При отведении потенциалов от разных участков головного мозга - электроэнцефалографии - получается запись потенциалов головного мозга - электроэнцефалограмма. В. В. Правдич-Неминский (1925) записал потенциалы головного мозга млекопитающих посредством высокоподвижного струнного гальванометра. Г. Бергер (1929) для электроэнцефалографии у человека использовал малоинертный гальванометр с усилителем. У человека потенциалы регистрируют либо во время операции на головном мозге непосредственным прикладыванием к нему электродов, либо их наружным отведением от головы, либо погружением в мозг микроэлектродов.

Для электроэнцефалографии применяются катодные или электромагнитные чернильнопишущие осциллографы, передающие без искажений очень слабые электрические колебания мозга, напряжение которых обычно составляет 5-40-50 мкв. У здоровых людей разность потенциалов редко выше 200 мкв.

Современные приборы усиливают потенциалы обычно в 4 млн. раз, но могут усиливать в 10 млн. раз и больше.

Для изучения потенциалов головного мозга используется также электроэнцефалоскопия - колебания яркости свечения 50-200 точек мозга при изменениях потенциалов (М. Н. Ливанов и В. М. Ананьев, 1960).

Электроэнцефалограмма - результат сложения во времени и пространстве многих колебаний потенциалов, имеющих разные частоты, фазы и амплитуды. Амплитуда - это величина волны от пика до пика, измеряемая в миллиметрах. Амплитуда Может быть пересчитана на величину разности потенциалов в микровольтах или милливольтах.

Количественный анализ электроэнцефалограммы производится посредством автоматических электронных анализаторов и счетно-вычислительных машин. Упрощенный анализ частоты и амплитуды, основных ее составляющих, делается при помощи линейки и циркуля. На электроэнцефалограмме здорового человека различают четыре основных типа волн, отражающих колебания .

Альфа-ритм . Характерные, почти регулярные колебания потенциалов бодрствующего спокойного мозга, когда внимание ни к чему не привлечено, нет зрительных, слуховых и других раздражений и расслаблена мускулатура. Это медленные, длинные и большие волны, имеющие синусоидальную форму. Каждая альфа-волна - это колебание потенциала длительностью 90-120 мс. Альфа-ритм равен 8-13, в среднем 10 Гц, амплитуда 50-100 мкв. Альфа-ритм хорошо выражен при лежании с закрытыми глазами. Имеются некоторые индивидуальные его отличия. Альфа-ритм отчетливо виден только у людей и обезьян, преобладает в затылочной области. Альфа-ритм, регистрируемый в области кожного и проприоцептивного анализатора, называется роландическим . При открывании глаз и возникновении зрительных образов альфа-ритм исчезает. У людей, обладающих живым зрительным воображением, он отсутствует, а у тех, у которых преобладают слуховые или кинестезические восприятия, он сохраняется даже при открытых глазах и активном мышлении. Неустойчивость альфа-ритма отмечена примерно у 2/3 здоровых людей, отсутствие - у 15%, а у остальных - устойчивость. Характер альфа-ритма врожденный. Он является результатом деятельности коры и ретикулярной формации.

Бета-ритм - характерные для деятельного состояния мозга, более быстрые, короткие и малые волны. Длительность одиночного колебания потенциала 40-50 мс. Бета-ритм равен 14-100 Гц и более (у человека - от 80 до 250 Гц). Амплитуда 5-10-30 мкв. Он преобладает в лобных и центральных областях. Амплитуда и частота бета-ритма увеличиваются при умственной деятельности и эмоциях.

Дельта-ритм - частота 0,5-3,5 Гц, обычно 3 Гц, амплитуда до 250-300 мкв. Длительность одиночного колебания потенциала 250-500 мс. Наблюдается во время сна или при нарушениях деятельности больших полушарий .

Тета-ритм - частота 4-7 Гц. Длительность одиночного двухфазного колебания потенциала 150-250 мс. Тета-ритм регистрируется при отрицательных эмоциях, неприятных и болевых раздражениях, прекращении удовольствия. Обусловлен функцией лимбической системы и зрительных бугров. Регистрируется в гиппокампе при голодании и оборонительных рефлексах животных.

Наибольший размах колебаний свойствен дельта-ритму, наименьший - бета-ритму. Кроме того, наблюдается сверхмедленный ритм как результат суммирования постсинаптических потенциалов (частота 1-8 в 1 мин). Существуют спонтанные колебания мембранного потенциала, ВПСП и реже ТПСП. В пирамидных нейронах пик достигает 85 мв, а в клетках нейроглии - 50-70 мв.

Когда человек при применении условного раздражителя намерен совершить двигательный акт, на электроэнцефалограмме возникает волна Е («волна ожидания»), которая продолжается до появления безусловного раздражителя и резко обрывается в момент действия. В отличие от других вызванных ответов эта волна не изменяется даже после тысяч проб, пока внимание испытуемого не ослабевает (Г. Уолтер, 1963).

Волна Е появляется при сознательных действиях, при бессознательных - ее нет. Она неустойчива при возбуждении вегетативной нервной системы. Вещества, повышающие возбудимость нервной системы, усиливают ее, а понижающие - тормозят. Ее появление не меньше чем через 200-300 мс и длительность до 10 с позволяют предположить участие медиатора в ее возникновении.

Синхронизация - одинаково направленные по фазе и длительности колебания потенциалов в группе нейронов или в различных участках головного мозга. При этом амплитуда волн увеличивается и формируется их альфа-ритм.

Десинхронизация - нарушение синхронизации. При этом регистрируются разные быстрые колебания потенциалов малой амплитуды.

