Основные типы функциональных состояний мозга человека Определение

Основные типы функциональных состояний мозга человека

Определение ФС. Функциональное состояние (мозга, НС) – это фоновая активность нервных центров (отделов центральной и периферической нервной системы), при которой реализуется та или иная конкретная (текущая) деятельность человека. ФС зависит от мотивации, характера предшествующей деятельности, наличной сенсорной стимуляции, времени суток (циркадианных ритмов) и состояния нейрогуморальных систем организма.

Типы ФС и их диагностика. В связи с задачами оценки и прогноза ФС человекаоператора (машиниста, водителя, оператора АС) выделяют следующие типы ФС: • Аффект (крайняя степень эмоц. напряжения). • «Активное бодрствование» . • «Спокойное бодрствование» (состояние покоя). • «Дремотное состояние» (переход ко сну). • «Сон» ( «медленный сон» и «быстрый сон» ). • «Кома» .

В 2001 г. сотрудниками «лаб. нейро- и ПФ» научноисследоват. психоневрологического Ин-та им. В. М. Бехтерева представили данные о сущ-ии еще одного – особого ФС мозга человека (рук. лаб. - д. б. н. , канд. мед. н. , проф. Слезин Валерий Борисович). Они назвали его «четвертым ФС» наряду с тремя основными – бодр. (Б), медленный и быстрый сон. Это особое ФС – т. н. «медленное» , или «молитвенное» Б.

Как интерпретировать это особое ФС? С т. зр. физиологии, происх-ит формир-ие некоторого особого «с-ия доминанты» (Ухтомский). С т. зр. психологии, как вариант т. н. «измененного с-ия сознания» . По законам доминанты новый дом. очаг отключает «доминанты реального мира» (в т. ч. травмирующего хар-ра) и, возможно, выз-ет их частичное разрушение. Отсюда – лечебный эффект молитвы: науке известны факты излечения через молитву даже больных раком в неоперабельной стадии (со слов Слезина В. Б. , верующие онкобольные живут на 5 -6 лет дольше, чем неверующие).

Эндрю Ньюберг (ПЭТ): У человека (буддисты, францисканские монахини), погруженного в себя в процессе медитации, область внимания (лобные доли) возбуждалась, а область ориентации (верхняя теменная доля) тормозилась независимо от конфессии. . . И человек чувствует, как будто граница между ним и всем остальным начинает растворяться и исчезать. А поскольку для него исчезают пространственный и временной «контекст» , его охватывает чувство бесконечного пространства и вечности.

Стресс «деактивация» Оптимум ФС Нед о моб стато чна или я зац ия Эффективность деятельности Монотония «гиперактивация» Воздействие «оперативный контроль» Де (о зор ш га иб н ки иза Этот закон можно использовать на ) ци практике, напр. , обучения. Так, по методике К. Мангины (ныне покойный Президент IPO), «коридор опт. состояний ФС» учащегося достигается при равенстве КГР справа и слева (датчики на мочке уха). Уровень активации я

СИСТЕМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЦИКЛА СОН-БОДРСТВОВАНИЕ 1. МЕХАНИЗМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ БОДРСТВОВАНИЯ. 2. МЕХАНИЗМЫ МЕДЛЕННОГО СНА. 3. МЕХАНИЗМЫ БЫСТРОГО СНА. 4. МЕХАНИЗМЫ ЦИРКАДНЫХ РИТМОВ

Мозговые механизмы регуляции бодрствования Определение. Б – это активное приспособление организма к изменяющимся усл-иям существ-ия. Б. зависит от состояния сенсорных систем (восприятия), потребностей и желаний (мотивационной сферы), задач и целей (познавательной сферы). В этом смысле Б не явл-ся унитарным состоянием ( «ученый за ЭВМ» , «спортсмен, метающий молот» ) и условно локализуется на шкале активации «сон-Б» в интервале «аффект» – «спокойное Б» .

МЕХАНИЗМЫ БОДРСТВОВАНИЯ Datta S. , Mac. Lean R. R. Neuroscience and Biobehavioral Reviews 31 (2007) 775– 824

Структуры мозга, участвующие в регуляции бодрствования

Сон и его механизмы Сон – это не просто уменьшение активации в системе Б, а особая форма активности мозга, особое ФС (и сознания), включающее в себя ряд стадий, закономерно повторяющихся в течение суток. Сон обязательная составляющая жизни всех представителей животного мира (включая мушекдрозофил).

НОВАЯ ДЕФИНИЦИЯ СНА Сон - это особое генетически детерминированное состояние организма теплокровных животных (млекопитающих и птиц), характеризующееся закономерной последовательной сменой определенных полиграфических картин в виде циклов, фаз и стадий.

