Психофизиология и социальные науки

На протяжении всей книги мы подчеркивали важность зна­ния биологической основы человеческого поведения. В заклю­чение справедливо будет посмотреть на другую сторону медали. Ведь эта книга — отнюдь не попытка включить в биологию то, что относится к области социальных наук. Это скорее призыв к тому, чтобы психологи были внимательны к биологическим факторам, а исследователи биологии человека в большей мере учитывали психологические переменные.

Глава 11

В классической статье под заглавием «Биолог исследует психику и,поведение» Сеймур Кити (Kety, 1960) подчеркивает, как это говорится в подзаголовке статьи, что «пониманию человеческого поведения способствуют многие дисциплины, каждая со своими особыми преимуществами и ограничениями». Все зависит от того, какой ставится вопрос. Предположим, мы хотим узнать, кто победит на следующих президентских выборах. Как психофизиологи мы знаем, что решение в пользу того, а не иного кандидата основано на специфических молекулярных конфигурациях в мозгу. Возможно, что в буду­щем психофизиология сможет выявлять эти конфигурации, так что один из путей прогнозирования исхода выборов будет состоять в том, чтобы помещать каждого гражданина в соот­ветствующий дорогостоящий анализатор. Другим путем может быть просто опрос граждан. Когда речь идет о больших группах населения, такой опрос, вероятно, останется самым практичным подходом.

Бихевиористы любят цитировать пословицу относительно того, что можно привести лошадь к водопою, но нельзя заста­вить ее пить. Какой вздор, говорят они,— все, что вам надо сделать, это вызвать у лошади достаточную жажду. Теперь мы знаем, что сегодня это можно осуществить, вскрыв лошади череп и произведя электрическое раздражение центров жажды в гипоталамусе. Но проще ли это?

Таким образом, психофизиолог не претендует на то, что он имеет наилучший ответ на все вопросы, возникающие в соци­альных науках, хотя все эти науки связаны с объектом его исследований.

Психофизиология изучает биологию человека, чтобы спо­собствовать пониманию поведения человека и его переживаний. Ее сила в том же, в чем и ее слабость, а именно в том, что это попытка исследовать поведение человека во всей его сложности. Эта наука находится в младенческом возрасте и еще только начинает разрабатывать нужные ей методы. Ее будущее тес­нейшим образом связано с методическим и техническим про­грессом, как, например, в случае лицевой термографии (гл. 5) и магнитоэнцефалографии (гл. 9). Если завтра будет создан метод, позволяющий измерять содержание нейромедиаторов в определенных участках мозга здорового человека, то пси­хофизиология завтрашнего дня будет мало -походить на то, что мы обрисовали здесь; но она по-прежнему должна будет изучать психобиологию функций человека, как можно меньше вмешиваясь в них.

Приложение А. Методические замечания к главе 3

Регистрация физиологических реакций человека

Введение в теорию электричества

Всякое вещество состоит из атомов — основных кирпичиков природы. Раньше думали, что атомы неделимы, однако теперь мы знаем, что они в свою очередь состоят из протонов, электронов и нейтронов. Электрический заряд — фундамен­тальное свойство протонов (положительно заряженных частиц) и электронов (отрицательно заряженных частиц). Под дей­ствием различных сил электроны могут отрываться от атомов. Трение, давление, свет, теплота, химические агенты, магне­тизм — все эти факторы вызывают перемещение «свободных» электронов.

Мы все знакомы с многочисленными примерами таких процессов. При хождении по ковру (трение) происходит накоп­ление электрического заряда, который с вашего тела может перейти на ручку двери или другой хороший проводник. Давле­ние на некоторые кристаллические вещества тоже создает электрический заряд; этот принцип используется в одной из систем микрофонов. В химических батареях используется тот факт, что некоторые вещества легко отдают электроны, а другие — легко их присоединяют.

