- Премедикация. Фиксация животного
- Правила обращения с животными после эксперимента.
- 14. Методы изучения ЦНС и ВНД.
- Метод электроэнцефалографии
- Метод вызванных потенциалов
- Компьютерная томография (КТ)
- Ядерно-магнитно-резонансная томография мозга.
- Позитронно-Эмиссионная трансаксиальная Томография ( ПЭТ-сканеры
- 15. Электрофизиологические методы исследования функций организма животных.
- Основные биоэлектрические показатели
- Условия регистрации и способы анализа ЭЭГ.
- Функциональное значение ЭЗГ и её составляющих.
- Вызванные потенциалы (ВП)
- Электрическая активность кожи (ЭАК), или кожно-гальванической реакции (
- Происхождение и значение ЭАК.
- Электрокардиограмма (ЭКГ)
- СЕГМЕНТЫ Сегментом на ЭКГ называют отрезок прямой линии
- ИНТЕРВАЛЫ Интервал состоит из зубца (комплекса зубцов) и сегмента
практика. 13. Методы экспериментальной работы с лабораторными животными. Условия содержания животного перед экспериментом
 Скачать 0.91 Mb.
|
|
13. Методы экспериментальной работы с лабораторными животными. Условия содержания животного перед экспериментом. Успешность, а самое главное достоверность эксперимента зависят не только от правильного ухода за животными в виварии, правильного выбора схемы нумерации, но и от обстановки, в которой может оказаться животное непосредственно перед экспериментом. Эти условия включают экспериментальные воздействия на организм, а также и среду, в которой поставлен эксперимент. Филологическое состояние животного, вызванное кратковременными на него воздействиями, называется драматипом. Драматип определяется факторами, которые не могут изменить структуру организма, но обратимо изменяют возможные реакции на экспериментальные воздействия. Следовательно, экспериментатор должен озаботиться о снятии всех посторонних стрессов у животных, взятых в эксперимент. Так, извлечение животного из клетки уже может явиться для него травматической процедурой, если экспериментатор не приучил к себе животное заблаговременно. Известно, что не только собаки и кошки узнают человека, положительно реагируют на его появление, если оно связано с получением лакомства и ласк, но и мелкие животные — кролики, хомяки, крысы — различают людей и цели их прихода. Поэтому экспериментатор должен еще до начала проведения эксперимента ежедневно посещать виварий и проводить некоторое время у клетки с животными, подкармливая их, приучая их к своему голосу. Собак и кошек, после того как ни начнут отзываться на голос экспериментатора, можно приучать к рукам, гладить их и пр. С собаками можно выходить на прогулку в часы выгула, что еще более закрепляет положительную реакцию животного на приход экспериментатора. Категорически запрещено использование удавок. При взятии животного из клетки, доставке его в лабораторию следует исключать силовые приемы любого рода. Если животное сопротивляется, следует его отвлечь и успокоить. Предварительная работа, как уже отмечалось, необходима и с мелкими животными. В ходе эксперимента мелких животных приходится брать в руки, что вызывает у них страх, беспокойство. Однако в тех случаях, когда животное часто пересаживается из клетки в клетку при уборке, процедура взятия из клетки не вызывает у них значительного стресса. Мелкие лабораторные животные ведут себя спокойно, когда их берут на руки умело и часто, не причиняют им боли. Животных надо держать крепко, но не сжимать. Если же держать животное свободно, оно будет биться и может освободиться или получить травму. Если сжимать мелких животных, то можно причинить им боль и даже сломать ребра (например, у мышей). Беременных животных нужно брать с величайшей осторожностью и только при крайней необходимости. К животным надо всегда подходить спокойно и уверенно. При неправильном обращении с животным можно причинить ему вред, сделать недоверчивым, пугливым и агрессивным (последнее может привести к травмированию и самого экспериментатора). Премедикация. Фиксация животного Премедикация проводится ответственным за работу с животным лицом или под его наблюдением. Если животное испугано или состояние наркоза наступает не сразу, экспериментатор должен ждать, пока животное не успокоится или не заснет. Животное можно фиксировать только после того, как подействует наркоз. После фиксации собак с них снимаются повязки-намордники. Повязки на конечностях животного должны быть мягкими, не препятствовать кровообращению; животному не должна быть придана неудобная поза с вывернутыми конечностями. При помещении бодрствующих животных в стереотаксический аппарат необходимо провести местное обезболивание участков головы, подвергающихся сдавливанию. Обезболивание После дачи животному наркоза необходим постоянный контроль со стороны экспериментатора (или анестезиолога) за уровнем наркоза. При первых признаках ослабления наркоза он должен быть углублен. Запрещается применение средств, препятствующих контролю за уровнем наркоза: афонии, завязывания морды и т.д. Все эксперименты с нанесением животному болезненных ощущений, включая эксперименты по изучению шока, должны проводиться с отключением сознания у животного. Допускается нанесение пороговой боли при изучении механизма боли и влияния на организм анальгетиков и анестетиков, Порог боли определяется индивидуально для каждого животного; критерием возникновения порогового болевого ощущения следует считать реакцию избегания: отдергивание конечности, перемену места, прыжок. Нанесение болевых раздражений, вызывающих голосовую и активную двигательную (оборонительную) реакцию, запрещается. Пороговые болевые раздражения наносятся в условиях свободного поведения животного. Наносимая пороговая боль должна быть непродолжительной. Развитие стрессовых состояний у животных в результате болевых раздражений и других мучительных состояний недопустимо. При биологическом тестировании и производстве медико-биологических препаратов все процедуры проводятся в условиях щажения животного; болезненные процедуры при маркировке животных (отрезание ногтевых фаланг и др.), при взятии крови, при воздействии на слизистую глаза и т.