Взаимосвязь ээг-характеристик с уровнем бодрствования - электроэнцефалограмма и функциональные состояния человека

Введение

Спокойное бодрствование является одним из целого спектра состояний человека. Их существование столь очевидно, что до недавнего времени вопрос об особенностях каждого из них, о способах их объективной идентификации вообще не ставился в практическом плане. Ситуация коренным образом изменилась тогда, когда стало очевидно, что состояние человека в значительной степени определяет качество протекания всех без исключения психических процессов, эффективность деятельности, саму возможность ее реализации.
Обращаясь к истории развития отечественной физиологической науки следует отметить, что в ней на протяжении длительного времени последовательно высказывались идеи об определяющей роли состояния для деятельности как отдельных органов и их систем, так и организма в целом. Как отмечал, в частности, А. А.Ухтомский   (1978, с.7), &ldquo-нормальное отправление органа (например, нервного центра) в организме есть не предопределенное, раз навсегда неизменное качество данного органа, но функция его состояния&rdquo-. Еще в 1911 году, в своей магистерской диссертации он писал: &ldquo-Нормальная кортикальная деятельность происходит не так, будто она опирается на раз навсегда определенную и постоянную функциональную статику различных фокусов как носителей отдельных функций- она опирается на непрестанную межцентральную динамику возбуждений в... центрах, определяемую изменчивыми функциональными состояниями всех этих аппаратов&rdquo-.
Разработка П.К.Анохиным (1968) теории функциональных систем привела к наполнению известного в физиологии термина &ldquo-функциональное состояние&rdquo- качественно новым содержанием, определила его положение в системе физиологических категорий.
В настоящее время проблеме функционального состояния в различных ее аспектах посвящены многочисленные исследования, обобщенные в ряде монографий и тематических сборников (Н.Н. Данилова, 1985- М.Н.Ливанов и др., 1988- B. Н.Кирой, 1991 и др.). Интенсивно разрабатываются как ее теоретические аспекты, связанные с пониманием механизмов формирования состояния, так и сугубо прикладные, направленные на разработку методов и технических средств контроля и прогноза функционального состояния, прежде всего - человека-оператора.
На уровне обыденного сознания дифференциация большинства состояний человека представляется задачей тривиальной. До известной степени это действительно так, поскольку мы ежедневно и достаточно эффективно решаем эту задачу, строя на этой основе наше поведение и взаимоотношения с другими людьми. Для того, чтобы выяснить, в каком состоянии находится человек, зачастую достаточно уже внешнего наблюдения за его поведением. Именно таким образом мы дифференцируем состояния спокойного бодрствования (покоя), сна, активного, в том числе, эмоционального бодрствования и некоторые другие. И в нашей общественной практике поведенческие критерии, как правило, оказываются достаточными. Да, при этом существует определенная вероятность совершения ошибки, но практически всегда есть возможность проверки и коррекции своего поведения по результатам этой проверки. Да и цена этих ошибок зачастую невелика.
Иное дело научные наблюдения и объективный контроль за состоянием человека, деятельность которого может иметь катастрофические экономические или социальные последствия - человека-оператора. В практике научных исследований идентификация того или иного состояния осуществляется на основе разностороннего контроля личности с использованием комплекса качественно различных показателей. Иногда для целенаправленного формирования состояния используется включение человека в какую-либо деятельность, а результаты ее выполнения наряду с другими объективными и субъективными оценками учитываются при оценке его текущего состояния. Традиционно в этих целях используются и интеллектуальные задания, спектр которых чрезвычайно широк.
Создание и широкое внедрение в практику автоматизированных систем управления, в которых человеку отводятся наиболее ответственные функции, связанные с принятием решений, существенно повысило уровень требований к его наличному состоянию. Сегодня на повестке дня стоят вопросы создания специализированных технических средств объективного контроля этого состояния и его прогноза с вероятностью, представляющей практический интерес. Для его описания стали использоваться сугубо технические термины (такие, например, как надежность, устойчивость и т.д.), не допускающие качественных и вероятностных оценок. Абсолютно точное знание параметров текущего состояния человека становится необходимым условием его включения в систему управления.
