Показатели активности дыхательной системы

Дыхательная система состоит из дыхательных путей и легких.
Основной двигательный аппарат этой системы составляют межреберные мышцы, диафрагма и мышцы живота. Воздух, поступающий в легкие во время вдоха, снабжает протекающую по легочным капиллярам кровь кислородом. Одновременно из крови выходят двуокись углерода и другие вредные продукты метаболизма, которые выводятся наружу при выдохе. Между интенсивностью мышечной работы, совершаемой человеком, и потреблением кислорода существует простая линейная зависимость.
В психофизиологических экспериментах в настоящее время дыхание регистрируется относительно редко, главными образом для того, чтобы контролировать артефакты.
Для измерения интенсивности (амплитуды и частоты) дыхания используют специальный прибор — пневмограф. Он состоит из надувной камеры-пояса, плотно оборачиваемой вокруг грудной клетки испытуемого, и отводящей трубки, соединенной с манометром и регистрирующим устройством. Возможны и другие способы регистрации дыхательных движений, но в любом случае обязательно должны присутствовать датчики натяжения, фиксирующие изменение объема грудной клетки.
Этот метод обеспечивает хорошую запись изменений частоты и амплитуды дыхания. По такой записи легко анализировать число вдохов в минуту, а также амплитуду дыхательных движений в разных условиях. Можно сказать, что дыхание — это один из недостаточно оцененных факторов в психофизиологических исследованиях.

 

Реакции глаз

Для психофизиолога наибольший интерес представляют три категории глазных реакций: сужение и расширение зрачка, мигание и глазные движения.
Пупиллометрия — метод изучения зрачковых реакций. Зрачок — отверстие в радужной оболочке, через которое свет попадает на сетчатку. Диаметр зрачка человека может меняться в пределах от 1,5 до 9 мм. Величина зрачка существенно колеблется в зависимости от количества света, падающего на глаз: на свету зрачок сужается, в темноте — расширяется. Наряду с этим, размер зрачка существенно изменяется, если испытуемый реагирует на воздействие эмоционально. В связи с этим пупиллометрия используется для изучения субъективного отношения людей к тем или иным внешним раздражителям.
Диаметр зрачка можно измерять путем простого фотографирования глаза в ходе обследования или же с помощью специальных устройств, преобразующих величину зрачка в постоянно варьирующий уровень потенциала, регистрируемый на полиграфе.
Мигание (моргание) — периодическое смыкание век. Длительность одного мигания приблизительно 0,35 с. Средняя частота мигания составляет 7,5 в минуту и может варьировать в пределах от 1 до 46 в минуту. Мигание выполняет разные функции в обеспечении жизнедеятельности глаз. Однако для психофизиолога существенно, что частота мигания изменяется в зависимости от психического состояния человека.
Движение глаз широко исследуются в психологии и психофизиологии. Это разнообразные по функции, механизму и биомеханике вращения глаз в орбитах. Существуют разные типы глазных движений, выполняющие различные функции. Однако наиболее важная среди них функция движений глаз состоит в том, чтобы поддерживать интересующее человека изображение в центре сетчатки, где самая высокая острота зрения. Минимальная скорость прослеживающих движений около 5 угл. мин/с, максимальная достигает 40 град/с.
Электроокулография — метод регистрации движения глаз, основанный на графической регистрации изменения электрического потенциала сетчатки и глазных мышц. У человека передний полюс глаза электрически положителен, а задний отрицателен, поэтому существует разность потенциалов между дном глаза и роговицей, которую можно измерить. При повороте глаза положение полюсов меняется, возникающая при этом разность потенциалов характеризует направление, амплитуду и скорость движения глаза. Это изменение, зарегистрированное графически, носит название электроокулограммы. Однако микродвижения глаз с помощью этого метода не регистрируются, для их регистрации разработаны другие приемы. (см. рис.)

