корреляционные взаимосвязи
спектральных параметров ритма сердца при проведении психоэмоциональной пробы у
лиц с различным уровнем интеллекта
С. В. Булатецкий*, Ю. Ю. Бяловский*
Успешным подходом к
решению проблем в естественных науках стала теория нелинейных
сложных систем, изучающая закономерности процессов их самоорганизации.
С развитием термодинамических теорий самоорганизации или синергетики, понятий
хаоса и порядка [9, 15, 19, 21 и др.] появились новые перспективы использования
колебательных процессов гемодинамики [22]. Поведение любой системы можно
представить бесконечным рядом гармоник, которые в линейной системе могут быть
независимыми, но в нелинейной неизбежно связаны между
собой [13, 19]. Наиболее глубинные качественные особенности любой организации
можно представить как соотношение хаоса и порядка. Следует отметить, что порядок
и хаос в синергетике рассматриваются не как противоположные явления, а как
неотделимые друг от друга [17] - из хаотической массы элементов строятся
активно действующие функциональные системы [19]. Понятие нестабильности
сегодня освобождается от негативного оттенка и рассматривается как условие
стабильного динамического развития. Только системы, далекие от равновесия, в
состоянии неустойчивости способны спонтанно организовываться в более сложные
структуры и развиваться. В процессах
самоорганизации хаос служит механизмом вывода системы на новый период развития
[13]. Человек является сложной системой, преобразующей детерминированную и
хаотическую составляющую внешней среды в детерминированную и хаотическую
составляющую своего организма. Наиболее чувствительным звеном этого организма
является сердечный ритм, обе компоненты которого, как периодическая, так и
хаотическая, легко поддаются анализу по нерегулярному чередованию RR-интервалов
ЭКГ [7]. Спектральный анализ динамических рядов RR-интервалов является
одним из ведущих методов математического анализа ритма сердца. По современным
представлениям, сердечно-сосудистой системе, кроме выполнения гидродинамических
функций, отводится роль согласующего звена во взаимоотношениях механизмов
регуляции и информации с морфологическими структурами [14]. Изменения сердечного
ритма в связи с деятельностью механизмов нейрогормональной регуляции можно
рассматривать как результат активности различных звеньев вегетативной
нервной системы, модулирующих сердечную деятельность, в том числе ритм
сердца [24, 25].
"Интеллектуальные"
функции рассматриваются как сложные функциональные системы, организованные в
когерентно работающие зоны, каждая из которых может принадлежать совершенно различным и часто удаленным друг от друга на
достаточно большое расстояние областям мозга. Такие группы определяют
иерархический уровень, выполняющий каждый раз соответствующую функцию [19]. В
настоящее время мало изучена связь интеллектуальных возможностей человека с
особенностями вегетативной регуляции. Регистрация вегетативных реакций, в том
числе и ЧСС, не относится к прямым методам измерения информационных процессов
мозга. Скорее всего, они представляют некоторую суммарную и неспецифическую
характеристику информационных процессов [6]. Считаем, что исследование
интеллектуальной сферы человека может быть более эффективным и результативным
на основе изучения высокоинтегративных показателей
организма. Цель исследования - определение взаимосвязи между уровнем развития
интеллекта и спектрально-волновыми характеристиками сердечного ритма и оценка
возможного использования вегетативной регуляции для прогнозирования
интеллектуальных возможностей человека.
Материалы и методы. Исследование проведено у 106 курсантов-первокурсников
мужского пола, средний возраст которых составил 17,51+1,46 лет. Параметры
ритма сердца замерялись и оценивались с использованием аппаратно-программного
комплекса "Варикард" [20] в фоновых условиях и при
проведении психоэмоциональной пробы [1, 22] - во
время выполнения испытуемыми интеллектуального теста "количественные отношения"
[2]. В качестве показателей спектрального анализа использовались: суммарная
мощность спектра (ТР), отражающая суммарную активность вегетативных
воздействий на сердечный ритм, и суммарная мощность МКГ в HF- (0,5¸0,15 Гц), LF- (0,15¸0,05 Гц) и VLF-диапазонах (0,05¸0,015 Гц) спектра. После тестирования определялся уровень развития
интеллекта по апробированной и стандартизированной методике исследования
особенностей мышления (МИОМ), являющейся вариантом теста Амтхауэра
[4]. Статистическая обработка полученных результатов проведена с использованием
пакета STATISTICA for Windows Ru v 5.5 (StatSoft Inc., 1999). Учитывая, что мерой
напряженности адаптации является характер внутри- и межсистемных связей [11],
оценивались сопряженные связи между исследуемыми показателями спектрального
анализа и уровнем развития интеллекта. В качестве показателя сопряжения использован
непараметрический коэффициент ранговой корреляции Спирмена.
