Методы исследования работы вегетативной нервной системы

21.2.1. Измерение кожно-гальванической реакции В 1888 г. Ч. Фере, обследуя больную с жалобами на электри­ческие покалывания в кистях и ступнях, обнаружил, что при про­пускании слабого тока через предплечье происходили отклоне­ния стрелки включенного в цепь гальванометра в моменты сенсорных или эмоциональных воздействий. Независимо от Фере в 1890 г. И. Тарханов показал, что электрические сдвиги наблюдаются и без приложения внешнего тока. Таким образом, он от­крыл кожный потенциал, величина которого тоже изменяется в ответ на сенсорные и эмоциональные раздражители. Подобные эффекты были названы «кожно-гальванической реакцией» (КГР).

Одним из первых исследователей КГР был знаменитый уче­ник (а впоследствии оппонент) 3. Фрейда Карл Юнг. Он рассмат­ривал КГР как объективное физиологическое «окно» в сферу бес­сознательного, подлежащего изучению через психоанализ. К. Юнг первым выявил прямую зависимость между величиной КГР и си­лой эмоционального переживания. В дальнейшем исследования в этой области пережили настоящий «бум». При этом считалось, что и метод Фере, использующий внешний ток, и метод Тархано­ва, внешний ток не использующий, дают одинаковые результаты. Однако позже выяснилось, что это не так и каждый метод изме­ряет разные физиологические явления, протекающие в кожном покрове человека.

По современным представлениям, метод Фере (экзосоматичес-кий метод) измеряет электрическое сопротивление (или чаще го­ворят о проводимости) кожи (ПрК), а метод Тарханова (эндосо-матический метод) измеряет электрический потенциал кожи (ПК). Кроме того, следует различать тоническую ифазическую активность кожи. В первом случае речь идет о показателях, отно­сящихся к достаточно долгому периоду времени проявления элек­трической активности. И тогда говорят о ееуровне. Во втором слу­чае имеются в виду показатели кратковременного проявления активности. И тогда говорят ореакциях. При этом реакции, по­явление которых трудно связать с каким-либо конкретным сти­мулом, называют спонтанными (вспомним спонтанную дви­гательную активность). Всю же совокупность этих явлений называют «электрической активностью кожи» (ЭАК) вместо КГР. Тем не менее историческая традиция сильна и термин КГР ис­пользуют до сих пор.

Природа ЭАК (или КГР) все еще до конца не выяснена. В об­щем виде ее усматривают в обменных процессах организма, так как в любом случае она является следствием повышенной актив­ности организма, сопровождающейся всегда активацией обмена веществ, совершающегося при участии вегетативной нервной 'системы. Из частных теорий наиболее известны мышечная, аь судистая и потовая. Согласно первой считалось, что ЭАК отра­жает мышечную активность, а вторая указывала на участие в КГРпериферических кровеносных сосудов. Но обе эти версии к сере­дине XX века были отвергнуты. Наиболее приемлемой призна­ется третья гипотеза.

Суть ее состоит в признании влияния на электрические ха­рактеристики кожи работы потовых желез. В наиболее завершен­ном виде этот механизм представлен в модели «цепи потоотделе­ния», предложенной Р. Эдельбергом (1972). Согласно этой модели основной электродвижущей силой является отрицательный по­тенциал полости потовой железы по отношению к окружающей ткани. Потовая железа проходит сквозь весь кожный покров че­ловека, состоящий из трех основных слоев. Верхний слой — эпи­дерма — в свою очередь, включает два слоя: поверхностный (ро­говой), состоящий из отмерших клеток и выполняющий защитную функцию, и нижележащий — зернистый (малыгагиев), где непрерывное деление клеток восполняет их потерю в роговом слое. Эпидерма электрофизиологически нейтральна. Ниже эпи­дермы расположен другой слой кожи — субдерма, где расположе­ны секреторные отделы потовых желез. В психологически спокой­ных ситуациях потовые протоки желез заполнены потом (раствор NaCl) до эпидермы. Это количество жидкости в протоках опре­деляет тонический уровень ЭАК. В психогенных ситуациях под действием симпатических нервов или некоторых гормонов на­чинает производиться потовой секрет и канал железы заполняет­ся потом дальше до рогового слоя, где он в него диффундирует.

