Техническое оснащение психофизиологического исследования. Некоторые сведения по электрографии. Обработка результатов измерения

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.

Имеется ряд необходимых сведений чисто технического характера, с которыми следует ознакомиться до начала исследования. Они сведены в тему, которая называется электрографией.

1. Масштабирование. Калибровка и измерение амплитуды. Отметка времени. Поскольку в электрофизиологии записываются колебания электрических потенциалов, то их амплитуды выражаются в единицах напряжения – милливольтах (1 мВ = 10^-3 В) или микровольтах (1 мкВ = 10^-6 В). Масштаб напряжения устанавливается посредством калибровки. Для этого на вход усилителей регистрирующего устройства вместо источника биопотенциалов подается эталонное напряжение точно заданной величины и полярности от специального калибратора. Обычно калибрующая посылка дается в виде прямоугольного импульса постоянного тока 25 – 100 мкВ для ЭЭГ и 1 мВ для ЭКГ. Усилители переменного тока превращают эту посылку в два остроконечных выброса, направленных в разные стороны. По традиции в электрофизиологии принято отрицательные колебания записывать вверх (иные случаи оговариваются). Поэтому калибровка подается так, чтобы это правило соблюдалось. Из-за нерегулярного характера кривой трудно измерять амплитуду сигнала, например ЭЭГ, так как это делается в физике (где колебания имеют вид гармонической кривой), т. е. найти максимальное отклонение от средней линии в одну сторону. Поэтому принято определять размах колебаний от пика до пика (от верхней точки перегиба до нижней точки перегиба).

Вид кривой зависит от скорости протяжки ленты, на которую пишется процесс, т. е. от временной развертки. Чтобы получить временную координату, обычно подается на ту же ленту отметка времени в виде отклонения пера. Расстояние между временными отметками обычно равно одной секунде. Отметка времени может и не подаваться, если скорость прокрутки ленты жестко фиксирована, или применяется специальная диаграммная бумага (как в некоторых типах кардиографов). Временной масштаб может задаваться и другим способом, но всегда должен быть указан, как и амплитудный масштаб. В противном случае не будет соблюдено основное требование любого экспериментального исследования — его воспроизводимость.

Временной и амплитудный масштаб обычно указываются на записях в виде изображения прямого угла, причем вертикальная его сторона соответствует масштабу амплитуды, а горизонтальная — масштабу времени.

2. Способы отведения потенциалов. Существует 2основных способа отведения потенциалов: монополярное и биполярное.

Мононолярное отведение. Монополярным (референтным или униполярным) называется такое, когда при регистрации на многоканальной установке один из двух электродов, подключаемых на каждый канал, является общим для всех каналов. Обычно этот электрод, называемый индифферентным, подключаютна мочку уха, переносицу, под­бородок, щеку, сосцевидный отросток. Считается, что его потенцииал равен 0.Но, строго говоря, такой точки на теле нет, поэтому принимается менее сильное условие: изменение потенциала под индифферентным электродом не должно быть связанным с изменением потенциала под активным. Считается, что монополярное отведение является более точным в отношении локализации регистрируемых процессов, но такое отведение более чувствительно к появлению артефактов.

Биполярное отведение. Этотакое отведение, при котором на каждый канал подключаются два электрода, установленных на активных точках поверхности тела. Строго говоря, любое отведение является би­полярным, поскольку на черепе (при регистрации ЭЭГ или ВП) нет такой точки, куда бы не передавалась колебания электрических потенциалов мозга, но в некоторых пунктах головы они проявляются слабее. Как уже говорилось, биполярное отведение предполагает подключение на каждый канал регистрации двух различных электродов, расположенных на актив­ных точках. В этом случаеможно быть уверенным, что зарегистрированная активность действительно наблюдается в зоне указанных электро­дов или поблизости от них. Это не означает, что активность более от­даленных точек не сказывается, но она ослаблена промежуточным сопро­тивлением тканей, и поэтому местная активность выступает особенно ярко. Вместе с тем в результаты вносится известная неопределенность, так как при одной паре электродов невозможно установить, за счет кото­рого из них можно отнести то или иное колебание.

