Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности взаимоотношений полушарий головного мозга человека в переходных состояниях цикла бодрствование-сон

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Особенности взаимоотношений полушарий головного мозга человека в переходных состояниях цикла бодрствование-сон"

Я?"/

На правах рукописи

БУГАЕВ ЛЕОНИД АНАТОЛЬЕВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ ПОЛУШАРИЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА В ПЕРЕХОДНЫХ СОСТОЯНИЯХ ЦИКЛА БОДРСТВОВАНИЕ-СОН (преддремотное состояние)

03.00.13 — физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

с.

Ростов-на-Дону 1997

Работа выполнена на кафедре физиологии человека и животных Ростовского государственного университета

Научный руководитель: — заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Г.А.Кураев

Официальные оппоненты: — доктор биологических наук, профессор

А.А.Буриков (г. Ростов-на-Дону)

кандидат медицинских наук, А.Ф.Сысоева (г. Ростов-на-Дону)

Ведущая организация: — Ростовский государственный медицинский

университет

Защита состоится 9 октября 1997 г. в 10.00 час. на заседании диссертационного Совета Д 063.52.08 в Ростовском государственном университете по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).

Автореферат разослан "_" октября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

доктор биологических наук

профессор <

Т.И.Бондаренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Исследования цикла бодрствование-сон в ходе монотонной деятельности оператора сложных информационных комплексов лежат на стыке двух направлений. С одной стороны это изучение сна в классическом представлении, отображенное работами по физиологии и биохимии ночного, дневного и др. видов сна (Хоопш е1 а!., 1937; Шеповальников, 1971; Демин с соавт., 1978; Вейн, Хехт, 1989 и др.), с другой — вопросы развития монотонии, эргономические аспекты монотонной деятельности, проблема засыпания на рабочем месте (Блок, 1972; Асеев, 1974; Воронин с соавт., 1976; Рождественская, 1980 и др.).

Исследованию электроэнцефалографических особенностей сна посвящено огромное количество работ, без внимания не остался и период начальных стадий засыпания, в частности преддремотной (Гуляев, 1957; Латаш, 1968 и др.). По общему мнению, преддремотное состояние характеризуется функциональной поли-морфностью, нестабильностью и кратковременностью, что затрудняет его четкую идентификацию, и, как следствие, выделение для более детального исследования. Кроме того, специфика исследований предцремоты в данных работах такова, что в них отражены классические, естественные для засыпания условия с некоторыми методическими вариациями. Возникает вопрос о корректности переноса данных, получаемых в классической модели засыпания в условия работающего организма.

Необходимость исследований сна в неестественных для этого условиях диктуется возрастанием количества видов деятельности, вызывающих по ходу ее выполнения у человека чувство сонливости. Несовместимость сна и работы, особенно на ответственных участках, заставляет искать пути ранней диагностики засыпания с целью последующей реактивации оператора.

На сегодняшний день нет надежных способов, объективно и однозначно определяющих предцремоту, но известны некоторые особенности поведенческие, электрографические и т.д., наблюдаемые при переходе от.бодрствования ко сиу. Одно из перспективных направлений здесь может принадлежать электроэнцефалографии как методу, чутко и динамично реагирующему на изменения, происходящие в центральной нервной системе.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось исследование общих и в частности межполушарных особенностей электрической активности головного мозга человека на стадии засыпания при выполнении деятельности монотонного типа. В связи с этим ставились задачи:

1. Разработать методику лабораторного исследования, моделирующую длительную монотонную деятельность оператора при низкой интенсивности труда.

2. Разработать средства контроля уровня бодрствования оператора на этапе выполнения деятельности.

3. Исследовать динамику электрической активности головного мозга оператора на разных этапах деятельности.

4. Выявить особенности пространственно-временной организации электроэнцефалограммы оператора на этапе снижения уровня бодрствования.

Научная новизна результатов исследования.

1. Разработан и апробирован метод контроля уровня бодрствования оператора в реальном времени на основе анализа векодвигательных реакций.

2. Выявлена динамика межполушарных отношений электрической активности головного мозга оператора при снижении уровня бодрствования в ходе выполнения монотонной деятельности.

3. Выявлены особенности пространственно-временной организации электроэнцефалограммы в начальные периоды засыпания оператора.

4. Выявлены особенности динамики и пространственного распределения электрической активности головного мозга оператора при снижении уровня бодрствования в зависимости от интенсивности выполняемой деятельности.

Теоретическое и практическое значение работы. В теоретическом плане работа расширяет наши представления о динамике электрической активности полушарий головного мозга при монотонной деятельности человека

Методические и теоретические разработки, полученные в результате проведенной работы, были использованы при выполнении хоздоговорной НИР 7648.

