Когнитология

31

Метод раздражения

Этотметод используется с XIX века, когда были открыты электрические свойства нервной ткани. Метод раздражения предполагает анализ особенностей высших психических функций (ВПФ) в результате воздействия на мозг.

Рис. 4. Изучение функциональной специализации полушарий на пациентах с «расщеплённым мозгом».

Поскольку это воздействие можно оказывать по-разному, выделяют прямое раздражение, непрямое раздражение и раздражение отдельных нейронов. Первое предполагает непосредственное воздействие на отдельные участки коры с помощью электрического тока или механически. В 1871 г. Фрич и Гитцик таким образом выделили моторные зоны у собак, Ч. Шерингтон (1903) провел опыты на обезьянах, В. Пенфилд впервые использовал данный метод на человеке

(1945).

В практической деятельности нейропсихологов используется предложенный А. Р. Лурия метод синдромного анализа, или, иначе, «батарея Луриевских методов». А. Р. Лурия отобрал ряд тестов, объединенных в батарею, которая позволяет оценить состояние всех основных ВПФ (по их параметрам). Эти методики адресованы ко всем мозговым структурам, обеспечивающим эти параметры, что и позволяет определить зону поражения мозга. Изменение сложности задач и темпа их предъявления дает возможность с большой точностью выявить тонкие формы нарушения (поставить

32

топический диагноз). Предложенный метод основан на системном подходе к анализу нарушений функции и качественном анализе дефекта и представляет собой набор специальных проб, адресующихся к различным познавательным процессам, произвольным движениям и действиям (Лурия А. Р., 2007).

Рис.5. Транскраниальная магнитная стимуляция: схема действия и внешний вид стимулятора

Электроэнцефалография

Наиболее распространённый подход в когнитивных исследованиях это сочетание экспериментальных методик когнитивной психологии с одновременной регистрацией активности в центральной нервной системе –

электроэнцефалографией -ЭЭГ.

Особенно информативна для целей когнитологического исследования количественная ЭЭГ-активность, которая рассматривается как средний уровень активности мозговых волн в связи с той или иной деятельностью или в связи с той или иной патологией. Регистрация ЭЭГ производится в состоянии оперативного покоя (глаза открыты), психосенсорного покоя (глаза закрыты). Для анализа ЭЭГ применяют Фурье-анализ или полупериодный. В результате анализа вычисляют амплитуду, частоту ритмов ЭЭГ индекс времени (%% времени который данный ритм занимает за определенный временной период регистрации). После

33

получения исходных данных производится обработка полученных результатов, применением цифровых методов.

Рис.6. Современный клинический электроэнцефалограф

Сочетанное применение экспериментальных методик когнитивной психологии с одновременной регистрацией активности в центральной нервной системе позволяет реализовывать построение математических моделей.

Сетевой семантико-топологический метод в психологии

Предлагаемая разработанная нами идеология анализа базируется на разработанной нами прагматической концепции, согласно которой, показатели психологического тестирования, описывающие пространства психики, показатели функционального состояния ЦНС и индивидуальное время (аутохронометрия) личности находятся в отношениях и связях между собой, а также модулируются наличной средой обитания организма-личности.

Основной особенностью предлагаемого нами метода анализа является использование при анализе данных психологического исследования одномерного, двумерного и многомерного методов анализа, имеющих своей целью выявление динамических связей-отношений между индивидуально-психологическими чертами личности,

34

психическими актами и состояниями и т.п., а также показателями функционального состояния ЦНС, как элементами одного единого множества.

Принципы системности и междисиплинарности в разработанном алгоритме анализа психики предполагают, по нашему мнению, анализ взаимоотношений психических и нейрофизиологических процессов на трех взаимодополняющих уровнях:

1)Первый уровень предполагает исследование взаимоотношений (взаимовлияний) психических актов и состояний, а также индивидуально-психологических черт личности друг на друга. Таким образом, первый уровень предполагает выявление системности самих психических актов

исостояний и индивидуально-психологических черт личности.

2)Второй уровень предполагает исследование влияний нейрофизиологического (функционального состояния ЦНС) на психическое (психические акты и состояния, а также индивидуально-психологические черты личности).

3)Третий уровень предполагает исследование влияний психического (психических актов и состояний, а также индивидуально-психологических черт личности) на нейрофизиологическое (функциональное состояние ЦНС).

Данная постановка проблемы, в целом, является в психологии практически не разработанной (Лобасюк Б.А., Боделан М.И.).

Позитронно-эмиссионная томография (двухфотонная эмиссионная томография).

