ВВЕДЕНИЕ
Исследования памяти носят междисциплинарный характер - они входят в сферу интересов психологии и нейропсихологии, физиологии и медицины, биологии и философии. Память связывает прошлое субъекта с его настоящим и будущим, лежит в основе обучения человека, развития его психики.
В литературе достаточно подробно описаны процессы запоминания и воспроизведения в зрительной и слухоречевой модальностях, анализируется мозговое обеспечение этих процессов (А.Р. Лурия, 1974, 1976, 2000; Н.К. Корсакова, Л.И. Московичюте, 1985, 1988; Э.Г. Симерницкая, 1978; Н.Н. Трауготт, 1979; Е.Д. Хомская, 1987 и др.), при этом двигательная память и ее мозговая организация исследованы значительно меньше. Отчасти это положение связано с трудностями экспериментальной регистрации и оценки результатов запоминания в двигательной модальности, отчасти - с тем, что двигательная память неоднородна сама по себе, ее нарушения при очаговых поражениях мозга могут быть связаны с нарушениями схемы тела и апраксией позы, с оптико-пространственной агнозией и искаженным восприятием окружающего пространства, с нарушенным чувством ритма и другими факторами (О.А. Кроткова, В.Л. Найдин, О.А. Максакова, 1991, 2002). Неоднородны и существующие методики оценки двигательной памяти. В некоторых методиках требуется сохранить в памяти кинестетические ощущения от крайних точек движения (Т. Tool, 1985; G. Leonard, В. Milner,1991). В других - воспроизвести в движениях определенные пространственные схемы и соотношения, (Е.В. Заика, 1993). Ряд методик предполагает регистрацию общей координированности движения (Т.В. Ахутина, А.Н. Кричевец, А.В. Курганский, 1998; J. Kohler, 1989). Оценка
двигательной памяти в рамках нейропсихологического исследования, предложенная Ю.В. Микадзе и Н.К. Корсаковой (1994), состоит в запоминании поз пальцев руки. Напротив, акцент на кинетических параметрах движения делается в методиках Б.В. Ермолаева (1998) и CD. Walter (1997). Даже краткий обзор методик исследования двигательной памяти показывает, что они неоднородны по своему составу и очень неоднозначно адресуются к разным отделам мозга.
Нейропсихологические исследования сложных форм двигательного поведения выделяют класс нарушений, связанных с неспособностью выполнять целенаправленные движения при отсутствии у больного двигательных, чувствительных и координаторных дефектов. Такие нарушения обозначаются термином «апраксия» (НА. Бернштейн, 1966, 1991; А.Р. Лурия, 1957, 2000). Апраксия является самостоятельным нарушением, она «не вытекает» из дефектов речи, памяти, внимания, мышления и других психических процессов. У некоторых больных нейропсихологическое исследование констатирует апраксию в качестве единственного дефекта психической деятельности (Н.А. Бернштейн, 1990; Н.К. Корсакова, Л.И. Московичюте, 1988; А.Р. Лурия, 1969).
В литературе выделены и описаны разные виды апраксий. Однако, несмотря на большое число работ в этой области, общепризнанная классификация апраксий еще не сложилась, отсутствует и строгое научное определение термина «апраксия», которое охватывало бы все ее возможные виды. О мозговой организации праксиса мы знаем гораздо меньше, чем о других уровнях построения движения. Однако эта проблема является чрезвычайно актуальной при реабилитации больных с очаговыми поражениями мозга, где разработка новых приемов и методов коррекции двигательных нарушений необходимо требует более полного знания о механизмах возникновения и природе нарушений праксиса (В.Л. Найдин, 1972,1999).
Для изучения в данной работе был выбран круг проблем, связанных с апраксией позы - областью важной не только в реабилитационном плане, но и весьма значимой для постановки топического диагноза. Проба А.Р. Лурия (2000) на праксис позы пальцев руки является чувствительным инструментом уточнения локализации поражения мозга и обязательным элементом нейропсихологического исследования.
Еще одной актуальной и в теоретическом плане (А.Н. Советов, 1988), и для эффективной реабилитации больных (О.А. Кроткова, 1998), является проблема объективизации межполушарного взаимодействия в сложных формах двигательного поведения. При этом надо отметить, что большинство исследований межполушарного взаимодействия в двигательной сфере проводится с экспериментальными заданиями для рук. Однако, функциональная асимметрия может в значительной степени изменяться за счет упражнений, а неравенство рук в онтогенезе постоянно усиливается «удобной для правшей» предметной средой. Движения ног не испытывают таких жестких асимметричных влияний предметного мира (I.P. Chapman, 1987). Построив методику на выполнении движений в одном из суставов нижних конечностей, мы предполагали изучить межполушарные взаимодействия в более «чистом» виде.