Результаты экспериментов использовались при создании полуавтоматической системы контроля засыпания операторов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на заседании Ростовского отделения Всероссийского физиологического общества им. Павлова (Ростов-на-Дону, 1994), на Неделе науки РГУ (Ростов-на-Дону, 1994), на XI Международной конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 1995), на конференции молодых ученых. Северо-Кавказского региона (Ростов-на-Дону, 1995), а также представлены на II Международном конгрессе Мировой федерации обществ-исследователей сна (Nassau, The Bahamas, 1995), на XIII Европейском конгрессе исследований сна (Brussels, Belgium, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 133 страницах машинописного текста; состоит из введения, 3-х глав, обсуждения полученных результатов (4 глава), выводов и списка использованной литературы; содержит 38 таблиц, и 16 рисунков. Список литературы включает 290 наименований, из них 83 на иностранных языках.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в лабораторных условиях на мужчинах в возрасте от 18 до 40 лет.

Перед началом обследования все испытуемые проходили процедуру психологического тестирования с использованием опросников, выявляющих их личностные и ситуационные особенности. Методы исследования личности включали

тесты Стреляу (Столяренко, 1995), Аннетт (Annett, 1972), Айзенка (Столяренко, 1995). В качестве ситуативной оценки тревожности испытуемых был использован опросник Спилбергера (Ханик, 1976).

Психофизиологические методики включали определение времени простой (ВПЗР) и сложной моторной реакции (ВСЗР) на световой стимул. Обе методики были реализованы на персональном компьютере.

В ходе электрографического обследования испытуемый располагался в экранированной камере с частичной свето-звукоизоляцией. Регистрация ЭЭГ производилась монополярно от симметричных лобных (F3; F4), центральных (Сз; С4) и затылочных (Oi; О2) зон коры по стандартной системе "10-20". Индифферентные электроды располагались на мочках ушей. Использовались чашечковидные хлор-серебряные электроды, которые прикреплялись к коже головы медицинским коллодием. Электроды подключались через коммутирующий блок к восьмиканаль-ному элекгроэнцефалографу фирмы "Bioskript" (Германия). Запись регистрируемой электроэнцефалограммы производилась на магнитную ленту 14-канального магнитографа Н063.

Для визуального наблюдения за оператором использовался видеокомплекс, позволявший вести постоянное наблюдение за испытуемым. Параллельно с записью электроэнцефалограммы на магнитную ленту записывались и результаты наблюдений за испытуемым, степень его активности или, наоборот, сонливости.

В начале каждого обследования записывалась активность регистрируемых областей мозга в состоянии спокойного бодрствования при закрытых и открытых глазах.

В программе исследований было проведено две серии экспериментов. Различие между сериями состояло в сложности выполнения задания, предлагаемого испытуемым и, как следствие, разной степенью активирующей мотивации на этапе выполнения работы. Степень сложности определялась вовлеченностью испытуемого в рабочий процесс и включала как двигательный компонент (необходимость постоянного или эпизодического управления системой), так и психофизиологический — главным образом концентрация внимания и готовность отреагировать адекватным образом на изменения в системе. В силу особенностей экспериментальной ситуации в серии-I происходило развитие динамической моно-тонии, в серии-П — статической.

В каждой серии было обследовано по 15 испытуемых.

Серия /. Деятельность испытуемого осуществлялась в режиме компенсаторного слежения за динамическим объектом. Реализовывалась компьютерная программа, имитирующая ситуацию работы водителя в ночных условиях: на темном фоне (ночная дорота) наблюдались два светящихся квадрата (габаритные огни впередиидущей машины). В задачу оператора входило постоянное удержание цели в центре экрана (следование за целью на заданном расстоянии). Органом управления оператора являлся манипулятор "мышь".

Качество работы испытуемого непрерывно оценивалось ЭВМ IBM РС/АТ-286 в течение всего обследования. Расчет работоспособности велся в процентах от 100% успешности деятельности. Результаты представлялись в виде графика зависимости работоспособности от времени.

Продолжительность работы испытуемого без учета перерывов составляла 6 часов.

Серия II. Испытуемый располагался в камере с открытыми глазами в мягком удобном кресле. На экране монитора на темном фоне в центре экрана располагались неподвижно два темных прямоугольника, имеющих ярко-оранжевые контуры. С интервалом 80-120 секунд (по закону случайных чисел) прямоугольники на 0.5 секунды приобретали ярко-оранжевый цвет (световой сигнал). В задачи испытуемого входило реагирование на изменение цвета нажатием левой рукой на клавишу "Пробел".

Параллельно, бинаурально через наушники с интервалом 20-40 секунд по случайному закону подавались два вида звуковых сигналов (очередность в случайном порядке, вероятность — 0.5) — 800 Гц с интенсивностью около 47 дБ и 1200 Гц с интенсивностью около 38 дБ. Интенсивность звучания соответствовала над- и околопороговому уровню. На возникновение высокого тона испытуемый должен был отреагировать нажатием правой клавиши манипулятора "мышь", на возникновение низкого тона - левой клавишей "мыши". Манипулятор располагался в правой руке.

Время подачи светового сигнала и обоих звуковых сигналов от начала обследования, а также время реакции на сигналы или их пропуски фиксировались в отдельном файле ЭВМ.