При статических мышечных усилиях наблюдается длительная десинхронизация, при динамической работе каждое новое движение вызывает десинхронизацию, сменяющуюся синхронизацией.

Электроэнцефалограмма представляет собой относительно постоянный показатель, имеющий основное физиологическое значение. Она не зависит от изменений сердечной деятельности и . Однако усиленная гипервентиляция легких, вызывающая сдвиг реакции в щелочную сторону, резко нарушает нормальный ритм любой электроэнцефалограммы. У большинства людей глубокое дыхание в течение 3 минут при нормальном содержании сахара в крови существенно не изменяет ритма электроэнцефалограммы. Так как электроэнцефалограмма отражает обмен веществ нейронов, а альфа-ритм является выражением их нормального физиологического состояния, то кислородное голодание, снижение содержания сахара в крови и алкоголь замедляют ритм и уменьшают разность потенциалов, а фенамин, кофеин и адреналин учащают ритм. При торможении, утомлении, истощении и кровопотерях альфа-ритм отсутствует, и вместо него появляется более медленный ритм (дельта-ритм). При потере сознания альфа-ритм исчезает и заменяется более редким ритмом или потенциалы совершенно исчезают. После прекращения кровообращения и дыхания потенциалы мозга ослабляются, но исчезают только через некоторое время. Наркоз также вызывает ослабление потенциалов.

При психических заболеваниях наблюдаются или стойкие медленные волны, или чаще всего быстрые волны, связанные с возбуждением. Значительное усиление потенциалов больших полушарий происходит у кроликов уже в первые минуты воздействия большими дозами проникающего облучения. У людей при действии лечебной дозы рентгеновских лучей изменения электроэнцефалограммы наступают через несколько минут (М. П. Ливанов).

Ритм зависит не только от функционального состояния коры, но и от структуры корковых полей. Для корковых полей, содержащих большое количество звездчатых нейронов, характерен альфа-ритм, а корковые тюля, в которых нет этих нейронов, характеризуются бета-ритмом. Альфа-ритм обнаружен не только в затылочной области, но и в лобной и других областях. В левом полушарии альфа-ритм имеет более низкие колебания и менее регулярен в сравнении с правым полушарием, что связано с большим развитием и большей активностью левого полушария (П. И. Шпильберг, 1947).

Исчезновение медленного альфа-ритма и появление частого бета-ритма происходит при переходе нейронов из состояния покоя в деятельное при раздражениях рецепторов, умственной работе, психическом возбуждении, эмоциях. Во время неглубокого сна наблюдаются веретенообразные ритмы 14-22 Гц, периодически изменяющиеся по амплитуде. Изменения амплитуды придают электроэнцефалограмме вид ряда горизонтально расположенных веретен. Шум в соседней комнате не влияет на ритм потенциалов мозга спящего человека, но шум в той комнате, где человек спит, вызывает появление частых ритмов, что указывает на возникновение бодрствующих участков. При действии света или альфа-ритм сразу исчезает и вместо него появляется бета-ритм. Но через некоторое время альфа-ритм вновь восстанавливается. Это восстановление регулярного ритма потенциалов указывает на то, что мозг адаптируется или привыкает к действию раздражителя. Но если выключить привычный раздражитель, то альфа-ритм вновь исчезает на некоторое время. Альфа-ритм исчезает и при отсутствии раздражений внешних рецепторов, но при раздражении внутренних рецепторов.

Напряженная умственная работа вызывает исчезновение и альфа-ритма и появление бета-ритма. Эти частые волны продолжаются во время умственного напряжения беспрерывно, и только после его окончания они исчезают, и возвращается регулярный ритм

При умственной работе в коре головного мозга, особенно в передних отделах, усиливается синхронизация потенциалов нейронов, расположенных в разных ее участках, - пространственная синхронизация. Чем сложнее умственное задание, тем больше количество и длительность корреляций между нейронами. На пространственную синхронизацию потенциалов образуется условный рефлекс.

Электроэнцефалография позволяет объективно изучать и переключение внимания испытуемого от одного раздражителя к другому, что доказывается в следующем опыте. Во время записи электроэнцефалограммы от зрительной области при отсутствии зрительных раздражений включение светового раздражителя вызывает исчезновение альфа-ритма. Если свет продолжает действовать, то внезапное включение звука вызывает появление альфа-ритма в зрительной области и его исчезновение в слуховой области. Регистрация биотоков позволяет легко установить по исчезновению альфа-ритма в соответствующих областях, видит ли, слышит ли испытуемый и т. д. Исчезновение альфа-ритма происходит вследствие нарушения синхронизации нервных клеток зрительного анализатора при действии посторонних раздражителей, так как нервные клетки, воспринимающие зрительные раздражения, способны к синхронизации своей активности (Эдриан).

У детей с 10-12 лет появляется характерный для взрослых альфа-ритм с частотой около 10 Гц. Для здоровых детей характерна большая изменчивость электроэнцефалограммы, что отличает их от взрослых. У детей не обнаружено соответствия между характером электроэнцефалограммы и их умственным развитием.

Потенциалы больших полушарий отражают физиологические свойства нейронов, их возбудимость и лабильность и протекающие в них возбуждение и торможение.

Альфа-ритм исчезает не только при действии раздражителя, вызывающего безусловный рефлекс, но и при действии раздражителя, вызывающего условный рефлекс (И. И. Лаптев, 1941; П. И. Шпильберг, 1947; М. П. Ливанов, 1945). По изменениям потенциалов удается судить о выработке приобретенных, условных рефлексов (М. Н. Ливанов, 1945-1969; А. Б. Коган, 1959-1969).

