Основы психофизиологии

Никонова Евгения

Brain-computer interface (BCI), или интерфейс мозг-компьютер – это технология, позволяющая напрямую связывать мозговую активность человека с внешними устройствами. Она позволяет пользователям взаимодействовать с компьютерами или другой техникой без использования обычных методов ввода, таких как клавиатура или мышь, используя исключительно мозговые ритмы.

Интерфейс “мозг—компьютер” применяют для помощи людям с нарушениями двигательных функций, вызванными травмами спинного мозга, инсультами или нейродегенеративными заболеваниями, а также у детей с двигательными расстройствами. Данная технология может позволить пользователям взаимодействовать с окружающей средой, управляя курсорам на экране, вводить текст, манипулируя протезами, синтезировать речь. Также интерфейс “мозг – компьютер” применяется в видеоиграх и VR-технологиях. Один из способов

применения этой технологии был направлен на восстановление коммуникационных возможностей у людей после инсульта или черепно-мозговой травмы, когда повреждены моторные центры и человек не может говорить, но у него сохранен альфа-ритм. С помощью тренировок можно научить такого пациента использовать изменения альфа-ритма для выбора букв и ввода текста на специализированном компьютере.

Вызванные потенциалы (ВП) – метод суммации и выделения слабых и сверхслабых изменений электрической активности мозга (ЭЭГ) в ответ на стимул сенсорной модальности. Метод ВП позволяет получить объективную информацию о состоянии периферических и центральных звеньев различных сенсорных систем. Вызванный потенциал состоит из серии отдельных пиков или волн, которые могут быть описаны по их негативной или позитивной полярности, количеству компонентов, латенции, амплитуде и форме.

Также ВП используется в оценке сложных когнитивных процессов, где особое внимание уделяется амплитуде и латенции пика P300 (позитивная волна, которая возникает примерно через 300 миллисекунд после предъявления стимула). Этот компонент связывают с когнитивными процессами восприятия и обработки информации.

В клинической практике метод ВП используется при оценке когнитивных нарушений, деменций различного генеза, а также при оценке работы сенсорных систем.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) – это нейрофизиологический метод, который позволяет изучать активность мозга путем измерения магнитных полей, генерируемых электрической активностью нейронов. В отличие от ЭЭГ, которая регистрирует электрическую активность, МЭГ фокусируется на магнитных сигналах. У МЭГ высокая временная и пространственная разрешающая способность, которая позволяет отслеживать быстро происходящие процессы в мозге. Также у МЭГ лучшая пространственная разрешающая способность по сравнению с ЭЭГ, что позволяет более точно локализовать источники мозговой активности.

МЭГ широко используется для изучения функциональной активности мозга, включая изучение восприятия, когнитивных процессов, моторных функций и языковых способностей. Метод позволяет исследовать, как различные области мозга взаимодействуют друг с другом при выполнении разнообразных задач.

Также МЭГ часто используется в сочетании с другими методами изображения мозга, такими как магнитно-резонансная томография. Совместное использование данных методов позволяет получить более полную картину мозговой активности, которая сочетает в себе информацию о функциональной активности с детализированными анатомическими данными.

Томографические методы исследования – это группа медицинских визуализационных технологий, используемых для получения подробных изображений внутренних структур тела в виде пересекающихся срезов или трехмерных моделей. В психофизиологии томографические методы активно используются для изучения морфологических особенностей мозга и визуализации его работы.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) – это радионуклидный метод, который используется для сканирования внутренних органов человека или животного. В основе метода лежит регистрация пары гамма-квантов, которые образуются при аннигиляции позитронов с электронами. Позитроны появляются в результате позитронного бета-распада радионуклида, который входит в состав радиофармпрепарата, вводимого в организм перед исследованием. Когда позитрон сталкивается с электроном в теле, происходит аннигиляция, порождающая два гамма-кванта с одинаковой энергией, которые разлетаются в противоположные стороны. Система детекторов, расположенных вокруг пациента, фиксирует эти гамма-кванты, а компьютерная обработка данных позволяет создать трехмерное изображение распределения радионуклида в организме.

