Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Исследованиями последних лет показано, что существуют корреляционные связи между электроэнцефалографическими показателями работы мозга и функциональными характеристиками текущего состояния человека, в частности, уровнем его общей активации, самочувствием и эмоциональным состоянием [Калашникова, 1995; Костюнина, Куликов, 1995; Crawford et al., 1996; Костюнина, 1998; Krause et al., 2000; Aftanas et al., 2004]. Тесная взаимосвязь между этими электро-, нейро — и психофизиологическими процессами лежит в основе метода биологической обратной связи по ЭЭГ (ЭЭГ-ОС, нейрофидбэк, нейротерапия). Сущность метода состоит в том, что испытуемый, пользуясь различными техниками (физическое расслабление, психическая релаксация или, наоборот, концентрация внимания), целенаправленно изменяет свое психическое состояние, ориентируясь на сигнал обратной связи, информирующий об амплитудно-частотных характеристиках ЭЭГ.
Одним из наиболее часто применяемых протоколов ЭЭГ-ОС является т. н. альфа-тета тренинг. Сущность тренинга состоит в проведении сеансов ЭЭГ-ОС, направленных на изменение соотношения мощности α- и ө-ритмов. Сеансы, целью которых было увеличение соотношения мощности α- и ө-ритмов показали свою эффективность для лечения неврозов, эндогенной депрессии, нарушений сна, аддиктивных расстройств, синдрома хронической усталости, снижения тревожности, а также для снятия психоэмоционального напряжения после интенсивной работы на персональном компьютере [Rice et al., 1993; Сороко, и соавт., 1995; Hammond, 1999; Тюнин, Павленко, 2005]. Тренинг на увеличение мощности родственного α-ритму сенсомоторного ритма показан для лечения судорожных расстройств [Sterman, 1996].
Несмотря на то, что альфа-тета тренинги нашли своё практическое применение, о природе благоприятного влияния сеансов ЭЭГ-ОС на процессы, протекающие в ЦНС и организме в целом, имеются пока лишь отдельные предположения. Так, высказаны гипотезы, что результатом подобных тренингов является изменение возбудимости нейронов неокортекса при перестройке восходящих влияний от вентробазального комплекса таламуса [Sterman, 1996] или от неспецифических стволовых систем аминергической природы [Lubar, 1997].
Для проверки этих предположений представляет логично изучить не только изменение частотного паттерна ЭЭГ в процессе тренинга и по его завершению, но и характер изменений эндогенных компонентов т. н. связанных с событиями ЭЭГ-потенциалов (ССП). Установлено, что амплитудные характеристики ССП в значительной степени определяются активностью неспецифических восходящих систем головного мозга, благодаря чему отражают текущее нейро — и психофизиологическое состояние человека [Birbaumer et al., 1990]. Ранее нами показано, что однократные сеансы альфа-тета-тренинга приводят к значимому сокращению времени сенсо-моторной реакции и росту амплитуды условной негативной волны, зарегистрированных в условиях двустимульной экспериментальной парадигмы с предупредительным и исполнительным сигналами [Павленко и соавт., 2001]. Однако особый интерес представляет изучение характера изменений ССП в экспериментальной ситуации с внутренним отсчетом заданных временных интервалов. Такая экспериментальная парадигма вовлекает испытуемого в один из сложных видов деятельности, требующий отмеривания временных интервалов, включает подготовку самоинициируемого движения и обеспечивает значительный уровень неопределенности [Павленко, Конарева, 2000]. Есть основания ожидать, что регистрируемые в указанной экспериментальной ситуации эндогенные компоненты ССП, включающие в себя потенциал готовности (ПГ), УНВ и потенциал Р300 под влиянием ряда сеансов ЭЭГ-ОС будут претерпевать характерные изменения.