Монтажи. Комбинированное отведение цепочкой. Этот способ отведения заключается в том, что при наличии нескольких электродов пары для отведения составляются таким образом, что второй электрод из одной пары входит в качестве первого электрода в дру­гую пару, а вторым электродом в этой 2-й паре является уже третий электрод, и т. д. Существуют и другие схемы (монтажи) подключения электродов. Чаще всего они используются в клинической ЭЭГ.

3. Артефакты. Все помехи, возникающие при регистрации, можно условно разделить на две группы: физические (технические) и биологические.

Физические артефакты. 1. Поляризационные и концентрационные потенциалы. Между электродами на коже черепа постоянно существует небольшая элек­тродвижущая сила, обусловленная слабой разницей в поляризации и раз­личиями в ионных концентрациях в жидкостях тканей и применяемых электролитов. Здесь возникает своеобразная автоколебательная система. Эти ЭДС являются помехами. 2. Артефакты от движения электродов. Их появление связано с неудачной постановкой электродов или организацией исследования. 3. Плохое хлорирование электродовможет привести к возникновению вы­соких медленных потенциалов. 4. Фотоэлектрический эффект. Серебряные или посеребренные электроды изменяют свое сопротивле­ние при освещении. Если в качестве стимула испытуемому предъявляет­ся мелькающийсвет, то наблюдаемый эффект навязывания ритма может иметь физическую, ане физиологическую природу. 5. Сетевые наводки. Их появление можно связать с двумя группами причин: плохой контакт в разных частях цепи и внешние электромагнитные поля, возникающие в разных приборах. Плохие контакты могут быть между кожей и электродом, между электродом и «крокодилом» на одном конце отводящего потенциал провода, между штеккером на другом конце этого же отводящего провода и гнездом на распределительной колодке, в селекторах и других переключателях прибора регистрации. Влияние внешних электромагнитных полей начинает сказываться, если произошла поломка проводников, или даже некоторых жил в отводящем проводе, если в приборе плохие сглаживающие фильтры, если произведена плохая экранировка проводови камеры. Источниками сетевых наводок могут быть также случайные про­вода, оказавшиеся в камере, провода, обеспечивающие связь или пода­чу раздражения. Иногда наводка появляется из-за снятого кожуха прибора или задней стенки. Наводки появляются в случае плохогозаземления прибора и испытуемого. Если по условиям эксперимента требу­ется применение нескольких приборов, то очень часто они начинают влиять другна друга. Может иметь значение даже то обстоятельство, что все они заземлены в одной точке, или в нескольких, или если все они выходят на одну и ту же шину, и т. п.

Биологические артефакты. 1. Появление КГР. Поскольку электроды расположены на поверхности кожи, то кроме ЭЭГ или ЭКГ приборможет зарегистрировать и изменение кожного потенциала. Особенно часто КГР появляется у тревожных испытуемых, чрезмерно эмоциональных. Для того чтобы избавиться от такого артефакта, нужно дать возможность испытуемому успокоиться, необ­ходимо разъяснить ему условия в особенности эксперимента, насколько это возможно для того, чтобы угасить ориентировку. Обычно через несколько минут после начала эксперимента КГР исчезает. 2. Артефакты от движения глаз. Этот тип артефактов также связан с по­явлением у испытуемогоориентировочной реакции, и поведение экспе­риментатора должно бытьнаправлено на то, чтобыэта ориентировка как можнобыстрее угасла. 3. Движения кожи головы. Это приводит к смещению электродов и появлению артефактов. Чаще всего такие артефакты также появляются у тревожных испытуемых, а также после слишком длительного эксперимента. 4. Сжатие челюстей также приводит к появлению артефакта, но уже в виде электромиограммы. Артефакты может вызвать улыбка, речь, смех испытуемого. Поведение экспериментатора аналогично описанному выше. 5. Напряжение мышц шеи или всего тела: источник миограммы. Появление таких артефактов связано с неудобной позой испытуемого, а также может свидетельствовать о его эмоциональном напряжении. 6. Если электрод случайно попал на кровеносный сосуд или он слишком сильно прижат к голове, то на ЭЭГ может регистрироваться ЭКГ. 8. На ЭЭГ иногда наблюдаются медленные волны втакт с биением серд­ца, что связывают с циркуляцией тканевой жидкости в крови. 9. Дыхательные волны могут появиться в ЭЭГ и служить артефактом. Их появление связано скорее всего с заболеванием испытуемого, например простудным. При дыхании происходит смещение электродов, что также может служить источником помех.

