Инна Вартанян - Коснуться невидимого, услышать неслышимое
Рис. 12. Зависимость ощущений от величины различных стимулов.
По оси абсцисс — величина стимула, произвольные единицы; по оси ординат — психологическая оценка, произвольные единицы. 1 — электрический ток, 2 — видимая длина, 3 — яркость. Наклон каждой кривой равен показателю степени функции. При изображении в двойной логарифмической шкале степенные функции имеют характер прямых линий.
Рис. 13. Зависимость оценки величины вибрации разной частоты.
По оси абсцисс — логарифм смещения, мкм; по оси ординат — логарифм оценки величины. Цифра у кривой — величина частоты, Гц. Видно, что наклон кривых меняется обратно пропорционально частоте вибрации.
Промежуточным этапом между стимулом и ощущением является то преобразование, которое осуществляет нервная система от момента возникновения генераторного потенциала, свидетельствующего об активности нейронов первых уровней сенсорной системы, до момента появления ощущения — включения в процесс высших уровней мозга. Сделанное английским нейрофизиологом Э. Эдрианом в 1930 г. открытие, что сенсорные проводники сообщают мозгу об усилении стимуляции повышением частоты разряда, послужило толчком для выяснения количественного соотношения физических параметров стимула и реакций нейронов первых и последующих уровней сенсорных систем. Многие физиологи подтвердили, что сенсорный ответ, определяемый по частоте импульсации нервного проводника, пропорционален логарифму раздражения. Однако логарифмическая зависимость оказалась не единственной для случаев оценки сенсорного ответа по данным электро-физиологического анализа. Достаточно часто встречалась степенная зависимость, а в более редких случаях — почти линейная зависимость.
В некоторых сенсорных волокнах обнаружена так называемая S-образная зависимость частоты импульсации от интенсивности стимула. Она особенно характерна для волокон вкусового и слухового нервов, а в ряде случаев такая зависимость связывает величину раздражителя и рецепторного потенциала, в частности телец Пачини и обонятельных рецепторов лягушки. Показано, что если стимул и реакция воспринимающего его сенсорного органа связаны логарифмической, степенной или S-образной зависимостью, то рецепторный потенциал и реакция одиночного нервного волокна, как правило, связаны линейными отношениями.
Как примирить эти многочисленные известные соотношения стимула и реакции с массой фактов, подтверждающих закон степенной зависимости ощущения? Возможно, что деятельность переключательных станций в сенсорных системах вносит свой вклад в изменение соотношений в процессе передачи информации. К какому же моменту отношения между стимулом и конечной реакцией становятся степенными? На эти вопросы в настоящее время нет ответов. Следует заметить, что хорошее соответствие, корреляция показателей функции, полученных разными объективными методами (морфо-функциональными, нейрофизиологическими), с закономерностями, свойственными ощущению, — это лишь косвенный, хотя и обнадеживающий показатель связи процессов разного уровня — физиологических и психологических. Отсутствия соответствия между единым и неделимым психологическим процессом и отдельными физиологическими функциями, исследованными аналитическими методами, еще не достаточно для заключения об отсутствии их взаимосвязи и взаимообусловленности. Один из крупных специалистов в области физиологии слуха Г. Бекеши считал, что объективные наблюдения электрофизиологов не обязательно полнее и содержательнее субъективных данных психологов: ведь электрофизиологические данные относятся только к одному параметру сложного феномена.
Рассмотренные выше количественные соотношения между величинами стимула и ощущением по существу отражают так называемый дифференциальный порог. В сенсорной физиологии широко принято измерение абсолютных порогов — т. е. чувствительности сенсорной системы к данному виду раздражителя.
В психофизической литературе понятие порога употребляется в двух разных значениях. В одном значении он определяется как барьер, разделяющий стимулы на воспринимаемые и невоспринимаемые. Этот барьер должен быть преодолен, чтобы возникло ощущение. В другом значении порог характеризуется некоторым числовым показателем. Он представляет собой значение, которое либо соответствует 50—70%-ному обнаружению или различению, либо определяется как средняя величина между возникновением и исчезновением ощущения, либо как одна из статистически принятых мер вариативности. Существует множество различных способов и процедур измерения порога реакции системы. Они описаны и проанализированы в специальной литературе (см., например: Бардин К. В. Проблема порогов чувствительности и психофизические методы. М.: Наука, 1976. 395 с.). В наших целях использованы различные способы пороговых измерений.