При отведении потенциалов от отдельных нейронов коры головного мозга обнаружено, что при образовании условно-рефлекторного возбуждения учащаются фоновые потенциалы отдельного нейрона, а при выработке условно-рефлекторного торможения они урежаются.

Потенциалы больших полушарий не являются регистрацией мыслей. Процесс мышления не биоэлектрический, а психический процесс. Регистрация потенциалов и мышление - два различных процесса, которые коренным, качественным образом отличаются друг от друга. Поэтому мысли не могут передаваться на расстояние посредством потенциалов, а передаются посредством слов, их звуковых или письменных обозначений, которые мы слышим или видим и иногда осязаем. Следовательно, большие полушария воспринимают мысли только через органы чувств.

Кроме того, потенциалы головного мозга чрезвычайно слабы и их можно регистрировать только при заземлении значительно более сильных электрических токов окружающих нас трамваев, троллейбусов, электрических приборов и только посредством усилительных установок, повышающих потенциалы головного моз1 а во много сотен тысяч раз.

Медленные ритмы обнаруживаются и в больших полушариях головного мозга животных. Характер потенциалов у разных видов животных отличается большим или меньшим постоянством в различных участках головного мозга и в разное время.

В коре мозжечка при неповрежденном головном мозге также обнаруживаются потенциалы, в которых различаются два ритма: медленный ритм с частотой 6-8 Гц и быстрый ритм с частотой 30-40 и 150-220 Гц. При действии афферентных импульсов в гиппокампе регистрируется регулярный ритм 4-7 Гц.

Альфа-ритм - результат совместной деятельности коры больших полушарий и ретикулярной формации таламической области. Он незначительно отличается у разных позвоночных животных.

Образование условного рефлекса, вызывающего возбуждение в области соответствующего безусловного анализатора, приводит к десинхронизации. Десинхронизация наступает также при внешнем торможении и при раздражении ретикулярной формации. Она имеет большой скрытый период.

Синхронизация характерна для условного торможения. Она наступает также при угнетении ретикулярной формации. Это привело к заключению, что образование условного рефлекса сопровождается возбуждением ретикулярной формации, а условное торможение - ее угнетением. Синхронизация деятельности нейронов, расположенных далеко друг от друга, - результат вовлечения их в совместную работу посредством подкорковых образований. Медленные сильные колебания потенциалов, охватывающие большие участки коры, связаны с влиянием подкорковых образований и носят диффузный характер. Местное изменение потенциалов в соответствующем анализаторе получается при любом кратковременном индифферентном адекватном раздражении. Оно характеризуется малым скрытым периодом и обозначается как первичный ответ . По мере превращения этого раздражения в сигнал условного рефлекса величина и форма первичного ответа изменяются. При отведении потенциалов от отдельных нейронов при помощи микроэлектродов обнаружено, что при изолированном действии условного раздражителя в одних нейронах возникает возбуждение, в других - торможение. В очагах возбуждения обнаруживается высокий отрицательный потенциал, а в очагах торможения - положительный потенциал.

Потенциалы, вызванные афферентными импульсами в ассоциативных областях, обозначаются как вторичный ответ. У людей почти все вызванные ответы - вторичные, для них характерна чувствительность к отвлечению внимания. Афферентные импульсы из специфических ядер зрительных бугров заканчиваются преимущественно в 3-м и 4-м слоях коры, а из неспецифических - в 1-м и 2-м слоях.

Об измерениях параметров функционального состояние тела (биоимпеданс).

В ходе эксперимента выполнялись измерения полного сопротивления в выполняется в многофакторном режиме с учетом: геометрии тела, проводимости ткани, и кровоток и другие. Из-за невозможно учесть многообразие факторов, возникают трудности в достоверности измеряемого изолированного физиологического параметра. Он стал принципиальным фактором, ограничивающим использование метода импеданса. Его варианты, широко используются в клинической медицине, являются контролем узких сфер. Например: асфиксии и обнаружением венозного тромбоза, определением объема жировых отложений и наличия воды в теле в момент измерений . Таким образом, подтверждается заключение по ограниченному использованию этого метода, сделанное в предыдущей работе автора « Об электричестве человека».

Регистрации электрической активности (биопотенциалов) головного мозга

• - Электроэнцефалография(ЭЭГ).
• (ЭЭГ) - метод регистрации электрической активности (биопотенциалов) головного мозга. Разность потенциалов, возникающая в тканях мозга, очень мала (не более 100 мкВ) , и потому может быть зарегистрирована и измерена при помощи специальной электронно-усилительной аппаратуры - электроэнцефалографов. Исследования, проводимые на современных многоканальных установках, позволяют одновременно записывать биотоки, получаемые от многих отделов головного мозга. Разработан новый современный способ исследований мозга - метод «Сканирования Электрохимической Микроскопии» позволяет повысить качество, сконцентрировать зону измерений.

По аналогии с радиоэлектроникой, хорошим подспорьем в этом деле стало создание и внедрение различного рода усилителей биопотенци- лов. В. Ю. Чаговец разработал теорию биоэлектрических явлений на основе современной физической химии электролитов . Глубокое изучение биоэлектрических явлений появилось после с создания соответствующей измерительной аппаратуры (катодные и шлейфные осциллографы в сочетании с высокочувствительными электронными усилителями).

