Introducere Nașterea psihologiei ca știință Psihologia dintre toate științele, este probabil cea mai misterioasă în ochii marelui public, pre-cum și… [622668]

Introducere Nașterea psihologiei ca știință Psihologia dintre toate științele, este probabil cea mai misterioasă în ochii marelui public, pre-cum și cea mai susceptibilă la interpretări greșite. Chiar dacă limbajul și conceptele ei s-au infil-trat în peisajul vieții de zi cu zi, majoritatea oamenilor au doar o idee vagă cu privire la subiect și la ce fac de fapt psihologii. Proveniența termenului de psihologie provine din grecescul psyche care înseamnă suflet sau minte și din logia – studiu sau descriere, care par să rezume scopul am-plu al subiectului, însă în prezent cuvântul „psihologie” se referă la știința proceselor minții și a comportamentului. Începuturile studiului psihologiei datează încă din antichitate, o dată cu opera “Despre suflet” a lui Aristotel, prima lucrare de acest gen. Ulterior și-a pus amprenta asupra psihologiei unul din-tre personajele-cheie ale revoluției științifice din secolul al XVII-lea, filosoful și matematicianul René Descartes care a subliniat distincția dintre minte și trup prin opera sa „Pasiunile sufletului”, distincție care avea să se dovedească esențială în dezvoltarea psihologiei. Însă ca știință modernă, psihologia a apărut abia în sec. XIX, pe baza științelor biologice și socia-le, utilizându-se metode pozitive de cercetare. Pe parcursul dezvoltării sale, psihologia s-a divizat în mai multe ramuri (psihologia generală, psihologia copilului, psihologia pedagogică psihologia muncii, psihologia fiziologică, etc.), cu apariția a diverse teorii care explicau dezvoltarea și com-portamentul uman. Printre momentele cheie ale dezvoltării psihologiei ca știință mai putem menționa începutul se-colului al XIX-lea când Johann Friedrich Herbart publică ”Manualul de psihologie” (1816) care descrie mintea ca fiind dinamică și având un conștient și un inconștient. Un rol important l-au avut și progresele înregistrate în domeniul neurologiei prin școala franceză de la spitalul Pitié-Salpetriere din Paris (Paul Broca, Pierre Marie, Jean Martin Charcot) și cea germană (Carl Wernicke) în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. !1

În mod oficial nașterea psihologiei este considerată ca având loc odată cu fondarea primului la-borator de psihologie experimentală la Universitatea Leipzig din Germania, înființat în anul 1879 de către Wilhelm Wundt. La scurt timp după acest demers, în diverse universități din întreaga Europă și din Statele Unite au început să apară catedre de psihologie. Importanța noii științe a psihologiei a crescut rapid în ultimele două decenii ale secolului al XIX-lea, și și-au pus bazele unei metodologii științifice pentru studiul minții, aproximativ în același fel în care fiziologia și disciplinele conexe studiau corpul uman. Începuse pentru prima oară să se aplice, metoda științifică în cazul unor întrebări legate de percepție, conștiință, memorie, învățare și inteligență, iar practica observării și a expe-rimentării a generat o mulțime de noi teorii. Deși aceste idei proveneau din studiul introspectiv al minții efectuat de cercetător sau din relatări extrem de subiective din partea subiecților, s-au pus astfel bazele dezvoltării, de către generația următoare de psihologi de la granița dintre secole, a studiului minții și comportamentului într-un mod cu adevărat obiectiv, precum și ale aplicării noilor teorii ale acestora în tratamentul afecțiu-nilor mintale.
!2

CAPITOLUL 1 1.1. Primele studii de psihofiziologie. Scurt istoric. Psihologia nu a apărut brusc pe scena intelectualității. Cu toate că filosofii afirmau fără echivoc că psihologia nu va fi niciodată o știință, că activitățile mintale nu vor putea fi măsurate, că va fi veșnic subiectivă, „ajutorul” a venit din partea studiilor de fiziologie, care încercau explicarea fenomenelor psihologice în termeni fiziologici. În secolele al XVIII-lea și al XIX-lea fiziologia făcea câteva descoperiri despre sistemul nervos care permiteau explicarea proceselor psihice in-ferioare (percepțiile, reflexele) și a mișcărilor voluntare simple. Fiziologia devenea știință experimentală odată cu cercetările germanului Johannes Müller și ale francezului Claude Bernard (1813-1878). Lucrările lor formulează reguli ale metodologiei ob-servației, experimentului și ipotezei științifice, iar perfecționarea instrumentelor de măsură a fi-ziologiei senzațiilor și sistemului nervos au dus la primele paradigme experimentale psihofizice. Psihofiziologia – este știința care studiază relațiile dintre creier și activitatea psihică, pentru a descoperi mecanismele fiziologice ale comportamentului. Johannes Muller (1801- 1858) Johannes Peter Müller a fost fiziolog, ihtiolog german și specialist în anatomie comparată. J. Mü-ller, a pornit de pe pozițiile unui filosof, a devenit primul fiziolog modern, pentru ca apoi să se întoarcă la filosofie pentru a răspunde întrebărilor despre suflet, întrebări la care fiziologia sa nu oferea răspunsuri. Müller a formulat teoria energiei specifice a organelor de simț, potrivit căreia nervii fiecărui sistem senzorial transmit doar informații specifice acelui sistem senzorial (experi-ement simplu – apăsarea globului ocular). Fiziologia lui Müller a început să răspundă unor întrebări care au preocupat timp îndelungat filo-sofii și protopsihologii: „Cum devin realitățile lumii, percepții în mintea umană?” !3

Herman von Helmholtz (1821- 1894) Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz a fost un medic și fizician german. În cuvintele En-ciclopediei Britannica din 1911, "viața sa a fost de la început până la sfârșit dedicată științei, și el trebuie considerat unul din cei mai de seamă intelectuali ai secolului al XIX-lea." În același cadru putem să înscriem cercetările lui Herman von Helmholtz (1821-1894), probabil cel mai important fiziolog al secolului al XIX-lea, care era preocupat de calcularea vitezei de transmisie a impulsurilor senzoriale. Experimente realizate pe oameni au confirmat predicțiile sale: timpii de reacție erau mai mari pentru stimulii aplicați la degetul mic al piciorului, decât pentru stimulii aplicați la gleznă. Studiile lui Helmholtz sunt considerate azi un triumf al cercetă-rilor de fiziologie în secolul al XIX-lea, ridicând întrebări viitoare legate de natura impulsului nervos, de viteza acestuia pe traiectul diferitelor tipuri de fibre nervoase, de relația dintre viteza impulsului nervos și intensitatea stimulării etc. Ernst Heinrich Weber (1795-1878) Reprezentant al psihofizicii, a realizat cercetări la Universitatea din Leipzig asupra pragului dife-rențial. Psihofizica studiază raporturile dintre stimulii fizici și senzații ca stări psihice corespun-zătoare, făcând abstracție de procesele fiziologice. Weber a ales să lucreze cu subiecți umani, să-nătoși și intacți, desfășurând experimente simple, dar deosebit de importante în istoria psihologi-ei. În timp ce majoritatea erau preocupați de reflexe și transmiterea impulsului nervos, Weber cerceta întregul sistem nervos. Primele sale experimente presupuneau ca participantul legat la ochi să atingă cu degetul punctul pe care Weber îl făcea cu vârful unui ac înnegrit pe pielea aces-tuia. Weber înregistra de fiecare dată eroarea, la nivelul diferitelor părți ale corpului. Cercetările ulterioare au folosit compasul, subiectul trebuind să aprecieze distanța dintre brațele instrumentu-lui, aplicate pe pielea sa (Hunt, 1993). Experimentele realizate și la nivelul altor modalități sen-zoriale l-au determinat să concluzioneze că magnitudinea celei mai mici diferențe observabile dintre două stimulări depinde de magnitudinea stimulării inițiale. Mai mult pentru o modalitate senzorială dată, raportul dintre stimularea inițială și stimularea care produce o nouă senzație este !4

constant. Astăzi, legea privind pragul diferențial este exprimată astfel: „pentru un continuum senzorial dat, raportul diferențial și valoarea stimulului etalon rămân constante” Gustav Theodor Fechner (1801-1887) Elev al lui Weber, a studiat matematica și fizica, devenind profesor de fizică la Universitatea din Leipzig, în 1834. După o perioadă de boală, a avut revelația că este posibilă conectarea lumii fi-zice, măsurabile, cu lumea internă, presupusă a fi inaccesibilă investigării științifice. Având cunoștințe de matematică și fizică, a conștientizat că pe măsură ce intensitatea stimulării crește, pentru ca senzația să crească și ea în ritm constant, este nevoie ca stimulul să crească în proporție mult mai mare. Și-a dat seama că pentru a demonstra acest lucru este nevoie de o gene-ralizare a legii lui Weber. Acesta afirma că raportul dintre doi stimuli abia percepuți ca fiind dife-riți este constant, indiferent de magnitudinea lor. Fechner a generalizat, subliniind că deși dife-rența absolută dintre doi stimuli crește pe măsură ce magnitudinea stimulării se mărește, la nive-lul senzației cea mai mică diferență identificabilă rămâne constantă. Expresia matematică a aces-tei legi este S=k*logR (creșterea senzației este o funcție logaritmică a creșterii stimulării). Intuind că legea Weber-Fechner nu este valabilă pentru intensitățile extreme de stimulare, psiho-logul român Gheorghe Zapan o generalizează și o corectează, făcând-o valabilă pe întreaga scară a valorilor posibile ale excitației. Wilhelm Maximillian Wundt (1832-1920) și primul laborator de psihologie experimentală. Wundt este considerat adesea adevăratul fondator al psihologiei experimentale, înființând în Lei-pzig (1879) primul laborator de psihologie experimentală, unde au fost studiate în principal sen-zațiile, percepțiile și timpul de reacție. S-a născut în Neckarau, principatul Baden din Germania. Genealogic, din familia sa făceau parte istorici, teologi, economiști, medici, administratori în guvern, geografi și doi rectori ai Universi-tății Heidelberg. Bringmann, Balance și Evans (1975) concluzionau că nicio altă familie germană nu a avut atâția membri activi intelectuali și productivi (apud Hothersall, 1995). Performanțele școlare ale lui Wundt însă nu s-au ridicat la înălțimea celor ale predecesorilor săi, fiind sfătuit să caute o slujbă necalificată, de exemplu în serviciile poștale, care nu necesitau educație. După !5

moartea tatălui însă presiunile economice asupra familiei s-au mărit, dar din fericire pentru Wun-dt unchiul său, profesor de anatomie și fiziologie la Universitatea din Tübingen, l-a încurajat să dea admitere la medicină. A reușit, s-a transferat apoi la Heidelberg, unde a muncit din greu și a terminat cu un an mai devreme, în 1855. În 1857 se angaja la aceeași universitate ca lector al Departamentului de Fiziologie, primul său curs fiind acela de fiziologie experimentală. 1.2. Obiectul de studiu al psihofiziologiei Psihofiziologia studiază efectele variabilelor psihofiziologice măsurate corespondente proceselor fiziologice și psihologice precum și a legăturilor dintre ele. Obiectul psihofiziologiei este studiul interacțiunilor dintre fenomenele fiziologice și psihologice. Psihofiziologia acoperă atât studiul consecințelor comportamentale ale proprietăților fiziologice ale organismului uman la nivel biochimic și anatomic, precum și efectele comportamentului asu-pra acestor proprietăți. Studiile psihofiziologice se realizează în două sensuri: a.Știm comportamentul (VD) și determinăm mărimea variabilelor psihofiziologice ce-l carac-terizează (VI); b.Știm mărimea variabilelor psihofiziologice (VD) măsurate și descriem comportamentul es-timat; Concluzie: Psihofiziologia realizează o relație între comportament și parametrii psihofiziologici. În raport de variabila timp, studiul este. -de tip static – se face corelația între VI și VD, la un moment de timp dat; -de tip dinamic – măsoară variația mărimilor parametrilor psihofiziologici ai unui pacient ce urmează un program de TCC la intervale de timp; Metodele psihofiziologice sunt experimentale și cantitative Ele se bazează pe echipamente și softuri corespunzătoare tipurilor de biosemnale măsurate. În domeniu sunt utilizate două metode de interpretare a rezultatelor: !6