В качестве дополнительных средств наблюдения за испытуемым в данной серии использовался аппарат контроля за зрительным анализатором, позволявший фиксировать моргания, положение открытых и закрытых глаз, неполное закрывание глаз, а также ш длительность. Информация с прибора выводилась в аналоговом виде на канал магнитографа.

Продолжительность непрерывной работы испытуемого составляла 2 часа без перерыва.

Анализ электрической активности головного мозга осуществлялся в отсроченном режиме. Вычисления проводились по односекундным отрезкам с последующим усреднением по тридцати реализациям. Анализировались диапазоны тета-, альфа, бета-1 и бета-2. Рассчитывались:

— средняя мощность диапазонов гета (4-7 Гц), альфа (8-13 Гц), бета-i (14-18 Гц), бета-2 (19-30 Гц);

— коэффициент билатеральной асимметрии мощности симметричных отведений, рассчитываемый по формуле:

AV=§tÍ*100%' ГДС ^ — мощность диапазона ЭЭГ в отведении правого

полушария, Л — мощность диапазона ЭЭГ в симметричном отведении левого полушария;

— средние значения когерентности между симметричными отведениями, лобно-центральными, лобно-загылочныни и затылочно-центральными отведениями внутри каждого из полушарий.

Достоверность групповых различий исследуемых характеристик ЭЭГ на разных этапах обследования оценивалась по Т-критерию Стьюдента для связанных выборок, F-критершо Фишера-Снедекора и Z-кригерию знаков.

Анализ векодвигательиых реакций (ВДР) производился в отсроченном режиме с дискретностью получения данных в одну минуту; рассчитывались:

— количество морганий в минуту;

— средняя амплитуда моргания в процентах к полностью закрытым глазам (100%);

— общее время прикрытия глаз в миллисекундах в течение одной минуты;

— средняя амплитуда прикрытия глаз в процентах по отношению к полностью закрытым глазам (100%).

На основе полученных данных строились графики зависимости величины показателей от времени наблюдения.

Для исследования в серии I были выделены четыре состояния: состояние спокойного бодрствования при закрытых глазах, состояние спокойного бодрствования при открытых глазах и два состояния во время выполнения задания.

Доминирующим фактором при идентификации состояний во время работы являлось качество выполняемого испытуемым задания, затем ориентировались на комментарии экспериментов на магнитной ленте. Выделялись: оптимальная работоспособность (обычно через 15-20 минут от начала деятельности) и преддре-мотное состояние (снижение уровня бодрствования через 1.5 часа от начала работы). Снижение уровня бодрствования отражалось в ухудшении качества выполняемой деятельности и внешних проявлениях сонливости (маскоподобная мимика с опусканием век).

В серии II, аналогично с предыдущим случаем, исследовались четыре состояния: два фоновых (состояние спокойного бодрствования при открытых и закрытых глазах) и два состояния во время работы.

Первое рабочее состояние — состояние оптимальной работоспособности

— регистрировалось через 10-20 минут от начала выполнения задания. Состояние характеризовалось стабильными результатами реагирования на стимулы, отсутствием или наличием непродолжительных прикрываний глаз малой амплитуды.

Второе рабочее состояние (через 1,5 часа работы) — преддремотное состояние — характеризовалось снижением качества реагирования на стимулы, про-являющимсяся в одиночных или серийных пропусках сигналов или сильном пролонгировании времени реакции. В характеристиках ВДР состояние отражалось в увеличении времени и (или) амплитуды прикрывания глаз и, обычно, в снихсении количества моргательных движений.

Процесс выделения состояний при выполнении задания производился исходя из результатов анализа ВДР (количества морганий в минуту, времени прикрывания глаз и амплитуды прикрывания глаз), а также результатов моторного реагирования на визуальные и звуковые стимулы.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для того, чтобы иметь возможность вести сравнительный анализ результатов, полученных в ходе исследований в серии-1 и серии-П была проведена оценка некоторых психологических и психофизиологических особенностей испытуе-

мых, а также электроэнцефалографических показателей в состоянии спокойного бодрствования при открытых глазах.

Исследования показали, что в экспериментальной серии-1 время простой зрительно-моторной реакции (ВПЗР) колебалось среди испытуемых от 187+24 мс до 340±24 мс. В среднем по группе время ВПЗР было 251± 10 мс (табл.1). Время сложной зрительно-моторной реакции (ВСЗР) колебалось внутри группы от 268137 мсдо 476115 мс. Среднегрупповой показатель ВСЗР составлял 377114 мс (табл.1). Из таблицы видно, что разница между среднегрупповыми показателями ВПЗР и ВСЗР составляет около 120 мс, но среди испытуемых эта разница колебалась от 19 мс до 204 мс.

