Зрительно-моторные реакции как индикатор функционального состояния центральной нервной системы

Функциональное состояние (ФС) человека является прогностическим показателем оценки его работоспособности и определяется степенью активации всех систем организма, задействованных в исследуемом виде деятельности. Вопросы прогноза, контроля и коррекции ФС человека имеют большое практическое и теоретическое значение [1].

Афферентная информация запускает определенные двигательные программы и активирует отделы центральной нервной системы (ЦНС), которые ответственны за контроль над этими программами. Координация сенсорных и моторных компонентов двигательного акта является важнейшим условием функционирования сенсорной системы [2].

Наиболее простым и доступным методом, отражающим динамику скорости нервных процессов, их переключение, уровень зрительно-моторной координации, общий уровень работоспособности и активности ЦНС, является оценка характеристик зрительномоторных реакций (ЗМР) [3].

ЗМР может быть простой и сложной [4, 5]. Простую ЗМР (ПЗМР) относят к макродвижениям, которые обеспечиваются пи-рамидно-стриальным уровнем организации движений [6]. Сложная ЗМР (СЗМР) включает в себя различение сигналов и выбор в соответствии с этим разных способов поведенческого реагирования. СЗРМ принадлежит исключительно к кортикальному уровню моторных действий.

Параметры ПЗМР и СЗМР характеризуют нейродинамические процессы в ЦНС, а именно возбудимость коркового отдела зрительного анализатора, скорость проведения возбуждения по рефлекторной дуге до эффектора включительно. Время от начала подачи сигнала до ответной реакции организма затрачивается на проведение и обработку информации в высших отделах мозга и поэтому служит показателем ФС ЦНС [2].

Цель настоящей статьи - осветить распространенность использования метода оценки параметров ЗМР как интегральных показателей ФС ЦНС.

Оценка ФС ЦНС, в частности анализ параметров ЗМР, позволяет спрогнозировать вероятность возникновения негативных психофизиологических состояний, являющихся результатом воздействия на субъект факторов его профессиональной деятельности и влияющих на его работоспособность и производительность труда [7-10].

В процессе трудовой деятельности, особенно при умственной нагрузке, в организме человека происходят изменения состояния его психических функций. Высокая напряженность умственного труда негативно влияет на высшую нервную деятельность: ухудшаются внимание, память, восприятие, что снижает профессиональную работоспособность. У диспетчеров автопарков установлено снижение скорости и увеличение времени как ПЗМР, так и СЗМР к концу рабочего дня в среднем на 30 % [11]. По мнению авторов, трудовой процесс данной категории работников приводит к физиологическим изменениям в ЦНС: преобладанию процессов торможения и развитию утомления.

Оценка параметров ПЗМР и СМЗР позволила определить динамику развития утомления в течение рабочего дня и рабочей недели сотрудников аккредитованного испытательного лабораторного центра [12]. Авторами обнаружена сильная положительная значимая связь скорости ПЗМР, СЗМР и интегрального показателя профессионального выгорания и был предложен комплекс профилактических мероприятий.

Психофизиологические методы приобретают актуальность в изучении природы психофизиологических рисков. Повышение требований к профессиональным качествам специалистов зачастую приводит к изменениям ФС организма, а соответственно, к снижению работоспособности. Так, оценка ФС ЦНС социальных работников была проведена по методике, основанной на анализе латентных периодов ПЗРМ, отражающей вероятностностатистический принцип работы мозга [7]. По мнению авторов, психофизиологическая методика - важнейший инструмент динамического контроля и последующей коррекции уровня работоспособности специалистов социальной службы на разных этапах их профессиональной деятельности.

Латентный период ПЗМР как объективный тест ФС ЦНС использовался в комплексной оценке психофизиологического статуса и адаптивных возможностей организма студентов с различным уровнем двигательной активности [13]. Улучшение показателей когнитивной работоспособности, в т.ч. и уменьшение латентного периода ПЗМР, сопровождалось ростом напряжения регуляторных систем организма, более выраженным у лиц с низкой физической активностью. Авторы сделали заключение, что физическая активность снижает «цену адаптации» организма к изменяющимся условиям среды обитания.

Оценка психофизиологического состояния бакалавров по методике СЗМР показала у большинства обследуемых сочетание быстродействия и безошибочности действий, что свидетельствует о наличии у них состояния достаточного рабочего напряжения [14]. Студентам же с неудовлетворительным ФС по методике СЗМР рекомендованы мероприятия по его оптимизации.