Натаниэль Клейтман (1896 -1999) National Geographic, 1987, December

REM: rapid eye movement Бодрствование: альфа-ритм – 10 -12 Гц, бета-ритм – 15 -30 Гц бодрствование Ст. 1 Стадия 1: появление тета-ритма – 4 -8 Гц Стадия 2: сонные веретена и Ккомплексы Стадии 3 и 4: все более медленный дельта-ритм – 1 -3 Гц. REM-сон: «бодрствующая» ЭЭГ Ст. 2 Ст. 3 и 4 REM (парадоксальный сон) 18

Структуры мозга, участвующие в регуляции функциональных состояний Вспомогательный центр сна – ретикулярные ядра продолговатого мозга: реакция на химический состав крови, появление аденозина и других «отходов обмена веществ» , токсинов (при заболеваниях и отравлениях), рост концентрации инсулина и глюкозы (после еды хочется спать); оказывает постоянное возбуждающее действие на ЦСВ.

Центральное серое вещество Верхние холмики Мозговой водопровод Центральное серое вещество Черная субстанция Ножки мозга Красное ядро

МЕХАНИЗМЫ МЕДЛЕННОГО СНА Datta S. , Mac. Lean R. R. Neuroscience and Biobehavioral Reviews 31 (2007) 775– 824

Активность мозга в МС

Нейрохимическая регуляция сна Более 30 лет назад швейцарские исследователи выделили из венозной крови кроликов, которые предварительно прошли сеанс электросна, пептид, способный увеличивать стадию медленного сна. (Электросон – это состояние, которое возникает при раздражении слабым электрическим током определенных точек в глубине мозга - "центров сна", к-рые открыл в 40 е годы 20 века лауреат Нобелевской премии швейцарский физиолог В. Гесс). Вещество назвали дельта-сон индуцирующим пептидом (ДСИП).

Снотворные препараты

Снотворные: агонисты ГАМКА-рецептора: барбитураты и бензодиазепины Одно и то же вещество (например, бензодиазепин «валиум» , или диазепам) в зависимости от дозы может оказывать: успокаивающее (транквилизирующее) действие противоэпилептическое действие снотворное действие наркоз Фенобарбитал входит в состав целого ряда «обычных» препаратов: корвалола (валокордина), пенталгина и др. Барбитураты: открыты более 100 лет назад в день Св. Варвары. • продолжительное общее тормозящ. действие; • используются длительного наркоза, при сильной эпилепсии, как успокаивающие; • названия обычно заканчиваются на «-ал» : барбитал, фенобарбитал (люминал), гексенал. 32

Бензодиазепины: открыты в середине 20 в. • более мягкое действие; • используются как транквилизаторы, снотворные, при умеренной эпилепсии; • названия обычно заканчиваются на «-ам» или «-ум» : валиум (диазепам), феназепам, гидазепам. Основные проблемы: • наличие побочных эффектов (снижение скорости реакции, заторможенность мышления, сонливость); • привыкание и зависимость (синдром отмены: нервозность, бессонница и т. п. ). Барбитураты, вызывая избыточно сильное торможение, блокируют эту фазу, мешая, прежде всего, полно-ценной «очистке» контуров памяти. Сон, вызванный бензодиазепинами, ближе к естественному, однако и в этом случае всегда есть риск привыкания и зависимости. 33

Снотворные – препараты для «аварийного» (но не для ежедневного) применения. Барбитураты в большей степени (чем бензодиазепины) подходят для длительного наркоза во время операций (гексенал). Сверхдозы агонистов ГАМК способны вызвать остановку дыхания (самый частый способ суицида).

Гипотезы о роли сна 1 Усталость (необходимость в отдыхе). Но: хронически обездвиженные больные. 2 Накопление сомногенных факторов глютамат). Но: сиамские близнецы. (аденозин, 3 Восстановительные процессы. Во время 3 и 4 стадий сна происходят восстановительные процессы и оптимизация управления во внутренних органах, а в фазу ПС – в мозге. Но: млекопитающие без ПС; люди с поражением центров ПС в области ствола мозга; опыты с депривацией сна.