д. должны проводиться под местной анестезией или другого рода обезболиванием. Дозы и время введения препаратов должны фиксироваться в соответствующих документах (протокол эксперимента). ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭВТАНАЗИИ (УМЕРЩВЛЕНИЯ ЖИВОТНОГО) Гуманным умерщвлением животного — эвтаназией — называется быстрое и безболезненное умерщвление животного, не сопровождающееся у него чувством тревоги и страха. Животное должно получать адекватный уход (анестетики, питание, поение и т.д.) вплоть до самого момента его умерщвления. Умерщвление животных не должно производиться в помещении, где содержатся животные, запрещается умерщвлять одних животных на глазах у других. В острых опытах животное должно умерщвляться до прекращения действия наркоза. Во всех случаях животное должно умерщвляться своевременно — до наступления у него болезненных состояний. Оптимальным и универсальным методом умерщвления животных является передозировка наркоза — введение анестетика в летальной дозе (дозировка для наркоза х 3). При соблюдении этих условий допустимо умерщвление животного другими методами: а) мелких животных: мышей, крыс, лягушек, птиц и т.д. путем декапитации; б) кроликов — путем воздушной эмболии; в) крупных животных: взрослых собак, свиней и пр. — с помощью пропускания электрического тока, при этом электроды вводятся в область продолговатого мозга и в область крестца. Правила обращения с животными после эксперимента. Экспериментатор обязан сам выполнять и контролировать соблюдение правил обращения с подопытными животными не только в период, предшествующий эксперименту, и в ходе эксперимента, но и после его завершения — при выведении животного из эксперимента. Так, при доставке животного в клетку после операции должны использоваться удобные носилки, исключающие нанесение животному травм, смещение повязок. В случае применения миорелаксантов и искусственного дыхания животное должно оставаться в лаборатории до полного восстановления дыхания. Грызуны, получившие травмы при взятии крови из хвостовой вены, отсаживаются в отдельную клетку во избежание покусов сородичей. Животное в хроническом опыте необходимо поместить в удобную клетку, облегчающую условия наблюдения и ухода. Прооперированное животное должно получать квалифицированный уход под контролем экспериментатора. Послеоперационный период является критическим для хирургического эксперимента. В этот период требуется проведение необходимого обезболивания и медикаментозных назначений, а в некоторых случаях и длительное присутствие самого исследователя или его помощника около животного. После особо сложных и ответственных операций рекомендуется в первое время устанавливать круглосуточное дежурство. Состояние животного и назначения препаратов должны отмечаться в протоколе эксперимента. Проведение экспериментов в условиях, предусматривающих использование стандартизованных животных в опытах, исключающих все стрессовые и любые другие воздействия, отличные от изучаемых, обеспечение надлежащего ухода за животными до начала эксперимента и после его окончания, обеспечение в случае необходимости адекватного послеоперационного ухода — все это создает предпосылки для получения результатов, сопоставимых с данными других исследователей. 14. Методы изучения ЦНС и ВНД. ЦНС
Метод разрушения (экстирпации) различных отделов ЦНС. С помощью этого метода можно установить, какие функции ЦНС выпадают после оперативного вмешательства, а какие сохраняются. Например, кошка, мозг которой рассечён выше таламуса, сохраняет многие позные реакции и спинномозговые рефлексы. Животное, мозг которого рассечён на уровне ствола мозга (децеребрированное), поддерживает тонус мышц-разгибателей, но утрачивает позные рефлексы. Метод перерезки дает возможность изучить значение в деятельности того или иного отдела ЦНС влияний, поступающих от других ее отделов. Перерезка производится на различных уровнях ЦНС. Полная перерезка разобщает вышележащие отделы центральной нервной системы от нижележащих и позволяет изучить: 1. Рефлекторные реакции, которые осуществляются нервными центрами, расположенными ниже места перерезки; 2. Какие импульсы для деятельности данной структуры имеют вышележащие отделы; 3. Значение сигналов от нижележащих отделов для деятельности вышележащих. Спиналыюе животное. Перерезка па уровне верхних сегментов спинного мозга (не выше 3-4 сегмента). Бульбарное животное отделяет продолговатый мозг от среднего. Мезэнцефальное животное. Перерезка между средним и промежуточным мозгом. Диэнцефальное животное - отделяет промежуточный мозг от больших полушарий. Недостатки метода. Очень грубое вмешательство, операционная травма влияет на функции ЦНС (боль, отек, воспаление), образующаяся рубцовая ткань раздражает окружающие ткани (могут быть даже эпиприпадки при разрушении отдельных участков мозга). Поэтому применяют локальные (ограниченные) повреждения: термокриокоагуляция, электролиз постоянным током, а также мощным пучком рентген-излучения, ультразвуком.
