Удк 159. 9 Ббк88 р 12 Федеральная программа книгоиздания России Рецензенты канд психол наук С. А. Исайчев, доктор биол наук И. И. Полетаева РавичЩербо ив и др Р
 Скачать 3.61 Mb.
|
|
1. ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ КАК МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА. ОПИСАНИЕ И СПОСОБЫ АНАЛИЗА ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ Вызванные потенциалы (ВП) — биоэлектрические колебания, возникающие в нервных структурах в ответ на внешнее раздражение и находящиеся в строго определенной временной связи с началом его действия. Стимулами могут служить относительно элементарные, поддающиеся количественной оценке раздражители, например, вспышки определенной интенсивности, шахматные поля с разным размером ячейки (зрительные ВП), звуковые тоны заданной частоты и интенсивности (слуховые ВП), слабые удары электрическим током известных параметров (соматосенсорные ВП) [134]. Наряду с этим существующие способы выделения сигнала из шума позволяют отмечать в записи ЭЭГ изменения потенциала, достаточно строго связанные во времени с любым фиксированным событием, в том числе субъективным, внутренним. Благодаря этому выделился еще один круг физиологических явлений — событийно-связанные потенциалы (ССП). Примерами их служат колебания, связанные сак- тивностью двигательной зоны коры больших полушарий (моторный потенциал, или потенциал, связанный сдвижением потенциал, связанный с намерением произвести определенное действие (так называемая Е-волна); потенциал, возникающий при пропуске ожидаемого стимула. Сенсорные вызванные потенциалы представляют собой последовательность позитивных и негативных колебаний, регистрируемых, как правило, в интервале 0-500 мс. Событийно-связанные потенциалы включают и поздние колебания в интервале до 1000 мс и более. Количественные методы оценки ВП и ССП предусматривают в первую очередь оценку амплитуд и латентнос- тей. При описании их компонентного состава в большинстве случаев указывают полярность компонента (отрицательный, негативный — N; положительный, позитивный — Р) и его порядковый номер от начала ответа или временные параметры. (Напр, позитивное колебание в интервале 300-600 мс обозначается как Р 3 или Р Как правило, компоненты ВП делят на экзогенные и эндогенные. Первые отражают активность специфических проводящих путей, по которым в кору поступают афферентные сигналы, и зон, в которых они обрабатываются. Вторые более тесно связаны с активностью неспецифических ассоциативных систем мозга. Длительность тех и других оценивается по-разному для разных модальностей. Например, в зрительной системе экзогенные компоненты ВП регистрируются в течение первых 100 мс с момента стимуляции. В интерпретации компонентов и параметров ВП и ССП в настоящее время широко используется понятийный аппарат информационного подхода, при котором вся совокупность реакций такого типа трактуется как отражение процессов приема и переработки информации (рис. 14.1) [62]. ИНДИВИДУАЛЬНАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ И СТАБИЛЬНОСТЬ ВП И ССП Высокая межиндивидуальная изменчивость свойственна всем видам электрофизиологических реакций, связанных с внешними воздействиями сенсорным вызванным потенциалам, потенциалам мозга, связанным сдвижением (ПМСД), волне ожидания. Коэффициенты корреляции, характеризующие сходство общей конфигурации 310 Рис. 14.1. Схематизированные эндогенные компоненты слуховых вызванных потенциалов а — ответ на релевантный задаче стимул б — ответ на иррелевантный стимул по 132, гл. IV]. сенсорных ВП различных модальностей и ПМСД в парах неродствен- ников, подобранных по полу и возрасту, составляют в среднем 0,2-0,3 [132, 209, 308], что говорит о выраженных различиях в ВП и ССП любых двух людей. Коэффициенты корреляции, полученные у одних и тех же испытуемых при регистрации ВП и ССП в разные дни, колеблются от 0,6 до 0,9 в зависимости от вида стимула. Факторами, определяющими индивидуальное своеобразие ВП, предположительно являются уникальные особенности морфологии ЦНС и различных показателей ее функционирования биохимических, электрофизиологических и пр. ЭЭГ взрослого человека высоко индивидуализирована устойчивым индивидуально-специфическим признаком является соотношение «сигнал-шум», на основе которого происходит отделение ВП от фоновой электроэнцефалограммы. Индивидуально специфична и относительно стабильна пространственная