Волны сознания и мозга. Альфа волны мозга

Послушаем кассету с записью духовной музыки — тибетских монахов или григорианское пение. Если вслушаться, то можно услышать, как голоса сливаются, образуя один пульсирующий тон. Это один из самых интересных эффектов, свойственных некоторым музыкальным инструментам и хору людей, поющих примерно в одной тональности — образование биений. Когда голоса или инструменты сходятся в унисон, биения замедляются, а когда расходятся — ускоряются.

Возможно, этот эффект остался бы в сфере интересов только музыкантов, если бы не исследователь Роберт Монро. Он понял, что несмотря на широкую известность в научном мире эффекта биений, никто не исследовал воздействие их на состояние человека при прослушивании через стереонаушники. Монро открыл, что при прослушивании звуков близкой частоты по разным каналам (правому и левому) человек ощущает так называемые бинауральные биения, или бинауральные ритмы. Например, когда одно ухо слышит чистый тон с частотой 330 колебаний в секунду, а другое — чистый тон с частотой 335 колебания в секунду, полушария человеческого мозга начинают работать вместе, и в результате он “слышит” биения с частотой 335 - 330 = 5 колебания в секунду, но это не реальный внешний звук, а “фантом”. Он рождается в мозге человека только при сочетании электромагнитных волн, идущих от двух синхронно работающих полушарий мозга.

Что же происходит в мозге, когда человек «слышит» эти звуки.
В 50-е годы получил развитие метод электроэнцефалографии (ЭЭГ), позволяющий записывать и изучать биоэлектрические потенциалы мозга. Тогда же было установлено, что частота биоэлектрических колебаний мозга способна синхронизироваться, при определенных условиях, с различными ритмичными стимулами, например, импульсами сверх слабого электрического тока, световыми вспышками и звуковыми щелчками, если частота следования стимулов находится в рамках естественного диапазона частот биоэлектрических потенциалов мозга.

Легче всего мозг следует за стимулами в интервале частот 8-25Гц, но при тренировке этот интервал можно расширить на весь диапазон естественных частот мозга.

В настоящее время принято выделять четыре основных вида электрических колебаний в человеческом мозге, каждому из которых соответствует свой диапазон частот и состояние сознания, при котором он доминирует.

Бета-волны — самые быстрые. Их частота варьируется, в классическом варианте, от 14 до 42Гц (а по некоторым современным источникам, - более чем 100 Герц). В обычном бодрствующем состоянии, когда мы с открытыми глазами наблюдаем мир вокруг себя, или сосредоточены на решении каких-то текущих проблем, эти волны, преимущественно в диапазоне от 14 до 40 Герц, доминируют в нашем мозге. Бета-волны обычно связаны с бодрствованием, пробужденностью, сосредоточенностью, познанием и, в случае их избытка, - с беспокойством, страхом и паникой. Недостаток бета-волн связан с депрессией, плохим избирательным вниманием и проблемами с запоминанием информации.

Ряд исследователей обнаружили, что некоторые люди имеют очень высокий уровень напряжения, включая высокую мощность электрической активности мозга в диапазоне быстрых бета волн, и очень низкую мощность волн релаксации в альфа и тета диапазоне. Люди такого типа так же часто демонстрируют характерное поведение, как курение, переедание, азартные игры, наркотическую или алкогольную зависимость. Это обычно успешные люди, потому что гораздо более чувствительны к внешним стимулам и реагируют на них значительно быстрее, чем остальные. Но для них ординарные события могут показаться крайне стрессовыми, заставляя искать способы понижения уровня напряжения и тревоги через прием алкоголя и наркотиков.

Повышенный уровень напряжения – это одна из разновидностей нарушения баланса нейрорегуляторов в организме. Очевидно, что у таких людей соответствующая стимуляция мозга может значительно понизить уровень бета активности и, соответственно, повысить релаксирующие альфа и тета ритмы. Например, Henry Adams , Ph . D . – основатель «Национального института ментального здоровья» ( National Institute of Mental Health ) и ведущий специалист исследовательских программ по алкоголизму в госпитале святой Элизабеты ( St . Elizabeth ' s Hospital , Washington , D . C . ) установил, что самые «горькие» пьяницы только после одной сессии альфа-тета релаксации, сопровождаемой короткими антиалкогольными внушениями, в течение последующих двух недель понизили уровень употребления алкоголя на 55%. В интервью корреспонденту доктор Adams заявил: «… это очень эффективная методика вместе с тем проста в подготовке и применении, свободна от существенного риска, какой-либо опасности и побочных медицинских эффектов. Теперь уже доказано, что она значительно уменьшает проявления абстинентного синдрома, обеспечивает состояние глубокой релаксации и тем самым уменьшает желание принимать наркотики…».