Таблица 1

Усредненные по группе результаты психологического и психофизиологического тестирования испы туемых в серии-1 и серии-Н

Серия ВПЗР ВСЗР Спил-бергер Айзенк Стреляу Аннетт

ситуативная тревожность интра-экстра-вертав-ность невротизм возбуждение торможение подвижность

1 251±10 377±14 36.4±2.3 11.1 ±0.9 10.0±1.0 53.1 ±2.5 59.1±3.0 53.7±3.0 15.8±3.8

II 24617 368±8 35.2±1.8 10.940.9 12.5±1.3 51.9±3.0 59.7±2.6 52.3±3.0 15.7±2.4

В серии-Н (табл.1) время простой зрительно-моторной реакции составляло в среднем по группе 24617 мс. Внутри группы ВПЗР колебалась от 209+9 мс до 289+11 мс. Время сложной зрительно-моторной реакции среди испытуемых колебалось от 316+13 мс до 417116 мс и составляло в среднем по группе 36818 мс (табл.1). Разница между среднегрупповыми показателями ВПЗР и ВСЗР составляла около 120 мс. Внутри группы эта разница была от 208 мс до 92 мс.

Анализ ситуативной тревожности по тесту Спилбергера в серии I (табл.1) показал, что в группе у 3 испытуемых на момент обследования тревожность была низкой, у 1 испытуемого — высокой, у 11 испытуемых — умеренной. В серии-П выявлено наличие 3 испытуемых с низкой тревожностью, 1 испытуемого с высокой тревожностью и 11 испытуемых с умеренной тревожностью.

Результаты тестирования по опроснику Айзенка, определяющего темперамент испытуемого по показателям интраверсии и невротизма выявили наличие в группе всех типов темперамента. Количественная представленность каждого темперамента была следующая: 4 сангвиника, 5 флегматиков, 3 холерика, 3 меланхолика. В серии-Н имело место преобладание испытуемых с повышенным невротизмом, что отражено и в среднегрупповых данных (табл. 1). В целом по группе выявлено 4 сангвиника, 3 флегматика, 3 холерика, 5 меланхоликов. Исследования силы и подвижности нервной системы (опросник Стреляу) демонстрируют в среднем по группе в серии-1 и в серии-И высокий уровень значений исследуемых свойств нервной системы с незначительным балансом нервных процессов в сторону торможения. Результаты выявления моторной асимметрии по ведущей руке (тест Ан-

нетт) показали наличие в серии-1 одного левши, двух амбидекстров и двенадцати правшей, в серии-II — три амбидекстра и двенадцать правшей.

Сравнение среднегрупповых данных между серией-1 и серией-Н показало, что ни по одному из исследуемых характеристик достоверных различий между группами нет. Это позволяет предполагать корректность дальнейшего сопоставления результатов исследований.

Известно, что подавляющее большинство операторских задач связано с работой зрительного анализатора. По этой причине исследования периферических и центральных механизмов функционирования зрительной системы представляют интерес для диагностики состояния оператора в ходе выполнеия монотонной деятельности (Симонов, Фролов, 1988). В литературе описан целый ряд технических решений, позволяющих оценивать такие параметры как число векодвигатеяьных реакций и их продолжительность (Миланова, 1982; Фролов, Свиридов, 1982 и др.). Аппарат, использованный в нашей работе обладал более широкими возможностями. Помимо числа и продолжительности ВДР фиксировалась их амплитуда, степень неполного прикрывания век. Как показали исследования и наблюдения за испытуемыми в ходе обследования, амплитуда и время неполного прикрывания век является одним из наиболее информативных показателей векодвигатеяьных реакций для диагностки функционального состояния оператора в условиях моно-тонии. Неполное прикрывание глаз — это ни что иное как "тяжелые веки". При этом, с одной стороны, не происходит полного закрывания глаз, с другой — присутствует снижение функционального состояния зрительного анализатора. В этих условиях может наблюдаться отсутствие моргательных движений довольно продолжительное время.

Исследуемые в нашей работе характеристики векодвигатеяьных реакций тесно связаны со степенью монотонии. Периодическое опускание век является прямым показателем наступающей сонливости, характерной для монотонии. В этом случае, как правило, увеличивалось количество морганий, имеющих в своей основе адаптационные механизмы, связанные с противодействием влияниям монотонии. У большинства испытуемых увеличение числа морганий предшествовало закрыванию глаз и пропуску сигналов (Бугаев, 1995).

Изменения показателей амплитуды прикрывания глаз и времени прикрывания носили циклический характер. Первые существенные изменения ВДР наблюдались в районе 15-30 минут от начала работы. На 50-60 минутах работы амплитуда и время прикрывания глаз снижались. Затем, на 80-100 минутах от начала деятельности по показателям ВДР вновь регистрировалась повышенная сонливость. Исследования показали, что периоды изменения параметров векодвига-тельных реакций совпадали по времени с периодами колебаний работоспособности. Более того, наблюдалось некоторое временное опережение в возникновении векодвигатеяьных реакций, характерных для сниженного бодрствования, по сравнению с наступлением ухудшения работоспособности. Эти особенности позволяют использовать определенные параметры ВДР для контроля уровня бодрствования человека-оператора.

Анализ электрической активности головного мозга в состоянии спокойного бодрствования при открытых глазах позволил выявить некоторые ЭЭГ-

особенности, характерные для состояния, предшествующего выполнению работы.

