Метод исследования – это принципы, технические приемы и средства проведения эксперимента.

МЕТОДЫ ФИЗИОЛОГИИ МОЗГА И ПОВЕДЕНИЯ

1. Методы изучения мозга

2. Методы изучения поведения

Вопрос_1

Методы изучения мозга

Определение_1:

Метод исследования – это принципы, технические приемы и средства проведения эксперимента.

До второй половины XIX века физиология мозга развивалась как экспериментальная наука, базирующаяся только на изучении животных. Подобные исследования показали, что базовые проявления деятельности нервной системы у разных организмов, в том числе и организма человека, имеют схожие черты. Прежде всего, основу работы нервной системы определяют следующие свойства:

- свойство проводимости, проведение возбуждения (нервного импульса) по волокну,

- передача возбуждения с одной нервной клетки на другую (например, нервную, мышечную, железистую),

- простые рефлексы (например, сгибания или разгибания конечности),

- восприятие световых, звуковых, тактильных и других раздражителей.

Основными методическими средствами изучения фи­зиологии мозга того времени были разрушение и раздражение. С помощью этих методов полу­чено огромное количество фактов в аналитическом и поведенческом плане. Наблюдение за простыми или сложными поведенческими явлениями с их де­тальным описанием явилось главным способом оценки целостной работы мозга.

Только с открытием новых методов исследования XIX-XX века наступил новый этап в изучении мозга, когда стало возможным исследовать функции, не разрушая мозг, не вмешиваясь в его функционирование, и вместе с тем изучать «высшие» проявления его деятельности – восприятие сигналов, функции памяти, сознания и многие другие.

Физиологические исследования в сочетании с изучением анатомии и морфологии головного мозга привели к однозначному заключению – именно головной мозг является инструментом нашего сознания, мышления, восприятия, памяти и других психических функций.

Один из первых лабораторных методов изучения высшей деятельности мозга был метод предложенный Иваном Петровичем Павловым – метод условных рефлексов.

В основе метода условных рефлексов заложена фундаментальная закономерность – предъявление животному двух стимулов – вначале условного, а затем безусловного, которое после некоторого числа их сочетаний приводили к тому, что при действии только условного сигнала у животного развивалась ответная безусловная реакция, т. е. образовывался условный рефлекс.

В 1903 году на 14-м Международном медицинском конгрессе в Мадриде, И.П. Павлов выступил с докладом на тему «Экспериментальная психология и психопатология на животных», где он впервые дал определение условного рефлекса, и показано, что условный рефлекс следует рассматривать как элементарный психологический феномен, который в то же время является физиологическим.

И.П. Павлов показал, что новые формы поведения могут возникать в результате установления связи между врожденными формами поведения (безусловными рефлексами) и новым раздражителем (условным раздражителем). В случае совпадения во времени и пространстве условного (нового) и безусловного (служащего стимулом безусловной реакции) раздражителя, новый раздражитель начинает вызывать безусловную реакцию, что приводит к совершенно новым особенностям поведения. Сформировавшийся таким образом условный рефлекс может в дальнейшем служить базой для формирования условных рефлексов второго и высших порядков.

Таким образом, по мысли Павлова, все поведение человека может быть понято, изучено и предсказано на основе знания цепочки условных рефлексов, механизмов их формирования и затухания.

Метод условных рефлексов, предложенный И.П. Павловым, оказал револю­ционное влияние на физиологию и психологию. В распоряжение ученых был дан метод объективного исследования, поведения, перестраивалась вся методология научного мышления, формировалась, говоря словами И. П. Павлова, «объективная физиология мозга и поведения».

Значительный вклад в развитие физиологии мозга и психологии внес метод регистрации электриче­ской активности мозга.Этот методпозволяет оценивать самые различные формы электрических процессов мозга – от суммарной электроэнцефалограммы до внутриклеточной активности отдельной клетки бодрствующего мозга.

В первые, в 1929 г. австрийский психиатр Ханс Бергер обнаружил, что с поверхности черепа можно регистрировать «мозговые волны». Метод регистрации электрических волн получил название электроэнцефалография.

Определение_2:

Электроэнцефалография - это метод записи биоэлектрических волн (электроэнцефалограмму) с поверхности черепа, которые представляет собой биопотенциалы работающего мозга, отражающие суммарную активность нейронов коры головного мозга.

Характер ЭЭГ определяется функциональным состоянием нервной ткани, уровнем протекающих в ней обменных процессов. Нарушение кровоснабжения, гипоксия[1] или глубокий наркоз приводят к подавлению биоэлектрической активности коры больших полушарий.

В условиях полного покоя и отсутствия внешних раздражителей у человека регистрируют спонтанно изменяющуюся ЭЭГ-активность головного мозга.

