Динамика биотоков мозга при концентрации внимания и визуализации во время релаксации

Вестник Челябинского государственного университета. 2014. № 4 (333). Образование и здравоохранение. Вып. 3. С. 49-56.

УдК 612.82:611.81 ББК 28.7

динамика биотоков мозга при концентрации внимания и визуализации во время релаксации

Ю. И. Корюкалов

ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ), Челябинск, Россия

Представлены результаты исследований по оценке изменений амплитудно-частотных параметров ЭЭГ, пространственного распределения альфа-ритма и взаимодействия зрительной и соматосенсорной зон коры больших полушарий во время визуализации. У испытуемых, занимающихся психофизической регуляцией, отмечено появление второй пиковой зоны альфа-активности в период выполнения психофизического упражнения (ПФУ) на визуализацию. При выполнении ПФУ на концентрацию внимания на ритме сердца выявлено доминирование активации низкочастотного бета-ритма и среднечас-тотного альфа-ритма, с большей реактивностью височных областей.

Ключевые слова: релаксация, альфа-ритм, визуализация пейзажа, концентрация внимания, височные доли.

Изучение техник психофизической саморегуляции с помощью электрофизиологических методик свидетельствует об их эффективном влиянии на различные психофизиологические процессы, достигаемые посредством изменения функционального состояния ЦНС [1; 3; 4; 7; 9].

Результаты исследований механизмов средств психорегуляции в последние три десятилетия достаточно убедительно свидетельствуют о том, что регулярная практика психофизических упражнений (ПФУ) приводит к устойчивым функциональным изменениям в психофизиологическом статусе человека [8; 12].

Визуализация (концентрация внимания на воображаемых зрительных образах) является важным компонентом ПФУ Она позволяет быстрее и глубже войти в изменённое состояние сознания (ИСС). Изучение механизмов визуализации необходимо для понимания формирования ИСС.

Цель настоящего исследования состояла в изучении психофизиологических механизмов концентрации внимания и визуализации при развитии ИСС на основании данных биоэлектрической активности мозга.

Материалы и методы исследования. Испытуемыми являлись студенты ЮУрГУ в возрасте от 17 до 22 лет (11 человек), занимающиеся психофизической саморегуляцией не менее одного года (I группа). Контрольную группу составили испытуемые того же возраста и пола (12 человек), не занимающиеся по системе ПФР (II группа).

Испытуемым предлагалось внимательно разглядеть фотографию природного пейзажа до

формирования в их сознании целостного образа. Затем им предлагалось мысленно воспроизвести данный пейзаж с переносом своего сознания («я») в визуализируемый пространственный образ природы.

Компьютерная электроэнцефалография включала спектральный и корреляционный анализ. Использовали многоканальную регистрацию ЭЭГ 8-чашечковыми электродами, соединёнными с ушными электродами и локализованными строго в соответствии с системой 10-20. Производили несколько функциональных проб: фоновая запись (ФЗ), закрывание глаз (ЗГ), открывание глаз (ОГ), рассматривание и визуализация природного пейзажа на фоне релаксации, релаксация с концентрацией внимания на ритме сердца и фоновая запись после выхода из состояния релаксации. Частота квантования ЭЭГ составляла 250 Гц.

Результаты исследования и их обсуждение. В период рассматривания фотографии природного пейзажа у испытуемых не наблюдалось существенных изменений альфа-активности по сравнению с показателями фоновой записи. При этом у лиц с выраженным альфа-ритмом на фоновой записи (группа релаксации) во время рассматривания пейзажа происходило угнетение альфа-активности преимущественно в затылочных и центральных областях. Полученные данные отражают гипотезу [13], согласно которой угнетение альфа-ритма под действием фактора внимания опосредуется активностью глазодвигательной системы. К ней близка гипотеза А. Ф. Изнака,

согласно которой высокий альфа-ритм отражает низкий уровень активации центральных механизмов глазодвигательных функций и зрительно-моторной интеграции [5; 6].

При анализе полученных результатов по данным гистограмм и развёртки в период закрывания глаз (ЗГ) выявлены «переливы» волновой активности альфа-диапазона преимущественно в лобных и затылочных областях с фокусом в затылочных областях с преобладанием амплитуды и мощности альфа-ритма в правом полушарии (рис. 1).

