Методические указания для студентов вечернего и заочного отделений
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методическое управление
Факультет психологии
ЛАБОРАТОРНЫЕ
И ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
ПО КУРСУ ПСИХОФИЗИОЛОГИИ
Методические указания для студентов вечернего и заочного отделений
Санкт-Петербург
1996
Утверждено на кафедре медицинской психологии и психо-физиологии в качестве методических указаний
Методические указания предназначены для самостоятельной подготовки по курсу "Психофизиология".
Рассчитаны на студентов вечернего и заочного отделений психологических факультетов и отделений вузов.
Составитель В.Д.Балин
Рецензент проф. В.И.Шостак
Подписано в печать с оригинала-макета 19.09.96.
Ф-т 60х84/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,39.
Уч.-изд. л. 1,06. Тираж 250 экз. Заказ №
Редакция оперативной подготовки изданий Издательства СПбГУ. 199034, С.-Петербург, Университетская наб., 7/9.
Центр оперативной полиграфии СПбГУ.
199034, С.-Петербург, наб. Макарова, 6.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методическое управление
----------------------------------
Факультет психологии
ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ПО КУРСУ ПСИХОФИЗИОЛОГИИ
Методические указания для студентов вечернего и заочного отделений
Занятие 1. Методы исследования в психологии и психофизиологии
На этом занятии студенты знакомятся с некоторыми вопросами методологии: организация исследования, этапы исследования, выбор объекта исследования и его методов, обработка данных.
Электрофизиологические методы, применяемые в психологии и психофизиологии по сути те же, что в физиологии и медицине. Но их применение и трактовка результатов имеет свои особенности:
1) Применение физиологических методов в психологии отличается системностью, ибо именно психологов может интересовать в первую очередь целостная картина влияния физиологических параметров на психику ввиду целостного характера самой психики.
2) Психолога никогда не интересует деятельность некоторого органа или системы органов как таковых. Деятельность последних интересует его лишь как индикатор, как проявление недоступных прямому наблюдению психических явлений.
3) В психологии никогда не используются "острые" опыты с нарушением целостности организма. Это, с одной стороны, облегчает проведение опытов, так как освобождает от необходимости учитывать требования, существующие в медицине. Но это усложняет ситуацию, ибо увеличивает вероятность появления артефактов, делает результаты более многозначными, повышает требования к этапу последующей обработки и интерпретации.
4) Диапазон изменения физиологических параметров в психологическом исследовании уже, чем, допустим, в медицине. Если перед врачом стоит задача отделить норму от патологии, то психолог ищет различия внутри нормы.
5) В психологии экспериментатор всегда "включен" в среду, которую он исследует, чего нет, например, в физике.
Можно выделить принципы психологического исследования, которые делятся на 4 уровня: философские (материальное единство мира, универсальность развития, причинность), общенаучные (объективность, инвариантность, соответствие, редукция, дополнительность, наблюдаемость, симметрия), общепсихологические (детерминизм, развитие, единство сознания и деятельности, системно-структурный, личностного подхода), частные (адекватность, т.е. соответствие применяемого метода изучаемому явлению, параллельность, т.е. регистрация параметров одновременно с протеканием во времени изучаемого явления, учет иерархического строения нервной системы, экстремальность, т.е. создание экстремальной ситуации с целью выявления наиболее типичных для конкретного испытуемого параметров и их значений, необходимость или предпочтительность регистрации перепада значений параметров — их градиента — в нескольких ситуациях, референтность, т.е. поиск наиболее характерных для конкретного испытуемого признаков и их сочетаний).
Все исследования в любой экспериментальной науке можно разделить на следующие этапы:
1. Постановка проблемы, выбор объекта исследования.
2. Выбор концепции, предмета исследования, построение модели объекта.
3. Планирование.
4. Эксперимент.
5. Обработка результатов.
6. Интерпретация результатов, выводы.
7. Включение результатов в систему знаний (в научную картину мира).
Можно заметить определенную "симметрию" этапов 1 и 7, 2 и 6, 3 и 5. Ось симметрии проходит через 4-й этап. Этапы находятся между собой в отношении дополнительности. Этапы 4 и 5 являются "ядром" экспериментального исследования.
Процесс получения научного факта идет не только по пути проведения эксперимента, путем последовательного обобщения группы экспериментальных работ с последующим закреплением полученного материала в виде законов, понятий и т.д. Возможен обратный путь: выведение, предсказание факта на основе применения некоторых общих законов к конкретным условиям. Да и интерпретация факта, полученного на основе эксперимента, т.е. индуктивного подхода, не возможна без соотнесения результатов с некоторыми имеющимися теоретическими концепциями. Отсюда тезис: "Научный факт — это итог применения двух подходов к результатам эксперимента: индуктивного (путь "снизу") и дедуктивного (путь "сверху"). Их "пересечение" дает научный факт.