Нужно также отметить, что однократные сеансы альфа-тета-тренинга позволяют достичь увеличения соотношения мощности α- и ө-ритмов лишь отдельным испытуемым, в то время как в целом по группе наблюдаются лишь тенденции к статистически незначимому изменению мощности ритмов ЭЭГ [Павленко и соавт., 2001; Конарева, 2005]. Продолжительная серия из 10-15 сеансов приводит к достаточно устойчивым изменениям мощности ритмов ЭЭГ у большинства участников исследований [Hammond, 2005]. Динамика же частотного паттерна ЭЭГ на протяжении относительно короткого тренинга, состоящего из трех сеансов ЭЭГ-ОС, остается недостаточно изученной.
Цель работы – изучение нейрофизиологических особенностей, связанных с уровнем тревожности у человека. Изучение закономерностей изменений ритмов электроэнцефалограммы (ЭЭГ), в том числе параметров поддиапазонов альфа-ритма, при использовании методики биологической ЭЭГ-обратной связи;
Для достижения указанной цели были поставлены следующие Задачи:
1. Проведение сеансов биологической обратной связи, направленных на
увеличение соотношения альфа — и тета-ритмов головного мозга;
2. Регистрация текущей ЭЭГ в состоянии покоя (спокойного бодрствования) с
закрытыми и открытыми глазами и запись электрокардиограммы (ЭКГ) для;
анализа динамики кардиоинтервалов;
3. Психофизиологические исследования динамики изменения ритмов ЭЭГ, в том
числе параметров поддиапазонов альфа-ритма, при использовании методики
БОС по ЭЭГ;
Объектом исследования курсовой работы является психофизиологический статус людей с различным уровнем тревожности.
Экспериментальная часть работы выполнена на кафедре физиологии человека и животных и биофизики биологического факультета Таврического национального
Университета им. В. И. Вернадского.
Проводились психологические тестирование такие как: Спилбергера – Ханина, 16-ти факторный личностный опросник Кеттелла.
Регистрацию ЭКГ осуществлялось по общей принятой методике, до и после эксперимента. Через лабораторный интерфейс сигналы подавали на компьютер, где с помощью программы “Polygraph” анализировали динамику R–R интервалов и рассчитывали индекс напряженности (ИН) вегетативной нервной системы по Р. М. Баевскому.
Отведение ЭЭГ осуществлялось по общепринятой методике с помощью автоматизированного комплекса, состоящего из электроэнцефалографа, лабораторного интерфейса и компьютера. Рабочей программой была «EEG Mapping 3» (программист Е. Н. Зинченко). ЭЭГ-потенциалы отводили монополярно, во фронтальных (F3, F4), центральных (С3, С4), теменных (P3, P4), височных (T3, T4), затылочных (O1, O2) зонах мозга согласно системе 10–20. Референтным электродом служили объединенные контакты над сосцевидными отростками черепа. Параметры фильтра высоких частот и фильтра низких частот составляли соответственно 1.5 Гц и 35 Гц, частота оцифровки сигнала составляла 250 c–1.
Исследование включало в себя регистрацию фоновой ЭЭГ при закрытых глазах, при открытых глазах. Проводился спектральный анализ ЭЭГ с расчетом мощности в диапазонах: тета-ритма (4-8 Гц), альфа-ритма (8-13 Гц), сенсомоторного-ритма (12-15 Гц), бета1-ритма (16-20 Гц), бета2-ритма (21-30 Гц). Поскольку ЭЭГ регистрировалась не только в центральных отведениях, где обычно преобладает данная активность, то вслед за Т. Эгнером сенсомоторную активность в диапазоне 12-15 Гц будем называть низкочастотным бета-ритмом [Egner, Zech, Gruzelier, 2004]. Частота альфа-ритма определялась как среднее арифметическое значение частот в диапазоне альфа-ритма, имеющих максимальную амплитуду на отрезках записи длительностью 2.56 с. Также рассчитывались отношения мощности альфа-ритма к мощности тета-ритма, мощности низкочастотного бета-ритма к мощности тета-ритма, мощности бета1-ритма к мощности тета-ритма. Степень десинхронизации или коэффициент реактивности (КР) рассчитывали, как отношение мощности альфа-ритма при закрытых глазах к аналогичному показателю при открытых глазах.
