Главным регулятором биоритмов и обусловленных ими жизненных процессов, по мнению большинства авторов, выступает мозг. Согласно экспериментальным данным [3; 4; 8], феномен цикличности возврата возбуждений между структурами мозга возникает при отсутствии полезного приспособительного результата (мотивационные состояния) или в процессе «рассогласования» (утомления), когда организм при поведенческой деятельности не достигает необходимого результата, а также для развития необходимого функционального состояния.
В частности, характер биоритмики биотоков мозга связан с индивидуальными особенностями механизмов саморегуляции и уровнем пластичности нейродинамических процессов [6]. При этом наибольшее внимание в процессах регуляции и изменения функционального состояния организма уделяется изучению веретенообразных осцилляций 6–16 Гц [9; 11].
Однако процессы изменения веретенообразных осцилляций при различных формах двигательной активности, в том числе – при распространенной на производстве, в быту и спорте локальной мышечной деятельности недостаточно изучены. Для грамотного дозирования таких нагрузок необходимо всестороннее изучение центральных механизмов утомления при работе мышц.
Целью исследования явилось изучение характера биоэлектрической активности в альфа- и бета-диапазоне у спортсменов 18–25 лет при выполнении локальной мышечной деятельности до утомления.
Материалы и методы исследования
Испытуемыми-добровольцами являлись студенты и аспиранты ЮУрГУ в возрасте от 18 до 30 лет (всего 21 человек). Группу наблюдения составили спортсмены, занимающиеся ациклическими видами спорта (I разряд – мс); контрольную группу составили испытуемые того же возраста и пола, не занимающиеся спортом (II группа). III – группу составили испытуемые 18–26 лет, регулярно занимающиеся психофизической саморегуляцией (ПФР).
При помощи прибора Нейрон-Спектр (Нейрософт, Россия) осуществляли многоканальную регистрацию ЭЭГ с 8 чашечных электродов, соединенных с ушными электродами и локализованных в соответствии с системой 10–20. Производили несколько функциональных проб: фоновая запись (ФЗ), состояние релаксации у лиц, занимающихся ПФР, выполнение локальной нагрузки (ЛН) поочередно правой и левой рукой на эргографе до утомления (отказа от работы) и фоновая запись восстановительного периода после каждой нагрузки; фотостимуляция на частоте 6 Гц и фоновая запись восстановительного периода после пробы. Частота квантования ЭЭГ составляла 250 Гц. Компьютерная электроэнцефалография включала спектральный и корреляционный анализ, осуществляемый по программному обеспечению фирмы разработчика.
Результаты исследований и их обсуждение
Анализ фоновой биоэлектрической активности мозга в состоянии покоя при открытых глазах (ФЗ) выявил определенные различия у спортсменов и испытуемых контрольной группы («нетренированные»). Так, почти у всех спортсменов на электроэнцефалограммах выявлена альфа-активность в ФЗ, в отличие от испытуемых группы нетренированных, у которых она выявлялась лишь в 1/3 случаев. Доминирующая частота в обеих группах составила 10–10,5 Гц, хотя у спортсменов также выделяется пик на 7–8 Гц, что связывают с более развитой способностью к саморегуляции [7]. Анализ спектра альфа-активности у спортсменов выявил ее доминирование как в затылочных, так и в лобно-центральных отделах, при этом у большинства спортсменов мощность альфа-ритма была больше выражена в лобных отведениях, по сравнению с центральными (рис. 1), что подчеркивает возможность произвольного управления функциональным состоянием. У испытуемых же группы нетренированных альфа-активность прослеживается в основном лишь в затылочных областях; у большей части испытуемых в фоновой записи с открытыми глазами она преобладает в отведениях левого полушария.
Рис. 1. Графики результатов анализа (Спектр и частоты). Фоновая запись с закрытыми глазами М:2. Левый график – контрольная группа, правый – спортсмены
Таким образом, для спортсменов, в отличие от нетренированных, в фоновой записи с открытыми глазами свойственно наличие альфа-активности, характеризующейся значительным индексом ритма в передних отделах полушарий.
Интересно, что у большинства испытуемых группы «релаксации» как в фоновой записи, так и при релаксации отмечено «расщепление» доминирующей частоты на два пика – низкочастотный (6–7 Гц) и среднечастотный (10–12 Гц); соотношение этих частот составило 1,62 ± 0,2 (таблица). Это соотношение хорошо известно в литературе как «золотое сечение» [1; 2]. Интересно, что подобная структура спектра ЭЭГ ранее была обнаружена в условиях формирования положительного психоэмоционального состояния [12].
