 555 от 30.10.85;