СПОРТИВНАЯ  ПСИХОФИЗИОЛОГИЯ 

    Содержание 
 
 

     Спортивная психофизиология

    Введение

    Термин  психофизиология объединяет в себе два, казалось бы, совсем разных мира: мир  физиологии, телесно-материальный, и  мир душевный, психический. Психофизиология  – это раздел психологии, изучающий биологические составляющие психической деятельности. Прикладная область спортивной психофизиологии еще мало дифференцирована. Ее основная задача – применить основные знания и методы, накопленные и разработанные в рамках психофизиологии для потребностей спорта.

    В самом начале курса спортивной психологии, читаемой в Стоунбриджском Университете, утверждается, что понимание связи  между телом и психикой в спорте является ключевым для подготовки успешных спортсменов. И именно взаимосвязь  тела и психики с его приложением к спорту и является основной темой изучения спортивной психологии. Спортивная психофизиология пытается раскрыть связи между психикой и мозгом и предложить свои методы воздействия как на физиологические, так и психические процессы. Таким образом, получается, что без знания спортивной психофизиологии невозможно грамотное курирование спортсменов, невозможно стать эффективным спортивным психологом.

    Более того, в истории были случаи, когда  именно психофизиологические исследования мозга приводили к изменению правил в спорте. Так при исследовании 14 боксеров¹, было обнаружено, что среди них 6 человек имеют отклонения по ЭЭГ, которые могут быть следствием повреждения мозга. Через несколько лет это послужило основанием для введения новых положений в свод правил о боксе. Похожие исследования были проведены и для футболистов²³⁴. В них утверждается потенциальная опасность микросотрясений мозга, возникающих при отбивании мяча головой. Эти исследования подчеркивают важную общественную значимость психофизиологических исследований в спорте.

    Перспективными  направлениями спортивной психофизиологии  являются психофизиологическая диагностика  индивидуальных особенностей спортсменов  и их функционального состояния, а также разработка и применение методов управления своим состоянием посредством влияния на свои физиологические процессы.

    1.Методы  спортивной психофизиологии

    Как уже было сказано выше, спортивная психофизиология – это только зарождающаяся и оформляющаяся  область науки. Она представляет собой прикладную область применения психофизиологии. Именно поэтому она использует в основном те же методы, что применяются в обычных психофизиологических исследованиях. Однако некоторые методы требуют адаптации для применения в спорте. Далее приводится описание основных методов психофизиологического исследования и особенностей их использования в спорте.

    1.1. Методы исследования  периферической нервной  системы

    1.1.1. КГР

    Кожно-гальваническая реакция (КГР), электродермальная активность (ЭДА), психогальванический рефлекс  – термины для описания электрической активности кожи. В начале XX века типичным термином, используемым для этой цели, был психогальванический рефлекс (psychogalvanicreflex, PGR). Позднее, его сменил термин кожно-гальваническая реакция, или КГР (galvanicskinresponse, GSR). Связанное с употреблением этого термина затруднение состояло в том, что он стал использоваться для характеристики разных аспектов электродермальной активности (например, базисного или фонового уровня и амплитуды реакции). Электрическую активность кожи можно измерять двумя способами. Во-первых, можно пропускать через кожу слабый ток от внешнего источника и измерять динамику ее сопротивления пропускаемому току. Эту методику называют экзосоматическим методом (exosomaticmethod). Второй метод – эндосоматический (endosomaticmethod) – заключается в измерении электрической активности поверхности кожи без использования внешнего источника тока. Экзосоматический метод к настоящему времени модифицирован в измерение проводимости кожи (skinconductance, SC) – величины, обратной сопротивлению кожи. Экзосоматический метод и сейчас используется для измерения кожного потенциала (skinpotential, SP).

    КГР записывается с помощью электродов, помещаемых на ладони или пальцы рук, так как эти участки тела богаты эккринными потовыми железами - особым видом потовых желез. Эти железы вызывают у психофизиологов повышенный интерес в силу того, что реагируют преимущественно на «психическую» стимуляцию, тогда как другие потовые железы реагируют в большей степени на повышение температуры. Эккринные потовые железы иннервируются симпатическим отделом автономной НС, однако химическим медиатором в постганглионарных синапсах служит ацетилхолин, а не норадреналин, как можно было бы ожидать при симпатической иннервации.