Биосигналы регистрируются как потенциалы напряжения в нервах и мышцах. Измерения у человека производится на очень низких уровнях напряжения, в пределах 1 pV - 100 милливольт, с высокими исходными сопротивлениями и внесенными извне сигналами вмешательства высокого уровня и шумом . Чтобы сделать их совместимыми с устройствами, такими как дисплеи, рекордеры, или A/D конвертеры для компьютеризированного оборудования сигналы должны быть усилены.

Соответственно, эти устройства должны удовлетворять определенным требованиям:

• - обеспечить усиление отобранному физиологическому сигналу,
• -устранить посторонний шум и сигналы вмешательства,
• -обеспечить гарантированную защиту от повреждений для электронного оборудования.

Усилители, соответствующие этим техническим требованиям известны как усилители биопотенциала. Входной сигнал в усилитель состоит из пяти компонентов :

• 1.- желанный биопотенциал, появляется как напряжение между двумя входными терминалами дифференциального усилителя и упоминается как дифференциальный сигнал.
• (2) нежеланные биопотенциалы,
• (3) сигнал вмешательства электросети 60 Гц (50 Гц) и его гармоника,
• (4) сигналы вмешательства, произведенные внутренней поверхностью ткани/электрода, Сигнал вмешательства строчной частоты показывает только очень небольшие различия в амплитуде и фазе между двумя имеющими размеры электродами, вызывая приблизительно тот же самый потенциал в обоих входах, и таким образом, появляется только между входами и землей и называется сигналом общего режима.
• (5) шум.

Надлежащий дизайн усилителя обеспечивает отторжение значительной части вмешательств сигнала.

Резюме по подразделу.

Усилители биопотенциала - критический компонент во многих медицинских и биологических измерениях, и в значительной степени определите качественное и информационное содержание взвешенных сигналов. Чрезвычайно широкий диапазон из необходимых технических требований относительно ширины полосы, чувствительности, динамического диапазона, выгоды, CMRR, и пациента безопасность оставляет только небольшую комнату для применения усилителей биопотенциала общего назначения, и главным образом требует использования усилителей особого назначения.

Совсем не вопрос: « А есть ли у нас в организме естественные «хитрые» конструкции усилителей биопотенциалов?». Конечно, есть! Например - мелкие волосковые клетки слуховой системы. По мнению автора

изучение механизма работы естественных усилителей сигналов (биоимпульсов). может стать хорошей базовой основой разработки новых приборов и систем.

Нервы пронизывают все тело и благодаря им организм выступает как единое целое. Стоит перерезать нерв, ведущий к какой-либо мышце, и она становится парализованной, подобно тому, как перестает работать цилиндр мотора, если порвать провод, передающий импульсы тока запальной свече.

В школе нам рассказывали об опытах Гальвани по возбуждению нервных окончаний лапок лягушки. Было установлено, что при подключении тока к определенным точкам, лапки лягушки начинают сокращаться. Это подтвердило предположение о том, что нервный импульс имеет электрическую природу. Фактически, передаваемый волокнами нервный импульс представляет собой кратковременный электрический импульс.

Нервы стали представлять электрическими проводами, предающими сигналы от мозга ко всем органам. Современные Исследования показали, что это не совсем верно. Нерв - не электрический провод, а скорее напоминает релейную линию. Поступающий сигнал передается только соседним участкам линии, где он усиливается, а затем передается дальше, снова усиливается, и снова передается, пока не достигает конечной точки. Благодаря этому сигнал может быть передан без ослабления на значительные расстояния, несмотря на естественное затухание в канале передачи.

Тело нейрона не отличается от других клеток ни своими размерами, ни другими особенностями. Однако нейрон, в отличие от других клеток, имеет не только клеточное тело, - он рассылает для исследования отдаленных частей организма дендриты (см. рис. 6.5). Они распространяется на небольшие расстояния. Один только аксон, диаметром менее 0,01 миллиметра, отходит от нейрона на громадные расстояния, измеряемые сантиметрами и даже метрами. Все нейроны центральной нервной системы собраны вместе в головном и спинном мозге, образуют серое вещество.

Механизм работы аксона до конца не понят. Его можно упрощенно представить себе как длинную цилиндрическую трубку с поверхностной мембраной, разделяющей два водных раствора разного химического состава и разной концентрации. Мембрана подобна стенке с большим количеством полуоткрытых дверей, сквозь которые ионы растворов могут протискиваться только с большим трудом. Самое удивительное в том, что электрическое поле "притворяет эти дверцы", а с его ослаблением они открываются шире. В состоянии бездействии внутри аксона находится избыток ионов калия; снаружи - ионов натрия. Отрицательные ионы сконцентрированы главным образом на внутренней поверхности мембраны и поэтому она заряжена отрицательно, а наружная поверхность - положительно.

При раздражении нерва происходит частичная деполяризация мембраны (уменьшении зарядов на ее поверхностях), что ведет к снижению электрического поля внутри нее. В конце концов происходит местная деполяризация мембраны. Так возникает нервный импульс. Собственно говоря, это импульс напряжения, вызванный протеканием тока через мембрану. В этот момент "приоткрываются дверцы" для калиевых ионов. Проходя на поверхность аксона, они постепенно восстанавливают то напряжение (около 0,05 вольта), которое был у невозбужденного нерва.

При деполяризации участка мембраны появляется электрический ток, направленный от неактивных пока участков мембраны к деполяризованному участку. В результате возникает новый деполяризированный участок, который, в свою очередь, возбуждает процессы в соседнем участке и т. д. Самовоспроизводящееся состояние деполяризации начинает распространятся по неровному волокну, не затухая, со скоростью около 120 метров в секунду. Это и есть скорость движения нервного импульса.