С аналогичной целью оценить возможности нервной системы, определяющие в значительной степени приспособительное поведение, в работе И.В. Ярославцевой и соавт. был использован метод СЗМР как экспресс-диагностика ФС ЦНС [15]. Одной из основных задач психофизиологического мониторинга в вузе является своевременное выявление студентов со сниженными функциональными возможностями ЦНС с целью проведения профилактической коррекционной работы.

Анализ параметров ЗМР различного уровня сложности был использован для определения степени влияния зимних каникул на общее состояние ЦНС [16]. Установлено, что после зимнего отдыха скорость обеих ЗМР выросла, особенно по методике СЗМР. Существенное уменьшение времени выполнения СЗМР на фоне улучшения ее точности в силу более сложной ее нейрональной организации свидетельствует о высокой эффективности зимних каникул в отношении сенсомоторных реакций студентов.

Тест СЗМР был использован для выявления взаимосвязи жизнестойкости курсантов в тренировочных условиях с уровнем активации ЦНС, что обусловлено потребностью повышения эффективности профессиональной деятельности в чрезвычайных ситуациях [17]. Обнаружена положительная связь компонентов жизнестойкости с параметрами СЗМР. Высокий уровень стабильности реакций характеризует устойчивый уровень активности, сохранение высокой работоспособности на протяжении длительного времени в экстремальных условиях.

Время сенсомоторных реакций - это высоко валидный тест, позволяющий детально исследовать ФС ЦНС в динамике [18].

Оценка параметров ПЗМР позволяет не только характеризовать ФС ЦНС и работоспособность, но и определять функциональную межполушарную асимметрию (ФМА) мозга [19]. ФМА является важнейшим фактором, который оказывает влияние на степень адаптации человека к воздействиям внешней среды, в т.ч. к сложным условиям профессиональной деятельности. Известны работы [20], в которых была сделана попытка выявить, взаимодействуют ли между собой центры полушарий при выполнении простой задачи. Как показали данные исследования, время ПЗМР значимо увеличивалось при монокулярном предъявлении стимула, что объясняется получением информации от симметричных зон другого полушария и, соответственно, тратой дополнительного времени. Автор полагает, что выполнение простой реакции обусловлено взаимодействием обоих полушарий. Причем отношения между сенсорными центрами определяются ситуативно, в процессе деятельности, и являются динамичными.

Способность адаптироваться к умственной и физической деятельности определяется работоспособностью и подвижностью нервных процессов, ФМА головного мозга. В исследовании С.С. Матвеева и соавт. оценка ФС ЦНС осуществлялась методикой ПЗМР, в основе которой лежит определение уровня и стабильности сенсорных реакций человека на световые раздражители [21]. При этом латентный период реакции зависит от согласованности, синхронности временных и пространственных параметров ЦНС. Характеристики ПЗМР достаточно полно отражают силовые отношения в коре полушарий большого мозга. Анализ статистических параметров латентного периода ПЗМР у студентов с разным профилем ФМА мозга обнаружил, что для большинства правшей характерна подвижность нервных процессов, уменьшение латентного периода ПЗМР. Полученные результаты говорят о повышении возбудимости нейрональных сетей в ЦНС, что создает предпосылки для роста скорости переработки информации и эргичности когнитивных процессов. Среди левшей отмечено большее число студентов с инертностью нервных процессов, легкой степенью утомления, требующей повышенной концентрации внимания при выполнении учебной деятельности. В случае неопределенной латерализации необходимость выбора из двух возможных стратегий требует некоторого времени и уд- линяет период выполнения задания. У большей части амбидекстров преобладают процессы торможения, низкий уровень напряжения регуляторных механизмов, что указывает на снижение функциональных возможностей их организма [21]. Таким образом, сенсомоторные реакции являются информативным и чувствительным индикатором в диагностике ФС ЦНС.

Изучение особенностей психомоторики айкидоистов с различным сочетанием ФМА мозга выявило [22], что спортсмены-левши при ПЗМР быстрее проявляют моторную реакцию, т.е. имеют двигательные преимущества перед правшами и амбидекстрами. Анализируя СЗМР, обнаружено, что правши показывают лучшее время реакции на сложный зрительный раздражитель, в связи с чем скорость переработки информации и характер восприятия у них выше, чем у левшей и амбидекстров. Скорость решения двигательных задач с усложнением зрительного стимула у амбидекстров была самая низкая, они тратили наибольшее время на опознание различных цветовых сигналов, хотя в тесте ПЗМР они были более успешны, чем правши. Авторы считают, что проблема проявляется в ситуации выбора, поэтому и происходит торможение реакции.

