Введение к работе
Актуальность темы. Биоэлектрическая активность мозга представляет собой сложный процесс, феноменологическое многообразие которого складывается из различных компонентов электроактивности, индивидуального разнообразия электроэнцефалограмм' и разнообразия их спонтанных и реактивных изменений. Систематизированное количественное описание (классификация) этих форм многообразия ЭЭГ и установление между ними взаимных соответствий представляют интерес с нескольких точек зрения.
Необходимость рассматривать ЭЭГ в рамках системного подхода является общепризнанной (Ливанов,1972; Анохин, 1973; Бехтерева,1988). Однако, вопрос о том, какие компоненты ЭЭГ, являясь внутренне связанными функциональными единицами, представляют собой элементы этой системы, специально не исследовался. Этим определяется актуальность проведения формализованной классификации компонентов биоэлектрической активности, направленной на выделение независимых элементарных частей ЭЭГ-целого.
Систематизация индивидуальных вариантов ЗЭГ, т. е. ' тех комбинаций отдельных компонентов электроактивности, которые могут сосуществовать в реальной нейродинамичее-кой системе, является важным аспектом изучения компонентного состава ЭЭГ. Вместе с тем, классификация индивидуальных ЭЭГ имеет и самостоятельное научное значение в плане исследования организации состояний бодрствования.
Характер биоэлектрической активности рассматривается как наиболее информативный показатель функционального состояния мозга человека (Зимкина,1978; Бехтерева,1988). Существующие экспертные классификации индивидуальных ЭЭГ (Жирмунская,1972; Van der Drift, Кок,1973) обеспечивают возможность разграничения патологических и нормальных состояний мозга. В то же время, до настоящего времени не систематизировано индивидуальное разнообразие ЭЭГ в норме. Паттерны ЭЭГ бодрствующего человека с очевидностью подразделяются на два полярные варианта: рит"Изированный
(синхронизированный) в полосе альфа частот и низковольтный иррегулярный (десинхронизированный), которым, в самом общем виде, ставятся в соответствие состояния спокойного и активного бодрствования (Pockock.1980; Koella, 1982; Ott et al. , 1982; Denoth,i984; . Low, 1987). Однако это разграничение не составляет достаточной конструктивной основы для использования эдектроэнцефалографическрго метода при изучении формирования и регуляции состояний мозга, обеспечивающих психическую деятельность человека.
Отсутствие строгих способов количественного описания и надежной идентификации индивидуальных вариантов ЭЭГ в норме является также препятствием на пути успешного применения, электроэнцефалографии в физиологии труда и в смежных психофизиологических дисциплинах, связанных с индивидуально ориентированной диагностикой функционального состояния мозга (Коган, Владимирский,1988) и концентрирующих свои усилия на познании закономерностей, определяющих индивидуальность человека (Русалов,1989).
Цель исследования - идентификация элементов ЭЗГсис-темы и индивидуальных вариантов ЭЭГ в норме; систематизация параметров описания электроактивности и множества индивидуальных' электроэнцефалограмм в покое и при деятельности.
Единственной формой исследования, в котором изучаемый объект рассматривается как системный, а анализ данных осуществляется одновременно в двух аспектах (элементы объекта - множество объектов), является типология, традиционный инструмент биологической систематики. Современный уровень формализации понятийных категорий, процедур и принципов типологии (Любищев; 1971; Мейен, 1978; Щрейдер, 1983) обеспечивает возможность расширения сферы их приложения. Настоящая работа была реализована на основе формальных принципов типологического исследования.
Были поставлены.следующие задачи: 1. Количественно описать биоэлектрическую активность основных зон мозга у здоровых испытуемых в условиях по-2
коя и деятельности.
-
Исследовать параметрическую структуру ЭЭГ: выделить элементы структуры ЭЭГ левого и правого полушарий, провести их сравнительный анализ, оценить значимость разных элементов ЭЭГ для описания разнообразия биоэлектрически активности в покое и при деятельности.
-
Исследовать типологическую структуру популяции: выделить типы биоэлектрической активности, оценить их содержательную значимость, определить критерии типологической оценки индивидуальных ЭЭГ.