Занятие 2. Техническое оснащение психофизиологического исследования
На данном занятии рассматриваются вопросы, связанные с техническим оснащением психофизиологического исследования. Здесь речь идет о датчиках, передающих и усилительных устройствах, регистрирующих приборах, записывающих устройствах, приборах для подачи и отметки раздражений и отметки времени, экспериментальных камерах. Кроме того, рассматриваются такие вопросы, как калибровка и измерение амплитуды сигнала, способы и системы отведения потенциалов, артефакты.
В заключение даются сведения по технике безопасности, которые следует соблюдать при проведении исследования.
Упомянутые вопросы подробно освещены в литературе.
Рекомендуемая литература
ГАЛЬПЕРИН С.И., ТАТАРСКИЙ Н.Э. Методики исследования высшей нервной деятельности человека и животных. М., 1967.
КОГАН А.Б., ЩИТОВ С.И. Техника физиологического эксперимента. М., 1967.
КРАТИН Ю.Г., ГУСЕЛЬНИКОВ В.И. Техника и методики электроэнцефалографии. Л., 1971.
РУСИНОВ В.С. и др. Клиническая электроэнцефалография. М., 1973.
РУСИНОВ В.С. и др. Биопотенциалы мозга человека. М., 1987.
ПРАКТИКУМ по физиологии труда/Под ред.А.С.Батуева. Л., 1986.
Занятие 3. Регистрация фоновой электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Визуальный качественный анализ ЭЭГ. Подсчет индексов (альфа-индекс, максимальная амплитуда альфа-ритма, уровень асимметрии восходящих и нисходящих фронтов волн ЭЭГ, подсчет периода и частоты колебаний)
На данном занятии студенты производят запись электроэнцефалограммы: на скорости 30 мм/с — один метр (примерно 34 с) и на скорости 120 мм/с — в течение 5 с. Испытуемый сидит в кресле с закрытыми глазами. Снимается ЭЭГ затылочных отведений правого и левого полушарий (2 отведения). После этого производится подсчет указанных показателей.
На первом отрезке, который записывался на скорости 30 мм/с, определяются альфа-индекс и максимальная амплитуда альфа-ритма. Альфа-индекс — это процент времени, в течение которого в ЭЭГ наблюдается выраженный альфа-ритм. Альфа-ритм — это колебания с частотой от 8 до 13 колеб/с. Практически альфа-индекс определяется так. На записанном отрезке длиной в 1 м отмечаются участки, где выражен альфа-ритм. Суммарная длина этих участков делится на общую длину записи (здесь 1 м). Указанная относительная величина (она может быть выражена в процентах) и есть альфа-индекс. Далее на том же участке подсчитывается максимальная амплитуда альфа-ритма. Этот показатель более информативен, чем, допустим, средняя амплитуда. Поскольку на амплитуду одного максимального альфа-колебания может повлиять случайное событие, то следует взять среднюю из пяти наиболее высокоамплитудных колебаний.
После этого начинают обрабатывать второй отрезок, записанный на скорости 120 мм/с. Для этого сначала надо произвести предварительную обработку записи: квантование. Перпендикулярно нулевой линии на запись наносятся параллельные линии, расстояние между которыми составляет 3 мм (это соответствует 25 мс). Далее просматриваются все волны на анализируемом участке и на каждой волне ставятся цифры 1 и 0 следующим образом: там, где волны "поднимаются", ставятся отметки 1 до вершины отдельной волны. От вершины до нижней точки ставятся отметки 0. В том случае, если вершина уплощена или ее середина попадает как раз в центр квантованного участка (иногда его называют "окном"), знак ставится тот же, что и предыдущий. После этого просматриваются все записанные участки и вычленяются участки с комбинациями "1", "11", "111", "1111" и т.д. для фазы возрастания; участки "0", "00", "000", "0000" и далее — для фазы убывания. Подсчитывается количество каждой комбинации, т.е.частота встречаемости каждого кода "1", "11", "111" и т.д. для фазы возрастания, которые обозначаются соответственно А1, А2, А3, А4 и т.д. Далее подсчитываются частоты встречаемости комбинаций "0", "00", "000" и т.д. для убывающих фронтов волн. Они обозначаются В1 В2, В3, В4 и т.п. После этого подсчитываются 
по формулам:
,
.
Затем подсчитываются асимметрия и отношения фронтов волн по таким формулам:
,
,
а также период LT, частота fT :
где t — шаг квантования, равный в нашем случае 0,025 с (25 мс).
Занятие 4. Обработка ЭЭГ методами корреляционного анализа. Освоение метода синхронизационно-десинхронизационной реактивности. Пробы на усвоение ритма. Оценка ориентировочной реакции. Проба на гипервентиляцию легких
После указанных выше вычислений проводится корреляционный анализ ЭЭГ. Сначала студенты подсчитывают коэффициент корреляции между двумя отведениями. Анализу подвергается запись, сделанная на скорости 120 мм/с. Эта запись уже предварительно подготовлена, поскольку произведено квантование. В данном случае расчет производится на участке длительностью 2 с, поскольку предстоят довольно большие вычисления.