Этот процесс вызывает электрические изменения в коже в виде либо реакции изменения проводимости (ПрК), либо реакции изменения потенциала кожи (ПК). Подобные электрофизиоло­гические кожные явления характерны не для всех участков на­шего тела. Они наблюдаются только на ладонях, подошвах ступ­ней и в небольшой степени на лбу и под мышками. Дело в том, что только на этих участках сосредоточены железы, реагирующие на психологические воздействия. Эти специализированные «эмо­циональные» железы входят в группу так называемых эккринных потовых желез, масса которых распределена по всей поверхности тела. Функция эккринных желез — терморегуляция, поддержание постоянной температуры тела. При повышении внутренней тем­пературы в результате усиленного обмена веществ или при работе мышц эти железы выделяютпот, испарение которого способствует теплоотдаче. Такие железы развиты только у человека и человек кообразных обезьян. Регулирует потоотделение гипоталамус,реагирующий на температуру крови в организме. Подразделение эккринных желез на «тепловые» и «эмоциональные» не абсолют­но. Так, при сильном перегреве «эмоциональные» железы могут взять на себя функцию терморегуляции, а при сильном стрессе «тепловые» железы могут на него тоже откликнуться. Система потоотделения не исчерпывается эккринными железами. В нашем организме имеется еще одна группа желез, называемая апокрин-ными. Они расположены в подмышках и в области половых орга­нов. Их секрет отличен от солевого раствора эккринных желез и определяет «запах тела». Биологическая роль этих желез еще до конца не выяснена. Считается, что наиболее вероятное их назна­чение — регуляция полового поведения. Выделяемый ими секрет сопоставим с так называемыми феромонами у животных, т. е. па­хучих веществ, служащих сигналами привлечения для половых партнеров.

В психологическом плане, естественно, интерес представляет работа «эмоциональных» желез. Правда, не совсем ясно, как и для чего в эволюции человека выделились эти механизмы. Био­логическая целесообразность эккринных «тепловых» и апокрин-ных желез понятна. Для «эмоциональных» же, пожалуй, наибо­лее приемлемое объяснение заключается в следующем. Увлажнение кожного покрова ладоней и ступней повышает плот­ность захвата ими различных предметов. Для обезьян, у которых ведущий образ передвижения — брахиация (перелеты, прыжки по деревьям), это существенно при захватывании ветвей в отсут­ствие других приспособлений, улучшающих контакт с точками опоры (например, когтей, присосок и т. п.). У человека этот ме­ханизм получил дальнейшее развитие. Увлажнение ступней при босом передвижении по земле способствует лучшему сцеплению ноги с грунтом. А польза от увлажнения ладоней очевидна: уплотняется захват орудий труда, оружия и других удерживаемых руками предметов. Недаром у многих народов существует при­вычка «поплевать на ладони» перед трудной работой.

КГР является ярким выражением вегетативных сдвигов, вы­зываемых состоянием эмоционального или интеллектуального напряжения. Ее особенностью является отсутствие для нее спе­цифических раздражителей. КГР могут вызывать любые воздей­ствия: внешние — звук, свет, запах, вкусовые и тактильные раз­дражители, изменение температуры, электрический удар; внутренние — интерорецептивные (органические) раздражителивнутренних органов, проприорецептивные (кинестетические, двигательные) воздействия.

При восприятии КГР появляется только на новизну стимула как компонент активной ориентировочной деятельности. В том же качестве ЭАК выступает при работе внимания, когда требует­ся сосредоточение. При снижении концентрации и устойчивос­ти внимания исчезает и КГР. В мыслительной деятельности КГР сопровождает только фазы высокого умственного напряжения, связанные либо с трудностью решаемой задачи, либо с новизной проблемной ситуации (т. е. в начале работы мысли). Особенно ярко ЭАК проявляется при эмоциональном возбуждении, при переживании чувств: происходит увеличение частоты спонтан­ных колебаний и проводимости кожи.

При анализе параметров КГР учитывают амплитуду колеба­ний (величину реакции), латентный период ее возникновения, скорость и время нарастания, исходный уровень электрической проводимости (при использовании метода Фере) и другие пока­затели. Обычно величина ЭАК примерно пропорциональна ин­тенсивности внутренних переживаний.

Четкость и выраженность связи параметров КГР с психичес­кими явлениями предопределили широкое распространение в психологии рассмотренного метода.

