Каналы получения психофизиологической информации

Нек-рые системы организма предоставляют психофизиологу ряд (замутненных) окон для наблюдения ментальных событий. В этом разделе дается обзор наиболее широко используемых психофизиологами систем, соотв. им каналов регистрации и переменных, измеряемых в каждом канале.

Сердечно-сосудистая система.Издавна люди судят об умственных и эмоциональных процессах друг друга по сердечнососудистым изменениям, потому что нек-рые такие изменения (лицо покрывается краской или бледнеет, сердце бешено колотится в груди, руки холодеют и т. д.) можно увидеть невооруженным глазом. Важнейшими источниками (каналами) информ. являются ЭКГ, АД, пальцевая плетизмография и, возможно, пальцевая температура.

У интактного испытуемого кровяное давление можно измерять только периодически, посредством выслушивания сосудистых тонов. Исследуемому накладывают на плечо полую резиновую манжету, в к-рую закачивают воздух до тех пор, пока манжета полностью не сдавит просвет плечевой артерии и кровоток в ней не прекратится. Приложив стетоскоп к артерии ниже манжеты, начинают постепенно выпускать из нее воздух (т. е. создавать декомпрессию) до появления первых звуков Короткова. Эти звуки вызваны тем, что вследствие снижения давления в манжете чуть ниже уровня систолического АД ток крови при систоле преодолевает сдавленный участок и прорывается за манжету, ударяя о стенки артерии и порождая характерный шум, слышимый ниже манжеты. То давление в манжете, при к-ром появляются первые звуки в артерии, соответствует максимальному, или систолическому давлению. При дальнейшем снижении давления в манжете наступает момент, когда оно становится ниже диастолического, кровь начинает течь как во время систолы, так и во время диастолы. В этот момент звуки в артерии ниже манжеты исчезают, а величина давления в манжете, когда это происходит, соответствует минимальному, или диастолическому давлению.

Сердечный ритм и кровяное давление, по всей видимости, подчиняются закону начальных значений (Law of Initial Values), к-рый гласит, что изменение любой из этих переменных, вызванное к.-л. стимулом, будет коррелировать с предстимульным уровнем переменной. Так, прессорный (повышающий кровяное давление) стимул вызовет меньшее увеличение частоты уже быстро сокращающегося сердца, чем в том случае, когда сердце бьется медленно и спокойно.

Электродермальная система.По сравнению с подкожными тканями, кожа имеет относительно высокое сопротивление электрическому току. Во второй половине XIX в. было открыто, что сопротивление толстой кожи ладоней и подошв необычайно тонко реагирует на психол. стимуляцию. Известно, что потовые железы в этих волярных областях выполняют особую функцию; вместо содействия терморегуляции они увлажняют схватывающие поверхности при подготовке к действию. Сухая кожа ладоней скользкая и более подвержена механическим повреждениям вследствие трения. Нейронные цепи, образующиеся в активирующих системах среднего мозга, контролируют волярное потоотделение, к-рое увеличивается тонически с увеличением возбуждения ЦНС и, кроме того, — волнообразно, фазически, в ответ на любой стимул, достаточно значимый для того, чтобы вызвать ориентировочную реакцию. Отчасти потому, что канальцы потовых желез обеспечивают низкоомный (с малым сопротивлением) путь через эпидерму, электрическое сопротивление кожи варьирует в зависимости от активности потовых желез. Поскольку это сопротивление изменяется фактически обратно пропорционально потоотделению, в настоящее время принято измерять кожную проводимость, являющуюся обратной величиной электрическому сопротивлению. Самый низкий уровень кожной проводимости (SCL)у дремлющего или засыпающего человека; он резко повышается при его пробуждении и становится еще выше при умственном усилии или эмоциональном напряжении.

Электромиография.Электрод, помещенный на кожу над любой мышечной массой, будет регистрировать (относительно др. электрода, закрепленного в области покоя, напр., на мочке уха) высокочастотный сигнал (10—500 Гц), порождаемый повторяющимися разрядами в сотнях или тысячах мышечных волокон. С помощью специальной электронной аппаратуры этот сигнал можно интегрировать в целях получения более простой кривой, отображающей среднее мышечное напряжение. Вероятно, за исключением фаз REM-сна(сна с быстрыми движениями глаз), поперечнополосатые мышцы сохраняют нек-рое напряжение, называемое тонусом, даже в состоянии покоя, и оно связано с редкими, возникающими асинхронно импульсами в отдельных мышечных волокнах. У «напряженного» индивида этот тонус покоя м. б. довольно высоким, охватывая либо все мышцы, либо специфическую мышечную группу. Поверхностная электромиография дает усредненную картину такого субактивного мышечного напряжения.