Для настоящего исследования были выдвинуты следующие гипотезы:
1. Процесс произвольного запоминания нового неавтоматизированного движения может опираться на различные спонтанно возникающие стратегии, при этом результат воспроизведения будет во многом определяться использовавшимися приемами опосредования.
2. Функциональное состояние мозговых структур, участвующих в регуляции праксиса позы может быть оценено на разных конечностях и при помощи разных методических приемов;
коррелятом пробы А.Р. Лурия на праксис позы пальцев руки может явиться позный компонент отсутствовавшего в прежнем опыте испытуемого произвольного движения голеностопов. 3. Непроизвольно и устойчиво однозначно принимаемые индивидуальные «позы отдыха» могут явиться отражением особенностей межполушарного взаимодействия в регуляции позного контроля у данного испытуемого.
Основной целью данной работы было исследование особенностей запоминания и воспроизведения позных компонентов периодического движения, анализ их мозгового обеспечения, а также изучение межполушарного взаимодействия в этих процессах у здоровых испытуемых и больных с очаговыми поражениями мозга.
Конкретными задачами работы были:
1. апробация новой компьютеризированной методики оценки состояния моторной памяти;
2. исследование особенностей сохранения в памяти нового неавтоматизированного движения, влияние на этот процесс спонтанно возникающих стратегий запоминания;
3. изучение особенностей мозгового обеспечения позного компонента движения, характера межполушарного взаимодействия в его регуляции у здоровых испытуемых и больных с различными очаговыми поражениями мозга;
4. анализ характера межполушарного взаимодействия в регуляции как произвольно осуществляемых, так и неосознаваемых компонентов движения.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Новая компьютеризированная методика, построенная на воспроизведении по памяти периодического движения в голеностопном суставе, является адекватным средством изучения особенностей запечатления двигательного акта и мозгового обеспечения этого процесса.
2. При запоминании периодического движения у испытуемых спонтанно формируются стратегии, опосредующие этот процесс, при этом лучше всего воспроизводятся по памяти те параметры движения, на которые была направлена внутренняя стратегия.
3. Получены новые данные, подтверждающие доминирующую роль левого полушария головного мозга в регуляции праксиса позы.
4. Апраксия позы при поражении теменно-затылочных отделов мозга проявляется независимо от методов исследования, которые могут быть адресованы к суставам как верхних, так и нижних конечностей.
5. Ряд непроизвольных движений («поз отдыха») определяется индивидуальными особенностями межполушарного взаимодействия в регуляции позного контроля.
Научная новизна и теоретическое значение работы заключаются в расширении представлений о психологическом строении и мозговой организации двигательной памяти человека. Кроме того, в исследовании получены новые данные об апраксии позы и полушарном доминировании в позных компонентах движений, возможностях использования компьтерной технологии в объективизации этих процессов.
Полученные результаты открывают новые возможности использования компьютерной технологии для углубленного изучения моторной памяти и межполушарных взаимодействий в двигательной сфере.
Практическое значение работы.
Разработанная методика оценки двигательной памяти внедрена в практику обследования нейрохирургических больных. Полученные в работе данные позволяют уточнять рекомендации к занятиям лечебной физкультурой при нарушении двигательных функций. Кроме того, методика вошла в комплекс психофизиологических методов регистрации динамики функционального состояния мозга больных на фоне реабилитационных мероприятий.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации были доложены:
• на XXIX Совещании по проблемам высшей нервной деятельности, посвященном 145-летию со дня рождения академика И.П. Павлова «Психофизиология и психопатология» (Санкт-Петербург, 1994г.);
• на Третьих научных чтениях и симпозиуме с международным участием «Структурно-функциональные основы интеллектуальной деятельности» (Москва, 1995г);
• на Четвертой научно-практической конференции, посвященной 10-летию Московского Центра медицинской реабилитации (Москва, 1999г).
• на заседании Проблемного Совета по биологическим основам психиатрии в ГНЦССП им. В.П. Сербского (Москва, 2001г).
По материалам диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы, включающего 250 наименований, из них 94 на иностранном
языке. В первой главе дается обзор имеющихся в литературе сведений по проблемам, затронутым в настоящей работе, формулируются гипотезы, цели и задачи исследования. Вторая глава посвящена описанию методики исследования и характеристике испытуемых. В третьей - шестой главах излагаются результаты работы. Заключение содержит обсуждение результатов и выводы.
