Введение к работе
Актуальность проблемы. В исследованиях нейрофизиологических мов высшей нервной (психической) деятельности человека регистра-ія с поверхности головы "суммарной" или "фоновой" эле к гроз н це фа->граммы (ЭЭГ) является одним из основных методов. Он остается ззаменимым при изучении специфически человеческих вербально ігсросигкалько) опосредованных форм деятельности, имеющих разверстую во времени операциональную структуру, которая далеко не ;егда поддается четкому, фиксированному расчленению во времени. >и исследовании мышления, сложней операторской деятельности и п., когда, как правило, можно однозначно констатировать лишь ічало выполнения задания и его результат, суммарная ЭЭГ позео-)ет получать различные электрофизиологические характеристики *жима работы мозга, усредненные за достаточно длительные проме-/тки времени. При этом, однако, информативность результатов :раничивается известной "неспецифичностью" основных типов реак-яй, улавливаемых с помощью большинства традиционных ЭЭГ-методов. «сое ограничение определяется с одной стороны недостаточной /вствительностыо ЭЭГ-показателей к особенностям функционального зстсяния регистрируемых пунктов ксры> а с другой - недостаточной Еизиологичн остью" различий между используемыми психологическими зетами, их неадекватностью возможностям ЭЭГ-метода.
Разрешающая способность ЭЭГ в индикации тонких изменений /нкциональното состояния мозга может быть существенно повышена і счет использования ЭЭГ-показателей, характеризующих системную, рехде всего пространственную, организацию биоэлектрической ктивности (Клайнс, Кон, 1971; Ливанов, 1972; Монахов и др., 1983 др.). Основанное на этом использование нейропсихологических роб позволяет получать (при условии достаточной чувствительности ЭГ-показателей) довольно дифференцированные ЗЗГ-паттерны опографического распредоленил акгивационных процессов по коре. В астности, на основе использования показателя пространственной инхронизации биопотенциалов больного количества (48) отведений аы ранее удалось физиологически значимо дифференцировать близкие иды интеллектуальной и двигательной деятельности, не различавщие-я большинством традиционных ЭЭГ-методов (Лазарев и др., 1977). В оследнее время топографический подход к анализу ЭЭГ-данных полу-ил самое широкое распространение в различных методах компьютери-эванного картирования (Duffy et al., 1986; Govins et al. 1988;
Gruzelier et al., 1988; Pfurtscheller et al., 1988; John et al.
1989; Nuwer, 1990; Yamairroto, Hatsuoka, 1990 и др.). Однак
эффективность и дифференцирующие возможности картирования е
многом определяются чувствительностью первичных ЭЭГ-показагелей
особенностям функції рнального состояния мозга на локальном уровне
в каждом отдельном ЭЭГ-отведонии. И здесь информативность больший
ства используемых ЭЭГ-показателей, включая характеристики спект
ралыюй мощности ЭЭГ в широких стандартных частотных диапазонах
оказывается недостаточной и чаще ограничиваете
довольно однотипными реакциями, которые обычно трактуют ся в терминах традаций какого-либо одного физиологического пара метра типа "активации", "возбуждения" и т.п.. В то же время слож ность ритмического состава биоэлектрической активности мозга, на личие разнонаправленных реакций в разных частотных диапазонах ста вят вопрос о функциональной качественной неоднородности понята "локальная активация" и необходимости специального исследования е структуры. При этом упомянутое выше представление о более высоко информативности характеристик системной организации биоэлектриче ских процессов остается актуальным и для их исследований на ло калыюм уровне. Такими системно организованными показателями мо гут, очевидно, служить ЭЭГ-факторы, выделяемые на основе известно скорролированнссти множества различных параметров биоэлектрическо активности, регистрируемой в отдельном отведении. Возможность ко личественной оценки индивидуальных значений подобных факторов поз воляет характеризовать действие нескольких независимых ингеграль ных нейрофизиологических механизмов при различных экспериментальн моделируемых функциональных состояниях, в разных отведениях и разных групп людей сообразно их индивидуально-психологическим осо беннсстям, включая группы больных с различными формами психопате логии. Это существенно расширяет возможности ЭЭГ-метода в решени: весьма актуальной задачи дифференцированной оценки многомерно; нзйродинамической структуры функциональных состояний мозга пр; конкретных типах психической деятельности (прежде всего когнитив ной) и ее нарушениях у психически больных, с выделением независи иых и функционально значимых компонентов такой структуры. При это важное методическое значение имеет достаточно подробное и разно стороннее описание биоэлектрического процесса множеством первичны ЭЭГ-признаков, с тем чтобы иметь информативный исходный материа для последующей функционально значимой "интеграции" с помощью фак