Спектры ЭЭГ были рассчитаны отдельно для двух записей (запись ЭЭГ с закрытыми глазами, запись ЭЭГ с открытыми глазами). Длительность каждой записи составляла 5 минут.
Данные электрофизиологического исследования и показатели психологических тестов количественно обрабатывались посредством стандартных методов вариационной статистики.
Обзор литературы:
Биологическая обратная связь как метод изменения функционального состояния головного мозга
Под биологической обратной связью (ЭЭГ-ОС) понимается использование электронного приспособления для обнаружения, усиления и представления в подходящей сенсорной форме обычно не воспринимаемых физиологических процессов. Биологическая обратная связь позволяет достичь осознания и произвольной регуляции функциональных процессов.
Биологическая обратная связь по ЭЭГ – вариант метода биологической обратной связи, при котором модификации путем условнорефлекторного обусловливания подвергаются отдельные ритмы ЭЭГ в различных комбинациях в зависимости от характера и выраженности нарушения. В основе нейрофизиологических механизмов ЭЭГ-ОС лежит создание единого доминантного процесса для определенных условий. Считается, что сеансы ЭЭГ-ОС нарушают и впоследствии изменяют функциональные системы, определяющие устойчивое патологическое состояние [Сороко, Мурсалиев, Комаровер, Соложенкин, 1995, Бехтерева, Камбарова, Поздеев, 1978]. В настоящее время разработаны различные методы биологической обратной связи по электроэнцефалограмме (ЭЭГ-ОС) для коррекции синдрома нарушения внимания и гиперактивности, эпилептических синдромов, различных форм депрессии, тревожных нарушений и др. Человек, включенный в цепь компьютерной биологической обратной связи по ЭЭГ, получает возможность реализовать адаптивное управление функциями, нуждающимися в коррекции.
Независимо от способа регистрации в ЭЭГ выделяют следующие типы ритмических колебаний, различающиеся по своим частотным и функциональным характеристикам.
Дельта-ритм состоит из высокоамплитудных (амплитуда более 20 — 200 мкВ) волн частотой 0,5-4 Гц [Александров, 1997]. Дельта-ритм наблюдается в ЭЭГ человека, находящегося под наркозом или при поражении кортикальных отделов мозга (опухоль или острый травматический очаг). Максимальная амплитуда его регистрируется тогда на границе опухоли или очага. Дельта-ритм может встречаться и в ЭЭГ здорового человека, как во время сна, так и при бодрствовании. Однако в последнем случае амплитуда его не должна превышать 20-30 мкВ [Гусельников, 1976].
Тета-ритм имеет частоту 4-8 Гц и амплитуду от 20 до 100 мкВ (и даже более). Связан с поисковым поведением, усиливается при эмоциональном напряжении [Александров, 1997]. П. В. Симонов считает, что тета-ритм связан с квантованием извлекаемых из памяти энграмм (Симонов, 1997). У человека выраженность тета-ритма в ЭЭГ зависит от возраста, фона основной активности, степени умственного напряжения. Признаком патологии, видимо, надо считать высокое содержание симметричных тета-волн, а также асимметричные и пароксизмальные тета-волны у взрослого человека в состоянии бодрствования [Гусельников, 1976; Silberstein 1995].
Альфа-ритм состоит из волн с частотой 8-14 Гц и амплитудой до 100 мкВ, характерен для ЭЭГ взрослого здорового человека в состоянии спокойного бодрствования (при закрытых глазах). При пассивном расслаблении доминирует частота 8-9,5 Гц, а при пассивном внимании или ожидании — 9,5-14 Гц. Часто амплитуда колебания альфа-ритма постепенно увеличивается, а затем уменьшается. Этот феномен получил название «веретено альфа-ритма». Длительность веретен составляет от долей секунды до нескольких секунд [Александров, 1997;].
