Главная » Справочники » Спецкурсы »

Методы психофизиологии

Руководитель: доцент Напалков Д.А.

Преподаватели:

• в.н.с. Анисимов В.Н.
• н.с. Котенев А.В.
• н.с. Литвинова А.С.
• в.н.с. Ратманова П.О.
• м.н.с. Семенюк Р.Н.

 

Летняя практика

Психофизиология – научная дисциплина, возникшая на стыке психологии и физиологии. Предметом изучения являются физиологические основы психической деятельности и поведения.

Цель летней практики – ознакомление студентов с многообразием современных методов, применяемых в психофизиологии, обучение практическим навыкам получения данных и их обработки, изучение основных принципов автоматизации психофизиологического эксперимента.

Практика включает лекционный материал (56 часов) и практические занятия (88 часов). Отчетность: итоговая оценка формируется из трех зачетных оценок – по теоретическому зачету, практическому зачету и оценки за письменные отчеты по выполненным практическим задачам.

Фотогалерея практики 2021

Программа практики

Предмет и задачи психофизиологии. Обзор современных методов психофизиологии. Возможности и ограничения основных методов. Этические принципы проведения экспериментов с участием человека. Техника безопасности при проведении экспериментов с участием человека.

Устройство и принципы работы оборудования для регистрации биопотенциалов. Виды погрешностей измерения. Устройство и принципы работы электронных усилителей. Виды электронных усилителей. Принципы работы электрических фильтров. Емкостное и индуктивное сопротивление, постоянная времени. Коэффициент усиления, амплитудно-частотная характеристика усилителя. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и принципы их работы.

Основные принципы организации психофизиологического исследования. Автоматизация эксперимента в системе «CONAN». Планирование исследования. Использование протокола для планирования автоматических экспериментов. Выполнение эксперимента. Понятие режима реального времени. Средства ручного и автоматического управления экспериментом. Методы и средства экспресс-анализа. Регистрация и использование дискретных сигналов. Структура записей. Визуальное исследование записей. Поиск и удаление артефактов.

Пакет программ «MATLAB». Область применения, рабочая среда «MATLAB». Синтаксис, основные команды. Арифметические операции, операции отношения и логические операции. Переменные. Построение графиков. Представление данных в среде «MATLAB». Операции с векторами и матрицами. Операторы цикла "for" и "while". Условный оператор "if". Оператор переключения "switch". Скрипты и функции. Примеры обработки экспериментальных данных в среде ««MATLAB».

Электроэнцефалография. Физические и физиологические основы метода. Область применения, основные достоинства и недостатки. Оборудование для регистрации ЭЭГ. Электроды для регистрации ЭЭГ. Монополярный и биполярный способы отведения, монтаж электродов согласно международной системе 10-20%. Артефакты на электроэнцефалограмме. Основные ритмы ЭЭГ. Обратная задача ЭЭГ. Бергер-эффект. Десинхронизация и синхронизация, связанная с событиями. Использование электроэнцефалограммы в интерфейсе «мозг-компьютер».

Обработка электроэнцефалограммы. Метод преобразования Фурье, алгоритм быстрого преобразования Фурье. Преимущества и недостатки Фурье-фильтрации. Спектральный анализ. Выбор длины эпохи, сдвига и перекрытия эпох. Усреднение спектров. Корректирующие окна. Обобщенные спектральные показатели в частотных диапазонах. Анализ по диапазонам и эпохам. Топографическое картирование ЭЭГ. Корреляционный анализ. Периодометрический анализ ЭЭГ. Методы трехмерной локализации ЭЭГ-источников.

Вызванные потенциалы. Соотношение амплитуды и частоты вызванных потенциалов, ЭЭГ и других биоэлектрических сигналов. Условия регистрации и методы выделения вызванных потенциалов. Классификация вызванных потенциалов. Потенциалы, связанные с событиями. Применение метода вызванных потенциалов в психофизиологии и клинической практике. Использование вызванных потенциалов в интерфейсе «мозг-компьютер».