Для двух сравниваемых записей подсчитывается совпадение 1 и 0 на двух анализируемых участках независимо от значения 0 или 1. Главное, чтобы в одном "окне" была одна и та же цифра — либо 1, либо 0. Далее подсчитывается корреляция по рабочей формуле:
где r— корреляция, m — число совпадений 0 или 1 на сравниваемых записях, n — общее число квантованных участков, равное в нашем случае 80, k — число сдвигов участков один относительно другого. Для случая корреляции k = 0. Для автокорреляционной или кросскорреляционной функции значение k увеличивается с каждым шагом на единицу. p = 3,14.
Полученные в формуле значения переводятся в коэффициент корреляции с помощью математической таблицы значений тригонометрической функции от аргумента в радианах, например, с помощью известных школьных таблиц В.М.Брадиса. С помощью этой же формулы производится подсчет значений для последующего построения графика автокорреляционной функции. В этом случае подсчитываются коэффициенты корреляции отрезка ЭЭГ "самого с собой" при различных сдвигах процесса и его дубля друг относительно друга. Практически это делается так. Берется отрезок кривой, равный, допустим, 2 с. При скорости записи 120 мм/с и шаге квантования 3 мм (25 мс) будет 80 точек. Квантуем отрезок, ставим 1 и 0 и дублируем полученный цифровой ряд. Подсчитываем число совпадений 0 и 1 при нулевом сдвиге. Подсчитываем коэффициент корреляции по вышеприведенной формуле.
Далее производим сдвиг дублированного участка на один шаг квантования вправо (можно влево) и опять подсчитываем коэффициент корреляции.
Снова производим сдвиг дублированного участка на один шаг и снова подсчитываем корреляцию и т.д. По полученным значениям коэффициентов корреляции строим график автокорреляционной функции. На оси абсцисс откладываем число сдвигов k, а на оси ординат — величину коэффициента корреляции для каждого шага. Если мы получим достаточно большое количество коэффициентов корреляции (обычно их число равно 1/3 — 1/4 от общего числа квантованных участков), то, нанеся эти точки на график и соединив их, можно получить автокорреляционную функцию. На основе построенного графика надо определить такие ее параметры:
1. Средний период колебаний, который характеризует доминирующую частоту. Его можно подсчитать, умножив число шагов квантования в одном периоде на значение периода в секундах. Обратное периоду число характеризует частоту (w).
2. Интервал корреляции или скорость затухания — отрезок времени, в течение которого корреляционная связь "затухает"; чем больше интервал корреляции, тем больше регулярность волн в ЭЭГ, а чем меньше этот интервал, тем больше выражены в ЭЭГ случайные процессы.
3. Площадь под кривой автокорреляционной функции, и т.д. Описанную процедуру можно применить для подсчета кросскорреляционной функции. В этом случае сравнение производится для двух разных процессов.
Определение синхронизационно-десинхронизационной реактивности. Метод состоит в измерении времени реакции на закрывание глаз (проявляется в появлении вспышек альфа-ритма) и времени реакции на открывание глаз (депрессия альфа-ритма). Оба показателя времени реакции объединяются в один путем деления первого на второй (так называемый коэффициент Кз/о). Началом выполнения команды на закрывание или открывание глаз служит электрическое проявление глазного движения на записи ЭЭГ. Смысл показателя таков, что чем выше "уровень функционального состояния" исследуемого участка мозга, тем выше значение Кз/о.
Метод предложен В.А.Адамовичем в 1956 г. По данным самого автора, в норме в фоне Кз/о изменяется от 1 до 10. Некоторые исследователи считают, что Кз/о может изменяться до 100–120. Наши данные, приведенные ниже, ближе к данным В.А.Адамовича.
Пробы на усвоение ритма. Уровень функционального состояния мозга может быть определен с помощью функциональной пробы на усвоение ритма световых мельканий или звуковых щелчков. Наиболее часто используются световые мелькания — ритмическая фотостимуляция (РФС).
Наблюдаемый феномен реакции усвоения ритма (РУР) заключается в явлении воспроизведения мозгом навязываемой частоты световых мельканий или звуковых щелчков. В результате такой перестройки электрическая активность коры мозга приобретает ритмический характер с частотой либо равной, либо в целое число раз большей или меньшей, чем частота ритмических световых раздражений.
РФС производится на частотах от 2 до 36 Гц с интервалом между сериями 5-7 с и длительностью серии по 5-7 с. При РФС необходимо использовать все частоты стимуляции, так как в диапазоне 8-25 Гц наиболее часто возбуждается фотогенная эпилептическая активность (если речь идет о применении метода в клинике). При возбуждении эпилептической активности следует плавно изменять частоту стимуляции от 2 до 30-50 Гц и обратно несколько раз.