Ионы натрия и калия, смещенные при прохождении импульса со своих насиженных мест, постепенно возвращаются обратно непосредственно сквозь стенку за счет химических процессов, механизм которых пока еще до конца не выяснен.

Вызывает восхищенное удивление, что все поведение высших животных, все творческие усилия человеческого мозга основаны в конечном счете на этих чрезвычайно слабых токах и тончайших, микроскопических химических реакциях.

Контролирующего правую его сторону. Соответствующим образом распределяется контроль за зрительным восприятием. Левая часть мозга ориентируется на время, анализ и логику. Она ищет причины и объяснения. Правая часть ориентируется на... жестким, конкретным и уверенным "я" во время процесса индивидуации и духовного пробуждения. Возможно, правая сторона мозга содержит биохимическую матрицу духовного опыта, активизированную посредством занятий духовными практиками, а левая сторона – матрицу...

https://www.сайт/psychology/15447

Фактов невозможно. Более того, всегда можно заподозрить преувеличение одних сторон происшествия, например размеров повреждения головного мозга , и замалчивания других - поведения человека с такой травмой. Чтобы отвергнуть подобные сомнения, обратимся к... облучения, который принял на себя исследователь, оценивается в 200 тысяч рентген! У человека просто обязан был быть выжженным мозг , и он, по всем врачебным канонам, должен был погибнуть. Однако Анатолий Бугорский живет, работает и даже катается...

https://www.сайт/journal/15478

Не делает пауз, слишком спешит, чтобы следить за правильностью построений. Часто его речь - обрывки фраз, этакий пулемет. Латынь омолаживает мозг - Если до определенного возраста ребенок говорить не научился, то уже и не научится? - Да, это так. Почему? - ... человека, который не в состоянии выучить даже второй язык, не говоря уже о третьем? - Есть такое свойство мозга - пластичность, это способность образовывать новые внутренние связи. Это и есть обучение. С возрастом пластичность уменьшается. Но...

https://www.сайт/journal/15528

Родители и учителя. Передавая нам свое неумение. А теперь давайте попробуем выстроить логическую цепочку: мозг человека работает на 10 % → мозг – материальная основа психики (аксиома психологической науки) → основная функция психики: восприятие и переработка... вообразившие себя Великим Магом. Психика человека – это саморегулирующаяся система. Для наглядности представим, что мозг человека –компьютер, а психика –программы устанавливаемые на этот компьютер. Каждый компьютер изначально имеет некие...

https://www.сайт/magic/15533

Мыслительные процессы (noos по-гречески – разум, мышление), улучшают память, повышают концентрацию внимания и общую активность мозга , при этом уменьшая чрезмерную нервную возбудимость и тревожность. Но эффект от ноотропов развивается не сразу: для достижения... внимания; расстройства сна и аппетита; повышенная нервная возбудимость и раздражительность; апатия, плохое настроение. Наш мозг весьма привередлив к питанию: в качестве источника энергии он признает только глюкозу и кетоновые тела (их вклад...

https://www.сайт/journal/15981

Миелинового слоя. Второй период зрелости – характеризуется меньшим нейронным потоком и большей стабильностью структур мозга . Это возраст продуктивной деятельности, когда акцент постепенно переносится с изучения мира на внесение... непосильная. Поэтому обратимся к выводу. Физическое и умственное безделье дорого обходится. Умственное безделье в молодости подвергает опасности мозг в старости. Не следует безрассудно тратить «творческие» годы. «Те, кто получает удовольствие от умственных задач и ищет...

https://www.сайт/journal/16188

Это именно «душа отлетела», нельзя. - Вы можете точно сказать, где находится наше сознание? В мозге ? - Сознание - феномен мозга , хотя и очень зависимый от состояния тела. Вы можете лишить человека сознания, пережав ему двумя... известный как «выход души из тела» во время клинической смерти, может быть вызван электростимуляцией мозга . В момент обработки током зоны мозга , ответственной за синтез зрительной информации, происходят нарушения восприятия, и больные испытывают чувство необыкновенной...

https://www.сайт/psychology/16529

Дыхание имеет много положительных эффектов для организма. Чем больше кислорода в крови, тем больше его в мозге . Несколько глубоких вздохов также могут помочь вам расслабиться, что в свою очередь способствует более ясному мышлению. ... сидите на одном месте. Отдыхая всего лишь 10-15 минут каждый час, вы сможете повысить трудоспособность. Короткий отдых поможет вашему мозгу расслабиться и привести в порядок мысли. 13. Сосредоточьтесь на чем-нибудь другом Иногда нет возможности отдохнуть. В этом случае...

Возможности использования телеметрии для записи биотоков мозга человека и животных, находящихся в космическом полете (У. Эйди)

Я очень коротко расскажу о работе, которую мы проделали за последние три года. Мы хотели проверить возможность записи электроэнцефалограмм (ЭЭГ) человека и животных во время космического полета (включая этапы разгона при подъеме и торможения при спуске). В этом докладе я коснусь четырех вопросов: 1) разработка методов вживления электродов для записи биотоков глубоко расположенных структур мозга; 2) разработка специальной аппаратуры для записи ЭЭГ и для тренировки животных; 3) специальная проверка на центрифуге и вибростенде при одновременной записи биотоков; 4) анализ полученных в полете данных с целью минимизации требований к телеметрической аппаратуре.

Мы проверяли методы вживления электродов в глубокие области мозга и часто сравнивали между собой различные типы электродов на одном и том же мозге. В одни участки мозга мы вводили жесткие электроды, представлявшие собой металлический стержень, из кончика которого была выведена тонкая проволочка. В симметрично расположенные участки мозга вводились тонкие проволочки без стержней. Записи, полученные с помощью этих электродов при проверке объекта на вибростенде и центрифуге, сравнивали между собой. Для определения повреждений мы исследовали эти участки мозга под микроскопом.