Одним из методов изучения функций мозга является электрическая стимуляция отдельных областей. С помощью этого метода был, например, исследован «моторный гомункулус» — было показано, что, стимулируя определенные точки в моторной коре, можно вызвать движение руки, стимулируя другие точки — движения ног и т. д. Полученную таким образом карту и называют гомункулусом. Разные части тела представлены различающимися по размеру участками коры мозга. Поэтому у гомункулуса большое лицо, большие пальцы и ладони, но маленькое туловище и ноги. Если же стимулировать сенсорные области мозга, то можно вызвать ощущения. Это было показано как на человеке (в знаменитых опытах Пенфилда: он показал, что при электрическом раздражении 18 и 19-го полей у больного появляются сложные зрительные образы. Это уже не отдельные вспышки света, а знакомые лица, картины. Клинические наблюдения показывают, что поражение этих областей коры и прилегающих к ним подкорковых зон приводит к различным нарушениям зрительного гнозиса), так и на животных. В настоящее время для стимуляции мозга широко используется неинвазивный метод фокальной магнитной стимуляции. Проблема с этим методом состоит в том, что он активирует довольно большие участки мозга, а в некоторых случаях требуется стимулировать локальные участки.
Суть та же, что и в хирургических. Могут быть фармакологические и физические. Пример: методы холодового выключения структур головного мозга дают возможность визуализировать пространственно-временную мозаику электрических процессов мозга при образовании условного рефлекса в разных функциональных состояниях.
Метод электроэнцефалографии — метод регистрации электроэнцефалограммы (ЭЭГ) — суммарной электрической активности, отводимой с поверхности головы. М. э. рассматривается как наиболее распространенный и адекватный для изучения нейрофизиологических основ психической деятельности. Многоканальная запись ЭЭГ позволяет одновременно регистрировать электрическую активность многих функционально различных областей коры. ЭЭГ отводится с помощью специальных электродов (чаще серебряных), которые фиксируются на поверхности черепа шлемом или крепятся клеящей пастой. Поскольку ЭЭГ отражает разность потенциалов между двумя точками, для выяснения активности отдельных корковых областей используют индифферентный электрод, помещенный чаще всего на мочке уха. Это так называемое монополярное отведение. Наряду с этим анализируется разность потенциалов между двумя активными точками (биполярное отведение). Независимо от способа регистрации в ЭЭГ выделяются следующие типы ритмических колебаний: дельта-ритм ниже 3,5 Гц; тета-ритм 4—7,5 Гц; альфа ритм 8—13,5 Гц (это основной ритм ЭЭГ, преимущественно выраженный в каудальных отделах коры — затылочной и теменной); бета-ритм выше 14 Гц; гамма-колебания — выше 35 Гц. Эти ритмы различаются не только по своим частотным, но и функциональным характеристикам. Их амплитуда, топография, соотношение являются важным диагностическим признаком и критерием функционального состояния различных областей коры при реализации психической деятельности. Анализ ЭЭГ осуществляется как визуально, так с помощью ЭВМ. На ЭВМ оцениваются параметры отдельных ритмических компонентов ЭЭГ, их спектр плотности мощности (СПМ) Метод вызванных потенциалов — регистрация суммарной электрической активности, возникающей в ответ на внешние воздействия, — вызванные потенциалы (ВП) — отражает изменения функциональной активности областей коры, осуществляющих прием и обработку поступающей информации. Вызванный потенциал представляет собой последовательность разных по полярности — позитивных и негативных компонентов, возникающих после предъявления стимула. Количественными характеристиками ВП являются латентный период (время от начала стимула до максимума каждого компонента) и амплитуда компонентов. Метод регистрации ВП широко используется при анализе процесса восприятия. Нейрофизиологические исследования положили начало широкому использованию ВП человека для анализа когнитивных процессов. У человека ВП имеют относительно небольшую амплитуду по сравнению с фоновой ЭЭГ, и их изучение стало возможно только при использовании компьютерной техники для выделения сигнала из шума и последующего накопления реакций, возникающих в ответ на ряд однотипных стимулов. ВП, регистрируемые при предъявлении сложных сенсорных сигналов в решении определенных когнитивных задач, получили название связанных с событиями потенциалов ССП. ВНД
Психическая работа мозга долго оставалась недоступной для естествознания в целом и для физиологии в частности. Главным образом потому, что о ней судили по ощущениям и впечатлениям, т.е. с помощью субъективных методов. Успех в этой области знаний определился тогда, когда о психической деятельности (ВНД) стали судить с помощью объективного метода условных рефлексов разной сложности выработки. В начале XX века Павловым была разработана и предложена методика выработки условных рефлексов. На основе этой методики возможны дополнительные приемы изучения свойств ВНД и локализации процессов ВНД в головном мозге. Из всех приемов наиболее часто используются следующие приемы: Пробы возможности образования разных форм условных рефлексов (на высоту тона звука, на цвет и т.