картина биоэлектрических колебаний. Существенным фактором в межиндивидуальной изменчивости ВП и ССП являются половые различия. Наиболее изучены в этом отношении сенсорные ВП. У женщин отмечаются более короткие латентные периоды и более высокая амплитуда зрительных, слуховых и со- матосенсорных ВП [132, 134]. Вместе стем имеются данные, подтверждающие возможность генетического контроля половых различий по амплитудам ВП [цит. по 132]. При параллельном сопоставлении зрительных и слуховых ВП трех групп испытуемых — здоровых мужчин и женщина также пациентов с кари- 311 отипом Х (фенотипически это женщины) — были выявлены большие значения амплитуд в двух последних группах. По-видимому, в отсутствии хромосомы формирование ВП идет по женскому типу. Несмотря на то что во многих исследованиях отмечается индивидуальное своеобразие ВП и ССП, не выделено каких-либо особых типов этих реакций, свойственных тем или иным группам людей, как это, например, было показано Ф. Фогелем применительно к ЭЭГ (см. гл. XIII). Однако были установлены достоверные различия в амплитудах и латен- тностях зрительных и слуховых ВП у индивидов с разными вариантами ЭЭГ. Сточки зрения Ф. Фогеля, это говорит о связи индивидуальных различий в переработке информации с генетически обусловленным признаком — паттерном ЭЭГ. Такой подход открывает новую перспективу для изучения биологических основ поведения в целом. Тем не менее в общем определенные принципы деления ВП на типы по каким-либо фиксированным особенностям этих реакций не выделены. Как правило, индивидуальные различия сводятся косо- бенностям компонентного состава ВП и различиям в амплитудах и латентностях. Исключение составляет феномен «увеличения—уменьшения» (augmenting- reducing) [217, 218]. Он заключается в следующем с увеличением интенсивности стимула амплитуда ВП сначала увеличивается, а затем, несмотря на продолжающееся усиление стимула, либо стабилизируется, либо снижается. Однако указанная закономерность проявляется по-разному у разных испытуемых. Наиболее отчетливо индивидуальные различия обнаруживаются при высоких значениях интенсивности стимуляции у испытуемых-«увеличителей» амплитуда ВП продолжает увеличиваться, у испытуемых-«уменьшителей» — уменьшаться. Таким образом, индивидуально-специфическим признаком здесь служит крутизна возрастания линии, отражающей зависимость амплитуды ВП от интенсивности стимула. Ретестовая надежность данного показателя относительно велика, корреляции между результатами повторных исследований одних и тех же испытуемых составляют 0,6-0,8. Предполагается, что этот феномен отражает функционирование механизмов индивидуальной адаптации при переработке сенсорного опыта. Он обнаруживает связь с некоторыми психологическими показателями интеллектом, когнитивными стилями, особенностями темперамента и личностными характеристиками. Например, тенденция к ослаблению ответа связана с ин- тровертированностью и более низкими значениями по шкале поиска ощущений. Кроме того, феномен «увеличения-уменьшения» связан с биохимической индивидуальностью человека, в частности с особенностями метаболизма медиаторов из группы катехоламинов [460]. По мнению М. Закермана, сильная индивидуальная выраженность охранительных механизмов проявляется на уровне электрофизиологических реакций в виде ослабления ответов, а в поведении — в склонности к избеганию стимуляции. В заключение следует сказать, что ВП представляют собой уникальный инструмент для изучения генотип-средовых соотношений в индивидуальных особенностях физиологических механизмов переработки сенсорной информации. Они сочетают в себе все условия, необходимые для такого исследования 1) ВП в целом рассматриваются как электрофизиологический коррелят информационного процесса 2) компонентная структура ВП соотносима с отдельными этапами, или стадиями, процесса переработки информации 3) благодаря региональной специфичности ВП дают возможность оценить вклад генотипа в особенности функционирования различных зон мозга 4) ВП относятся к числу индивидуально-специфических реакций, параметры которых характеризуются непрерывной изменчивостью, что позволяет ставить вопрос о роли генотипа в происхождении этой изменчивости и использовать для его решения методы биометрического анализа. 