Электрический ток — это просто поток электронов в каком-то материале. Некоторые материалы пропускают этот поток гораздо легче, чем другие, что зависит от их структуры и от того, насколько прочно связаны электроны с их атомами. Если электроны легко отрываются и свободно проходят через данное вещество, говорят, что это вещество — хороший про­водник. Большинство металлов — хорошие проводники электри­чества. Электрические провода обычно делают из меди, так как она относительно дешева и хорошо пропускает поток электронов. Изоляторы — это вещества, не пропускающие пото­ка электронов. Такова, например, резина — сложное вещество с очень прочно связанными электронами. Большая часть электрических проводов изолирована резиной; если вы. их ка­саетесь, электроны не проходят через вас и не взаимодействуют с вашими собственными электрохимическими цепями.

Пожалуй, полезно будет представить себе простейшую электрическую цепь как нечто аналогичное току воды через трубу. У нас должен быть насос, т. е. источник мощности,

Приложение А. Регистрация физиологических реакций

Приложение А. Регистрация физиологических реакций

чтобы поддерживать течение воды в такой закрытой системе. В зависимости от мощности насоса он будет оказывать на проходящую через него воду определенное давление. Если мы захотим, мы можем измерить также и ток воды, т. е. количество воды, протекающей через какое-то сечение трубы в каждую секунду

Очевидно, что ток воды будет частично зависеть от давле­ния, которое создает насос. Оно будет также зависеть от ширины нашей трубы. Предположим, что вся труба всегда заполнена водой; тогда при повышении давления количество воды, проте­кающей через какой-то участок трубы, будет увеличиваться. На скорость тока воды влияет и всякое сопротивление, которое она встречает на своем пути. Предположим, например, что мы хотим очистить протекающую по трубе воду. Первое, что мы должны для этого сделать,— это поставить на пути воды фильтр, чтобы задерживать мелкие камешки и другие примеси Теперь вода встречает некоторое сопротивление, и скорость ее тока уменьшится. Таким образом, в этом более сложном примере ток зависит и от давления, создаваемого насосом, и от сопротивления, которое встречается на пути. Теперь вернемся к электричеству. Вспомним, что электри ческий ток — это просто поток электронов. Если мы заменим насос батареей, а трубу — куском провода, у нас будет замкнутая электрическая цепь. Какой-то участок провода мы можем заменить куском вещества, относительно плохо прово дящим электрический ток,— обычно каким-нибудь соединением углерода; тогда наша электрическая цепь будет разомкнута. «Давление», которое оказывает батарея, называется ее электродвижущей силой или напряжением. Электроны идут от отрицательного полюса батареи к положительному. Сила тока, т. е. величина потока электронов, опять-таки опреде­ляется напряжением («давлением») и сопротивлением току. Связь между этими величинами выражает закон Ома, который в простой форме можно записать так:

Напряжение = Ток X Сопротивление,

Единицы этих величин определяются так, что 1 вольт = 1 ампер X 1 ом.

или

Таким образом, если мы знаем силу тока и напряжение в цепи, мы можем легко, используя закон Ома, вычислить сопротивление. Или же, если мы знаем напряжение в вольтах и сопротивление в омах, мы можем вычислить ток в амперах. Электрическое сопротивление выражается в условных единицах, называемых омами.

Мы можем говорить также о проводимости материала. Материал, который сопротивляется потоку электронов,— это относительно плохой проводник. По определению, проводи­мость — величина, обратная сопротивлению, т. е.

Таким образом, сопротивление 10 Ом — это проводимость 0,1 мо; а сопротивление 200 Ом —это проводимость 0,005 мо. С ростом сопротивления проводимость падает, а при снижении сопротивления проводимость возрастает. Любое сопротивле­ние может быть выражено как проводимость.

За 1 ампер принимают такую силу тока, при которой через данную точку проходит 6,24 • 10¹⁸ электронов в секунду. В психо­физиологических лабораториях редко производят прямое изме­рение тока. Обычно непосредственно измеряют напряжение т. е. разность потенциалов между двумя полюсами источника электрической энергии. Обычно психофизиологические перемен­ные измеряются милливольтами (1 мВ — одна тысячная доля вольта) или микровольтами (1 мкВ—одна миллионная доля вольта).