А.В. Гулин и соавт. выявленные ими особенности сенсомоторного реагирования девушек и юношей в обычных условиях и при психоэмоциональных нагрузках объясняют профилем ФМА, так как тип межполушарного взаимодействия обусловливает особенности протекания психофизиологических процессов [23].

А.С. Фролова и К.С. Кротенок анализировали показатели ПЗМР при разном типе вегетативной регуляции у студентов медицинской специальности [24]. Оказалось, что скорость ПЗМР у юношей с симпатикотонией и нормотонией выше, чем у девушек с такими же типами вегетативной регуляции. Показатель скорости уменьшается (время ПЗМР увеличивается) при низком ФС организма. Обнаруженные различия скорости ПЗМР еще раз подтверждают качественное своеобразие нейрофункциональной организации женского и мужского мозга.

На необходимость учета гендерных различий параметров сенсомоторных реакций в процессе профессиональной подготовки указывают и результаты исследования Л.И. Дерягиной и соавт. [25]. Обнаруженные различия особенностей СЗМР авторы связывают с более высоким уровнем активации ЦНС у курсантов мужского пола, отличиями в эмоциональной сфере у юношей и девушек по уровню тревожности.

Исследованием О.Н. Колосовой и соавт. показано наличие значимых различий скорости и устойчивости ЗМР по гендерным признакам [26]. Сила возбуждения, подвижность и скорость проведения возбуждения в ЦНС у женщин слабее, чем у мужчин. У женщин зрительная информация перерабатывается дольше, что может быть связано с наличием у них более высокого уровня психоэмоционального напряжения. Повышение эмоционального напряжения способствует чрезмерно высокой и длительной генерализации возбуждения в ЦНС, что может стать причиной развития тормозных процессов и снижения эффективности деятельности нервной системы, в т.ч. в когнитивной области.

Помимо учета гендерных особенностей ЗМР при оценке ФС необходимо учитывать и возрастной аспект.

С возрастом происходит постепенное снижение многих сенсорных и мнестических способностей, что находит отражение в уменьшении скорости обработки информации, снижении объема оперативной памяти, способности к обучению и запоминанию новой информации. И.Н. Дерябина и соавт., обследуя женщин в возрасте от 50 до 80 лет, обнаружили значимую положительную сильную связь между временем СЗМР и состоянием кратковременной памяти по тесту Бентона [27]. Полученные результаты, свидетельствующие о снижении способности человека с возрастом быстро и точно воспринимать информацию, связаны со снижением кратковременной памяти, которая является неотъемлемой частью психического компонента СЗМР.

Есть немало работ, в которых оценка ЗМР проводилась у детей. Высокие требования к уровню организации психических процессов предъявляются в процессе школьного обучения. Объективным критерием текущего ФС ЦНС ученика, определяющим успешность его обучения, являются характеристики ЗМР различной степени сложности. Обнаружена тенденция к уменьшению времени ЗМР по мере взросления детей [28]. При этом школьники со средней силой нервных процессов тратили меньше времени при решении теста в сравнении с другими испытуемыми. Полученные результаты подтверждают возможность применения тестов на определение времени сенсомоторных реакций различной степени сложности как простого объективного метода оценки ФС обучающихся.

Аналогичные данные получены при измерении ПЗМР и СЗМР у школьников г. Екатеринбурга. О.Б. Гилева в своем исследовании подтвердила общую тенденцию к уменьшению времени реакции по мере взросления детей [29]. Кроме этого, выявлен ступенчатый характер времени реакции, что обусловлено гетерохронностью развития организма детей. По мнению автора, возрастная динамика времени реакции является хорошим маркером развития и совершенствования ЦНС, учет которого позволит добиться успешности в образовательном процессе.

У детей латентные периоды реакций значительно превышают значения, характерные для взрослого человека, что объясняется низким уровнем развития ЦНС, в частности низким уровнем миелинизации волокон и более длительным временем синаптических переключений [30].

Время ЗМР с разным уровнем сложности как один из объективных психофизиологических методов определения ФС ЦНС можно эффективно использовать для оценки уровня интеллекта у детей, механизмов развития дефицита внимания [31, 32]. Выявление специфики психофизиологической структуры интеллекта у старших дошкольников с разным уровнем психического развития дает возможность понять когнитивную стратегию их деятельности и индивидуальные особенности с целью раннего прогнозирования школьных трудностей в обучении и организации эффективных мер их коррекции [31].