Использование данного показателя было обусловлено разной степенью нормированности и ранжирования используемых показателей.
Результаты. По результатам
тестирования особенностей мышления испытуемые сформированы в группы с низким (n=9, оценка по МИОМ -
1,67+0,13), средним (n=83, 4,49+0,10) и высоким (n=14, 7,29+0,14) уровнем развития интеллекта.
Одним из основных
положений синергетики является развитие системы через обострение и неустойчивость.
Отрицательная обратная связь для многокомпонентных систем является
стабилизирующим фактором. Обратная связь с положительным знаком в нелинейных
системах приводит к нестабильности, неустойчивости, к режиму обострения,
сверхбыстрого развития процесса [13]. Изменения количественных и качественных
показателей параметров организма являются объективным коррелянтом
интегрального функционального состояния человека [3].
Рис. 1. Парные корреляции между спектральными параметрами
сердечного ритма и уровнем развития интеллекта курсантов в фоновых условиях (А)
и при проведении психоэмоциональной пробы (Б)
Как следует из
данных рис. 1, обнаруживаются достоверные ранговые корреляции между показателем
уровня развития интеллекта и спектральными параметрами сердечного ритма.
Характер этих корреляций (их сила, направление, количество) зависел как от
уровня развития интеллекта, так и от степени психоэмоционального
напряжения при проведении нагрузочной психоэмоциональной
пробы. У группы курсантов с исходно низким уровнем развития интеллекта
наблюдались достоверно значимые отрицательные коэффициенты ранговой корреляции
до дачи интеллектуальной нагрузки (в исходном фоне). Этот факт свидетельствовал
об определенном характере зависимости показателей спектральной мощности
сердечного ритма в группе испытуемых с низким интеллектом в исходном фоне: чем
ниже показатель интеллектуального развития, тем больше суммарная мощность
спектра и мощности в области высоко- среднечастотных составляющих. Для испытуемых
с высоким уровнем развития интеллекта такой зависимости в исходном фоне нет.
Мозг здорового
бодрствующего человека является предельно неустойчивой хаотической системой
[12, 18]. В качестве аналога хаоса в когнитивных процессах можно истолковать
разнообразие элементов знания, составляющих креативное
поле поиска, наличие различных сценариев движения в проблемном поле мысли [8].
В группе курсантов с высоким уровнем интеллекта между исследуемыми
показателями имеется большее число степеней свободы, чем в группе с низким
уровнем интеллекта.
При нагрузочном психоэмоциональном тестировании распределение ранговых
коэффициентов корреляции Спирмена существенно
изменялось. Если в группе с низким развитием интеллекта корреляционные связи во
время нагрузки были минимальны (и так же как и в покое
имевшие отрицательный характер), то у испытуемых с высоким развитием
интеллектуальных способностей определялись значимые положительные корреляционные
нагрузки между результатом МИОМ и всеми параметрами спектральной мощности
сердечного ритма. Этот факт свидетельствует о том, что у курсантов с высоким
развитием интеллекта при реализации психоэмоциональной
нагрузки увеличение мощностных показателей ритма
сердца напрямую связано с ростом интеллектуального показателя. Уменьшение
числа степеней свободы означает, что в системе происходит самоорганизация
[19], т. е. у нее появляются свойства, которыми не обладает ни одна из
подсистем. Т.о., у курсантов
с высоким уровнем интеллекта из хаотической массы элементов строятся активно
действующие функциональные системы. А это характеризует адаптивность
процессов, протекающих в системе [19]. Следует отметить, что в группе курсантов
со средним уровнем развития интеллекта и в фоновых условиях и во время психоэмоциональной пробы отсутствовали достоверно значимые
(p<0,05; r>0,3)
коэффициенты ранговой корреляции, т. е. данная группа
занимает промежуточное положение.
