Бодрствование - нейрофизиологический процесс человека
Содержание
1. Введение
2. Бодрствование
3. ЭЭГ исследования
4. Период бодрствования на разных возрастных этапах
5. Подходы к определению функциональных состояний
6. Блок регуляции тонуса и бодрствования
7. Нейро- и психофизиологические механизмы регуляции бодрствования
8. Регуляция функциональных состояний на уровне целого мозга
9. Заключение
10. Список литературы
1. Введение
Значительные колебания уровня жизненной активности человека (спокойное или напряженное бодрствование, сон и др.) представляют собой нейрофизиологические процессы психических механизмов. Центральным составляющим процессов, является функциональное состояние (ФС). Это понятие широко используется в физиологии, психологии, эргономике (науке, комплексно изучающей трудовую деятельность людей и условия ее протекания). Поэтому знание физиологических механизмов, ответственных за функциональные состояния организма человека, имеет очень важное практическое значение. Тем не менее, до сих пор нет общепризнанной теории функциональных состояний, в то же время существует несколько подходов к описанию и диагностике функциональных состояний разного типа.
Психические процессы человека являются сложными функциональными системами, к ним относят: нервную систему, эндокринную. Между нервной и эндокринной системами имеет место функциональная теснейшая взаимозависимость, которая обеспечивается различными видами связей, они не локализованы в узких, ограниченных участках мозга, а осуществляются при участии сложных комплексов совместно работающих мозговых аппаратов.
С некоторым приближением к истине их можно обозначить как:
•блок, обеспечивающий регуляцию тонуса или бодрствования («энергетический» блок)
•блок получения, переработки и хранения информации, поступающей из внешнего мира
•блок программирования, регуляции и контроля психической деятельности
Психические процессы человека, в частности различные виды его сознательной деятельности, всегда протекают при участии всех трех блоков, каждый из которых играет свою роль в обеспечении психических процессов, вносит свой вклад в их осуществление.
Рассмотрим один из них – БОДРСТВОВАНИЕ.
2. Бодрствование
БОДРСТВОВАНИЕ — одно из основных функциональных состояний. Бодрствование – состояние психики, характеризующееся достаточно высоким уровнем электрической активности мозга, свойственным активному взаимодействию индивида с внешним миром. В поддержании состояния бодрствования важнейшую роль играет ретикулярная формация среднего мозга, от нейронов которой восходящие влияния идут к неспецифическим ядрам таламуса, а от них ко всем зонам коры больших полушарий. Бодрствование, обычное состояние не спящего человека, образует поле всевозможных сочетаний функций сознания – от состояния спокойного бодрствования через активное, напряженное бодрствование до выраженных аффектов. Поведенческое проявление активности нервной системы или функционального состояния человека в условиях реализации им той или иной деятельности. Бодрствование периодически сменяется сном, образуя цикл бодрствование — сон. Различают следующие уровни бодрствования: крайний уровень напряжения, активное бодрствование, спокойное бодрствование. Каждый уровень бодрствования различается комплексом вегетативных, моторных и электроэнцефалографических показателей.
Бодрствование — уровень активности мозга, достаточно высокий для активного взаимодействия организма с внешней средой — целенаправленного поведения. У человека важнейшими признаками бодрствования, являются сознание и мышление, а у животных — условно-рефлекторная деятельность. Бодрствование поддерживается тоническими восходящими влияниями ретикулярных структур среднего и промежуточного отделов мозга и лимбических образований. В свою очередь длительная активность ретикулярных и лимбических образований мозга создается благодаря собственной их активности и центростремительной импульсации, поступающей в головной мозг от внутренних органов, мышц, связок, кожи.
По степени активности различают: а) спокойное или пассивное бодрствование характеризующееся преобладанием альфа-ритмов в задних отделах неокортекса, б) активное или напряженное бодрствование, сопровождающееся блокадой альфа-ритма и появлением бета-ритма ЭЭГ. По продолжительности различают: а) устойчивое на протяжении минут бодрствования, б) переходное или фазическое — активация (внимание) или снижение до дремоты.