Диссертационная работа изложена на 130 страницах, иллюстрирована 11 рисунками и 6 таблицами.
10
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
§1
Психологические и психофизиологические исследования движений и памяти
Научный интерес к исследованию движений возник одновременно с появлением экспериментальных исследований в области анатомии человека. За несколько веков до нашей эры были известны строение и функции суставов (Гиппократ - V в. до н.э.), роль мышц в кинематике движений (Аристотель - IV в. до н.э.) и другие особенности моторного аппарата. Врач и анатом Клавдий Гален во II веке до нашей эры экспериментально доказал, что движение в суставах происходит в результате сокращения мышц, а сами мышцы сокращаются от сигналов, приходящих по нервам мозга. В трудах Леонардо да Винчи (1452-1519) встречаются попытки описания некоторых особенностей двигательного аппарата человека и животных с точки зрения механики, основывающиеся на данных анатомических исследований. Первый труд, посвященный изучению активных перемещений животных в пространстве, в котором дана классификация локомоторных движений, принадлежит А.Д. Борелли (1608-1679). Он впервые предложил биомеханическую модель живого тела, описывая тело как ансамбль твердых звеньев, соединенных суставами. Его модель движется благодаря «моторам», расположенным в местах сочленений, и представляющим собой мускульные механизмы.
11
К крупнейшим открытиям XVII века относится открытие Р.Декартом (1596-1650) рефлекторной природы поведения. Концепция Декарта сложилась в эпоху, когда рассмотрение под новым углом зрения организма и его функций произвело настоящий переворот в анатомо-физиологических исследованиях. Декарт исходил из того, что взаимодействие организмов с окружающими телами опосредовано «нервной машиной», состоящей из мозга как центра и «нервных трубок», расходящихся радиусами от него. Отсутствие сколько ни будь достоверных данных о природе нервного процесса вынудило Декарта представить его по образцу процесса кровообращения, механизм которого был открыт Гарвеем. Нервный импульс мыслился как нечто родственное -по составу и способу действия - процессу перемещения крови по сосудам. Под рефлексом Декарт понимал отражение «животных духов» от мозга к мышцам по типу отражения светового луча. Учение о механической основе поведения живых тел, развитое Декартом, революционизируя умы натуралистов, освобождало исследование нервно-мышечной системы и ее функций от идеалистических заблуждений.
В начале XIX в. братья В. и Е. Вебер попытались систематизировать движения человека, основываясь на механических законах движения маятника. Они измеряли частоту и длину шагов, скорость ходьбы, изменение двойной опоры с изменением скорости ходьбы, наклон, вертикальные перемещения и другие характеристики, пользуясь катетометрами, мерительными лентами и часами с терциями (1/60 сек.).
Е. Марей (1894) с достаточной точностью исследовал характер усилий при ходьбе, фазы опоры и переноса ног и другие параметры, используя метод пневмографии. Метод заключался в следующем: испытуемый ходил в обуви, в подошве которой находилась резиновая груша с отходящей от нее специальной резиновой трубочкой. Давление, которое возникало при ходьбе в плоской резиновой груше, помещенной в
12
подошве обуви испытуемого, передавалось через резиновую трубочку в полость капсулы, названной именем Е. Марея, и регистрировалось на кимографе.
С изобретением светочувствительного слоя было положено начало моментальной фотографии. Метод фотографии оказался вне конкуренции там, где требовалась регистрация с достаточно высокой точностью измерения быстро меняющихся положений тела и его частей, перемещающихся в пространстве. Первые исследования в трехмерном пространстве полета голубя были проведены Е. Мареем при помощи трех фотоаппаратов, оптические оси которых были сориентированы в трех измерениях. В дальнейшем Е Мареем был сделан значительный шаг в усовершенствовании метода регистрации движений, когда он заменил фиксацию отдельных последовательных фаз движения фиксацией линий, соединяющих оси вращения суставов. Затем Е.Марей и Д.Демени заменили регистрируемые прямые линии лампочками накаливания, которые были укреплены в местах, совпадающих с осями вращения суставов, фиксируя только две крайние точки кинематических звеньев. Нововведение, позволившее значительно улучшить качество фотографий, получило название циклографии.