С точки зрения
современного биоритмологического подхода процессы,
протекающие в различных органах и системах организма человека, не являются
детерминированными, т. е. строго определенными во времени. Некоторый набор
динамических параметров таких процессов повторяется в определенной
последовательности в различных временных интервалах и
представляет собой устойчивый набор динамических параметров - динамическую
организационную структуру. Параметры такой структуры могут изменяться только в
пределах, определяемых волновой структурой ритмов сердца и мозга.
Динамические
параметры ритмов сердца и мозга тесно связаны с состоянием сердечно-сосудистой
системы и процессом кровообращения в организме человека и, т.о., с состояниями всех других
органов и систем. Изменения в различных органах и системах организма человека
неизбежно вызывают изменения в ритмической активности головного мозга, которые
через управляющие сигналы центральной нервной системы вызывают изменения в
ритмической активности сердца и других органов.
В целом, волновая
структура сердечного ритма представляет собой результат деятельности систем
управления в ответ на воздействия факторов внешней и внутренней среды на всех
уровнях - от клеточного до организменного.
Ритмическая активность сердца отражает деятельность механизмов саморегуляции, обусловленную непрерывным процессом
адаптации организма к условиям окружающей среды. Волновые процессы характеризуют
активность регуляторных систем и степень напряжения управляющих механизмов.
Увеличение амплитуды колебаний означает, что выросли информационно-энергетические
затраты на управление соответствующими функциональными системами. Динамические
параметры ритмов сердца характеризуют иерархическую структуру управления различными
органами и системами в организме человека. В такой структуре более высокие
уровни управления являются ингибиторами активности более низких уровней. Чем
больше период колебаний ритма сердца, тем выше уровень управления. Вот почему
реакция в ответ на воздействия различной силы проявляется в увеличении
амплитуды того или иного волнового спектра ритма сердца. При оптимальном регулировании
управление происходит с минимальным участием высших уровней. При неоптимальном
управлении необходима активация все более высоких уровней управления. При этом
в понятие оптимальности входит не только выработка управляющих сигналов, но и
их согласованность с биоэнергетикой организма. Если
прогрессирующий рост спектральной мощности сердечного ритма при увеличении
интеллектуального уровня в ответ на психоэмоциональную нагрузку (вторая группа испытуемых)
может быть охарактеризован как адекватная реакция организма, то аналогичный
рост мощностных показателей в связи со снижением
интеллектуального показателя в исходном фоне (1 группа) не является оптимальным
с точки зрения согласования поведенческих и биоэнергетических параметров.
Подтверждением этого положения служит и динамика внутрисистемных корреляций в
исследуемых группах испытуемых.
Медленные колебания
гемодинамики (МКГ) являются самостоятельным биологическим автоволновым
физико-химическим процессом, при котором спектральные характеристики кардиоритма отражают уровень и характер метаболических
процессов и особенности нейровегетативной их регуляции. При функциональных
нагрузках выявляется определенный рисунок траектории 3-компонентного спектра,
который может быть рассмотрен как паттерн функционального состояния организма,
где спектральные показатели МКГ коррелируют с метаболическими
и иммунными процессами. Т.о., МКГ являются важным звеном адаптивной регуляции
и адаптивного поведения человека [22].
Вариабельность кардиоритма - особая специфическая биологическая форма
движения [5], связанная с процессами регуляции, приспособления и компенсации.
Этот вид движения, как любой другой, сопряжен с расходом энергии. Мощность
соответствующего частотного диапазона указывает уровень расхода энергии на
информационно-регуляторные процессы при реализации приспособительных реакций
сердечно-сосудистой системы (всего организма) и может быть рассмотрена как
цена адаптации и компенсации в системе информации и регуляции. Волновые
диапазоны МКГ являются производными процессов информации, регуляции,
метаболизма и функциональной деятельности гемодинамики и определяют процессы ауторегуляции. Каждый из трех диапазонов отражает [23]
иерархические уровни регуляции - центральный, автономный; физиологические области
регуляции - эрготропные, трофотропные,
барорецептивные; уровни интенсивности механизмов
регуляции (цену адаптации) - высокий, средний, низкий; типы регуляции (реактивности)
- нормо-, гипо- и гиперэргический; временную организацию (интеграцию) физиологических
функций организма как единой живой системы.