У здоровых людей наблюдается реакция усвоения ритма в диапазоне от 8 до 25 Гц. Могут иметь место гармоники или субгармоники, не выходящие за полосу собственных частот ЭЭГ. Отсутствие усвоения ритма не является патологией.
А.Г.Поворинский предлагает следующие критерии патологии: 1) расширение диапазона РУР в сторону высоких и низких частот; 2) РУР в лобных отделах мозга; 3)асимметрия воспроизведения ритма в симметричных отведениях правого и левого полушарий, если разница по амплитуде достигает 50%; 4) возбуждение субгармоник частотой ниже 8 Гц; 5) возбуждение гармоник с частотой выше 25 Гц; 6) возбуждение ритмов, не кратных частоте световых вспышек (b, Q, D и т.п.), а также появление волн или комплексов типа спайк-волна и т.п.
Оценка ориентировочной реакции (ОР). Используют одиночную вспышку света. Повторение раздражителя используют для оценки реакции угашения.
В норме в ответ на одиночную вспышку света возникает четкая одномоментная во всех отведениях депрессия a-ритма, которая длится 3-4 с, после чего он восстанавливается. В норме при предъявлении 4-5 вспышек ориентировочная реакция полностью угасает.
Признаками патологии считаются: 1) неполная депрессия a-ритма, т.е. амплитуда a-ритма снижается, но он не исчезает; 2) ареактивность — амплитуда a-ритма или другого доминирующего ритма не изменяется; 3) парадоксальная реакция — амплитуда a-ритма увеличивается; 4) появление ритмов и комплексов патологического ряда (b-ритм, спайки, пики и т.п.); 5) неодновременная депрессия a-ритма в разных отведениях; 6) удлинение участка десинхронизации a-ритма; 7) затягивание или отсутствие угашения ОР; 8) ускорение угашения ОР, т.е. угашение на 1-2 вспышке света.
Гипервентиляция (ГВ). Гипервентиляция — интенсивное глубокое дыхание с частотой 20 колеб /мин в течение 3 мин или до появления эпилептической активности, которая может появиться и ранее.
ГВ у здоровых людей значительных влияний на ЭЭГ не оказывает, наблюдается только депрессия a-ритма или увеличение его амплитуды, появление медленной активности.
Возбуждение медленноволновой активности с плавным замедлением ее частоты и с увеличением ее амплитуды рассматривают как недостаточность сосудистой регуляции стволовых структур и снижение в связи с этим уровня общей активации.
Появление на фоне a-ритма и Q-активности спайков, пиков, комплексов типа спайк-волны или параксизмов медленноволновой активности амплитудой до 200 мкВ указывает на наличие эпилептического очага.
Рекомендуемая литература
МЕТОДЫ исследований в психофизиологии/Под ред.А.С.Батуева. СПб., 1994.
ГУСЕЛЬНИКОВ В.И. Электрофизиология головного мозга. М., 1976.
КОЖЕВНИКОВ В.А., МЕЩЕРСКИЙ Р.М. Современные методы анализа электроэнцефалограммы. М., 1963.
ЭРГОНОМИКА/Под ред. А.А.Крылова,Г.В.Суходольского. Л., 1988.
ПОВОРИНСКИЙ А.Г., ЗАБОЛОТНЫХ В.А. Пособие по клинической электроэнцефалографии. Л., 1987.
РУСИНОВ В.С. Биопотенциалы мозга человека. Математический анализ. М., 1987.
СЕРГЕЕВ Г.А., ПАВЛОВА Л.П., РОМАНЕНКО А.Ф. Статистические методы исследования электроэнцефалограммы человека. Л., 1968.
ПРАКТИКУМ по физиологии труда/Под ред.К.С.Точилова. Л., 1970.
Занятие 5. Регистрация вызванных потенциалов
Методика требует применения ЭВМ. Вызванные потенциалы (ВП) — это комплекс электрических колебаний биопотенциалов, регистрируемых с поверхности черепа в ответ на афферентный раздражитель. Методика регистрации ВП достаточно подробно описана в литературе.
Студенты получают отпечатанные на принтере значения амплитуд ВП (средние) и их сигмы. Надо построить по полученным значениям график ВП на зрительный стимул для левого и правого затылочных отведений, измерить площадь в заданном масштабе, заключенную между нулевой линией и линией ВП в целом, ранних и поздних его компонентов.
Рекомендуемая литература
МЕТОДЫ исследований в психофизиологии/Под ред.А.С.Батуева. СПб., 1994.
ИВАНИЦКИЙ А.М. Мозговые механизмы оценки сигналов. М., 1976.