Методы томографии. Рентгеновская компьютерная томография. «Рентгеновская плотность», задача томографического восстановления. Современный уровень КТ: спиральная компьютерная томография, многослойная компьютерная томография. Магнитно-резонансная томография. Физические основы метода. Спин и магнитный дипольный момент ядра. Классификация ядер по наличию магнитного момента. Магнитные свойства протона. Поведение протона в постоянном магнитном поле. Прецессия. Уравнение Лармора. Резонансная частота и спектр ЯМР. Макроскопическая намагниченность. Времена релаксации Т1 и Т2. Компьютерное обеспечение современной спектроскопии ЯМР. Накопление сигнала. Селективность импульсов. Применение импульсов специальной формы. Понятие об импульсных последовательностях. Последовательности для измерения Т1 и Т2. Градиент. Использование градиентов для создания пространственного разрешения в МРТ. Компоненты магнитного томографа. Свойства ткани, влияющие на контраст изображения. Понятие о функциональной МРТ. Основные виды функциональной МРТ. Физиологические параметры, используемые при функциональной МРТ. BOLD-сигнал. Гемодинамический ответ. Особенности нейро-сосудистого сопряжения. Эксперимент в функциональной МРТ. Парадигмы МРТ. Проведение эксперимента. Удаление артефактов, связанных с движением. Основные статистические методы определения активности. Ошибки метода. Наложение активности на анатомические снимки. Программы обработки функциональных МРТ записей (SPM, AFNI, FMRIB). Основные форматы (DICOM, Analyze). Примеры МРТ экспериментов (определение речевых и двигательных зон). Позитронно-эмиссионная томография. Физические основы метода. Применение ПЭТ в психофизиологических исследованиях.

Функциональное состояние и адаптация к выполняемой деятельности. Биологическая адаптация и уровни адаптации человека. Оценка эффективности деятельности. Законы Йеркса-Додсона. Активационная теория Линдсли. Функциональная система по Анохину. Функциональное состояние. Комплекс физиологических показателей, характеризующих функциональное состояние.

Математический анализ ритма сердца и его применение для диагностики функционального состояния. Регуляция сокращений сердца: интракардиальная регуляция, гуморальные факторы, экстракардиальная регуляция. Модель регуляции ритма сердца Р.М. Баевского. Регистрация электрокардиограммы. Структура кардиограммы. Методы анализа ЭКГ. Анализ частоты сердечных сокращений. Вариабельность ритма сердца. Методы вариационной пульсометрии. Визуальный анализ ритмограммы. Геометрический анализ ритмограммы. Индексы Р.М. Баевского. Индексы А.Я. Каплана. Статистический анализ ритмограммы. Спектральный анализ ритмограммы. Применение вариационной пульсометрии в психофизиологии. Длительный мониторинг ритма сердца во время профессиональной деятельности.

Биологическая обратная связь и биоуправление. Принцип обратной связи. Положительная и отрицательная обратная связь. Обратная связь в биологических системах. История развития метода биоуправления. Работы Н. Миллера, М. Стермана, Дж. Камия. Аппаратная реализация биоуправления. Игровое биоуправление. Выбор физиологических параметров для биоуправления. Оптимизация функционального состояния c помощью биоуправления. Повышение психологической резистентности и совершенствование саморегуляции с помощью биоуправления. Применение метода в медицине и спорте. Психофизиологическое тестирование методами биоуправления. Организация интерфейса «мозг-компьютер» на основе биологической обратной связи.

Компьютерная стабилография с биологической обратной связью. Физиологические механизмы поддержания вертикальной позы человека. Устройство стабилографической платформы. Организация и методики стабилографического исследования. Реализация биологической обратной связи. Тесты и тренажеры. Основные показатели и термины. Применение компьютерной стабилографии в диагностике функционального состояния человека, в восстановительной медицине и спорте. Примеры клинического использования метода. Постурология.

Методы регистрации движений глаз. Типы движений глаз. Саккадические движения глаз. Основные характеристики саккад. Строение саккадной системы. Зрительное внимание и саккады. Экспериментальные парадигмы. Трехпетлевая теория Фишера. Изменение саккадических движений глаз при заболеваниях нервной системы. Электроокулография: физическая основа метода, способы регистрации электроокулограммы. Применение метода электроокулографии в психофизиологии и клинической практике. Метод видеоокулографии. Суть метода, аппаратно-программные комплексы для видеоокулографии. Типы получаемых данных. Типовые классы задач. Применение метода в психофизиологии и эргономике. Коммерческое применение.