Несмотря на обилие подходов к решению проблемы контроля за функциональным состоянием человека, в последние годы они концентрируются вокруг сравнительно узкого круга показателей, среди которых центральное место занимают такие, как ЭКГ, КГР и некоторые другие. При этом следует отметить возрастающий интерес к ЭЭГ, которая традиционно использовалась лишь для решения задач клинической диагностики. Исследования, проводимые в этой области, заняли прочное место в инженерной психологии и физиологии труда и значительно обогатили наши представления о пространственно-временной структуре биоэлектрической активности мозга человека. Представляется, что они могут значительно продвинуть и решение целого ряда задач клинической диагностики, расширить наши знания о механизмах деятельности мозга и приблизить нас к пониманию таких сложнейших явлений, как сознание, подсознание и вообще психика во всех ее разнообразных проявлениях.
Состояние любого живого организма, в том числе, и человека можно описывать на разных уровнях его жизнедеятельности - от состояния субклеточных образований и единичных клеток, органов и их систем вплоть до поведения. В настоящее время в физиологии и психологии в этих целях используются такие основополагающие понятия, как &ldquo-функциональное состояние&rdquo-, &ldquo-уровень активации&rdquo- и &ldquo-уровень бодрствования&rdquo-.
Под функциональным состоянием человека, как правило, понимают &ldquo-интегральный комплекс наличных характеристик и свойств организма, которые прямо или косвенно определяют деятельность человека... ФС есть системный ответ организма, обеспечивающий его адекватность требованиям деятельности.&rdquo- (Словарь физиологических терминов, 1987, с.408). По-существу, это потенциальная возможность живой системы выполнять в конкретных условиях ее жизнедеятельности специфическую для нее функцию (или совокупность таких функций). Очевидно, что функциональное состояние человека определяется состоянием его здоровья, условиями среды, а также степенью вовлечения в деятельность и ее спецификой.
Под уровнем активации в целом понимается &ldquo-...положение состояния активности на шкале уровней бодрствования&rdquo-. При этом отмечается, что в отличие от стадий сна, состояния пассивного (спокойного), активного и эмоционального бодрствования, по- видимому, &ldquo-... не могут быть упорядочены в рамках одномерной шкалы, поскольку обладают специфичностью, зависящей от структуры деятельности&rdquo- (там же, с. 388). Сама реакция активации рассматривается при этом как &ldquo-...совокупность электрографических признаков, сопутствующих повышению уровня бодрствования...&rdquo-, а &ldquo-...частным случаем реакции активации является блокада альфа-ритма&rdquo- (там же, с. 19).
Многочисленные экспериментальные исследования, выполненные на самых разных уровнях организации живых систем, показали, что между уровнем бодрствования и уровнем активации (в том числе, уровнем активации нервных центров) существует достаточно выраженная взаимосвязь. В общем виде графически она представлена на схеме, предложенной В.Блоком (РИСУНОК 28).
Как следует из схемы, повышение уровня бодрствования непосредственно (причинно) связано с повышением уровня активации организма, хотя практически такая связь может быть прослежена далеко не всегда, в деятельности далеко не всех систем организма. Однако в ЭЭГ такая взаимосвязь может быть прослежена достаточно отчетливо.
Обобщая фактический материал, накопленный в этой области, многие исследователи пришли к выводу о том, что с ростом уровня активации ЦНС отмечается повышение частоты и снижение амплитуды и регулярности волн ЭЭГ. Графически такая зависимость может быть прослежена на схеме, предложенной Дж. Хессет (РИСУНОК 29). Более детально характеристики ЭЭГ человека в состояниях спокойного и активного бодрствования будут проанализированы нами ниже.

Рисунок 28.
Зависимость между уровнем активации нервных центров, уровнем бодрствования (1) и эффективностью поведения (2). Цит. по В.Блоку, 1970.

Рисунок 29.
Соотношение амплитудно-частотных характеристик мозговых волн и уровня бодрствования.
Цит. по Дж.Хессету, 1981.