РУТМАН Э.М. Вызванные потенциалы в психологии и психофизиологии. М., 1976.
ШАГАС Ч. Вызванные потенциалы в норме и патологии. М., 1975.
Занятие 6. Регистрация кожно-гальванической реакции (КГР)
Изменение электрических свойств кожи проявляется в сдвигах разности потенциалов между двумя пунктами кожной поверхности (феномен И.Тарханова) и изменениях электросопротивления кожи пропускаемому через нее току (феномен К.Фере). В лабораторной практике используются оба метода. Показатели можно измерять с разной целью. Соответственно и их трактовка будет различной.
Когда речь идет о показателях, относящихся к достаточно долгому периоду времени, следует говорить об уровне (тоническая активность). Когда исследуют реакцию малой продолжительности на предъявляемый стимул, говорят о реакции (фазическая активность). Реакции, возникновение которых нелегко связать с каким-либо внешним стимулом, называются спонтанными.
Существует много гипотез происхождения КГР. Ее рассматривали как отражение мышечной активности, как проявление деятельности периферических кровеносных сосудов, как активность потовых желез. В последнее время ее рассматривают, скорее всего, как отражение активности потовых желез, хотя влияние сосудистых реакций на КГР полностью не отвергнуто.
КГР часто используется для регистрации ориентировочной реакции. Последняя проявляется в отклонении пера самописца от нулевой линии или изменении кожного сопротивления. В лабораторной практике в качестве стимула используют вспышку света, звуковой сигнал, удар током, прикосновение. Можно выработать условный рефлекс на предъявление индифферентного стимула, осуществляя подкрепление тем или иным способом. При изучении ориентировочной реакции обычно учитывают такие показатели, как латентный период реакции, изменение кожного сопротивления, амплитуда КГР, площадь, заключенная между нулевой линией и кривой КГР, число реакций до угашения КГР и т.п.
В соответствии с литературными данными, кожно-гальванический компонент ориентировочной реакции является среди других одним из наиболее чувствительных. В порядке возрастания чувствительности компоненты ориентировочной реакции можно располагать следующим образом: 1) изменение частоты сердечных сокращений; 2) изменение дыхания; 3) изменение КГР; 4) активация ЭЭГ; 5) вертекс-потенциал (ВП).
При выполнении лабораторных занятий студентам предъявляется арифметическое задание — умножение двузначных чисел в уме. КГР регистрируется 2 раза: в фоне в течение 10 с при скорости протяжки бумажной ленты 3,5 мм/с и при выполнении задания все время, пока испытуемый производит умножение.
Для обработки записи необходимо сначала провести нулевую линию. После этого подсчитываются такие показатели:
1) Число реакций в секунду в фоне и при решении, поскольку время записи в обоих случаях не одинаково. Критерий появления реакции — 5-10% от максимальной на участке по амплитуде.
2) Амплитуда КГР в обеих ситуациях. Кроме собственно амплитуды, величину реакции оценивают с помощью таких показателей, как угол подъема кривой 1-й реакции, площадь 1-й и последующих КГР и их сумма, отношение площади 1-й КГР к количеству КГР до угашения и пр.
3) Средняя площадь одной реакции. Если используется обработка с помощью ЭВМ, то очень часто используется такой показатель, как дисперсия мгновенных значений амплитуд реакции.
4) Сдвиги указанных показателей, подсчитанные по формуле: (решение—фон) / фон.
Занятие 7. Исследование деятельности сердечно-сосудистой системы
Показатели гемодинамики используются в психофизиологических и психологических исследованиях для оценки энергетических затрат на выполнение определенной деятельности. Это неспецифические реакции организма.
Методы регистрации электрокардиограммы описаны в литературе достаточно подробно. Там же можно найти интерпретацию различных компонентов ЭКГ.
На данном занятии студенты регистрируют ЭКГ в 1 стандартном отведении, артериальное давление и частоту пульса. На основании полученных исходных данных они проводят следующую обработку, получая значения таких показателей:
1. Вариационная пульсометрия. Осуществляется на основе данных измерения интервалов между R — R зубцами при записи 100 реализаций (комплексов, включающих все компоненты ЭКГ). Полученные значения распределяются по классам статистического ряда и затем подсчитывается число R — R интервалов каждого класса (строится вариационный ряд). После этого строится вариационная кривая. Положение этой кривой на графике и ее форма позволяют судить о характере нервных влияний на сердечную деятельность (нормотония при моде интервала в пределах от 0,7 до 0,9 с, симпатотония при моде 0,5-0,7 с, ваготония при моде в пределах от 1,0 до 1,2 с).
2. Кардиоинтервалограмма. Ее построение производится по интервалам R — R зубцов. По оси абсцисс графика откладывается по порядку номер интервала, по оси ординат — их величина в секундах. Полученный график дает наглядное представление об изменениях сердечной ритмики при работе.
