ЭЭГ-корреляты состояния умственного утомления

У операторов различных профессий и в условиях лабораторных обследований были описаны изменения ЭЭГ при развитии состояния умственного утомления. В частности, при этом отмечалось периодическое появление медленных (дельта и тета) волн, причем они были тем более выражены, чем сильнее было утомление. Поскольку выраженность медленных частот в ЭЭГ коррелирует также с уровнем интеллектуального напряжения, высказывалось предположение о том, что медленноволновая активность отражает адаптивные перестройки функционирования рабочих механизмов мозга, направленные на обеспечение деятельности в экстремальных условиях, в частности, в условиях ухудшающегося функционального состояния.

Наряду с повышением мощности медленных частот, в условиях умственного утомления А.Б.Коганом и Б.М.Владимирским (1988) была описана квазипериодическая модуляция мгновенных спектральных плотностей ЭЭГ с частотой дельта-волн. Эта периодичность, по мнению авторов, качественно отлична от собственно дельта-волн и может отражать функционирование контура, занимающего в иерархии систем регуляции функционального состояния более высокий уровень.

При анализе ЭЭГ водителей тепловозов и поездных диспетчеров было показано, что после утомительной семичасовой работы происходит снижение амплитуды альфа-волн, уменьшается выраженность и повторяемость альфа-ритма. Длительная умственная работа диспетчеров аэропортов, телефонистов приводит к смене альфа-активности более быстрыми или, напротив, более медленными колебаниями.

В исследованиях ЭЭГ летчиков после длительных перелетов, напротив, не было выявлено каких-либо изменений выраженности, количества и периодичности альфа-волн, а отмечалось лишь снижение их амплитуды. Снижение амплитуды (мощности) альфа-волн, уменьшение альфа-индекса при развитии утомления было отмечено и в условиях лабораторных обследований. Однако в ряде случаев после утомляющей работы оно отчетливо проявлялось лишь в состоянии покоя с закрытыми глазами, тогда как в покое с открытыми глазами альфа-индекс увеличивался. Эти изменения трактуются как отражение развития тормозных процессов в центральных структурах, которые выполняют охранительную роль, предотвращая систему от перенапряжения.

В ряде случаев отмечалось, что в динамике развития умственного утомления отчетливый рост мощности альфа-частот наблюдается лишь в некоторых отведениях. Одновременно имеет место перемещение области максимального снижения их мощности из левой темпоральной и правой центральной зон в левую затылочную и центральные.

В целом, характер изменений альфа-частот в условиях утомляющих нагрузок зависит от их интенсивности и длительности. Повышение их мощности отмечается, как правило, после 3-5 часов непрерывного выполнения напряженной деятельности. Ее пролонгация (до 8-10 и даже 24-36 часов) сопряжена со снижение спектральной мощности альфа-частот, усилением поличастотности альфа-диапазона. Полагают, что в первом случае изменения отражают снижение уровня активности ЦНС при функционировании традиционных для бодрствования систем регуляции, тогда как во втором свидетельствуют о нарушении характерных для нормы взаимоотношений между функциональными системами мозга, повышении уровня активации, необходимом для формирования новых адаптационных систем.

Более однородные результаты получены при анализе средней частоты альфа-колебаний: как правило, указывается на замедление их частоты к концу рабочего дня у лиц, занимающихся умственной работой.

При наступлении утомления нарушаются фронто-окципитальная и билатеральная асимметрии мозга. Если в неутомленном состоянии альфа-ритм более выражен, как правило, в отведениях правого полушария и в задних областях коры, то при умственном утомлении наблюдается доминирование альфа-частот в отведениях левого полушария, а в ЭЭ1 зрительных областей альфа-ритм может быть сильно модулирован по амплитуде. Подобная картина ЭЭГ характерна для послерабочего состояния и лучше проявляется при закрытых глазах. Если в норме предъявление вербальной информации приводит к активации левого полушария, а невербальной -правого, то при утомлении наблюдается активация правого полушария и отсутствует переключение активации с одного полушария на другое при вербальных и невербальных пробах.

Наряду с ростом медленных частот, при развитии умственного утомления в ЭЭГ человека отмечается усиление бета-активности. Рост мощности бета-частот начинается на начальных этапах утомления параллельно с усилением в ЭЭГ выраженности тета-частот. На стадии декомпенсированного утомления в спектрах доминируют дельта- и бета-частоты, причем, мощность последних в 2-3 раза выше. Низкие частоты преобладают в ЭЭГ передних областей, а высокие - задних.

Учитывая, что при развитии умственного утомления изменения охватывают все частотные диапазоны ЭЭГ, предпринимаются попытки их интегральной оценки. Нами (V.N.Kiroy и др., 1996) показано, что в состоянии умственного утомления имеет место глобальный рост спектральной мощности всех частот, представленных в ЭЭГ. Наиболее существенно возрастает мощность тета-частот в ЭЭГ лобных областей.

Эффект глобального увеличения суммарной спектральной мощности ЭЭГ-частот сохранялся и после окончания работы, что указывает на устойчивое изменение функционального состояния ЦНС.

Сведения относительно изменения пространственно-временной организации биоэлектрической активности мозга человека в динамике умственного утомления достаточно немногочисленны. В одних случаях указывается на снижение в этих условиях КК ЭЭГ, регистрируемой от передних и задних отделов коры. В других случаях отмечалось избирательное повышение уровня скоррелированности биопотенциалов центральных и височных отведений, с одной стороны, и затылочными - с другой. В покое после окончания работы отмечался рост (по сравнению с аналогичным состоянием до работы) КК ЭЭГ симметричных пар отведений и снижение -центрально-затылочных внутриполушарных отведений.

Одновременно были показаны "реципрокные" изменения когерентности низко- и высокочастотных составляющих спектра ЭЭГ в состоянии покоя: увеличение когерентности имело место на дельта-частотах, тогда как в других частотных диапазонах она снижалась.

Приводятся сведения о том, что при развитии так называемой "стрессовой" формы утомления отмечается рост внутриполушарной когерентности ЭЭГ лобных и затылочных отведений во всех частотных диапазонах, а теменных и затылочных — на дельта- и бета-частотах. При развитии "тормозной" формы утомления когерентность ЭЭГ симметричных теменных, а также теменных и затылочных отведений на дельта- и тета-частотах повышалась, тогда как в других случаях - снижалась.

Сравнительный анализ позволил прийти к выводу о том, что при существенных изменениях спектральных характеристик ЭЭГ в условиях умственного утомления ее пространственно-временная организация не претерпевает столь существенных изменений, поскольку, как полагают, именно она ответственна за поддержание высокого качества работы.