Результаты показали, что в обоих сериях исследований в тета-диапазоне наибольшие значения средней мощности были в правом лобном и левом центральном отведениях. В альфа-диапазоне отмечалось существенное (но не достоверное) преобладание мощности в левом центральном отведении по сравнению с остальными зонами регистрации ЭЭГ. В бета-1 и бета-2-диапазонах выраженных региональных особенностей в целом по группам не было.

Межполушарные особенности распределения средней мощности ЭЭГ и в первой, и во второй сериях исследований наиболее отчетливо проявились в центральных зонах коры. "У большинства испытуемых по всем исследуемым диапазонам ритмов ЭЭГ в центральных отведениях доминировало левое полушарие. Распределение мощности электроэнцефалограммы в лобных и затылочных отведениях было индивидуально-специфичным.

Анализ пространственно-временных отношений электрической активности головного мозга на основе расчета когерентности показал, что наиболее тесные связи отмечались между внутриполушарными лобно-центральными отведениями как левого, так и правого полушарий. Когерентность ЭЭГ между симметричными точками коры была несколько ниже. В тета-диапазоне самые низкие среди симметричных пар отведений значения когерентности ЭЭГ были в затылочной области коры. В альфа, бета-1 и бета-2-диапазонах, напротив, наибольшая когерентность отмечалась именно в симметричных затылочных парах отведений.

Таким образом, анализ различных параметров электрической активности головного мозга в состоянии спокойного бодрствования при открытых глазах у исследуемых групп испытуемых показал, что в стандартных стартовых условиях не было существенных различий в показателях электроэнцефалограммы, что позволило провести адекватный сравнительный анализ динамики электрической активности головного мозга на последующих этапах исследования.

По сравнению со спокойным бодрствованием при открытых глазах, состояние опгшшалыюй работоспособности характеризовалось возрастанием в электроэнцефалограмме мощности тета-активности (рис.1). При этом более значительные изменения произошли в экспериментальной серии-1, характеризующейся большей напряженностью работы. Эти данные согласуются с представлениями о том, что тета-ритм связан с любым видом мотивационно-эмоциональных процессов, и его мощность отражает уровень мотивации (Виноградова, 1975).

При переходе к состоянию оптимальной работоспособности между экспериментальными сериями отмечена разница в направленности изменений мощности альфа-активности. В целом, для серии-1 была характерна большая активация, особенно выраженная в левой центральной зоне коры. Аналогичные данные, указывающие на преимущественную депрессию альфа-ритма при решении зрительно-пространственных тестов (метрические задачи Равена) представлены в работе А.Н.Соколова и Е.И.Щеблановой (1973).

Динамика мощности бета-активности и ее различия между группами зависши от особенносгей выполняемой деятельности. Увеличение десинхронизации ЭЭГ в коре головного мозга при выполнении работы отражало увеличение числа локальных популяций нейронов, что может облегчать обработку и синтез посту-

пающей в мозг информации (ЕуаПз е1 а!., 1962).

Анализ когерентности ЭЭГ показал, что в экспериментальной серии-1 в диапазонах тета и альфа при переходе от спокойного бодрствования при открытых глазах к выполнению работы отмечался рост данного показателя (рис.2), отражающий, по всей видимости, процессы научения. Кроме того, показано, что для передачи возбуждения с одних корковых зон на другие важное значение имеет синхронизация медленных электроэнцефалографических процессов (Ливанов, 1972).

Во второй экспериментальной серии изменения когерентности были менее значительны, что может объясняться меньшей интенсивностью деятельности.

Как видно из вышесказанного, перестройки показателей электрической активности мозга, происходившие при переходе от спокойного бодрствования

Тета

150 140 130 120 110 100

Р4

С4

о 1

* - *......... * • * *

*.......... ......... '■;}........

02

Альф а

Бета-1

130 110 90 70 50

130 110 90 70 50

СГР-

........._ _ ...........................................г-, ......

...... и ....... „1 -..... ^........... ь

РЗ Я4 СЗ С4 01 02

РЗ ?А СЗ С4 01 02

150

Бета-1 130 110 90 70 50

гГ"-

Р4

л—щ

01

02

ПСерия-1 ЕЗСерия-2

Рис.1. Изменение (в процентах) средней мощности диапазонов ЭЭГ при переходе от спокойного бодрствования при открытых глазах к состоянию оптимальной работоспособности для каждой серии исследований в отдельности. По оси ординат — проценты; * — достоверное изменение мощности ЭЭГ(р<0.05)

*

при открытых глазах к выполнению задания, отражали как общие черты, присущие общей неспецифической стволовой активации, так и специфические черты (большая активация сенсомоторной области, возрастание связи этих зон с лобной корой), вытекающие из условий и сложности работы.