1.Metoda ce se bazează pe descrierea psihofiziologică standard a măsurătorilor curente cu acest standard. 2. Metoda diferențiată statică: se face caracterizarea prin comparație între rezultate obținute pe diferite categorii de persoane: tineri-bătrâni, mediul rural- mediul urban, femei – bărbați, etc. 3. Metoda dinamică: se face caracterizarea, prin compararea rezultatelor obtținute prin măsurarea aceleași persoane la diferite momente de timp; se pot face studii diferențiate dinamice asupra persoanelor aflate în același lot de studiu și TCC; 1.3. Sistemul biologic Sistemul biologic este un sistem cibernetic ( a cărui activitate fundamentală este cea de procesare a informației), dinamic, deschis, care realizează un schimb permanent de substanță, energie și informație cu mediul exterior. Substanța, energia și informația pe care organismul le primește din mediul exterior se numește flux de intrare, pi. Substanța, energia și informația pe care organismul le elimină în mediul exterior se numește flux de ieșire, po. Fluxul total este pt = pi + po Din mediul exterior, organismul se alimentează cu energie liberă prin fluxul de intrare caracteri-zat prin entropie mică, Si, și elimină în mediul exterior energie legată prin fluxul de ieșire, carac-terizat prin entropie mare So. Diferența de entropie a fluxurilor de intrare și de ieșire asigură organismului proprietatea de anti-entropicitate St = Si – So, cu proprietatea ca Si este mai mic decat So. Generarea, transporul și procesarea informațiilor, în sistemele biologice, se realizează prin meca-nisme nervoase și umorale, pe trei paliere: -la primul nivel sunt reacțiile biochimice care realizează sistemul de reglare de bază; -la nivelul al doilea sunt sistemele autonome care utlizează mecanisme umorale și nervoase pentru controlul funcțiilor organelor internelor (inima, plămânii, ficatul, pancreasul, rinichii, etc.) și a funcțiilor de stare, fiziologice; -la nivelul al treilea se realizează prelucrarea informațiilor prin sistemul nervos central; !7

Existența oricărui organism presupune consum de energie pentru realizarea funcțiilor. Energia necesară este produsă în principal prin metabolism aerobic, transformari biochimice ale substanțelor din alimente. Reacțiile în urma cărora se produce această energie sunt reacții exo-terme de oxido-reducere. Substanțele introduse în organism pentru a produce energia vitală sunt: grăsimile, zaharidele și proteinele. Alimentele reprezintă carburantul iar oxigenul din aer oxidantul. Celula este o uzina chimica ce are două funcții: producția de energie și activitatea de bază: electrică pentru celulă nervoasă, me-canică dinamică pentru celula musculară, biochimică pentru celula hepatică, etc. Pentru a funcționa celula are nevoie de combustibil. Celulele utilizează drept carburant glucoza și unii produși ai descompunerii grăsimilor și protei-nelor. Reacția de oxidare a glucozei este o reacție exotermă și are rol de generator. Celula are nevoie de un mecanism de captare și stocare a energiei, precum și de un alt mecanism prin care să elibereze această energie când și unde este nevoie de ea. Acest mecanism de conver-sie a energiei din celulă este realizat de ADP (adenozin disosfat) și ATP (adenozin trifosfat). – Trecerea ADP – ATP este o reacție endotermă, se înmagazinează energie, precum încărcarea unui condensator; -Transformarea ATP – ADP este exotermă, descărcarea condensatorului. 1.4. Organismul uman – sistem cibernetic Homeostazia este proprietatea unui sistem, închis sau deschis de a-și regla mediul intern și de a tinde să rămînă stabil. Este folosit pentru organismele vii. Multiple ajustări ale echilibrului dina-mic și mecanisme de reglare fac homeostazia posibilă (din limba greacă, homois=aceeași, și sta-sis=stare). Homeostazia este proprietatea organismului de a menține, în limite foarte apropiate, constantele mediului intern, sau, mai simplu, capacitatea organismului și a psihicului uman de a se simți con- !8

fortabil. Mecanismele homeostatice sunt de natură fizico-chimică, enzimatică, hormonală sau nervoasă și au în compunere trei elemente: -Receptorul este componenta sensibilă care monitorizează și răspunde la modificările din me-diu. Când receptorul este activat de către un stimul, trimite informația la un centru de control. -Centrul de control (cel mai adesea este creierul), componenta care stabilește menținerea varia-bilei. Centrul de control determină un răspuns adecvat față de stimul. -Centrul de control trimite apoi semnale unui efector, care poate fi musculatura, organele sau alte structuri care primesc semnale de la creier. După primirea semnalului, se produce o schimbare pentru a corecta deviația fie prin multiplicare (feedback pozitiv), fie prin diminuare (feedback negativ). -feedback pozitiv – antientropic – (de optimizare și de dezvoltare), sau regenerativ apare într-un ciclu în care efectele unei mici tulburari apărute într-un sistem poate cuprinde o creștere a magnitudinii perturbatorilor. Acesta tinde să creeze instabilitatea sistemului cu o creștere ex-ponențială a oricăror oscilații sau divergente de la echilibru. Parametrii sistemului vor accele-ra spre valori critice, care vor distruge sistemul sau îl pot duce pe acesta într-un status stabil. Un exemplu de feedback pozitiv în biologia umană este lactația. Pe măsură ce copilul suge mamelonul există un răspuns nervos în măduva spinală și până în hipotalamus, care stimu-lează glanda pituitară să producă și mai multă prolactină pentru a produce mai mult lapte. -feedback negativ (de stabilizare – homeostazia psihică), sau degenerativ – apare atunci când există o problemă între valoarea actuală a unui parametru și cea de referință. Modificarea în plus sau în minus a valorii parametrului respectiv va genera un răspuns reglator al organismu-lui care are ca scop corectarea valorii modificate – revenirea în limitele normale. Dacă un sis-tem are un grad ridicat de feedback negativ acesta va tinde să fie stabil. În biologie acest pro-ces este denumit homeostazie, în timp ce în matematică termenul frecvent este echilibru. Unele sisteme biologice prezintă feedback negativ cum este baroreflexul în reglarea presiunii sângelui sau eritropoieza. Vasele de sânge pot resimți rezistența la flux împotriva pereților lor când crește presiunea sângelui. Acestea acționează ca receptori și transmit un mesaj creieru-lui, care va trimite un mesaj inimii și vaselor de sânge, ambii fiind efectori. Frecvența cardia-că va scădea pe măsură ce vasele de sânge vor crește în diametru (vasodilatația). Această !9

schimbare va determina scăderea presiunii sângelui la valorile normale. Invers se va întâmpla când presiunea sângelui va scădea și va determina vasoconstricție. -feed-throghout (de mediere si de transfer), -feed-before (de prospectare-anticipare). Reglarea este procesul prin care o mărime fizică sau chimică măsurată, se compară cu o valoare standard (de referință) și se modifică în sensul egalării mărimii măsurate cu cea standard. Astfel spus , în cadrul unui sistem de reglare funcționează două componente: comparația și comanda. Reglarea este o funcție ce se bazează pe procesarea și transmiterea de informație. Organismul, în sens cibernetic, este un sistem autoregabil format din automate: -sistemele automate deschise – de comandă, -sisteme automate închise – de reglaj. În sistemul automat deschis – de comandă mărimea de ieșire (răspunsul) este determinat exclusiv de mărimea de intrare (stimulul) – reacție directă, relația cauză – efect este evidentă. În sistemul automat închis – de reglaj mărimea de ieșire (răspunsul) este determinat atât de ma-rimea de intrare (stimulul), cât și de ea însăși. Toate sistemele automate de reglare funcționează pe principiul feedback-ului. 1.5. BIOSEMNALE Criteriile de clasificare a biosemnalelor sunt următoarele: a.După modul de existență: ‣Permanente – activitatea electrică a inimii (EKG)
!10

‣Induse – contracția musculaturii scheletice (electroplethysmograma) b.După dependența de variabila timp: ‣Dinamice – frecvența cardiacă ‣Statice – greutatea corporală ‣Cvasistatice – temperatura corpului
c.După natura lor: ‣Biosemnale electrice – sunt semnale caracteristice celulelor nervoase și musculare, ce rezul-tă din proprietățile fundamentale celulare și anume, potențialul transmembranar și potenția-lul de acțiune. Tehnicile neinvazive, folosind electrozi de suprafață, sunt des utilizate pentru culegerea activității bioelectrice a celor mai importante surse (inima, mușchii, creier) ba-zându-se tocmai pe propagare prin țesuturi a curenților determinați de potențialul de acțiu-ne. ‣Biosemnale de bioimpedanță, sunt un tip aparte de semnale bioelectrice care pot fi apreciate când impedanța țesutului este măsurată prin injectarea unui curent cu amplitudine redusă dar de frecvență înaltă generat de o sursă specială de curent alternativ. ‣Semnale biomagnetice. Diferite organe, cum ar fi creierul, inima sau plămânii produc câm-puri magnetice extrem de slabe dar care pot fi măsurate. ‣Semnale bioacustice. Putem considera reprezentative pentru această categorie de biosemna-le, fluxul de sânge în inimă, prin valvele inimii, sau prin vasele de sânge generează zgomot !11

tipic acustic. Alte tipuri de biosemnale sunt fluxul de aer din căile respiratorii, sforăitul, tu-sea, sunetele generate în tractul digestiv, contracția musculară, etc. ‣Semnalele chimice, sunt generate de procesele chimice din interiorul țesuturilor și organel-or. Un exemplu de astfel de semnal îl constituie concentrația de ioni diferiți în interiorul și în vecinătatea unei celule, măsurați cu ajutorul unor electrozi ionici specifici. ‣Semnale biomecanice, sunt semnale generate în timpul funcțiilor sau proceselor mecanice incluzând forța, presiunea, deplasarea, debitul, vibrațiile. ‣Semnale biooptice, sunt rezultatul funcțiilor optice ale sistemului biologic, care apar în mod natural sau induse în măsurare. De exemplu se pot afla informații foarte importante despre făt prin măsurarea fluorescenței caracteristice a lichidului amniotic. ‣Semnalele biotermice sunt captate cu ajutorul senzorilor de temperatură și dau informații despre temperatură în diverse puncte ale organismului și variația acesteia. ‣Biosemnalele radiologice, sunt obținute prin interacțiunea de radiații ionizante cu structuri biologice. Ele transporta informații despre structurile interioare anatomice. Sunt foarte im-portante în diagnosticare și terapie. ‣Biosemnale ultrasonice – sunt formate prin interacțiunea undelor ultrasonice cu țesuturile organismului. d. După domeniul de utilizare: ‣În medicină: •cardiologie – electrocardiograma, cunoscută și sub abrevierea din limba engleză, EKG sau ECG, constituie un test simplu, nedureros care înregistreaza activitatea electrică a inimii. Cu fiecare bătaie a inimii, un semnal electric (sau o undă) este transmis din vârful inimii către bază (generat de niște celule spe-ciale din camera dreaptă superioară a inimii). Pe măsură ce avansează, semnalul determină inima să se contracte și să pompeze sânge, procesul repetându-se cu fiecare bătaie de !12

inimă; semnalele electrice ale inimii stabilesc ritmul bătăilor inimii. Atriul drept și cel stâng sau camerele superioare creează unda denumită "unda P" (urmează unei linii drepte când impulsul electric merge la camerele de la bază), iar ventriculele stâng și drept sau camerele inferioare creează următoarea undă denumită "complex QRS"; unda finală sau "unda T" reprezintă întoarcerea electrică la un stadiu de repaus pentru ventricule. Ast-fel, o electrocardiogramă va monitoriza inima și va arăta cât de repede bate, dacă ritmul bătăilor inimii este constant sau neregulat, puterea și frecvența semnalelor electrice pe măsură ce trec prin fiecare porțiune a inimii. •Neurologie – Electroencefalograma (EEG) reprezintă înregistrarea, în timp, a activității electrice cerebrale. Captarea se face prin intermediul unor electrozi așezați pe scalp, cu-plați la un aparat numit electroencefalograf. Înregistrarea undelor EEG permite analiza activitatii electrice a țesutului nervos excitabil și realizarea de studii de: IA, psihofiziolo-gie, recunoașterea formelor, studii și psihoterapii pe bază de biofeedback, BCI EEG este caracterizată de patru ritmuri esențiale: 1.Ritmul alfa este format din oscilații continui: -Origine: se descrie câte un generator alfa în fiecare arie occipitală și unul în regiunea parietală; -Amplitudine: variabilă, între 5 – 10 mV pâna la 100 mV; -Frecvența: între 8 și 13 Hz cu media de 10 Hz; -Forma: sinusoidală; -Localizare: occipital, simetric si sincron bilateral, pot iradia anterior până în ariile frontale; 2. Ritmul b (beta) -Originea: regiunile motorii și frontale – Amplitudine: 1 – 10 mV , maxim 20 mV – Frecvența: peste 13 Hz (pîna la 30 – 50 Hz) – Forma: neregulată – Localizare: regiunile anterioare (rolandica, temporala anterioara) 3. Ritmul t (theta) – Originea: în regiunile temporale, bilateral – Amplitudinea: 30 – 70 mV !13