Полученные данные отражают идею ведущей роли альфа-ритма в механизме осуществления обработки сенсорной информации в коре головного мозга [10; 11], в частности, сканирования в зрительной коре, что было предсказано теоретически [15], а затем подтверждено экспериментально [16; 17].

В период визуализации наблюдалось значительное изменение спектральной мощности (СМ) альфаЗ-ритма (10,5-14 Гц) и слабовыраженный рост СМ альфа2 (8,5-10 Гц) с доминированием в передних и задних отделах правого полушария. У наиболее опытных испытуемых смещение пика мощности альфа-активности в сторону медленноволнового диапазона начиналось с лобных областей (рис. 2).

Вслед за лобными долями снижение частоты наблюдалось и в остальных отведениях. Эти факты свидетельствуют о ведущей роли лобных областей в процессах регуляции корковой активации, в механизме формирования состояния релаксации с представлением различных пространственных образов при визуализации. Через 6-10 с после начала визуализации испытуемые мысленно воспроизводили полную пространственную картину воображаемого объекта с концентрацией внимания на данном образе, субъективно отмечая при этом расслабленное состояние на фоне отрешённости от внешнего мира. Данные картирования и развёртки, свидетельствующие о синхронизации и генерализации альфа-активности по всем отведениям и отражающие согласованную работу нейронных сетей соответствующих корковых зон в момент сформированного пространственного образа, вероятно, подтверждают субъективные ощущения испытуемых. Можно предположить, что визуализация способствует более быстрому погружению в изменённое состояние сознания и его углублению.

Анализ мгновенной амплитуды ЭЭГ свидетельствует, что во время визуализации природ-

ного пейзажа на начальном этапе (10-20 с) наблюдалась симметричная активность обоих полушарий. На следующем этапе, когда испытуемому было необходимо оказаться в воображаемом месте, наблюдалось незначительное преобладание активности правого полушария; при этом наблюдалось существенное увеличение мощности в первую очередь затылочных областей с преобладанием в правом полушарии. Рост мощности в сравнении с предыдущим периодом отмечался и в центральных областях, являющихся проекцией соматосенсорной зоны. Синхронизация активности в соответствующий период отмечалась по всем отведениям с максимальными значениями амплитуды в центральных и затылочных областях обоих полушарий и во фронтальном неокор-тексе правого полушария (рис. 3). Полученные факты свидетельствуют о формировании единой функциональной нейронной сети между зрительной и соматосенсорной зонами в момент совмещения зрительного представления пространственного образа и концентрации внимания на соматических ощущениях в воображаемом пространстве.

После прекращения визуализации происходило угнетение альфа-активности, хотя её внутри- и межполушарная синхронизация сохранялась (рис. 4), что хорошо прослеживается у лиц с выраженным альфа-ритмом. По-видимому, можно говорить о сохранности функциональных связей нейронной сети, формирующихся в изменённом состоянии сознания и объединяющих соответствующие участки коры в реализации психической деятельности, не только на протяжении состояния релаксации, но и после выхода из него.

Сравнение ПФУ на визуализацию пейзажа (ВП) с ПФУ на концентрацию внимания на ритме сердца (КРС) показало определённые отличия в биоэлектрической активности мозга (табл. 1, 2). На первом и втором этапе релаксации отмечен выраженный рост спектральной мощности аль-фа2-ритма с доминированием в височно-заты-лочных отведениях правого полушария на первом этапе; в левых лобно-височных отведениях и правых лобно-центральных отведениях на втором этапе релаксации. При этом существенного изменения высоко- и низкочастотного альфа-ритма не выявлено. В бета-диапазоне можно отметить рост спектральной мощности низкочастотного бета-ритма в височно-затылочных отделах на втором этапе РС.

Рис. 1. Динамика волновой активности альфа-диапазона при закрывании глаз

Рис. 2. Смещение альфа-активности в сторону медленноволнового диапазона при визуализации

в состоянии релаксации

Рис. 3. Динамика альфа-активности во второй период визуализации. Испытуемый К-ин, 22 года

Визуализация Фоновая запись

Рис. 4. Изменение мощности альфа-ритма после завершения визуализации

Отличия показателей биоэлектрической актив- альфа-ритма, а также в большой реактивности

ности мозга при ПФУ на визуализацию природы височных областей при ПФУ на концентрацию

и ПФУ на концентрацию ощущений на ритме внимания — на ритме сердца. В последнее время

сердца заключаются в доминировании активации [2] височным долям отводят и важную роль в ре-

низкочастотного бета-ритма и среднечастотного гуляции деятельности внутренних органов.