Движения глаз и зрачковый рефлекс.Глаза — это тж «окна души», через к-рые мы можем мельком увидеть работу мозга. Движения глаз и направление взора можно регистрировать с помощью электроокулографии (ЭОГ). Глаз подобен маленькой батарейке с напряжением около 1 мВ между роговицей (положительный полюс) и тыльной стороной сетчатки. Если электроды располагаются рядом с наружными углами глазной щели, то при повороте обоих глаз, напр., вправо, электрод с правой стороны становится электроположительным относительно электрода, закрепленного слева. Др. пара электродов, размещенных выше и ниже каждого глаза, регистрирует вертикальные движения глаз. Чувствительность метода ЭОГ иллюстрирует тот факт, что, когда испытуемый следит за целью, движущейся по синусоидальной траектории от одного края экрана осциллографа к др., записанная на полиграфе электроокулограмма (ЭОГ) будет почти идеальной синусоидальной волной; если затем заставить двигаться мишень в соответствии с сигналом треугольной формы, запись ЭОГ точно отразит это изменение.

ЭОГ применялась для изучения саккадических движений глаз, имеющих место в процессе чтения или поиска информ. на видеотерминале. Этот метод тж использовался при исслед. нистагма и плавных следящих движений глаз при наблюдении за движущейся целью.

Размер зрачка, к-рый может меняться от 2 до 8 мм в диаметре, регулируется автономной НС т. о., чтобы поддерживать постоянной интенсивность светового потока, попадающего на сетчатку. Однако зрачок реагирует еще и на психол. стимуляцию небольшими (< 1 мм), но регулярными изменениями (обычно расширениями), наступающими вслед за раздражителем с латентным периодом порядка 0,2 с.

Электроэнцефалография.Электрическая активность головного мозга гораздо сложнее сигналов, вырабатываемых самыми совр. компьютерами; лишь одну миллиардную часть этой информ. можно считать с поверхности мозга и еще меньше — с поверхности черепа. Так как закрепленные на черепе электроды интегрируют электрическую активность значительной области мозговой коры, достаточно полную запись суммарной ЭЭГ можно получить примерно с 20 электродов, симметрично размещенных на голове. Определен набор стандартных схем размещения электродов (International Ten-Twenty System). Полный монтаж электродов обычно применяется клиницистами, ищущими ЭЭГ-подтвержения предположений о наличии опухолей или очагов эпилептической активности в головном мозге, тогда как исследователи чаще используют только одно или неск. отведений ЭЭГ. Наиболее часто запись спонтанной ЭЭГ используется в исслед. сна; в сочетании с регистрацией латеральных движений глаз и мышечного напряжения, ЭЭГ дает возможность идентифицировать с достаточной надежностью 5 стадий сна.

Вызванные корковые потенциалы.В сущности, любой стимул, воспринимаемый испытуемым, будет оказывать действие на ЭЭГ; на самом деле, предположительно спонтанная ЭЭГ м. б. по большей части суммарным эффектом потока внешней и внутренней стимуляции, непрерывно бомбардирующей сенсориум. Для обнаружения эффекта любых, кроме самых интенсивных, стимулов среди фоновой активности ЭЭГ требуется многократное предъявление интересующего стимула, с тем чтобы можно было суммировать и усреднить постстимульные участки записи ЭЭГ. Если случайно выбрать и усреднить 100 полусекундных участков записи ЭЭГ, среднее будет стремиться к прямой линии. Однако 100 полусекундных участков записи ЭЭГ, следующих сразу за 100 предъявлениями, скажем, звукового щелчка, будут всякий раз содержать потенциал, вызванный этим щелчком: сравнительно сложный пакет волн с временной привязкой к данному стимулу.

Более ранние компоненты вызванного коркового потенциала (ВКП), по-видимому, отображают более ранние стадии обработки информ. корой головного мозга. Полученные в последнее время данные свидетельствуют в пользу возможной связи между скоростью (латентным периодом) этих компонентов и неким базовым измерением интеллекта. Более поздние компоненты, особенно положительная волна с постстимульной задержкой примерно в 300 мс (Р-300), по всей вероятности, отражает завершение процесса идентификации или классиф. стимула. Фактический латентный период этой волны меняется пропорционально времени реакции, а ее амплитуда — пропорционально объему информ. в стимуле; внезапные, важные или, м. б., «незабываемые» стимулы вызывают более выраженные Р-компоненты.

Изучение психол. коррелятов различных компонентов ВКП и использование этих данных при формулировании и проверке моделей обработки информ. мозгом — одна из наиболее быстро развивающихся и перспективных областей совр. психофизиолог. исслед.

См. также Автономная нервная система, Мозговые волны, Центральная нервная система, Компьютерная томография, Электроэнцефалография, Нейропсихология

Д. Т. Ликкен

Психофизические законы (psychophysical laws)

Термин «психофизика» относится к области функциональных отношений между заданными на физ. континууме переменными и соотв. сенсорными реакциями. Количественное описание таких отношений называют П. з. Предназначение этих законов — объяснять функционирование сенсорных систем и предсказывать сенсорное поведение. П. з. были установлены для двух важных классов событий: а) пороговых событий, или феноменов обнаружения, и б) надпороговых событий, или феноменов различения.

Для мн. психол. явлений время — критическая переменная, а временная суммация — фундаментальный закон, действующий, по крайней мере, во всех сенсорных модальностях. Временная суммация подразумевает, что интенсивность и длительность определенного стимула взаимодействуют т. о., чтобы поддерживать определенную сенсорную реакцию, такую как абсолютный порог.