3. ЭЭГ исследования
бодрствование нейрофизиологический психический мозг
По данным ЭЭГ можно изучить цикл «сон и бодрствование», установить сторону поражения, расположение очага поражения, оценить эффективность проводимого лечения, наблюдать за динамикой реабилитационного процесса.
С помощью ЭЭГ получают информацию о функциональном состоянии мозга при разных уровнях сознания пациента.
Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) изменяется при изменении функционального состояния. Например, при переходе ко сну доминирующими становятся медленные колебания, а альфа-ритм исчезает. При сильном возбуждении на фоне нарушения альфа-ритма (8-12гц) выявляются резкие изменения: они проявляются в усилении медленных колебаний, иногда и бета-ритмов (15-30гц), нарушении регулярности и частоты альфа-ритма. Эти и другие изменения имеют неспецифический характер. Однако при угнетении альфа-ритма, обычно возникающем при возбуждении пациента, а также в дремотном состоянии и при неглубоком сне (первая и вторая стадии), дельта- и тета-ритм на ЭЭГ проявляются и амплитуда их может нарастать соответственно до 150 и 300 мкВ.
ЭЭГ постепенно меняется. В раннем детском возрасте на ней отражены главным образом медленные колебания, которые постепенно сменяются более частыми, и к 7 годам формируется альфа-ритм. Полностью процесс эволюции ЭЭГ завершается к 15—17 годам, приобретая к этому возрасту черты ЭЭГ взрослого человека.
4. Период бодрствования на разных возрастных этапах
С возрастом существенно изменяются не только длительность бодрствования ребенка, но и характер, его деятельности становится более разнообразный. Это способствует поддержанию активности на протяжении все более длительного времени.
Новорожденный проводит время во сне или дремотном состоянии. Постепенно из этого дремотного состояния начинают выделяться отдельные моменты, краткие периоды бодрствования. Слуховое и зрительное сосредоточение придают бодрствованию активный характер. Период бодрствования занимает у них 8 ч в сутки.
К 3-х месячному возрасту у детей обычно наблюдается трехчасовой сон, чередующийся с часовым бодрствованием, что непосредственно связано с циклом кормления.
Продолжительность периодов бодрствования в возрасте от1года до 1,5лет не должна превышать 4 – 4,5 часа.
Периоды непрерывного бодрствования в возрастной группе от 1,5 до 2 лет увеличивается до 5 – 5,5 часов.
Каждый период бодрствования в 2-3 летнем возрасте занимает 6 - 6,5 часов. Для детей, которые легко утомляются, ослабленных детей периоды бодрствования можно сократить до 5 – 5,5 часов за счет удлинения сна. Ребенок в этом возрасте уже способен на короткое время сдерживать свои действия и желания, однако по-прежнему легко возбуждается и утомляется от однообразной деятельности. Малыш может заниматься одним и тем же делом не более 20 - 30 минут. Периоды бодрствования должны состоять из рационального чередования разных видов активной деятельности ребенка.
5. Подходы к определению функциональных состояний
Нередко функциональное состояние (ФС) определяется как фоновая активность ЦНС, в условиях которой осуществляется та или иная деятельность. Однако это определение нельзя считать достаточным. Во-первых, оно носит слишком общий характер и не учитывает структурно-функциональную неоднородность ЦНС. Во-вторых, вводя в качестве критерия "условия осуществления деятельности", оно сужает круг функциональных состояний организма человека, исключая из их числа все состояния, которые непосредственно не связаны с деятельностью (например, сон или медитация). Кроме того, обобщенность этого определения не позволяет выявить основания, по которым можно проводить дифференциацию различных функциональных состояний организма.
Комплексный подход. Появление возможности множественной регистрации психофизиологических индикаторов (ЭЭГ) привело к пониманию функциональных состояний как комплекса поведенческих проявлений, сопровождающих различные аспекты человеческой деятельности и поведения. С позиций системного подхода ФС представляет собой результат динамического взаимодействия организма с внешней средой и отражает состояние "организованного" целого. По этой логике, под функциональным состоянием понимается интегральный комплекс наличных характеристик тех качеств и свойств организма человека, которые прямо или косвенно определяют его деятельность.