Принцип действия: Испытуемому вводят вещество, «меченное» короткоживущим радиоактивным изотопом. Метод основан на регистрации пары гамма-квантов, возникающих при аннигиляции позитронов с электронами. Позитроны возникают при позитронном бета-распаде радионуклида, входящего в состав радиофармпрепарата, который вводится в организм перед исследованием. Потенциал ПЭТ в значительной степени определяется арсеналом доступных меченых соединений — радиофармпрепаратов (РФП). Именно выбор подходящего РФП позволяет изучать с помощью ПЭТ такие разные процессы, как

35

метаболизм, транспорт веществ, лиганд-рецепторные взаимодействия, экспрессию генов и т. д.

На сегодняшний день в ПЭТ в основном применяются позитрон-излучающие изотопы элементов второго периода периодической системы: углерод-11 (T½= 20,4 мин.), азот-13 (T½=9,96 мин.), кислород-15 (T½=2,03 мин.), фтор-18 (T½=109,8 мин.)

В областях, где потребление этого вещества максимально максимальна и интенсивность распада изотопа. Она измеряется с помощью детекторов излучения. Нейронная активность обуславливает рост обмена веществ в нейронах, а это приводит к усиление кровотока в соответствующих областях.

Магнитно-резонансная томография

Томографический способ исследования внутренних органов и тканей с использованием физического явления ядерного магнитного резонанса. Способ основан на измерении электромагнитного отклика атомных ядер, чаще всего ядер атомов водорода[1], а именно на возбуждении их определённым сочетанием электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости.

Область воздействия электромагнитного импульса можно сфокусировать очень точно, а интенсивность ответа будет определяться числом соответствующих атомов в этой области.

Рис. 7. Внешний вид позитронно-эмиссионного томографа и один из «срезов» мозга, получаемых с его помощью.

Томография позволяет визуализировать с высоким

36

качеством головной, спинной мозг и другие внутренние органы. Современные методики МРТ делают возможным неинвазивно (без вмешательства) исследовать функцию органов — измерять скорость кровотока, тока спинномозговой жидкости, определять уровень диффузии в тканях, видеть активацию коры головного мозга при функционировании органов, за которые отвечает данный участок коры

(функциональная МРТ).

Магнитоэнцефалография (МЭГ)

Технология, позволяющая измерять и визуализировать магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга. Для детекции полей используются высокоточные сверхпроводниковые квантовые интерферометры, или СКВИД-датчики. МЭГ применяется в исследованиях работы мозга и в медицине (Википедия).

МЭГ может использоваться для локализации очагов эпилептической активности, в частности при планировании операций.

В 2007 году группа исследователей (Georgopoulos A.P., Karageorgiou E., Leuthold A.C., Lewis S.M., Lynch J.K., Alonso A.A., Aslam Z., Carpenter A.F., Georgopoulos A., Hemmy L.S., Koutlas I.G., Langheim F.J., McCarten J.R., McPherson S.E., Pardo J.V., Pardo P.J., Parry G.J., Rottunda S.J., Segal B.M., Sponheim S.R., Stanwyck J.J., Stephane M., Westermeyer J.J., 2007)

сообщила об удачной классификации с помощью МЭГ таких заболеваний, как рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера, шизофрения, синдром Шегрена, хронический алкоголизм, невралгии лицевых нервов в группе из 142 человек. Учёные предположили, что МЭГ может помочь в диагностике болезней мозга, и основали компанию Orasi Medical для коммерческого продвижения разработанной ими методики.

Регистрация движений глаз, основанная на быстрой обработке видеоизображений.

37

В конце 1960-х годов широкую международную известность получили работы биофизика А.Л. Ярбуса (1965). Он продемонстрировал выраженную

Рис. 8. Функциональная магнитно-резонансная томография. Активация коры в задаче отслеживания источника звука на слух (при закрытых глазах).

зависимость траектории движений глаз при рассматривании сложных осмысленных изображений от стоящей перед субъектом задачи. Его методика была основана на использовании резиновой присоски с укрепленным на ней зеркальцем (позднее радиоантенной). Присоска ставилась непосредственно на поверхность (склеру) глаза испытуемого, голова которого жестко фиксировалась в металлической рамке. Такой эксперимент мог продолжаться не более нескольких минут, обработка же данных занимала недели и месяцы.

В настоящее время при регистрации движений глаз роль отслеживаемой «цели» выполняют зрачки, снимаемые в инфракрасном, остающемся невидимым для испытуемого свете быстрыми (с частотой смены кадра до 500 Гц) и очень маленькими (примерно 5 мм) телекамерами. Одновременно таким же образом регистрируются движения головы. Объединение информации о положении головы и зрачков позволяет чрезвычайно быстро (с задержкой в несколько миллисекунд) определять абсолютное направление взора в окружающем пространстве. Эти новые методы могут быть совершенно бесконтактными. Значение этих методов выходит за рамки исследований собственно зрительного восприятия, поскольку направление взора служит наиболее надежным и практически мгновенным индикатором положения

38

фокуса внимания, а следовательно, и выполняемых действий. Кроме того, продолжительность зрительных фиксаций и общее время пребывания взора в определенной области окружения позволяют судить о характере и уровне обработки информации (Vehchkovsky, 1999). Существенно, что данные о направлении взора и окуломоторных событиях, включающих саккады и моргания, обрабатываются за сотые доли секунды. Специальные процедуры, делают возможным по узору саккад и фиксаций идентифицировать намерения человека, что необходимо для адаптивной поддержки операторов сложных технических систем. Если мозговое картирование радикально изменило характер работ в области нейропсихологии, регистрации движений глаз, судя по всему, предстоит революционизировать многие практические приложения когнитивных исследований (Величковский Б.М., 2007).

