Электрическая активность коры мозга в динамике мысленного представления и психомоторных действий - электроэнцефалограмма и функциональные состояния человека
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КОРЫ МОЗГА В ДИНАМИКЕ МЫСЛЕННОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И РЕАЛЬНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ ПСИХОМОТОРНЫХ ДЕЙСТВИЙ
ЭЭГ-показатели идеомоторного выполнения двигательных навыков на ведущую и неведущую стороны
В исследованиях, результаты которых представлены в данном разделе, приняли участие 43 человека, длительное время использующие идеомоторную тренировку в спортивной практике (по 8 человек представителей тяжелой атлетики, борьбы, стрельбы, баскетбола и 11 человек - представителей каратэ).
Сравнение электрографических характеристик, формирующихся при мысленном воспроизведении двигательных навыков на ведущую и неведущую сторону, показало, что в обоих случаях эти действия спортсменов сопровождались десинхронизацией ЭЭГ- покоя. При этом выявились существенные различия в распределении мощности дельта-, тета-, альфа-, бета-1- и бета-2-частот ЭЭГ всех исследуемых областей.
Так, мысленное воспроизведение навыка на ведущую сторону у стрелков, баскетболистов и тяжелоатлетов приводило к симметризации активности зрительных областей коры во всех пяти ЭЭГ-диапазонах (-0,10 < Кас < + 0,12). У борцов симметрия наблюдалась лишь в низкочастотной части спектра (дельта и тета), а в альфа-, бета-1- и бета-2-диапазонах частот имела место правосторонняя асимметрия (0,33 < Кас < 0,67). У каратистов во всех диапазонах ЭЭГ-частот отмечалась правосторонняя асимметрия (0,30 < Кас < 0,65).
При идеомоторном выполнении навыков на неведущую (левую) сторону у баскетболистов и борцов наблюдалась симметрия мощности ЭЭГ в дельта- и тета- диапазонах частот, а на альфа-, бета-1-и бета-2-частотах у них и во всех диапазонах - у представителей других видов спорта отмечалась правостороння асимметрия, причем значения Кас превосходили значения Кас при представлении навыка на ведущую сторону (t = 2,64- р< 0,05).
В моторных областях также, как и в зрительных, симметризация мощности ЭЭГ- частот при воспроизведении навыка на правую сторону отмечалась у представителей стрельбы, баскетбола и тяжелой атлетики во всех пяти диапазонах ЭЭГ-частот. В отдельных случаях у обследуемых-стрелков наблюдалась небольшая левосторонняя асимметрия (-0,10 > Кас > -0,18) преимущественно на бета-1- и бета-2-частотах. У каратистов и борцов отмечалась высокая правосторонняя асимметрия (соответственно, 0,35 < Кас < 0,70 и 0,62 < Кас < 0,80). В случаях представления навыка на неведущую сторону у каратистов, стрелков и борцов во всех диапазонах, а у баскетболистов - в низкочастотной части спектра наблюдалась правосторонняя асимметрия мощности. У штангистов во всех случаях отмечалась левосторонняя асимметрия (-0,34 > Кас > -0,85). Симметрия мощности или небольшая левосторонняя асимметрия отмечалась у баскетболистов на альфа-, бэта-1- и бета-2-частотах. При наличии правосторонней асимметрии мощности при представлении навыка как на неведущую, так и на ведущую стороны коэффициент асимметрии в первом случае, как правило, был выше в низкочастотной части спектра и существенно ниже (t = 4,2- р< 0,01) - в диапазонах альфа-, бета-1- и бета- 2-частот.
В ЭЭГ лобных отделов при мысленном представлении навыка на ведущую сторону правосторонняя асимметрия у каратистов достигала своих максимальных значений (0,63<Кас < 0,87) во всех диапазонах ЭЭГ. У баскетболистов, борцов и стрелков в диапазонах дельта- и тета-частот имела место правосторонняя асимметрия (у первых двух групп 0,18< Кас < 0,44, у третьей - 0,11 < Кас < 0,15). В диапазонах альфа-, бета-1- и бета-2-частот у всех обследованных, за исключением каратистов, преобладала симметрия мощности или незначительная левосторонняя асимметрия.
