Альфа-волны , или альфа-ритм , представляют собой нейронные колебания в диапазоне частот 8–12 Гц [1], возникающие, вероятно, в результате синхронной и когерентной ( синфазной или конструктивной) электрической активности пейсмекерных клеток таламуса у человека. Исторически их также называют «волнами Бергера» в честь Ганса Бергера , который впервые описал их, когда изобрел ЭЭГ в 1924 году . [2]
Альфа-волны — это один из типов мозговых волн , обнаруживаемых с помощью электрофизиологических и близкородственных методов, таких как электроэнцефалография (ЭЭГ) или магнитоэнцефалография (МЭГ), и их можно определить количественно с помощью количественной электроэнцефалографии (кЭЭГ). Их можно преимущественно зарегистрировать в затылочных долях во время расслабления в состоянии бодрствования с закрытыми глазами, и это были самые ранние ритмы мозга, зарегистрированные у людей. [3] Альфа-волны уменьшаются при открытых глазах и во сне, а во время сонливости усиливаются. Затылочные альфа-волны в периоды закрытых глаз являются самыми сильными сигналами ЭЭГ мозга. [4]
Исторически считалось, что альфа-волны отражают активность зрительной коры в состоянии покоя. Совсем недавно исследования показали, что они подавляют неиспользуемые области коры головного мозга или, альтернативно, играют активную роль в сетевой координации и общении. [5] Являются ли они тормозящими или играют активную роль во внимании, зависит от направления их распространения: нисходящие назад волны являются тормозящими, а прямые восходящие волны способствуют процессам зрительного внимания. [6]
Альфа-подобный вариант, называемый мю-волной, можно обнаружить в первичной моторной коре . [ нужна цитата ]
Некоторые исследователи утверждают, что существует как минимум две формы альфа-волн, которые могут иметь разные функции в цикле бодрствования-сна.
Альфа-волны присутствуют на разных стадиях цикла бодрствования-сна. [7] Наиболее широко исследуется состояние расслабленного психического состояния, когда субъект отдыхает с закрытыми глазами, но не устал и не спит. Эта альфа-активность сосредоточена в затылочной доле [8] [9] , хотя высказывались предположения, что она имеет таламическое происхождение. [10] Эта волна начинает появляться примерно через четыре месяца, и первоначально ее частота составляет 4 волны в секунду. Зрелая альфа-волна с частотой 10 волн в секунду прочно закрепляется к 3 годам. [11]
Второй случай активности альфа-волн приходится на фазу быстрого сна . В отличие от бодрствующей формы альфа-активности, эта форма расположена в лобно-центральном участке мозга. Цель альфа-активности во время быстрого сна еще полностью не понята. В настоящее время существуют аргументы в пользу того, что альфа-паттерны являются нормальной частью быстрого сна и что они указывают на период полувозбуждения. Было высказано предположение, что эта альфа-активность обратно пропорциональна давлению сна в фазе быстрого сна. [ нужна цитата ]
Долгое время считалось, что альфа-волны указывают на период бодрствования во время сна. [ нужна ссылка ] Это связано с исследованиями, в которых субъекты сообщают о не освежающем сне и имеют записи ЭЭГ, сообщающие о высоких уровнях вторжения альфа-излучения в сон. Это явление известно как вторжение альфа-волн. [12] Однако вполне возможно, что эти объяснения могут вводить в заблуждение, поскольку они сосредоточены только на альфа-волнах, генерируемых затылочной долей. [ нужна цитата ]
Было показано, что медитация осознанности увеличивает мощность альфа-волн как у здоровых людей, так и у пациентов. [13] Практикующие Трансцендентальную Медитацию продемонстрировали снижение частоты альфа-волн на один герц по сравнению с контрольной группой. [14]
Вторжение альфа-волн происходит, когда альфа-волны появляются во время медленного сна, когда ожидается дельта-активность. Предполагается, что это связано с фибромиалгией , при этом повышенная активность фазового альфа-сна коррелирует с клиническими проявлениями фибромиалгии, такими как увеличение продолжительности боли. [15]
Несмотря на это, вторжение альфа-волн не было значимо связано с каким-либо серьезным расстройством сна , включая синдром хронической усталости и большую депрессию . Однако оно часто встречается у пациентов с хронической усталостью и может усиливать последствия других нарушений сна. [16]
Следуя этой мысли о потере внимания, недавнее исследование показывает, что альфа-волны могут использоваться для прогнозирования ошибок. В ходе исследования МЭГ измеряли увеличение активности альфа-волн мозга до 25% до того, как произошли ошибки. В этом исследовании использовался здравый смысл: альфа-волны указывают на безделье, а ошибки часто совершаются, когда человек делает что-то автоматически, или «на автопилоте», и не обращает внимания на выполняемую задачу. После того, как испытуемый заметил ошибку, альфа-волны уменьшились, поскольку испытуемый начал уделять больше внимания. Целью этого исследования является содействие использованию беспроводной технологии ЭЭГ для сотрудников в областях повышенного риска, таких как управление воздушным движением, для мониторинга активности альфа-волн и измерения уровня внимания сотрудника. [17]
Исследование показало, что появление альфа-ритма при открытых глазах может быть предиктором обработки зрительной информации в рабочей памяти. [18] Было показано, что момент появления альфа-активности зависит от типа стимула в памяти и количества зрительных характеристик (цвета, формы и т. д.), которые ему необходимо сохранить в памяти. Авторы предполагают, что появление альфа-ритма при открытых глазах может свидетельствовать о временном отключении обработки зрительной информации в первичной зрительной коре в моменты, когда испытуемый анализирует изображение в зрительной памяти. В эти моменты информация обрабатывается в ассоциативных областях зрительной коры (области hV4, V3v, VO1, VO2). [19]
Одно исследование предполагает, что «парадигма визуального мерцания, позволяющая вовлечь людей в ритм их собственного мозга (т.е. пиковую альфа-частоту)» может привести к значительно более быстрому перцептивному визуальному обучению , сохраняемому на следующий день после тренировки.