При сканировании ПЭТ на первом этапе пациенту вводится инъекция, в состав которой входит специальное радиоактивное вещество (как правило это глюкоза). Это вещество маркируется позитронно-излучающим радиоизотопом. Различные вещества могут быть спроектированы для целенаправленного связывания с конкретными тканями или клетками, что позволяет изучать

различные метаболические процессы. После введения вещество распространяется по организму и накапливается в областях повышенного потребления и соответственно активности. Радиоизотопы испускают позитроны, которые вступают во взаимодействие с электронами в тканях, в результате чего происходит аннигиляция и излучаются гамма-фотоны. Гамма-фотоны обнаруживаются специализированным оборудованием ПЭТ-сканера, которое создает трехмерные изображения распределения вещества в организме. Эти изображения затем анализируются для оценки метаболической активности тканей.

ПЭТ используется для изучения метаболических процессов в мозге, включая кровоток, потребление глюкозы и распределение различных нейротрансмиттеров. Эти данные могут помочь исследователям понять, как метаболические изменения в мозге связаны с когнитивными функциями, личностными особенностями, возрастом, когнитивными нарушениями и нейродегенеративными заболеваниями.

Магнитно-резонансная томография – это метод визуализации, который позволяет создавать детализированные изображения внутренних органов и тканей человека. В основе метода лежитявление ядерного магнитного резонанса, при котором атомные ядра водорода в теле человека, содержащиеся преимущественно в воде и жирах, реагируют на воздействие мощного постоянного магнитного поля и введенных в это поле радиочастотных волн. Когда радиочастотный импульс прекращается, ядра водорода возвращаются в исходное состояние, при этом излучая сигналы, которые регистрируются специальными датчиками. Эти сигналы обрабатываются компьютером, создавая подробные изображения поперечных срезов исследуемой области тела. МРТ особенно эффективен для изучения мозга, спинного мозга, суставов и внутренних органов.

В психофизиологии МРТ используется для изучения морфологических различий между группами людей, при сравнении мозгов здоровых людей и пациентов с неврологическими или психиатрическими расстройствами, а также для рассмотрения взаимосвязи между когнитивными функциями и особенностями анатомии мозга.

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) – это разновидность магнитно-резонансной томографии, используемая для измерения гемодинамических реакций, вызванных нейронной активностью в головном или спинном мозге. Метод основывается на том, что мозговой кровоток и активность нейронов связаны: при активности определённой области мозга увеличивается приток крови к ней. фМРТ позволяет определить, какие области мозга активируются в нормальных условиях или под влиянием различных физических факторов и при патологических состояниях. Метод широко применяется в психофизиологии для изучения динамики мозговых процессов, происходящих во время когнитивных и эмоциональных состояний.

Также в томографии используется диффузионно-тензорная визуализация, позволяющая оценить диффузию молекул воды вдоль миелиновой оболочки нервных волокон и получить информацию о связях между различными отделами головного мозга и целостности проводящих путей. С ее помощью изучается сетевая организация мозга и мозговая связанность (коннектон).

Коннектом (совокупность генетической информации в клетке) – это полная карта анатомических и функциональных связей нервной системы организма с учетом глии, которая в значительной степени определяет и регулирует эти связи на разных уровнях. Коннектомика – область нейронаук, предметом изучения которой является коннектом. Особая важность в изучении занимают функциональные сети, обладающие малой вариативностью внутри популяции.

Полиграфические методы исследования в психофизиологии. Полиграф – прибор, используемый в медицине и психофизиологии и предназначенный для одновременной регистрации нескольких физиологических процессов, происходящих в вегетативной нервной системе человека (работы сердца, проводимости кожи, частоты дыхания, напряжения мышц и т. д.). Также полиграф известен как «детектор лжи». Физиологические данные, считываемые полиграфом, дали название области исследования – полиграфии.

Деятельность вегетативной нервной системы автономна и не подчиняется воле человека. Симпатическая нервная система активируется в ответ на стресс, в то время как парасимпатическая может оказывать тормозящее воздействие на отдельные органы. Полиграф регистрирует изменения в работе вегетативной нервной системы, отражая реакции на значимые стимулы, которые человеку трудно контролировать осознанно. Это позволяет использовать его для выявления скрываемых сведений и создает затруднения для обмана детектора лжи.