д.), что позволяет судить о условиях первичного восприятия. Сопоставления этих границ у животных разных видов позволяет выявить: в каком направлении шла эволюция сенсорных систем ВНД. Онтогенетическое изучение условных рефлексов. Сложное поведение животных разных возрастов при его изучении позволяет установить, что в этом поведении является врожденным, а что приобретенным. Например, Павлов брал щенков одного помета и вскармливал одних мясом, а других молоком. По достижению зрелого возраста вырабатывал у них условные рефлексы, и оказалось, что у тех собак, которые с детства получали молоко, условные рефлексы вырабатывались на молоко, а у тех собак, которых с детства кормили мясом, условные рефлексы легко вырабатывались на мясо. Таким образом, строгого предпочтения виду плотоядной пищи у собак нет, главное, что бы она была полноценной. Филогенетическое изучение условных рефлексов. Сравнивая свойства условнорефлекторной деятельности животных разного уровня развития, можно судить: в каком направлении идет эволюция ВНД. В переходах беспозвоночные животные – позвоночные животные, позвоночные животные – человек отразились переломные этапы эволюции, связанные с возникновением и развитием ВНД (у насекомых нервная система неклеточного типа, у кишечнополостных – ретикулярного типа, у позвоночных – трубчатого типа, у птиц появляются бальные ганглии, некоторые обуславливают высокое развитие условнорефлекторной деятельности. У человека хорошо развита кора больших полушарий, что и обуславливает скачек. Фармакологическое действие при формировании или переделке условных рефлексов. Вводя в мозг определенные вещества можно определить, какое влияние они имеют на скорость и прочность образования условных рефлексов, на способность к переделке условного рефлекса, что позволяет судить о функциональной подвижности ЦНС, а также на функциональное состояние нейронов коры и их работоспособность. Например, было выявлено, что кофеин обеспечивает образование условных рефлексов при высокой работоспособности нервных клеток, а при низкой их работоспособности даже небольшая доза кофеина делает возбуждение непосильным для нервных клеток. Создание экспериментальной патологии условно-рефлекторной деятельности. Например, хирургическое удаление височных долей коры больших полушарий ведет к псической глухоте. Методом экстирпации выявляется функциональная значимость участков коры, подкорки и стволовых отделов мозга. Таким же образом определяют локализацию корковых концов анализаторов. Моделирование процессов условно-рефлекторной деятельности. Еще Павлов привлекал математиков для того, чтобы выразить формулой количественную зависимость образования условного рефлекса от частоты его подкрепления. Оказалось, что большинства здоровых животных, включая человека, условный рефлекс вырабатывался у здоровых людей после 5 подкреплений безусловным раздражителем. Особенно это важно в служебном собаководстве и в цирке. Сопоставление психологических и физиологических проявлений условного рефлекса. Поддержка произвольного внимания, полета, эффективность обучения. Сопоставление психологических и физиологических проявлений с биоэлементами и морфологическими с биокинетическими: выработка белков памяти (S-100) или участков биологически активных веществ в формировании условных рефлексов. Доказано, что если ввести вазопроессии, то условные рефлексы вырабатываются быстрее (вазопрессии – нейро-гормон, вырабатываемый в гипоталамусе). Морфологические изменения структуры нейрона: голый нейрон при рождении и с денуритами у взрослого человека.
Отцом инструментальной формы научения считается Э. Торндайк, который еще в конце прошлого века назвал такую форму научения обучением "методом проб, ошибок и случайного успеха". Торндайк проводил опыты, в которых кошки и другие животные должны были нажимать на задвижки или тянуть за пружины, чтобы, открыв дверцу, выйти из ящика и получить снаружи пищу. Ящики были сделаны так, что пища была заметна. Голодная кошка, впервые посаженная в ящик, производит множество действий, в том числе тянется к пище через щели и скребет предметы, находящиеся внутри ящика. Наконец она случайно ударяет по запирающему механизму и выскакивает наружу. При последующих пробах действия кошки постепенно концентрируются вблизи этого механизма, и другая активность со временем прекращается. Наконец кошка становится способной правильно вести себя, как только ее поместят в ящик. Обстоятельства и ситуации в которые попадают животные вынуждают их совершать те или иные формы поведения, приспосабливаясь или активно сопротивляясь. Ученые назвали такое поведение оперантным (от латинского operatio - действие). Действия животных приводят к каким-либо последствиям или результатам, от которых зависит, будут ли они повторять эти действия или избегать их. То есть инструментальные условные рефлексы строятся на основе активной целенаправленной деятельности животного. Последовательность событий и результат их в данном случае, зависят не только от внешней сигнализации, но и от поведения самого животного. Таким образом, первое отличие инструментального условного рефлекса от классического заключается в активной, целенаправленной деятельности обучающегося животного. Вторым отличием является то, что инструментальный рефлекс не воспроизводит лежащую в его основе безусловную реакцию, в то время как классический условный рефлекс частично или полностью воспроизводит ее. При классических условных рефлексах связь устанавливается между стимулами и результатом, а при инструментальном научении, она возникает между реакцией и результатом. Таким образом, действие животного приобретает сигнальную функцию по отношению к результату (подкреплению). 3. Электрофизиология (ЭЭГ, компьютерная томография, ПЭТ, ЯМР) Компьютерная томография (КТ) — новейший метод, дающий точные и детальные изображения малейших изменений плотности мозгового вещества. КТ соединила в себе последние достижения рентгеновской и вычислительной техники, отличаясь принципиальной новизной технических решений и математического обеспечения. Главное отличие КТ от рентгенографии состоит в том, что рентген дает только один вид части тела. При помощи компьютерной томографии можно получить множество изображений одного и того же органа и таким образом построить внутренний поперечный срез, или "ломтик" этой части тела. Томографическое изображение — это результат точных измерений и вычислений показателей ослабления рентгеновского излучения, относящихся только к конкретному органу. Таким образом, метод позволяет различать ткани, незначительно отличающиеся между