Итак, функциональное состояние — это системный ответ организма, обеспечивающий его адекватность требованиям деятельности. Таким образом, изменение ФС представляет собой смену одного комплекса реакций другим, причем все эти реакции взаимосвязаны между собой и обеспечивают более или менее адекватное поведение организма в окружающей среде. Эргономический подход. Сюда же примыкает эргономическое определение ФС как такого состояния организма человека, которое оценивается по результатам трудовой и профессиональной деятельности. И именно результаты подобной деятельности рассматриваются как наиболее интегральный показатель функционального состояния. При этом снижение результативности деятельности рассматривается как признак ухудшения ФС.
Согласно этой логике здесь выделяют два класса функциональных состояний:
1. состояние адекватной мобилизации, когда все системы организма работают оптимально и соответствуют требованиям деятельности;
2. состояние динамического рассогласования, при котором различные системы организма: а) не полностью обеспечивают его деятельность; б) или работают на излишне высоком уровне траты энергетических ресурсов.
В первом случае – имеется в виду "оперативный покой" — особое состояние готовности к деятельности, при котором организм человека за короткий отрезок времени способен перейти в различные формы физиологической активности для выполнения конкретной деятельности. Состояние оперативного покоя сопровождается повышением тонуса нервных центров, особенно тех, которые имеют отношение к построению движений, связанных с предполагаемыми трудовыми действиями и операциями, а также напряжением некоторых вегетативных функций.
Во втором случае – речь идет о так называемых экстремальных состояниях (реактивные, пограничные или патологические состояния).
Конечно, между состоянием оперативного покоя и экстремальными состояниями существует немало других состояний типа: утомления, теплового напряжения, водного истощения и т.п.
Психофизиологический подход к определению функциональных состояний опирается на представление о существовании модулирующих систем мозга. Согласно этому подходу акцент делается на функциональной специализации двух систем организма.
В это число входят:
ретикулярная формация ствола мозга, способная оказывать как возбуждающее, так и тормозное влияние на вышележащие отделы мозга;
лимбическая система, ответственная за эмоциональные состояния человека.
Обе модулирующие системы, будучи тесно связаны с высшими отделами коры больших полушарий, образуют особую функциональную систему, имеющую несколько уровней реагирования: физиологический, поведенческий, психологический (субъективный). В соответствии с этой логикой функциональное состояние можно рассматривать как результат активности объединенной функциональной системы.
Таким образом, в психофизиологии функциональное состояние выступает как результат взаимодействия модулирующих систем мозга и высших отделов коры больших полушарий, который определяет текущую форму жизненной активности индивида.
Уровень бодрствования является внешним проявлением активности нервных центров.
6. Блок регуляции тонуса и бодрствования
Для того чтобы обеспечивалось полноценное протекание психических процессов, человек должен находиться в состоянии бодрствования. Только в условиях оптимального бодрствования человек может:
•наилучшим образом принимать и перерабатывать информацию
•вызывать в памяти нужные избирательные системы связей
•программировать деятельность
•осуществлять контроль над деятельностью
•корригировать ошибки
•сохранять выбранную направленность деятельности
Для осуществления каждой организованной деятельности необходимость возникновения такого оптимального состояния мозговой коры, когда нервные процессы характеризуются известной:
•концентрированностью
•уравновешенностью возбуждения и торможения
•высокой подвижностью, позволяющей с легкостью переходить от одной деятельности к другой.
Был установлен тот факт, что аппараты, обеспечивающие и регулирующие тонус коры, находятся не в самой коре, а в лежащих ниже стволовых и подкорковых отделах мозга и что эти аппараты находятся в двойных отношениях с корой, тонизируя ее и испытывая ее регулирующее влияние.
Исследование его действия показало, что этот блок вызывает реакцию пробуждения, повышает возбудимость, обостряет чувствительность и оказывает тем самым общее активирующее влияние на кору головного мозга. Вместе с тем было обнаружено, что раздражение других ядер ретикулярной формации (тормозящих) вело к возникновению характерных для сна изменений в электрической активности коры и к развитию сна.