Особо следует остановиться на изменениях электрической активности головного мозга в связи со снижением уровня бодрствования при развитии преддре-мотного состояния. В нашем случае преддремота является вторичной по отноше-

Тета °-20

, ЙЬ , Н^ , гК Г^Т, 1Д., ГШ

Альф а

Г т *

Пт ^ 1г ¿Л г . г , Г 1ь 1 ]

11 ' ' ->-1» л 1 ± 1

Бета-1

п Г г 1т 1 гЬг 1 г 1Т , Г Т-р 1 +Т

[.т 1 X 1 11

Бета-2

тг - , т, ГЛ" , -- , г -¿1 , г , г т|з , г

X Г Т, [ ' 1- Iг

□ Серия-1 вСерия-2

Рис.2. Показатели средней разности когерентности диапазонов ЭЭГ при переходе от спокойного бодрствования при открытых глазах к состоянию оптимальной работоспособности дпя каждой серии исследований в отдельности. * — достоверное изменение когерентности ЭЭГ (р<0.05)

нию к монотонии и является, по мнению ряда авторов, наиболее характерным для монотонии признаком (Левитов, 1964; Виноградов, 1956).

Переход к пониженному уровню бодрствования выразился в генерализованном увеличении мощности ЭЭГ в обеих экспериментальных группах (рис.3). В тета-диапазоне большие изменения произошли во второй группе и отражали усиление сонливости. В пользу того, что возрастание мощности тета активности не явлось отражением возрастающего напряжения говорит меньшая выраженность изменений в экспериментальной серии-1 — в условиях большей загруженности оператора. Данные об увеличении мощности тета-активности при снижении уровня бодрствования в ходе выполнения монотонной деятельности представлены в целом ряде работ (Данилова, 1964; Alterstedt et al., 1987; Брек, 1979 и др.).

В альфа-диапазоне при смене состояний произошло увеличение мощности

150

Тета 140 130 120 110 100

180 -

Апьф а

160 140 120 -100 -

F3 F4 СЗ С4 01 02

160

Бета-1

140

120 100

F3 F4 СЗ С4 01 02

200

Бета-2 180 160 140 120 100

□ Серия-1 ЕЗСерия-2 j

Рис.3. Изменение (в процентах) средней мощности диапазонов ЭЭГ при переходе от состояния оптимальной работоспособности к пониженному уровню бодрствования для каждой серии исследований в отдельности. По оси ординат — проценты; * — достоверное изменение мощности ЭЭГ (р<0.05)

F 3 F4 СЗ С4 01 02

в обеих сериях экспериментов. Эти данные согласуются с результатами, полученными в других исследованиях (Воронин и др., 1976; Изнак, 1984; Епишкин, 1985) и подтверждают представления о корреляции увеличения альфа-активности со снижением функциональной активности зрительной системы, ухудшением качества сенсомоторной деятельности (Изнак, 1989).

Как было отмечено, в преддремотном состоянии, наряду с увеличением мощности медленноволновой (тета-, альфа-, ) части спектра, зарегистрировано и увеличение мощности в бета-диапазонах. По нашему мнению, увеличение мощности бета-активности и, как следствие, возрастание десинхронизации на фоне снижения уровня бодрствования могут свидетельствовать, по всей видимости, о наличии неких адаптивных процессов в ЦНС, направленных на снижение угнетающего воздействия монотонии на функциональное состояние мозга. Вполне возможно, что эти процессы детерминированы не механизмами развития монотонии, а волевыми мотивами самого испытуемого. Аналогичное увеличение мощности в бета-1-и бета-2-диапазонах на полуторачасовом этапе монотонной деятельности было отмечено и в исследованиях В.И.Тхоревского с соавт. (1985).

Анализ пространственно-временных отношений электрической активности головного мозга показывает следующее: в экспериментальной серии-1 переход в преддремотное состояние отразился в снижении когерентности между симметричными и лобно-центральными отведениями (рис.4).

В исследованиях И.Н.Книпсг (1967) по выработке условного рефлекса было показано снижение когерентности по мере его упрочения. Скорее всего, мы имеем те же самые зависимости — по мере стереотипизации задачи происходит локализация нейронных очагов, реализующих данную деятельность.

В серии-И в диапазонах бета- и бета-2 отмечался рост когерентности по всем исследуемым парам отведений, что, по мнению Ю.С.Бородкина с соавт. (1987), расценивается как наиболее ранний признак наступления дремоты. Отмеченное в этой же серии увеличение когерентности в альфа- и тета-диапазонах между симметричными лобными и центральными отведениями также могло отражать начальные этапы дремоты (Гриндель, 1980).

Таким образом, анализ результатов исследований показал, что по показателям изменений различных характеристик электрической активности головного мозга между экспериментальными группами наряду с общими моментами имеют место и некоторые различия.

В экспериментальной серии-1, несмотря на монотонную деятельность испытуемые лучше сопротивлялись монотонии, снижение уровня бодрствования развивалось более медленно и поверхностно. На результаты исследований оказывали влияние процессы психоэмоционального напряжения и утомления, развивающиеся к полуторачасовому этапу деятельности.

В экспериментальной серии-П испытуемые не были нагружены постоянной задачей по слежению, обстановка обследования была более спокойной и менее напряженной. Поэтому в данном случае наблюдались классические, описанные в более ранних работах признаки засыпания в ходе развития монотонии.