собой по поглощающей способности. Измеренные излучение и степень его ослабления получают цифровое выражение. По совокупности измерений каждого слоя проводится компьютерный синтез томограммы. Завершающий этап — построение изображения исследуемого слоя на экране дисплея. Для проведения томографических исследований мозга используется прибор нейротомограф. Помимо решения клинических задач (например, определения местоположения опухоли) с помощью КТ можно получить представление о распределении регионального мозгового кровотока. Благодаря этому КТ может быть использована для изучения обмена веществ и кровоснабжения мозга. В ходе жизнедеятельности нейроны потребляют различные химические вещества, которые можно пометить радиоактивными изотопами (например, глюкозу). При активизации нервных клеток кровоснабжение соответствующего участка мозга возрастает, в результате в нем скапливаются меченые вещества и возрастает радиоактивность. Измеряя уровень радиоактивности различных участков мозга, можно сделать выводы об изменениях активности мозга при разных видах психической деятельности. Последние исследования показали, что определение максимально активизированных участков мозга может осуществляться с точностью до 1 мм. Ядерно-магнитно-резонансная томография мозга. Компьютерная томография стала родоночальницей ряда других еще более совершенных методов исследования: томографии с использованием эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМР-томография), позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), функционального магнитного резонанса (ФМР). Эти методы относятся к наиболее перспективным способам неинвазивного совмещенного изучения структуры, метаболизма и кровотока мозга. П  ри ЯМР-томографии получение изображения основано на определении в мозговом веществе распределения плотности ядер водорода (протонов) и на регистрации некоторых их характеристик при помощи мощных электромагнитов, расположенных вокруг тела человека. Полученные посредством ЯМР-томографии изображения дают информацию об изучаемых структурах головного мозга не только анатомического, но и физикохимического характера. Помимо этого преимущество ядерно-магнитного резонанса заключается в отсутствии ионизирующего излучения; в возможности многоплоскостного исследования, осуществляемого исключительно электронными средствами; в большей разрешающей способности. Другими словами, с помощью этого метода можно получить четкие изображения "срезов" мозга в различных плоскостях.Позитронно-Эмиссионная трансаксиальная Томография (ПЭТ-сканеры) сочетает возможности КТ и радиоизотопной диагностики. В ней используются ультракороткоживущие позитронизлучающие изотопы ("красители"), входящие в состав естественных метаболитов мозга, которые вводятся в организм человека через дыхательные пути или внутривенно. Активным участкам мозга нужен больший приток крови, поэтому в рабочих зонах мозга скапливается больше радиоактивного "красителя". Излучения этого "красителя" преобразуют в изображения на дисплее. С помощью ПЭТ измеряют региональный мозговой кровоток и метаболизм глюкозы или кислорода в отдельных участках головного мозга. ПЭТ позволяет осуществлять прижизненное картирование на "срезах" мозга регионального обмена веществ и кровотока. В настоящее время разрабатываются новые технологии для изучения и измерения происходящих в мозге процессов, основанные, в частности, на сочетании метода ЯМР с измерением мозгового метаболизма при помощи позитронной эмиссии. Эти технологии получили название метода функционального магнитного резонанса (ФМР) (см. Видео). 15. Электрофизиологические методы исследования функций организма животных. Прогресс в любой области науки определяется, с одной стороны, идеями, с другой - методами, позволяющими проверять эти идеи. Однако часто методы выдвигают новые проблемы, вместо того, чтобы решить старые. Ме́тод (от греч. μέθοδος — «способ») — систематизированная совокупность шагов, действий, которые необходимо предпринять, чтобы решить определенную задачу или достичь определенной цели. Методика – конкретное использование метода в виде частной реализации при решении конкретной научной, теоретической или практической задачи, или совокупность приемов выполнения чего- либо. Рассмотрим роль электрофизиологических методов в физиологии. Биоэлектрическая активность. Электрические потенциалы отражают физико-химические изменения, связанные с обменными процессами, с жизнедеятельностью и являются надежными, точными и универсальными показателями физиологических процессов. Надежность показателей связана с тем, что в ряде случаев они являются единственным средством обнаружения деятельности (активность мозга при коме). Точность показателей, т.е. их временное и динамическое соответствие физиологическим процессам, основана на физико-химических процессах генерации электрических потенциалов, являющихся необходимым компонентом деятельности нервных и мышечных структур. Универсальность показателей связана с единообразием процессов происходящих в нервной клетке, нервном волокне, мышечной клетке, также как и суммарных электрических потенциалов в целостном органе. Эти потенциалы могут быть зарегистрированы, и что самое главное: они являются адекватным показателем функционирования органа или ткани. Важным является то, что большинство этих показателей можно регистрировать не нарушая естественный ход исследуемых процессов и не травмируя объект исследования. На данном этапе исследований преимуществом электрических показателей является удобство регистрации при наличии современного аппаратурного обеспечения (электроды – усилитель - передатчик – приемник - регистратор - обработка и анализ - компьютер). Основные биоэлектрические показатели. Нервная система: импульсная активность нервных клеток, суммарная активность мозга - ЭЭГ, коры - ЭКОГ, ВП, магнитоэнцефалограмма. Сенсорные системы: рецепторные потенциалы - ЭРГ, ЭОГ, КГР как активность кожи, так и уровень активации НС. Мышечная система - ЭМГ (локальная и глобальная), Н-рефлекс. Вегетативные системы: ЭКГ, электрогастрограмма, реограмма. Электроэнцефалография — метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ), т.