Техника безопасности. При проведения исследования очень важно следить за соблюдением техники безопасности, особенно если проводится массовое обследование, при котором труднее уследить за поведением испытуемых Исследование всегда следует проводитьна исправном и заземленном приборе. Особен­но следует быть осторожным при использовании самодельных приборов. При использовании агрегатов, состоящихиз нескольких приборов, возможно появление непредвиденных цепочек связей между приборами, что может привести к поражению испытуемого, поэтому экспериментатор и инженер должны до начала эксперимента тщательно «просчитать» все возможные комбинации приборов. Все ненужные приборы для конкретного исследования должны быть отключены, а посторонние лица — удалены из помещения, где находится испытуемый или экспериментатор. Эксперимен­татор работает по заранее составленной программе, где должны бытьучтены всенюансы предстоящего исследования. В лаборатории должен быть журнал, где отмечаются все проводимые на приборах исследования, а также профилактические и ремонтные мероприятия. Приборы должны своевременно проходить метрологическую поверку.

4. Надежность измерения. Во многих науках, в том числе и в психологии, основным способом получения информации является измерение, т. е. экспериментальное опре­деление значений различных величин.

Измеренное значение Х_изм величины X всегда отличается от ее ис­тинного, значения X_ист. Ошибкой измерения (или точнее ошибкой, содержащейся в значении Х _изм) называется разность

δ X = Х_изм — X_ист.

Признание того факта, что результат эксперимента всегда содержит ошибку, ведет к двум правилам, неукоснительное соблюдение которых лежит в основе профессиональной культуры каждого исследователя.

Первое правило. Численное значение полученной из экспериментальной величины должно обязательно сопровождаться указанием вeличины возможной ошибки. Без такой информации о точности измерения его результат бесполезен.

Второе правило. Единичные измерения недопустимы. Всякое измерение должно проверяться многократным повторением.

Задача, которую решает экспериментатор, повторяя наблюдения, сущест­венно отличается от той, которую решает кассир, повторно пересчитывая деньги. В случае кассира речь идет о простом подтверждении или опровержении полученного результата. В научных и технических измерениях даже при неизменных условиях опыта результаты наблюдений разные — имеется разброс данных. Еще больший разброс получается при проведении опыта в изменяющихся условиях. Возникает он потому, что в отдельных наблюдениях ошибки, вообще говоря, принимают различные значения. Многократные наблюдения помогают оценить его точ­ность. Неизбежное существование ошибок измерений на первый взгляд делает невозможным установление точных количественных отношений в природе, нo это не так. Количественные соотношения могут быть установлены, если ошибки, в свою очередь, будут охарактеризованы количественно. Это можно сделать разными способами, например указать верхний предел абсолютного значения возможной ошибки:

│ δ X │ ≤ ΔX

Этот предел ΔX называют погрешностью измерения, или погрешностью измеренного значения величины X.

Итак, результат измерения указывается вместе с погрешностью:

X = Х _изм ± ΔX

Эту запись следует понимать как неравенство:

Х _изм — ΔX ≤ X _ист ≤ Х _изм + ΔX

Все установленные на опыте соотношения между измеряемыми величинами имеют характер подобных неравенств. Например, утверждение X =Y всегда означает в действительности, что

│X — Y │≤ Δ (X — Y)

Величина погрешности Δ Х не всегда удобна для сравнения точности измерения различных величин или для характеристики точности метода измерений. Для этих целей вводят относительную погрешность ΔX / │X│, которая позволяет определить цену ошибки. Величину ΔX называют абсолютной погрешностью. Сравним точность измерения в 1 см при измерении длины карандаша и расстояния между Москвой и Санкт-Петербургом.