    Эккринные потовые железы, которые можно представить себе в виде тонких трубочек с отверстиями на поверхности кожи, действуют как переменные резисторы, соединенные параллельно. В зависимости от степени активации симпатической НС, к поверхности кожи поднимается то или иное количество пота, определяемое количеством активированных потовых желез. Чем выше поднимается уровень пота в определенной железе, тем ниже будет сопротивление такого переменного резистора.⁵ Изменение активности неспецифической системы мозга, морфологическим субстратом которой является ретикулярная формация, вызывает существенные изменения электрокожного потенциала. КГР чрезвычайно чувствительна к эмоциональному реагированию, состоянию тревоги, напряженности и часто используется для характеристики функционального состояния человека.

    Одним из первых исследователей КГР был  Карл Густав Юнг. Он полагал, что данный метод можно использовать как  объективный физиологический индикатор  бессознательных процессов. В частности, К.Г.Юнг показал, что электрокожное  сопротивление отражает уровень эмоционального напряжения. И если даже человек себе что-то представляет, к примеру, какую-либо ситуацию, то его электрокожное сопротивление меняется тем сильнее, чем более личностно значима эта ситуация для него. Благодаря простоте измерения, метод КГР получил очень широкое распространение, как в науке, так и в практике. Его даже использовали в рекламной сфере для определения эффективности рекламы и, действительно, та реклама, которая вызывает наибольшую КГР, является самой эффективной.

    Считается, что активность потовых желез находится под контролем вегетативной нервной системы, но при этом не следует забывать и о контроле со стороны центральной нервной системы. Еще Н.А.Бернштейн в 1975 году⁶  провел эксперимент, показавший, что при физически идентичных стимулах ключевую роль в реакции потовых желез играла именно психологическая значимость стимула. От мозга к потовым железам идут два пути: один от коры больших полушарий, а другой от глубинных структур – гипоталамуса и ретикулярной формации. Это показывает сложность функционирования потовых желез и то, что любая их реакция является индикатором не одного процесса, а целого комплекса факторов, включающих как процессы вегетативной, так и центральной нервных систем.

    Как было сказано выше, область использования КГР весьма широка, в том числе данная методика используется в спортивной практике для мониторинга и контроля развития состояний утомления, перетренированности и др., а также для  диагностики и оценки функционального состояния спортсменов, в том числе адаптационных возможностей организма. Следует отметить, что КГР отражает довольно сложный комплекс процессов периферической и центральной нервных систем, поэтому для более корректного использования данного метода необходимо применять его в сочетании с другими методами.

    Во  многих видах спорта большую роль играет уровень психоэмоционального  напряжения, которое может в своих  крайних значениях достигать  как чрезмерного возбуждения (гипермобилизации), так и доходить до стадии развития тормозных процессов (охранительного торможения). В спортивной практике такие состояния определяют как разновидности предстартового состояния – предстартовую лихорадку или предстартовую апатию.

    1.1.2. Плетизмография

    Изменения в периферических сосудах изучают  с помощью метода плетизмографии. Плетизмография основана на регистрации изменений объема крови, поступающей к различным органам. Наиболее распространена пальцевая плетизмография. В плетизмограмме различают два типа изменений: тонические, отражающие общие изменения объема крови, и фазические, обусловленные изменением пульсового объема от одного сокращения сердца к другому. Оба показателя — чувствительные индикаторы вегетативных сдвигов при психической деятельности. Мне кажется, Как-то маловато по сравнению с другими методами 