– Frecventa: 4 – 7 Hz – Forma: sinusoidala – Localizare: în ariile tem-porale, mai ales la copii. La adult în stare de somnolenta poate fi înregistrat pe toate ariile corticale, mai ales tem-porale. 4. Ritmul d (delta) – Originea: apar în mod normal în somnul profund sincronizat – Amplitudinea: 20 – 30 V pînă la sute de V , – Frecvența: sub 3 Hz (pîna la 0.5 Hz) – Forma: format din unde ample, monomorfe, sau polimorfe -Localizare: regiunea centro – parietală -Electroneuromiografia EMG – reprezintă o procedură de diagnostic neinvazivă prin care se testează funcția și integritatea sistemului celulei nervoase (neu-ronul motor), a nervilor periferi-ci, a rădăcinilor nervoase și a sistemului muscular. Neuronul motor transmite im-pulsuri electrice care fac mușchii sa se contracte. EMG –ul traduce aceste semnale in grafice, sunete si valori numerice pe care medicul le interpreteaza. Electromiografia are două părți: – Studiul de conducere nervoasă (senzitivă și motorie) , aceasta de obicei se practică cu elec-trozi de suprafață. În studiul de conducere motorie, există doi electrozi, unul activ care este aplicat pe mușchi și unul de referință, care este așezat într-un loc neutru. Cu ajutorul unui !14

stimulator electric de suprafață (bipolar) se aplică impulsuri electrice pe traiectul nervului care inervează mușchiul studiat și astfel se onțin informații atât despre nerv cât și despre mu-șchi.-Studiul intramuscular cu electrodul- ac, presupune inserția acului în unul sau mai mulți mu-șchi și culegerea de informații despre fibrele musculare și unitățile motorii.c) neurochirugie – fluorescența intraoperatorie cu acid 5-amino levulinic (5-ALA) pentru eviden-țierea tumorilor cerebrale este un exemplu de utilizare a biosemnalelor optice indu-se în neurochirurgie. Tehnica se bazează pe proprietatea unei substanțe biologice de a emite lumină de o anumită lungime de undă, în spectrul vizibil ( ℷ = 635 nm) când este stimulată cu lumină albastră ( ℷ = 400 nm). Substanța precursoare (5-ALA) se administrează pacientului cu 3-4 ore înainte de operație, este captată de celulele tumorale și transformată în pro-toporfirina IX (PPIX), aceasta fiind fluorescentă sub lumina albastră a microscopului operator. -d) oftalmologie – d1) EOG (electrooculografie) Electrooculografia (EOG) este o tehnică pentru măsurarea potențialului de repaus al retinei. Re-prezentarea grafică se numește electrooculogramă. Termenul de EOG este utilizat pentru a descrie utilitatea clinica a unui test care compara PR reti-niene a ochiului adaptat la lumina cu cel adaptat la întuneric si pentru investigarea nistagmusului. În esență, EOG reprezintă diferența de potențial dintre partea anterioară a ochiului – epiteliul cornean – și cea posterioară – epiteliul pigmentar retinian. Axul anteroposterior al globului ocu-lar se comportă ca un dipol, cu partea pozitivă anterior, iar cea negativă la interior. Prin mișcarea ochilor, cu ajutorul aparatului locomotor al globilor oculari, dipolul execută deplasări ale acestui vector. !15

La mișcarea ochilor în plan orizontal, capetele dipolilor se deplasează relativ față de electrozi și se creează astfel o variație de potențial între cei doi electrozi, reprezentată printr-o inflexiune a graficului. La mișcarea în direcția opusă, graficul va efectua o inflexiune inversă, semn că dipolii revin în poziția inițială și chiar o depășesc. Astfel, graficul devine aproximativ o sinusoidă, ilus-trând prin inflexiuni mișcările în plan orizontal ale globului ocular; d2) Electroretinografia (ERG) produce informații legate de funcțiile retinei. ERG folosește impuls luminos controlat ce stimulează retina, care răspunde prin generarea unor semnale electrice foarte mici, ce pot fi înregistrate prin amplificare folosind electrozi situați de obicei în contact cu cornea ochiului. Aceste semnale electrice, care produc ERG, au parametri bine definiți (formă, amplitudine, variație în timp) pentru subiecți normali și sunt alterați în ma-nieră predictibilă în caz de boală. În general, cu cât intensitatea stimulului crește, cu atât mai mare este amplitudinea și mai scurt este impulsul principal al ERG, ceea ce arată capacitatea de adaptare a retinei la stimuli externi. O ERG specială este electroretinograma ”pattern” (PERG), care redă răspunsul retinei la un sti-mul luminos specific, de tipul tablei de șah cu pătrate albe și negre. PERG este utilă la interpreta-rea potențialului evocat vizual (PEV). ERG MULTIFOCAL (mfERG) – pune în evidență dereglări ale funcției maculare (a ”petei gal-bene”) și evaluează implicarea retinei centrale în diverse boli retinale. e) În psihologie: – în psihometrie pentru determinarea aptitudinilor sau a personalității; – în terapia cognitiv-comportamental: -neuro-feedback, -neurosky : Dispozitivele NeuroSky pot măsura mai multe stări mentale simultane. Fizica un-delor cerebrale este aproape identică cu cea a undelor sonore, unde un singur microfon poate crește complexitatea unui concert. Toate dispozitivele electrice, computerele incluse, becurile, prizele de perete și altele asemenea, !16

emit un nivel specific de zgomot de mediu. -Emotive- EPOC – este un sistem portabil de înaltă rezoluție, cu mai multe canale, proiectat pentru aplicații de cercetare practice. Acest aparat monito-rizează starea emoțională a utilizatorului în timp real. Aceasta permite o dimensiune suplimentară în interacțiune, permițând computerului să răspundă la emoțiile unui utilizator. Caracterele se pot transfor-ma ca răspuns la sentimentul utilizatorului. -neuropac, etc. – în robotică, HMI, BCI;
CAPITOLUL II 2.1. Ce este psihofiziologia? Psihofiziologia este o disciplină relativ nouă. La mijlocul anilor '50, un grup de psihologi fizio-logici au început să se refere la ei înșiși ca psihofiziologi. Cu toate acestea, obiectul psihofiziolo- !17

giei – interacțiunea dintre minte și corp – a fost studiat de secole de oameni pregătiți ca filozofi, fizicieni, medici, fiziologi și, cel mai recent, psihologi. John Stern (1964) a definit activitatea psihofiziologiei drept "orice cercetare în care variabila dependentă (răspunsul subiectului) este o măsură fiziologică, iar variabila independentă (factorul manipulat de experimentator) este unul comportamental". Definiția lui Stern de psihofiziologie nu este incorectă, dar cu trecerea timpu-lui a devenit prea limitativă. Tipul de cercetare pe care el l-a definit a examinat modificările fizi-ologice care au însoțit anumite manipulări psihologice sau comportamentale. Experimente mai recente efectuate de psihofiziologi arată că este la fel de susceptibilă să manipuleze variabilele fiziologice și să examineze schimbările comportamentale. Acest capitol discută istoria psihofiziologiei, cercetarea lui Luigi Galvani asupra proprietăților electrice ale pielii, teoria despre modul în care energia electrică ar putea îmbunătăți sănătatea oamenilor și instrumentele timpurii folosite pentru a înregistra schimbările psihofiziologice. 2.2. Principiile de bază ale psihofiziologiei Principiile de bază ale psihofiziologiei sunt generalizările făcute pe baza a mii de experimente psihofiziologice. O familiaritate cu aceste principii nu numai că va oferi cititorului informații despre anumite relații dintre variabilele psihologice și fiziologice, ci va avertiza cititorul și asu-pra factorilor – alții decât a variabilei independente – care ar putea influența datele colectate într-un experiment psihofiziologic. Aici se analizează câteva relații de bază care prezintă interes în ele însele, dar uneori îngreunează studierea efectelor altor variabile studiate sau interpretarea co-rectă a rezultatelor. Cu o înțelegere a acestor generalizări, cititorul ar trebui să fie mai bine pregă-tit pentru a proiecta noi studii psihofiziologice și pentru a înțelege publicațiile anterioare. Se dis-cută conceptele de excitare și de obișnuință, împreună cu orientarea, răspunsurile defensive și surprinzătoare, homeostazia și echilibrul autonom, legea valorilor inițiale, specificitatea răspun-sului stimulului și a stereotipului de răspuns individual. Totodata o mare parte dintre cercetările psihofiziologice se ocupă de examinarea conceptelor de emoție, stări comportamentale, stres, performanță a sarcinii cognitive, personalitate și inteligență. !18

În fiecare caz, relațiile dintre factorii psihologici, percepția și recunoașterea stimulului, indicii situaționali și reacțiile fiziologice sunt folosite în încercarea de a arunca o lumină asupra inițierii, execuției, întreținerii și terminării evenimentelor comportamentale. În sfârșit, domeniul poate fi divizat în șase arii majore de cercetare după cum urmează. Acest domeniu poate fi divizat în șase arii majore de cercetare, astfel: A. Psihofiziologia socială Principiul de bază al acestei viziuni de cercetare este că nimic nu poate exista în psihicul uman care să nu exprime o influență socială, în plan filogenetic sau ontogenetic. Deci suprastructura socială este considerată determinantul absolut al vieții individuale și de grup. (Dumitru Cristea, 2015. Pg.17). Altfel spus psihofiziologia socială este studiul interacțiunii dintre fiziologie și comportamente când aceste comportamente sunt implicate în procese sociale. De exemplu se pot observa diferite comportamente sau modificări fiziologice (exemplu: dilatarea pupilei, transpirația palmelor, mo-dificări ale conductibilității tegumentare) ale fiecărui individ în dinamica unui grup. B. Psihofiziologia dezvoltării Din această perspectivă specialiștii se focusează pe cercetarea procesului de îmbătrânire, ana-lizând în mod specific modul în care modificarea sistemelor fiziologice și structurile anatomice afectează comportamentul. De asemenea se studiază și natura interacțiunii dintre factorii fiziolo-gici și psihici pe tot parcursul dezvoltării. De exemplu măsurarea activității cerebrale, pentru examinarea funcționării creierului în timpul dezvoltării timpurii. C. Psihofiziologia cognitivă Aceasta vizează relația dintre procesarea informației și fiziologie. Psihofiziologia cognitivă descrie corelațiile dintre diversele procese cognitive (memoria, per-cepția, limbajul, etc.) și modificări ale activității electrice și magnetice cerebrale evidențiate prin investigații de tip EEG respectiv IRM funcțional. !19

D. Psihofiziologie clinică Aceasta studiază factorii psihologici care sunt implicați atât în starea de sănătate, cât și în cea de boală. Ca urmare a identificării și studierii acestor factori, psihologia clinică promovează starea de sănătate, intervine pentru a preveni bolile dar și pentru a le trata. Dacă modelul biomedical explică psihopatologia în termeni de afectare organică, mai ales a sistemului nervos, mai multe tulburări mentale survin fără o cauză fiziologică aparentă. Pentru a putea fi înțelese, este necesar să se ia în considerare influența componentelor emoționale, moti-vaționale, socioculturale. E. Psihofiziologie aplicată Acest domeniu se ocupă de aplicarea tehnicilor și observațiilor psihofiziologice ale ariilor ocupa-țională, recreațională, clinică și a altor ariide interes. De exemplu, monitorizarea unei anumite activități psihologice la un individ și furnizarea unui feedback instantaneu și adecvat la această activitate, este cunoscută ca biofeedback. F. Diferențe individuale În această categorie s-a dezvoltat interesul față de relația proceselor fiziologice și structurile ana-tomice cu mărimi ale personalității și inteligenței, deseori definite prin măsuri psihometrice. Aceste măsuri pot fi în mod tipic de formă psihofiziologică dinamică precum relația dintre am-plitudinea generală a potențialelor eco cerebrale până la niveluri variate ale stimulării, și intro-versie-extroversie (fenomenul creștere-reducere), sau poate cuantifica aspecte ale fiziologiei ana-tomice și le pune în legătură pe acestea cu indicii psihometrici sau psihologici. De exemplu, din analiza histologică a cadavrelor, numărul dendritelor și lungimea lor corelează pozitiv cu nivelul de procesul de educație a indivizilor. 2.3. ARIILE PRINCIPALE ALE ACHIZIȚIEI DATELOR FIZIOLOGICE Această secțiune este un rezumat scurt al faptelor și informațiilor importante cu privire la cuanti-ficarea parametrilor care descriu funcționarea structurilor și sistemelor fiziologice particulare. Nu !20

are intenția de a fi o trecere în revistă comprehensivă ci mai degrabă este o fotografie a diveristă-ții și bogăției procesului de măsurare în psihofiziologie. A. Activitatea musculară Psihofiziologia se concentrează pe studiul răspunsurilor corporale care provin de la modificările electrochimice ale neuronilor, ale mușchilor și ale celulelor glandei. Aceste semnale s-au răspân-dit de la sursele lor prin corp spre suprafața pielii, apărând pe un electrod de înregistrare pe su-prafața corpului într-o formă puțin modificată. Înțelegerea genezei potențialelor bioelectrice va ajuta la interpretarea potențialului de suprafață și va servi ca o reamintire că indiferent de relația lor cu comportamentul, răspunsurile psihofiziologice reflectă funcționarea mușchilor și glande-lor. Sistemul nervos controlează funcțiile corporale măsurate de psihofiziologi, incluzând acțiu-nea musculară, funcția organelor și activitatea glandulară. De exemplu, contracția coordonată a mii de celule musculare scheletice ne mută prin mediul nostru, ne permite să reacționăm la schimbările sale și este mecanismul de a cânta, a zâmbi, a ședea și a mânca. Aici discuția este despre organizarea sistemului nervos, despre funcția celulelor nervoase și musculare și despre sursele de potențial bioelectric care pot fi înregistrate de pe suprafața pielii. Există multe motive pentru înregistrarea activității musculare. Fizioterapeuții înregistrează acțiu-nea musculară pentru a documenta dizabilitățile, pentru a măsura progresul terapeutic și pentru a evalua dispozitivele ortetice și protetice. Psihologul care studiază activitatea de învățare măsoară activitatea musculară pentru a înregistra evoluția abilităților motorii. Psihologul înregistrează, de asemenea, acțiuni musculare, adesea atunci când nu se produce nici o mișcare, ca în cazul dureri-lor de cap tensiune sau, în general, pentru a studia modelele de reacție corporală la stimulare, ca și în răspunsul surprinzător. Una dintre cele mai semnificative utilizări ale mușchilor noștri este de a comunica expresii emoționale. O altă utilizare a mușchilor este să ne ajute să ne mișcăm re-pede, ca atunci când suntem surprinși. Astăzi, mulți psihofiziologi folosesc reflexul surprinzător ca o modalitate de a măsura emoționalitatea. Evaluarea activității musculare este realizată printr-o tehnică cunoscută sub numele de electro-miografie, prin care sunt măsurate potențialele electrice care sunt asociate cu contracțiile fibrelor musculare. Aceste potențiale sunt impulsuri scurte ce durează între 1 și 5 milisecunde (ms), de- !21