Исследование характеристик ЗМР у школьников представляет собой простой и информативный метод оценки физиологических процессов детского организма, особенно в младших классах, где велико число детей с высоким уровнем тревожности. В целом тревожность играет положительную роль в плане мобилизации сил для достижения конечной цели, однако постоянное повышение ее уровня может привести к негативным последствиям. Кроме того, оценка сенсомоторных реакций информативна и для более объективной диагностики самой тревожности [33]. Обнаружено, что дети с высоким уровнем тревожности в сравнении с контрольной группой показывали меньшую скорость как ПЗМР, так и СЗМР [33]. При этом они допускали большее количество ошибок, выполняя тест СЗМР. Полученные результаты свидетельствуют о дезорганизующем влиянии высокой тревожности на процессы когнитивной деятельности в целом, и в первую очередь на процессы внимания.

Низкие функциональные резервы ЦНС в условиях стресса по характеристикам ЗМР выявлены и в работе Э.В. Нелиной и соавт. у девушек 16–18 лет, находящихся в условиях пенитенциарной системы [34]. Это еще раз подтверждает, что данный тест позволяет получить оценку ФС ЦНС путем анализа времени реакций обследуемого на зрительный раздражитель.

Л.И. Губарева и О.В. Прасолова по СЗМР оценивали степень адаптации учащихся инновационных школ в разных экологических условиях [35]. Время ЗМР характеризует скорость протекания процессов возбуждения и торможения в ЦНС, способность к быстрой выработке дифференцировочного торможения и точность выполняемой работы. Использование данного теста наряду с другими методиками позволило заключить, что переход школ на более высокий образовательный уровень в условиях химического загрязнения приводит к увеличению времени СЗМР, количества ошибок на дифференцировку. Полученные данные свидетельствуют о снижении функциональной лабильности ЦНС, способности к быстрой выработке дифференцировочного торможения, что обусловливает снижение резервных возможностей ЦНС и, соответственно, степени адаптации к информационным нагрузкам.

Особенности психофизиологического состояния учащихся определяют и климатогеографические условия. О.Э. Кондаковой и со-авт. при обследовании школьников, постоянно проживающих в условиях Крайнего Севера, установлено, что возрастные различия в показателях ЗМР соответствуют литературным данным, уровень активации ЦНС у подростков выше, чем у детей 10-12 лет [36]. При этом отмечены более высокие значения показателей времени СМР у школьников-северян в сравнении с учениками средних широт, что свидетельствует о преобладании процессов торможения и снижении подвижности нервных процессов у первых.

В работе Е.Н. Николаевой и соавт. показано влияние этнических особенностей на время ЗМР [37]. У большей части обучающихся отмечался низкий уровень ФС, что говорит о развитии утомления в ЦНС, снижении работоспособности и умственной деятельности. У подростков коренной этнической группы (якуты) обнаружена инертность нервных процессов, низкие концентрация и устойчивость внимания в сравнении с уроженцами-европеоидами. Анализ ФС ЦНС посредством оценки показателей ЗМР различного уровня сложности позволяет определить соответствие психофизиологических возможностей организма школьников к предъявляемой учебной нагрузке.

Данные исследований, свидетельствующие о снижении работоспособности и ФС ЦНС в условиях Севера, получены и другими исследователями [26, 38, 39]. Проживание в данной климато-географической зоне определяет особенности ФС организма, поскольку является дополнительной нагрузкой для растущего организма.

В ряде исследований показаны периоды замедленного или, наоборот, усиленного прироста значений показателей ЗМР у спортсменов различных видов спорта в зависимости от возраста обследуемых и длительности тренировок [1, 40, 41].

Тест ЗМР является актуальным, поскольку позволяет определять психологическую готовность спортсменов, которая, наряду с уровнем их физической и технической подготовки, учитывается для успешного прогнози- рования спортивного результата [42, 43]. С.В. Матвиенко и соавт. на основе проведенного исследования рекомендуют в процессе психодиагностики анализировать среднеквадратическое отклонение ответных реакций. Данный показатель позволяет с высокой вероятностью прогнозировать успешность выступления спортсменов [42].

И.М. Абдуллаев и Л.И. Губарева по показателям ПЗМР и СЗМР не только оценивали функциональные возможности ЦНС, но и изучали особенности становления нервной системы у спортсменов-спринтеров разной квалификации [44]. Результаты исследования показали, что у более успешных спортсменов скорость двигательной реакции значимо выше, а, соответственно, время ЗМР меньше, чем у менее успешных спринтеров. Полученные данные позволяют сделать заключение о более высокой скорости достижения функциональной зрелости ЦНС у более успешных спортсменов-спринтеров. Возраст от 13 до 15 лет представляет собой критический период функциональных возможностей нервной системы по большинству показателей ЗМР. В этой возрастной группе авторы отмечали снижение возбудимости, функциональной лабильности и надежности функционирования ЦНС, что подтверждает высокую информативную значимость таких показателей, как время ПЗМР и СЗМР, число упреждений, количество ошибок на дифференцировку, уровень активации и интегральный показатель надежности ЦНС.