Альфа-волны возникают, когда мы закрываем глаза и начинаем пассивно расслабляться, не думая ни о чем. Биоэлектрические колебания в мозге при этом замедляются, и появляются “всплески” альфа-волн, т.е. колебаний в диапазоне от 8 до 13 Герц. Если мы продолжим расслабление без фокусировки своих мыслей, альфа-волны начнут доминировать во всем мозге, и мы погрузимся в состояние приятной умиротворенности, именуемым еще “альфа-состоянием”.

Исследования показали, что стимуляция мозга в альфа-диапазоне идеально подходит для усвоения новой информации, данных, фактов, любого материала, который должен быть всегда наготове в вашей памяти.

В восточных боевых единоборствах есть такое понятие как «состояние мастера». Исследования методом ЭЭГ показали, что в этом состоянии в мозге человека преобладают альфа волны. На фоне альфа активности мозга скорость мышечной реакции в десять раз выше, чем в обычном состоянии.

На электроэнцефалограмме (ЭЭГ) здорового, не находящегося под влиянием стресса человека, альфа-волн всегда много. Недостаток их может быть признаком стресса, неспособности к полноценному отдыху и эффективному обучению, а так же свидетельством о нарушениях в деятельности мозга или болезни. Именно в альфа-состоянии человеческий мозг продуцирует больше вета-эндорфинов и энкефалинов – собственных «наркотиков», отвечающих за радость, отдых и уменьшение боли. Также альфа волны являются своеобразным мостиком - обеспечивают связь сознания с подсознанием. Многочисленными исследованиями методом ЭЭГ установлено, что люди, пережившие в детстве события, связанные с сильными душевными травмами, имеют подавленную альфа активность мозга. Аналогичную картину электрической деятельности мозга можно наблюдать и у людей, страдающих посттравматическим синдромом, полученным в результате военных действий или экологических катастроф.
Поскольку в альфа-диапазоне лежит сенсорно-моторный ритм, то становится понятным – почему у людей, страдающих посттравматическим синдромом, затруднен произвольный доступ к чувственно-образным представлениям (на которых, кстати, строится вся традиционная безлекарственная психотерапия) или некоторые методики развития экстрасенсорных способностей.

Пристрастие некоторых людей к алкоголю и наркотикам объясняется тем, что эти люди не способны генерировать достаточное количество альфа-волн в обычном состоянии, в то время как в состоянии наркотического или алкогольного опьянения, мощность электрической активности мозга, в альфа-диапазоне, у них резко возрастает.

Тета-волны появляются, когда спокойное, умиротворенное бодрствование переходит в сонливость. Колебания в мозге становятся более медленными и ритмичными, в диапазоне от 4 до 8 Герц. Это состояние называют еще “сумеречным”, поскольку в нем человек находится между сном и бодрствованием. Часто оно сопровождается видением неожиданных, сноподобных образов, сопровождаемых яркими воспоминаниями, особенно детскими. Тета-состояние открывает доступ к содержимому бессознательной части ума, свободным ассоциациям, неожиданным озарениям, творческим идеям.

С другой стороны, тета-диапазон (4-7 колебаний в секунду) идеален для некритического принятия внешних установок, поскольку его ритмы уменьшают действие соответствующих защитных психических механизмов и дают возможность трансформирующей информации проникнуть глубоко в подсознание. То есть чтобы сообщения, призванные изменить ваше поведение или отношение к окружающим, проникли в подсознание, не подвергаясь критической оценке, свойственной бодрствующему состоянию, лучше всего наложить их на ритмы тета-диапазона.

Этому психофизиологическому состоянию (похожему на гипнотические состояния картиной распределения и сочетания электрических потенциалов головного мозга) в 1848 Френчмен Маури дал название гипнагогическое (от греческого hipnos = сон и agnogeus = проводник, ведущий). В каждой Восточной философско-эзотерической школе “гипнагогия” использовалась веками для творчества и самосовершенствования, были тщательно разработаны психотехники и ритуалы для достижения этого состояния и существуют подробные классификации психофизиологических феноменов, ему сопутствующих.

Заметим, что применение гипнагогии не ограничивается Восточными религиями. История донесла до нас, что такие известные личности, как Аристотель, Брамс, Пуччини, Вагнер, Франциск Гойа, Ницше, Эдгар Алан По, Чарлз Диккенс, Сальвадор Дали, Генри Форд, Томас Эдисон и Альберт Эйнштейн намеренно использовали гипнагогию для своего творчества, используя технику, которую описал еще Аристотель.