7. Нейро- и психофизиологические механизмы регуляции бодрствования
Уровень бодрствования является внешним проявлением активности нервных центров. Это понятие характеризует интенсивность поведения. Все поведенческие проявления в первом приближении можно рассматривать как континуум (или одномерную шкалу), обусловленный колебаниями возбуждения модулирующих систем мозга. По некоторым представлениям, между сном и состоянием крайнего возбуждения имеется непрерывный ряд изменений уровня бодрствования, вызываемых изменениями уровней активности нервных центров. Максимальная эффективность деятельности соответствует оптимальному уровню бодрствования.
Изменения уровней бодрствования связаны с изменениями тонуса соответствующих нервных центров, при этом можно выделить несколько уровней регуляции бодрствования: клеточный, отдельных центров и мозга как целого.
Предположительно изменения в функционировании нервных процессов образуют одномерную шкалу, нижняя граница которой — состояние сна, верхняя — состояние очень сильного возбуждения типа ярости. Допускается, что между этими полюсами существует целый ряд уровней бодрствования, составляющих диапазон интенсивности поведения. Изменения уровней бодрствования вызывают изменения тонуса нервных центров: всякая нервная активация должна выражаться в усилении бодрствования.
Представление о последовательном увеличении уровней бодрствования не предполагает, что приспособительные возможности организма возрастают монотонно. Начиная с какого-то достаточно высокого уровня бодрствования, большинство действий нарушается, таким образом, эффективность выполняемой деятельности связана с уровнем бодрствования обратной зависимостью. Теоретически можно предположить, что для каждого типа адаптивного поведения существует оптимальный уровень бодрствования.
Нейронные механизмы. На нейронном уровне регуляцию функциональных состояний осуществляют нейроны-модуляторы: активирующие модуляторные нейроны, увеличивающие активность синапсов, соединяющих чувствительные и исполнительные нейроны и инактивирующие нейроны, снижающие эффективность синапсов, прерывая путь передачи информации от афферентных к эфферентным нейронам. Кроме того, нейроны-модуляторы различаются по степени генерализованности своего действия. Переход к бессознательному состоянию, например, при засыпании, можно определить как выключение активирующих нейронов-модуляторов генерализованного типа и включение инактивирующих нейронов-модуляторов. Совокупность модулирующих систем образует особый блок, который регулирует тонус коры и подкорковых структур, оптимизирует уровень бодрствования в отношении выполняемой деятельности и обусловливает адекватную поведенческую активность в соответствии с актуализированной потребностью.
В эволюции нейроны-модуляторы объединились в ансамбли и сети, сосредоточенные на уровне ретикулярной формации ствола мозга и неспецифического таламуса, образуя активирующую и инактивирующую системы.
Нейрохимический подход к определению функциональных состояний опирается на представление о сильной зависимости психического состояния человека (его настроений и переживаний) от биохимического состава внутренней среды организма. Так же в регуляции ФС принимает участие эндокринная система. Эпифиз выделяет вещества гормональной природы, мелатонин и норадреналин. Мелатонин - гормон, который контролирует очерёдность фаз сна, а норадреналин влияет на систему кровообращения и нервную систему.
В 1949 г. Г. Мэгун и Г. Моруцци обнаружили, что в стволовых отделах головного мозга находится особое нервное образование, по своему морфологическому строению и по своим функциональным свойствам приспособленное к тому, чтобы градуально (а не по принципу "все или ничего") регулировать состояние мозговой коры, изменяя ее тонус и обеспечивая ее бодрствование. Поскольку оно построено по типу нервной сети, в которую вкраплены тела нервных клеток, соединяющихся друг с другом короткими отростками, оно было названо ретикулярной формацией (reticulum - сеть). Она-то и модулирует состояние нервного аппарата.
Важнейший участок регуляторного блока — ретикуляторная фармация мозга, представляющая сеть из нервных клеток в средней части ствола. Одни из волокон этой ретикулярной формации (РФ) направляются вверх, оканчиваясь в конечном итоге в новой коре. Это восходящая ретикулярная система, играющая решающую роль в активации коры и в регуляции ее активности.