Экспериментальное изучение памяти также началось в конце XIX века. Это были работы немецкого психолога Германа Эббингауза (1850-1909), опубликовавшего в 1885 году свою книгу «О памяти». Г. Эббингауза интересовала классификация форм памяти, в частности различие между преднамеренным и непроизвольным запоминанием; индивидуальные различия в содержании и качестве воспоминаний, особенности забывания информации. Г. Эббингауз отказался от метафорических толкований памяти, стал основываться на экспериментальном измерении. Он вывел количественные законы
13
заучивания, удержания и воспроизведения не связанных по смыслу элементов (153).
В XX веке исследования движений и памяти были неразрывно связаны с развитием научных представлений о нервной системе. С появлением и развитием рефлекторной теории были преодолены идеалистические взгляды на психофизиологическую структуру произвольных движений и действий. Большую роль в этом сыграли труды И.М. Сеченова (1829-1905). В ходе экспериментов И.М. Сеченов делает великое открытие - он обнаруживает так называемые тормозные центры, т.е. нервные центры, раздражение которых задерживает двигательную активность. Это открытие не только начинало новую главу в физиологии головного мозга, но и изменяло всю систему представлений о функциях этого органа; ввело в физиологическое мышление понятие о торможении (прежде нервная физиология знала только один процесс - возбуждение), а с ним и обширный комплекс проблем нейродинамики, касающихся соотношений между торможением и возбуждением. Используя это открытие, И.М. Сеченов пишет психофизиологический трактат «Рефлексы головного мозга» (1863), в котором формулирует положение, согласно которому все виды движений, начиная от самых элементарных, непроизвольных, и кончая сложными, произвольными, являются движениями детерминированными, или вынужденными, а основное отличие сложных видов движений от простых следует искать лишь в той системе раздражений, которыми эти движения вызываются. Позже, в работе «Физиология нервных центров» (1881), И.М. Сеченов дополнил это положение, указав на то, что с переходом к сложным формам психических процессов у человека «чувствование переходит в повод и цель, а движение - в действие» (115).
Мировую известность получили исследования первого российского Нобелевского лауреата ученого-физиолога И.П. Павлова (1849-1936).
г
14
Следуя положениям И.М. Сеченова, И.П. Павлов называл условным рефлексом внутренний гипотетический механизм, сохраняющий полученную при обучении информацию. Согласно представлениям ученого, произвольные движения человека являются результатом «суммарной деятельности всей коры», отдельные участки которой выполняют функцию анализа и синтеза тех или иных экстеро- или проприоцептивных сигналов и составляют различные механизмы афферентации двигательного акта (101). Согласно теории И.П. Павлова, единицами поведения организма являются безусловные (врожденные) рефлексы как реакции на строго определенные раздражители из внешней среды, и условные рефлексы - как реакции на вначале безразличный раздражитель, который становится небезразличным (приобретает сигнальное значение и начинает вызывать реакцию) на основе однократного или многократного его сочетания с безусловным раздражителем. Впоследствии И.П. Павловым были выделены другие типы рефлексов (ориентировочный, рефлекс цели, рефлекс свободы), которые способствуют лучшему приспособлению организма к меняющейся среде.
Начиная с двадцатых годов прошлого столетия направление «павловские условные рефлексы» сомкнулось с ортодоксальным учением одной из психологических школ США - бихевиоризмом. Джон Б. Уотсон (1878-1958) и его последователь Б.Ф. Скиннер (1904-1990) утверждали, что новорожденный ребенок или детеныш - лишь физиологически полноценный организм, но с поведенческой точки зрения - это «чистая доска», на которой последующий опыт будет оставлять следы, определяющие все дальнейшее поведение. Они полностью сводили поведение к последовательности стимулов и реакций. Как и И.П. Павлов, Б.Ф. Скиннер был материалистом, стремившимся исключить сознание из своих психологических уравнений. Ключевое положение теории Павлова-Скиннера об ассоциативном механизме научения (т.е. о главной роли
15
регулярного сочетания двух тесно сближенных во времени событий, например, звонка с получением корма) - было положено в основу концепции научения и несколько десятилетий занимало ведущее место в англо-американских, советских и восточно-европейских психологических традициях.
