Бауманн Урс, Перре Майнрад. Клиническая психология.

В данной главе содержатся: введение в нейрофизиологические основы возникновения измеряемой активности головного мозга, обзор методов регистрации этой активности, а также результаты и представления об элементарных нейрофизиологических процессах, лежащих в основе психической деятельности. В заключение на примерах из клинической психологии обсуждаются информативность и границы этих измерений и методов применительно к исследованию психопатологии и этиологии психических расстройств.

2. Нейрофизиологические основы возникновения измеряемой активности мозга

Психические процессы в основном приписываются функциям коры головного мозга. Передача и обработка информации у человека протекает примерно в 109-1010 нейронах. Помимо этого, столько же глиальных клеток берут на себя задачу обеспечения и опоры и поддерживают локальную биохимическую среду. В одно время одна нервная клетка может получать информацию от 100-1000 других нервных клеток, а при активации передает информацию дальше еще на 5-10 тысяч клеток. Число контактов между двумя нейронами, называемых синапсами, составляет часто 7000-8000. Что касается количественных параметров подключения (Braitenberg & Schüz, 1991) — например, количество синапсов на нейрон, число синапсов на аксон (180/мм), длина аксона на нейрон (4 см) или длина всех аксонов на одном мм3 (4,1 км) или просто распределение разных типов клеток в различных областях коры, — то оказывается, что различные области качественно не различаются в отношении своей архитектуры. Распределение и автокорреляция расстояний, скорее, выглядят так, «как будто синапсы дождем просыпались на аксон». Если не считать макроскопических пучков волокон, которые устанавливают дальнюю связь, то кажется, будто установление соединений между нейронами имеет стохастическую природу. Длину всех дендритов на нейрон можно оценить примерно в 3-5 мм, или 400 м/(мм3 коры). Соответственно на один мм дендрита приходится примерно 2 синапса. Под электронным микроскопом после окрашивания можно различить два вида синапсов: синапсы I типа считаются возбуждающими, синапсы II типа (максимум 10% всех синапсов) — тормозными. Три четверти всех синапсов (и 85% синапсов I типа) находятся в спинном мозге. Даже если в коре головного мозга и можно выделить разные типы нейронов, все же этот «смешанный лес» обнаруживает очень похожий состав, поэтому напрашивается предположение, что как схема и закономерности обработки, так и генерирование электромагнитных феноменов в различных областях коры головного мозга тоже сходны.
Часто нервные клетки в мозгу синхронно продуцируют равнонаправленную электрическую активность (фундаментальные знания о передаче импульса можно почерпнуть в соответствующей специальной литературе по биологической психологии, например, Schmidt & Thews, 1996, Birbaumer & Schmidt, 1996). В результате возникает электрический ток, который идет по внеклеточному пространству и, распространяясь вперед, вызывает деполяризацию перехвата Ранвье данного аксона, этот ток можно определить на поверхности тела, например, с помощью электрокардиограммы (ЭКГ) или электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Электрический ток течет в дендритах — от синапсов (возбужденный) или к ним (тормозной). Любой электрический ток или любое перемещение электрических зарядов создает магнитное поле. Если какой-то импульс поступает ко многим возбуждающим синапсам в области апикальных дендритов, то поблизости от поверхности коры может появляться «негативная волна». Внутриклеточно возникший ток от дендритов к телу нейрона продуцирует магнитное поле, которое можно обнаружить соответственно чувствительными детекторами в МЭГ (магнитоэнцефалограмме).
Сенсорные входные волокна в кору составляют у человека примерно 1/1000 всех кортикальных нейронов; следовательно, подавляющее большинство нейронов — это промежуточные нейроны. Таким образом, каждый сенсорный сигнал, достигающий коры, разветвляется по многим нейронам, пока это не приведет к моторному поведению, доступному наблюдению. Результат в гораздо большей степени определяется функциональным статусом этой сети в определенный момент, чем сенсорным входом.