В то же время возраст 12–14 лет по медицинским заключениям рекомендуется для начала занятий спортивными единоборствами, несмотря на неустойчивый гормональный фон растущего организма и неустойчивость нервных процессов. Л.В. Соколова и С.А. Сунцов в своем исследовании подтвердили прогрессивные изменения ФС ЦНС по положительной динамике показателей ПЗМР и СЗМР спортсменов-единоборцев от 12 к 14 годам [45]. Полученные ими результаты свидетельствуют о росте скорости обработки информации, показателей концентрации, устойчивости и распределения внимания, т.е. об усилении системы управляющих функций у детей, занимающихся единоборствами.

Положительная роль спортивных занятий, особенно в период полового созревания, показана и в работе А.М. Менджерицкого и соавт. [46]. Результаты анализа показателей стабилограммы и СЗМР у подростков 12–14 лет с разным уровнем физической тренированности показали, что у спортсменов компенсация снижения координации движений происходит на фоне лучшего развития ЗМР при отсутствии выраженных гормональных сдвигов в отличие от их сверстников, не занимающихся профессиональными видами спорта.

Н.О. Мартусевич была изучена динамика ЗМР спортсменов-гребцов с целью комплексного контроля текущего состояния ЦНС [47]. Психофизиологический контроль спортсменов, деятельность которых требует особенно устойчивого внимания, быстроты реакций, стабильной работы всех функциональных систем на протяжении тренировочного процесса, позволяет своевременно принимать решения по его оптимизации.

Функциональные особенности ЦНС спортсменов, особенно игровых видов спорта, во многом определяют эффективность технико-тактических действий атлетов и способствуют совершенствованию их спортивного мастерства. Поскольку утомление в первую очередь развивается в ЦНС, а затем отражается на работе мышц, то изучение типологических свойств нервной системы позволяет определить уровень перетренированно-сти, изменение ФС организма в сторону его ухудшения и, соответственно, своевременно провести мероприятия по оптимизации работоспособности и совершенствованию спортивного мастерства. В связи с вышеизложенным И.Е. Попова и А.В. Сысоев для получения информации о ФС ЦНС баскетболисток использовали ПЗРМ [48]. Результаты исследования выявили повышение устойчивости реакции, уровня функциональных возможностей баскетболисток, показавших более эффективную игру. У этих девушек процесс восприятия и переработки афферентной информации происходит быстрее, преобладает подвижность нервных процессов.

Тест ПЗМР был включен в разработанные оценочные шкалы индивидуально-типологических свойств высшей нервной деятельности и сенсомоторных функций квалифицированных спортсменов, специализирующихся в борьбе хапсагай [49]. По мнению авторов, использование данных шкал позволяет дифференцировать психофизиологическое состояние спортсменов, вносить коррекцию в процесс тренировки, прогнозировать успешность выступления на соревнованиях в данном виде спорта.

Спортивная работоспособность, ФС организма в условиях высокоинтенсивных физических и психоэмоциональных нагрузок во многом зависят от микроклимата, качественного состава воздуха в спортивном зале. Оценка быстроты реакции, работоспособности, внимания, координации движений в разной воздушной среде показала значимые различия параметров ПЗМР и СЗМР, подтвердив пользу искусственной аэроионизации [50].

Психофизиологическое состояние спортсменов, играющее важную роль в эффективности соревновательной деятельности, легко и быстро можно оценить по времени ЗМР разной сложности. Это и было использовано О.Б. Немцевым и соавт. при выявлении возможности влияния кофеина на ФС нервной системы и результативность соревновательной деятельности [51]. Полученные результаты неоднозначны, целесообразность приема кофеина, в частности игроками в настольный теннис, должна решаться с учетом индивидуальных реакций.

Таким образом, показатели ЗМР характеризуют состояние нервных процессов организма и его индивидуально-типологические особенности и рассматриваются как интегральные показатели ФС ЦНС. Оценка ЗМР является достаточно простым и точным нейрофизиологическим индикатором нейроди-намических свойств нервной системы, общего уровня работоспособности и активности ЦНС, что обусловливает распространенность его использования в области исследования психомоторных функций человека.