На рис. 2 приведены
значимые корреляционные плеяды внутрисистемных отношений у курсантов с разным уровнем развития
интеллекта в фоновых условиях и при психоэмоциональном
тестировании. В обеих группах коэффициент ранговой корреляции Спирмена имеет положительное значение.
По характеру взаимосвязей спектрально-волновых характеристик кардиоритма видно, что состояние системы ауторегуляции в исследуемых группах перед тестированием
одинаково. Интеллектуальная нагрузка в группе курсантов с низким уровнем
развития интеллекта вызвала уменьшение числа (распад)
корреляционных связей, что говорит о
неоптимальном регулировании процесса умственной деятельности. Увеличение степеней свободы переводит
систему в неустойчивое, хаотическое состояние.
Рис. 2. Корреляционные плеяды спектральных параметров
сердечного ритма курсантов в фоновых условиях (А) и при проведении психоэмоциональной пробы (Б)
Отличительные
особенности физиологических реакций на экстремальную нагрузку - отсутствие
фазы устойчивой работоспособности как для физического,
так и для различных форм умственного труда. Физиологическим механизмом
нестабильной работоспособности в этих условиях может являться отсутствие
способности системы к формированию необходимых функциональных связей, к
организации и поддержанию рабочей констелляции центров, обеспечивающих
конкретную деятельность [10]. В группе
курсантов с высоким уровнем развития интеллекта при умственной нагрузке
произошло возрастание силы корреляционных связей при неизменном состоянии
степеней свободы, т. е. внутрисистемные отношения носят избирательный характер.
Вследствие того, что уровень структурирования системы определяется ее
энтропией, - к увеличению энтропии приводит рост силы корреляционных связей
[16] - то в данной группе умственная деятельность совершается с повышением
сложности структур и порядка, с формированием диссипативных структур, т. е. в
режиме минимизации диссипативной функции.
Т.о., взаимоотношение
между сердечно-сосудистой системой, системой регуляции и тканями укладывается
в кибернетический принцип обратной связи. На ее основе происходит согласование
фазовых циклов центральной регуляции с дифференцированными и специализированными
функциями клеток, органов и систем. Изменение режимов функционирования
последних по каналам обратной связи приводит к изменению интенсивности и самой
программы регуляции, что всегда отражается изменением функциональных
показателей сердечно-сосудистой системы.
Выводы. Структурные особенности системной организации курсантов с
высоким уровнем развития интеллекта в фоновом состоянии характеризуются неизбирательностью внутрисистемных отношений, большим
количеством степеней свободы. Внутрисистемные отношения курсантов с низким уровнем
развития интеллекта носят избирательный характер с уменьшением степеней
свободы. При интеллектуальной нагрузке характеристики системной организации
курсантов с разным уровнем развития интеллекта меняются на
противоположные.
Характерной
особенностью структурных взаимоотношений между спектральными параметрами
сердечного ритма и уровнем развития интеллекта является наличие положительных
коэффициентов ранговой корреляции у курсантов с высоким уровнем развития
интеллекта и отрицательных - у курсантов с низким уровнем развития интеллекта. Психоэмоциональная нагрузка не меняет знак связей.
Изучение и оценка спектрально-волновых характеристик ритма сердца при
проведении психоэмоциональной пробы являются
перспективными в поиске маркеров измерения интеллектуальных особенностей личности.
Литература
1. Агаджанян Н. А. и др.Учение о здоровье и проблемы
адаптации.- Ставрополь: Изд-во СГУ, 2000.- 204 с.
2. Альманах
психологических тестов / Под ред. Р.Р. Римского и
С.А. Римского.- М.: КСП, 1995.- 400 с.