3. Методы регистрации процессов в мозге

Самый старый и наиболее часто используемый метод отображения активности мозга заключается в измерении электромагнитного поля, производимого мозгом в пространстве и во времени. Электрическая и магнитная составляющие мозговой активности регистрируются электроэнцефалографией (ЭЭГ) и магнитоэнцефалографией (МЭГ). Ганс Бергер, изобретатель электроэнцефалографии (ЭЭГ) ввел обозначение «электроэнцефалограмма». Долгое время пользовались «стандартным отведением» ЭЭГ из всех или нескольких выбранных измерительных точек, которые Яспер в 1958 г. определил в так называемой «системе 10-20» (электроды устанавливаются с шагом в 10 или 20% интервалов между анатомическими маркерами, например между корнем носа и затылочной костью). Между тем все больше признается, что специфические выводы по поводу кортикальной репрезентации когнитивных и регулирующих поведение процессов можно получить только на основе более точной локализации активности, применяя возможно большее число измерительных щупов, конкретно зависящее от специфики экспериментальных условий. В ЭЭГ регистрируется электрическое напряжение, то есть разница потенциалов между двумя электродами. Топография любого измеряемого ландшафта не зависит от того, с какого уровня («высота над уровнем моря или озера») он был определен. Из ландшафта потенциалов можно (через второе отведение по пространственным координатам) вычислить, в каких точках токи выходят из черепа и в каких — входят. Анализ плотности этих источников тока (CSD, Current source density) дает первое указание на то, что под ними лежат активные области. Еще больше информации дает отображение распределения потенциалов на оболочках мозга внутри черепа (Junghöfer, Elbert, Leiderer, Rockstroh & Berg, 1996). Если же ЭЭГ снималась только от немногих точек (электродов) на поверхности черепа, то очень мало что можно сказать об источниках электрической активности. (Более подробное описание физических принципов записи и анализа ЭЭГ, а также возможных источников артефактов и контроля за ними см., например: Rockstroh, Elbert, Canavan, Lutzenberger & Birbaumer, 1989; о разных частотных диапазонах в ЭЭГ см: Birbaumer & Schmidt, 1996.)
В плане прояснения психических процессов многого ожидают от регистрации вызванных потенциалов (ВП). При этом речь идет о колебаниях потенциала, которые систематически и достоверно возникают до, во время и после действия какого-то (внутреннего или внешнего) раздражителя или какой-то моторной либо когнитивной реакции (Elbert, 1992). Поскольку амплитуды ВП (1—30 mV) обычно меньше, чем амплитуды спонтанной ЭЭГ (до 30—50 mV), то при однократной регистрации они перекрываются спонтанной ЭЭГ, и поэтому их едва можно распознать. Тем не менее благодаря своей интраиндивидуальной надежности при повторном высвобождении эти ответы на раздражители выступают все более отчетливо, в то время как случайные колебания спонтанной ЭЭГ при наложении ослабляются или ликвидируются. ВП, экстрагированные с помощью усреднения, определяются как компоненты по их параметрам латентности к разрешающему раздражителю и полярности («N» для отрицательных полуволн, «P» для положительных полуволн); плюс к этому по характерным максимумам амплитуды в конкретных областях мозга определяются отдельные компоненты.
Магнитоэнцефалография (МЭГ). В 1964 г. Ламбе (Lambe) и сотрудники сконструировали первый SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), который основан на кванто-механическом прерывании электрического тока внешними магнитными полями (эффект Josephson) и который дал возможность измерить такие слабые сигналы, как биомагнитная активность мозга. Амплитуда МЭГ — примерно 1 рТ (10-12 тесла) — почти на восемь порядков ниже амплитуды магнитного поля Земли (70 μT), а амплитуда кортикальных магнитных полей, вызванных сенсорными раздражителями, — ниже еще на один порядок (несколько 100 fT, или 10-13 тесла). МЭГ-измерение осуществляется неинвазивно и бесконтактно. Однако, для того чтобы измерить слабые магнитные поля, требуется высокий аппаратурный уровень измерительной техники (детали см. Hoke, 1988; Hari & Lounasmaa, 1989). Ввиду высоких методических требований МЭГ, возможно, и не приписывалось бы такого научного и клинического значения, не обладай она существенными преимуществами по сравнению с измерением биоэлектрических потенциалов. Пожалуй, решающим здесь является то, что составляющие магнитного поля, расположенные перпендикулярно к поверхности тела, вызываются главным образом только внутриклеточными токами, в то время как распределение электрических потенциалов на поверхности тела вызывается объемными токами и может измеряться довольно далеко от источника. Это означает, что распределение магнитного поля, вызванное определенным источником на поверхности тела, существенно меньше искажается влияниями от отдаленных источников, как это происходит в случае распределения электрического потенциала. Добавим к этому, что ткани тела для биомагнитных полей практически прозрачны, то есть пронизываются ими без искажения. Объемные токи, наоборот, при распространении их в тканях тела довольно сильно искажаются, потому что некоторые ткани тела, например мышечная, анизотропны и различные ткани обладают разной проводимостью. Из этого следует, что посредством биомагнитных измерений — при определенных предпосылках — происхождение базовой биологической активности можно определить с лучшим пространственным разрешением (до нескольких мм), чем это возможно при измерениях электрических потенциалов. В особенности это относится к фокальным источникам, которые вызываются в корковых отделах сенсорных систем больших полушарий мозга раздражениями органов чувств. Точность локализации «эквивалентного токового диполя» составляет здесь 2—3 мм, и таким образом, существенно больше, чем точность томографических методов, таких как PET' или SPECT.