Участки мозга, наиболее чувствительные к изменениям физического и психического состояния, расположены в височной области. Исследования проводились на кошках, макаках и в последнее время - на шимпанзе. Мы вводили электроды в различные поверхностные и глубокие участки мозга, но большая часть моего сообщения относится к реакциям глубоких областей височных долей мозга. Часто спрашивают, возможно ли введение электродов в мозг без повреждения его при проверке объекта на вибростенде и центрифуге. Мы изучали влияние повторных испытаний на центрифуге (ускорения 8 g - 10 g) и на вибростенде. Через несколько месяцев после последнего испытания у таких животных не отмечалось более сильной реакции глии по ходу электрода, чем у животных, не проходивших проверок. Таким образом, довольно распространенное мнение о том, что при тряске электроды разрезают участки мозга, имеющего желеобразную консистенцию, не подтвердилось. Как бы то ни было, мозг не ведет себя подобным образом. Это мы проверяли много раз и в различных условиях.

На фиг. 1 изображена обезьяна (макак), привязанная к сидению центрифуги. К каждой из двух небольших пробок подходят провода от 18 электродов, которые связаны с усилительной системой при помощи специального кабеля, разработанного для управляемых снарядов и предназначенного для передачи очень малых сигналов. Конструкция кабеля позволяет минимизировать опасную статическую нагрузку на него. Между внутренней и внешней плетеными оболочками кабеля находится слой алюминиевой пудры, благодаря чему любые его изгибы не приводят к повреждениям проводов.

Подобным же образом мы произвели недавно вживление электродов в мозг шимпанзе. Трехлетний самец шимпанзе заранее был приучен к сиденью центрифуги. На его голове было укреплено обычное устройство с пробками. Этому предшествовала более чем годовая подготовительная работа. Мы использовали стереотаксический атлас, при помощи которого можно с точностью до 1 мм попасть в любую область мозга, зная вес тела и, конечно, размер головы. Это был, насколько мне известно, первый шимпанзе, которому ввели электроды и записали биотоки мозга.

Используемая аппаратура

Несколько лет назад мы разработали усилитель, удовлетворяющий нашим требованиям. Этот усилитель для снятия ЭЭГ очень устойчив и имеет коэффициент усиления около 40000. Все чувствительные к изменениям температуры элементы помещены в блок из сплава магния. После сборки и проверки усилитель помещается в оболочку из резины с эпоксидным наполнителем. Этот блок (при работе с максимальным коэффициентом усиления) выдержал испытания на вибростенде при частотах 2-5 кгц и ускорениях до 25 g. Усилитель имеет резонансный пик при 750 гц, но это не отражается на его рабочих характеристиках. Усилитель очень устойчив и способен выдержать любые внешние воздействия. Им можно даже забивать гвозди, и это не отражается на его нормальной работе.

На следующих этапах работы (сравнительно недавно) мы сконструировали микроминиатюрный усилитель, помещающийся в электроде, прикрепляемом к коже головы (фиг. 2 и 3). Эта конструкция предназначена в первую очередь для исследований человека в космическом полете. Трехкаскадный усилитель на транзисторах укреплен между двумя слоями нейлона. Размеры прибора - менее 12 мм по диаметру и по высоте. Он помещается в эпоксидную или силастиковую пластмассовую оболочку, к которой прикрепляется электрод-датчик, используемый для записи ЭЭГ. Сверху прибор окружает головка из нержавеющей стали, играющая роль экрана. Сигналы принимаются с его нижней стороны и поступают через слой губчатого вещества, пропитанного электродной пастой. Прикрепление к коже головы производится при помощи пробковой прокладки.

Для специалистов по электронике могу сообщить, что входное сопротивление усилителя составляло 150 ком. Два таких прибора, включенные в дифференциальную схему, имеют входное сопротивление 300 ком. Выходное сопротивление прибора лишь 1500 ом, в связи с чем прибор очень устойчив к возмущениям, возникающим от сотрясения кабеля при повороте головы человека или животного. Коэффициент усиления прибора равен примерно 100, что обеспечивает выходные сигналы порядка нескольких милливольт. Эти сигналы могут поступать непосредственно на генераторы поднесущей частоты, используемые при телеизмерениях.

При опытах с центрифугой мы разработали специальную тренировочную панель. Подобная панель была приспособлена ранее на базе Военно-воздушных сил Холломан для опытов с шимпанзе. На трех небольших экранах, расположенных в передней части панели, одновременно появляются различные символы. Обезьяна узнает какой-то определенный символ, надавливает на него и получает в награду вкусную пилюлю. Отличие нашей панели от панели, использованной на базе Холломан, состоит в том, что у нас возможно несколько миллионов неповторяющихся комбинаций символов. Дело в том, что шимпанзе - очень высокоразвитая обезьяна, которая может быстро запомнить ограниченную последовательность символов, после чего она уделяет им очень мало внимания.

Для телеизмерений мы пользовались стандартным генератором поднесущей системы УИЗО (управляемый импульсами запросчик-ответчик). Это было удобно для нашей лабораторной работы, так как мы могли одновременно использовать стандартный прибор для регистрации данных на магнитной ленте. Запись велась на двух дорожках, причем на каждой из них регистрировались данные от 14 каналов телепередачи (фиг. 4). Хотя прибор накладывает некоторые ограничения на полосу частот и амплитуду сигналов, система в целом получается достаточно гибкой. Она имеет ценные преимущества при некоторых вычислениях, когда сигналы с головок, установленных на нескольких каналах, могут использоваться для задач, решаемых обычно при получении сигналов от различных записывающих устройств.