tectate folosind aparate cunoscute sub denumirea de transductori. Acestea variază de la electrozi sub formă de ace inserate în țesutul muscular și înregistrarea potențialelor fibrelor individuale, până la electrozi de suprafață non-invazivi care sunt fixați pe piele deasupra mușchilor specifici de interes, înregistrarea acțiunii de masă a mușchiului. Amplitudinea semnalelor înregistrate poa-te varia între circa 1 și 1000 microvolți (µV), deși este greu de realizat înregistrarea semnalelor mai slabe de 20µV . Frecvența impulsurilor electrice poate fi oriunde între 20 și 1000 hertz (Hz). Măsurile cantitative disponibile vor varia în funcție de direcția de interes a cercetării. De exem-plu, când este analizat comportamentul unei singure fibre musculare sau a unui grup omogen de fibre, poate fi măsurat potențialul de acțiune unic sau compus (al mai multor fibre) generat de un stimul unic, țintit, cum ar fi un mic șoc eletric. Măsurile extrase din acest potențial include am-plitudinea impulsului și viteza de conductivitate a nervului. În mod alternativ, când este analizată activitatea pe termen lung a fibrelor musculare, pot fi examinate amplitudinea, frecvența integra-te ale propagării (impulsurilor) în nerv și gradienții răspunsurilor de frecvență. Un exemplu interesant de înregistrări electromiografice a fost raportat de Surakka și Hietanen (1998) care au măsurat activitatea musculară la nivelul feței ca răspuns la expresiile faciale ale emoțiilor altor oameni. Cercetarea lor a dezvăluit faptul că oamenii prezintă reacții musculare diferite la zâmbetele reale (Duchenne) spre deosebire de zâmbetele deliberate (false). Deaseme-nea, Winkielman și Cacioppo (2001) au arătat că activitatea electromiografică este asocialtă cu zâmbetele reale când sunt realizate sarcini mentale mai ușoare. B. Activitatea glandelor sudoripare Activitatea electrodermică (EDA) a fost înregistrată în mii de studii psihofiziologice. Mulți care înregistrează EDA astăzi împărtășesc credința de bază exprimată de Carl Jung în 1907 și, de asemenea, de către operatorii de detecție a minciunii actuale că răspunsurile verbale nu spun to-tul, dar EDA dezvăluie secretele "vieții mintale". Astăzi, EDA este folosit ca măsură a stării in-teracțiunii organismului cu mediul său, o reflectare a răspunsului emoțional care este, de aseme-nea, provocată de activitatea cognitivă. Dacă ne gândim la piele ca un receptor gigant care separă oamenii de restul lumii, este de mirare că răspunsurile obținute de la ea ar fi de interes pentru psihologi? Aici se precizează cele patru descrieri comune ale EDA: nivelul conductivității pielii, !22

răspunsul la conductivitatea pielii, nivelul potențialului pielii și răspunsul potențialului pielii (SPR). Se studiază baza fiziologică a EDA și înregistrarea psihofiziologică a acesteia. Măsurarea activității glandelor sudoripare se bazează pe măsurarea activității electrice la suprafața pielii, procedură cunoscută sub diferite denumiri, precum activitate electrodermală sau reacție dermală galvanică. Ceea ce este de fapt măsurat sunt proprietățile electrice ale pielii care sunt asociate cu activitatea glandei sudoripare exocrine. Această activitate este responsivă la modificările acti-vității emoționale și cognitivă în general, și este adesea utilizată ca măsură generală a gradului de excitare. Procedura prin care se face măsurarea activității electrodermale necesită plasarea a doi electrozi de suprafață, metalici, non invazivi, fie la nivelul palmeni fie al degetului de la o mână. Pot fi înregistrate două tipuri de mărimi: potențialele dermale și rezistența dermală. Potențialele derma-le sunt înregistrate prim măsurarea potențialului de voltaș dintre un electrod la o locație „activă” și un electrod de referință la o locație inertă. În mod alternativ, rezistența pielii este măsurată prin impunerea unui voltaj constant înte electrozi, la suprafața pielii. Curentul dintre acești electrozi poate fi măsurat și furnizează informații despre conductivitatea pielii dintre doi electrozi. Pe scurt, plamele care transpiră sunt conductori mai buni decât cele uscate iar echipamentul este proiectat să înregistreze orice modificări ale producției de sudoare. O strategie alternativă folosită uneori este aceea de a menține un curent constant înte doi electro-zi prin ajustarea constantă a voltajului; această ajustare de voltaj măsoară rezistivitatea pielii. Pot fi înregistrate atât fluctuațiile momentane (fazice) cât și măsurile relativ stabile (tonice). Dacă măsurăm potențialele dermale, este înregistrată amplitudinea voltajului dintre cei doi elec-trozi, și aceasta este cuprinsă de obicei între 1 și 6 milivolți (mV). Dacă măsurăm rezistența der-mală, atunci este înregistrată variația rezistenței electrice în jurul unei referințe de bază. La un nivel relativ stabil al rezistenței, să zicem, de 100 kilohmi (kΩ), la trecerea curentului electri pe suprafața pielii, variabilitatea rezistenței în jurul acestei valori de referință poate atinge până la 50 kΩ sau mai mult în magnitudine. Conductanța dermală este în general măsurată în microsei-mens (µS), unde 1 seimens este egal cu 1 Ω–1. La un nivel de referință al conductivității dat de 10 µS, conductivitatea poate fi observat că variază în general între 8 µS și 20 µS. O durată a răspun-sului tipică ar fi între 1 și 3 secunde. Desigur, aceste valori exemplu vor depinde puternic de tipul !23

de condiții experimentale folosite în generarea modificărilor de potențial, rezistivitate și conduc-tivitate. Mărimile cantitative derivate din activitatea electrodermală sunt în general măsuri ale amplitudi-nii și latenței undei de răspuns, timpilor de creștere/descreștere și frecvenței răspunsurilor. În plus, gradienții în timp ale acestor mărimi pot fi analizați, ca în cazul obișnuinței amplitudinii răspunsului la stimuli repetitivi. Măsurile activității electrodormale au fost larg folosite pentru a indica nivelul de excitație provo-cat de aproape orice stimul ce poate fi conceput. De pildă, Blair, Jones, Clerk și Smith (1997) au constatat că indivizii psihopați prezintă o reacție electrodermală mai scăzută la indici de distres decât alți indivizi dintr-un grup de control (vezi și Lorber, 2004). C. Mișcarea ochilor – reacția pupilară Investigatorii au susținut că răspunsurile diferite ale ochilor pot fi folosite pentru a determina multe lucruri, de la interesul pentru sentimentele sexuale la gradul relativ de procesare care apare în creier. Unele dintre cele mai comune domenii de cercetare au inclus includerea dimensiunii elevului la excitație și examinarea mișcărilor ochilor în legătură cu procese precum lectura și vi-sarea. Dintre diferitele măsuri posibile, psihofiziologii au fost cei mai interesați de pupilografia sau măsurarea dimensiunii elevilor și mișcării ochilor. Reacția pupilară descrie dilatarea pupilei ochiului, in timp ce eletro-oculografia descrie măsurarea mișcării ochilor. În plus, rata și durata clipitului poate fi măsurată. Pentru a măsura reacția pupilară, ochii individului sunt iluminați cu lumină infraroșie de nivel scăzut și este folosită o cameră video pentru nivel scăzut de lumină pentru a înregistra mărimea pupilei, cu procesare de semnal digital ale imaginilor video pentru a furniza o măsurare continuă a diametrului pupilei. Modificările diametrului pupilei pot fi măsurate într-o marjă între 0.5 mm la 10 mm. Modificările spontane, continue ale mărimii pupilei variază în jurul a 1 mm aproxima-tiv. În mod tipic mărimile răspunsului pupilar sunt diametrul pupilei și rata schimbării în diame-tru ca răspuns fie la un stimul specific fie la o stare emoțională de durată. Electro-oculografia se ocupă de măsurarea activității musculare din jurul ochiului, și măsurarea schimbării de potențial de voltaj dintre cornea încărcată pozitiv și segmentul retinal încărcat ne- !24

gativ al ochiului. Folosește perechi de electrozi noninvazivi plasați în jurul ochiului. Electrozii plasați în părțile laterale ale ochiului înregistrează mișcarea orizontală, cei plasați deasupra și sub ochi înregistrează mișcarea verticală. Amplitudinea electro-oculografică variază între circa 0,4 și 1mV . În prezent, semnalele electro-oculografice pot înregistra mișcarea până la 70° față de o po-ziție centrală, cu o rezoluție de 1°. Durata clipitului este în general considerată a avea valori în-tre 100 și 400 ms, cu rate care depind puternic de factori situaționali specifici. Mărimile electro-oculografice sunt viteza, direcția, tipul de mișcare a ochiului (urmărirea fină ca în urmărirea unor ținte, sau sacadate, rapide ca în citire sau examinarea unui stimul static). Dilatarea pupilară este considerată indicativă de interes crescut și excitare, în timp ce electro-oculogramele sunt de regulă folosite în cercetarea somnului, de exemplu, ca un indicator de in-trare în faza somnului cunoscută ca somn REM (rapid eye movement – mișcări rapide ale ochiu-lui), care este caracterizată de mișcările extrem de rapide pe care le fac ochii (vezi Carlso, 2004). D. Reacția cardiacă, presiune vasculară și volum vascular Inima este un mușchi numit miocard, care începe să funcționeze în cea de-a patra săptămână de dezvoltare embrionară și continuă să bată 3-4 miliarde de ori pe tot parcursul vieții. De mărimea unui pumn, inima cântărește în jur de 500 grame și se contractă aproximativ 60-75 de ori pe mi-nut. Pe măsură ce bate, inima pompeazăă sânge la diverse organe, inclusiv la plămâni (circulația pulmonară), inima (circulația coronariană) și restul corpului (circulația sistemică). Psihofiziologii au fost mult timp interesați de funcționarea inimii și a circulației și și-au concentrat atenția asu-pra unor măsuri cum ar fi ritmul cardiac, tensiunea arterială, volumul sângelui și fluxul sanguin. Activitatea electrică a inimii, așa cum este înregistrată la suprafața pielii, este măsurată printr-o tehnică cunoscută sub numele de electrocardiografie. Electrocardiografia se referă la înregistrarea potențialelor electrice generate de mușchii inimii în perioada unei bătăi a inimii. Unda electrică produsă de secvențele reacțiilor contractile ale bătăi-lor inimii este denumită complex PQRST. Unda P este modificarea mică de potențial generată de excitarea inițială a mușchilor atriali (camerele superioare ale inimii) chiar înainte de contracția !25

lor. Complexul QRS reprezintă contracția mușchilor ventriculari (camerele inferioare ale inimii) care pompează singele din camerele ventriculare către plămâni și restul corpului. Unda R este punctul de excitare ventriculară maximă. Unda T indică repolarizarea mușchiului ventricular. Termenul sistolă este folosit pentru a descrie fazele de contracție atrială și ventriculară (P-S) și diastola pentru a descrie faza de relaxare (T-P) a umplerii pasive a atriilor și ventriculelor. Măsu-rarea presiunii vasculare se bazează pe măsurarea fronturilor de undă ale fazei sistolice și diasto-lice în mișcarea sangvină prin artere. Măsurarea volumului sangvin (pletismografie) măsoară cantitățile de sânge care sunt prezente în diferite arii ale corpului în timpul anumitor activități. Pentru a realiza o măsurătoare electrocardiografică, pot fi plasați electrozi de suprafață la înche-ietura mâinii, gleznă, gît sau piept. Pentru măsurarea presiunii sangvine, se folosesc sfigmoma-nometrul (manșetă de presiune) și stetoscopul pentru a detecta presiunile sistolice și diastolice. Pentru măsurarea volumului sangvin, în mod convențional este folosit fotopletismograful pentru a detecta cantitatea de sânge care trece prin țesut direct sub senzor (folosind principiul caracteris-ticilor sângelui de absorbție a luminii). Acest aparat este în mod normal plasat pe vârful unui de-get sau un lob al urechii. Cele mai populare măsuri cantitative din electrocardiografie sunt ale ratei inimii (numărarea un-delor R mai mult de un minut) și perioada inimii (durata dintre undele R). Rata medie a inimii este în jur de 75 bpm, bătăi pe minut, care este echivalentă cu ciclul cardiac de 800 ms, în timpul căreia inima este în sistolă ventriculară timp 200–250 ms și în diastole de 550–600ms. Totuși, cu o undă multi-componentă ca în complexul PQRST și procesele fiziologice care stau la baza un-dei, mărimi semnificative pot fi generate din multe combinații de latențe sau amplitudini între și la interiorul complexului PQRST. Măsurarea presiunii sangvine generează indici de presiune simpli; totuși, raportul dintre valorile presiunii sistolice și diastolice este semnficativă, așa cum este valoarea absolută a fiecărui para-metru de presiune. Presiunea sangvină sistolică normală (măsurată în variația în milimetri colo-ană de mercur (mmHg)) se situează între 95 și 140 mmHg, cu o presiune medie de circa 120 mmHg. Presiunea diastolică normală este între 60 până la 90 mmHg, cu circa 80 mmHg ca presiune me-die. Mărimile volumului sangvin sunt întotdeauna relative la o referință de bază a fiecare individ. !26