Глава 2. Возможности применения фокусированного ультразвука для изучения органов чувств
За последние 30 лет ультразвук начали использовать в самых различных областях техники, биологии и медицины. Накопилась обширная литература, многие тысячи источников, целые «слои». В большинстве случаев речь здесь идет о несфокусированных, т. е. или расходящихся, или прожекторно-направленных, колебаниях. Фокусированному ультразвуку до настоящего времени отводилось весьма скромное место.
В физиологии и медицине действие ультразвука изучалось, как правило, с точки зрения вызываемых им разрушений или лечебно-терапевтических влияний. Лишь в 60-е годы П. О. Макаров, Б. М. Сагалович и некоторые другие исследователи начали применять ультразвук для получения функциональных эффектов. Заметим сразу, что мы не касаемся обширной области «ультразвуковой визуализации органов и тканей», которая уже давно выделилась в самостоятельное научно-техническое направление. Толчком к расширению исследований «функциональных возможностей» фокусированного ультразвука явились представления В. А. Цукермана, сформулированные в 1969 г. Он считал перспективными попытки активировать нейроны головного мозга в заданной области сходящимися ультразвуковыми волнами, что исключило бы необходимость оперативного вмешательства для доступа к нужной структуре и использования контактных электродов.
Появившееся в начале 70-х годов содружество представителей нескольких учреждений — лабораторий, возглавлявшихся членом-корреспондентом АН СССР Г. В. Гершуни, доктором биологических наук О. Б. Ильинским, доктором физико-математических наук М. Г. Сиротюком, положило начало исследованиям функционального действия фокусированного ультразвука на поверхностные и глубокие структуры организма человека и животных.
Первоначально возникла простая на первый взгляд мысль: искать активирующее действие ультразвука прежде всего на рецепторном уровне сенсорных систем, как наиболее чувствительном к действию внешних стимулов. Были получены первые результаты, которые показали возможность раздражения системы кожной чувствительности импульсами фокусированного ультразвука. И вся гамма ощущений, которые в естественных условиях хорошо знакомы каждому — от легкого прикосновения, щекотки, тепла или холода до боли, — возникала при изменении параметров ультразвука. Эти ощущения были описаны, изучены, количественно охарактеризованы. Техникотеоретические исследования доктора технических наук Л. Р. Гаврилова и результаты изучения кожной чувствительности позволили расширить область применения фокусированного ультразвука и выяснить в дальнейшем возможность введения слуховой информации при фокусировке ультразвука на лабиринт. Исследования, проведенные с участием специалистов клинико-физиологического направления, дали возможность обосновать различные способы диагностики заболеваний слуха и кожной чувствительности. Экспериментальные физиологические исследования расширили представления об общих и специфических закономерностях в деятельности органов чувств и позволили обосновать безопасные режимы воздействия фокусированным ультразвуком на различные рецепторные воспринимающие поверхности.
В настоящее время еще недостаточно изучены механизмы активирующего действия ультразвука; необходимо изучить метрологическое обеспечение исследований, без которого невозможно, например, массовое применение ультразвуковых методик в клинике. Нет пока общепринятой стратегии выделения действующих факторов ультразвукового стимула, обеспечивающих тот или иной функциональный эффект в конкретных случаях.
Исследования морфо-физиологов до сих пор — «первая лыжня» на сложном пути обоснования критериев действия ультразвука, его специфических особенностей с точки зрения реакции биологических систем, безопасности его воздействия. Ультразвук не только активирует, но и разрушает. Пусть велик диапазон между раздражающими и разрушающими режимами, но все же нужно помнить первую заповедь медика: не вреди. Для того чтобы ультразвук мог быстро и основательно стать на службу здоровья, необходимо участие врачей-исследователей, специалистов в области клинической физиологии сенсорных систем.