Таблица 1

Направление изменений спектральной мощности ритмов ЭЭГ в динамике сеанса релаксации

с визуализацией в «группе релаксации»

I

0 а1 а2 а3 Р1 Р2 Р2 Р1 а3 а2 а1 0

F1 * * *    * *  F2

С3 *  * * С4

Т3 * Т4

О1 * ♦ ♦   * О2

II

0 а1 а2 а3 Р1 Р2 Р2 Р1 а3 а2 а1 0

F1   ♦ * * * ♦   F2

С3   ♦ * ♦   С4

Т3     Т4

О1 * * * * * О2

I] I

0 а1 а2 а3 Р1 Р2 Р2 Р1 а3 а2 а1 0

F1 ♦ ♦ * ♦ * ♦ ♦ * ♦ ♦ F2

С3 ♦ ♦ * ♦ * ♦ ♦ С4

Т3 ♦ * ♦ * ♦ ♦ Т4

О1 ♦ О2

Условные обозначения для табл. 1-2: F1, 2; С3, 4; Т3, 4; О1, 2 — отведения электродов; 0, а1, а2, а3, Ь1, Ь2 — ритмы ЭЭГ;  — интенсивный рост, * — рост средней интенсивности, ♦ — падение СМ-ритмов ЭЭГ; 1-Ш — этапы сеанса Р.

Таблица 2

Направление изменений спектральной мощности ритмов ЭЭГ в динамике сеанса релаксации с концентрацией внимания на ритме сердца в «группе релаксации»

I

0 а1 а2 а3 Р1 Р2 Р2 Р1 а3 а2 а1 0

F1 * * * ♦ ♦ * * *  F2

С3 * * * С4

Т3  Т4

О1  * *  * О2

I

0 а1 а2 а3 Р1 Р2 Р2 Р1 а3 а2 а1 0

F1       F2

С3 * * *   С4

Т3    *  Т4

О1  * *  О2

II

0 а1 а2 а3 Р1 Р2 Р2 Р1 а3 а2 а1 0

F1 ♦ ♦ * ♦ ♦ ♦ F2

С3 ♦ ♦ ♦ ♦ С4

Т3 ♦ ♦ Т4

О1 * ♦ ♦ * О2

Выводы:

1. У испытуемых основной группы при выполнении ПФУ на визуализацию наблюдалось появление второй пиковой зоны альфа-активности в области низкочастотного (~9 Гц) альфа-диапазона. После прекращения визуализации у лиц с выраженным альфа-ритмом отмечено угнетение альфа-активности, при сохранении внутри-и межполушарной синхронизации.

2. Явление синхронизации биоэлектрической активности центральных и затылочных областей

при выполнении ПФУ на представление проекции тела в воображаемом пространстве способствует формированию единой функциональной нейронной сети с участием зрительной и сомато-сенсорной зон.

3. Во время релаксации с концентрацией ощущений на ритме сердца, в отличие от визуализации, отмечается доминирование активации низкочастотного бета-ритма и среднечастотного альфа-ритма, с большей реактивностью височных областей.

Список литературы

1. Афтанас, Л. И. Динамика корковой активности в условиях изменённого состояния сознания: исследование медитации с помощью ЭЭГ высокого разрешения / Л. И. Афтанас, С. А. Голошейкин // Физиология человека. 2003. Т. 29, № 2. С. 18-27.

2. Александров, Ю. И. Нейрон. Обработка сигналов. Пластичность. Моделирование : фундам. рук. / Ю. И. Александров, К. В. Анохин. Тюмень : ТГУ, 2008. 548 с.

3. Бундзен, П. В. Современные тенденции в развитии технологий психической подготовки спортсменов / П. В. Бундзен // Ежегодный научный вестник ГАФК им. П. Ф. Лесгафта. СПб., 2000. С. 40-44.

4. Горев, А. С. Влияние индивидуальных особенностей ЦНС на эффективность формирования релаксационных навыков при использовании биологической обратной связи у детей 9-10 лет / А. С. Горев, О. А. Семёнова // Физиология человека. 2003. Т. 29, № 4. С. 54-61.