21.2.2. Методы исследования работы сердечно-сосудистой системы. Если работа потовых желез может в обыденной жизни пока­заться несущественным явлением, а иногда даже и фактором дис­комфорта, с которым призваны бороться различные дезодоран­ты и прочие гигиенические препараты, то вряд ли кто-нибудь усомнится в важнейшей роли сердечно-сосудистой системы (ССС). С древнейших времен сердце почиталось как главный орган нашего тела. В Древнем Египте и Междуречье сердце счи­талось ответственным за наши чувства. Античные авторы при­писывали ему большую часть функций, которые, как мы теперь знаем, связаны с мозгом. Да и сейчас еще мы сферу наших чувств относим к «делам сердечным».

Первым крупнейшим шагом на пути научного познания ССС был сделан в 1628 г Уильямом Гарвеем, открывшим кровообраще­ние и два круга его циркуляции (большой и малый). Сложность системы кровообращения настолько потрясла Гарвея, что он вернулся к античным представлениям о крови как вместилище души. Примерно через сто лет английский священник Стефан Хейлс су­мел измерить артериальное давление (правда, не у человека, а у лошади). Итальянский криминалист и один из основоположни­ков физиогномики Чезаре Ломброзо (XIXв.) высказал идею о свя­зи кровяного давления с психическими явлениями. И в частности, имел в виду возможность на этом основании уличать преступни­ков во лжи. В настоящее время получена масса убедительных до­водов значительных изменений в работе ССС под действием стрес­соров и мышечных усилий. В первую очередь, это учащение ритма сердцебиений (PC), рост артериального давления (АД) и перерас­пределение крови (например, румянец смущения).

Как и в случае ЭАК (КГР), изменения в деятельности ССС свя­заны с изменениями общей активации организма. Разница в том, что КГР вызывается даже умеренными по силе психическими раздражителями, а показатели работы ССС изменяются только при сильных воздействиях. То есть ССС менее чувствительна к психогенным факторам, чем ЭАК. Но концепция общей актива­ции — лишь первое приближение в объяснении психофизиоло­гических явлений. Следующий шаг — это дифференциация типов сердечно-сосудистых реакций в зависимости от вида психоген­ного фактора (и соответствующих обстоятельств). И здесь иссле­дователи столкнулись с большими трудностями. Во-первых, потому, что разные факторы приводят зачастую к сходным физи­ологическим сдвигам. Во-вторых, сложность моделирования не­обходимых эмоционально напряженных ситуаций в лаборатор­ных условиях без нанесения психологического, физического или нравственного ущерба испытуемому. Тем не менее некоторые ус­пехи в этом вопросе имеются. Так, считается, что повышение ди-астолического АД и замедление PCболее характерно для состоя­ния ярости, чем страха.

Для характеристики работы ССС используют следующие ос­новные показатели:

1. ритм сердца (PC) — частота сердцебиений;

2. сила сокращения сердца (сила накачивания крови);

3. минутный объем сердца (количество крови, проталкиваемое за 1 мин.);

4. артериальное давление (АД);

5. кровоток (локальные показатели распределения крови).

Понятно, что все эти показатели связаны. В настоящее время наибольшее внимание психофизиологи обращают на PC, АД и кровоток (точнее, объем кровотока).

Как и в ЭАК, здесь очень важно различать тонические показа­тели, относящиеся к длительным временным интервалам (напри­мер, число сокращений сердечной мышцы за 1 мин.), и показа­телифизические, характеризующие быструю адаптацию к данному моменту (например, интервалы между двумя и тремя последова­тельными сокращениями сердца). В общем можно считать, что тонические показателиPCи АД отражают степень мобилизации организма. По поводу фазических показателей мнения противо­речивы и обобщению пока не поддаются.

В арсенале психофизиологии наиболее популярными метода­ми являются электрокардиография, измерение артериального дав­ления ивазомоторные методы.

Электрокардиография (ЭКГ). В 1903 г. голландский ученый В. Эйнтховен открыл электрическую активность сердца и сумел записать его биотоки в виде графика, который получил название электрокардиограммы (ЭКГ). После многочисленных опытов вы­яснилось, что удобнее всего записывать эти биотоки от конечнос­тей (руки-ноги), так как сюда от работающего сердца доходят хо­рошо улавливаемые импульсы. Со времен Эйнтховена основными считаются три варианта расположения датчиков. Их называют пер­вым, вторым и третьим отведением. При первом биотоки отводят от обеих рук, при втором — от правой руки и левой ноги, при тре­тьем — от левой руки и левой ноги. В современной практике к этим основным добавляют еще другие дополнительные схемы, доводя их суммарное число до 12. Половина из них связана с грудной клет­кой, а другая половина — с конечностями. При заболеваниях сер­дца в одном (или нескольких) отведениях обнаруживаются откло­нения от нормы, позволяющие устанавливать диагноз. При исследовании психических явлений (чаще всего эмоциональных состояний) сравниваются показатели ЭКГ, снятые в спокойном со­стоянии (фоновые показатели) и при психическом воздействии (эмоциональное напряжение, решение сложной интеллектуальной задачи, сильное сенсорное воздействие, мышечное усилие и т. п.).