Бета-ритм обусловлен активным состоянием ретикулярной формации (РФ) и состоит из быстрых волн (14-30 Гц) с амплитудой до 20 мкВ. Наиболее выражен в лобных областях, но при различных видах интенсивной деятельности резко усиливается и распространяется на другие области мозга. В его диапазоне выделяют два частотных субкомпонента: бета-1 (14-25 Гц) и бета-2 (25-30 Гц). Усиление первого отмечается при гипоксических изменениях функционального состояния ЦНС [Жирмунская и соавт., 1984]. Бета-ритм постоянно присутствует в фоновой ЭЭГ и в норме не регулярен; чаще регистрируется у женщин, чем у мужчин. Он отражает двигательную активацию или тактильную стимуляцию и связан с соматическими, сенсорными и двигательными корковыми механизмами. Полагают, что он характерен для гипервозбудимости роландической коры или ее афферентной системы, так как четко выражен при эмоциональном или нервном напряжении, проявлении возбуждения или беспокойства, а также в состоянии тревоги.
Психофизиологические особенности формирования тревожности у человека
С самых первых упоминаний о страхе он рассматривался как переживание, главная особенность которого — его предвосхищающий характер; это утверждение является ведущим и в философской, и в психологической литературе на протяжении всей истории описания и изучения этого явления [Прихожан, 2000].
Научно – психологическое страха и тревоги, равно как и эмоциональных явлений в целом, ведет свое начало от труда Ч. Дарвина «Выражение эмоций у человека и животных». Основной упор делался на два основных положения [Калуев, 1998]:
· Способность к переживанию страха, являясь врожденной особенностью человека и животных, играет значительную роль в процессе естественного отбора;
· На протяжении жизни множества поколений этот адаптивный механизм совершенствовался, т. к. побеждал и выживал тот, кто оказывался наиболее искусным в избегании и преодолении опасности.
В периферической теории эмоций Джемса – Ланге страх рассматривается как одна из трех сильнейших эмоций наряду с радостью и гневом; тревога понималась как одна из форм страха. Страх – неподдельный и онтогенетически ранний инстинкт человека. В целом можно выделить следующие основные моменты:
· Рассмотрение страха и как эмоции, и как инстинкта;
· В отличие от Дарвина, страх оценивается как выполняющий приспособительную функцию лишь в очень ограниченных пределах, а в основном приносящим вред;
· В качестве источников страха выделяются не только естественные, но и сверхъестественные явления и объекты.
Таким образом, в классических теориях эмоций страх рассматривается как базовая эмоция, связанная с реакцией на внешнюю угрозу. Именно врожденный характер страха обуславливает общность внешних и внутренних симптомов его проявления не только у людей, принадлежащих к разным культурам, но и у высших животных.
Тревожность и страх рассматриваются как очень близкие явления. И то, и другое, – эмоциональные реакции, возникающие на основе условного рефлекса. Они, в свою очередь, создают почву для широкого репертуара инструментальных, оперантных реакций избегания, на основе которых и происходит социализация индивида, и возникают (в случае закрепления неадаптивных форм) невротические и психические нарушения.
В работах основателя бихевиоризма Дж. Уотсона [Калуев, 1998] страх рассматривается как фундаментальная, врожденная эмоция. Согласно бихевиоральным взглядам, эмоции – специфический тип реакций, прежде всего висцеральных. Именно такое понимание легло в основу вывода о том, что страх появляется с самого момента рождения. В качестве стимулов, вызывающих реакции типа страха у новорожденных, он рассматривал лишение опоры, шум, громкие звуки, и пр. В дальнейшем развитие страха осуществляется по линии расширения его объектов и происходит на основе условных рефлексов. Постулируется вывод о значительной устойчивости приобретенного страха. Вызвать приобретенный страх достаточно легко, добиться же его угасания чрезвычайно трудно. Это, как правило, связано с тем, что обычно неизвестен тот первичный раздражитель, на котором «завязался» приобретенный страх. Если была бы возможность вычленить этот первоисточник, то процесс борьбы со страхом оказался бы более эффективным, поскольку, воздействуя непосредственно на него, возможно разомкнуть связь и лишить некоторые объекты их угрожающего содержания.