3. Ахлаков М. К., Гаджиев А. С. // Медицина
труда и промышленная экология.- 1997.- N 5.- С. 21-24.
4. Батышев А. С. и др. Аналитический обзор
о деятельности образовательных учреждений МВД России по психологическому
обеспечению учебно-воспитательного процесса в 1998 году.- М., 1999.- С. 26.
5. Гулик В. Ф. и др. Использование метода экспресс-анализа
медленных колебаний гемодинамики в акушерстве и акушерской анестезиологии
(общие принципы) / В кн.: Медленные колебательные процессы в организме человека:
теория, практическое применение в клинической медицине и профилактике.-
Новокузнецк, 1997.- С. 72-74.
6. Данилова Н. Н.
Психофизиология: Учебник для вузов.- М.: Аспект Пресс, 2001.- 373 с.
7. Звягинцева М.
А. и др. // ВНМТ.- 2000.- Т. IIV, N 3-4.- С. 96-99.
8. Князева Е. Н.,
Курдюмов С. П. // Вопр.
фил.- 1994.- N 5.- С. 155-157.
9. Колесников А.
А. Синергическая теория управления.- М.: Энергоатомиздат, 1994.- 344 с.
10. Компоненты
адаптационного процесса / В. И. Медведев и др.- Л.: Наука, 1984.- 111 с.
11. Меделяновский А.Н. Функциональные системы,
обеспечивающие гомеостаз / Функциональные
системы организма.- 1987.- С.
77-103.
12. Мелик-Гайказян И. В. Информационные процессы
и реальность.- М.: Наука, 1998.- 192 с.
13. Набиулин М. С., Лычев
В. Г. Оптимизация тренирующих нагрузок в реабилитологии:
Концептуальные подходы и практическое применение.- Н. Новгород: Изд. НГМА,
1999.- 191 с.
14. Нидеккер И.
Г., Федоров Б. М. // Физиология человека.- 1993.- Т.19, N 3.- С. 80-87.
15. Николис Г., Пригожин И.
Самоорганизация в неравновесных системах.- М.: Мир, 1979.- 512 с.
16. Пригожин И. П. От существующего
к возникающему.- М.: Наука, 1985.- 328 с.
17. Пригожин И. П. // Вопросы философии.-
1989.- N 8.- С. 3-19.
18. Пригожин И. П., Стенгерс
И. Время, хаос, квант.- М.: Прогресс, 1984.- 272 с.
19. Садыхов Р. А. и др. // ВНМТ.- 2001.- Т. IIIV, N 1.- С. 12-18.
20. Семенов Ю.
Н., Баевский Р. М. Аппаратно-программный комплекс
"Варикард" для анализа вариабельности сердечного
ритма и перспективы его развития. / Мат-лы межд. симп.
"Компьютерная электрокардиография на рубеже столетий": Тез.
докл., М., 1999.- С.
172-174.
21. Хакен Г. Информация и самоорганизация:
Макроскопический подход к сложным системам.- М.: Мир, 1991.- 240 с.
22. Флейшман А. Н. Медленные колебания
гемодинамики: теория, практическое применение в клинической медицине и
практике.- Новосибирск: Наука, 1999.- 264 с.
23. Akselrod S. et
al. // Am. J. Physiol.-
1985.- Vol. 249.- P. 867-875.
24. Malik M., Camm A. J. // Am. J. Cardiol.
1993.- Vol. 72.- P. 821-822.
25. Pagani M. et
al. // Circ. Res.- 1986.- Vol. 59.- P. 178-193.
Correlations of Spectral Parameters of the Cardiac
Rhythm, while Being Carryed out Psychoemotional Tests in Persons Having
Different Intelligence
S.V. Bulatetskiy, Yu.Yu. Byalovskiy
Summary
Structural features of a system organization of
students with a highly-developed intelligence in a background state are
characterized by a selectivity of intrasystem
relations with many freedom-degrees. Intrasystem
relations of students having a low-developed intelligence manifest themselves in a selectivity
with few freedom-degrees. While a l load taking place,
the parameters of the system organization of the students having different
intelligence are reversal.
Key words: intelligence, cardiac rhythm