При организации функционального состояния головного мозга большое значение имеет то, какие отношения складываются между полушариями, какой

вклад вносит каждое из них в поддержание тонуса коры и подкорковых структур. Анализ экспериментальных данных показал, что в серии-1 в тета-диапазоне величина и направленность полушарного доминирования по значениям коэффициентов асимметрии при переходе от спокойного бодрствования к началу работы в целом по группе изменилась незначительно. Обращает на себя внимание некоторое увеличение доминирования по показателю мощности ЭЭГ в тета-диапазоне правого полушария в лобных областях, что говорит о некотором возрастании эмоционального напряжения в связи с выполнением задания.

Тета

0.20 0.10 0.00 -о.ю -0.20

^^^ ' И ' ^ ' ^ '

Альф а

*

Бета-1

Бета-2

0.20 0.10 О 00 -0.10 -0.20 -0.30

тТп , т-гЬ . тг1

ч 1 'Г± IX 1 (_ ^ , I ,—

\ □ Сер»

ия-1 ¡ЭСерия-2

Рис.4. Показатели средней разности когерентности диапазонов ЭЭГ при переходе от состояния оптимальной работоспособности к пониженному уровню бодрствования для каждой серии исследований в отдельности. * — достоверное изменение когерентности ЭЭГ (р<0.05)

В альфа-диапазоне наибольшие изменения межполушарных взаимоотношений мощности ЭЭГ при смене функционального состояния произошли в центральных зонах. Здесь по-прежнему доминировало левое полушарие, но, по сравнению со спокойным бодрствованием при открытых глазах, величина коэффициентов асимметрии снизилась, что отражало более выраженную активацию правого полушария по сравнению с левым. В бета-1- и бета-2-диапазонах динамика коэффициентов асимметрии в центральных областях коры при переходе в рабочее состояние также говорила о тенденции к выравниванию мощностей электроэнцефалограммы, скорее всего, связанному с моторной активностью правой руки.

В экспериментальной серии-Н в тета-диапазоне ЭЭГ при оптимальной работоспособности также как и в экспериментальной серии-1 в лобных областях доминирует правое полушарие. В альфа-диапазоне во второй экспериментальной серии для лобных и центральных зон коры выраженность межполушарных различий была в целом по группе слабее "чем в экспериментальной серии-1. При этом в динамике значений мощности прослеживалясь большая дезактивация правого полушария в лобных и затылочных областях. Слабая интенсивность деятельности в экспериментальной серии-П отразилась и в незначительных изменениях по сравнению со спокойным бодрствованием при открытых глазах межполушарных соотношений мощности в бета-1- и бета-2-диапазонах ЭЭГ — у большинства испытуемых сохранялось доминирование в левом полушарии.

Обобщая полученные данные для обеих групп исследования можно сказать, что переход испытуемых из состояния спокойного бодрствования к выполнению деятельности сопровождался увеличением притока сенсорной информации (для серии-1 больше, для серии-Н меньше), отражением этого была большая активация левого полушария.

Межполушарные соотношения мощностей в бета-диапазонах были отражением начала выполнения работы и разницей моторной интенсивности заданий в экспериментальных сериях.

Переход к предцремотному состоянию отражался в разной динамике коэффициентов асимметрии мощности ЭЭГ между группами. Так в тета-диапазоне в лобных зонах в экспериментальной серии-1 произошло снижение активации правого полушария. В экспериментальной серии-Г1 — картина противоположная. Наблюдалось в целом по труппе незначительное увеличение доминирования правого полушария, отражающее, по нашему мнению, специфичное для преддремоты усиление бессознательной эмоциональной активности.

По данным альфа-диапазона в центральных областях коры было отмечено снижение активации левого полушария более выраженное в экспериментальной серии-1. По-видимому, здесь мы наблюдали эффект снижения тонуса коры через релейные ядра таламуса, инициализированный сенсорной монотонностью обстановки и повторяющихся манипулягорных движений.

По всей видимости, в экспериментальной серии-Н в целом по группе состояние преддремоты характеризовалось большей выраженностью чем в экспериментальной серии-1, где испытуемые были вынуждены поддерживать свою работоспособность. Эти особенности отразились в снижении активированности правого полушария по сравнению с левым в экспериментальной серии-Н.

При наступлении преддремоты в диапазонах бета-1 и бета-2 в экспериментальной серии-1 отмечалось увеличение в целом по группе значений коэффициентов асимметрии мощности ЭЭГ. В экспериментальной серии-И, напротив, — снижение. Как показал анализ индивидуальных изменений межполушарных соотношений мощности электроэнцефалограммы в бета-1- и бета-2-диапазонах, их выраженность и направленность в большинстве случаев зависела от межполушарных соотношений мощности альфа активности конкретного испытуемого. Можно предположить, что параллельно с развитием преддремоты в условиях повышенной мотивации возникают компенсаторные активационные процессы.

Таким образом, независимо от интенсивности выполняемой работы, в обеих экспериментальных группах при снижении уровня бодрствования наблюдалось синхронность и однонаправленность изменений межполушарных взаимоотношений мощности альфа- и бета-диапазонов ЭЭГ в лобных и центральных областях коры. Такая функциональная связь этих физиологических диапазонов электроэнцефалограммы может служить прогностическим признаком наступающей преддремоты.