Semnalul este în general un voltaj analog amplificat care indică absorbția luminii de către senzo-rul fotoelectric. Mărimi precum variabilitatea ratei inimii au fost larg folosite pentru a indica încărcătura mentală (concept care reflectă cererile și complexitatea procesării de informații) impuse de o varietate de sarcini, precum cele implicate în pilotarea unui avion (e.g. Backs, 1998; Sammer, 1998). E. Respirația Respirația se referă la procesul prin care oxigenul este furnizat celulelor și dioxidul de carbon este îndepărtat. Aspectele de respirație pe care psihofiziologii le măsoară de obicei sunt rata de respirație și amplitudinea, acesta din urmă fiind o măsură a profunzimii respirației. Respirația poate fi măsurată fie direct (volumul real al plămânilor), fie indirect (folosind o măsură precum circumferința pieptului). Unele metode de măsurare a volumului direct permit, de asemenea, eva-luarea naturii și a cantităților de gaze expirate din plămâni, cum ar fi dioxidul de carbon. În plus, se pot măsura aspecte ale ciclului respirator, cum ar fi ciclul de inspirație (numit și fracțiunea de inspirație), care este raportul dintre durata inspirației și durata totală a ciclului respirator. Acest capitol oferă o imagine de ansamblu asupra sistemului respirator și descrie cinci metode de înre-gistrare a variabilelor respiratorii: spirometria, pneumografia pneumatică, pneumografia impeda-nței, temperatura aerului și pletismografia inductivă respiratorie. Se ia în considerare și o altă metodă, gabaritul tulpinei. Pentru evaluarea respirației, se fac măsurători ale proceselor respirației și al schimbului de gaze. Mai exact, oximetria examinează nivelurile de oxigen sangvin arterial (O2), iar capnometria in-fraroșie examinează nivelurile de dioxid de carbon din plămâni (CO2). Rata și profunzimea respirației abdminale și troracice pot fi și ele măsurate. Măsurătorile de oximetrie sunt realizate folosind un fotopletismograf special calibrat cu output calibrat ca pro-cent de hemoglobină saturată. În capnometrie, este inserat un cateter nazal circa 6 mm într-una dintre nări și fixat cu bandă adezivă pe buza superioară. Pot fi măsurate presiunea expirației de CO2 (PCO2) și concentrația de final de flux a CO2 (PETCO2: concenrația de CO2 în aerul expi-rat) pot fi măsurate. Pentru măsurătorile respirației abdominale și toracice, sunt cel mai adesea folosite pneumografia și transductoarele. !27

Diferitele metode de măsurare a respirației produc voltaje analoage, valori digitale sau citiri di-recte de presiune pe manometre care indică gazele sau tensiunea care sunt măsurate. Există pțnă la 50 de mărimi care pot fi extrase din examinarea rezultatelor oximetrice, capnografice și penu-mografice. Acestea variază de la mărimi ale variațiilor de volum, frecvență și presiune, la fra-cționarea proproțională a gazelor din aerul expirat și ovigenarea sângelui. Analiza respirației a fost în mod inexplicabil neglijată de psihofiziologie. Totuși, cartea scrisă de Fried și Grimaldi (1993) este o dovadă remarcabilă a bogăției relațiilor dintre respirație și factorii psihologici, și importanța teoretică a respirației și modele convenționale de excitație și funcționare fiziologică. O constatare interesantă a anlizei respirației a fost aceea că indivizii care suferă de tulburări de atac de panică au o neregularitate și complexitate mai mare a tiparelor de respirație, ceea ce îi face mai predispuși la atacurile de panică (e.g. Caldirola, Bellodi, Caumo, Migliarese & Perna, 2004). F. Psihofiziologia sistemului gastrointestinal Psihofiziologia sistemului gastrointestinal este o zonă relativ neexplorată, în parte datorită pro-blemelor de instrumentație și de măsurare a obținerii de date de departe în interiorul acestui sistem în continuă schimbare de multe metri. Cu toate acestea, s-au efectuat mai multe studii ale activității motorii, în special în cele două capete mai ușor accesibile ale tractului gastrointestinal, esofag și rect, precum și în stomac. Acestea se axează pe activitatea motrică a stomacului măsu-rată prin metoda neinvazivă de electrogastrografie, o tehnică care înregistrează electrogastrogra-mele (EGG). EGG-urile reflectă activitatea myoelectrică gastrică, deoarece aceasta este înregi-strată pe suprafața abdominală cu electrozi cutanați. Se discută baza fiziologică a EGG-urilor, împreună cu procedura de înregistrare psihofiziologică, înregistrările tipice, problemele comune asociate cu EGG-urile și analiza și cuantificarea. G. Potențiale electrice ale creierului !28

Prezența ritmurilor electrice recunoscute ale creierului a stârnit curiozitatea și imaginația atât a profesioniștilor cât și a laicilor. Psihofiziologii, neurologii și scriitorii de ficțiune au fost intrigați de prezența activității creierului și de posibilitatea de a avea un marker obiectiv neinvaziv care să reflecte procesele psihologice care stau la baza acestuia. Unii au luat aceste idei la extrem, suge-rând că aceste măsuri ne pot spune ce gândește sau simte cineva sau chiar dacă ei spun adevărul. Desi nu este atat de simplu, unii cercetatori au inceput sa utilizeze activitatea creierului pentru a ajuta persoanele fizice cu dizabilitati fizice sa comunice, sa mute membrele paralizate sau chiar sa reduca tulburarile de convulsii. Înțelegerea proceselor corticale prin diverse forme de imagi-stică a creierului este o sarcină complexă. Oamenii de știință au ajuns să aprecieze relația com-plicată care există între măsurile electrocortice și procesele cognitive, emoționale și comporta-mentale. Activitatea electrică generată de acțiunea de masă a neuronilor din cortex și din structu-rile creierului mijlociu este măsurată folosind o tehnică cunoscută drept electroencefalografie. În plus, întrucât curenții electrici generează câmpul magnetic, aceștia pot fi măsurați prin magne-toencefalografie. Înregistrările de electroencefalografie (EEG) pot fi realizate folosind electrozi de tip ac invazivi, plasați direct în cortexul accesibil sau în structurile mai profunde, sau electrozi non-invazivi plasați pe suprafața scalpului (până la peste 300 de înregisăti EEG de mare densita-te). Acești electrozi sunt folosiți pentru a înregistra diferențele de voltaj dintre una sau mai multe locații și o arie relativ inactiv electric (cum ar fi unul dintre lobii urechilor). Pentru înregistrările cu magnetoencefalograful, sunt folosite aparate de interferență de cuantum superconductor (SQUID) pentru a detecta câmpurile magnetice care fluctuează dinamic la minut în creier. Spre deosebire de electrozii EEG, SQUID nu trebuie să fie în contact cu scalpul sau cu țesutul cortical întrucât nu există o susținere pe conductivitatea electrică a electronilor la nivelul țesuturilor cor-porale. Semnalele electrice generate în creier sunt foarte mici (de ordinul microvolților). Electroencefa-lografie spontană este termenul folosit pentru a descrie fluxul continuu de activitate care este în-totdeauna prezentă cu creierul. Această activitate poate fi caractrerizată ca tipare de unde oscila-torii care au fost în mod convențional subdivizată în termenii frecvenței lor în patru benzi princi-pale: delta (frecvență joasă, 0.5–4 Hz; amplitudine 20–200µV), theta (frecvența joasă, 4–7 Hz; amplituddine 20–100µV), alpha (frecvență dominantă, 8–13 Hz; amplitudine 20–60µV) și beta !29

(frecvență înaltă, 13–40 Hz; amplitudine 2–20µV). Electroencefalografia a fost frecvent folosită în studiul nivelurilor de excitație din somnul profund, în care activittea delta predomină, prin in-termediul stării de alertă a atenției, în care predomină activitatea beta. Dacă, în locul înregistrării activității spontane a creierului, este evocat un răspuns cerebral printr-un stimul cuantificabil, atunci este posibilă examinarea schimbării din activitatea electrică în rea-cția directă a stimulului cunoscut. Această tehnică este cunoscută sub forma electroencefalografi-ei de potențial eco. Unele dintre aceste potențiale evocate pot fi mai puțin de 10 ms (precum po-tențialul eco auditiv de trunchi cerebral generat de țesutul cerebral subcortical) sau până la o a doua sau mai lungă ca în cazul Bereitschaftspotential – potențialul pre-motor sau de pregătire (o schimbare lentă în voltaj care este observat ca mișcare voluntară sau sontană precedentă la un individ). În general, întrucât nivelul scăzut de reacție cerebrală peste activitatea electroencefalo-grafică normală de fundal, multe reacții evocate sunt colectate și apoi însumate pentru a produce o reacție evocată medie (AER), cunoscută și ca potențial evocat mediu (AEP). Baza acestei în-sumări este acea activitate de undă care nu este generată ca răspuns la stimul va fi aproape întțm-plătoare și ca rumare va avea o sumă apropiată de zero uneori, în timp ce activitatea care este legată de stimul va fi pusă în evidență prin însumarea acestor semnale generate de stimul. Pentru datele EEG spontane, cea mai populară metodă de analiză este bazată pe o tehnică mate-matică cunoscută drept analiza Fourier. Aceasta descompune unda EEG complexă în componente oscilante separate simple fiecare având o frecvență specifică de oscilație și magnitudine. Ca ur-mare, cantitatea de enercie electrică de care dă cont fiecare frecvență specifică ce ar putea com-pune unda complexă furnizează măsuri directe, cantitative care indică puterea de semnal la ani-mite frecvențe. Metode mai recente de analiză au exprimat diferit rezultatele multi-electrod ca o hartă cu contur spațial – harta EEG topografică. Aceasta este o metodă de activitate de interpola-re între electrozi cu scopul de a produce un set de gradienți mai slabi care pot fi „cartografiați” pe suprafața scalpului, cuprinzând toate pozițiile electrozilor și spațiile dintre electrozi. În plus, teo-ria haosului (analiza dinamică non-lineară sau analiza de dimensionalitate fractală) a fost aplicată foarte recent la EEG de fundal ca metodă de determinare a „complexității” EEG. În cercetarea AEP, măsurile se concentrează invariabil pe vârfuri și depresiunile undei, caracterizând aceste componente prin aplitudinea și latența lor de la punctul de stimulare. !30