    1.1.3. Реоэнцефалография

    Нарушения мозгового кровообращения изучается  с помощью метода реоэнцефалографии (РЭГ). РЭГ является неинвазивным методом  исследования сосудистой системы головного  мозга, основанным на записи изменяющейся величины электрического сопротивления тканей при пропускании через них слабого электрического тока высокой частоты. Реоэнцефалографическое исследование позволяет получать объективную информацию о тонусе, эластичности стенок и реактивности сосудов мозга, периферическом сосудистом сопротивлении, величине пульсового кровенаполнения. Данный метод полезно использовать в тех сферах деятельности, которые постоянно связаны с напряженными физическими нагрузками, сильным психоэмоциональным напряжением и стрессом. Одним из таких видов деятельности является спорт. Можно привести пример использования РЭГ для выявления особенностей мозговой гемодинамики у юных спортсменов при функциональных изменениях сердечно-сосудистой системы⁷. В данном исследовании ставится проблема, которая связана с ранней спортивной специализацией детей и подростков. Это в свою очередь, связано с интенсивными физическими нагрузками, чрезмерным психоэмоциональным напряжением, что может вызывать предпатологические состояния и заболевания у спортсменов, к которым относятся, в частности, нарушения  мозгового кровообращения различного типа. Авторами было показано, что у детей-спортсменов с функциональными изменениями сердечно-сосудистой системы выявлены признаки напряжения адаптационно-компенсаторных механизмов регуляции мозговой гемодинамики.

    1.1.4. ЭМГ

    Электромиография (ЭМГ) является методом исследования нервномышечной системы посредством  регистрации электрической активности скелетных мышц. ЭМГ отводится  с кожных или подкожных электродов и позволяет наблюдать как  электрическую активность мышц во время относительного покоя (спонтанная активность), так и при тоническом напряжении и произвольных движениях. Также выделяется стимуляционная электромиография – регистрация электрической активности мышц в ответ на различного рода раздражение (электрическое раздражение кожи, мышц, спинного или головного мозга).

    С помощью ЭМГ можно изучать  структуру и функцию нейромоторной  системы, функциональными элементами которой являются двигательные единицы, включающие мотонейрон и иннервируемую  им группу мышечных волокон. При любой двигательной реакции возбуждается не один мотонейрон, а целая группа, называемая функциональным объединением. На ЭМГ регистрируются колебания потенциалов нервно-мышечных окончаний, возникающих под влиянием импульсов от мотонейронов продолговатого и спинного мозга.

    Регистрация ЭМГ при двигательной активности позволяет исследовать механизмы  организации (подготовки) и реализации движений. При этом возможно отведение  суммарной активности, а также  биопотенциалов отдельных мышечных волокон. Регистрация ЭМГ применяется в психофизиологии для изучения возрастных закономерностей организации и реализации движений, сенсомоторных действий и т.п., в медицине для диагностики поражений как периферического, так и центрального генеза, а также в физиологии труда и спорта, исследованиях высшей нервной деятельности.

    При готовности к движению или его  мысленному выполнению наблюдается  тоническая реакция ЭМГ в виде возрастания амплитуды и частоты. Так, например, чтение «про себя» сопровождается увеличением ЭМГ активности мышц нижней губы. При мысленном письме у правшей наблюдается усиление мышечной активности поверхностных сгибателей правой руки. Следует также отметить, что при формировании навыка происходит постепенное уменьшение мышечной активности. Произвольное движение сопровождается определенной последовательностью активаций различных мышц: амплитуда ЭМГ одних мышц увеличивается до движения, других — в процессе движения. Амплитуда и частота ЭМГ прежде всего определяются количеством возбужденных двигательных единиц, а также степенью их синхронизации. Амплитуда ЭМГ нарастает градуально. Это, по-видимому, связано с тем, что сначала активизируются двигательные единицы, обладающие большей возбудимостью. Общая амплитуда ЭМГ может достигать 1—2 мВ.

    Метод ЭМГ довольно успешно используется в спортивной практике. Например, в стрельбе. Основными факторами, влияющими на качество стрельбы, являются процессы прицеливания, обработки выстрела и сохранения устойчивого положения системы стрелок-оружие. Максимальная эффективность данных действий возможна только при совместной работе большого количества мышц, которые объединяются в функциональные группы. Такой тип организации очень выгоден и экономичен, так как уменьшается число независимо работающих единиц⁸. Отдельные исследования показали, что у стрелков наблюдается довольно сильные корреляции между ЭМГ определенных мышц, в частности, икроножными и камбаловидными мышцами правой и левой ног. Причем, чем выше квалификация спортсмена, тем сильнее эти закономерности. Также с ростом уровня квалификации происходит уменьшение колебаний центра давления и ствола оружия. К моменту выстрела эти колебания уменьшаются еще сильнее.

