Диагностическое значение уровня репрезентативности альфа-волн в ээг больших полушарий при психоэмоциональной нагрузке

Решение задач диагностики состояния адаптационного процесса при различных видах деятельности требует выработки единых критериев оценки эффективности адаптивного процесса, сохранения здоровья и профилактики заболеваний человека в различных условиях деятельности [1, 2].

В настоящее время отмечается значительное увеличение объема качественно новой информации, которую зачастую невозможно усвоить полностью. Как известно, молодой контингент государственных служащих относится к категории лиц, занятых логическим умственным трудом со стандартной деятельностью, сопряженной с переработкой большого объема информации. Многочисленными исследователями указывается на неблагоприятное влияние информационного потока на центральную нервную, сердечно-сосудистую и эндокринную системы лиц умственного труда [3-5].

В настоящее время проблемы физиологии умственного труда приобретают большую актуальность в связи со значительным увеличением объема качественно новой информации, которую зачастую невозможно усвоить полностью. Интеллектуальный труд современного служащего требует напряжения сенсорного аппарата, активации процессов мышления, напряжения эмоциональной сферы.

Восприятие значительного объема информации зависит не только от интенсивности внимания, но также от способности к запоминанию. По известной концепции М.Н. Ливанова, существует непосредственная связь между показателями памяти и функциональной лабильностью мозговых процессов, обусловленная ролью этого свойства в механизмах межклеточного взаимодействия нейронов, лежащего в основе мнемической функции.

Межмодульная сенсорная интеграция процессов восприятия и памяти организуется биопотенциальным полем альфа-ритма, которое осуществляет сферическое сканирование по коре мозга [6]. Анализ литературных данных показал крайнюю противоречивость суждений относительно динамики альфа-активности в процессе интеллектуальной деятельности. По мнению одних авторов, повышение умственной работоспособности связано с усилением альфа-активности. При усложнении интеллектуальной деятельности оптимальная реализация происходит на специфическом уровне пространственной синхронизации биопотенциалов полей коры больших полушарий [7, 8]. Некоторые же авторы считают, что на уровне высокой альфа-активности обработка сложной вербальной и зрительной информации затрудняется и прекращается, а интенсификация умственной деятельности, в свою очередь, вызывает блокаду альфа-ритма с установлением пространственной синхронизации в тета- и дельта-диапазонах [9].

Считается, что с альфа-активностью и пространственной синхронизацией связаны и показатели внимания [10]. Выявлено прогрессирующее снижение пространственной синхронизации электроэнцефалограммы (ЭЭГ) височных и затылочных областей в медленноволновом диапазоне и увеличение пространственной синхронизации между биоэлектрической активностью лобного и центрального отделов коры в бета-диапазоне при низкой, средней и высокой концентрации внимания при подаче сигналов зрительной и слуховой модальности. Отмечено, что мобилизация и концентрация внимания сопровождается десинхронизацией ЭЭГ. В ряде случаев была обнаружена связь изменений альфа-ритма с периодическими флуктуациями перцепции и подтверждена роль фронтально-таламической реляции в развитии функции внимания: с ослаблением внимания отмечается снижение альфа-активности во фронтально-медиальной области коры [11].

Целью наших исследований явилось выявление характера взаимообусловленности интегральной количественной характеристики альфа-активности суммы условных вероятностей взаимного следования альфа-волн в ЭЭГ правого и левого полушария с показателями умственной работоспособности, памяти и внимания.

Материал и методы исследования

Всего было обследовано 125 здоровых учащихся учебных заведений Республики Казахстан в возрасте 17-22 лет лиц, получающих информацию знакосимвольным и вербальным путем. Однородная по возрасту группа (20-21 года) из 40 студентов-юношей старших курсов была обследована 5-кратно в течение учебного года: в период учебного семестра (ФС), после третьего экзамена зимней экзаменационной сессии (ЗЭ), после 10- дневного курса БОС-тренинга (в системе биологической обратной связи по огибающей кардиоинтервалограммы) (АС-1), после 1-го месяца занятий энцефалографическим БОС-тренингом (АС-2) и после завершающего экзамена весенней экзаменационной сессии (ВЭС).