Рисунок 1 – Метод записи электроэнцефалограммы

А - схема регистрации ЭЭГ; В - основные ритмы ЭЭГ. Э₁ - активный электрод; Э₂ - индифферентный электрод; ПУ и ЛУ - правое и левое ухо

Основными компонентами спонтанной поверхностной ЭЭГ здорового человека считают два рода ритмических колебаний потенциала - α- и β- волны.

α-волны характеризуются частотой от 8 до 13 имп/с, возникают у человека при исключении зрительной афферентации (в темноте или при закрытых глазах в состоянии покоя). Амплитуда α-волн не превышает 50 - 100 мкВ. Наибольшая регулярность и амплитуда α-ритма регистрируется в теменной области коры на границе с затылочной областью. Эта область считается центром формирования α-волн в ЭЭГ.

β-волны доминируют в ЭЭГ человека при деятельном состоянии, интенсивной физической и умственной работе, эмоциональном напряжении, осуществлении ориентировочных и условных рефлексов. β-ритм состоит из быстрых волн длительностью до 40 - 50 мс и частотой 14 - 30 имп/с. Амплитуда β-волн не превышает 5 - 10 мкВ. Лучше всего β-ритм выявляется в лобных областях коры.

δ-ритм состоит из ритмических медленных волн длительностью от 250 до 1000 мс. Частота колебаний 1 - 4 в секунду. Данный ритм выявляется при наркотическом сне или при поражениях кортикальных отделов мозга и в ЭЭГ здорового человека во время сна с амплитудой, не превышающей 20 - 30 мкВ.

В ЭЭГ спящего человека можно зарегистрировать и θ-ритм с частотой 4 - 8 колебаний/с. θ-ритм проявляется и при патологических состояниях головного мозга, а также при крайнем эмоциональном напряжении.

«Большой наука (big science) становится тогда, когда она начинает использовать дорогие измерительные приборы»[2].

В XX веке точные физико-химические и математические методы исследования заняли важное место в изучении биологических объектов. Все многообразие методов изучения мозга[3] можно разделить на две группы:

- морфологические методы

- физиологические методы

Морфологические методы создают фундамент наших сведений о строении мозга. Наиболее эффективными являются:

- методы световой и электронной клеточной микроскопии

- методы гисто-, иммуно-, цито-, и радиохимии.

- биохимические методыизучение химических свойствбиологически активных соединений, участвующих в жизнедеятельности нервных клеток.

Физиологические методы включают в себя экспериментальные при­емы, позволяющие изучить функции живого мозга:

- разрушение отдельных участков мозга (экстирпация)

- электрическое раздражение

Оба эти приема стали активно применяться в свя­зи с внедрением в практику физиологического эксперимента стереотаксической техники. Стереотаксическая техника позволяет в трехмерной системе (3D-системе) вводить разрушаю­щий или раздражающий электрод в любой локальный участок мозга.

- приемы хемо-, термостимуляции ультразвуковое разрушение отдельных мозговых структур. Эти приемы имеют ряд преимуществ перед электростимуляцией в связи с большей локальностью и контролируемостью воздействия. Кроме локальных воздействий применяют то­тальное воздействие на мозг электромагнитными и звуковыми полями различной частоты.

- микроэлектродный метод основан на подведении к одиноч­ным нейронам микроэлектродов. Чаше всего их делают в виде стеклянных микропипеток, которые перед опытом заполняются электролитом (3М КСl). Метод позволяет изучать активность оди­ночных нейронов ЦНС. С помощью микроэлектродов, вводимых внутрь нервных клеток, можно измерять мембранные потенциа­лы покоя, регистрировать постсинаптические потенциалы (воз­буждающие и тормозные), а также потенциалы действия.

- метод реоэнцефалографийи, основан на регистрации изменений сопротивления ткани мозга переменному току высокой частоты в зависимости от кровенаполнения и позволяет косвенно судить о величине общего кровенаполнения мозга, тонусе, эластичности его сосудов, состоянии венозного оттока.

- метод эхаэнцефалографии основана на свойстве ультразвука по-раз­ному отражаться от структур мозга, его патологических образова­ний, цереброспинальной жидкости, костей черепа и др. Кроме определения размеров локализации тех или иных образований мозга эхоэнцефалография благодаря использо­ванию эффекта Допплера дает возможность оценивать скорость и направление движения крови в сосудах, участвующих в крово­снабжении мозга.

- метод компьютерной томографии, основанный на использовании рентгеновских лучей для измерения плотности структур мозга.

- метод ядерного магнитного резонанса, основанный на использовании радиоволн и сильного магнитного поля, который позволяет получить прижизненное изображение структур мозга, без вреда для участника эксперимента.