Подходы функциональных состояний

    Нейронные механизмы. На нейронном уровне регуляция  функциональных состояний осуществляется с помощью особой категории нейронов, именуемых модуляторными. Существуют две категории модуляторных нейронов: активирующего и инактивирующего типа. Первые увеличивают активность синапсов, соединяющих чувствительные и исполнительные нейроны, вторые снижают 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.

    В эволюции нейроны-модуляторы объединились в ансамбли и сети, сосредоточенные  на уровне ретикулярной формации ствола мозга и неспецифического таламуса, образуя активирующую и инактивирующую системы. Модулирующие системы. Совокупность модулирующих систем образует особый блок, которая регулирует тонус коры и подкорковых структур, оптимизирует уровень бодрствования в отношении выполняемой деятельности и обуславливает адекватный выбор поведения в соответствии с актуализированной потребностью.

    Важнейший участок регуляторного блока  — ретикулярная формация мозга, представляющая сеть из нервных клеток в средней  части ствола. С боковых сторон ретикулярная формация окружена сенсорными путями, которые отдают часть афферентной импульсации в ретикулярную формацию. Благодаря этому любое сенсорное возбуждение повышает уровень активации ретикулярной формации, активация по восходящим путям распространяется вверх к коре больших полушарий. Экспериментально показано, 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, который  выполняет роль коллектора сенсорной информации, так как в него поступает информация от всех органов чувств. По некоторым данным, в центре таламуса находится "водитель ритма" — морфо-функциональное образование, отвечающее за генерацию ритмической активности и распространяющее синхронизированные влияния на обширные области коры. Ядра неспецифического таламуса образуют диффузную проекционную таламическую систему, которая оказывает на кору возбуждающие и тормозные влияния. Эти влияния по сравнению с эффектами возбуждения ствола мозга имеют более ограниченный характер и захватывают относительно небольшие участки коры.

    Таким образом, при раздражении таламуса возникает реакция активации  в коре головного мозга. Эта реакция  отчетливо видна в текущей  электроэнцефалограмме: она сравнительно кратковременна и локализована. В  отличие от реакции активации, вызываемой ретикулярной формацией ствола мозга, которая считается генерализованной реакцией активации, эффекты возбуждения неспецифического таламуса называют локальной активацией.

Таблица 1: Основные различия в эффектах активации ствола мозга и таламуса

    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.

    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 кортико-ретикулярным 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 ретикулярная 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.

2. Методы диагностики функциональных состояний

    Физиологические методы диагностики функциональных состояний представляют собой особый класс методических приемов и  показателей, по которым можно надежно и объективно судить о текущем состоянии организма и его изменениях к таким методам, как: электроэнцефалография — метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ), т.е. суммарной биоэлектрической активности, отводимой как со скальпа, так и из глубоких структур мозга; ТКЭАМ — топографическое картирование электрической активности мозга — область электрофизиологии, оперирующая с множеством количественных методов анализа электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов; Компьютерная томография (КТ) — новейший метод, дающий точные и детальные изображения малейших изменений плотности мозгового вещества. КТ соединила в себе последние достижения рентгеновской и вычислительной техники, отличаясь принципиальной новизной технических решений и математического обеспечения; Ядерно-магнитно-резонансная томография мозга. Компьютерная томография стала родоночальницей ряда других еще более совершенных методов исследования: томографии с использованием эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМР-томография), позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), функционального магнитного резонанса (ФМР). Эти методы относятся к наиболее перспективным способам неинвазивного совмещенного изучения структуры, метаболизма и кровотока мозга.

      Последнее у человека возможно лишь в клинических условиях. Рассмотрим специфику их использовании при диагностике функциональных состояний.

    ЭЭГ показатели ФС. Изменения параметров электрической активности мозга  традиционно используются в качестве непосредственного индикатора динамики уровня активации. Различным уровням  бодрствования соответствуют характерные  изменения спектрального состава  ЭЭГ. Для спокойного бодрствования  типично преобладание альфа-ритма, степень выраженности которого еще более увеличивается при закрытых глазах. При открывании глаз и повышении уровня бодрствования наступает явление блокады альфа-ритма.