Усредненные данные расщепления пика доминирующей частоты у испытуемых группы релаксации
|
ФИО |
ФЗ |
Релаксация |
|
Соотношение доминирующих частот |
||
|
К-ов |
12/6,9 |
9,8/6,2 |
|
К-ий |
9,8/6,1 |
10,2/6,5 |
|
Ш-ва |
10,8/6,8 |
9,9/6,3 |
|
Т-ук |
11/7 |
10,5/6,5 |
|
К-ов |
10,4/6,7 |
9,5/6,1 |
|
Р-ат |
10,5/7,2 |
10,4/6,6 |
|
К-ва |
10,9/7 |
11/7 |
|
М ± m |
10,8 ± 0,5/6,7 ± 0,3 = 1,61 ± 0,2 |
9,98 ± 0,3/6,3 ± 0,2 = 1,59 ± 0,18 |
Примечание. В числителе – доминирующая частота высокочастотного (ФЗ) и среднечастотного (релаксация) альфа-ритма, в знаменателе – доминирующая частота низкочастотного альфа-ритма.
В силу схожей выраженности параметров альфа-ритма с пиками низкочастотного (8 Гц) и среднечастотного (10 Гц) диапазона у спортсменов и лиц, занимающихся психофизической регуляцией, можно предположить, что испытуемые этих групп имеют большую гибкость нейродинамических процессов. Данная нейродинамическая гибкость развивается в ходе тренировок на фоне концентрации внимания, при которой отмечалась синхронизация биотоков между разными отделами мозга, а регулярная практика приводила к формированию устойчивых функциональных связей (между нейронными сетями). Развитие таких устойчивых связей позволяет мобилизовать ресурсы для регуляции функционального состояния или достижения поставленной задачи [5].
Биоэлектрическая активность мозга при выполнении локальной нагрузки (рис. 2), выполняемой поочередно правой и левой рукой, практически у всех испытуемых характеризовалась ростом индекса альфа-ритма, который был большим при выполнении пробы второй рукой. Средняя доминирующая частота альфа-активности варьировала в обеих группах от 8 до 9 Гц.
Рис. 2. Графики результатов анализа (Спектр и частоты). Спортсмены 814 с – 885 с, локальная нагрузка – начало восстановительного периода. М:2
Наибольший рост спектральной мощности волн альфа-диапазона отмечался в лобно-центральных отведениях с преобладанием в противоположном работающей руке полушарии, по выделенным отведениям отмечалась синхронизация биоэлектрической активности, при этом у спортсменов она наступала почти сразу с выполнения локальной нагрузки и длилась дольше на 15–25 %, чем у нетренированных. Характерно, что время выполнения локальной нагрузки до утомления у спортсменов в среднем было на 15–30 с больше, чем у нетренированных. Непосредственно перед отказом от работы у всех испытуемых отмечалась депрессия альфа-ритма.
Анализ тета-активности выявил фазы перехода доминирующей частоты из альфа-диапазона в тета-диапазон и обратно с увеличением мощности тета-ритма. Такой переход совпадает с первыми субъективными признаками утомления и составляет в среднем 50 % (контрольная группа) и 70 % (группа спортсменов) от общего времени выполнения нагрузки. Характерно, что время выполнения локальной нагрузки до утомления у спортсменов в среднем было на 15–30 с больше, чем у нетренированных. Непосредственно перед отказом от работы у всех испытуемых отмечалась депрессия альфа-ритма и отмечался резкий рост мощности бета-ритма в лобно-центральных отведениях.
В восстановительном периоде (рис. 3) наблюдались обратные переходы доминирующей медленной активности с тета-диапазона в альфа-диапазон. Так, основной пик спектральной мощности тета-ритма переходит в среднечастотную область альфа-диапазона (8–10 Гц). Наиболее проявлена альфа-активность в восстановительном периоде в левом полушарии во фронтально-окципитальном направлении у спортсменов и центрально-затылочном у не занимающихся спортом. Бета-активность выражена в полушарии, противоположном работающей руке, в лобных и затылочных отведениях.
Рис. 3. Графики результатов анализа (Спектр и частоты). Спортсмены 814 с – 855 с., Локальная нагрузка – Восстановительный период. М:2
Заключение
Наши результаты о характере основных ритмов ЭЭГ свидетельствуют, что при выполнении локальной нагрузки начальные изменения претерпевают α и β-ритмы с развитием их синхронизации в лобно-центральных отведениях у спортсменов и центрально-затылочных у нетренированных, а изменения мощности спектра θ-ритма наступают позднее.
Таким образом, можно предположить, что синхронизация разных отделов коры больших полушарий в единую нейронную сеть при функциональной нагрузке позволяет формировать необходимое функциональное состояние, а регулярная «тренировка» синхронизации биотоков мозга развивает более устойчивые связи между его отделами, интегрируя взаимодействие корковых и подкорковых структур для быстрой мобилизации ресурсов при выполнении конкретного действия. Исследования [10] подтверждают, что регулярная тренировка или практика выполнения различных заданий у студентов приводит к улучшению пластичности и развитию функциональных связей между отделами головного мозга.
Рецензенты:
Кокорева Е.Г., д.б.н., доцент, профессор кафедры физического воспитания и спорта, Челябинский государственный университет, г. Челябинск;
Павлова В.И., д.б.н., профессор кафедры ТОФК, Челябинский государственный педагогический университет, г. Челябинск.
Работа поступила в редакцию 15.05.2014.