)Ного анализа. Упомянутая выис недостаточная чувствительность сазателей спектральной мощности ЭЭГ в широких частотных диапазоне ставит под вопрос, кромо прочего, функциональную адекватность "интогральности". В то же время имеющиеся в ряде с*"'чаов свиде-іьства более высокой разрешающей способности различных визуаль-х и амплитудно-интервальных (периодометрическиуї методов обра-гки ЭЭГ-данных (Vogel et al., 1968; Legewie et. al., 1969; Жир-иская и др., 1977; Itil, 1978; Монахов и др., 1983; Изнак, Чая-з, 1989 и др.) говорят о целесообразности отделения амплитудных эактеристик биоэлектрических колебаний от других параметров: ин-<са (временной представленности волн определенного частотного апазона), средней частоты, регулярности ритмов и др. с их оцен-Я независимо от мощности отдельных колебаний. Такой первичный териал при его последувдей "интеграции" с помощь» факторного ализа позволяет рассмотреть весьма важную методическую пробле-: насколько физиологически адекватно показатели спектральной цности стандартных частотных диапазонов объединяют в себе такие теє дробные первичные признаки ЭЭГ как индекс, амплитуда и др..
Цель и задачи исследования. Цель .исследования заключалась в явлении основных факторов, влияющих на дисперсии различных эаметров биоэлектрической активности мозга (определяя их эрролированность), и, очевидно, отражающих действие тех зависимых нейрофизиологических механизмов и процессов, которые зеделяют специфику многомерной нейродинамической структуры (кционального состояния различных областей мозга при разных тах психической деятельности в- норме и при ее нарушениях у іхически больных. Исходя из этого, перед настоящим следованием были поставлены следующие задачи.
-
Систематизировать литературные данные по часготне-амплитуд-м показателям ЭЭГ и выделить инфорыатиный набор характеристик, :таточно подробно описывающий различные стороны биоэлектриче-эго процесса и их корреляции о психологическими феноменами.
-
Исследовать с помощью факторного анализа характер взаимосвя-шости выбранных показателей ЭЭГ в фоне (при спокойной оодрстве-іии) и при различных состояниях психической деятельности.
-
Рассматривая "сжатую" в ЭЭГ-факторы информацию как сбобщен-з отражение независимых нейрофизиологических процессов, оценить цивидуальные и среднегрупповые значения этих факторов при раз-
личных видах деятельности как качественно разнородные и более интегральные (т.е. предположительно более адекватные сложным формаи психической деятельности) характеристики многомерной нейродинами-мической структуры соответствующих функциональных состояний мозга.
-
Опираясь б оснетном на поведенческие критерии и психологические корреляты попытаться дать физиологическую интерпретацию и описать некоторые " функциональные свойства определенных ЭЭГ-факторов на основе иэвостных свойств входящих в их структуру первичных ЭЭГ-признаков и характера изменений значений этих факторов при различных когнитивных и двигательных тестах. Выделить те из первичных признаков, которые наиболее тесне связаны с основными факторами.
-
На основе оценки значений ЭЗГ-факторов исследовать нейроди-намическую организацию различных типов когнитивной и двигательной деятельности и, учитывая топографические особенности пространственного и мезшолушарного распределения этих интегральных показателей, попытаться выявить более- или менее "специфические" различия между разными видами деятельности на локальном уровне, опираясь на структуру локального биоэлектрического процесса.
-
Исследовать половые и возрастные особенности нейродинамиче-скей организации состояний спокойного бодрствования, а также ее возможные корреляции с типологическими особенностями (свойствами) нервной системы.
-
Проверить информативность и чувствительность предлагаемых методов аиализа ЭЭГ к особенностям функционального состояния мозга при трудно дифференцируемых асгеноподобных нарушениях когнитивных процессов, широко распространенных среди больных с пограничным уровнем проявления вялотекущей шизофрении и циклотимии с разной длительностью течения заболевания.
-
Исследовать конкретные локальные и топографические характеристики факторной структуры ЭЭГ в фоне и при интеллектуальной деятельности (как адекватном аналоге функциональных проб) у больных с указанными психопатологическими проявлениями с целью изучения нейрофизиологических основ соответствующих нарушений мозговых функций и поиска биологически обоснованных критериев дифференциальной диагностики.