Другие волокна идут в обратном направлении: начинаясь в новой и древней коре, направляются к расположенным ниже образованиям мозга. Это нисходящая ретикулярная система. Она ставит нижележащие образования под контроль тех программ, которые возникают в коре головного мозга и выполнение которых нуждается в модификации и модуляции состояний бодрствования.
Экспериментально доказано, что раздражение ретикулярной формации через вживленные в нее электроды приводит к пробуждению спящего животного. Еще одно важное звено регуляции функциональных состояний связано с работой таламуса. Зрительный бугор, или таламус — отдел промежуточного мозга. Ядра неспецифического таламуса образуют диффузную проекционную таламическую систему, которая оказывает на кору возбуждающие и тормозные влияния. При раздражении таламуса ретикулярной формацией возникает активация – возбуждение или усиление активности мозга, и как следствие, переход организма из состояния покоя в деятельное состояние. Эта реакция сравнительно кратковременна и локализована.
Генерализованная активация – глобальные сдвиги уровня бодрствования, вызываемые ретикулярной формацией.
Локальная активация – избирательное сосредоточение внимания; связана с возбуждением неспецифического таламуса.
Передача эстафеты активирующих влияний с уровня ретикулярной формации ствола мозга на уровень таламической системы означает переход от генерализованной активации коры к локальной. В отличие от реакции активации, вызываемой ретикулярной формацией ствола мозга, которая считается генерализованной реакцией активации, эффекты возбуждения неспецифического таламуса называют локальной активацией.
Следовательно, передача эстафеты активирующих влияний с уровня ретикулярной формации ствола мозга на уровень таламической системы означает переход от генерализованной активации коры к локальной. Первая отвечает за глобальные сдвиги общего уровня бодрствования. Вторая отвечает за селективное, т.е. избирательное сосредоточение внимания. В регуляции уровня бодрствования и обеспечении избирательной модуляции и актуализации той или иной потребности принимает участие еще одна модулирующая система мозга — лимбическая система мозга с активирующими и инактивирующими отделами.
8. Регуляция функциональных состояний на уровне целого мозга
Важнейшим регулятором уровня бодрствования в целом и внимания как избирательного процесса служат передние отделы коры больших полушарий — фронтальные зоны. Именно эти структуры по нисходящим кортикоретикулярным путям модулируют в нужном направлении активность стволовой и таламической систем. Включение в этот процесс фронтальных зон с их нисходящими путями позволяет говорить о существовании своеобразного замкнутого контура регуляции. Исходно ретикуляторная формация ствола мозга, возбуждаясь под действием внешних стимулов, активизирует неспецифический таламус и кору больших полушарий, а та в свою очередь, благодаря нисходящим проводящим путям может снизить активность ретикулярной формации ствола и таламуса или увеличить в зависимости от того, что требуется в данный момент времени. Таким образом, можно говорить о существовании регулируемой или управляемой корковой активации, за счет которой кора больших полушарий может настраивать собственный уровень возбудимости соответственно задачам текущей жизнедеятельности.
9. Заключение
По некоторым представлениям, существует иерархически построенная мозговая система, регулирующая циклы сна и бодрствования. В регулируемый контур этой системы входит ретикулярная активирующая система, поддерживающая уровень бодрствования. В регулирующем контуре осуществляется взаимодействие между этим аппаратами, их включение и смена. Там же сон и бодрствование связаны с другими системами организма — вегетативной, соматической, психической.
Таким образом, бодрствование является физиологическим процессом, связанным с психическими и функциональными системами, контролируемый ими. Бодрствование неотъемлемая часть биологического состояния человека и животных.
Бодрствование тесно связано с нейрофизиологическими механизмами активации, которые в настоящее время являются достаточно хорошо исследованными.
10. Список литературы
1. Блок В. Уровни Бодрствования и внимания//Экспериментальная психология/Под редакцией П. Фресса, Ж.Пиаже.М.:Прогресс,1970
2. Гримак Л.П. Введение в психологию активности. М.: Политиздат 1987
3. Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний. М.:МГУ,1992
4. Медицинский справочник: Функциональная организация мозга