Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Возрастающий интерес к проблеме функциональных состояний (ФС) человека определяется целым рядом причин. Одна из них — широкое внедрение в практику автоматизированных систем управления, в которых значительная часть функций передана техническим средствам. Оказалось, однако, что далеко не все функции, связанные с управлением реальными объектами и процессами, могут быть переданы машине. Несовершенный (с точки зрения технических требований к надежности функционирования) человек, по-видимому, еще долго будет оставаться центральным звеном АСУ практически любого назначения, выполняющим наиболее ответственные функции, связанные с принятием решений. Решение проблемы повышения надежности функционирования человека в АСУ, актуальность которой достаточно очевидна, возможно лишь при глубоком изучении механизмов формирования ФС, разработке на этой основе методов его диагностики, прогноза и направленной коррекции.
Формулировка проблемы ФС стимулировала экспериментальные исследования практически всех физиологических систем организма работающего человека (Р. С. Персон, 1969; В. И. Медведев, 1970; В. М. Ахутин, М. М. Зингерман, 1977; М. В. Фролов, Е. П. Свиридов, 1980; А. Б. Леонова, В. И. Медведев, 1981; Н. Н. Данилова, Г985; М. Н. Ливанов и др., 1988 и др.). В теоретическом плане ФС рассматривается как сумма (интегральный комплекс) реакций различных систем организма на те или иные воздействия, совокупность физиологических процессов, компонентов психики и т. д., как «фон», на котором реализуется поведенческая активность не только животных, но и человека (Е. Н. Соколов, 1974).
Понимание того, что ФС представляет собой системную реакцию, включающую в себя целый ряд уровней (от биохимического до психического включительно), в которой существенным является, как правило, не только изменение в деятельности тех или иных систем, а прежде всего — характер взаимосвязи этих изменений, привлекло наиболее пристальное внимание исследователей к анализу деятельности основной информационно-управляющей структуры организма — централь-I ной нервной системы. Изучение нейрофизиологических меха-
низмов ее деятельности проводится сегодня на разных уровнях организации и включает, как известно, несколько основных научных направлений. Их формирование было связано с разработкой принципиально новых методов, широким использованием достижений в области статистики и вычислительной техники (М. Н. Ливанов, 1972; Н. П. Бехтерева, 1974; А. Б. Коган, 1!979). Одно из таких направлений, связанное с изучением интепративной деятельности мозга на системном уровне его организации, было основано М. Н. Ливановым. Он одним из первых обратил внимание на то, что интегративные свойства мозга, основу которых составляют механизмы иррадиации процессов возбуждения и торможения, должны проявляться прежде всего в пространственно-временной организации его суммарной биоэлектрической активности и считал, что «именно изучение взаимодействия различно локализованных процессов во времени является перспективным для выяснения закономерностей мозговой деятельности» (іМ. Н. Ливанов, 1972, с. 5). Подводя итоги многолетних экспериментов, выполненных в лаборатории, М. Н. Ливанов пришел к выводу о том, что именно пространственная (дистантная) синхронизация биопотенциалов (ДСБП), оцениваемая с использованием аппарата корреляционного анализа, отражает формирование условий в ЦНС, оптимальных для возникновения функциональных взаимодействий. Ф!С мозга, как информационно-управляющей системы, может быть оценено, таким образом, на основе анализа пространственно-временной организации его биоэлектрической активности, регистрируемой в форме ЭЗГ.
Экспериментальные исследования, выполненные в этом направлении, поставили ряд вопросов о формах, пределах отражения в феномене ДСБП интегративной деятельности мозга, потребовали разработки концептуальных моделей механизмов синхронизации ритмической активности в разных частотных диапазонах и их взаимосвязи с его ФС в целом. Попытка решения некоторых из них предпринята нами на основе представлений А. Б. Когана о вероятностно-статистической организации нейронных механизмов мозга, А. А. Ухтомского о роли асинхронных процессов в деятельности нервной системы и сведениях о роли неспецифических систем в регуляции ФС ЦНС в условиях бодрствования.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Предлагаемый нами подход к решению проблемы отражения в характеристиках
пространственно-временной организации биоэлектрической активности мозга его ФС основан на критическом анализе данных литературы и детальных экспериментальных исследованиях. В концептуальном плане пространственно-временная организация биоэлектрической активности коры головного мозга человека, проявляющаяся в характеристиках локальной и дистантной синхронизации биопотенциалов, рассматривается как отражение ФС ЦНС, Деятельность неспецифических структур рассматривается как нейрофизиологическая основа системы регуляции ФС. Их деятельность обуславливает эффективность функционирования основных «рабочих единиц» мозга — нейронных ансамблей и их функциональных блоков. Последнее достигается посредством увеличения или, напротив, снижения разнообразия временных паттернов активности составляющих их элементов. Синхронизация активности элементов, проявляющаяся в повышении уровня локальной синхронизации биопотенциалов (ЛСБП), а на уровне коры головного мозга — в соответствующих изменениях показателен ДСБП, является, таким образом, отражением снижения функциональной активности систем переработки информации, их функциональной иммобилизацией. Вследствие реципрокного характера отношений, существующих между корой и рядом подкорковых структур, «выключение» образований одного уровня может приводить к активации деятельности других, реализующих в системе иные функции. Именно этот механизм может обеспечить координацию деятельности различных образований ЦНС, создание оптимальных условий для реализации качественно различных этапов в пределах целостного поведенческого акта.
Таким образом, цель настоящей работы состояла в развитии концепции М. И. Ливанова о значении феномена син:ро-низации в деятельности мозга на основе экспериментального исследования пространственно-временной организации лга-электрической активности коры головного мозга человека в динамике бодрствования. Практическим приложением результатов исследования должна была стать разработка критериев диагностики ФС человека на основе использования ЭЭГ-пока-зателей.
В задачи исследования входило:
— изучить особенности пространственно-временной организации биоэлектрической активности коры головного мозга человека в состоянии спокойного бодрствования;
исследовать закономерности изменения показателей Л и ДСБП мозга на этапе подготовки к решению мыслительных задач различного типа;
оценить зависимость изменений показателей пространственно-временной организации биопотенциалов коры от субъективной сложности выполняемой деятельности;
исследовать различия в изменении уровня ДОБП коры головного мозга человека в области низких (дельта и тета) и высоких (альфа и бета) ЭЭГ-частот в динамике интеллектуальной деятельности;
разработать на основе экспериментальных исследований и анализа данных литературы концептуальную модель, отражающую роль синхронных и асинхронных процессов в системной деятельности мозга;
разработать ЭЭГ-критерии и практические рекомендации по созданию автоматических систем диагностики ФС человека в динамике бодрствования.