Научная новизна работы. Впервые проведено систематизированное сследование взаимосвязаннее основных амплитудно-интервальных иериодометрических) параметров локальных биоэлектрических процес-эв, регистрируемых в разных областях мозга при шир'".ом спектре ункциональных состолний спокойного бодрствования и психической зятельности. В результате применения факторного анализа удалось эказать, что у здоровых людей и больных с эндогенными астениче-кіши расстройствами пограничного уровня основной объем дисперсии зрвичных ЭЭГ-ггризнаков описывается тремя генерализованными и од-им регионарным ЭЭГ-фактсрами, структура которых очень устойчива и з которыми, очевидно, сгояг независимые нейрофизиологические провесы (интерпретированные как "общая активация", "корковое возбуж-зние" и "активное избирательное тормохоние"), действие которых ^повременно представлено в каждом отдельном отведении. Индивиду-льные значения этих факторов могут служить интегральными количе-гвенными ЗЭГ-показагелями выраженности указанных независимых провесов, баланс между которыми определяет специфику нейродинаыиче-кой организации конкретных типов психической деятельности и стра-ается в соотношении значений соответствующих ЭЭГ-факторов. Оценка эдобных соотношений позволила впервые выявить и физиологически здержательно интерпретировать тонкие нейродинамические различия ежду близкими по характеру вилами интеллектуальной, перцептивной
двигательной деятельности, проявляющиеся как на локальном уров-э, так и на уровне топографического распределения значений кахде-э из независимых ЭЭГ-факторов. Удалось показать, что наиболее ощные процессы "общей активации" (десинхронизации ЭЗГ) дифферен-ируют близкие виды деятельности -на локальном уровне в основном яиь сообразно их новизне и субъективной трудности, выявляя более тецифические особенности только в топографических паттернах в иде сравнительно большей активации левого полушария и передних гделов мозга при относительно более вербализованных процессах включая вербально опосредованное активное произвольное внимание),
теменнс-затылочных отделов и правого полушария - при активной эли пространственных и квазипространственных видов синтеза. В то е время более тонкие особенности нейродинаиической организации :ихической деятельности, в большей степени проявляющиеся при ее тгамизации на стадии "врабатывания" при повторных выполнениях шаний, обнаруживаются в балансе между независимыии процессами коркового возбуждения" (отражающимися в росте индекса, частоты и
- б -
регулярности бета-активности) и "активного избирательного тормоз ния" (связанными с увеличением количества низкоамплитудн тета-волн и замедлением альфа-активности). Характерная динами значений соответствующих ЭЭГ-фактсров при разных типах деятели cm позволяет связі-чать "корковое возбуждение" с преобладани сукцессивно (последовательно) организованных ассоциативных тигі умственных действий и, возможно, поиска информации в памяти, в время как "активное избирательное торможение", базирующеес по-видимому, на сложно организованных формах внутренне торможения, более характерно для селективного вытормаживан побочных иррелевантных связей и ассоциаций, связанных произвольным вниманием, а такае с осуществлением симультан организованных и автоматизированных процессов перерабоп информации. Эти факторы, в отличие от "обвей активации характеризуют низкоамплитудный и, вероятно, более дифференцирова; ный режим работы корковых элементов, связанный с состояния» активной деятельности, и не включают в свою структуру МОЩНОСТИ! параметры биоэлектрически:; колебаний. Это имеет важн методическое значение и» возможно, объясняет многие противоречі в литературе по ЗЗГ-коррелятам психических процессов.
Диапазон изменений значений выделенных факторов при различш состояниях бодрствования имеет у каждого индивида определенш траницы, что открывает возможности для построения физиологичеы значимой типологизации 1ШС испытуемых на основе индивидуально: баланса между процессами "общей активации", "коркового возбужд< ния" и "активного избирательного торможения". В частності удалось показать, что более высекая выраженность последш характерна для лиц с более высокой слуховой чувствительность!) более "слабым" типом нервной системы.
Впервые с помощью ЭЭГ-метода удалось идентифицировать иирої распространенные и наиболее трудно диагносцируемые астеноподобнь расстройства когнитивных процессов пограничного уровня у больнь вялотекущей шизофренией. Уделось показать, что данные расстройсп характеризуются избыточностью "коркового возбуждения" и дефиците "активного избирательного торможения", усугубляющихся в боле тяжелых случаях недостаточным уровнем "общей активации" мозге Подобный дисбаланс не наблюдается у больных циклотимией с сходными астеническими расстройствами. Это хорошо согласуется функционально-психофизиологическими свойствами ЭЗГ-фактороЕ
зыявленными в исследованиях на здоровых испытуемых, и позволяет физиологически интерпретировать характерные нарушения внимания и хЗщей селективности когнитивных процессов, свойственные указанным 5ольным шизофренией, как определенные Оазисные расстрг^ства.