Кардиограмма — это запись электрических процессов, связан­ных с сокращением сердечной мышцы. ЭКГ имеет вид волнис­то-зубчатой кривой (см. рисунок 15), участки которой соответ­ствуют работе различных отделов сердца.

В каждом отведении эти кривые несколько отличаются друг от друга, но общий графический комплекс, отображающий одно со­кращение сердца, одинаков. Этот комплекс включает три поло­жительных зубца Р, Rи Т и два отрицательных —QиS. Положи­тельные — это отклонения вверх от горизонтальной линии общего хода графика. Отрицательные — отклонения вниз от этой же го­ризонтали. Буквы латинского алфавита для обозначения этих зуб­цов были предложены еще Эйнтховеном и используются поныне. Зубец Р характеризует силу, активность сокращающихся предсер­дий. Восходящая ветвь зубца соответствует возбуждению правого предсердия, а нисходящая — левого. ЗубцыQ,R,Sи Т объединя­ются в понятие «желудочковый комплекс». УчастокQ-R-Sсоот­ветствует сокращению желудочков, а зубец Т — их расслаблению. Последующая прямая Т-Р соответствует периоду покоя сердца (ди­астоле — паузе). К сожалению, форма ЭКГ не дает информации о влиянии на работу сердца психических воздействий. Поэтомупси­ходиагностическую информацию извлекают из временных интерва­лов между зубцами, т. е. частотыPC. Так, при высоком эмоцио­нальном напряжении частота сокращений достигает у взрослого человека 150-180 ударов в мин. Однако есть и обратные данные: уменьшение частоты при переживании некоторых эмоций.

Измерение артериального давления. Артериальное давление (АД) — это сила, создающаяся в артериях, когда кровь встречает сопротивление. В периферических сосудах АД достигает макси­мума во время систолы (сокращение сердечной мышцы) и пада­ет до минимума в диастоле (расслабление сердечной мышцы). Обычно величина АД указывается в виде дроби, в числителе ко­торой дается систолическое значение, а в знаменателе диастоли-ческое. Измеряется АД в мм ртутного столба, как и любое другое(например, атмосферное) давление. В норме у взрослого челове­ка АД равно 130/90 мм рт. ст., несколько варьируя в зависимости от физического и психического состояния и возраста. Третьим показателем, изредка используемым исследователями, выступа­ет пульсовое давление: разность между систолическим и диасто-лическим давлением. В норме оно равно примерно 40-60 мм рт. ст. АД считается повышенным, если в покое оно превышает 140/90. Тогда говорят о гипертонии, одной из наиболее распрост­раненных болезней в современном обществе с его обилием стрес­соров. Именно психологические факторы являются причиной гипертонии в подавляющем числе случаев (по некоторым дан­ным до 90%). Этот эффект называется «эссенциальной гиперто­нией». Многочисленные наблюдения показали, что эмоциональ­ное напряжение может значительно повысить актуальное АД. Есть сведения об изменении под действием эмоциогенных фак­торов систолического АД с 90 до 190 мм.

Прямой способ измерения АД — это введение в крупную ар­терию чувствительного датчика давления. Но это болезненно и даже опасно для пациента. Поэтому на практике используется менее точный, но безопасный прием. Он основан на открытии русского врача В, Короткова (1906), который с помощью прижа­того к артерии стетоскопа обнаружил ее пульсацию, при созда­нии препятствия для периферического кровообращения. Слыши­мые при этом звуки назвали тонами Короткова.