Аденозин При «глубоком» распаде (выделение энергии) АТФ превращается сначала в АДФ, потом в АМФ и наконец в аденозин. Ф Ф Ф Появление значительных количеств аденозина – признак истощения запасов энергии, утомления (необходим отдых). Основной рецептор – А 1 (аденозиновый 1 -го типа); тормозит активность аденилатциклазы (падает вход Са 2+, растет выход К+). Аденозин оказывает, по сути, защитное действие на нервную ткань при перегрузке (в сердце – расширение сосудов). Антагонисты аденозина кофеин, теофиллин (шоколад, чай) и некоторые другие проявляют свойства психомоторных стимуляторов, снимают утомление, стимулируют работу многих внутренних органов. Возможно постепенное формирование привыкания и зависимости. Кофеин: напитки «кола» 36

Эволюция сна

Формирование сна в онтогенезе (возрастные особенности сна)

Генетические механизмы сна 1. Опыты с моно- и дизиготными близнецами (длительность сна и стадий, ЭЭГ, опросники). 2. Снижение экспрессии генов ферментов углеводного и энергетического обменов, цикла трикарбоновых кислот и т. п. 3. Повышение экспрессии в МС специфических генов: липидный обмен (холестерин), везикулярный пул, антиоксидантные ферменты, шапероны. 4. Во время сна – экспрессия генов, связ- с протеиновым синтезом, синаптич-й депрессией и липидным обменом, а во время Б - экспрессия генов, связ-х энергообменом, синаптической потенциацией и стрессом (дрозофилы, грызуны, птицы). 5. Данные по нарушениям сна: фатальная семейная инсомния; семейный синдром раннего начала сна; нарколепсия (нокаут по гену пептида «орексина» ). 6. Устойчивость к депривации сна и соотв-ие когнитивные нарушения генетически детерминированы (ген Per 3 и др. ).

СНОВИДЕНИЯ «Я сплю, я вижу сны - следовательно, я существую!» (М. Жуве «Замок снов» , 1992) «Я должен спать и видеть сны, чтобы существовать!» (М. Жуве «Похититель снов» , 2004)

СНЫ – «окно в бессознательное» , «упорядочивание» накопленной информации, REM: rapid продолжение ментальных процессов в ином состоянии (творческие сны, вещие eye movement сны и т. п. ). «Сон навеянный полётом пчелы вокруг граната за миг до пробуждения» , 1943 43

Происхождение сновидений • Мех-м разрядки напряжения, идущего из бессознат. (своеобразный вариант психодрамы, при к-рой стрессогенные факторы включаются в содержание СН в форме, снижающей их травмирующее воздие)? • Упрочение следов значимой инф-ции и вытеснение в бессознат. инф-ции, не совместимой с жизненными установками индивида? • Рез-т случайной активности Н, связанной с совершенно другими (метаболическими) задачами?

Сновидения и психоанализ M. Solms (2007, ЮАР) представлены данные, свидетельствующие о наличии анатомических и биохимических различий в механизмах быстрого сна и сновидений. Их новизна состоит в том, что принято связывать сновидения преимущественно с фазой быстрого сна и, соответственно, отождествлять их механизмы. В свете этих данных новое звучание приобретают представления Фрейда о сне и сновидениях. Созданная им теория ночных видений как мимолетных проблесков подсознательных желаний подверглась жесткой критике в 1950 -е гг. , когда был открыт быстрый, или парадоксальный, сон и выявлена его тесная связь со сновидениями. Фрейдовская теория, казалось, рухнула окончательно в 1970 -е гг. , когда при этом обнаружилось, что цикл сна регулируется в циклическом режиме (автоматически) серотонинэргическими ядрами шва и норадренэргическими нейронами locus caeruleus – структурами ствола мозга, имеющими сомнительное отношение к содержанию «психической деятельности» во сне, к эмоциям и мотивации. Это заставило предположить, что сновидения лишены какого-либо специального смысла (которое им приписывал Фрейд) и отражают хаотическую корковую активность, вызванную быстрым сном. Но в работах Марка Солмса было установлено, что быстрый сон и сновидения – два различных феномена, регулируемых разными, хотя и взаимодействующими между собой механизмами. Оказалось, что сновидения связаны с активностью орбито-фронтальной коры, включенной в регуляцию эмоций и мотиваций.

Психические процессы во сне: эмоции в сновидениях Эмоции в сновидениях (СН) детей имеют положит. харр, у взрослых – чаще отрицат-ый (В ПРОТИВОРЕЧИИ С ТЕОРИЕЙ ФРЕЙДА). У людей, склонных к самостоятельному решению своих проблем, длит-ть сна возр-ет, а СН эмоционально насыщены. У людей, игноририх конфликты (эмоц-о устойчивых), сон короче и менее эмоционален.

Психические процессы во сне: когнитивные процессы во сне 1. Творчество во сне (опыты Отто Леви в 1921 г. ). Блуждающий нерв Симпатический нерв 2. Сознание и сон (люцидные сновидения).