Подводя итог вышесказанному следует отметить, что, говоря о взаимоотношениях между полушариями при развитии преддремотных состояний, не следует иметь ввиду только их антагонизм. Исследования показывают, что чаще наблюдался определенный параллелизм в процессах активации-торможения в обоих полушариях. Различия заключались в степени выраженности этих процессов и зависимости от текущей деятельности, определяя, таким образом, функциональное состояние каждого из полушарий в отдельности.

ВЫВОДЫ

1. Параметры векодвигательных реакций имеют высокую информативность при диагностике сниженного уровня бодрствования оператора в реальном времени в ходе выполнения профессиональной деятельности.

2. Переход от состояния спокойного бодрствования к выполнению зрительно-моторного слежения сопровождается генерализованным увеличением мощности тета-активности с одновременным снижением мощности в альфа-, бета-1- и бе-та-2-диапазонах ЭЭГ.

Переход от спокойного бодрствования к выполнению задания в условиях статической монотонии проявляется увеличением мощности ЭЭГ в тета-, бета-1- и бета-2-диапазонах, более выраженном в лобных отделах коры.

3. Переход от спокойного бодрствования при открытых глазах к активному бодр-ствованияю характеризуется увеличением доминирования мощности правого полушария в лобных и левого полушария в центральных зонах в тета-, альфа-, бета-1- и бета-2-диапазонах ЭЭГ.

4. Начало зригельномоторного слежения при динамической монотонии изменяет параметры пространственно-временных характеристик электроэнцефалограм-

мы. В диапазонах тета, альфа и бета-1 когерентность вырастает как в межполу-шарных, так и во внутриполушарных парах отведений.

При статической монотонии во всех диапазонах ритмов ЭЭГ переход к активному бодрствованию сопровождается возрастанием когерентности между симметричными точками коры.

5. Снижение уровня бодрствования на фоне выполнения зрительномоторной задачи проявлялось в увеличении мощности тета-, альфа-, бета-1-и бета-2-диапазонов ритмов ЭЭГ с большей выраженностью динамики в левом полушарии.

При статической монотонии переход оператора к сонливости выражается увеличением мощности во всех названных спектрах ЭЭГ, но преобладание динамики отмечено в правом полушарии.

6. Переход к преддремоте в условиях непрерывного зрительномоторного слежения проявляется доминированием мощности альфа активности в левом полушарии в центральных и затылочных областях и перемещении фокуса доминирования в лобные зоны левого полушария. В диапазонах тета, бета-1 и бета-2 межполушарная асимметрия нивелируется.

При статической монотонии во всех диапазонах ритмов ЭЭГ сонливость проявляется в выраженном доминировании активности правого полушария в лобных и затылочных зонах и активности левого полушария — в центральных.

7. Изменения пространственно-временной организации электрической активности головного мозга при выполнении зрительномоторного задания в состоянии динамической монотонии проявляется в увеличении когерентности в тета-, альфа-, бета-1- и бета-2-диапазонах ЭЭГ между левыми внутриполушарными связями. Когерентность межполушарная и в правом полушарии внутриполушарная снижается.

При низкой сенсомоторной загрузке при возникновении сонливости отмечался рост когерентности по бета-1- и бета-2-диапазонам ритмов ЭЭГ как внутри полушарий, так и в межполушарных связях. В альфа- н тета-диапазонах на фоне возрастания взаимосвязи между симметричными отделами коры когерентность внутри полушарий снижается.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Власкина J1.A., Кураев Г.А., Бугаев Л.А. Межполушарные особенности ЭЭГ-активности предцремотного состояния при монотоной деятельности // В сб.: Материалы XI международной конференции по нейрокибернетике. Ростов н/Д., 1995, С.-70-71.

2. Бугаев Л.А. Особенности психомоторных и векодпигательных реакций в условиях монотонии II В сб.: Материалы конференции молодых ученых Северного Кавказа. Ростов н/Д., 1995, с.41-43.

3. Vlaskina L.A., Verbitzky E.V., Chigrinov I.A., Topchiy I.A., Bugaev L.A.. Pre-drowsiness: from the concordance to the discrepancy between the functional state and behaviour // Sleep Research, volume 24A, Los Angeles, 1995, p.262.

4. Lednova M.I., Bugaev L. A. The peculiarities of the dynamics of EEG indices in man during the development of "sleepiness" and fatigue as a result of prolonged monotonous performance // J. Sleep Res. (1996) 5, Supplement 1, P.122.

5. Lednova M., Kuraev G., Bugaev L., Morozova G. Operator's psychophysiological characteristics during night-time work // International Congress on Chronobiology, Paris, France, September 7-11,1997

6. Lednova M., Kuraev G., Vlaskina L., Strokun F., Bugaev L. The comparison of operator's psychophysiological characteristics during day- and night-time work // 11"1 APSS Annual Meeting, San Francisco, USA, June, 1997 (in press.)