    Также можно привести пример использования  ЭМГ в теннисе⁹. Целью исследования было изучить изменения сократительных свойств мышц в ходе подготовки спортсменов. Было отобрано 8 теннисистов юниоров, подающих надежды, которые проходили специальный шестинедельный курс тренировок, предназначенных для повышения скорости. До и после тренировок были измерены различные физические характеристики, включающие множество параметров мышечных сокращений, в том числе с помощью мониторинга спектральной частоты ЭМГ икроножных мышц. Результаты исследования показали, что все спортсмены улучшили свои показатели, но особенно выделились 3 игрока. Также как и остальные спортсмены, они улучшили показатели скорости после 6 недель тренировок, но проявилось это в том, что они научились увеличивать скорость сокращение мышцы за счет более короткого подергивания. Помимо этого эти 3 игрока показали более высокую частоту спектра и более широкую амплитуду ЭМГ икроножных мышц. Авторы исследования заключают, что у данных игроков волокна икроножных мышц адаптированы к специальной физической нагрузке за счет увеличения содержания мышечных волокон определенного типа.

    Следует также добавить, что для исследования нервномышечной активности организма  необходим комплексный подход, так  как в человеческом теле около 400 скелетных мышц и при любом  движении наблюдается довольно сложная  картина мышечных сокращений. В современных исследованиях, в особенности связанных со спортом, используется сочетание электромиографических, кинезиологических и биомеханических методов измерения. Знание особенностей мышечной деятельности во всех ее аспектах, ее оценка и организация доступной для спортсмена обратной связи должны способствовать оптимизации движений, что немаловажно для повышения эффективности в спортивной практике.

    Также для исследования активности мышц в  современной спортивной науке используют прибор, называемый тепловизор. Тепловизор (инфракрасная камера) – оптико-электронный измерительный прибор, работающий в инфракрасной области электромагнитного спектра, "переводящий" в видимую область спектра собственное тепловое излучение людей или техники. Тепловизор напоминает телевизионную камеру. Чувствительный элемент тепловизора – матрица миниатюрных детекторов – воспринимает инфракрасные сигналы и превращает их в электрические импульсы, которые после усиления преобразуются в видеосигнал. Тепловизор может использоваться как прибор для бесконтактного измерения температуры объектов и температурных полей.

    Все эти методы могут быть использованы для описания спортивного действия и раскрытия механизмов его эффективной  реализации. Далее эти мыщечные процессы могут быть сопоставлены с психическими процессами. С помощью метода биологически обратной связи (БОС) они могут быть экстериоризованы и использованы для повышения эффективности деяельности с помощью сознательного регулирования. Анализ ЭМГ становится особенно информативным в комплексе с другими показателями — ЭЭГ, КГР, ЧСС и т.д. 

    1.1.5. Дыхание

    Дыхание, или ритм дыхания, является одним  из старейших психофизиологических показателей, но из-за грубости методов  его измерения он практически  никогда не принимался психофизиологами всерьез. Г.Штерринг¹⁰ впервые исследовал дыхание в связи с психическими состояниями. Он предложил определять в различных ситуациях среднее отношение длительности вдоха к длительности выдоха. Некоторые исследователи считали дыхание объективным индикатором лжи, другие использовали в изучении эмоциональных процессов. В настоящее время дыхание обычно используют в дополнение к другим психофизиологическим методам для анализа артефактов. Дыхание часто измеряют по изменениям объема грудной клетки и живота при каждом вдохе. На обоих этих участках прикрепляют датчик натяжения. Его растягивание регистрируется на полиграфе как изменение электрического сопротивления.