В частности, вовлечение существенно ускорило обучение решению задачи на распознавание, позволяющей обнаруживать цели, окруженные фоновыми помехами, или идентифицировать радиальные и концентрические узоры стекла, встроенные в шум, по сравнению с вовлечением, которое не соответствует альфа-частоте человека. [20] [ необходимы дополнительные ссылки ]
Как продемонстрировал доктор Адриан Р.М. Аптон, посторонние источники (колебания окружающей среды, обнаруженные с помощью кучки желе в экспериментах Аптона) могут вызывать появление сигналов на показаниях ЭЭГ, в результате чего ложные сигналы интерпретируются как здоровые альфа-волны. . Это открытие предполагает, что возможно, что неплоская ЭЭГ может привести к интерпретации, что пациент все еще жив, хотя на самом деле он или она давно мертвы. [21]
Сесил Адамс из The Straight Dope обсуждает этот сценарий:
Иногда утверждают, что мозговые волны Jell-O идентичны мозговым волнам здорового взрослого человека. Это явно преувеличение, но показания ЭЭГ Jell-O действительно очень похожи на нормальный альфа-ритм человека. Альфа-волны наблюдаются при бодрствовании и покое больного с закрытыми глазами, а также при некоторых видах сна и обратимой коме. Да, волны желе немного медленнее и имеют гораздо меньшую амплитуду, почти в пределах нормальных человеческих пределов, но само по себе это мало о чем говорит. Гипоксия, энцефалит и другие заболевания, а также употребление наркотиков могут привести к снижению частоты и амплитуды. [22]
Альфа-волны были открыты немецким неврологом Гансом Бергером , изобретателем самой ЭЭГ. Альфа-волны были одними из первых волн, зарегистрированных Бергером, наряду с бета-волнами , и он проявил интерес к «альфа-блокировке», процессу, при котором альфа-волны уменьшаются, а бета-волны увеличиваются, когда субъект открывает глаза. Это отличие принесло альфа-волне альтернативное название «Волна Бергера». [ нужна цитата ]
Бергер последовал примеру украинского физиолога Владимира Правдича-Неминского , который использовал струнный гальванометр для создания фотографии электрической активности мозга собаки. Используя аналогичные методы, Бергер подтвердил существование электрической активности в человеческом мозге. Сначала он сделал это, подавая стимул пациентам больницы с повреждением черепа и измеряя электрическую активность в их мозгу. Позже он отказался от метода стимулов и начал измерять естественные ритмические электрические циклы в мозге. Первым естественным ритмом, который он задокументировал, было то, что впоследствии стало известно как альфа-волна. Бергер очень тщательно и дотошно собирал данные, но, несмотря на свой талант, он не чувствовал себя достаточно уверенно, чтобы опубликовать свои открытия, по крайней мере, через пять лет после их совершения. В 1929 году он опубликовал свои первые открытия об альфа-волнах в журнале Archiv für Psychiatrie . Первоначально его встретили насмешками за его технику ЭЭГ и последующие открытия альфа- и бета-волн. Его техника и открытия не получили широкого признания в психологическом сообществе до 1937 года, когда он получил одобрение известного физиолога лорда Адриана , который проявлял особый интерес к альфа-волнам. [23]
Альфа-волны снова получили признание в начале 1960-х и 1970-х годов с созданием теории биологической обратной связи , касающейся мозговых волн (см. Ниже). Такая биологическая обратная связь, называемая разновидностью нейробиоуправления , относящаяся к альфа-волнам, представляет собой сознательное выявление альфа-волн мозга субъектом. Два исследователя из США исследовали эту концепцию посредством несвязанных друг с другом экспериментов. Джо Камия из Чикагского университета обнаружил, что некоторые люди обладают сознательной способностью распознавать, когда они создают альфа-волны, и могут увеличивать свою альфа-активность. Эти люди были мотивированы системой вознаграждений от Камии. Вторым прародителем биологической обратной связи является Барри Стерман из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Он работал над мониторингом мозговых волн у кошек и обнаружил, что, когда кошек учили сдерживать двигательные движения, они высвобождали SMR, или мю, волны , волны, похожие на альфа-волны. Используя систему вознаграждений, он дополнительно обучил этих кошек легче входить в это состояние. Позже к нему обратились представители ВВС США с просьбой проверить действие реактивного топлива, которое, как известно, вызывает судороги у людей. Стерман проверил действие этого топлива на ранее обученных кошках и обнаружил, что они обладают более высокой устойчивостью к судорогам, чем необученные кошки. [ нужна цитата ]
Альфа-волновая биологическая обратная связь вызвала интерес благодаря некоторым успехам на людях в подавлении судорог и лечении депрессии. [24]
Альфа-волны снова вызвали интерес в связи с инженерным подходом к научно-фантастической задаче психокинеза, то есть управления движением физического объекта с помощью энергии, исходящей из человеческого мозга. В 1988 году альфа-ритм ЭЭГ был использован в эксперименте по интерфейсу мозг-компьютер по управлению движением физического объекта, робота. [25] [26] Это был первый эксперимент, демонстрирующий управление физическим объектом, роботом, с помощью ЭЭГ. [27] [28]