Детектор лжи

Детектор лжи — условное название прибора полиграфа, одновременно регистрирующего комплекс физиологических показателей (КГР, ЭЭГ, плетизмограмму и др.) с целью выявить динамику эмоционального напряжения. С человеком, проходящем обследование на полиграфе, проводят собеседование, в ходе которого наряду с нейтральными задают вопросы, составляющие предмет специальной заинтересованности. По характеру физиологических реакций, сопровождающих ответы на разные вопросы, можно судить об эмоциональной реактивности человека и в какой-то мере о степени его искренности в данной ситуации. Поскольку в большинстве случаев специально необученный человек не контролирует свои вегетативные реакции, детектор лжи дает по некоторым оценкам до 71% случаев обнаружения обмана.
Следует иметь в виду, однако, что сама процедура собеседования (допроса) может быть настолько неприятна для человека, что возникающие по ходу физиологические сдвиги будут отражать эмоциональную реакцию человека на процедуру. Отличить спровоцированные процедурой тестирования эмоции от эмоций, вызванных целевыми вопросам, невозможно. В то же время человек, обладающий высокой эмоциональной стабильностью, сможет относительно спокойно чувствовать себя в этой ситуации, и его вегетативные реакции не дадут твердых основания для вынесения однозначного суждения. По этой причине к результатам, полученных с помощью детектора лжи, нужно относиться с должной мерой критичности (см. Видео).

 

Многоканальная регистрация наиболее часто изучаемых видов биоэлектрической активности человека (по В.Блоку, 1970)

 

Выбор методик и показателей

В идеале выбор физиологических методик и показателей должен логически вытекать из принятого исследователем методологического подхода и целей, поставленных перед экспериментом. Однако на практике нередко исходят из других соображений, например, доступности приборов и легкости обработки экспериментальных данных.
Более весомыми представляются аргументы в пользу выбора методик, если извлекаемые с их помощью показатели получают логически непротиворечивое содержательное толкование в контексте изучаемой психологической или психофизиологической модели.

Психофизиологические модели. В науке под моделью понимается упрощенное знание, несущее определенную, ограниченную информацию об объекте/явлении, отражающее те или иные его свойства. С помощью моделей можно имитировать функционирование и прогнозировать свойства изучаемых объектов, процессов или явлений. В психологии моделирование имеет два аспекта: моделирование психики и моделирование ситуаций. Под первым подразумевается знаковая или техническая имитация механизмов, процессов и результатов психической деятельности, под вторым организация того или иного вида человеческой деятельности путем искусственного конструирования среды, в которой осуществляется эта деятельность.
Оба аспекта моделирования находят место в психофизиологических исследованиях. В первом случае моделируемые особенности деятельности человека, психических процессов и состояний прогнозируются на основе объективных физиологических показателей, нередко зарегистрированных вне прямой связи с изучаемым феноменом. Например, показано, что некоторые индивидуальные особенности восприятия и памяти можно прогнозировать по характеристикам биотоков мозга. Во втором случае психофизиологическое моделирование включает имитацию в лабораторных условиях определенной психической деятельности, с целью выявления ее физиологических коррелятов и /или механизмов. Обязательным при этом является создание некоторых искусственных ситуаций, в которых так или иначе включаются исследуемые психические процессы и функции. Примером такого подхода служат многочисленные эксперименты по выявлению физиологических коррелятов восприятия, памяти и т.д.

При интерпретации результатов в подобных экспериментах исследователь должен четко представлять себе, что модель никогда не бывает полностью идентична изучаемому явлению или процессу. Как правило, в ней учитываются лишь какие-то отдельные стороны реальности. Следовательно, каким бы исчерпывающим ни казался, например, какой-либо психофизиологический эксперимент по выявлению нейрофизиологических коррелятов процессов памяти, он будет давать лишь частичное знание о природе ее физиологических механизмов, ограниченное рамками данной модели и используемых методических приемов и показателей. Именно по этой причине психофизиология изобилует разнообразием несвязанных между собой, а иногда и просто противоречивых экспериментальных данных. Полученные в контексте разных моделей такие данные представляют фрагментарное знание, которое в перспективе, вероятно, должно объединиться в целостную систему, описывающую механизмы психофизиологического функционирования.

