Внутриклеточная регистрация электричкой активности

Электрофизиологии регистрируют электрическую активность мозга с помощью тонких электродов, позволяющих записывать разряды отдельных нейронов, или с помощью ЭЭГ. Электрод может быть настолько тонок, что проникает внутрь клетки и позволяет записывать внутриклеточные потенциалы. Другой способ регистрации активности нейронов - внеклеточный. С помощью электрода можно регистрировать как активность отдельных нейронов, так и локальные потенциалы.

Для регистрации биоэлектрической активности нейронов и их отростков применяют специальные приемы, которые называются микроэлектродной техникой. Микроэлектродная техника в зависимости от задач исследования имеет много особенностей.

Обычно применяют два типа микроэлектродов — металлические и стеклянные. Металлические микроэлектроды часто изготавливают из вольфрамовой проволоки диаметром 0,3-1 мм. На первом этапе нарезают заготовки длиной по 10 — 20 см (это определяется глубиной, на которую будет погружен микроэлектрод в мозг исследуемого животного). Один конец заготовки электролитическим методом затачивают до диаметра 1 — 10 мкм. После тщательной промывки поверхности в специальных растворах ее покрывают лаком для электрической изоляции. Самый кончик электрода остается неизолированным (иногда через такой микроэлектрод пропускают слабый толчок тока, чтобы дополнительно разрушить изоляцию на самом кончике).

Для регистрации активности одиночных нейронов микроэлектрод закрепляют в специальном манипуляторе, который позволяет продвигать его в мозге животного с высокой точностью. В зависимости от задач исследования манипулятор может крепиться на черепе животного или отдельно. В первом случае это очень миниатюрные устройства, которые получили название микроманипуляторов. Характер регистрируемой биоэлектрической активности определяется диаметром кончика микроэлектрода. Например, при диаметре кончика микроэлектрода не более 5 мкм можно зарегистрировать потенциалы действия одиночных нейронов (в этих случаях кончик микроэлектрода должен приблизиться к исследуемому нейрону на расстояние около 100 мкм). При диаметре кончика микроэлектрода больше 10 мкм одновременно регистрируется активность десятков, а иногда сотен нейронов.

Электромиография

Электромиография — это метод изучения биоэлектрических процессов, развивающихся в мышцах людей и животных во время различных двигательных реакций. Метод основан на записи биопотенциалов скелетных мышц. Запись колебаний мышечных потенциалов (рис.) производится специальными приборами — электромиографами различных типов.

Электромиограмма при сокращении общих разгибателей пальцев: А — в норме; Б — при тяжелом парезе мышц после полиомиелита; В — при паркинсоническом дрожании и ригидном повышении тонуса

В 1907 немецкий учёный Г. Пипер впервые применил метод электромиографии по отношению к человеку.

Исследование проводится с помощью электромиографа. Электромиограмма (ЭМГ) — кривая, записанная на фотоплёнке, на бумаге с помощью чернильно-пишущего осцилографа или на магнитных носителях. Амплитуда колебаний потенциала мышцы, как правило, не превышает нескольких милливольт, а их длительность — 20-25 мс.

С помощью введённых в мышцу игольчатых электродов. Улавливают колебания потенциала в отдельных мышечных волокнах или в группе мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном.

С помощью накожных электродов. Отражает процесс возбуждения мышцы как целого.

Стимуляционная электромиография — при искусственной стимуляции нерва или органов чувств. Это позволяет исследовать нервно-мышечную передачу, рефлекторную деятельность, определить скорость проведения возбуждения по нерву.

В психофизиологии для изучения возрастных закономерностей.

В физиологии труда и спорта.

При изучении двигательной функции животных и человека.

В исследованиях высшей нервной деятельности.

В инженерной психологии (например, при исследовании утомления, выработки двигательного навыка).

Для оценки при восстановлении нарушенной двигательной функции в ортопедии и протезировании.

Полиграфия.

Полигра́ф (polygraph, от греч. πολύ — много и γράφω — писать, синоним: «детектор лжи») — техническое средство, используемое при проведении инструментальных психофизиологических исследований для синхронной регистрации параметров дыхания, сердечно-сосудистой активности, электрического сопротивления кожи, а также, при наличии необходимости и возможности, других физиологических параметров с последующим представлением результатов регистрации этих параметров в аналоговом или цифровом виде, предназначенном для оценки достоверности сообщённой информации.