Виды ошибок (погрешностей).

I. Систематические ошибки. Это факторы, действующие одинаковым образом при многократном повторении одних и тех же измерений. Примером может служить процедура взвешивания на чашечных весах с помощью неточных гирь. Если взятая нами гиря имеет погрешность 0,1 г, то масса тела в 1000 г будет завышенной (заниженной) на эту величину, и чтобы найти верное значение, необходимо учесть эту погрешность, прибавив (отняв) к полученной массе 0,1 г.

При проведении измерений одной из основных должна быть забота об учете и исключении систематических погрешностей, которые в ряде случаев бывают так велики, что совершенно искажают результаты изме­рений.

Виды систематических погрешностей.

1) Погрешности, природа которых нам известна, и их значение может быть достаточно точно определено. Taкиe погрешности устраняются введением соответствующих поправок.

2) Погрешности известного происхождения, но неизвестной величины. К их числу относится погрешность измерительных приборов. Она оценивается путем сравнения показаний данного прибора с показаниями более точного. Результат поверки приводится либо в специальном паспорте прибора, либо указанием класса точности, который определяется ГОСТом. Класс точности электроизмерительных приборов и манометров обозначается числом, указывающим максимальную погрешность прибора в процентах от его верхнего предела измерений.

3) Погрешность, о существовании которой мы не подозреваем. Чаще всего такие погрешности появляются при сложных измерениях,

и иногда бывает, что какая-нибудь величина, которая считается определенной с точностью, например, 50 – I00, в действительности оказывается в 2 раза больше измеренного значения. Так, например, если мы захотим измерить плотность какого-то металла и для этого определим объем и массу образца, то совершим ошибку, если измеряемый образец содержал внутри пустоты, например пузыри воздуха, попавшие при отливке. Как видно, источником систематической ошибки здесь является машина, а точнее — применяемый метод отливки.

4) Погрешности, обусловленные объектом измерения. Допустим, мы измеряем площадь сечения цилиндра, который мы считаем круглым, но в действительности он имеет овальное сечение. Если мы будем ориентироваться по большему диаметру, то мы завысим экспериментальную величину, а если по меньшему, то мы ее занизим. Измерив ряд диаметров и взяв среднее из полученных значений, можно определить число, лучше характеризующее размер цилиндра. Если же измерять только один диаметр и считать цилиндр круглым, то вычисленное по этим измерениям значение будет содержать систематическую погрешность, определяемую степенью овальности цилиндра и выбранным для измерения диаметром.

Много ошибок содержит сама процедура измерения.

5) Личные ошибки экспериментатора. У каждого экспериментатора имеется подсознательная тенденция повторять некоторые виды ошибок, например, систематически не доводить перекрестие нитей зрительной трубы до объекта или, наоборот, проходить за объект. Для борьбы с такими тенденциями нужно стараться всячески менять условия, при которых производится каждый новый отсчет. Так, при наводке указателя на объект следует подходить к точке совпадения с разных сторон. Полезно также изменять положение руки на регуляторе, чтобы обмануть мышечную память.

6) Параллактическая ошибка. Если указатель прибора находится не в плоскости шкалы, то отсчет будет зависеть от по­ложения глаза наблюдателя. Это явление называется параллаксом, а возникающая ошибка отсчитывания — параллактической. Для уменьшения параллактической ошибки точные приборы снабжают зеркальной шкалой: шкала либо непосредственно наносится на поверхность зеркала, либо зеркало помещают вблизи шкалы. При отсчете глаз помещают так, чтобы стрелка-указатель казалась совпадающей со своим отражением и «резала» пополам изображение зрачка глаза в зеркале.

7) Ошибка места нуля. Это очень распространенный вид ошибок. Начиная и заканчивая измерения с любым прибором, следует проверить, равны ли нулю его показания при равном нулю значении измеряемой величины (при отсутствии сигнала). Большинство приборов имеет устройство для корректировки места нуля. Слишком частая корректировка может быть вредна для прибора, и в учебной лаборатории студенты могут вы­полнять ее только с разрешения преподавателя или лаборан­та. Если корректировка невозможна или нежелательна или если не удается полностью устранить смещение нуля, то следует определить нулевой отсчет и в дальнейшем вводить соответствующую поправку в измерения. Погрешность определе­ния места нуля должна учитываться при вычислении погрешности измерений.