5. Изнак, А. Ф. Модуляция сенсомоторной деятельности человека на фоне альфа-ритма ЭЭГ / А. Ф. Из-нак // Проблемы развития научных исследований в области психического здоровья. М., 1989. С. 3-24.

6. Изнак, А. Ф. Субъективные корреляты вспышек альфа-ритма в ЭЭГ человека при зрительно-моторной операторской деятельности / А. Ф. Изнак, Н. В. Чаянов // Там же. С. 24-30.

7. Любимов, Н. Н. Изменения ЭЭГ и вызванных потенциалов при применении особой формы психологической тренировки / Н. Н. Любимов // Физиология человека. 1999. Т. 25, № 2. С. 62-66.

8. Попова, Т. В. Биоэлектрическая активность мозга при состоянии релаксации у студентов 17-23 лет / Т. В. Попова, Ю. И. Корюкалов // Вестн. Юж.-Урал. гос. ун-та. Сер. Образование, здравоохранение, физ. культура. 2003. Вып. 2, № 5 (21). 130 с.

9. Попова, Т. В. Механизм индуцированных релаксационных состояний / Т. В. Попова, Ю. И. Корюкалов, О. Г. Коурова // Вестн. Юж.-Урал. гос. ун-та. Сер. Образование, здравоохранение, физ. культура. 2004. № 6. С. 64-67.

10. Basar, E. EEG dynamics: relations between EEG and evoked potentials / E. Basar. N.-Y. : Elservier, 1980. P. 37-49.

11. Basar, E. Alpha oscillations in brain functioning: an integrative theory / E. Basar, M. Schurmann, С. Basar-Eroglu, S. Karakas // Int. J. Psychophysiol. 1997. Vol. 26, № 1-3. P. 5-29.

12. Gaylord, C. The effects of the transcendental mediation technique and progressive muscle relaxation on EEC coherence, stress reactivity, and mental health in black adults / C. Gaylord, D. Orme-Johnson, F. Travis // Int. J. Neurosci. 1989. Vol. 46, № 1-2. P. 77-89.

13. Mulholland, T. The concept of attention and the electroencephalographic alpha rhythm / T. Mulholland, C. R. Evans // Attention in Psychophysiology. L. : Butterworths, 1969. P. 100-127.

14. Panjwani, U. Effect of Sahaja yoga practice on stress management in patients of epilepsy / U. Panjwani, H. L. Gupta, S. H. Singh // Ind. J. Physiol. Pharmacol. 1995. Vol. 39 (2). P. 111.

15. Pitts, W. How we know universals. The perception of auditory and visual forms / W. Pitts, W. S. McCulloch // Bull. Math. Biophys. 1947. Vol. 9. P. 127-147.

16. Shevelev, I. A. Recognition of direction of unform and accelerated visual motion and EEG alpha-wave phases / I. A. Shevelev, V. M. Kamenkovich, N. B. Kostelianetz, G. A. Sharaev // FEBS Letters. 1996. Vol. 392. P. 169-174.

17. Shevelev, I. A. Fast thermal waves spreading over the cerebral cortex / I. A. Shevelev, E. N. Tsicalov // Neuroscience. 1997. Vol. 76, № 2. P. 531-540.

Cведения об авторе

Корюкалов Юрий игоревич — кандидат биологических наук, докторант кафедры «Технология и организация питания» Южно-Уральского государственного университета, Челябинск, Россия. arhy82@mail.ru

Bulletin of Chelyabinsk State University. 2014. № 4 (333). Education and Healthcare. Issue 3. P. 49-56.

DYNAMIC of Biocurrents of THE BRAIN AT CoNCENTRATIoN

of attention and visualization during the relaxation

Yu. I. Koryukalov

Candidate of Biology Sciences, Doctoral Candidate of Chair «Technology and Catering Services» of South-Ural State University, Chelyabinsk, Russia. arhy82@mail.ru

Results of researches on an assessment of changes of the EEG amplitude-frequency parameters, spatial distribution of an alpha rhythm and interaction of visual and somatosensorny zones of bark of big hemispheres are presented during visualization. At examinees engaged psychophysical regulation noted emergence of the second peak zone of alpha activity during performance of psychophysical exercise (PFU) on visualization. When performing PFU on concentration of attention on a rhythm of heart domination of activation of a low-frequency beta rhythm and a mid-frequency alpha rhythm, with bigger reactivity of temporal areas is revealed.