е. суммарной биоэлектрической активности, отводимой как со скальпа, так и из глубоких структур мозга. Последнее у человека возможно лишь в клинических условиях. Одна из самых поразительных особенностей ЭЭГ — ее спонтанный, автономный характер. Регулярная электрическая активность мозга может быть зафиксирована уже у плода (т.е. до рождения организма) и прекращается только с наступлением смерти. Даже при глубокой коме и наркозе наблюдается особая характерная картина мозговых волн. Сегодня ЭЭГ является наиболее перспективным, но пока еще наименее расшифрованным источником данных для психофизиолога. Условия регистрации и способы анализа ЭЭГ. В стационарный комплекс для регистрации ЭЭГ и ряда других физиологических показателей входит звукоизолирующая экранированная камера, оборудованное место для испытуемого, моногоканальные усилители, регистрирующая аппаратура (чернилопишущий энцефалограф, многоканальный магнитофон). Обычно используется от 8 до 16 каналов регистрации ЭЭГ от различных участков поверхности черепа одновременно. Анализ ЭЭГ осуществляется как визуально, так и с помощью ЭВМ. В последнем случае необходимо специальное программное обеспечение.
Другая важная характеристика электрических потенциалов мозга — амплитуда, т.е. величина колебаний. Амплитуда и частота колебаний связаны друг с другом. Амплитуда высокочастотных бета-волн у одного и того человека может быть почти в 10 раз ниже амплитуды более медленных альфа-волн. Важное значение при регистрации ЭЭГ имеет расположение электродов, при этом электрическая активность одновременно регистрируемая с различных точек головы может сильно различаться. При записи ЭЭГ используют два основных метода: биполярный и монополярный. В первом случае оба электрода помещаются в электрически активные точки скальпа, во втором один из электродов располагается в точке, которая условно считается электрически нейтральной (мочка уха, переносица). При биполярной записи регистрируется ЭЭГ, представляющая результат взаимодействия двух электрически активных точек (например, лобного и затылочного отведений), при монополярной записи — активность какого-то одного отведения относительно электрически нейтральной точки (например, лобного или затылочного отведения относительно мочки уха). Выбор того или иного варианта записи зависит от целей исследования. В исследовательской практике шире используется монополярный вариант регистрации, поскольку он позволяет изучать изолированный вклад той или иной зоны мозга в изучаемый процесс. Международная федерация обществ электроэнцефалографии приняла так называемую систему "10-20", позволяющую точно указывать расположение электродов. В соответствии с этой системой у каждого испытуемого точно измеряют расстояние между серединой переносицы (назионом) и твердым костным бугорком на затылке (инионом), а также между левой и правой ушными ямками. Возможные точки расположения электродов разделены интервалами, составляющими 10% или 20% этих расстояний на черепе. При этом для удобства регистрации весь череп разбит на области, обозначенные буквами: F — лобная, О — затылочная область, Р — теменная, Т — височная, С — область центральной борозды. Нечетные номера мест отведения относятся к левому, а четные — к правому полушарию. Визуальной (клинический) анализ ЭЭГ используется, как правило, в диагностических целях. Электрофизиолог, опираясь на определенные способы такого анализа ЭЭГ, решает следуюшие вопросы: соответствует ли ЭЭГ общепринятым стандартам нормы; если нет, то какова степень отклонения от нормы, обнаруживаются ли у пациента признаки очагового поражения мозга и какова локализация очага поражения. Клинический анализ ЭЭГ всегда строго индивидуален и носит преимущественно качественный характер. Несмотря на то, что существуют общепринятые в клинике приемы описания ЭЭГ, клиническая интерпретация ЭЭГ в большей степени зависит от опыта электрофизиолога, его умения "читать" электроэнцефалограмму, выделяя в ней скрытые и нередко очень вариативные патологические признаки. Следует, однако, подчеркнуть, что в широкой клинической практике грубые макроочаговые нарушения или другие отчетливо выраженные формы патологии ЭЭГ встречаются редко. Чаще всего (70-80% случаев) наблюдаются диффузные изменения биоэлектрической активности мозга с симптоматикой, трудно поддающейся формальному описанию. Между тем именно эта симптоматика может представлять особый интерес для анализа того контингента испытуемых, которые входят в группу так называемой "малой" психиатрии — состояний, граничащих между "хорошей" нормой и явной патологией. Именно по этой причине сейчас предпринимаются особые усилия по формализации и даже разработки компьютерных программ для анализа клинической ЭЭГ. Статистические методы исследования электроэнцефалограммы исходят из того, что фоновая ЭЭГ стационарна и стабильна. Дальнейшая обработка в подавляющем большинстве случаев опирается на преобразование Фурье. С помощью преобразования Фурье самые сложные по форме колебания ЭЭГ можно свести к ряду синусоидальных волн с разными амплитудами и частотами. На этой основе выделяются новые показатели, расширяющие содержательную интерпретацию ритмической организации биоэлектрических процессов. Например, специальную задачу составляет анализ вклада, или относительной мощности, разных частот, которая зависит от амплитуд синусоидальных составляющих. Она решается с помощью построения спектров мощности. Спектры могут характеризовать абсолютную мощность каждой ритмической составляющей или относительную, т.