8) Ошибки, связанные с дрейфом. Систематические ошибки, изменяющиеся во времени, могут появиться вследствие дрейфа — медленного монотонного изменения какой-либо величины со временем. Могут изменяться, например, положение нуля или чувствительность прибора, внутреннее сопротивление источника тока, температура, атмосферное давление и т. д.. Для выявления ошибок, связанных с дрейфом, необходимо тщательно контролировать постоянство условий проведения опыта. В частности, следует проверять калибровку приборов, проводя калибровочные и рабочие отсчеты попеременно. В конце измерений полезно провести хотя бы одно измерение в тех же условиях, что и первое, и проверить, совпадут ли результаты.

9) Свободный ход винтов. Во многих приборах (микрометрах, измерительных микроскопах, катетометрах и т. п.) используется микрометрический винт. Он представляет собой особо тщательно изготовленный винт с известным шагом (расстоя­нием между витками). Головка винта представляет собой лимб или барабан с делениями, позволяющими отсчитывать углы поворота. Если шаг винта равен l, а головка разделена на n частей, то поворот на одно деление соответствует продольному перемещению l/n. При работе с микрометрическими винтами нужно иметь в виду, что винты всегда имеют свободный ход. Поэтому при измерении необходимо все время подводить указатель к измеряемому объекту (или объектам) с одной и той же сторо­ны. Проводя повторные измерения, следует отодвигать винт назад на расстояние, превышающее свободный ход, и затем вновь подводить его с той же стороны. Разумеется, полезно повторять измерения и при обратном направлении вращения винта; отсчеты будут другие, однако разность отсчетов, получающихся при наведении на разные точки объекта, сохранится.

10) Ошибки асимметрии. Один из распространенных приемов, позволяющих выявить и уничтожить систематическую ошибку, состоит в том, что если в аппаратуре имеется какая-либо симметрия, так что перестановка двух ее частей не должна влиять на результат измерения, нужно сделать такую перестановку и усреднить полученные результаты. Таким способом можно уничтожить некоторые ошибки, связанные с неточностью изготовления приборов, перекосом отдельных частей установки, возникновением ЭДС в электрических цепях и т. п. Если плечи рычажных весов, например, имеют неодинаковую длину, то это приводит к появлению систематической ошибки. Один из способов ее устранения состоит в том, что тело взвешивают дважды, помещая его один раз на левую, а второй — на правую чашку весов, и усредняют результаты взвешивания.

11) Геометрическое искажение. При измерении амплитуды отклонения пера самописца от нулевой линии возникает ошибка, связанная с тем, что перо движется сверху вниз не вертикально, а по окружности. Чтобы учесть такое искажение, надо пользоваться либо специальной линейкой, где шкала изогнута в соответствии с радиусом кривизны перемещения пера, либо вводить поправку.

II. Случайные ошибки. Вызываются неконтролируемыми, изменяющимися от опыта к опыту причинами. Они появляется при совместном действии очень большого числа независимых причин, каждая из которых оказывает ничтожно малое влияние на результат измерения, так что только в совокупности эти причины дают заметный эффект. При этом каждая из влияющих величин может изменяться закономерным образом, но эти законы для разных величин различны, так что суммарная ошибка будет изменяться совершенно хаотически.

Случайные ошибки по самой своей природе не могут быть исправлены введением поправок. Значение, которое принимает случайная ошибка δ X_случ, в каждом конкретном измерении непредсказуемо ни на основании теоретических соображений, ни на основании данных других экспериментов. Это не значит, однако, что переменная δ X_случ не подчиняется никакой закономерности. Законы ее изменения носят особый, статистический характер, и их можно изучать экспериментально, про­водя многократные измерения.

Если произвести ряд измерений и взять среднее арифметическое из них, то случайная погрешность этого среднего будет меньше погрешности единичного измерения. Для уменьшения случайной погрешности следует произвести не одно, а ряд измерений, тем больший, чем меньшую величину случайной погрешности мы хотим получить. Очевидно нет смысла производить измерений больше, чем это необходимо, чтобы систематическая погрешность существенно превышала случайную.