Известные опыты Карла Лешли (1890-1958) по изучению мозговых механизмов поведения строились по следующей схеме: у животного вырабатывался какой-либо навык, а затем удалялись различные части мозга с целью выяснить, зависит ли от них этот навык. К. Лешли пришел к выводу, что мозг функционирует как целое и его различные участки эквипотенциальны (равноценны), и потому с успехом могут заменять друг друга. К. Лешли вынес положение о функциональной многозначности корковых полей - т.е. определенный участок мозговой коры с характерным морфологическим строением не обязательно является носителем только одного какого-либо «механизма» или функции, а наоборот, является функционально многозначным. Развивая положение о том, что общим для любой части мозга является свойство осуществлять сложные интеллектуальные операции, Лешли утверждал, что по отношению к интеллектуальным функциям кора выступает как однородная масса (80). После серии экспериментальных исследований К.Лешли подчеркивал, что «при выполнении различного рода видов деятельности, кора головного мозга функционирует совершенно различным образом: что не существует единого общего закона нервной деятельности» (там же, с.34). В дальнейшем он пришел к учению о серийной, иерархической организации актов поведения, отойдя от представлений об аморфной целостности мозга.
В Германии в 1910 году группа исследователей - Макс Вертгеймер (1880 - 1943), Вольфганг Келер (1887-1976) и Курт Коффка (1886-1941) -стала ядром новой научной школы, выступившей под названием гештальт-
16
психологии. Для гештальтизма учение о двигательных актах, лишенных образной ориентации по отношению к среде, представлялось изымающим из психической деятельности ее сердцевину. Так, в своих опытах М.Вертгеймер использовал стробоскоп, позволяющий при вращении с определенной скоростью отдельных дискретных изображений (при интервале между раздражителеями около 60 миллисекунд) - создать видимость движения. Вертгеймер видел смысл своих опытов в том, что они опровергали господствующую психологическую доктрину: в составе сознания обнаруживались целостные образы, неразложимые на сенсорные первоэлементы.
В дореволюционной России А.А. Ухтомский (1875-1942), наряду с И.П. Павловым и В.М. Бехтеревым, искал пути преобразования учения о рефлексе с тем, чтобы обогатить его идеей активности живого. Открытый им феномен предуготованности организма к ответу на внешний стимул был осмыслен с новых позиций, благодаря обращению от экспериментов над животными к изучению труда (127).
В послереволюционный период в России психологические исследования были ограничены рамками ортодоксальной павловской теории. Однако, ряд крупных российских ученых, таких как Л.С. Выготский, С.Л. Рубинштейн, П.П. Блонский, А.Р. Лурия, П.К. Анохин, И.С. Бериташвили и другие, рискуя собственной безопасностью и преодолевая многочисленные трудности, стремились более свободно развивать свои взгляды. Так, Л.С. Выготский (1896-1934), отмечая социальную природу психических процессов, видел сущность памяти в активном запоминании с помощью знаков - с помощью знаков происходит превращение непосредственно протекающих психических процессов в опосредствованные. Объективно заданная система культурных знаков, прежде всего, речевых, шаг за шагом «вращивается» в индивидуальное человеческое поведение, изнутри организует его психическую регуляцию,
17
придавая ему новые формы (20). Кроме того, Л.С. Выготский обосновал положение о том, что высшие психические функции человека осуществляются благодаря взаимодействию высокодифференцированных мозговых структур, каждая из которых вносит свой специфический вклад в динамическое целое и участвует в функциональной системе на своих собственных ролях. Рассматривая развитие высших психических функций в онтогенезе, Л.С. Выготский сформулировал правило различного влияния очага на различных этапах развития функции, указывая, что на ранних этапах онтогенеза при поражении определенного участка коры мозга будет преимущественно страдать высший по отношению к пораженному участку (т.е. генетически зависящий от него) «центр»; в то время как на стадии уже сложившихся функциональных систем при поражении того же участка коры будет преимущественно страдать низший по отношению к пораженному участку (регулируемый им) «центр» (20, с.390).
Как и Л.С. Выготский, С.Л. Рубинштейн (1889-1960) считал, что путь к новой психологии не в синтезе концепций бихевиоризма и интроспекционизма, а в преобразовании обеих, т.е. в разработке неинтроспективного понятия о сознании и небихевиористского понятия о поведении. С.Л. Рубинштейн утверждал, что психическая реальность по своей природе (онтологически) существует не иначе как в деятельности и ее продуктах. Соответственно этому должен решаться вопрос о способе ее познания и об объективном методе. Этот метод выступал теперь (в отличие от его поведенческой трактовки, сводившей его к изучению внешне наблюдаемых реакций) как метод опосредованного (через деятельность и ее продукты) исследования сознания (108,109).
В сходном с намеченным С. Л. Рубинштейном направлении продвигались другие советские психологи. П.П. Блонский (1884-1941) создал оригинальное учение о памяти, в истории которой он выделил четыре ступени: моторную, аффективную, образную и вербальную. |