При мысленном представлении навыка на неведущую сторону у каратистов и борцов наблюдалась правосторонняя асимметрия (значения Кас ниже, чем при представлении на ведущую сторону). У стрелков в диапазоне дельта- и тета-час- тот отмечалась левосторонняя асимметрия (-0,15 > Кас > -0,48), а в диапазоне альфа-,бета-1 и бета-2 - симметрия или незначительная асимметрия. У баскетболистов, напротив, в диапазоне дельта-, тета- и альфа-частот имела место правостороння асимметрия (0,30 < Кас < 0,60), а в диапазоне быстрых колебаний - симметрия мощности. Наконец, практически у всех штангистов при идеомотор- ном выполнении движений в пяти основных частотных диапазонах ЭЭГ отмечалась относительная симметрия мощности или небольшие отклонения как в ту, так и в фугую сторону.
Анализ когерентности ЭЭГ-частот исследованных областей показал, что у всех испытуемых высокие значения когерентности (выше 0,7) отмечаются при мысленном воспроизведении навыка на неведущую сторону. При этом у каратистов при идеомоторном выполнении удара на неведущую сторону значительно возрастало количество связей между областями левого полушария (лобными, моторными и зрительными) в диапазонах дельта- и альфа- частот, а в диапазоне бета-1-частот - между областями правого полушария. У стрелков при мысленной стрельбе высокая когерентность отмечалась между областями правого полушария, а также между симметричными пунктами коры в дельта-, тета- и альфа-диапазонах частот. При этом слева в тех же отведениях высокая когерентность имела место в диапазонах бета-1- и бета-2-частот. У баскетболистов при мысленном броске мяча правой рукой во всех диапазонах ЭЭГ отмечалась высокая когерентность колебаний лобных и центральных (двигательных) областей, а также рост межполушарных взаимосвязей. Существенно, что в низкочастотной части спектра наблюдалось усиление связей лобно-центральных областей со зрительными в левом полушарии для ведущей стороны, а в высокочастотной части спектра таких связей не обнаруживалось. У тяжелоатлетов паттерн высококогерентных связей при представлении жима гири левой и правой рукой был весьма близким в тэта- и альфа-диапазонах частот и включал лобно-центральные области коры правого полушария я лобно-центрально-загылочные - левого.
У представителей борьбы отмечалось преобладание средних значений когерентности высоких частот (0,25 - 0,60) ЭЭГ лобно-центральных областей при мысленном броске на ведущую сторону и высокая когерентность частот бета- ритма, регистрируемых от затылочных и центральных областей левого полушария, при выполнении упражнения на неведущую сторону.
Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют выделить ряд общих тенденций в изменениях ЭЭГ, характерных для всех обследованных лиц, независимо от их спортивной специализации. В случае идеомоторного выполнения навыка на неведущую сторону при высокой правосторонней асимметрии мощности ЭЭГ- частот зрительных и двигательных областей и право- или левосторонней асимметрии в лобных когерентность максимальна преимущественно в диапазоне быстрых колебаний. При идеомоторном выполнении движений на ведущую, привычную сторону у представителей всех видов спорта формировались лобно-двигательные системы взаимосвязанной активности преимущественно в низкочастотном диапазоне колебаний ЭЭГ, а высокие значения когерентности отмечались прежде всего в отведениях левого полушария. Что касается мощности ЭЭГ, то исключая представителей спортивных единоборств, отмечается относительная симметрия мощности всех частотных составляющих ЭЭГ в зрительных и двигательных областях, симметрия мощности быстрых колебаний и правосторонняя асимметрия мощности низкочастотных составляющих - в лобных областях.