III. Связь систематических и случайных ошибок. Можно перевести систематическую погрешность в случайную, организовав измерение таким образом, что постоянный фактор, влияющий на результат измерения, в каждом из этих измерений действует разным образом, т. е. результат его действий носит случайный хаpaктер. Этот прием превращения систематических погрешностей в случайные носит название рандомизации. Он позволяет практически исключить многие неизвестные систематические погрешности. Если мы для определения урожайности поля соберем урожай с какого-либо участка, а затем помножим результат на отношение площадей поля и контрольного участка, то полученный таким образом общий урожай может быть искажен систематической погрешностью, связанной с тем, что плодородность почвы на поле меняется от одного края к другому. Чтобы этого избежать, можно разбить поле на ряд малых квадратов одинаковой площади, перенумеровать их и отобрать для измерения ряд участков случайным образом, например, записав номера участков на бумажках, вытягивать их как в лотерее. Так мы переведем систематическую погрешность, обусловленную различием в урожайности разных частей поля, в случайную.

IV. Правила округления при вычислениях. Число значащих цифр в любом результате однозначно определяется его относительной погрешностью. Обратно, по числу цифр можно приближенно судить об относительной погрешности. Произведение (частное), как правило, не может быть записано с бóльшим числом цифр, чем наименее точно известный сомножитель (не всегда: числа 99±1 и 101±1 имеют разное число знаков, но одинаковую относительную погрешность).Чтобы сам процесс вычисления не вносил дополнительной ошибки, следует вести вычисления счислом цифр на единицу больше, чем в самом неточном из исходных данных. Вычислять следующие цифры вредно (не только потому, что это бесполезная трата сил и времени, но и потому, что при увеличении числа цифр резко возрастает вероятность вычислительной ошибки). Вычислительный прибор должен соответствовать классу точности вычисления.

Рекомендуемая литература

1. Основы психофизиологии./ Ред. Ю.И Александров. М.,1997, 2001.

2. Методы исследований в психофизиологии. / Ред. А.С. Батуев С-Пб, 1994.

3. Данилова Н.Н. Психофизиология. М., 1998, 2004.

4. Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин. Л., 1985.

5. Кратин Ю.Г., Гусельников В.И. Техника и методики электроэнцефалографии. Л., 1971.

6. Марютина Т.М., Ермолаев О.Ю. Введение в психофизиологию. М., 2001, 2004.

7. Соловьев В.А., Яхонтова В.Е. Элементарные методы обработки результатов измерений. Л., 1977.

8. Хессет Дж. Введение в психофизиологию. М.,1981.

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 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 каждых комбинаций, 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 следующим формулам:

,

,

а также период L_T, частота f_T:

где t — шаг квантования, равный в нашем случае 0,025 с (25 мс), а T — эпоха анализа, равная 5 с.

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 (T = 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. При наличии компьютера можно воспользоваться инженерным калькулятором, не забыв «включить» радианы. 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 К_з/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 К_з/о.

Метод предложен В.А. Адамовичем в 1956 г. По данным самого автора, в норме в фоне К_з/о изменяется от 1 до 10. Некоторые исследователи считают, что К_з/о может изменяться до 100–120. Наши данные, приведенные в таблицах, 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 первой-второй 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

1. Основы психофизиологии. /Ред. Ю.И. Александров М.,1997, 2001.

2. Методы исследований в психофизиологии. / Ред. А.С. Батуев СПб,

1994.

3. Генкин А.А., Медведев В.И. Прогнозирование психофизиологических

состояний. Л.,1973

4. Гусельников В.И. Электрофизиология головного мозга. М., 1976.

5. Данилова Н.Н. Психофизиология. М.,1998,2004.

6. Поворинский А.Г., Заболотных В.А. Пособие по клинической электроэнцефалографии. Л., 1987.

7. Русинов В.С. Биопотенциалы мозга человека: Математический ана-

лиз. М., 1987.

Занятие 5.