    Некоторые исследователи регистрируют дыхание  как показатель общего обмена веществ. Во многих исследованиях было показано, что частота и объем вдыхаемого воздуха резко уменьшается при трансцендентальной медитации или общем расслаблении. Также в ряде исследований было показано, что с помощью дыхания, например, гипервентиляции легких, можно изменять, а имеено, повышать, частоту сердечных сокращений. Эту особенность, в свою очередь, активно используют в тренингах БОС, где необходимо уметь быстро переходить из состояния возбуждения в состояние расслабления и наоборот. Данный метод активно используется в спортивной практике для того, чтобы научить спортсменов лучше контролировать свое функциональное состояние на каждом этапе тренировки и соревнований, лучше справляться с психоэмоциональным напряжением и стрессом, корректировать уже существующие функциональные системы для достижения наибольшей результативности своей деятельности.

    1.1.6. ЭКГ

    Электрокардиография (ЭКГ) – метод регистрации и исследования электрических процессов, связанных с сокращением сердечной мышцы. Данный метод был открыт У. Эйнтховеном в 1903 году¹¹. В клинической практике используются различные способы отведения для регистрации ЭКГ, электроды могут накладываться как на грудную клетку, так и на руки или ноги. В психофизиологии ЭКГ обычно используется для измерения частоты сокращений желудочков, т.е. для измерения всех интервалов между последовательными комплексами QRS (электрическими зарядами, связанными с сокращениями желудочков).

    Средняя частота сокращений сердца в покое  у здорового взрослого человека составляет около 70 ударов в минуту. Величины средней частоты ниже 60 уд/мин (брадикардия) и выше 100 уд/мин (тахикардия) обычно считаются признаками какой-либо патологии в сердечно-сосудистой системе. Во время физической нагрузки сердечный ритм может  учащаться до 200 уд/мин с последующим постепенным возвратом его к исходному уровню после окончания нагрузки. Интенсивная тренировка может привести к изменению свойств сердечной мышцы, и для снабжения мускулатуры кислородом сердцу уже не нужно будет так сильно учащать свой ритм. Несмотря на то, что у атлета минутный объем сердца остается неизменным, частота сердечных сокращений и в покое, и при физической нагрузке может быть значительно меньше, чем у обычного человека¹².

    Метод кардиоинтервалографии, основанный на анализе интервалов между ударами  сердца, был предложен Р.М. Баевским¹³. Он позволяет определить состояние вегетативного гомеостаза по степени преобладания симпатического или парасимпатического типа регуляции вегетативной нервной системы и оценить напряжение регуляторных систем организма при повышенной физической нагрузке. Как известно, при низких приспособительных возможностях происходит усиление активации симпатического звена, что в свою очередь является признаком больших энергозатрат регуляторных систем организма на поддержание гомеостаза. В зависимости от напряжения регуляторных систем, обычно выделяют ваготонический, нормотонический и симпатикотонический типы реагирования организма на физическую нагрузку, которые определяются преобладанием того или иного отдела вегетативной нервной системы. В исследовании Р.М.Баевского¹⁴ было установлено, что у более квалифицированных спортсменов чащу встречается нормотонический тип реагирования.

    1.2. Методы исследования ЦНС

1.2.1. ЭЭГ в спорте

    Электроэнцефалография – метод исследования деятельности головного мозга человека. Он основан на суммарной регистрации биоэлектрической активности отдельных зон, областей и долей мозга. Электрическая активность мозга мала и выражается в миллионных долях вольта. Поэтому её можно зарегистрировать лишь при помощи специальных высокочувствительных приборов и усилителей, которые называются электроэнцефалографами. Регистрация ЭЭГ осуществляется наложением на голову специальных датчиков (электродов), которые соединяют проводами с входом аппарата. Важно обеспечить хороший контакт электрода с поверхностью кожи головы, а также низкое и постоянное сопротивление между ними. Для этого используют специальные пасты и растворы. На выходе получается графическое изображение колебаний разности биоэлектрических потенциалов работающего мозга.