На основе полученных данных следует найти максимальное и минимальное значения R — R интервалов. Если минимальное значение больше 10% от максимального, то следует говорить об аритмии.
Частота пульса (ЧСС).
4. Артериальное давление (систолическое — СД и диастолическое — ДД).
5.Пульсовое давление:
ПД = СД - ДД .
6. Среднее динамическое давление:
СДД =ПД/3+ДД .
7. Ударный объем выброса крови:
УО =( ПД х 100 )/ СрД ,
где СрД = (СД+ДД)/2.
8. Минутный объем кровотока:
МОК= УО х ЧСС.
9. Периферическое сопротивление кровотоку:
ПСК = СДД х 1333 х 60)/ МО дин.
10.Вегетативный индекс КЕРДО (ВИК):
ВИК = (1 - ДД/ ЧСС ) х 100.
11. Коэффициент выносливости:
КВ = ЧСС/ ПД х100.
Занятие 8. Исследование деятельности дыхательной системы
Различают внешнее и внутреннее дыхание. Под внешним понимают происходящий через легочные капилляры газообмен между кровью и наружным воздухом, под внутренним — процессы, обеспечивающие газообмен между кровью и тканями организма, а также окислительные процессы, идущие в тканях.
Для изучения дыхания используют такие методики: 1. Пневмография — запись дыхательных движений (оценка их ритма, частоты, амплитуды); 2. Спирометрия — определение объема легочного воздуха. 3. Измерение газообмена — определение величины поглощения организмом кислорода и выделения углекислоты, т.е. легочный газообмен; 4. Оксигемометрия — определение степени насыщения артериальной крови кислородом, т.е. степени артериализации крови, показателем которой является количество гемоглобина в крови, находящегося там в виде оксигемоглобина.
Нас в первую очередь интересуют показатели внешнего дыхания: ритм, частота и глубина дыхательных движений, минутный объем дыхания, легочная вентиляция, жизненная емкость легких. Рассмотрим методы получения таких данных.
1. Пневмография — запись дыхательных движений: ритм, частота и амплитуда (глубина). Для изучения таких характеристик дыхания используются датчики различной конструкции: ртутные, воздушные, угольные, механические, термодатчики, пьезодатчики и др. Часто подсчет дыхательных движений производится путем визуального наблюдения за дыхательными экскурсиями грудной клетки.
Частота дыхания у нормального здорового человека варьирует от 8 до 28 циклов в минуту, возрастая при работе до 40.
Существует уравнение для расчета расхода энергии по частоте дыхания:
Мэн = 0,198 xЧД - 3,06,
где Мэн — расход энергии в больших калориях в минуту,
ЧД — частота дыхания, 1/мин.
2.Спирометрия — это определение объема легочного воздуха. Создатель этого метода Гутчинсон разработал классификацию объемов легочного воздуха. Согласно этой классификации, различают следующие объемы:
— дыхательный воздух (дыхательный объем, ДО) — объем воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого при нормальных вдохе и выдохе; его величина составляет 300-900 мл. Этот объем является мерой глубины дыхания;
— дополнительный воздух (резервный объем вдоха, РОвд) — объем воздуха, вдыхаемого при максимально глубоком вдохе; его величина составляет 1500-2000 мл;
— резервный воздух (резервный объем выдоха, РОвыд) — объем воздуха, выдыхаемого при максимально глубоком выдохе; его величина — 1500-2000 мл. Резервный воздух поддерживает легкие в определенной степени расширения;
— остаточный воздух (остаточный объем легких, ООЛ) — объем воздуха, остающегося в легких после максимального выдоха. Его объем у здорового мужчины среднего возраста составляет 1000-1500 мл, возрастая к старости до 2000-2500 мл. Он может быть измерен у человека методом ингаляции (вдыхания) индифферентных газов.
Объем максимального выдоха, произведенного после максимального вдоха, называется жизненной емкостью легких (ЖЕЛ) и представляет собой сумму ЖЕЛ = ДО + РОвд + РОвыд. Для мужчины среднего роста ЖЕЛ варьирует в пределах 3500-5000 мл и более, для женщин характерны более низкие значения.
Сумма ЖЕЛ и ООЛ составляет общую емкость легкого (ОЕЛ), характеризующую степень анатомического развития органа. Ориентировочно должные величины ЖЕЛ (мл) можно получить, умножая рост мужчины на 25, женщины — на 20.
Указанные легочные объемы определяют с помощью спирометров, водного или сухого.
Мерилом легочной вентиляции является минутный объем дыхания:
МОД = ОД х ЧД,
где ОД — дыхательный объем, определяемый с помощью спирометра,
ЧД — частота дыхания, 1/мин.
В покое величина МОД колеблется в пределах 3,5-10 л. При выполнении работы он возрастает до 30-40 л, а при работах большой интенсивности возрастает до 100 л и более.