е. выраженность мощности каждой составляющей (в процентах) по отношению к общей мощности ЭЭГ в анализируемом отрезке записи. Спектры мощности ЭЭГ можно подвергать дальнейшей обработке, например, корреляционному анализу, при этом вычисляют авто- и кросскорреляционные функции, а также когерентность, которая характеризует меру синхронности частотных диапазонов ЭЭГ в двух различных отведениях. Когерентность изменяется в диапазоне от +1 (полностью совпадающие формы волны) до 0 (абсолютно различные формы волн). Такая оценка проводится в каждой точке непрерывного частотного спектра или как средняя в пределах частотных поддиапазонов. При помощи вычисления когерентности можно определить характер внутри- и межполушарных отношений показателей ЭЭГ в покое и при разных видах деятельности. В частности, с помощью этого метода можно установить ведущее полушарие для конкретной деятельности испытуемого, наличие устойчивой межполушарной асимметрии и др. Благодаря этому спектрально-корреляционный метод оценки спектральной мощности (плотности) ритмических составляющих ЭЭГ и их когерентности является в настоящее время одним из наиболее распространенных. Функциональное значение ЭЗГ и её составляющих. Существенное значение имеет вопрос о функциональном значении отдельных составляющих ЭЭГ. Наибольшее внимание исследователей здесь всегда привлекал альфа-ритм — доминирующий ритм ЭЭГ покоя у человека. Существует немало предположений, касающихся функциональной роли альфа-ритма. Основоположник кибернетики Н. Винер и вслед за ним ряд других исследователей считали, что этот ритм выполняет функцию временного сканирования ("считывания") информации и тесно связан с механизмами восприятия и памяти. Предполагается, что альфа-ритм отражает реверберацию возбуждений, кодирующих внутримозговую информацию и создающих оптимальный фон для процесса приема и переработки афферентных сигналов. Его роль состоит в своеобразной функциональной стабилизации состояний мозга и обеспечении готовности реагирования. Предполагается также, что альфа-ритм связан с действием селектирующих механизмов мозга, выполняющих функцию резонансного фильтра, и таким образом регулирующих поток сенсорных импульсов. В покое в ЭЭГ могут присутствовать и другие ритмические составляющие, но их значение лучше всего выясняется при изменениии функциональных состояний организма (Данилова, 1992). Так, дельта-ритм у здорового взрослого человека в покое практически отсутствует, но он доминирует в ЭЭГ на четвертой стадии сна, которая получила свое название по этому ритму (медленноволновой сон или дельта-сон). Напротив, тэта-ритм тесно связан с эмоциональным и умственным напряжением. Его иногда так и называют стресс-ритм или ритм напряжения. У человека одним из ЭЭГ симптомов эмоционального возбуждения служит усиление тэта-ритма с частотой колебаний 4-7 Гц, сопровождающее переживание как положительных, так и отрицательных эмоций. При выполнении мыслительных заданий может усиливаться и дельта-, и тета-активность. Причем усиление последней составляющей положительно соотносится с успешностью решения задач. По своему происхождению тэта-ритм связан с кортико-лимбическим взаимодействием. Предполагается, что усиление тэта-ритма при эмоциях отражает активацию коры больших полушарий со стороны лимбической системы. Переход от состояния покоя к напряжению всегда сопровождается реакцией десинхронизации, главным компонентом которой служит высокочастотная бета-активность. Умственная деятельность у взрослых сопровождается повышением мощности бета-ритма, причем значимое усиление высокочастотной активности наблюдается при умственной деятельности, включающей элементы новизны, в то время как стереотипные, повторяющиеся умственные операции сопровождаются ее снижением. Установлено также, что успешность выполнения вербальных заданий и тестов на зрительно-пространственные отношения оказывается положительно связанной с высокой активностью бета-диапазона ЭЭГ левого полушария. По некоторым предположениям, эта активность связана с отражением деятельности механизмов сканирования структуры стимула, осуществляемой нейронными сетями, продуцирующими высокочастотную активность ЭЭГ Магнитоэнцефалография — регистрация параметров магнитного поля, обусловленных биоэлектрической активностью головного мозга. Запись этих параметров осуществляется с помощью сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиков и специальной камеры, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних полей. Метод обладает рядом преимуществ перед регистрацией традиционной электроэнцефалограммы. В частности, радиальные составляющие магнитных полей, регистрируемые со скальпа, не претерпевают таких сильных искажений, как ЭЭГ. Это позволяет более точно рассчитывать положение генераторов ЭЭГ-активности, регистрируемой со скальпа. 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. У человека ВП обычно включены в ЭЭГ, но на фоне спонтанной биоэлектрической активности трудно различимы (амплитуда одиночных ответов в несколько раз меньше амплитуды фоновой ЭЭГ). В связи с этим регистрация ВП осуществляется специальными техническими устройствами, которые позволяют выделять полезный сигнал из шума путем последовательного его накопления, или суммации. При этом суммируется некоторое число отрезков ЭЭГ, приуроченных к началу действия раздражителя. Широкое использование метода регистрации ВП стало возможным в результате компьютеризации психофизиологических исследований в 50-60 гг. Первоначально его применение в основном было связано с изучением сенсорных функций человека в норме и при разных видах аномалий. Впоследствии метод стал успешно применяться и для исследования более сложных психических процессов, которые не являются непосредственной реакцией на внешний стимул. Способы выделения сигнала из шума позволяют отмечать в записи ЭЭГ изменения потенциала, которые достаточно строго связаны во времени с любым фиксированным событием. В связи с этим появилось новое обозначение этого круга физиологических явлений — событийно-связанные потенциалы (ССП).