Например, Эдисон трудился над своими изобретениями в очень напряженном режиме. Когда же в своих размышлениях он заходил в тупик, то садился в свое любимое кресло, брал металлический шар в руку (которую свободно опускал вдоль кресла) и засыпал. Заснув, он непроизвольно выпускал шар из руки и грохот падающего на пол шара будил его, и очень часто он просыпался со свежими идеями относительно проекта, над которым работал.

Дельта-волны начинают доминировать, когда мы погружаемся в сон. Они еще медленнее, чем тета-волны, поскольку имеют частоту менее 4 колебаний в секунду. Большинство из нас при доминировании в мозге дельта-волн находятся либо в сонном, либо в каком-то другом бессознательном состоянии. Тем не менее, появляется все больше данных о том, что некоторые люди могут находиться в дельта-состоянии, не теряя осознанности. Как правило, это ассоциируется с глубокими трансовыми или “нефизическими” состояниями. Примечательно, что именно в этом состоянии наш мозг выделяет наибольшие количества гормона роста, а в организме наиболее интенсивно идут процессы самовосстановления и самоисцеления.

Недавними исследованиями установлено, что, как только человек проявляет действительную заинтересованность чем-либо, то мощность биоэлектрической активности мозга в дельта-диапазоне значительно возрастает (наряду с бета-активностью).

Современные методы компьютерного анализа электрической активности мозга позволили установить, что в состоянии бодрствования в мозге присутствуют частоты абсолютно всех диапазонов, причем чем эффективней работа мозга, тем большая когерентность (синхронность) колебаний наблюдается во всех диапазонах в симметричных зонах обоих полушарий мозга.

Мозг человека - едва ли не самое большое таинство природы. В гигантских популяциях миллиардов нервных клеток (в сумме до 1011), в еще большем на три-четыре порядка (1014-15) количестве нервных связей и в астрономическом числе эффективных межнейронных комбинаций саморазвивающаяся природа обратилась к самой себе в форме самопознания.
Порождающиеся в ходе этого процесса субъективные образы и представления первичной реальности стали у человека доминирующими мотивами программирования и управления поведением, от элементарных актов типа забивания гвоздей и придумывания научных гипотез до сложных межличностных контактов и экзистенциальных размышлений.

Теперь все в природе стало подвластным анализу, даже сам мозг. Однако в последнем случае исследователи столкнулись с уникальной и казалось бы практически безвыходной ситуацией, когда в сети экспериментальных процедур следовало поймать реально существующие, но быстротечные и бестелесные психические феномены: эмоциональные состояния, процедуры мышления и ментальные образы! Какими же нужно обладать инструментами экспериментального анализа, чтобы зафиксировать хотя бы элементарные акты человеческой психики?

Можно было бы попробовать измерять потребление нервными клетками кислорода или питательных веществ (глюкозы), предполагая, что в состоянии активации то и другое требуется клеткам в большем количестве.
Можно измерять теплопродукцию нервной ткани. И такие методы действительно существуют в настоящее время, например, в виде технологий позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), ядерно-магнитного резонанса, тепловидения и др.
Однако, подобные подходы, очевидно, лишь косвенным образом могут отражать собственно информационную активность мозга. К тому же большая инерционность этих методов (секунды и десятки секунд) не позволяет им "отреагировать" на мимолетную по своей природе аналитическую деятельность нейронов.

К счастью для многих поколений психофизиологов в основе аналитических процедур нервных клеток оказался заложенным вполне материальный носитель - разность электрических потенциалов по обе стороны клеточной мембраны, достигающая 70-80 мВ!
Распространяющиеся по отросткам нервных клеток кратковременные сдвиги мембранного потенциала или нервные импульсы можно было зарегистрировать с помощью обычных вольтметров, снабженных каскадом предварительного усиления электрического сигнала. Таким образом, динамика состояний нейронов могла передаваться на стрелки электрических регистраторов без малейшей задержки.
Для исследований на человеке трудность этого экспериментального подхода заключалась только в том, что электрическую активность мозга нужно было зарегистрировать "неинвазивно", т.е. без каких-либо разрезов, проколов и др. повреждений биологических тканей. А как иначе, без повреждений, "отвести" потенциалы коры головного мозга, защищенной от внешних воздействий не только кожей и костями черепа, но дополнительно еще укрытой несколькими оболочками, между которыми циркулирует токопроводящая цереброспинальная жидкость? Как видно, природа сделала все, чтобы защитить мозг не только от механических повреждений, но и от внешних электромагнитных полей. Вот эту последнюю защиту одинаково трудно "пробить" как с внешней, так и с внутренней стороны черепной коробки. Корковый электрические потенциалы если и проникают на поверхность черепа, то в тысячи раз ослабленном виде, в конечном итоге не превышая одного-двух десятков миллионных долей вольта. Это при том, что в сотни раз большие потенциалы наводятся на теле человека от внешних природных и техногенных электромагнитных полей.