2. ВП И ССП КАК ОБЪЕКТЫ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СЕНСОРНЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ Первые генетические исследования ВП появились в х годах, с тех пор их было проведено в общей сложности около 20 см 132,431). В подавляющем большинстве они выполнены методом близнецов, и для них характерны те же особенности, которые отличают генетические исследования ЭЭГ, те. относительно небольшое количество пари большой возрастной диапазон испытуемых, а также разные условия регистрации ЭЭГ и стимуляции. В тоже время в ряде работ используются сходные принципы постановки исследования и последующей обработки данных. Так, вне- скольких случаях оценка внутрипарного сходства в парах МЗ и ДЗ близнецов проводилась по волновой форме ВП, те. по цифровому ряду, описывающему конфигурацию ВП с шагом дискретизации в несколько миллисекунд. Полученные цифровые ряды или их фрагменты в каждой паре близнецов подвергали корреляционному сопоставлению. Для получения усредненных по группам значений коэффициентов корреляции использовались преобразования индивидуальных коэффициентов с последующим усреднением их. Оценка достоверности различий между усредненными значениями z может проводиться с помощью Т-критерия Стьюдента, применяется также однофакторный дисперсионный анализ и некоторые другие варианты анализа. Сопоставление волновых форм дает наиболее общую оценку сходства потенциалов, однако не учитывает, за счет каких именно компонентов возникает сходство. Необходимо также иметь ввиду, что при достаточно сходной форме двух ВП небольшой сдвиг латентных периодов может значительно снизить коэффициенты внутрипарного сходства. В связи с функциональной неоднородностью ВП особое значение имеет генетический анализ отдельных компонентов ВП и их параметров. Использование некоторых формальных критериев позволяет выявить наиболее характерную для данных условий последовательность компонентов ВП. При этом латентные периоды вычисляются от момента подачи стимула до пика соответствующего компонента. Оценка амплитуд может проводиться как от средней линии, таки от пика до пика. Возможно также использование более сложных алгоритмов вычисления амплитудных параметров ВП [244, 316], а также топографическое картирование параметров ВП [338]. Генетический анализ ВП целесообразно начинать с оценки парной конкордантности МЗ и ДЗ близнецов покомпонентной структуре ВП, а уже затем в парах конкордатных близнецов устанавливать меру генотипической обусловленности амплитудно-временных параметров ВП. В большинстве работ оценка сходства проводилась с помощью коэффициентов корреляции соответствующих показателей. В некоторых исследованиях наследуемость отдельных параметров оценивалась с помощью методов биометрической генетики с разложением фенотипической дисперсии на компоненты и подбором моделей. Анализ гено- и паратонической обусловленности ВП и ССП целесообразно проводить отдельно в трех ракурсах в зависимости от 1) особенностей стимула (модальности, интенсивности, качественных характеристик 2) особенностей экспериментальной ситуации 3) анализируемого компонента (его параметров и места в общей структуре ВП) и области его регистрации. Рассмотрим указанные направления анализа. ВЛИЯНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СТИМУЛА Наиболее существенной характеристикой стимула является его модальность, те. принадлежность к определенной сенсорной системе. Поэтому признаку выделяются зрительные, слуховые и соматосен- сорные ВП. Закономерно возникает вопрос какое влияние оказывают факторы генотипа на формирование межиндивидуальной изменчивости ВП в каждой модальности Роль факторов генотипа и среды наиболее изучена для зрительных, слуховых ив меньшей степени, соматосенсорных ВП. Влияния генотипа неоднократно выявлялись в изменчивости ВП на вспышки умеренной интенсивности и звуковые тоны и щелчки в основном в диапазоне 60—80 дБ. Наиболее полное исследование было проведено Э. Льюисом с соавторами [316]. В нем принимали участие 44 пары МЗ, 44 пары ДЗ близнецов и 46 пар HP от 4 долети фактически впервые было показано, что генотип вносит свой вклад в изменчивость волновой формы и амплитудных параметров ВП на зрительные и слуховые стимулы (рис. 14.2). В этой работе анализировались также соматосенсорные ВП на элек- трокожное раздражение правого указательного пальца с интенсивностью, в 2 раза превышающей субъективный порог. По волновой форме соматосенсорных ВП статистически достоверных различий между МЗ и ДЗ получено не было. Изучение