    ЭЭГ – сложная кривая, состоящая из волн различных частот и амплитуд. В зависимости от частоты ЭЭГ различают волны, обозначаемые греческими буквами "альфа", "бета", "дельта" и др. ЭЭГ совершенно безвредно и безболезненно. Согласно существующей точке зрения, ритмы ЭЭГ отражают возбудительные и тормозные постсинаптические процессы в телах и дендритах нейронов различных генераторных систем (корковых, подкорковых). ЭЭГ применяется в современной нейрофизиологии, а также в неврологии и психиатрии.

    Основным  препятствием для расширения ЭЭГ  исследований в спорте являются методические трудности регистрации электрической активности мозга при движениях. В этих условиях возможны различные артефакты как физического, так и биологического происхождения. Поэтому при постановке подобных исследований встает необходимость особенно строгого соблюдения определенных методических условий, которые имеют решающее значение в осуществлении успешной регистрации ЭЭГ. Также одним из препятствий развития ЭЭГ исследований в области спорта является отсутствие надежных критериев для оценки ЭЭГ в процессе мышечной деятельности. Причинами этого является как сложность самой регистрации ЭЭГ во время двигательной активности, так и проблема дальнейшего анализа, требующего использования сложных вычислительных методов.

    Далее будут рассмотрены основные артефакты, учет которых необходим при проведении ЭЭГ исследований в спорте, а также приведены некоторые методические схемы применения ЭЭГ в спорте.

    1.2.1.Основные  артефакты и способы  борьбы с ними

    Мышечные  наводки

    Сокращение  мышц вызывает миогенный потенциал, который является главным источником ЭЭГ артефактов. Занятия спортом подразумевают наличие частых и интенсивных мышечных сокращений. Электромиограмма (ЭМГ) – запись мышечной активности характеризуется амплитудой порядка 100-1000 мкВ, значительно большей, чем амплитуда ЭЭГ (10-100 мкВ). Таким образом, мышечная активность может перекрыть мозговую. Эта проблема известна уже давно, еще при исследовании пациентов, большых эпилепсией, было обнаружено, что мышечные спайки могут скрывать эпилептическую активность мозга.

    Что же можно сделать, чтобы за мышечной активностью увидеть работу мозга? К счастью, ЭМГ и ЭЭГ сигналы довольно хорошо различимы по морфологии, спектральному составу и пространственному распределению по мозгу. ЭМГ состоит из серий разрядов моторной единицы с частотой от 20 до 1000 Гц, в зависимости от того, сколько мышечных волокон включено и какова сила их сокращения. Однако максимальная мощность сигнала приходиться на диапазон от 50 до 150 Гц. ЭЭГ сигнал покрывает гораздо больший диапазон, с зоной максимального изучения 1-30 Гц. Таким образом, если исследователя интересует мозговая активность около 15 Гц, то вполне можно использовать фильтр высоких частот. Также мышечные артефакты имеют тенденцию проявляться на определенных электродах – обычно височных, Т3 и Т4. Артефакты в этих местах отражают движения и напряжение челюсти. Фронтальные электроды отражают мышечные наводки от нахмуривания, затылочные – от напряжения шеи. Один из способов избавиться от мышечных наводок – просто исключить части ЭЭГ с наводками из анализа. Однако в том случае, когда мышечных наводок много, такой метод неприменим. Существуют методы математической отстройки от этих артефактов, такие как, например, метод независимых компонент (ICA). Использование этих методов очень перспективно в спортивной психофизиологии. О них будет рассказано подробнее ниже.

    Кожные  артефакты

    Выделение молочной кислоты и поваренной соли из потовых желез на коже головы приводит к изменению проводимости кожи, что влияет на амплитуду ЭЭГ  сигнала. Если эти изменения различны под референтным и активным электродами, тогда на записи мы видим большие колебания базовой линии. Эти артефакты обычно имеют низкую частоту (<1 Гц) и поэтому их легко отличить от мозговой активности, которая обычно интересует исследователей. В этом случае можно использовать фильтр низких частот. Тем не менее, желательно при записи стараться не допускать потения, проводить эксперименты в хорошо проветриваемых помещениях.