Электроэнцефалографические особенности биоэлектрических процессов мозга при визуализации

ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МОЗГА ПРИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Ю.И. Корюкалов ЮУрГУ, г. Челябинск

Представлены результаты исследований по оценке изменений амплитудно-частотного спектра ЭЭГ, пространственного распределения альфа-ритма и взаимодействия зрительной и соматосенсорной зон коры больших полушарий во время визуализации.

Известно, что успешность обучения определяется не только совершенством обучающих методик, но и особенностями состояния ЦНС субъекта обучения. В связи с этим актуальным вопросом является изучение возможности направленного управления функциональным состоянием ЦНС, в частности применение релаксационных методик [1].

Результаты исследований механизмов психо-регуляции в последние три десятилетия достаточно убедительно свидетельствуют о том, что регулярная практика психофизических упражнений (ПФУ) приводит к устойчивым изменениям в психофизиологическом статусе человека [4, 7, 8].

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

Цель исследования

Изучение психофизиологических механизмов визуализации как основного компонента психофизических упражнений на основании данных биоэлектрической активности мозга.

Методика 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 занимающихся 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 с 8 чашечных электродов, соединенных с ушными электродами и локализованных строго в соответствии с системой 10-20. Производили несколько

функциональных проб: фоновая запись (ФЗ), закрывание глаз (ЗГ), открывание глаз (ОГ), ритмическая фотостимуляция (РФС), рассматривание и визуализация синего и желтого цвета на фоне релаксации и фоновая запись после выхода из состояния релаксации. Частота квантования ЭЭГ составляла 250 Гц.

Результаты исследования

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 во время рассматривания пейзажа происходило угнетение альфа-активности преимущественно в затылочных и центральных областях. Полученные данные отражают гипотезу [9], 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 [2, 3].

Данные индивидуальных ЭЭГ при рассматривании цветов (синего и желтого) свидетельствуют о достоверном увеличении, по сравнению с фоновой записью, мощности альфа ритма при рассматривании синего (10,0 ± 0,2 Гц) в затылочных отведениях обоих полушарий и тенденцией к увеличению в лобно-центральных отведениях у испытуемых экспериментальной группы. При рассматривании желтого цвета у них наблюдалось достоверное увеличение мощности альфа-ритма в лоб-но-центральных и затылочных отведениях с доминированием в затылочных.

При анализе полученных результатов по данным гистограмм и развертки 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.

Полученные данные отражают идею ведущей роли альфа-ритма в механизме осуществления

обработки сенсорной информации в коре головного мозга [5, б]; в частности, сканирования в зрительной коре, что было предсказано теоретически [10], а затем подтверждено экспериментально [11,12].

В период визуализации наблюдалось достоверное изменение спектра мощности альфа-ритма, снижение его доминирующей частоты и увеличение мощности второй пиковой частоты (~9 Гц) низкочастотного альфа-диапазона. При этом смещение альфа-активности в сторону медленовол-нового диапазона начиналось с лобных областей (рис. 1). Вслед за лобными долями урежение 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 про-

странственных 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 отрешенности от внешнего мира. Данные картирования и развертки, свидетельствующие о синхронизации и генерализации альфа-активности по всем отведениям, 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 измененное состояние сознания и его углублению.

Рр1А1

СЗА1

С4Д2

01А1

02А2

ТЗА1

Т4А2

РрІАІ

сам

С4Д2

01А1

02А2

ТЗА1

Т4Д2

*

.-Л

і

0 2 4 6 в 10 12 14 16 18

Рис. 1. Смещение альфа-акгивности в сторону медленоволнового диапазона при визуализации в состоянии релаксации

Анализ мгновенной амплитуды ЭЭГ свидетельствует, что во время визуализации природного пейзажа на начальном этапе (10-20 с) наблюдалась симметричная активность обоих полушарий. На следующем этапе, когда испытуемому было необходимо оказаться в воображаемом месте, выявлено незначительное преобладание активности правого полушария; при этом отмечено 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 неокортексе правого полушария. 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 ее внутри- и межполушарная синхронизация сохранялась (рис. 2), что хорошо прослеживается у лиц с выраженным альфа-ритмом. По-видимому, можно говорить о сохранности функциональных

Интегративная физиология, восстановительная и адаптивная физическая культура ______________________________________

связей нейронной сети, формирующихся в измененном состоянии сознания и объединяющих соответствующие участки коры в реализации

психической деятельности, не только на протяжении состояния релаксации, но и после выхода из него.

Рис. 2. Изменение мощности альфа-ритма после завершения визуализации

Выводы

1. Использование визуализации цвета во время ПФУ способствует быстрому достижению состояния релаксации.

2. 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 меж-полушарной синхронизации.

3. 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 соматосенсорной зон.

Литература

1. Горев A.C., Семенова O.A. Влияние индивидуальных особенностей ЦНС на эффективность формирования релаксационных навыков при использовании биологической обратной связи у

детей 9-10 лет // Физиология человека. - 2003. -Т. 29.-№4. -С. 54-61.

2. Изнак А.Ф. Модуляция сенсо-моторной деятельности человека на фоне альфа-ритма ЭЭГ // Проблемы развития науч. иссл. в обл. псих, здоровья. —1989. - С. 3-24.

3. Изнак А.Ф., Чаянов Н.В. Субъективные корреляты вспышек альфа-ритма в ЭЭГ человека при зрительно-моторной операторской деятельности // Проблемы развития науч. иссл. в обл. псих, здоровья. -1989. - С. 24-30.

4. Попова Т.В., Корюкалов Ю.И Биоэлектрическая активность мозга при состоянии релаксации у студентов 17-23 лет // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура». - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. — Вып. 2.- № 5 (21). - С. 55-59.

5. Alpha oscil-lations in brain functioning: an integrative theory ZE. Basar, M. Schurmann, C. Basar-Eroglu, S. Karakas // Int. J. Psychophysiol. - 1997. -V. 26. -Nb 1-3. -P. 5-29.

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

7. Effect of Sahaja yoga practice on stress management in patients of epilepsy / U Panjwani, H.L. Gupta, S.H. Singh el al. //Indian J. Physiol. Pharmacol. -1995. - V. 39 (2). -P. 111.

8. Gaylord C., Orme-Johnson D., Travis F. The effects of the transcendental mediation technique and progressive muscle relaxation on EEC coherence, stress reactivity, and mental health in black adults // Int. J. Neurosci. -1989. - V 46. M1-2. -P. 77.

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

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

11. 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. - V. 392. -P. 169-174.

12. Shevelev I.A., Tsicalov E.N. Fast thermal waves spreading over the cerebral cortex // Neuroscince. — 1997. - V. 76. — № 2. — P. 531-540.