Определение профиля функциональной межполушарной асимметрии. Развитие представлений о локализации функций в коре больших полушарий головного мозга. Узкий локализационизм и эквипотенциальность. Современные представления о локализации функций и специализации полушарий. Методы определения ведущей руки, ноги, глаза, уха. Методы определения локализации центров речи. Расчет коэффициента асимметрии.

Метод полиграфии и его практическое применение. Детекция лжи. Полиграф – прибор для регистрации объективных физиологических реакций организма. Физиологические основы метода полиграфии, используемые показатели. Кожно-гальваническая реакция и способы ее регистрации. Фотоплетизмограмма. Регистрация дыхательных движений. История создания «детекторов лжи». Архитектура современного полиграфа. Практическое применение. Методика проверки на полиграфе: этапы, типы вопросов. Визуальная оценка полиграмм. Метрическая оценка полиграмм. Способы обмана «детектора лжи». Различные точки зрения на эффективность и обоснованность применения полиграфа.

План лекций

• Лекции 1, 2. Введение. Обзор современных методов психофизиологии.
• Лекция 3. Этические принципы проведения экспериментов с участием человека.
• Лекции 4, 5. Устройство и принципы работы оборудования для регистрации биопотенциалов.
• Лекция 6. Основные принципы организации психофизиологического исследования.
• Лекции 7 – 12. Автоматизация эксперимента и обработка данных в системе «CONAN».
• Лекции 13 - 15. Обработка данных эксперимента в пакете программ «MATLAB».
• Лекции 16, 17. Электроэнцефалография.
• Лекция 18. Вызванные потенциалы головного мозга.
• Лекции 19, 20. Методы томографии.
• Лекция 21. Функциональное состояние и адаптация к выполняемой деятельности.
• Лекция 22. Математический анализ ритма сердца и его применение для диагностики функционального состояния.
• Лекция 23. Биологическая обратная связь и биоуправление.
• Лекция 24. Стабилометрия с биологической обратной связью.
• Лекция 25, 26. Методы регистрации движений глаз.
• Лекция 27. Практическое применение метода полиграфии: детекция лжи.
• Лекция 28. Заключение. Подведение итогов практики. Дискуссия о достоинствах и недостатках изученных методов.

Практические занятия

• Задача 1. Измерение амплитудно-частотных характеристик усилителей.
• Задача 2. Диагностика функционального состояния человека электрофизиологическими методами.
• Задача 3. Длительный мониторинг ритма сердца в условиях выполнения профессиональной деятельности.
• Задача 4. Применение принципа биологической обратной связи для оптимизации функционального состояния человека.
• Задача 5. Компьютерная стабилография с биологической обратной связью.
• Задача 6. Определение профиля функциональной межполушарной асимметрии.
• Задача 7. Практическое применение метода полиграфии: детекция лжи.
• Задача 8. Зрительное внимание и саккадические движения глаз.
• Задача 9. Применение метода видеоокулографии в психофизиологии.
• Задача 10. Основы работы в MATLAB.
• Задача 11. Анализ структур мозга человека на МРТ-снимках.

Рекомендуемая литература

1. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. – М.: Наука, 1984. – 220 с.
2. Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний. – М.: Изд-во МГУ, 1992. – 192с.
3. Иванов Л.Б. Прикладная компьютерная электроэнцефалография. – М.: АОЗТ «Антидор», 2000. – 256 с.
4. Кулаичев А.П. Компьютерная электрофизиология. – М.: МГУ, 2002. – 379 с.
5. Малый практикум по нейробиологии. Часть 1. / Под ред. Напалкова Д.А. – М.: МАКС Пресс, 2009. – 112 с. (задачи 1, 3, 4).
6. Напалков Д.А., Ратманова П.О., Коликов М.Б. Аппаратные методы диагностики и коррекции функционального состояния стрелка. – М.: МАКС Пресс, 2009. – 212 с. (главы 1, 4).
7. Основы психофизиологии / Под. ред. Александрова Ю.И. – М.: Инфра-М, 1998. – 432 с.
8. Спрингер С., Дейч Г. Левый мозг, правый мозг. – М.: Мир, 1983. – 256 с.
9. Хэссет Дж. Введение в психофизиологию. – М.: Мир, 1981. – 248 с.
10. Шульговский В.В. Физиология высшей нервной деятельности с основами нейробиологии: Учебник. – М.: Academia, 2008. – 528 с.