Одним из существенных вопросов, важных для понимания причин тревожности, является проблема локализации ее источника. Как указывалось, выделяются в основном два типа источников устойчивой тревожности: длительная внешняя стрессовая ситуация, возникшая в результате частого переживания состояний тревоги, с одной стороны, и внутренние психологические и/или психофизиологические – с другой. Важным остается вопрос о том, возникают ли под влиянием этих разных источников различные типы тревожности, или это одно и то же явление, анализ причин которого проведен на разном уровне или разведен во времени. Ряд авторов [Забродин и др., 1985], придерживаясь представления о том, что разная локализация тревожности порождает разные типы тревожности, предлагает ввести термины «внешняя» и «внутренняя», личностная, тревожность, ссылаясь на положение С. Л. Рубинштейна о действии внешнего через внутреннее. При этом психологический конфликт понимается в основном как конфликт между оценкой индивидом определенной ситуации как угрожающей (вне зависимости от ее объективных характеристик) и отсутствием необходимых средств для ее избегания или преодоления. Это представление находится в ряду теорий психологического стресса и тревоги как его компонента, связывающего их возникновение с когнитивной оценкой угрозы. Последняя предполагает, что процесс подобной оценки состоит из нескольких этапов:
· Непосредственная оценка ситуации как угрожающей;
· Поиск и отбор средств преодоления угрозы;
· Когнитивная переоценка ситуации и изменения отношения к ней.
Таким образом, можно говорить о том, что в случае устойчивой тревожности влияние стресса, в т. ч. и травматического, оказывается опосредованным внутриличностными факторами, что отражается в феноменах оценки и переоценки стрессовых ситуаций. Это снимает проблему локализации источника тревоги, «внешней» и «внутренней» тревожности. В данном случае речь должна идти о едином явлении, имеющем как внешние, так и внутриличностные источники.
В отечественной психологии первым выдвинул проблему внутреннего конфликта Мясищев [Мясищев, 1960]. Он определял такой конфликт как особое сочетание объективных и субъективных факторов, нарушающее значимые отношения личности и способствующее вследствие этого устойчивому переживанию эмоционального напряжения, интенсивность которого определяется субъективной значимостью для личности нарушенных отношений.
В современной патопсихологии тревога определяется как отрицательная эмоция, направленная в будущее и вызывающая ощущение неопределенной угрозы. При более широком подходе этим термином обозначают комплекс нервных, соматических и психических изменений, возникающих в ожидании возможной угрозы (реальной или воображаемой) и имеющих целью подготовить организм к реакции «борьбы или бегства». Принято различать нормальную тревогу, вызываемую реальной ситуацией и являющуюся по интенсивности и длительности адекватной ей, и патологическую, целиком обусловленную болезненным процессом или чрезмерно тяжелую и длительную по сравнению с вызвавшей ее причиной. В основе реакций нормальной и патологической тревоги лежат одни и те же процессы, но во втором случае они выражены намного интенсивнее [Нуллер, Михаленко, 1988].
Вариабельность ритма сердца
О вариабельности ритма сердца традиционно судят по длительности РР-интервалов ЭКГ, хотя более правильным будет рассматривание длительности РР-интервалов, так как именно начало зубца Р Как раз иявляется началом нового сердечного цикла, связанного с возбуждением синусового узла. Склонность к оценке РР-интервалов связана с тем, что зубец Р, особенно во втором стандартном отведении, наиболее легко выделить из ЭКГ-сигнала при компьютерной обработке, в силу того, что он является наибольшим по амплитуде. Для регистрации ВРС кроме ЭКГ можно использовать и другие методы, записывающие циклы сердечных сокращений (реогра-фию, плетизмографию, допплерографию магистральных артерий, эхокардиографию).