амплитудных показателей позволило выявить генетические влияния в изменчивости соматосенсорных ВП, но они все равно оказались меньше, чем в зрительных и слуховых ВП. Следующей характеристикой стимула является его интенсивность. В каждой модальности стимулы могут быть слабыми, умеренными и сильными, соответственно амплитуда ВП изменяется в зависимости от интенсивности стимула. Если стимулы (вспышка, звуковой тон) слабые, то ВП имеют небольшую амплитуду. При усилении стимула амплитуда компонентов ВП возрастает, но только до определенного предела, различного у разных индивидов. Поданному признаку они делятся на уменьшителен и увеличителей у первых этот предел наступает раньше, чему вторых. Закономерно возникает вопрос зависят ли проявления генетического контроля ВП от силы раздражителя Судя по некоторым данным, генетическая обусловленность амплитуды проявляется по-раз- 315 ному в ответах на стимулы различной силы [ 132, гл. IV]. В слуховых ВП увеличение интенсивности раздражителя приводит к более отчетливому проявлению генотипического контроля амплитуд. Различия в факторах, формирующих изменчивость ВП на тоны 80 дБ и 105 дБ, анализировались Б.И. Кочубеем [84]. Влияние генотипа отчетливо сказывалось в амплитудах компонентов N 1 Р 2 (интервал 100-200 мс показатели наследуемости составили 0,46 ив реакции на тон 80 дБ и 0,58 ив реакции на тон 105 дБ Эта проблема исследовалась также применительно к зрительными слуховым ВП в связи с изучением генетического контроля феномена «увеличения—уменьшения» [217, 218]. Изучение внутрипарного сходства динамики ВП при изменении интенсивности стимулов вспышки) у 33 пар МЗ и 34 пар ДЗ близнецов дало внутриклассовые корреляции, свидетельствующие об увеличении наследуемости амплитуды ВП на световые стимулы по мере возрастания яркости стимула. В табл. 14.1 приведены данные для амплитудных показателей, вычисленных в интервале 76-112 мс. Из этих данных следует, что по Таблица 14.1 Наследуемость амплитудных параметров зрительных ВП Амплитудные показатели Коэффициенты корреляции МЗ Коэффициенты корреляции ДЗ Показатель наследуемости При разных интенсивностях стимула й уровень -0,20 -0,21 0,00 й уровень 0,31 0,07 0,25 й уровень 0,40 0,02 0,39 й уровень 0,51 -0,04 0,52 Средние амплитуды Р - N 140 0,59 0,36 0,35 N 140 - P 200 0,57 0,10 0,52 Крутизна наклона кривой приросте интенсивности стимула P 100 - N 140 0,51 -0,04 0,52 N 140 - P 200 0,56 -0,10 0,60 Примечание. Таблица составлена поданным М. Бухсбаума [217]. Уровни интенсивности стимула даны по возрастающей наследуемость оценивалась по Хольцингеру (именно этот коэффициент использовал М. Бухсбаум). 316 Рис. 14.3. Зрительные ВП двух пар МЗ близнецов в ответ на четыре уровня световой интенсивности. В каждой паре ВП одного близнеца представлен сплошной линией, второго — пунктирной. Отметьте сходство латентностей пиков, волновой формы и изменений по мере роста интенсивности стимула. В паре 1 — слева — компонент Р N 140 заметно возрастает по мере роста интенсивности стимула (augmenting), в паре 2 тот же компонент уменьшается (reducing) [217]. мере возрастания интенсивности влияние генотипа в амплитуде зрительных ВП проявляется все более отчетливо. Как подчеркивает автор, на втором или третьем уровне интенсивности происходило деление испытуемых на увеличителей и «умень- шителей», те. сохраняющих или изменяющих тип реагирования на усиление интенсивности стимула (рис. 14.3). Внутрипарное сопоставление наклона прямой, отражающей зависимость амплитуды ВП от силы раздражителя, выявило существенно большее сходство МЗ близнецов по сравнению с ДЗ. Таким образом, установлено, что крутизна наклона прямой, отражающей зависимость амплитуды ВП от силы раздражителя, в значительной степени контролируется генотипом. Генетическая детерминация индивидуальных различий по феномену «увеличения—уменьшения» подтвердилась ив семейных исследованиях. Было установлено, что межиндивидуальные различия поданному признаку на 51-68% объясняются генетическими влияниями. Кроме того, поэтому признаку наблюдается ассортативность в подборе супружеских пар, корреляции между супругами составляют 0,32 [218]. Психофизиологическая сущность феномена «увеличения—уменьшения» не совсем ясна и требует более глубокого изучения. Не исключено, что в его 317 основе лежат некоторые общебиологические механизмы, отражающие пропускную способность нервной системы при обработке