    Для активного бодрствования характерна десинхронизированная ЭЭГ с преобладанием высокочастотных составляющих бета- и гамма- ритмов. При эмоциональном напряжении и умственной активности в ЭЭГ может появляться и усиливаться тэта-ритм. В состоянии утомления начинает более отчетливо проявляться медленноволновая активность в тэта- и дельта- полосах. По мере возрастания утомления продолжительность этих периодов увеличивается и возникает картина "гиперсинхронизации" ЭЭГ. Дельта-ритм также наиболее характерен для определенной стадии сна.

    Динамика  ЭЭГ в зависимости от уровней  бодрствования (по В.Блоку, 1970):

    I - уровни бодрствования; II - динамика  ритмов ЭЭГ при разных уровнях  бодрствования; А - пробуждение  ото сна; Б - пробуждение внимания; В - пробуждение эмоций. Прямой  линией обозначено возрастание  уровней бодрствования в пределах  континуума. Пунктирной линией обозначена  динамика эффективности деятельности  в зависимости от уровня бодрствования.

    Пространственно-временная  организация биоэлектрической активности мозга и ее динамика тесно связаны  с особенностями функционально  состояния мозга, поэтому наряду с оценкой отдельных ритмических  составляющих ЭЭГ используются характеристики их пространственно-временных отношений, в частности показатели когерентности. Средний уровень когерентности может быть определен для отдельных частотных диапазонов (например, альфа или бета) и для двух спектров мощности по всем частотам, взятым вместе. Установлено, что средний уровень когерентности, вычисленный для симметричных точек в разных полушариях или для двух точек в одном полушарии, при неизменном функциональном состоянии оказывается индивидуально устойчивым и сохраняет свое значение через несколько дней и месяцев. Хорошим показателем нормального состояния мозга является также средний уровень когерентности по отдельным спектральным составляющим (дельта, тэта, альфа и бета).

    Изменения ФС у здорового человека, как правило, сопровождаются переструктурированием пространственно-временных соотношений биотоков мозга, при этом связи между отдельными участками мозга или спектральными составляющими могут ослабевать, а по другим усиливаться. Однако, как показывает корреляционный анализ, при общей мобилизационной готовности или с увеличением сложности выполняемого задания может возрастать интенсивность большинства межрегиональных связей.

    Динамика  вегетативных показателей. При диагностике  функциональных состояний с успехом  применяются показатели сердечно-сосудистой, мышечной, дыхательной, выделительной и других систем организма.

    Например, частота сердечных сокращений, сила сокращений сердца, минутный объем  сердца, артериальное давление, региональный кровоток закономерным образом меняются при изменении функциональных состояний, прежде всего на фоне больших физических нагрузок. При интенсивной работе минутный объем может увеличиться  почти в десять раз: с 3-5 л до 25-30 л, значимо возрастает частота сердечных сокращений и кровоток в скелетных мышцах, может увеличиваться кровяное давление.

      Однако в отсутствие физических нагрузок изменения тех же показателей неоднозначны. Другими словами при одних и тех же внешних раздражителях можно наблюдать противоположные по направлению изменения в показателях работы сердечно-сосудистой системы. Эти факты имеют свое закономерное объяснение.

    Регуляция гемодинамики (ударного и минутного  объема крови, артериального давления, распределения крови по организму) осуществляется с помощью симпатического и парасимпатического отделов нервной  системы. Оба отдела, в свою очередь, находятся под контролем высшего  вегетативного центра организма  — гипоталамуса и ряда других подкорковых  структур. Поэтому изменения в  состоянии симпатического и парасимпатического отделов имеют системный характер, т.е. закономерным образом проявляются  в состоянии большинства органов  и систем.

    Ниже  приведены некоторые специфические  реакции, за которые ответственны симпатическая  и парасимпатическая системы:

 Таблица 2:. Эффекты действия симпатической и парасимпатической систем