Unele lucrări s-au concentrat deasemenea asupra compoziției spectrale a AEP. Deosebit de pro-mițătoare a fost analiza care folosește transformarea undei, care permite o analiză multi-rezolui-ție a semnalelor care variază în timp și care este în mod special adecvată localizării intervalului de timp în care apare un semnal de frecvență înaltă, cum este potențialul eco auditiv din trunchiul cerebral (vezi Samar, Swartz & Raghuveer, 1995). Cercetările EEG contemporane folosesc frecvent înregistrarea de densitate înaltă (vezi Oosten-veld & Praamstra, 2001) în care sunt plasați mulți electrozi pe scalp, generând o hartă topografi-că de rezoluție relativ înaltă. Folosind acest tip de înregistrare, Huber, Ghilardi, Massimini și To-noni (2004) au reușit să arate că panta undei din somn poate fi crucială în învățarea unor sarcini noi. Mai exact, ei au constatat că învațarea unei sarcini noi poate declanșa o creștere a activității din timpul somnului de undă lentă în aria cerebrală relevantă, ceea ce poate îmbunătăți perfor-manța în sarcină. Cu toate acestea, în ciuda avansurilor cartografierii topografice a datelor EER rezoluția spațială a acesteia este încă relativ slabă. Din fericire, tehnici complementare de măsurare a activității ce-rebrale, precum imagistica de rezonanță magnetică funcțională, au o rezoluție spațială relativ bună. Când sunt folosite împreună, aceste tehnici realizează o combinație deosebit de puternică pentru măsurarea activității cerebrale asociate cu procesele psihologice. H. RMN funcțional (fMRI) Imagistica prin rezonanță magnetică funcțională sau fMRI este o tehnică pentru măsurarea activi-tății creierului. Funcționează prin detectarea schimbărilor în oxigenarea și fluxul sanguin care apar ca răspuns la activitatea neuronală – când o zonă a creierului este mai activă, consumă mai mult oxigen și pentru a răspunde acestei cereri, crește și fluxul de sânge în zona activă. fMRI poate fi folosit pentru a produce hărți de activare care să arate care părți ale creierului sunt impli-cate într-un proces mental special. MRI funcțional (fMRI) este acum bine stabilit în multe centre și utilizează tehnici de imagistică similare și același echipament ca RMN convențional. fMRI se bazează pe detectarea unor mici modificări ale semnalelor utilizate pentru producerea imaginilor de rezonanță magnetică care sunt asociate cu activitatea neuronală în creier și produce informații unice și valoroase pentru !31

aplicații atât în neuroștiința de bază, cât și în cele clinice. fMRI este sigur, neinvaziv și repetabil la adulți și copii și, prin urmare, are utilizări potențiale pe scară largă. Această scurtă prezentare va încerca să ilustreze baza fizică a fMRI, modul în care aceasta este efectuată în practică, unele dintre limitările tehnicii și unele dintre tipurile de aplicații care au fost exploatate până în pre-zent. fMRI detectează modificările dependente de nivelul oxigenului din sânge (BOLD) în semnalul RMN care apare atunci când schimbările în activitatea neuronală apar după o schimbare a stării creierului, cum ar fi, de exemplu, provocată de un stimul sau o sarcină. Când o anumită regiune a creierului este activă funcțional, crește inițial consumul de oxigen din sânge pe plan local, ceea ce generează, reflex, vasodilatație și creșterea afluxului de sânge arterial (oxigenat) la valori pes-te necesar. Se produce astfel o creștere a concentrației locale de oxi-hemoglobină (O-Hgb) care poate fi evidențiată prin RMN. Datorită fenomenului de cuplaj neuro-vascular, putem obține ast-fel imagini indirecte (prin intermediul vascularizației locale) ale activității cerebrale. Unul din premisele care stau la baza multor utilizări actuale ale imaginilor funcționale este că diferite comportamente și funcții ale creierului se bazează pe recrutarea și interacțiunea coordo-nată a componentelor sistemelor creierului "la scară largă" care sunt distincte din punct de vedere spațial, distribuite și totuși conectate în rețele funcționale. Astfel, deși practica de frenologie este moartă, identificarea substraturilor neurobiologice asociate cu diverse funcții specifice ale creie-rului este de natură să explice modul în care creierul determină comportamentul. În plus, hărțile geografice care identifică locațiile unor zone deosebit de critice, cum ar fi cele implicate în pro-ducerea și înțelegerea limbajului, au o importanță directă în evaluările clinice și în planificarea intervențiilor. Imaginile colectate în experimentele fMRI BOLD au în general o rezoluție spațială de ordinul câtorva milimetri și o rezoluție temporală de ordinul câtorva secunde. fMRI oferă mai multe avantaje față de alte tehnici neuroimagistice umane: este neinvazivă, poate fi adaptată la o gamă largă de experimente și permite o bună localizare a activării. Din cauza acestor și a altor avanta-je, fMRI a crescut în ultimele două decenii pentru a deveni tehnica dominantă în neuroștiința cognitivă umană. !32

CUANTIFICAREA DATELOR BIOSEMNALELOR Nivelul de măsurare Cu toate ca variabilele studiate prin metodele psihofiziologice pot fi măsurate și cuantificate nu-meric cu înaltă precizie, acestea nu pot fi interpretate întotdeauna în mod direct, deoarece nu re-flectă o oglindire corectă a stărilor și comportamentelor studiate. Astfel revine în sarcina cercetătorului (neuropsiholog) să testeze și să certifice corectitudinea ob-servației efectuate. De pildă, folosind exemplul cu folosirea variabilității ratei inimii ca măsură a sarcinii mentale, o modificare semnificativă statistic a variabilității ratei inimii nu poate reprezenta în mod obligato-riu o modificare semnificativă psihologic în sarcina mentală. Astfel, interpretarea datelor psihofi-ziologice este adesea mai mult calitativă decât ar putea implica precizia măsurătorilor. Aparatură, procesarea semnalelor și volumul datelor În urma unor demersuri importante în ceea ce privește tehnologia s-a stabilit că scala măsurători-lor este net superioară față de toate datele psihologice și astfel se pare că multe dintre problemele de cuantificare a parametrilor cu care se confruntă psihologia slăbesc până la nesemnificativ în acest domeniu. Totuși, prețul acestei simplități filosofice este complexitatea computațională și metodologică. Măsurătorile realizate sunt invariabil bazate pe electricitate, tocmai pentru a pre-determina nivelul acurateței definite prin proprietăți ale senzorilor și orice amplificare folosită, și cu tendința la nivele ale zgomotului care pot distorsiona în mod absolut orice parametru sau semnal. Însă pentru a putea fi măsurate corect datele legate de orice parametru fiziologic din corpul uman, cercetătorul trebuie să cunoască de la nivelul cel mai bazal până la nivelul cel mai avansat fiziologia umană care este măsurată, proprietățile fizice ale senzorilor sau transductorilor care urmează a fi aplicați, proprietățile semnalelor generate astfel (ingineria electrică și tehnicile de procesare digitală a semnalului) și pletora de metode posibile de analiză (atât metode bivariate !33

cât și multivariate de analiză a undei, analiza de periodicitate, detectarea de eveniment, recunoaș-terea tiparelor și tehnicile de clustering). Se poate pune problema să cuantificăm o m ă r i m e s i m p l ă c u m e s t e f r e c v e n ț a c a r d i a c ă (măsurată în bătăi pe minut) pare a fi un paramentru trivial care poate fi achiziționat, până când ne punem întrebarea cum poate fi măsurată rata inimii. Constatând că doi electrozi plasați, să zice, pe încheietura fiecărei mîini va da posibilitatea achiziției de informație, următoarea problemă pe care o întâmpinăm este aceea de a găsi o modalitate de extracție a paramentrului ca atare al ratei inimii: adică, cum putem înregistra semnalele electrice. Să presupunem în continuare că avem un sistem de înregistrare computerizat setat să genereze la fiecare aproximativ 10 secunde un număr care indică bătăi pe minut. Analizând acest număr, vom observa că rata inimii alternează între 50 și 70 de bătăi pe minut. Este acceptabilă? Individul care este evaluat este așezat în repaus. Expertul de la fața locului trece din întâmplare pe lângă el și observă că aparatul de filtrare cu caneluri de 50 Hz este închis. În plus, verificțnd electrodul de împământare, constată că contactul dintre acesta și individ este foarte slab. Îmbunătățind acest contact și pornind filtrul cu caneluri, rata inimii se stabilizează în jurul a 70 de bătăi pe minut. Pentru a înțelege ceea ce s-a întâmplat este nevoie să știm care este rata inimii care era de așteptat, care sunt proprietățile electrozilor metalici, problemele de împământare, operarea unui filtru cu caneluri, și evaluarea modalității de funcționare a monitorizării ratei inimii. Toate acestea înainte de a începe manipularea chiar și doar a unei singure va-riabile psihologice. Este de observat de asemenea că avem de-a face aici cu un sem-nal biologic relativ mare. Să ne imaginăm că încercăm să măsurăm EEG de frecvență înaltă sau poate de amplitudine de 5µV cu amplificatori care au un zgomot electronic autogenerat de fundal de circa 1µV, și unde canalul de zgomot poate fi de până la 10–20µV. Volumul de informații necesare pentru a ne asigura că semnalul pe care îl ve-dem este în fapt generat biologic și nu vreo proprietate a aparaturii folosite, sau o tehnică de măsurare eronată, este considerabil. Spre deosebire de multe cercetări pur psihologice, este posibilă generarea de date fiziologice cantitative care sunt literalmente pure erori. Aceasta este o problemă a unor sisteme EEG topografice care generează hărți ale activității electrice cerebrale !34

calculate de la mulți electrozi plasați pe scalp. Cele mai multe sisteme au filtrare au-tomată astfel că sunt înregistrate doar frecvențele între 0 și 40 Hz. Totuși, dacă un electrod se detașează de scalp sau firele sale de contact se rup (la interiorul plasticu-lui izolator), acest electrod va colecta cantități mari de canal de zgomot de fundal (și orice alte frecvențe întâmplătoare din mediu). În funcție de eficiența filtrelor, poziția acestui electrod va fi văzută ca producând fie semnale de amplitudine foarte joasă în spectrul de semnale fie unde beta de frecvență înaltă de amplitudine moderată (unde activitatea beta poate fi definită ca fiind de la 20 Hz în sus). În acest ultim caz, filtrul nu îndepărtează toată activitatea de 50 Hz și, datorită alterării spectrale (date fiind o viteză mică de eșantionare și un segment scurt de EEG), acesta ajunge să fie înregi-strat ca activitate de înaltă frecvență în înregistrările EEG realizate. Tehnicienii și cercetătorii EEG cu experiență pot detecta invariabil aceste defecte. Pentru un cerce-tător novice, pune o problemă serioasă. Din nou, doar cunoașterea procesului de mă-surare și caracteristicile aparaturii ne poate feri de procesul interpretativ incorect. Proiectarea experimentului și alegerea parametrilor de măsurat În momentul în care s-a stabilit un protocol de experiment și au fost achiziționate unele date psihofiziologice, următorul pas este de a decide care parametri să fie extrași din aceste date. Acest nivel al procesului de măsurare trebuie să se decidă pe baza unei măsurători anteri-oare și a ipotezelor psihologice. Dragarea datelor (extragerea fiecărui parametru ce poate fi gân-dit și încercarea de a-i corela cu parametrii psihologici) cu speranța de a găsi ceva este virtual imposibil în acest domeniu. Pot fi calculați atât de mulți parametri încât încercarea de a alege în acest mod din date este o rețetă pentru dezastru. Putem intra în criză de timp, calculând aparatu-ră și energie! În laboratoarele moderne se păstrează ca parte a rutinei lor toate datele fiziologice pe o formă de mediu de arhivare (e.g. magnetic, PACS, CD-ROM sau DVD). Totuși, doar anu-miți parametri specifici ipotezelor sunt extrași din această arhivă pentru a fi utilizați în examina-rea corelațiilor psihologice. Dacă în timp se dezvoltă alte ipoteze, datele arhivate pot fi atunci reanalizate (dacă este relevant) pentru a permite extragerea noilor parametri. Un element important de care trebuie ținut cont este sistemul de stocare și de transfer a datelor experimentale. Unele aparate permit doar măsurarea parametrilor psihofiziologici, nu și prelucra- !35

rea lor ulterioară; alteori, există un repertoriu limitat de funcții de prelucrare a datelor. Mai rar, sistemul experimental oferă doar informații calitative, imposibil de stocat sau prelucrat (de exemplu, ecograful Doppler care se utilizează intraoperator oferă doar feed-back audio). Astfel, putem avea acces la un sistem de înregistrare computerizată a conductanței dermale, care va achiziționa și stoca nivelurile conductanței continue. În absența însă a unui program care ana-lizează aceste rezultate în termenii latenței și amplitudinii de răspuns, datele sunt practic inutile. Singurele opțiuni sunt acelea de a introduce toate datele obținute într-un generator de grafice și să realizăm astfel de măsurători manual, sau să obținem un program de calculator care să imple-menteze procedurile necesare pentru a extrage acești parametri. Această problemă pune în lumină o altă trăsătură a achiziției datelor psihofiziologice: colectarea datelor poate dura câteva minute, dar volumul de date generat poate depăși capacitatea sistemului computerizat în timp ce analiza manuală a datelor de la un singur participant poate dura zile în-tregi! Acest lucru este adevărat în mod special în cazul metodelor care măsoară activitatea creie-rului cum ar fi electroencefalografia, magnetoencefalografia și fMRI în care câțiva gigabiți de date pot fi înregistrați simultan de la un număr mare de locații în doar câteva ore. Chiar și cele mai recente pachete de analiză care funcționează pe computere de mare specificitate pot lua ore pentru a parcurge fiecare fază a analizei necesare. Desigur, întorcându-ne la exemplul cu rata inimii de mai sus, este posibil ca doar cinci asemenea măsurători să fie făcute la un experiment, unde (să zicem) singurul punct de interes este efectul dificultății problemei de rezolvat asupra ratei inimii. Dezavantajul unor astfel de experimente simple este acela că puterea explicativă a oricăror rezultate este limitat de numărul mic de variabile analizate! Așa cum arată și Fried și Grimaldi (1993) în discuția lor cu privire la cercetarea pulmonară (a respirației) folsind exclusiv mișcările observabile ale pieptului sau abdomenului (pneumografie) ca indicatori ai activității respiratorii nu este de recomandat, întrucât activitatea PETCO2 demonstrează că astfel de mișcpri pot fi destuld e necorelate cu fluxul de aer în și din plămâni. Astfel, folosirea ratei sau profunzi-mii respirației ca indicator al creșterii sau descreșterii volumului de aer este suspectă de a genera erori. În același mod, utilizarea doar a ratei inimii nu este de prea multă utilitate practică cu ex-cepția unui simplu descriptor al unei caracteristici particulare a activității cardiace. !36