информации. По-ви- димому, такие механизмы ограничивают способность человека и животных адекватно реагировать на стимулы при слишком значительном увеличении их интенсивности. Ограничения в пропускной способности сенсорных каналов ЦНС, накладываемые указанными механизмами, индивидуально вариа- тивны, ив их межиндивидуальную вариативность вносят существенный вклад генетические факторы. Так или иначе, нов изменчивости и зрительных, и слуховых ВП усиление интенсивности стимула приводит к более отчетливому проявлению генетической обусловленности амплитудных параметров. Кроме модальности и интенсивности, стимулы могут различаться и другими особенностями — качественными и количественными. Например, зрительные стимулы могут иметь одинаковые физические параметры (освещенность, но разный рисунок и/или содержание. В частности, зрительные стимулы в виде шахматных полей, имея одинаковую общую освещенность, будут иметь разный вид, определяемый размером ячейки. При этом ВП на шахматные паттерны с ячейками разных размеров также будут существенно различаться [134]. Изучение генетической обусловленности параметров ВП на сменяющие друг друга шахматные поля с разными ячейками (обращаемый шахматный паттерн) было проведено КБ. Булаевой с соавторами в семейном исследовании. При анализе сходства между родителями и детьми, а также между сиблингами была установлена наследуемость амплитуд и латентностей ранних компонентов интервал мс) зрительных ВП на обращаемый шахматный паттерн. Показатели наследуемости для разных компонентов ВП варьирует от 0,28 до 0,88. Вызванные потенциалы изменяют свои параметры при предъявлении стимулов не только разной формы, но и разного содержания. Влияние содержательных особенностей стимула на генотип-средовые соотношения в изменчивости ВП исследовали Т.М. Марютина и Т.Г. Ивошина [109] у взрослых близнецов применительно к 7 вариантам стимулов (рис. 14.4). По порядку предъявления это были вспышка симметричная геометрическая фигура, не имеющая названия комбинация букв ДМО; хаотический набор элементов, из которых складывалось изображение дома слово ДОМ рисунок дома шахматное поле с ячейкой 20 минут. ВП регистрировались монополярно из 6 зон (0 2 , C 2 , T 5 , Т, F 3 , по системе «10-20»). В зависимости от особенностей стимула менялись амплитуды и латентности компонентов ВП. Оценка внутрипарного сходства проводилась по волновой форме, латен- тностям и амплитудам всех компонентов ВП. По совокупности полученных данных было подсчитано 336 коэффициентов наследуемости, для сравнения ВП на разные стимулы использовалась обобщенная характеристика процент тех позиций, по которым внутри- парное сходство МЗ и ДЗ близнецов различалось статистически достоверно. Такой прием позволил выявить интересный факт максимум генетических влияний был установлен для параметров ВП на вспышку и шахматное поле (60 и 62% соответственно, минимум для ответов на семантические стимулы (рисунок дома и слово ДОМ — 31 и 29%). Стимулы 2, 3, 4 получили пои соответственно. Разложение фенотипичес- кой дисперсии латентных периодов ВП обнаружило значительную долю генетической изменчивости в ответах на вспышку и шахматное поле. В ответах на семантические стимулы, напротив, отчетливо выступает влияние систематической среды (табл. 14.2). Таким образом, роль генетической и средовой изменчивости в формировании индивидуальных особенностей зрительных ВП существенно зависит от содержания стимула. Предполагается, что в основе этих различий лежит разное физиологическое обеспечение элементарных сенсорных процессов и перцептивной деятельности, формирующейся входе освоения социального опыта. Итак, степень генетической обусловленности ВП проявляется по- разному в зависимости от модальности стимула, его интенсивности, графических и семантических особенностей. Иначе говоря, даже в психофизиологическом феномене — ВП, принадлежащем, условно говоря, к «индивидному» биологическому уровню в структуре индивидуальности, соотношение генетических и средовых влияний зависит от особенностей переработки информации, те. от когнитивного уровня. 319 Рис. 14.4. Зрительные ВП затылочной области в парах МЗ и ДЗ близнецов. Толстой линией обозначены ВП одного близнеца, тонкой — ВП другого близнеца. Числа — коэффициенты корреляции, иллюстрирующие динамику внутрипарного сходства ВП по волновой форме в целом (0—512 мс) в зависимости от вида стимула [132, гл. IV]. |