ЭЭГ-показатели идеомоторного напряжения и выполнении запрограммированных действий
Осуществление двигательных действий спортсменами в условиях предельных и около предельных нагрузок сопряжено со значительными трудностями не только внешнего, но и внутреннего порядка, связанных прежде всего с нарушением координированности различных уровней построения движения. Опыт использования идеомоторной (П.А.Рудик, 1967- А.А.Белкин, 1983), психорегулирующей (А.В.Алексеев, 1985), психомоторной (П.Н.Ермаков, 1985) тренировки показывает, что умение спортсмена моделировать состояние идеомоторного напряжения при мысленном представлении действий способствует сохранению структуры навыков в экстремальных условиях их реального выполнения. В спортивном каратэ широко используются специальные методы психомоторного тренинга, направленные на совершенствование тех психических и физических качеств спортсмена, которые позволяют успешно осуществлять деятельность в экстремальных условиях тренировок и состязаний. Опытные спортсмены с большим стажем занятий оказываются способными мысленно выполнять различные приемы даже при условии высокого идеомоторного напряжения.
Задачей данной части исследования было изучение особенностей электрической активности мозга спортсменов-каратистов в ходе идеомоторного выполнения ими ударов (руками и ногами) при моделировании экстремальной ситуации. В обследованиях принимали участие 14 спортсменов со стажем занятий свыше 3 лет. Было показано, что в случае высокого идеомоторного напряжения у всех обследованных в лобных отведениях возникала своеобразная медленноволновая активность, характер которой соответствовал описаниям, приводимым в литературе для некоторых видов эпилепсии (F.A. Gibbs, E.L. Gibbs, 1948). Выраженность колебаний в значительной степени зависела от квалификации спортсмена и качества выполнения приема. В тех случаях, когда спортсмен уклонялся от выполнения задания, мощность такой низкочастотной активности снижалась вплоть до полного ее исчезновения. В случаях, когда обследование сопровождалось световой ритмической стимуляцией (с частотой один раз в 1,5 секунды), в ЭЭГ лобных отведений наблюдались высокоамплитудные (80 - 350 мкВ) волны с различной степенью регулярности по типу пароксизмальной психомоторной активности. У спортсменов с большим стажем занятий волны пароксизмальной активности следовали относительно регулярно с периодом 800 - 1200 мс, а у лиц с меньшим стажем частота высокоамилитудных волн по мере развития утомления достигала 3 - 5 Гц, что сопровождалось снижением их амплитуды и развитием полиморфности ЭЭГ-активности. Обращает на себя внимание тот факт, что у 12 человек из 14 пароксизмальная психомоторная активность регистрировалась только в правой лобной области, причем, степень вовлечения соседних зон была незначительной. У двух человек она регистрировалась в левой лобной области, однако ее выраженность в последнем случае была намного слабее. Регулярный врачебный контроль (не менее двух раз в год), а также гипервентиляционные пробы не выявили никаких отклонений здоровья спортсменов от нормы. Примечателен тот факт, что в отдельных случаях у некоторых тяжелоатлетов при мысленном представлении поднятия рекордных весов и у борцов (мастеров спорта) при моделировании схватки с более сильным соперником также наблюдалась подобная активность, однако нерегулярная и быстропроходящая.
Таким образом, высокая степень идеомоторного напряжения, достигаемая в результате специального психомоторного тренинга спортсмена, может выражаться своеобразной формой пароксизмальной активности, которая отмечается преимущественно в ЭЭГ правой лобной области.
ЭЭГ исследование идеомоторного выполнения сложных программированных действий было проведено в ходе мысленного представления спортсменами- каратистами так называемых &ldquo-формальных&rdquo- упражнений или ката (G. Funakoshi, 1973). Испытуемые представляли 12 движений (удары, блоки и т.д.), выполняемые последовательно на левую и правую стороны. Каждое движение выполнялось по звуковой команде, так что время идеомоторного выполнения соответствовало времени реального. Отметим, что восьмое и одиннадцатое движения выполнялись с высоким идеомоторным напряжением. Между комплексами выдерживалась пауза для отдыха 5-7 минут, а затем все действия повторялись. Число повторов (серий) в одном опыте не превышало 6, а всего каждый испытуемый принял участие в 3-4 обследованиях.
На РИСУНКЕ 60 представлены изменения суммарных коэффициентов асимметрии мощности частот пяти основных диапазонов ЭЭГ. В зрительных областях правосторонняя асимметрия к третьему-четвертому движению сменялась левосторонней в дельта-, тета- и альфа-диапазонах частот и симметрией - в бета-1 и бета-2. Каждое последующее движение сопровождалось изменением значений Кас в ту или другую сторону, однако общая тенденция к снижению асимметрии при этом сохранялась.