CAPITOLUL III Fiziologia biosemnalelor EEG Introducere Domeniul neuroștiinței cognitive, prin diferitele tehnici neuroimagistice, ne permite să privim creierul in vivo, „la locul de muncă” și, astfel, ne oferă instrumente pentru a investiga fundamen-tele neuronale ale schimbărilor comportamentale de dezvoltare. O clasă a acestor metode neuro-imagistice se bazează pe înregistrarea neinvazivă și nedureroasă a activității electrice a creierului măsurată prin electrozi plasați pe scalp. Semnalul înregistrat, electroencefalograma (EEG), con-ține informații despre activarea creierului cu o rezoluție temporală de milisecunde, iar măsurăto-rile derivate, cum ar fi potențialele legate de eveniment (ERP) și oscilațiile legate de eveniment (ERO), ne permit să corelăm această informație cu procesele cognitive la care este implicat cre-ierul. În ultimele decenii dezvoltarea proceselor cognitive a fost îmbunătățită prin utilizarea mai multor metodologii pentru examinarea proceselor psihologice. Electroencefalograma (EEG) este o me- !37

todă eficientă și relativ ieftină pentru studiul schimbărilor de evoluție în relațiile creier-compor-tament. În continuare subliniem câteva provocări legate de utilizarea EEG în cercetarea privind dezvoltarea cognitivă. Luarea în considerare a acestor aspecte este esențială pentru luarea unei decizii informate cu privire la implementarea metodologiei EEG. Oamenii de știință din domeni-ul dezvoltării au diverse metodologii de cercetare disponibile pentru studiul schimbărilor legate de vârstă în relațiile creier-comportament. Această metodă tehnică este deosebit de populară pen-tru măsurarea activății creierului funcțional în procesele de dezvoltare deoarece este relativ ușor de înregistrat și semnalul este relativ robust. De exemplu, este mai puțin sensibil la artefactele create de mișcare decât este fMRI și, prin urmare, este mai potrivit pentru studierea copiilor și a copiilor în stare de veghe și atenți. Mai mult decât atât, există o tradiție îndelungată în utilizarea sa la sugari și copii mici, iar rezoluția sa temporală excelentă poate dezvălui informații despre momentul proceselor neurocognitive care apar în timp ce un copil sau un adult este angajat în activități cognitive, mai degrabă decât să ofere informații doar despre rezultatul final al compor-tamentului acestor procese. EEG mai poate fi numită uneori și „EEG cantitativă” și este folosită pentru cercetarea activității creierului în timpul diferitelor procese cognitive sau emoționale, precum și pe parcursul dez-voltării sale. Înregistrarea undelor EEG se efectuează în format digital și ulterior convertite din domeniul timp în domeniul frecvență prin intermediul analizei spectrale, având ca rezultat put-erea spectrală la frecvențe specifice sau prin intermediul analizei coerenței de fază, având ca rezultat gradul în care semnalele EEG la două locații de pe scalp distincte sunt în fază la o frecvență specifică. Această metodologie cantitativă este diferită de utilizarea tradițională a EEG în cadrul clinic pentru localizarea crizelor sau tumorilor. Monitorizarea activității electrice cerebrale poate fi efectuată prin intermediul unui număr varia-bil de electrozi plasați pe scalp, care înregistrează modificările de tensiune care apar atunci când un număr mare de neuroni cerebrali sunt activi în imediata vecinătate în același timp. Schimbări-le de potențial electric măsurate pe scalp reflectă în primul rând depolarizarea postsinaptică a dendritelor celulare și nu potențialele de acțiune generate la nivel axonal. Datorită amplitudinii mici a potențialelor electrice corticale, pentru a le putea înregistra este necesară activarea sincro-nă a mai multor surse (neuroni) situați în imediata apropiere a electrodului. !38

Plasarea electrozilor pe scalp urmează în mod obișnuit sistemul internațional 10/20 (Jasper, 1958), în care electrozii sunt plasați la anumite distanțe unele de altele de-a lungul axelor anteri-oare-posterioare și laterale. Electrozii din acest sistem sunt etichetați în funcție de lobul cerebral (frontal, temporal, parietal) în locație, numerele impare atribuite electrozilor de pe partea stângă și cele pare electrozilor de pe partea dreaptă, în timp ce Z indică linia mediană. Relațiile dintre sistemul standard 10/20 și cortexul cerebral infant diferă ușor de la adult la adult (Blume, 1974), datorită diferitelor proporții relative ale lobilor parietali și frontali la sugari și adulți și dezvoltării incomplete a lobului temporal la sugari. Deși este cel mai frecvent utilizat, sistemul 10/20 oferă o rezoluție spațială relativ redusă a sem-nalului. De-a lungul anilor, acest sistem a fost extins la un sistem 10/10 (Nuwer et al., 1998) și 10/5 (Oostenweld și Praamstra, 2001) pentru a oferi o mai bună prelevare spațială pe suprafața capului. Sistemele de electrozi de înaltă densitate, cum ar fi capacele sau plasele cu 64 sau 128 de electrozi, au devenit populare. O tehnică relativ nouă, Geodetic Sensor Net (GSN) permite aplicarea rapidă a unui număr mare de electrozi pe suprafața scalpului (Tucker, 1993), care este utilă în special în studiile cu copii, copii și populații speciale (Johnson și colab. ., 2001). Chiar și o înregistrare GSN cu 64 de electrozi produce o densitate de prelevare mai mică de 3 cm la su-gari. Semnalul EEG are o rezoluție temporală excelentă, de ordinul a sutelor de milisecunde sau mai mare, în funcție de frecvența examinată. Astfel modificările postsinaptice sunt reflectate cu rapi-ditate în EEG, făcând ca această tehnologie să fie excepțională pentru urmărirea schimbărilor rapide de comportament. Limitări ale EEG Pe de altă parte, EEG are o serie de limitări, una dintre cele mai importante fiind rezoluția spația-lă precară, care are trei cauze majore. O primă justificare în acest sens există în cazul electrozilor multipli, unde se găsesc goluri între electrozii de pe scalp. Aceste goluri împiedică o topografiere electrică completă a scalpului. Un al doilea aspect al acestor limitări îl reprezintă craniul care se comportă ca un filtru cu trecere joasă și distorsionează activitatea electrică cerebrală de bază pe o arie mare a scalpului. În sfârșit, potențialele de scalp sunt cel mai probabil generate de grupări !39

multiple de generatori corticali și subcorticali distribuiți pe zone relativ mari. Astfel, un electrod poate detecta activitatea electrică generată din grupuri non-locale de neuroni. De asemenea, activitatea electrică înregistrată poate fi parazitată de activități motorii – grosiere (mișcări ale membrelor, mers, tuse) sau fine, cum ar fi clipitul sau mișcări ale globilor oculari. De aceea este necesar repaus fizic absolut în timpul examinării, cerință dificil de respectat de că-tre copii. În acest sens, designul experimentelor bazate pe EEG la copiii mici și la bebeluși nece-sită precauții deosebite pentru a asigura că aceștia rămân nemișcați în timp ce execută sarcinile cognitive. Ritmurile EEG Semnalele EEG au un aspect ritmic ușor de observat, cu toate că nu se cunoaște cu precizie care este sursa acestei ritmicități: grupurile de neuroni din nucleii talamici sau neuronii priramidali din stratul IV al cortexului. În funcție de frecvență și de amplitudine se disting 5 tipuri de ritmuri EEG: •Ritmul alfa -Moment de aparitie ontogenetic: în jurul vîrstei de 10 ani. La adult apare în perioada de veghe, în conditii de relaxare fizică și psihică; -Modalități de provocare/atenuare: este amplificat de închiderea ochilor si mișcări ale mușchi-lor feței. Urmarirea de către subiect a ritmului propriu poate duce la mărirea amplitudinii și a procentajului acestui ritm; -Reacția de oprire: deschiderea ochilor, atenția și orice fel de activitate psihică (calcul mental) atenuează pâna la oprire ritmul alfa; fenomenul de atenuare dispare în condițiile repetării (obisnuința, antrenament). Ritmul alfa este legat de funcția vizuală și apare odată cu capacitatea de integrare corticală a sti-mulilor vizuali (Lindsley si Wicke, 1974). !40

• expresia activității electrice de fond a creierului la un subiect normal aflat în stare de veghe și de repaus psihosenzorial. Pentru a fi înregistrat se solicită subiectului să rămână cu ochii închiși, fără să clipească și într-o stare de „vid” mental, ca și cum ar intenționa să doarmă. Are o frecvență de 8–13 Hz și are o amplitudine relativ mare. Când un adult este angajat într-o activitate cognitivă, ritmul alfa „se atenu-ează până la dispariție, în special în zonele dependente de natura sarcinii cognitive. Când ritmul alfa reprezintă peste 75% din totalitatea activității bioelectrice înregis-trată pe un traseu se vorbește de un ritm alfa dominant; alfa subdominant- între 50 și 75%, mixt- între 25 și 50% și alfa sarac – sub 25%. Localizat în ariile posterioare ritmul alfa apare bine exprimat în derivațiile occipito-parietale și occipito-temporale posterioare; cu înaintarea în vârstă și în suferințele vasculare, tinde să migre-ze anterior. Deschiderea ochilor, concentrarea mentală, starea de surpriză conduc la blocarea rit-mului alfa-definind „reacția de oprire” (R.O.) sau mai corect de atenuare (R.A.). Reacția de ate-nuare poate fi de asemenea absentă sau parțială constând în diminuarea amplitudinii și frecvenței ritmului după închiderea ochilor- fenomen denumit „off effect”. Absența blocării ritmului alfa la deschiderea ochilor la nivelul unei singure emisfere cerebrale trebuie să ne atragă atenția ca având o semnificație patologica. Somnolența poate determina o blocare doar parțială a ritmului alfa la deschiderea ochilor. În acest caz se vorbește de un ritm alfa paradoxal. De exemplu, anga-jarea într-o sarcină verbală se asociază cu scăderea activității alfa în ariile frontală și centrală ale emisferei stângi, în timp ce anagajarea într-o sarcină spațială tinde să fie asociată cu atenuarea activității alfa din ariile parietale ale emisferei drepte. •Ritmul beta •este expresia electrică a unui creier în stare de activitate. El are o frecvență de 18–30 Hz și care o amplitudine mai mică decât alfa. Activitatea beta semnifică starea de alertă sau de atenție. Nu se blochează ca ritmul alfa la stimuli luminoși, ci la stimuli proprioceptivi (spre exemplu, strângerea pumnului) sau senzații tactile provocate în hemicorpul opus. •Ritmul gamma are o frecvență de 30–70 Hz sau chiar mai mult. Activitatea gama la adulți pare să fie asociată cu integrarea stimulilor într-un întreg logic, activitatea gama diferențiind între stimulii importanți și cei nerelevanți. !41

•Ritmul teta este ritmul dominant la copii între 2 și 5 ani și la adulți în primele faze ale somnului. Are o frecvență redusă, 4–8 Hz și apare și în activitatea cognitivă. Adulții au tendința să manifeste creșteri ale activității teta în timpul sarcinilor de memorare și atenție, aceste creșteri fiind chiar mai mari în cazul răspunsurilor corecte decât al celor incorecte. De asemenea, activitatea de tip teta apare și în timpul unor procese cognitive de tipul meditației sau rugăciunii. În privința somnului au fost făcute constatări disparate care au condus la ipoteza că există două tipuri diferite de activitate teta : unul asociat cu starea de somnolență și un altul asociat cu atenția și procesarea cognitivă activă, ceea ce duce la posbilitatea ca aceste două tipuri de activitate teta să aibă surse diferite. •Ritmul delta este de frecvență joasă (1–4 Hz) și este asociat cu somnul la adulți, în special somnul profund. Este de interes faptul că această marjă de frecvență speci-fică este frecvența proeminentă la bebeluși în timpul primelor luni de viață postna-tală, dezvoltându-se gradual în timp în tiparele de frecvență de adult. Literatura clasică privind EEG de dezvoltare În anul 1929 Hans Berger, a fost primul om de știință care a demonstrat ca EEG era legată de ac-tivitatea cerebrală mai mult decât alte procese fiziologice. În anul 1932, acesta a publicat o lucra-re care evidențiază diferențele EEG dintre bebeluși, copii și adulți, lucrare care a marcat începu-tul interesului cu privire la aspectele privind dezvoltarea neurocognitivă. S-a constat că EEG-ul la bebeluși are o amplitudine mult mai mare, așa cum este evidențiat prin clipitul ochilor. EEG-ul la bebeluși completează ciclul la o frecvență mai joasă decât EEG-ul la adulți, cu media frecven-ței adulte fiind de 10 Hz iar media frecvenței la copii fiind în marja 3Hz până la 7 Hz, în funcție de vârsta copilului. Încă de pe vremea lui Berger, cercetătorii au presupus că diferențele EEG dintre bebeluși, copii și adulți reflectă maturizarea creierului. !42