Результаты испытаний

Для опытов с людьми и животными мы использовали большую центрифугу, развивающую ускорения до 10 g. С помощью этой центрифуги мы имитировали 14-дневный орбитальный полет обезьян в ракете "Атлас", в котором они самостоятельно питались на основе выработанного умения распознавать образы. В конце "полета" ускорения были близки к тем, которые наблюдаются при торможении ракеты.

В опытах с кошками при возрастании поперечного ускорения до 8 g наблюдалось резкое увеличение числа регулярно возникающих ритмических разрядов в височной области. Это явление исчезало, когда ускорение неизменно поддерживалось на величине 8 g. Когда ускорение начинает уменьшаться, оно возникает вновь, затухая при переходе центрифуги к вращению с постоянным ускорением. При таком увеличении продольных ускорений, когда животное теряет сознание, наблюдается весьма необычный разряд импульсов, напоминающий по форме эпилептический. Он возникает в глубоких областях височных долей мозга, распространяется на другие отделы и сопровождается движениями мышц и другими признаками эпилептического припадка. В некоторых случаях он не сопровождается двигательными реакциями, но, конечно, в это время полностью или в значительной степени пропадают все навыки животного по распознаванию образов.

В опытах с обезьянами при увеличении продольных ускорений наблюдались подобные же явления. Животное находилось в бессознательном состоянии, записываемые сигналы затухали. При резком уменьшении ускорения вновь появлялись судорожные разряды, после чего сознание восстанавливалось (фиг. 5).

Два года назад мы начали исследование действия вибрации на обезьяну, одетую в костюм из пенопласта, в котором поддерживалось определенное давление. В последнее время мы используем иные методы, причем обезьяна прикрепляется к сиденью, напоминающему кресло космонавта.

При частоте вибрации около 10 гц появляются сдвиги ритмов электрической активности мозга. Когда мы заметили их впервые, то решили, что это просто артефакты. Но эти сдвиги наблюдались на определенных резонансных частотах и исчезали на других, причем они были разными для различных областей мозга и в разное время. Недавно мы обнаружили, что эти явления исчезают при гибели или усыплении животного. Ясно, что это не артефакты, а нечто, указывающее на существенную аномалию ритмов, вызванную вибрацией. Остаточных явлений после этого испытания мы не замечали. Животные, которых подвергали проверке на вибростенде 2 года назад (фиг. 6), находятся в отличном состоянии.

Для того чтобы выяснить, насколько целесообразной может оказаться запись ЭЭГ при длительном космическом полете для регистрации, скажем, циклов сон - бодрствование, мы непрерывно записывали сигналы из поверхностных и глубоких участков мозга у шимпанзе, находящегося в разных состояниях - от состояния бодрствования до наступления дремоты, сопровождающегося опусканием век и мочеиспусканием. В начале сна наблюдалось регулярное увеличение амплитуды волн. Не надо быть знатоком ЭЭГ, чтобы различить, спит или пробуждается животное, так как регулярное возникновение волн с большой амплитудой дает, как мы называем, "игольчатую" запись. Когда животное просыпается, садится и смотрит вокруг, ЭЭГ приобретает совершенно иной характер (фиг. 7).

Итак, можно с уверенностью сказать, что имеется уже одна область, в которой ЭЭГ может дать денную информацию. Есть основания думать, что при длительной невесомости возможно нарушение циклов сон - бодрствование. Известно, что дельфины спят очень мало. Вероятно, что так же мало спал бы человек, если бы он находился в состоянии невесомости без одежды и при температурном равновесии с окружающей средой. Нам кажется, что все это стоит дальнейшего изучения.

Методы уменьшения избыточности информации

Наконец, мы переходим к вопросу об уменьшении избыточности информации, содержащейся в данных, полученных при помощи телеизмерений. Если бы мы смогли устранить необходимость телепередачи большого количества необработанных данных, то это было бы весьма выгодно как для самого эксперимента, так и для уменьшения ошибок в полученных данных. В одной из наших лабораторий мы работаем над выбором наиболее подходящей формы для записи данных и над методом их обработки с целью уменьшения избыточности. Информация от приборов, находящихся в этой лаборатории, может поступать непосредственно на вход большой вычислительной машины IBM 7090. Я хотел бы охарактеризовать тип задач, которые можно решать с помощью таких машин, так как это помогает понять важность совместной работы биологов и инженеров. Я неизлечим от желания "делать все самому", но тем не менее должен сказать, что именно та информация, которую мы можем получить из записей биотоков мозга, полученных при решении животным задачи распознавания, ясно показывает, насколько важен наш союз с инженерами.

В типичных ЭЭГ животного, записанных при решении им задачи распознавания символа (для получения пищи), по характеру волн мозга четко различаются период "перед распознаванием" и период "распознавания". Все наши ЭЭГ, кроме одной, записаны из глубоких участков мозга, и лишь одна запись сделана из зрительной зоны коры. Для того чтобы по возможности просто проанализировать наши записи и установить природу этих волновых процессов, мы воспользовались методом автокорреляционного анализа. Вычисления показали существенное различие между ЭЭГ в период "перед распознаванием" и в период "распознавания". Мы были поражены, обнаружив, что на основе этого анализа мы можем отличить правильные действия животного от неправильных.