Интерпретация показателей. Особого внимания заслуживает вопрос о том, какое значение экспериментатор придает каждому из используемых им показателей. В принципе физиологические показатели могут выполнять две основные роли: целевую (смысловую) и служебную (вспомогательную). Например, при изучении биотоков мозга в процессе умственной деятельности целесообразно параллельно регистрировать движения глаз, мышечное напряжение и некоторые другие показатели. Причем в контексте такой работы только показатели биотоков мозга несут смысловую нагрузку, связанную с данной задачей. Остальные показатели служат для контроля артефактов и качества регистрации биотоков (регистрация глазных движений), контроля эмоциональных состояний испытуемого (регистрация КГР), поскольку, хорошо известно, что глазные движения и эмоциональное напряжение могут привносить помехи и искажать картину биотоков, особенно когда испытуемый решает какую-либо задачу. В то же время в другом исследовании регистрация и глазных движений, и КГР может играть смысловую, а не служебную роль. Например, когда предмет исследования — стратегия визуального поиска или изучение физиологических механизмов эмоциональной сферы человека.
Таким образом, один и тот же физиологический показатель может быть использован для решения разных задач. Другими словами, специфика использования показателя определяется не только его собственными функциональными возможностями, но также и тем психологическим контекстом, в который он включается. Хорошее знание природы и всех возможностей используемых физиологических показателей — важный фактор в организации психофизиологического эксперимента.

Значение экспериментов, выполненных на животных. Как уже отмечалось выше, многие задачи в психофизиологии решались и продолжают решаться в экспериментах на животных. (В первую очередь речь идет об изучении активности нейронов.) В связи с этим особое значение приобретает проблема, сформулированная еще Л.С. Выготским. Это проблема специфического для человека соотношения структурных и функциональных единиц в деятельности мозга и определения новых по сравнению с животными принципов функционирования систем, внутри- и межсистемных взаимодействий.
Следует прямо указать, что проблема "специфического для человека соотношения структурных и функциональных единиц в деятельности мозга и определения новых по сравнению с животными" принципов функционирования систем, к сожалению, пока не получила продуктивного развития. Как пишет О.С. Андрианов (1993): "Стремительное "погружение" биологии и медицины... в глубины живой материи отодвинуло на задний план изучение важнейшей проблемы — эволюционной специфики мозга человека. Попытки найти на молекулярном уровне некий материальный субстрат, характерный только для мозга человека и определяющий особенности наиболее сложных психических функций, пока не увенчались успехом".
Таким образом, встает вопрос о правомерности переноса данных полученных на животных для объяснения мозговых функций у человека. Широко принята точка зрения, в соответствии с которой существуют универсальные механизмы клеточного функционирования и общие принципы кодирования информации, что позволяет осуществлять интерполяцию результатов (см., например: Основы психофизиологии под ред. Ю.И. Александрова, 1998).
Один из основателей отечественной психофизиологии Е.Н. Соколов, решая проблему переноса результатов исследований, выполненных на животных, на человека, сформулировал принцип психофизиологического исследования следующим образом: человек — нейрон — модель. Это значит, что психофизиологическое исследование начинается с изучения поведенческих (психофизиологических) реакций человека, Затем оно переходит к изучению механизмов поведения с помощью микроэлектродной регистрации нейронной активности в опытах на животных, а у человека — с использованием электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов. Интеграция всех данных осуществляется путем построения модели из нейроподобных элементов. При этом вся модель как целое должна воспроизводить исследуемую функцию, а отдельные нейроподобные элементы должны обладать характеристиками и свойствами реальных нейронов. Перспективы исследований такого рода заключаются в построении моделей "специфически человеческого типа" таких, например, как нейроинтеллект.