Все сказанное выше можно резюмировать следующим об­разом. Электричество — это поток электронов; для того чтобы электроны перемещались, необходим источник мощности в виде разности потенциалов в замкнутой цепи. Основные электрические переменные связаны между собой законом Ома: Напряжение = Сила тока X Сопротивление.

Электронные фильтры

Основной принцип работы электронных фильтров — это изменение частотных характеристик электрических сигналов. Источники питания могут давать ток двух типов: постоянный, при котором электроны идут в одном направлении, и перемен­ный, при котором направление потока электронов периоди­чески меняется на обратное. Если мы представим графически, что происходит, когда мы включаем лампу-вспышку (постоян­ный ток), то это будет примерно следующее:

202 Приложение А. Регистрация физиологических реакций ЗВ

Приложение А. Регистрация физиологических реакций

Когда лампа включена, в электрической цепи создается разность потенциалов в 3 вольта. Однако бытовой электри­ческий ток (переменный) выглядит следующим образом:

Направление потока электронов периодически меняется на обратное. В США в бытовой электросети используется обычно ток частотой 60 Гц (за 1 секунду напряжение 60 раз изменяется от +110 до —110 и снова до +110, т. е. направление тока электронов меняется на обратное 120 раз в секунду). В других странах нередко используется частота 50 Гц.

. При регистрации некоторых физиологических сигналов используются сходные принципы усиления постоянного и пе­ременного тока. Это может быть источником путаницы для тех, кто не знаком с особенностями работы на полиграфе. При записи ЭЭГ нас значительно больше интересует частота изменения направления тока, чем сама величина разности потенциалов. В полиграфах некоторых типов имеются предуси-лители типа «DC» (постоянный ток), позволяющие измерять истинную разность потенциалов между двумя точками, и другие предусилители — типа «АС» (переменный ток, но не такой, как в сети), которые устроены так, что в них теряется инфор­мация о разности потенциалов, но точно передается частота, с которой изменяется направление тока. Эти предусилители позволяют нам далее отфильтровывать (т. е. исключать) неко­торые частоты.

Применение фильтров трудно объяснить абстрактно, но его легко понять из рис. АЛ. Здесь представлена полученная с помощью полиграфа запись ЭКГ, отражающей сокращение сердечной мыщцы. Чтобы проиллюстрировать влияние фильт­ров, этот электрический сигнал усиливали одновременно на трех разных предусилителях. Психофизиологу часто нужно знать только частоту сердечных сокращений (которым на записи соответствуют пики). В первой записи фильтры подобраны таким образом, чтобы подчеркнуть некоторые другие особенности формы ЭКГ. Это может представлять особый интерес для психофизиолога, которого интересует не только насосная функция сердца.

Рис. АЛ.ЭКГ, записанная с применением фильтров трех типов. Один и тот же электрический сигнал зарегистрирован одновременно с помощью разных усилителей полиграфа Grass Model 7. Верхняя Запись: усиление 1/2, низкая частота, 1Гц; усиление 1/2, высокая частота, 15 Гц. С£едляя_за-т«:ь: усиление 1/2, низкая частота, 10 Гц;.усиле­ние 1/2, высокая частота, 75 Гц. Нижняя запись: усиление 1/2, низкая частота, 1 Гц; усиление 1/2, высокая частота, 75 Гц. Обычно ЭКГ записывают так, как она представлена внизу.

Таким образом, .используя электронные фильтры, исследо­ватель может сосредоточить внимание на специфических чер­тах сложного электрического сигнала, подобно тому как на групповой фотографии человек может рассмотреть какое-то одно знакомое лицо. Влияние тех или иных фильтров на сложную форму физиологических колебаний предсказать трудно, поэтому фильтры часто подбирают методом проб и ошибок.