Полученные любым методом объемные величины легочной вентиляции необходимо привести к стандартным условиям: так называемому сухому состоянию (воздуху без примеси водяных паров, температуре 00С и давлению 760 мм рт.ст.). Приведение производится по специальной формуле, но на практике удобнее пользоваться специальными таблицами Ландольта-Бернштейна. Для этого надо знать атмосферное давление в момент опыта в мм рт.ст. и температуру воздуха в градусах по Цельсию. С их помощью определяют пересчетный коэффициент, на который умножают эмпирическое значение легочного объема.
Еще одним показателем состояния функции внешнего дыхания является вентиляционный индекс, позволяющий судить о степени использования организмом жизненной емкости легких:
ВИ = МОД / ЖЕЛ
У здоровых людей в норме ВИ равен приблизительно 2, возрастая при физической работе до 10-12.
Рекомендуемая литература
ПРАКТИКУМ по физиологии труда/Под.ред.А.С.Батуева.Л., 1986.
МЕТОДЫ исследований в психофизиологии /Под. ред. А.С.Батуева. СПб., 1994.
ДАНИЛОВА Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний. М., 1992.
ЗАГРЯДСКИЙ В.П., СУЛИМО-САМУЙЛО З.К. Методы исследований в физиологии труда. Л., 1976.
ОРЛОВ В.Н. Руководство по электрокардиографии. М., 1984.
СУМАРОКОВ А.В., МИХАЙЛОВ А.А. Клиническая электрокардиография. М., 1984.
Занятие 9. Методы изучения координации движений
1. Тест для определения умения поддерживать баланс (равновесие). Необходимо расположить вес на носке одной ноги, подняв другую от пола (все равно, вперед или назад). С помощью секундомера фиксируется время удержания позы. Тест можно усложнить, попросив испытуемого закрыть глаза или откинуть голову назад.
2. Ходьба. Выделяют такие параметры движений, как скорость, темп, ритм движений, длина шага, временные характеристики полетных и опорных интервалов, характер усилий при опорных реакциях, угол разворота стоп.
По методике Е.В.Хохряковой испытуемым предлагается пройти 15 м с закрытыми глазами. Регистрируется время, точность (отклонение от прямой), а также ширина шага и угол разворота стоп.
3. Тремор. Это непроизвольные ритмические мышечные сокращения, вызывающие колебательные движения конечностей, туловища. Различают статический и динамический тремор. Статический тремор — это тремор руки, находящейся в неподвижном положении на весу. Динамический тремор — это тремор руки в процессе движения при прохождении линейного лабиринта.
При анализе статического тремора чаще всего оценивают четыре его показателя: 1) Тремор установочный, тремор периода врабатывания: количество колебаний в начальном периоде работы. Его амплитуда — 2,0-2,5 мм. 2) Тремор основной, выявляемый после периода врабатывания, его амплитуда 3,0 мм. 3) Максимальная амплитуда тремора, мм. 4) Сумма колебаний всех видов тремора.
Показателями динамического тремора являются скорость руки и количество ошибок (касаний стенок лабиринта).
Занятие 10. Изучение скоростно-силовых параметров движений
1. Динамометрия. Для определения мышечной силы кисти чаще всего пользуются динамометром Колена. Обычно замеры проводят таким образом, что испытуемый, сидя на стуле и вытянув руку вперед в плоскости стола, сжимает кистью динамометр. Перемена позы может привести к изменению показаний динамометра в значительных пределах. При исследовании силы мышечного напряжения выделяют показатели становой силы (силы мышц, выпрямляющих согнутое туловище) и силы ног, рук, пальцев и т.п.
2. Измерение времени простой сенсомоторной реакции. Это элементарный вид произвольной реакции. Она осуществляется как простое ответное движение на элементарное внешнее воздействие, причем соотношение сигнал — движение всегда определено инструкцией. Обычно в качестве внешнего сигнала выбирают вспышку лампы, звуковой сигнал, реже — удар током или обонятельное воздействие. Ответное движение осуществляется рукой, ногой, вербально (фиксируется с помощью микрофона или ларингофона). Иногда регистрируется ответ в виде реакции ЭЭГ, ВП, КГР, ЭКГ, дыхания и т.п.
3. Реакция выбора (дизъюнктивная реакция). Это более сложная реакция. В данном случае испытуемый находится в ситуации выбора, ибо число возможных стимулов здесь больше, чем один, и он должен реагировать только на заранее заданный сигнал и не реагировать на все остальные. Задачу можно усложнить, предлагая испытуемому в ответ на один сигнал нажимать на одну кнопку, а в ответ на другой — на другую и т.д. Сигналы могут отличаться цветом, яркостью, формой, громкостью.
4. Реакция на движущийся объект. Здесь испытуемый должен реагировать на видимое пространственное совмещение двух или нескольких движущихся объектов. При этом реакции могут быть трех типов: точное ответное действие, опережающая реакция и запаздывающая реакция.