Рисунок 60.
Динамика асимметрии мощности частот ритмов ЭЭГ зрительных (А), двигательных (Б) и лобных (В) отделов коры мозга человека при идеомоторном выполнении комплекса движений(1 - 12)
В ЭЭГ моторных областей высокие значения Кас, свидетельствующие о выраженной правосторонней асимметрии мощности всех ЭЭГ-частот, сохранялись на протяжении выполнения всего комплекса, лишь при реализации первого к второго движений в области альфа-частот отмечалось снижение значений Кас в 2,4 раза, а в тета-, напротив, увеличение примерно в 2 раза.
Начиная с третьего и до седьмого движения в ЭЭГ лобных отделов наблюдалось резкое снижение правосторонней асимметрии во всех частотных диапазонах. Затем имело место усиление правосторонней асимметрии, а второй пик резкого уменьшения значений Кас приходился на десятое движение. Предпоследнее и заключительное движения сопровождались правосторонней асимметрией мощности, хотя уровень последней оказался несколько ниже, чем в начале.
Несмотря на то, что изменения характера асимметрии мощности ЭЭГ-частот у разных спортсменов при представлении комплекса движений имели индивидуальный характер (в особенности это касается зрительных и лобных областей коры), общие тенденции сохранялись.
Таким образом, как и в случае представления каратистами отдельного двигательного навыка на левую и правую стороны, при представлении целого комплекса движений в моторных областях коры имеет место высокая правосторонняя асимметрия мощности ЭЭГ-частот. В зрительных областях, не играющих сколь- нибудь существенной роли в идеомоторном выполнении навыков, наблюдалось относительное выравнивание мощности от движения к движению. Существенные изменения мощности всех частотных диапазонов ЭЭГ лобных отделов могут свидетельствовать о перераспределении активности в пределах симметричных структур мозга и отражать изменение их регулирующей роли в реализации программированных двигательных действий.
ЭЭГ-показатели реального выполнения психомоторных действий в экстремальных условиях
В этом разделе приведены результаты анализа биоэлектрической активности мозга до и после выполнения спортсменами-каратистами упражнения &ldquo-шивари&rdquo-, моделирующего предельный или околопредельный психофизический режим деятельности при ее достаточно высокой физиологической цене для организма. Успешное выполнение упражнения зависит не только от техники и физических качеств спортсмена, а, в первую очередь, определяется его умением привести себя в состояние, определенное нами как состояние психомоторной активности (ПМА), позволяющее с максимальным эффектом использовать психические и физические возможности организма. Идентификация ЭЭГ- коррелятов этого состояния и составила основную задачу данной части исследования.
Анализ ЭЭГ, зарегистрированной перед выполнением первой попытки, показал весьма близкую картину распределения электрической активности у всех испытуемых. Так, в лобных отведениях наблюдалось преобладание низкочастотных колебаний (дельта- и тета-, РИСУНОК 61 А), а в центральных и затылочных наряду с ними были хорошо представлены и альфа-частоты. Что касается быстрых колебаний (бета-1 и бета-2), то их вклад оказался незначительным. Характерным признаком для всех испытуемых явилась правосторонняя асимметрия мощности ЭЭГ лобных отведений. Во всех частотных диапазонах Кас принимали положительные значения в диапазоне от 0,40 до 0,92. Отмечается некоторая тенденция к увеличению значений Кас на более высоких ЭЭГ- частотах по сравнению с низкими. Для ЭЭГ центральных и затылочных отведениях Кас варьировали от -0,14 до +0,22, т.е., имели небольшие абсолютные значения. Интересным представляется тот факт, что у шести испытуемых Кас для дельта-частот ЭЭГ центральных и затылочных отведений имели отрицательные значения, а у двух - небольшие положительные.
Рисунок 61.