Тем не менее около 80 лет назад технология регистрации электрических потенциалов мозга непосредственно с кожной поверхности головы человека была продемонстрирована немецким психиатром Гансом Бергром. Этот метод получил название электроэнцефалографии (ЭЭГ), и в настоящее время ни одно неврологическое отделение в больницах, ни одна поликлиника соответствующего профиля не обходится без лаборатории электроэнцефалографии. Диагностике с помощью метода ЭЭГ теперь хорошо поддаются многочисленные очаговые поражения мозга, опухолевые процессы, эпилептические и некоторые другие нейрогенные заболевания.

Но начальный оптимизм исследователей в отношении объективного изучения человеческой психики заметно поубавился, как только они приступили к расшифровке ЭЭГ, оказавшейся на поверку очень сложно устроенным сигналом. В поисках "отзвуков" элементарных психических актов в ЭЭГ работает и группа по изучению мозга человека (руководитель - проф. А.Я. Каплан) на кафедре физиологии человека и животных биофака МГУ. В ходе исследований ученых постоянно беспокоил тот факт, что многие психические процессы, такие как память, внимание, и особенно когнитивные или познавательные операции, если и проявлялись на уровне ЭЭГ, то в сильно завуалированном виде, на грани порога статистической значимости. Не связано ли это с процедурами усреднения, которые традиционно применяются для нивелирования вклада "случайной" изменчивости ЭЭГ, обусловленной, как полагали, действием многочисленных неконтролируемых факторов эксперимента?

Вот здесь исследователи задумались: а не явлеются ли эта якобы "случайная" изменчивость ЭЭГ на самом деле отражением высоко динамичных по своей природе психических операций? Было сделано предположение о том, что подобные операции могут проявляться на уровне ЭЭГ в виде кратковременной стабилизации основных статистических параметров этого сигнала. Соответственно этому смена одной операции на другую должна сопровождаться в ЭЭГ кратковременным переходным периодом с последующей стабилизацией нового пакета статистических показателей. Но существует ли в действительности подобная сегментная структура ЭЭГ?

В содружестве с математиками из Института системных исследований (проф. Б.С. Дарховский и д-р Б.Е. Бродский) сотрудники группы изучения мозга человека задумали и реализовали процедуры автоматической сегментации ЭЭГ на относительно однородные участки. В ходе исследования оказалось, что ЭЭГ действительно может быть представлена в виде последовательности относительно однородных сегментов, длительностью порядка десятых долей секунды. Теперь нужно было показать, насколько подобное сегментное представление ЭЭГ соответствует функциональной структуре реальных физиологических и психических процессов.

Первой пробой пера в этом направлении было изучение эффектов разработанного под руководством зав. кафедрой академика РАМН И.П. Ашмарина ноотропного препарата нового поколения семакса. Оказалось, что особенностью этого препарата является его позитивное влияние на сегменты альфа-активности ЭЭГ умеренной амплитуды (признак оптимизации процессов памяти) и некоторое противоположное влияние на сегменты той же активности, но высокой амплитуды. Очевидно, при тотальном усреднении ЭЭГ оба эффекта в значительной мере взаимно компенсировались бы, и в таком случае не было бы обнаружено истинное действие препарата. Эта находка стала основой для дальнейших клинических исследований семакса, которые в конечном итоге способствовали внедрению этого лекарства в здравоохранение для целей активации процессов памяти и внимания при их ситуативной недостаточности.

Затем исследователи применили свои технологии для сегментации ЭЭГ на функциональные блоки при изучении ночного сна человека, выполненном совместно с клиникой Гуттенбргского университета в Германии. Выделение известных стадий сна, которые обычно определяются "вручную" опытными экспертами на основе достаточно субъективных критериев, оказалось возможным сделать практически автоматизировано. Такая прецизионная и объективная сегментация ночной ЭЭГ позволила "разглядеть" некоторые ранее неизвестные подробности, например, что в каждую из классических стадий сна "вкраплены" в небольшом количестве сегменты ЭЭГ, характерные для других стадий сна. Это означает, в частности, что даже в стадии глубокого сна существуют короткие периоды состояний бодрствования, которые субъективно не замечаются человеком именно в силу своей кратковременности. Дальнейшие исследования должны прояснить смысл и функциональное предназначение подобного частичного "перемешивания" гетерогенных стадий сна и бодрствования.