Психические процессы во сне: память и обучение во сне 1. Опыты с гипнопедией. 1. Декларативная П. Эксперим. (депр. сна 1. 5. суток) и контр. гр. Запоминание эмоц. -поз. , эмоц. -нейтр. и эмоц. -отриц. слов и выражений. В целом воспр. страдало на 40%, и отмечено 60% ухудш-ие воспр-ия эмоц. -знач. слов (причем, память на эмоц-нег. слова ухудшалась незначит-о). 2. Процедурная П. 3. 1. Игра на пианино: 10 утра и контроли в 22 вечером (без улучш. ) и 10 утра на след. день (резкое улучш. ); степень улучш. связана с % стадии 2 перед пробуждением. 3. 2. Клавиатура: 1 гр. без сна и 2 гр. с 1. 5 ч. дневным сном – веч. в гр1 на 16% резы выше, чем во 2 гр. На след. утро группы сравнялись. 4. Опыты с крысами в обычной (клетка) и сенсорно обогащенной (лабиринт) (за 3 ч. до сна) средах – ум-ие (1 гр. ) и увелич-ие (2 гр. ) экспрессии «немедленных ранних генов» zif-268 в БС во фронтальной коре и гиппокампе, увелич-ие также длит-ти ПС во 2 гр. 5. Опыты с дрозофилой (изоляция + ДФ).

Дискуссионные вопросы о связи памяти с фазой ПС 1. Антидепрессанты (ингибиторы МАО и обратного захвата 5 ГТ, «трициклики» ) подавляют БС, но не нарушают память и обучение. 2. У б-ых с билатеральными разруш-ми в области моста (центры БС) нет жалоб на наруш-ия памяти и обучения. 3. По данным ф. МРТ, извлечение следов из ДП во сне происходит, а мех-м их фиксации (ПФК) не работает. 4. Выброс кортизола нар-ет память. Во сне суточный пик выброса Ко приходится на ПС последнего цикла сна, так что эта фаза совпадает с подавлением мех-ов памяти.

Споры продолжаются … Мнение одного из ведущих спец-ов в области изучения взаимосвязи сна с консолидацией Carlyle Smith (Карлайла Смита): «Декларативная память – это такая значительная часть всей нашей П, что, казалось бы, можно найти ее связь с чем угодно … Однако, чтобы я ни делал со своими испытуемыми – тотально ли лишал их сна, избирательно ли быстрой или медленной фазы – я никогда не наблюдал различий с контрольными испытуемыми. . » .

Кто познает тайну сна, познает тайну мозга (Мишель Жуве)

Нарушения сна

Человек, надолго лишённый сна, начинает видеть предметы как бы сквозь туманную дымку. Длительное (более 10 дней) лишение сна может привести к смерти. Мировой рекорд продолжительности бодрствования, поставленный специально для «Книги Гиннеса» , составил 12 суток (288 ч). Некоторым людям достаточно и половинной дозы сна. Такими, например, были Пётр I и Томас Эдисон. Опыты по депривации (лишения) сна показали, что особое значение имеет угнетение парадоксального сна. Когда подопытным кошкам не давали видеть сны, не мешая в то же время спать, в состоянии бодрствования у них возникали галлюцинации — они могли погнаться за несуществующим предметом. Через несколько “бессонных” недель происходит гибель животных. После длительной депривации наиболее полному восстановлению подвержены 4 стадия и ПС.

Опыты на крысах и кошках показали также, что депривация сна прив-ит к резкому возрастанию сексуальной активности, пов -ию агрессивности, обжорству и анестезии (нечувствит-ти к боли). Некоторые ученые прямо связ-т недостаточно продолжительный сон современных людей с пов-ием их веса (обжорства) и агрессивности. Мало спящие люди подвержены сердечно -сосудистым заболеваниям.

(Sic: серотонин)

Патологические расстройства сна • Наиболее часто встречаются невротические наруш-ия сна: чел-к не м-т заснуть или просыпается слишком рано. У таких людей меняется рисунок сна – доминирует поверхностый МС и практически отс-т ПС. • В с-ии депрессии, как правило, увел-ся длит-ть 4 -й стадии МС. Бензодиазепины, снимающие депр. , сокр-т именно эту стадию. В рез-те появился оригин-ый метод лечения депр. – будят больного во время 4 стадии и не позволяют долго в ней находиться. Однако при такой форме депрессии как «психотическая депр. » ослабл-ие симптоматики набл-ся при депривации не МС, а ПС. И антидепрессанты, использ-ые при этой форме депрессии, также сокращают именно эту стадию сна.