Обычно на руку или ногу надевают манжет, наполняемый воз­духом. По мере накачивания воздуха создается препятствие кро­вотоку и коротковские тоны исчезают. Это говорит о том, что дав­ление стало выше систолического и кровь больше по сосуду не проходит. Последующее медленное спускание давления в манжете позволяет уловить первые тоны Короткова, что соответствует си­столическому (верхнему) давлению, регистрируемому на мано­метре. Дальнейшее выпускание воздуха из манжета проводится до исчезновения тонов. Этот момент соответствует диастоличес-кому (нижнему) давлению. Из-за сильной чувствительности по­казателей АД к изменениям в уровне давления от одного сокра­щения сердца к другому необходима серия замеров и определение среднего арифметического.

Вазомоторные измерения.Вазомоторика (лат. vas— сосуд) — это изменение диаметра кровеносных сосудов. Уменьшение диа­метра —вазоконстрикция, расширение —вазодилятация. Сужение

периферических артерий в результате симпатической активации ведет к понижению температуры соответствующих участков кожи и уменьшению объема соответствующего участка тела или орга­на. Расширение артерий в результате снижения симпатического тонуса ведет к повышению температуры и увеличению объема тех же участков тела.

Температурные измерения показали, что кожа реагирует изме­нением своей температуры не только на тепловые воздействия среды, но и на психологические факторы. Например, смущение, тревога, депрессия связаны с похолоданием пальцев; состояния расслабления и эротического возбуждения повышают темпера­туру пальцев. «Приятные» мысли вызывают потепление кожи в области рта, «грустные» — понижение температуры тех же участ­ков кожи. Были обнаружены разительные половые различия по температурным показателям. Крайняя трудность точного и од­нозначного измерения кожной температуры обусловила редкое использование этого метода в психофизиологических исследова­ниях. Амплитуда измеряемых температурных колебаний обычно не превышает ГС, и сложности возникают даже из-за движения воздуха в помещении. Наиболее используемый прибор при та­ких измерениях — термистор. Указанных трудностей можно из­бежать, используя радиометрические устройства. Но они громоз­дки и дороги, вследствие чего имеют небольшое распространение.

Плетизмография — отражает изменения в объеме органа, вы­званные изменениями количества крови в нем. Обычно измере­нию подлежат пальцы или рука, помещаемые в датчик плетиз­мографа. Плетизмограф представляет собой герметически закрытое пространство. Любое изменение объема в нем (напри­мер, руки) тут же сказывается на растяжении (сжатии) его стенок (или специальных мембран), что регистрируется соответствую­щими приборами.

Эмоциональное напряжение проявляется в виде сужения пе­риферических сосудов. При анализе показателей плетизмографии учитывают амплитуду реакции, латентный период ее появления и скорость нарастания.

21.2.3. Методы исследования работы дыхательной системы Дыхание наряду с показателями пульса считается весьма чув­ствительным индикатором эмоциональных состояний. В эмоци­онально значимых напряженных ситуациях частота дыхания воз-

растает с 20 до 40—60 движений в минуту, превышая, таким обра­зом, исходные данные в 2-3 раза. На графике дыхательных дви­жений (дыхательной кривой) при эмоциональных состояниях информативными являются следующие характеристики: частота дыхания, амплитуда дыхательных волн, соотношение глубины вдоха и выдоха, изменения типа последействия (очень глубокий вдох или выдох). При эмоциональном возбуждении обычно на­блюдается учащение дыхательных движений, сопровождающее­ся уменьшением глубины дыхания, а также нарушениями формы дыхательной кривой. Изменения дыхания могут происходить так­же по типу уменьшения частоты дыхания.

Изменения в форме записи дыхания выражаются обычно од­ним из двух способов: 1) как отношение длительности вдоха к длительности выдоха, 2) как отношение длительности вдоха к длительности целого дыхательного цикла.

Наряду с изменениями в форме дыхательной кривой при эмо­циональном напряжении отмечаются задержки, «затаивания» ды­хания часто с последействием в виде глубокого вдоха или выдоха.

Обычным методом измерения является пневмография, осуще­ствляемая с помощью грудного или брюшного пневмографа (спе­циального пояса). При электрической записи дыхания меха­нические изменения преобразовываются в электрические с помощью тензометра.

Иногда используются данные спирометрии, т. е. измерения объема легких. Несмотря на очевидность связи дыхания с психи­ческими напряжениями его психофизиологические исследования ведутся вяло. Психофизиологи, ссылаясь на грубость применяе­мых методов его оценки, не принимают его показатели всерьез. Представляется, что в дальнейшем этой сфере психофизиологи­ческих измерений будет уделено большее внимание.