Сегментное представление ЭЭГ позволило найти в ней отличительные признаки так называемых медитативных состояний сознания. На базе Технологического института в г. Канпуре (Индия) профессором А.Я. Капланом было показано, например, что сегментная структура периода медитации у потомственных йогов существенно отличается от состояния бодрствования прежде всего высоким динамизмом чередования коротких сегментов альфа- (8 - 12 Гц) и тета-ритмики (3.5 - 6 Гц) в ЭЭГ. Теперь, отслеживая подобные ЭЭГ феномены, можно говорить о периодах измененных состояний сознания и проводить систематическое исследование этих состояний.

Сегментный анализ ЭЭГ позволяет выделить совершенно новые количественные характеристики ЭЭГ сигнала, такие как распределение квази-стационарных сегментов в анализируемой записи по амплитуде и длительности, по крутизне и амплитуде межсегментных переходов и т.д., причем все эти характеристики можно рассматривать в разных частотных диапазонах. Оценивая эти показатели, аспиранты С.В. Борисов и Е.В. Левичкина получили топографическую характеристику ЭЭГ-эффектов для разнообразных когнитивных нагрузок, таких, как прослушивание музыки, арифметический счет, рассматривание простых двумерных изображений и картинок, содержащих скрытое трехмерное изображение.

Не остались без внимания исследователей и сами переходные периоды между сегментами ЭЭГ. Возникла идея о том, что моменты переходов от сегмента к сегменту в разных областях мозга могут совпадать по времени, тем самым свидетельствуя о согласованности текущих операций в этих областях. При первом же взгляде на сегментную структуру ЭЭГ разных мозговых образований можно было выявить многочисленные случаи пространственной синхронизации переходных периодов в ЭЭГ практически во всех парных комбинациях ЭЭГ регистраций: лоб-затылок, темя-висок, и т.д. - всего, например, 120 комбинаций для 16 электродов. Для каждого функционального состояния мозга можно было, таким образом, построить пространственный портрет операциональной синхронизации, отложив по горизонтали номер парной комбинации ЭЭГ отведений, а по вертикали - как часто в этих комбинациях обнаруживается совпадение границ сегментов. В рамках исследовательских проектов к.б.н. С.Л. Шишкина и аспиранта С.В. Борисова были получены четко выраженные портреты операциональной синхронности при различных психических нагрузках.

Однако численное моделирование процесса операциональной синхронности показало, что в любых комбинациях ЭЭГ даже при полном отсутствии взаимодействия между мозговыми структурами должна наблюдаться достаточно высокая частота чисто случайных совпадений межсегментных переходов в ЭЭГ. Тем интереснее было сравнить реальные и предсказанные моделированием случайные портреты операциональной синхронности. К радости исследователей тестировавшиеся функциональные состояния мозга различались каждый своей уникальной композицией пар мозговых образований, для которых феномен операциональной синхронности ЭЭГ статистически значимо превышал стохастический уровень. На этом пути был получен целый ряд новых данных о специфике операционального взаимодействии мозговых образований при выполнении испытуемых разных заданий. Более того, оказалось, что и значительно более генерализованные психические состояния также отражаются в перестройках операциональных отношений между мозговыми образованиями - так, в исследовании к.б.н. С.Л. Шишкина получены интересные результаты о том, что повышенная операциональная синхронность между корковыми структурами характерна для состояния повышенной тревожности. Поскольку сверхнормативная тревожность играет важную роль в формировании невротической и психосоматической патологии, можно предполагать, что дальнейшее развитие исследований в этом направлении принесет важные для медицины результаты.

Как видно, высшие психические функции действительно отражаются в специфических паттернах микроструктурной организации ЭЭГ. Проблема только в том, что далеко не всегда удается придумать такой эксперимент и применить такие методы анализа ЭЭГ, которые в своей совокупности смогут раскрыть исследователю очередную загадку психики человека. Несмотря на солидный стаж работы группы по изучению мозга человека, как всегда - самые интересные эксперименты и самые интригующие задачи еще впереди. В настоящее время, например, планируются эксперименты по изучению механизмов произвольной регуляции психических процессов у человека. С помощью специально подготовленных технических средств и программной системы испытуемые должны будут научится волевым образом модифицировать функциональные отношения между мозговыми структурами. Где-то на этом пути должна приоткрыться завеса и над тайной "свободы воли" человека, что это: метафизическая аллегория, "вредная побасенка" или реальный психофизиологический процесс?

Карта сайта