Из истории известно, что у разных народов были выработаны разнообразные специальные техники и ритуалы для распознания обмана и изобличения лжеца.

Уже в те далекие времена было замечено, что у совершившего преступление человека из-за страха перед возможным разоблачением происходят различные изменения физиологических функций. Например, в Древнем Китае подозреваемый в преступлении подвергался испытанию рисом: он должен был набрать в рот горсть сухого риса и выслушать обвинение. Считалось, что если рис оставался во рту сухим (от страха разоблачения приостанавливалось слюноотделение) - вина подозреваемого доказана.

В Древней Индии, когда подозреваемому называли нейтральные и критические слова, связанные с деталями преступления, он должен был отвечать первым пришедшим ему в голову словом и одновременно тихо ударять в гонг. Как правило, ответ на критическое слово сопровождался более сильным ударом.

В Африке колдун предлагал подозреваемым взять в руки небольшое птичье яйцо, его скорлупа была очень нежной, и при малейшем нажиме яйцо могло быть раздавлено. Подозреваемым предлагалось передавать яйцо друг другу, — предполагалось, что виновный не выдержит тест и раздавит яйцо и тем самым изобличит себя.

Первый прообраз современного полиграфа был сконструирован в 1921 году сотрудником полиции штата Калифорния Джоном Ларсоном. Аппарат Ларсона одновременно регистрировал изменения динамики артериального давления, пульса и дыхания, и систематически применялся им при расследовании преступлений.

В 1933 году Леонард Килер — ученик Д. Ларсона и сотрудник лаборатории научных методов раскрытия преступлений при Северо-западном Университете — сконструировал полевой переносной полиграф, в конструкцию которого был добавлен канал измерения сопротивления кожи. В дальнейшем Л. Килер организовал серийный выпуск таких полиграфов.

Общая структура полиграммы состоит из следующих компонентов:

фон;

реакция;

артефакт.

Фон — состояние физиологических процессов в организме человека, пребывающего в условиях покоя (при проведении психофизиологического исследования под покоем подразумевается состояние спокойно сидящего человека, которому не задают вопросы). Фон характеризуется относительной стабильностью протекающих процессов и представляет собой некоторую физиологическую норму, свойственную конкретному человеку в отсутствие дестабилизирующих воздействий.

Реакция — это заметное (в условиях осуществляемого наблюдения) изменение динамики регистрируемого физиологического процесса в ответ на стимул (вопрос, предмет или изображение предмета), предъявляемый в ходе психофизиологического исследования. В зависимости от индивидуальных особенностей организма человека при развитии реакции можно наблюдать усиление, ослабление или стабилизацию динамики конкретной функции. У некоторых людей реакции могут иметь комплексный характер: вслед за быстрыми изменениями физиологического процесса (собственно реакцией на стимул) происходит последующее продолжительное изменение его динамики, то есть так называемая реакция облегчения[4].

Артефакт — заметное (по сравнению с фоном) изменение динамики контролируемого физиологического процесса, непосредственно не связанное с предъявляемыми в ходе психофизиологического исследования стимулами и обусловленное воздействием экзогенных (внешних) и эндогенных (внутренних) дестабилизирующих факторов. К эндогенным факторам относятся умышленные или неумышленные движения обследуемого, кашель, внезапные болевые ощущения и т. п., к экзогенным — в основном, внешние шумовые помехи.

Физиологические реакции, регистрируемые в ходе исследования, не обладают специфичностью, то есть по их информативным признакам нельзя точно установить природу вызвавшего их процесса (положительная или отрицательная эмоция, ложь, испуг, боль, какие-либо ассоциации и т. д.). Единственная объективная характеристика физиологической реакции — её устойчивая выраженность в ответ на предъявление ситуативно значимого стимула[5].

В настоящее время не существует статистически достоверных данных, однозначно указывающих на какую-либо универсальную информационную ценность для итогов психофизиологического исследования какого-то одного физиологического процесса либо отдельного его параметра.