Заключение. Приведенные выше материалы свидетельствуют о большом разнообразии и разноуровневости психофизиологических методов. В сферу компетентности психофизиолога входит многое, начиная от динамики нейрональной активности в глубоких структурах мозга до локального кровотока в пальце руки. Закономерно возникает вопрос, каким образом объединить столь различные по способам получения и содержанию показатели в логически непротиворечивую систему. Решение его, однако, упирается в отсутствие единой общепринятой психофизиологической теории.
Психофизиология, которая родилась как экспериментальная ветвь психологии, в значительной степени остается таковой и по сей день, компенсируя несовершенство теоретического фундамента многообразием и изощренностью методического арсенала. Богатство этого арсенала велико, его ресурсы и перспективы представляются неисчерпаемыми. Стремительный рост новых технологий неизбежно расширит возможности проникновению в тайны человеческой телесности. Он приведет к созданию новых обрабатывающих устройств, способных формализовать сложную систему зависимости переменных величин, используемых в объективных физиологических показателях, закономерно связанных с психической деятельностью человека. Независимо от того, будут ли новые решения результатом дальнейшего развития электронно-вычислительной техники, эвристических моделей или других, еще неизвестных нам способов познания, развитие науки в наше время предвосхищает коренное преобразование психофизиологического мышления и методов работы

 

Словарь терминов

1. альфа-ритм

2. пейсмекер

3. ретикулярная формация

4. афферентация

5. кортико-лимбическое взаимодействие

6. кожно-гальваническая реакция (КГР)

 

Вопросы для самопроверки

1. Как связаны ритмические составляющие электроэнцефалограммы с состоянием человека?

2. Чем обусловлена кожно-гальваническая реакция?

3. Как различаются пневмография и спирография?

4. Что дает оценка состояния периферических сосудов?

5. Как интерпретируют показатели детектора лжи?

 

Список литературы

1. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М.: Медицина, 1975.

2. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д.П. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. М.: Высшая школа, 1991.

3. Беленков Н.Ю. Принцип целостности в деятельности мозга. М.: Медицина, 1980.

4. Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и по физиологии активности. М.: Медицина, 1966.

5. Бехтерева Н.П., Бундзен П.В., Гоголицын Ю.Л. Мозговые коды психической деятельности. Л.: Наука, 1977.

6. Гнездицкий В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. Таганрог: ТГТУ, 1997.

7. Данилова Н.Н. Психофизиология. М.: Аспект Пресс, 1998.

8. Дубровский Д.И. Психика и мозг: результаты и перспективы исследований // Психологический журнал. 1990. Т.11. № 6. С. 3-15.

9. Естественнонаучные основы психологии / Под. ред. А.А. Смирнова, А.Р. Лурия, В.Д. Небылицына. М.: Педагогика, 1978.

10. Иваницкий А.М., Стрелец В.Б., Корсаков И.А. Информационные процессы мозга и психическая деятельность. М.: Наука, 1984.

11. Ломов Б.Ф. Методологические и теоретические проблемы психологии. М.: Наука, 1984.

12. Нейрокомпьютер как основа мыслящих ЭВМ. М.: Наука, 1993.

13. Мерлин В.С. Очерк интегрального исследования индивидуальности. М.: Педагогика, 1986.

14. Методика и техника психофизиологического эксперимента. М.: Наука, 1987.

15. Основы психофизиологии / Под ред. Ю.И. Александрова. М., 1998.

16. Тихомиров О.К. Психология мышления. М.: МГУ, 1984.

17. Чуприкова Н.И. Психика и сознание как функция мозга. М.: Наука, 1985.

18. Хэссет Дж. Введение в психофизиологию. М.: Мир, 1981.

19. Ярвилехто Т. Мозг и психика. М.: Прогресс, 1992.