ВРС отчетливо видна при графическом представлении последовательности длительностей РР-интервалов за определенный временной промежуток (рис. 1). В данном случае по оси ординат откладывается длительность РР-интервалов. Если по оси абсцисс откладывается номер кардиоинтервала, то она называется кардиоинтервалограммой, если время – кардиоритмограммой(или просто ритмогоаммой). Существуют свои особенности построения ритмограммы, связанные с тем, что по оси абсцисс откладывается время в секундах, а RR-интервалы имеют неодинаковые длительности, несоответствующие целой секунде.
Выделяют несколько видов волн в ритмограмме: короткие (s-волны) с периодом колебаний от 2.5 до 9 с, средние (m-волны), имеющие период колебаний от 10 до 20 с, и длинные (L-волны), возникающие с периодом 30-90 с.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ, ЛЕЖАЩИЕ В ОСНОВЕ ВРС
Хорошо известно, что интервал между циклами сердечных сокращений зависит от
Ритмической активности пейсмекерных клеток синусового узла. В свою очередь
Ритмическая активность находится под нервным и эндокринным контролем, а также
Под влиянием ряда гуморальных факторов, изменяющих порог спонтанной
Деполяризации пейсмекеров синусового узла. Последнее приводит, соответственно, к
Увеличению или уменьшению интервала между циклами сердечных сокращений и,
Следовательно, ЧСС. Поэтому факторы, регулирующие ЧСС, будут определять и
Вариабельность сердечного ритма. Важная особенность этого процесса заключается в
том, что активность (уровень действия) названных факторов изменяется с
Определенной периодичностью. Кроме периодических влияний различных факторов в
ВРС имеются также и непериодические составляющие. Они, как правило, связаны со
Случайными событиями. Такими событиями могут быть глотание, раздражения со
Стороны внешней (звуковое или световое воздействие) или внутренней (внезапное
Усиление перистальтики кишечника) среды, изменение положения тела.
Механизмы образования высокочастотных Волн.
Как правило, высокочастотные волны на спектрограммах здоровых людей
представлены лишь одним пиком, в большинстве случаев расположенным на 0.2-
0.3 Гц. Сейчас не вызывает сомнения, что высокочастотные колебания в ВРС
связаны с актом дыхания. Доказательством дыхательной природы
высокочастотного колебания в ВРС служит совпадение частоты дыхания (ЧД) с
Частотой высокочастотного пика спектрограммы. Расположение данного пика
Меняется и при изменении ЧД. При ЧД 21 цикл в 1 мин пик располагается на 0.1 Гц.
Что высокочастотная составляющая ВРС связана с дыханием. С каждым вдохом
Длительность RR-интервалов уменьшается, с каждым выдохом – увеличивается.
Механизмы формирования очень низкочасТотных колебаний.
Больше всего неясностей возникает при рассмотрении механизмов формиро-
Вания более медленных колебаний в сердечном ритме, то есть в очень
Низкочастотном диапазоне спектра. У большинства здоровых людей в данном
Диапазоне имеется лишь один пик колебаний, расположенный около 0 Гц, чаще
Всего на 0.003-0.007 Гц (рис. 4), поэтому он называется околонулевым пиком (41)
Однако при этом может также встречаться множество сопутствующих
дополнительных пиков по всему низкочастотному диапазону.
Формирование рассматриваемых волновых колебаний может быть, по-видимому,
Обусловлено влиянием надсегментар-ных отделов автономной нервной системы,
Эндокринных или гуморальных факторов на синусовый узел, а также
Опосредованно метасимпатиче-ской нервной системой сердца.
Влияние гормонов на RR-интервалы может осуществляться благодаря их
Непосредственному действию на структуры синусового узла (в нем имеются
Соответствующие рецепторы), через изменение метаболизма миокарда, или
Воздействием на мембранные рецепторы этих гормонов в центральной нервной
Системе, если гормоны проникают через гематоэнцефалический барьер.