Усредненные спектры мощности ЭЭГ испытуемого М.Ф. в состоянии психомоторной активации (А) и после успешного выполнения задания (Б)
В исходном состоянии когерентность колебаний биопотенциалов симметричных областей в диапазоне дельта-, тета- и альфа-частот оказалась значимо (р<0,05) выше, чем внутриполушарных отведений. Кас, рассчитанные для быстрых колебаний, Принимали как положительные, так и отрицательные значения, что свидетельствовало о неустойчивости межполушарных отношений. При этом, как уже отмечалось выше, значения внутриполушарной когерентности снижались с увеличением расстояния между регистрирующими электродами.
После успешно выполненной обследуемым попытки в ЭЭГ по-прежнему сохранялись низкочастотные колебания (РИСУНОК 61Б). В ЭЭГ центральных и затылочных областей отмечалась депрессия альфа-ритма. При этом, однако, показатели асимметрии и когерентности существенно изменялись. У 4 человек с большим стажем занятий Кас всех ЭЭГ-частот лобных отведений изменял знак на противоположный (левосторонняя асимметрия). У остальных обследуемых наблюдалось значительное (в 2,5 - 3 раза) увеличение (р<0,001) правосторонней асимметрии. Инверсия знака и уменьшение Кас наблюдались и в других областях, за исключением Кас дельта-ритма центральных областей, где левосторонняя асимметрия усиливалась. В целом, Кас центральных и затылочных областей в альфа- и бета-диапазонах частот у разных испытуемых могли значительно варьировать как в ту, так и в другую стороны несмотря на то, что по абсолютным значениям эти изменения были невелики по сравнению с аналогичными, рассчитанными для лобных отведений.
При анализе динамики показателей когерентности было обнаружено снижение ее общего уровня во всех парах отведений. При этом изменился характер внутри- и межполушарных взаимоотношений. Значения когерентности близко расположенных внутриполушарных отведений в низкочастотной части спектра оказались выше, чем симметричных отведений.
Сопоставление ЭЭГ, зарегистрированной перед второй, третьей и последующими попытками и, соответственно, после выполнения успешных ударов, показало, что динамика электрической активности в целом соответствует описанной выше. Однако, правосторонняя асимметрия мощности ЭЭГ-частот оказалась несколько менее выраженной и если для дельта- и тета-ритмов это снижение было недостоверным, то для альфа-, бета-1 - и бета-2-ритмов в отдельных случаях уменьшение значений Кас достигало 1,5-2 раз.
Отметим также, что в первые 10 секунд после выполнения успешного удара частота сердечных сокращений достигала у всех испытуемых 180 - 200 ударов в минуту, артериальное давление - 170/90 - 200/100 мм рт. ст., а частота дыхания увеличивалась в 3 - 3,5 раза.
Интерес представляли результаты анализа ЭЭГ при выполнении спортсменами неудачных попыток. Как отмечали в самоотчетах обследуемые, основные причины неудачи заключались в том, что &ldquo-до своего боевого состояния не дошел&rdquo- (исп. B.C. опыт №31), &ldquo-не было чувства уверенности, что попаду точно&rdquo- (исп. В.Ц. опыт №27). Отметим, что время на подготовку условиями обследования не ограничивалось. Исходное состояние перед выполнением неудачной попытки характеризовалось более низкими значениями Кас активности лобных областей. После совершения удара показатели асимметрии мощности основных ритмов сохраняли тот же знак, что и в исходном состоянии, однако количественно значительно возрастали. Что касается показателей когерентности, то в этом случае наряду с увеличением уровня межполушарной синхронизации биопотенциалов, отмечалось увеличение сходства в характере активности лобно-центральных и центрально-затылочных областей левого полушария.
Таким образом, в результате проведенного исследования была выявлена характерная картина распределения биоэлектрической активности мозга в состоянии, предшествующем психомоторной активации - исходном для успешного выполнения задания в экстремальных условиях. В период настройки для функционального состояния рабочих механизмов мозга характерно наличие медленноволновой активности (преимущественно в лобных отделах) с правосторонней асимметрией мощности ЭЭГ и высоким уровнем межполушарной когерентности. После успешного выполнения задания происходит смена знака асимметрии и усиление внутриполушарной когерентности. При этом отмечается значительное напряжение вегетативных систем организма, оцениваемое по показателям частоты сердечных сокращений, величине артериального давления, частоты дыхания.