Применение вызванных потенциалов в когнитивных исследованиях.

Метод ВП связан с выделением слабых и сверхслабых изменений электрической активности мозга в ответ на стимул, например, зрительный, слуховой, а также в ответ на эндогенные события, связанные с ожиданием, опознанием, принятием решения и инициацией двигательного ответа.

Исследование ВП является абсолютно неинвазивным, что позволяет проводить многократные исследования в динамике с целью уточнения уровня и степени поражения головного мозга, прогноза течения заболевания, мониторирования состояния больного в процессе лечения.

ВП генерируются теми же структурами, что и спонтанная ЭЭГ, и регистрируются с электродов, располагаемых на поверхности головы больного, наряду со спонтанной ритмикой, которая для ВП является шумом, значительно превосходящим его по амплитуде. Выделение ВП происходит за счет многократной подачи стимулов (синхронного накопления) и суммации каждого последующего ответа с предыдущими. Опорным моментом для такой суммации является момент подачи стимулов (Колкер И.А.,

2006).

39

Принято несколько подходов к классификации ВП: по модальности предъявляемого стимула — зрительные, слуховые и т.д.; по условиям выделения и генерации компонентов ответа (потенциалы ближнего и дальнего поля) — коротколатентные и длиннолатентные ВП, а также по характеру выделяемых ответов — экзогенные и эндогенные стимулы.

Экзогенные, т.е. обусловленные внешним воздействием стимулов (ВП в узком смысле). Они привязаны к внешнему стимулу и сильно зависят от его характеристик - модальность (слуховые, зрительные и т.п.), интенсивность и др.

Эндогенные, т.е. обусловленные внутренними процессами в мозге (=ССВП)

-когнитивный ВП (Р3, P300)

-условная негативная волна (волна ожидания, E-волна)

(CNV – contingent negative variation, expectancy wave);

-негативность рассогласования (MMN – mismatch negativity)

-потенциал готовности и др. потенциалы, связанные с движением и др.

Независимо от модальности в ВП выделяют несколько обязательных компонентов с учетом их полярности и латентности. Латентность — временной промежуток от момента подачи стимула до появления компонента. Подразделяются на ранние (до 100 мс после стимула) и поздние (от 100 до примерно 300 мс). В названии отражается полярность и очередность компонентов, при этом пики нумеруются либо по порядку (Р1, N1, P2 и т.д.), либо по наиболее близким латентностям — Р50, N75, Р100 и т.д.

Связанные с событиями потенциалы (ССВП, или ССП) (event-related potentials, ERP) - более широкое понятие.

При исследовании ССВП применяют когерентное усреднение не только относительно стимула, но и относительно других событий (например, относительно нажатия испытуемым на кнопку, перемещения направления его взора и т.п.).

ВП разделяют на: http://en.wikipedia.org/wiki/Evoked_potential http://en.wikipedia.org/wiki/N100_(neuroscience) http://en.wikipedia.org/wiki/P200

40

Рис. 9. Усреднение относительно момента включения стимула, справа – относительно случайных моментов времени. Цифры – число усредненных записей. Видно, что по мере усреднения ВП проявляется все более отчетливо, а спонтанные колебания ЭЭГ взаимоуничтожаются.

http://en.wikipeфыфdia.org/wiki/N200_(neuroscience) http://en.wikipedia.org/wiki/P300_(neuroscience) http://en.wikipedia.org/wiki/Mismatch_negativity http://en.wikipedia.org/wiki/Error-related_negativity

В психофизиологических исследованиях при решении когнитивных задач доступы для регистрации только длиннолатентные (поздние) ВП с латентностью не менее 50 мс

– так как для их выявления бывает достаточно усреднения нескольких десятков реализаций.

Форма ВП и его компонентный состав зависят от: свойств стимула и способов их предъявления:

-модальность стимулов (слуховые, зрительные, соматосенсорные и др.)

-характеристики стимулов (яркость, громкость, паттерн, свойства изображенного объекта и др.)

-межстимульные интервалы, правила чередования стимулов и др.

-функциональное состояние испытуемого (бодрость, усталость,

сонливость, наркоз, кома и т.п.), отведения на голове