Во всех сериях обследования у студентов рассчитывали показатель умственной работоспособности (УР), индекс и показатель внимания (ИВ, ПВ), показатель памяти (ПП) и кратковременной памяти (КП). У всех испытуемых пятикратно регистрировали ЭЭГ биполярно в лобно-затылочных отведениях справа и слева. ЭЭГ подвергали комбинаторному анализу, вычисляя условную нормированную вероятность следования основных нейроволн друг за другом. В качестве определяющего показателя использовали сумму нормированных условных вероятностей взаимного следования альфа-волн в ЭЭГ правого и левого полушария. Затем все значения вероятностей были сгруппированы в 7 классов с шагом 0,1 от 0,7 до 1,6. По нормированной условной вероятности взаимного следования альфа-волн в ЭЭГ правого полушария определяли тип адаптивной пластичности мозга. Все испытуемые разделены на три типа адаптивной пластичности мозга: 25% высокоадаптивных (корковое доминирование, I тип) с высоким уровнем репрезентативности альфа-волн; 30% среднеадаптивных (корково-лимбическое доминирование со средним уровнем репрезентативности альфа-волн, II тип); 55% низкоадаптивных (лимбико-стволовое доминирование, III тип) с низким уровнем репрезентативности альфа-волн. Данные физиологического тестирования были помещены в эти классы альфа-активности без учета состояния испытуемого. Полученный цифровой материал обработан на ПЭВМ 1ВМ РС/АТ с помощью статистических программ.

Результаты исследования и их обсуждения

Были обнаружены максимальные значения показателя УР у высокоадаптивных студентов при суммарной вероятности следования альфа-волн в ЭЭГ полушарий {1,3-1,4} после 3-го экзамена зимней сессии (табл. 1).

Таблица 1. Динамика изменения показателей умственной деятельности у лиц I, II, III типа в зависимости от величины суммарной вероятности следования альфа-волн в ЭЭГ полушарий мозга

Обозначения: I, II, III - типы пластичности мозга; Рij {0,7-1,6} – суммарные вероятности следования альфа-волн; обозначения ФС, ЗЭ; АС-1, АС-2, ВЭС – приводятся в тексте. Звездочкой отмечены достоверные отличия

Как видно из таблицы, высокие значения УР у лиц I типа совпадают с максимальным повышением показателей памяти (КП и ПП). Минимальное значение УР обнаружено у среднеадаптивных лиц в течение учебного семестра при вероятности следования альфа-волн {1,2-1,3}, при котором отмечено максимальное снижение показателей как памяти, так и внимания (ПП и ПВ). Наибольшие значения внимания выявлены в диапазоне альфа-активности, соответствующем вероятности следования альфа-волн {0,9-1,0} у студентов III типа после 3-го экзамена зимней экзаменационной сессии, однако минимальные значения внимания при данном диапазоне также после 3-го экзамена обнаружены у студентов II типа.

Показатели умственной работоспособности в течение семестра у высокоадаптивных студентов достоверно выше, по сравнению с таковыми лицами II и III типа. После 3-го экзамена зимней сессии умственная работоспособность у всех студентов повышается, что сопровождается ростом показателей памяти и внимания, причем, у высокоадаптивных лиц этот процесс более интенсивный.

Проведение тренировок на мышечную релаксацию с БОС по огибающей кардиоинтервалограммы у студентов I и III типа ведет к снижению умственной работоспособности, что влечет за собой понижение показателей памяти и внимания. Однако у лиц II типа, напротив, наблюдается незначительное повышение умственной работоспособности и, соответственно, показателей памяти и внимания. Проведение БОС-тренировок по ЭЭГ ведет к однонаправленному изменению умственной работоспособности: у студентов трех типов повышение умственной работоспособности сопровождается улучшением памяти и внимания за счет роста показателей памяти и внимания. После экзаменов весенней экзаменационной сессии повышение умственной работоспособности у лиц I типа и снижение данного показателя у лиц II и III типа сопровождается достоверным снижением памяти и внимания.

Таким образом, максимальные значения суммарной вероятности следования альфа-волн в ЭЭГ обоих полушарий мозга {1,5-1,6} выявляются в период учебного семестра, после тренировок с БОС по огибающей кардиоинтервалограммы и экзаменов весенней экзаменационной сессии у высокоадаптивных лиц, а также у среднеадаптивных студентов после тренировок с БОС по огибающей ЭЭГ лобных, теменных и затылочных зон коры. Минимальные значения {0,7-0,8} – у низкоадаптивных лиц в течение учебного семестра и у среднеадаптивных лиц – после экзаменов весенней сессии. При высокой умственной работоспособности отмечаются высокие показатели памяти у лиц I типа, при низкой умственной работоспособности показатели памяти и внимания снижаются до минимума у лиц II типа.