Эти потенциалы представляют собой последовательность позитивных и негативных колебаний, регистрируемых, как правило, в интервале 0-500 мс. В ряде случаев возможны и более поздние колебания в интервале до 1000 мс. Количественные методы оценки ВП и ССП предусматривают, в первую очередь, оценку амплитуд и латентностей. Амплитуда — размах колебаний компонентов, измеряется в мкВ, латентность — время от начала стимуляции до пика компонента, измеряется в мс. Помимо этого, используются и более сложные варианты анализа. Электрическая активность кожи (ЭАК), или кожно-гальванической реакции (КГР), впервые изучение началось в конце 19 в., когда почти одновременно французский врач Фере и российский физиолог Тарханов зарегистрировали: первый — изменение сопротивления кожи при пропускании через нее слабого тока, второй — разность потенциалов между разными участками кожи. Эти открытия легли в основу двух методов регистрации КГР: экзосоматического (измерение сопротивления кожи) и эндосоматического (измерение электрических потенциалов самой кожи). Следует помнить, что эти методы дают несовпадающие результаты. В настоящее время ЭАК объединяет целый ряд показателей: уровень потенциала кожи, реакция потенциала кожи, спонтанная реакция потенциала кожи, уровень сопротивления кожи, реакция сопротивления кожи, спонтанная реакция сопротивления кожи. В качестве индикаторов стали использоваться также характеристики проводимости кожи: уровень, реакция и спонтанная реакция. Во всех трех случаях "уровень" означает тоническую составляющую ЭАК, т.е. длительные изменения показателей; "реакция" — фазическую составляющую ЭАК, т.е. быстрые, ситуативные изменения показателей ЭАК; спонтанные реакции — краткосрочные изменения, не имеющие видимой связи с внешними факторами. Происхождение и значение ЭАК. Возникновение электрической активности кожи обусловлено, главным образом, активностью потовых желез в коже человека, которые в свою очередь находятся под контролем симпатической нервной системы. Существует два типа потовых желез: апокринные и эккринные. Апокринные, расположенные в подмышечных впадинах и в паху, определяют запах тела и реагируют на раздражители, вызывающие стресс. Они непосредственно не связаны с регуляцией температуры тела. Эккринные расположены по всей поверхности тела и выделяют обычный пот, главными компонентами которого являются вода и хлористый натрий. Их главная функция — терморегуляция, т.е. поддержание постоянной температуры тела. Однако те эккринные железы, которые расположены на ладонях и подошвах ног, а также на лбу и под мышками — реагируют в основном на внешние раздражители и стрессовые воздействия. В психофизиологии электрическую активность кожи используют как показатель "эмоционального" потоотделения. Как правило, ее регистрируют с кончиков пальцев или ладони, хотя можно измерять и с подошв ног, и со лба. Следует сказать, однако, что природа КГР, или ЭАК, еще до сих пор не ясна. Электрокардиограмма (ЭКГ) — запись электрических процессов, связанных с сокращением сердечной мышцы. Впервые была сделана в 1903 г. Эйнтховеном. С помощью клинических и диагностических установок ЭКГ можно регистрировать, используя до 12 различных пар отведений; половина их связана с грудной клеткой, а другая половина — с конечностями. Каждая пара электродов регистрирует разность потенциалов между двумя сторонами сердца, и разные пары дают несколько различную информацию о положении сердца в грудной клетке и о механизмах его сокращения. При заболеваниях сердца в одном или нескольких отведениях могут обнаруживаться отклонения от нормальной формы ЭКГ, и это существенно помогает при постановке диагноза. Любая ЭКГ состоит из зубцов, сегментов и интервалов. ЗУБЦЫ - это выпуклости и вогнутости на электрокардиограмме. На ЭКГ выделяют следующие зубцы:
СЕГМЕНТЫ Сегментом на ЭКГ называют отрезок прямой линии (изолинии) между двумя соседними зубцами. Наибольшее значение имеют сегменты P-Q и S-T. Например, сегмент P-Q образуется по причине задержки проведения возбуждения в предсердно-желудочковом (AV-) узле. ИНТЕРВАЛЫ Интервал состоит из зубца (комплекса зубцов) и сегмента. Таким образом, интервал = зубец + сегмент. Самыми важными являются интервалы P-Q и Q-T. |
(непостоянный зубец, регистрируется редко).