5. Измерение максимальной частоты движений (теппинг-тест). Для регистрации частоты движений можно использовать несложную аппаратуру: телеграфный ключ, электрическую кнопку или микропереключатель, движущуюся ленту самописца. В качестве такого прибора можно использовать тремометр. При отсутствии регистрирующей аппаратуры можно пользоваться графическим способом регистрации максимального темпа движений. Для этого испытуемый должен карандашом или ручкой поставить на листе бумаги как можно больше точек за определенный период времени (10-15 с).
6. Электромиография (ЭМГ) — это регистрация биоэлектрической активности мышц. Обычно регистрация проводится с помощью электромиографа или электроэнцефалографа (полиграфа), имеющих специальный вход для ЭМГ. Последняя отводится с подкожных электродов или с поверхности кожи. ЭМГ позволяет наблюдать спонтанную мышечную активность, а также вызванную тактильной или электрической стимуляцией кожи, мышц, спинного или головного мозга. Возможно отведение как суммарной активности, так и биопотенциалов отдельных мышечных волокон. Для характеристики работы мышц в целом пользуются интерференционной ЭМГ, отводимой поверхностными электродами. Интерференционная ЭМГ отражает суммарную активность группы мышечных волокон. Частота и амплитуда ЭМГ значительно варьируют как при различных формах двигательной активности, так и при различных функциональных состояниях двигательного аппарата. Максимальная частота мышечных токов, получаемая при записи ЭМГ, достигает 200-500 Гц (по некоторым данным, до 10 кГц) при амплитуде до 5-10 мВ. При обработке ЭМГ оценивают временные ее характеристики, амплитудные, спектральные, определяется площадь под кривой ЭМГ, дисперсия мгновенных значений амплитуд и т.п.
Занятие 11. Оценка состояния индивида и его индивидуальных особенностей по совокупности показателей
Для того, чтобы получить достаточно полное представление об испытуемом, нужно сопоставить между собой информацию, полученную разными методами. Но здесь возникает проблема сравнимости показателей, ибо для их оценки используются разные единицы измерения, параметры отличаются по диапазону колебания признаков, периоду их изменения и т.п.
Один из способов преодоления таких трудностей — применение шкальных оценок, которые делают показатели сравнимыми между собой. Для получения шкальных оценок сначала накапливается эмпирический материал. На основе этих данных строится эмпирическое распределение, которое с помощью определенной математической процедуры преобразуется в нормальное. Получив нормальное распределение, можно строить шкальные оценки, для чего весь размах вариационного ряда делится на нужное число классов путем использования стандартного отклонения (сигмы). Ниже приведены шкальные оценки некоторых из описанных в данной работе показателей. Использована 20-балльная шкала. Средние показатели по любому параметру соответствуют 10 баллам.
Рекомендуемая литература
ПСИХОДИАГНОСТИЧЕСКИЕ методы (в комплексном лонгитюдном исследовании студентов)./Под. ред А.А.Бодалева, М.Д.Дворяшиной, И.М.Палея. Л., 1976.
ПРАКТИКУМ по общей и экспериментальной психологии/Под ред.А.А.Крылова. Л., 1987.
ЭРГОНОМИКА/Под ред.А.А.Крылова,Г.В.Суходольского. Л., 1988.
ИЛЬИН Е.П. Методические указания к практикуму по психофизиологии (изучение психомоторики). Л., 1981.
Приложение
Таблица A. Шкальные оценки
Таблица B. Шкальные оценки
Таблица C. Шкальные оценки
Таблица D. Шкальные оценки
Таблица E. Шкальные оценки
С О Д Е Р Ж А Н И Е
Занятие 1. Методы исследования в психологии и психофизиологии....... 1
Занятие 2. Техническое оснащение психофизиологического исследования 3
Занятие 3. Регистрация фоновой электроэнцефалограммы. Визуальный качественный анализ ЭЭГ. Подсчет индексов 4
Занятие 4. Обработка ЭЭГ методами корреляционного анализа. Освоение метода синхронизационно-десинхронизационной реактивности. Пробы на усвоение ритма. Оценка ориентировочной реакции. Проба на гипервентиляцию легких 5
Занятие 5. Регистрация вызванных потенциалов........................................... 9
Занятие 6. Регистрация кожно-гальванической реакции (КГР) .............. 10
Занятие 7. Исследование деятельности сердечно-сосудистой системы 11
Занятие 8. Исследование деятельности дыхательной системы............... 13
Занятие 9. Методы изучения координации движений................................ 15
Занятие 10. Изучение скоростно-силовых параметров движений.......... 16
Занятие 11. Оценка состояния индивида и его индивидуальных особенностей по совокупности показателей 18
Приложение............................................................................................................. 19