Повышение работоспособности у лиц III типа реализуется концентрацией внимания. Снижение одного из показателей внимания и памяти вызывает уменьшение умственной работоспособности

Колебания умственной работоспособности с ростом суммарного показателя вероятности следования альфа-волн носит фазный характер. Устойчивое повышение умственной работоспособности наблюдается при высоких, но не на максимальных значениях вышеуказанного суммарного показателя, и сопряжено с устойчивым повышением показателей памяти и способности к переключению внимания. Обнаружено также, что все испытуемые, относящиеся к трем типам адаптивной пластичности и обследованные каждый в пяти сочетаниях (200 обследований) при получении повышенной информационной нагрузки различной интенсивности и характера, по суммарному показателю альфа-активности в ЭЭГ обоих полушарий не попали в классы значений {1,0-1,1}, {1,1-1,2}. По-видимому, восприятие информации мозгом происходит дискретно в микроинтервалах времени и пространства [8].

Значения альфа-активности, в диапазон которых не попал никто из испытуемых, возможно, связаны с так называемыми "особыми состояниями мозга" [12, 13]. В обнаруженных нами классах вероятностей следования альфа-волн существуют определенные значения, при которых мозг готов к восприятию поступающей информации минимально, оптимально и максимально.

Следует отметить, что в диапазон устойчивой высокой умственной работоспособности попадают лица I типа с суммарными значениями вероятности следования альфа-волн от 1,4 до 1,6, находящиеся в различных функциональных состояниях: после первого и третьего экзамена зимней сессии, после весенней экзаменационной сессии, после проведения биоуправления по огибающей кардиоинтервалограммы, после проведения биоуправления по огибающим ЭЭГ лобных, теменных и затылочных зон коры (табл. 1). И только одна группа лиц II типа, достигающая после проведения биоуправления на релаксацию значений суммарной альфа-активности от 1,5 до 1,6, попадает в диапазон устойчивой высокой умственной работоспособности (табл. 1).

Обнаруженные диапазоны суммарной альфа-активности и являются, по-видимому, "информационными окнами", в которых и происходит межмодульная сенсорная и ассоциативная интеграция биопотенциального поля альфа-ритма с процессами восприятия, памяти и формирования программ адаптивного поведения [13, 14].

Таким образом, выявлены оптимальные диапазоны суммарной вероятности следования альфа-волн в ЭЭГ больших полушарий мозга {1,3-1,4}, которым соответствуют максимальные значения показателей интеллектуальной деятельности: памяти и внимания. Наиболее высокие показатели умственной работоспособности отмечаются у высокоадаптивных лиц во время зимней экзаменационной сессии. Проведение тренировок по ЭЭГ в системе обратной связи улучшают умственную работоспособность у лиц I типа, тренировки на мышечную релаксацию по ЭМГ оптимизируют умственную деятельность у лиц II типа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Айдаралиев А.А., Максимов А.Л. Адаптация человека к экстремальным условиям: Опыт прогнозирования. – Л., 1968.

2. Медведев В.И. Устойчивость физиологических и психологических функций человека при действии экстремальных факторов. - Л.: «Наука», 1982. - 104 с.

3. Василевский Н.Н., Сороко С.И., Богословский М.М. Психологические аспекты адаптации человека в Антарктиде. - Л.: «Медицина», 1978.

4. Леонова А.Б. Психодиагностика функциональных систем человека. – М., 1984.

5. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. – М.: «Медицина», 1979. - 295с.

6. Ливанов М.Н. Пространственная организация процессов головного мозга. - М.: «Наука», 1972. - 181 с.

7. Павлова Л.П., Романенко А.Ф. Системный подход к психологическому исследованию мозга человека. - Л.: «Наука», 1988. - 213 с.

8. Фарбер Д.А., Кирпичев В.И. ЭЭГ-корреляты индивидуальных особенностей умственной работоспособности подростков // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1985. Т. 18. N5. - С. 649-657.

9. Легостаев Г.Н. Изменение показателей умственной деятельности в результате произвольной релаксации // Физиология человека. 1996. Т.22. N5. - С. 135-137.

10. Тамбиев А.Э., Медведев С.Д., Егорова Е.В. Характер корреляционных взаимоотношений потенциалов мозга при разной степени концентрации внимания // Физиология человека. 1995. Т.21. N4.

11. Казановская И.А. Механизмы саморегуляции мозга и переработка зрительной информации. - Рига: «Знание», 1990. - 136 с.

12. Сороко С.И., Бекшаев С.С., Сидоров Ю.А. Основные типы механизмов саморегуляции мозга. - Л.: «Наука», 1990. - 205 с.

13. Гондарева Л.Н. Прогнозирование и коррекция состояния человека по биоритмологическим характеристикам физиологических процессов при различных видах деятельности // Автореф.дисс... докт. биол. наук. - Санкт-Петербург, 1996. 37 с.

14. Бехтерева Н.П. О мозге человека // Размышления о главном. - Санкт-Петербург, 1994. С. 55-83.