-
Исследовать динамику биоэлектрической активности в ряду сменяющихся видов деятельности: выделить индивидуальные варианты адаптивных изменений ЭЭГ, оценить их функциональное значение.
Новизна исследования. Настоящая работа представляет первый опыт применения методологии формально-типологического исследования биологических объектов для систематизации . многообразия биоэлектрической активности мозга
Построена типологическая система, упорядочивающая и объединяющая разнообразие параметров ЭЭГ и разнообразие индивидуалвных электроэнцефалограмм; содержательная значимость типологии определена исходя из детерминант уровня бодрствования мозга и режимов его информационной деятельности. Выявлено, что аналитичес :ий и холистический способы переработки информации базируются на принципиально различных режимах нейродинамики мозга. Это различие основано не на полушарном разделении, а на общемозговой организации биоэлектрической активности, определяющей ее тип.
Разработано формальное решение вопроса об элементном составе ЭЭГ-системы, представлены доказательства его функциональной обоснованности. Показано, что частотный и пространственный факторы имеют различное значение в формировании разных компонентов ЭЭГ: альфа активность дифференцирована на генерализованные моночастотные полосы; медленная активность - на генерализованные широкополое-
ные элементы (дельта и тета); высокочастотная - на локальные широкополосные элементы (парасаггитальные Оетаї, лобно-центральные 0ета2, затылочные бета2 и височные, объединяющие все бета частоты). '
Впервые типологический подход был использован для описания динамики биоэлектрической активности. Установлено, что изменения ЭЭГ в ряду ситуаций покоя и деятельности не являются бесконечно разнообразными, но ограничены тремя креодами биоэлектрической активности, ход которых соответствует устойчивому поддержанию одного функционального состояния или последовательной смене состояний, детерминированной изменением уровня и содержания бодрствования.
Научно-практическое значение. Результаты проведенного исследования уточняют имеющиеся в литературе данные об организации ритмических компонентов ЭЭГ человека, дополняют их сведениями о характере распределения различных компонентов ЭЭГ в популяции и связи с режимами' информационной деятельности мозга. Излученные данные способствуют дальнейшему продвижению в изучении функционального вначения ритмов ЭЭГ и формирования состояний мозга, обеспечивающих психическую деятельность человека.
Разработанные методы формально-структурного описания ЭЭГ, объединяющие уровень общего (популяция) и индивидуального, открывают, новые подходы для изучения системных реакций мозга
Получены данные, подтверждающие концепцию о дискретности и качественной специфичности функциональных состояний мозга (John,1977; Котляр, 1987), свидетельствующие об отсутствии континуальности в изменениях состояния мозга человека в бодрствовании.
Установленные факты взаимосвязи двух наиболее распространенных в популяции типов биоэлектрической активности с противоположными способами переработки информации, аналитическим и холистическим, вносят вклад в развитие имеющихся представлений о психофизиологических ос-4
новах индивидуальности человека.
Полученные нормативные данные и критерии типологической оценки индивидуальных ЗЭГ могут использоваться при решении практических задач функциональной диагностики. Результаты, свидетельствующие о взаимозависимости между формированием состояния мозга при деятельности и индивидуально предпочтительным способом ее выполнения, имеют принципиальное значение для разработки методов эргономического нормирования умственного труда и критериев профотбора.
Апробация работы. Результаты работы доложены на II Всесоюзной конференции по эргономике (Москва, 1988), на заседании московского физиологического общества (институт Мозга АМН СССР, 1989), на IX конференции по нейроки-бернетике (Ростов, 1989), н? XXYIII совещаний по проблемам ВНД (Ленинград, 1989). Диссертация апробирована на заседании лаборатории общей и клинической электрофизиологии головного мозга человека института ВНД и^ НФ АН СССР. По материалам диссертации опубликовано 11 работ
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, четырех глав результатов исследования, обсуждения полученных данных и выводов; иллюстрирована 23 риспками, содержит 4 таблицы и имеет приложение (13 рисунков, 4 таблицы и комментарии). Библиография включает 324 источника, 130 отечественных и 194 зарубежных авторов.