Зрение.В тех случаях, когда длительность светового раздражителя очень мала, для его обнаружения необходим высокий уровень интенсивности стимуляции; однако по мере увеличения длительности световой вспышки снижается и необходимый для ее обнаружения уровень интенсивности. Такое взаимодействие между временем (t) и интенсивностью (I) служит доказательством временной суммации и называется законом Блоха: It = constant. Этот закон строго соблюдается только в области абсолютного зрительного порога и при длительности вспышек примерно до 0,1 с — величины, часто называемой критической длительностью. Временная суммация происходит и при большей длительности раздражителя, но полной реципрокности между временем и интенсивностью стимуляции в этих случаях не наблюдается.

Слух.В определенных временных границах слуховой энергетический порог снижается по мере увеличения длительности звукового раздражителя. Однако здесь отношения между временем и интенсивностью стимуляции даже в области абсолютного порога сложнее тех, что выражены формулой It = с, и зависят от частоты звука и возраста испытуемых. Хотя реципрокность имеет место для нек-рых частот и длительностей стимуляции, она не сохраняется за пределами 100 мс временного интервала.

Другие сенсорные модальности.Критические длительности в сфере действия базисного принципа реципрокности были установлены тж и для неосновных чувств. При пробах на вкус критическое время стимуляции меняется в зависимости от качества вкусового раздражителя: раздражителям, вызывающим ощущение сладкого, требуется примерно 2 с, ощущение соленого — 3 с, а ощущения горького и кислого — по 3,5 с. Для обоняния время перестает быть значимым фактором в пороговых феноменах при длительностях стимуляции свыше 5 с. Что касается тепловых раздражителей, то здесь верхняя граница их длительности, вплоть до к-рой происходит временная суммация, составляет 10 с; в ощущениях холода, вызываемых направленной в лоб воздушной струей, реципрокность имеет место при длительностях стимуляции примерно до 1,5 с.

Надпороговые феномены

Как и в случае пороговых феноменов, измерение надпороговых феноменов связано с поведенческими реакциями. Соответственно, психофизические теории пытаются объяснить отношения между переменными стимулами и связываемыми с ними реакциями как опосредованные соотв. сенсорными модальностями. Основополагающей для этих теорий является концепция трех отдельных, хотя и связанных измерений или континуумов: а) физ. континуума (стимула), б) предполагаемого субъективного или сенсорного континуума и в) континуума суждений или поведенческих реакций.

Дифференциальный порог.Дифференциальный порог — это мера способности наблюдателя отмечать надпороговые различия между раздражителями. В 1834 г. была опубликована работа Э. Г. Вебера De pulsu, resorptione, auditu et tactu, где сообщалось об относительном характере сенсорного различения. Вебер утверждал, что величина, на к-рую нужно увеличить или уменьшить интенсивность раздражителя (∆ф) с тем, чтобы вызвать заметное изменение ощущения, есть нек-рая постоянная часть интенсивности исходного раздражителя (ф). В математической форме это утверждение имеет вид ∆ф = кф (где к — коэффициент пропорциональности) и называется законом Вебера. По мысли самого Вебера, его закон различимости раздражителей имел статус общего закона, соблюдавшегося во всех сенсорных модальностях, что было подтверждено мн. исследователями. Однако отношение Вебера не выполняется при низких уровнях интенсивности стимуляции и, в зависимости от эксперим. ситуации, может нарушаться тж при использовании сильных раздражителей. В связи с этим предлагались его различные модификации, в к-рых ∆ф принималась пропорциональной ф с прибавлением некрой постоянной поправки, а не одному ф.

Классические психофизические шкалы.В 1860 г. Густав Т. Фехнер предложил неск. психофизических методов, посредством к-рых, по его утверждению, можно определять величину ощущения как функцию величины раздражителя. Опираясь на закон Вебера и ряд собственных допущений, Фехнер воспользовался понятием минимального обнаружимого изменения (названного «едва заметным различием» или, сокращенно, ЕЗР), чтобы сформулировать свой осн. логарифмический закон: ψ = к log фb, где ψ — психол. величина, ф — физ. величина раздражителя, b — величина раздражителя, равная значению абсолютного порога, а к — коэффициент пропорциональности. Закон Фехнера гласит, что возрастанию силы раздражителя в геометрической прогрессии соответствует рост величины ощущения в арифметической прогрессии, и поэтому равные отношения раздражителей дают равные интервалы ощущений.

За 100 с лишним лет, прошедших с того времени, как Фехнер сформулировал свой закон, против него выдвигались многочисленные возражения. Все они сводятся к трем главным аргументам: а) ощущения не имеют размерной характеристики и, следовательно, не м. б. измерены; б) закон Вебера — это всего лишь аппроксимация, и он не соблюдается во всем стимульном диапазоне; в) все ЕЗР не равны по своему субъективному значению. В связи с этим предлагалось множество различных модификаций закона Фехнера.