Например, можно построить взаимно-корреляционную функцию фазы колебаний в различных участках мозга. Я не буду останавливаться здесь на том, как мы измеряли фазу. Для правильных реакций животного эта корреляционная функция имеет один вид, а для неправильных - другой. Мы сравнивали результаты по различным дням обучения и обнаружили, что взаимно-корреляционные функции совпадают для всех случаев правильных реакций животного, а также для всех неправильных реакций, причем между первыми и последними имеется существенное отличие. Это очень интересное применение метода, хорошо известного математикам и инженерам, использующим его для решения проблем вибрации управляемых снарядов и т. п. Теперь этот метод занял определенное место в анализе ЭЭГ.

Мы использовали значительно более сложный метод анализа, который позволил нам определить взаимно-корреляционные функции по амплитуде и фазе во всем спектре частот. Этот метод анализа, который также был разработан для исследования вибраций ракет, позволяет, например, определить корреляцию фазы колебаний в двух участках мозга на частотах от 2 до 20 гц. Мы обнаружили, что при правильной реакции животного эти колебания на частотах 2-12 гц сдвинуты по фазе на +30°. При неправильной реакции животного в фазовом угле происходят существенные изменения, причем на частоте 5 гц происходит сдвиг фазы с +90° до -90°. Мы наблюдали подобные явления у разных животных и в различных ситуациях, и нас просто поражало постоянство различия в сдвиге фаз при неправильных и правильных реакциях.

Мы использовали также математический метод, разработанный для анализа показаний магнитометра, находящегося на спутнике Земли. Изменения магнитного поля Земли производят очень малую фазовую модуляцию синусоидального выходного сигнала. Если бы магнитное поле Земли было постоянным, то никакой модуляции не происходило бы и на выходе прибора была бы идеальная синусоида.

Мы использовали этот метод для анализа ЭЭГ, полученных при распознавании животным определенного символа (для получения пищи). Записанные при этом колебания имеют почти стабильную частоту. Полученный результат можно представить как модуляцию некоторой "центральной частоты" порядка 5,5 гц. Эта частота появляется только в моменты наибольшего внимания животного.

Я знаю, что в цели настоящей конференции не входит подробное обсуждение вопроса об обработке полученных данных, и лишь подчеркну, что подобные методы обработки позволяют получить очень ценную информацию из весьма сложных записей.

Обсуждение доклада

Корсон. Одинаково ли влияет вибрация на электрическую активность всех участков мозга? Нельзя ли исследовать эту активность, применяя некоторые успокаивающие средства, например фенотиазин или какие-либо препараты, расслабляющие мышцы?

Эйди. В первую очередь нас интересуют источники тех резко выраженных изменений, которые мы наблюдаем в ЭЭГ. Их, по-видимому, следует искать в двух системах: мышечно-суставной и вестибулярной.

К областям мозга, максимально реагирующим на внешние возмущения, относятся ретикулярная система ствола мозга, некоторые первичные чувствительные области и височная доля. В этих областях ритмы, наблюдаемые при решении животным какой-либо задачи с целью получения пищи, наиболее заметны. Зрительная зона коры действует даже тогда, когда глаза животного завязаны. Для исключения фактора зрительной стимуляции мы проводили несколько опытов с обезьянами, у которых были завязаны глаза. Таким образом, имеются некоторые определенные области мозга, проявляющие наибольшую чувствительность. Однако о путях возникновения этой активности мы ничего не знаем.

Дельгадо. Не ясно, что было признано лучшим: стержневые или гибкие электроды? Второй вопрос: в какой области мозга наблюдается наиболее медленное восстановление ритма по окончании действия ускорения? Я думаю, что, говоря о височной доле, вы в основном имеете в виду аммонов рог.

Эйди. Очень интересно, что именно аммонов рог особенно медленно приходит в нормальное состояние после действия длительных ускорений. На это уходит от 30 сек до 1 мин, а для миндалины - еще больше - 2-3 мин.

Относительно качества электродов я могу сказать, что, тщательно изучив множество ЭЭГ, зарегистрированных при испытаниях на центрифуге, мы не нашли различия в кривых, полученных с помощью гибких и с помощью стержневых электродов.

При гистологическом изучении было обнаружено, что стержневые электроды не вызывали серьезных повреждений в месте их ввода в мозг. Мы не обнаружили существенных различий между глубокими (ниже 10-15 мм) участками мозга животных, испытывавшихся на центрифуге, и других животных, не проходивших эти испытания. Возможно, что при ускорениях, создававшихся в наших опытах, мозг ведет себя как вязкая жидкость, в котором перемещаются лишь самые поверхностные слои. Я не знаю, так ли все это, но мы считаем такое предположение правильным.

Маккей. Были ли расположены электроды перпендикулярно к направлению ускорения?

Эйди. Нет, они были расположены произвольно.

Мак-Каллок. Каков был метод вычисления корреляционных функций сдвига по фазе?

Эйди. Мы применяли метод взаимно-корреляционного анализа. Первоначально использовался механический коррелятор. Затем мы производили запись на магнитной ленте и использовали магнитный коррелятор. В последнее время мы используем вычислительную машину с очень большой программой, составленной для исследования вибраций ракет. Мы получаем авто- и взаимно-корреляционные функции и соответствующие спектральные плотности.

Интересен следующий факт, хотя он, возможно, расстраивает наши планы. Если взять записи 4 каналов ЭЭГ на отрезке времени 200 сек и прерывать запись каждого канала 167 раз в 1 сек, то мы получим сравнительно небольшое количество данных. Однако вычислительной машине IBM7090 при соответствующей программе нужно 90 мин для исследования этих данных. Это не является, строго говоря, уплотнением данных.