Keywords: relaxation, alpha rhythm, landscape visualization, concentration, temporal lobe.

References

1. Aftanas, L. I. The dynamics of cortical activity in the conditions of altered states of consciousness: a study meditation with the help of high-resolution EEG / L. I. Aftanas, S. A. Golosheykin // Human Physiology. 2003. T. 29, № 2. P. 18-27.

2. Aleksandrov, Y. I. Neuron. Signal processing. Plasticity. Simulation : structural. guide / Y. I. Aleksandrov, K. V. Anokhin. Tyumen : TSU, 2008. 548 p.

3. Bundzen, P. V. Modern technology trends mental training athletes / P. V. Bundzen // Annual Scientific Bulletin GAFK named after P. F. Lesgaft. St. Petersburg, 2000. P. 40-44.

4. Gorev, A. Influence of individual characteristics on the effectiveness of CNS formation relaxation skills using biofeedback in children 9-10 years / A. Gorev, O. A. Semenova // Human Physiology. 2003. Vol. 29, № 4. P. 54-61.

5. Iznak, A. F. Modulation of sensorimotor activity of the person on background EEG alpha rhythm / A. F. Iznak // Problems of scientific development. Inst. in the region. crazy. Health / MH USSR Academy of Medical Sciences of the USSR. 1989. P. 3-24.

6. Iznak, A. F. Subjective correlates of outbreaks of the alpha rhythm in the human EEG during visual-motor operator activity / A. F. Iznak, N. V. Chaianov // Problems of scientific development. Inst. in the region. crazy. Health / MH USSR Academy of Medical Sciences of the USSR. 1989. P. 24-30.

7. Lyubimov, N. N. Changes in EEG and evoked potentials in the special form of psychological training / N. N. Lyubimov // Human Physiology. 1999. Vol. 25, № 2. P. 62-66.

8. Popova, T. V. Bioelectrical activity of the brain in a state of relaxation in students 17-23 years / T. V. Popov, Y. I. Koryukalov // Vestn. Yuzhno-Uralsk. Reg. Univ. Ser. Education, health, physical culture. 2003. Is. 2, № 5 (21). 130.

9. Popova, T. V. Mechanism of relaxation induced states / T. V. Popova, Y. I. Koryukalov, O. G. Kourova // Vestn. Yuzhno-Ural. Reg. Univ. Ser. Education, health, physical culture. 2004. № 6. P. 64-67.

10. Basar, E. EEG dynamics: relations between EEG and evoked potentials / E. Basar // Elservier. New York, 1980. P. 37-49.

56

№. H. KopwKcrnoB

11. Basar, E. Alpha oscillations in brain functioning: an integrative theory / E. Basar, M. Schurmann, C. Ba-sar-Eroglu, S. Karakas // Int. J. Psychophysiol. 1997. Vol. 26, № 1-3. P. 5-29.

12. Gaylord, C. The effects of the transcendental mediation technique and progressive muscle relaxation on EEC coherence, stress reactivity, and mental health in black adults / C. Gaylord, D. Orme-Johnson, F. Travis // Int. J. Neurosci. 1989. Vol. 46, № 1-2. P. 77-89.

13. Mulholland, T. The concept of attention and the electroencephalographic alpha rhythm / T. Mulholland, C. R. Evans // Attention in Psychophysiology. L. : Butterworths, 1969. P. 100-127.

14. Panjwani, U. Effect of Sahaja yoga practice on stress management in patients of epilepsy / U. Panjwani, H. L. Gupta, S. H. Singh // Ind. J. Physiol. Pharmacol. 1995. Vol. 39 (2). P. 111.

15. Pitts, W. How we know universals. The perception of auditory and visual forms / W. Pitts, W. S. McCull-och // Bull. Math. Biophys. 1947. Vol. 9. P. 127-147.

16. Shevelev, I. A. Recognition of direction of unform and accelerated visual motion and EEG alpha-wave phases / I. A. Shevelev, V. M. Kamenkovich, N. B. Kostelianetz, G. A. Sharaev // FEBS Letters. 1996. Vol. 392. P. 169-174.

17. Shevelev, I. A. Fast thermal waves spreading over the cerebral cortex / I. A. Shevelev, E. N. Tsicalov // Neuroscience. 1997. Vol. 76, № 2. P. 531-540.