Научно-практическое значение. Полученные в работе результаты тредставляют теоретическое и методическое значение для ЭЭГ-иссле-зований высшбй нервной деятельности человека, в определенной мере :истематизируя накопленный в литературе материал по тастотно-амплитудным ЭЭГ-коррелятаы психических процессов и в данном аспекте развивая теорию системной динамической локализации психических функций (Выготский, 1956; Лурия, 1962),
Разработанные методы могут использоваться в практических целях цля тонкой диагностики функциональных состояний мозга человека, что весьма актуально для физиологии труда, инженерной психологии, Ризиологии спорта и т.д.. Результаты работы имеют значение для физиологии индивидуальных различий и дифференциальной психофизиологии и могут найти применение в разработке методов профотбора и ггрофориентации.
Клиническое приложение метода позволяет находить ЭЭГ-корреляты весьма тонких нарушений психической деятельности, что дает основание для выработки объективных нейрофизиологических критериев клас-зификации разных типов эндогенных психических заболеваний, включая пограничный уровень их проявления - широко распространенный и наиболее трудный для дифференциальной диагностики. Это позволило широко использовать результаты работы в клинике НИИ клинической психиатрии ВЩ психического здоровья АМН СССР для диагностики и контроля состояния больных. Далънёйиие специальные разработки позволят применять предложенные методы для раннего выявления эндогенных психических заболеваний, определения групп риска и в целях прогноза развития болезни.
Результаты работы могут использоваться также в пагс— и нєйропсихолотических исследованиях и для диагностики локальных поражений мозга. Они неоднократно использовались в лекционных и практических занятиях на IV курсе кафедры нейро- и патопсихологии факультета психологии ІІГУ им. U.В.Ломоносова.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 35 научны; работ, в том числе статьи в коллективных монографиях "Нейрофизиологические основы психической деятельности" (Итоги науки и техники, серия "Физиология человека и животных", т. 24, М.: ВИНИТИ AI СССР, 197Э) и "Функции лобных долей мозга" (Ы.: Наука, 1982).
Материалы диссертации представлялись на совместной конфоренциі Института психиатрии АМН СССР, кафедры психиатрии ЦОЛИУВ и больницы им. П.П.Кашенко.(1981); заседании секций Московского физиологического общества и Общества невропатологов и психиатров (1986)! региональной научно-технической конференции "Медицинские информационные системы" (Таганрог, 1987); Всесоюзной конференции "Сравнительная физиология высшей нервной деятельности человека и животных" памяти Л.Г.Воронина (Москва, 1988); VII съезде Общества психологов СССР (Москва, 19891; Всесоюзной научно-технической конференции "Человеко-машинные системы и комплексы принятия решений' (Таганрог, 1989); IX Всесоюзной конференции по нейрокибернетик! (Ростов-на-Дону, 1989); XXVIII Совещании по проблемам высшей нервной деятельности (Ленинград, 1989); Луриевских чтениях по нейропсихологии (Иосква, 1989); II Международном симпозиуме по компьютеризованному топографическому картированию биоэлектрической активности головного мозта (Москва, 1989); семинаре научно-исследовательского центра FIDIA (Падуя, Италия, 1989); I и II Международны) конгрессах по электромагнитной топографии мозга (Осака, Япония, 1990; Торонто, Канада, 1991); а также на научных конференциях ВН1 психического здоровья АМН СССР (1985-1987) и НИИ общей и судебно{ психиатрии им. Сербского (1985) и неоднократно обсуждались ш заседаниях лабораторий нейрофизиологии, патопсихологии и математического анализа ВНЦ психического здоровья АМН СССР (1984-1990).
Официальная апробация работа была проведена на межлабораторноі научной конференции ВНЦ психического здоровья АМН СССР 14 ма^ 1991 г. и на заседании кафедры физиологии высшей нервной деятельности Биологического факультэта ИГУ им. М.В.Ломоносова 17 ма* 1991 г..
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состой'; из введения, 10 глав, выводов и списка цитированной литературы. I глава посвящена аналитическому литературному обзору, II - описанию методик и Ш-Х главы -, экспериментальным результатах! и ю обсуждению. Все главы имеют заключения с кратким изложением И)