Studiul EEG al dezvoltării neurocognitive la bebeluși Primele studii EEG la sugari și copii au fost efectuate de către Berger în anul 1932, iar după de-mersurile lui s-au efectuat numeroase investigații asupra dezvoltării EEG în perioada copilăriei. Studiile timpurii, cum ar fi cele ale lui Smith (1938, 1941), Lindsley (1938, 1939) și Henry (1944), s-au concentrat asupra dezvoltării ritmului alfa occipital asupra copilariei. Acești autori au folosit tehnici de cuantificare vizuală și au remarcat apariția unui ritm occipital de 3-5 Hz la aproximativ 3 luni, iar până la sfârșitul primului an de viață acest interval de frecvență a crescut la aproximativ 6-7 Hz. Oscilațiile din copilăria timpurie au fost etichetate ca "alfa" de către acești autori originali datorită unei asemănări vizuale cu ritmul clasic al alfa adult. Lindsley (1938) a observat că ritmul alfa este blocat în derivațiile posterioare la stimularea vizuală la sugari și copii la fel cum este și în cazul adulților. Acest lucru a fost, de asemenea, prezentat în mod clar pentru sugarii în vârstă de 7-12 luni de către Stroganova (1999), care a găsit o creștere pronunțată a ac-tivității ritmice de 6-8 Hz la locurile parieto-occipital în condiții de întuneric total, comparativ cu o condiție de atenție liniștită cu iluminare. Computerizarea analizei EEG a înflorit în anii 1960 și 1970, în special în urma dezvoltării trans-formării rapide Fourier (FFT, Cooley și Tukey, 1965). Studiile de dezvoltare a sugarilor și a copi-ilor care folosesc astfel de tehnici au arătat un model de dezvoltare în ceea ce privește creșterea frecvenței oscilațiilor cu frecvență mai mare (de exemplu 6-12 Hz) în comparație cu activitatea de joasă frecvență (de exemplu 1-5 Hz). Un astfel de model este în mod clar compatibil cu o creștere a frecvenței ritmului alfa. Într-un studiu cu sugari în vârstă de 7-12 luni, publicat în 1999 de către Stroganova și colabora-torii săi, au fost detectate modificări ale frecvenței alfabetice pe o perioadă de 3 luni până la sfârșitul primului an de viață. Studiile privind dezvoltarea frecvenței EEG au avut tendința de a se concentra asupra ritmurilor clasice occipitale alfa. Cu toate acestea, anumiți cercetători au de-scris, de asemenea, activitatea ritmică în banda de frecvență alfa la alte locuri care pot fi funcționale independente de ritmul occipital. Smith (1939, 1941) a remarcat apariția în EEG treaz a unui ritm de 7 Hz la locurile centrale la vârsta de aproximativ 4 luni. El a etichetat acest ritm "central alfa" și folosind un eșantion transversal, a observat că frecvența medie a acestui ritm a rămas în jurul valorii de 7 Hz în primul an de viață, a crescut la 8Hz cu 18 luni, apoi la !43

9Hz cu 4 ani de vârstă și stabilizată la aproximativ 10 Hz la mijlocul adolescenței (Smith, 1941). Hagne și colab. (1973) au confirmat descoperirile infantile ale lui Smith (1941) cu un eșantion longitudinal de sugari în primul an de viață. În datele lui Hagne și colab. (1973), un ritm central nu a fost vizibil la vârsta de 4 luni, dar este clar văzut la 6 Hz în spectrele de putere de la vârsta de 6 până la 12 luni, timp în care vârful s-a mutat la o frecvență de peste 7 Hz. Smith (1941), cât și Hagne și colab. (1973) au speculat că dezvoltarea ritmului central la sugari este asociată cu dezvoltarea abilităților motorii și locomo-torii. Pe lângă ritmul occipital, Smith (1941) a observat apariția unui semnal de 7 Hz la locațiile cen-trale de pe scalp în jurul vârstei de 3 luni și au formulat ipoteza existenței unor legături între apariția acestui ritm și dispariția reflexelor primitive și apariția controlului muscular voluntar asociat cu apucatul. Această activitate centrală a rămas stabilă timp de câteva luni, fără a crește în frecvență până la vârsta de 10 luni (Smith, 1941). EEG-ul copiilor variază odată cu vârsta. În primele săptămâni de viață a fost observată o activi-tate cu o amplitudine scăzută, defectuoasă, compusă din unde de frecvență aleatorie în intervalele delta, theta și alfa. Activitatea dominantă în starea de repaus este de 4-6 Hz la vârsta de 6 luni și la 5-7 Hz la vârsta de 1 an. La vârsta de 4 ani, predomină undele de 7-8 Hz, iar la 8 ani, majori-tatea copiilor prezintă activitate alpha-band în cadrul intervalului de frecvență pentru adulți. Traseele distincte ale activității beta sunt rareori observate la copii, în timp ce activitatea thetei episodice poate fi observată în lobii frontali până la vârsta de 20 de ani. Psihofiziologii care lucrează cu populații de copii, adolescenți și adulți examinează ritmurile teta (4-8 Hz), alfa (8-13 Hz) și beta (13-20 Hz) și observă asocierile lor cu comportamente cognitive. În literatura de specialitate privind psihofiziologia infantilă, însă, nu există nicio standardizare a ritmurilor EEG așa cum se găsește în lucrările EEG la adulți. Memoria de lucru și sarcinile de control inhibitor În urma unor studii cu privire la banda de frecvență de 6–9 Hz s-a constat ca aceasta are o valoa-re intrinsecă insignifiantă cu excepția cazului în care se poate demonstra că se corelează cu com-portamentul, iar în acest sens s-a observat că modificările valorilor de putere EEG de repaus, de bază, frontală de la 7 la 12 luni au fost asociate cu modificările de performanță în sarcini cogniti- !44

ve specifice clasice care necesitau ca bebelușul să caute manual o jucărie ascunsă într-unul din două ascunzișuri. S-a propus ca memoria spațială de lucru și controlul inhibitor, dintre alte com-portamente cognitive, sunt esențiale pentru performanța acestui tip de sarcină. Multe dintre aces-te comportamente cognitive sunt asociate cu cortexul prefrontal dorsolateral, deși EEG nu poate fi atât de specific cu privire la locația din creier. Ulterior a fost evaluat un grup de aceeași vârstă de bebeluși și s-a constatat că diferențele indivi-duale în EEG frontal de referință de 6-9 Hz la vârsta de 8 luni erau corelate cu diferențele de per-formanță în sarcina clasică de memorie de lucru spațială de căutare. Valorile de putere bazală EEG au fost corelate cu niveluri mai mari de performanță atât la locați-ile frontale cât și la cele occipitale. Copiii cu niveluri mari de performanță în sarcina de memorie de lucru spațială vizuală au prezentat valori ale puterii EEG de sarcină la 6-9 Hz mai mari decât valorile de putere de referință. Copiii cu niveluri mai scăzute de performanță au avut valori ale puterii EEG de sarcină care erau similare cu valorile lor de bază. Totodată în studiile asupra cogniției bebelușilor, au fost asociate creșterile valorilor de putere EEG la 6-9 Hz cu nivelurile mai ridicate de performanță în sarcini cognitive. Între anii 1998 – 2002, Bell a inițiat mai multe studii pe un grup de bebeluși de 8 luni, comparând activitatea EEG legată de sarcina pentru benzile de frecvență 6-9 Hz, 3-5 Hz și 10-12 Hz. Pentru toate cele trei benzi (3–5 Hz, 6–9 Hz, 10–12 Hz) s-au înregistrat diferențe semnificative între referință și activarea de sarcină la toate locațiile de electrozi. La fiecare bandă de frecvență, valorile puterii au fost mai mari în timpul sarcinii de memorie decât în timpul referinței. Apoi, au fost analizate cele trei benzi de frecvență în timpul diferitelor stadii de procesare a sarcinii cognitive. Mai mult decât atât pentru benzile de frecvență de 3-5 Hz și 6-9 Hz (nu și pen-tru 10-12 Hz), s-au putut identifica pe baza unor diferențe de activitate specifice toate stadiile de procesare a sarcinii cognitive: o componentă de atenție, o componentă de memorie de lucru și de control inhibitor și o componentă de emoție asociată cu recompensa sarcinii. Cele mai intere-sante rezultate au fost cele ale comparațiior între EEG din timpul răspunsurilor corecte și in-corecte. Doar banda 6-9 Hz a făcut această distincție. Valorile de putere erau mai mari în timpul răspunsurilor corecte decât în timpul răspunsurilor incorecte. Astfel, banda 6-9 Hz pare să fie cea mai folositoare informativ cu privire la memoria de lucru spațială în timpul primei copilării. !45

Studiul EEG al dezvoltării neurocognitive la copii EEG și dezvoltarea cognitivă în copilăria mică Studiul EEG al proceselor neurocognitive la copiii mai mari de 1 an este dificil datorită lipsei de colaborare. Într-un studiu publicat de către Marshall în 2002 au fost studiate abilitățile de atenție în sarcină și în regim de repaus în banda de 6-9 Hz la copii de 14 luni. Atenția asociată se referă la coor-donarea atenției între doi parteneri sociali. Literatura privitoare la dezvoltare se concentrează pe încercările copilului foarte mic și mic de a iniția atenția asociată precum și de a răspunde la solic-itările de atenție ale altora. Tendința copiilor mici de a iniția angajări de atenție asociată cu ex-perimentatorul a fost asociată cu valori de ptuere EEG frontală stânga Au fost făcute studii logitudinale pe un eșantion de copii evaluați în sarcini de lucru de memorie spațială în primul an de viață și apoi în jurul vârstei de 24-25 de luni, pentru memorie de lucru spațială și verbală. Traseele EEG au scos în evidență diferențele specifice individuale în re-alizarea sarcinii. Participarea la sarcina de memorie de lucru verbală este posibilă numai dacă copilul are un limbaj vorbit suficient. Cele mai semnificative diferențe au fost vizibile în banda de 6-9 Hz. În timpul anilor copilăriei mici, sunt clar identificabile modificări semnificative ale proceselor de atenție, executive și de autocontrol, asociate cu transformările din funcționarea și organizarea corticală. Se presupune că cele mai evidente modificări ale anatomiei creierului (creșterea în greutate a creierului, mielinizarea crescută, folosirea glucozei și creșterea sinaptică) au loc în primii patru ani. Deși în copilăria mică este perioada în care sunt realizate multe progrese în abil-itățile cognitive și comportamentale asociate, în special în domeniul funcționării executive, ex-istă totuși puține studii EEG realizate în acest sens. Din lucrările lui Diamond, știm că multe progrese sunt făcute în ceea ce privește anumite abilități de funcționare executivă în timpul primilor ani ai copilăriei. Copiii sunt incapabili să realizeze cu succes sarcini de memorie de lucru și de control inhibitor, așa cum este o sarcină zi-noapte ca cea a lui Stroop , la 3,5 ani. La vârsta de 4 ani, însă, performanța crește până la nivelul competent. !46

Copiii cu performanțe mai mari la sarcina zi-noapte de tip Stroop de memorie de lucru și control inhibitor au avut valori ale puterii EEG de referință și de sarcină mai mari la locațiile de scalp frontal decât au avut copiii cu performanțe mai scăzute în sarcină. Această diferență a fost vizibi-lă în special în banda de frecvență 6-9 Hz. Această constatare este similară cu rezultatele privind EEG la bebeluși și subliniază valoarea cercetării diferențelor individuale în domeniul psihofizio-logiei dezvoltării. EEG și dezvoltarea cognitivă în copilăria mijlocie și târzie În literatura de specialitate există numeroase lucrări ce se concentrează pe dezvoltarea cognitivă în copilăria mijlocie și târzie, cea mai mare parte se focusează cu precădere pe asocierea dintre EEG și constructe precum inteligență și abilitățile școlare, deși apar interese și cu privire la sar-cini cognitive specifice precum rotația mentală. Aceste studii tind să folosească definițiile de bandă de frecvență EEG adulte de alfa, teta și beta. S-a demonstrat că banda de frecvența alfa este adecvată la copii de 8 ani, deși valorile puterii la copiii de această vârstă sunt mai mari decât valorile de putere la adulți. Și performanța memoriei de lucru a fost asociată cu frecvențele EEG de tip adult la copiii cu vârsta de 8-10 ani. Valorile puterii EEG la 8-9,5 Hz au fost mai mari la locațiile de scalp frontal pentru răspunsuri corecte într-o sarcină de memorie de lucru vrebală decât pentru răspunsurile incorecte. În urma unui studiu efectuat de Krause și colaboratorii săi în 2001, s-a constatat că EEG-ul de 10-12 Hz asociat cu performanța memoriei de scurtă durată la copii de 12 ani nu a fost diferit de EEG-ul la adulți care realizează aceeași sarcină, ceea ce sugerează faptul că sis-temele memoriei creier-comportament ar putea fi complet dezvoltate la vârsta de 12 ani. Studiul EEG al proceselor neurocognitive la adulți Datorită versatilității, accesibilității și ușurinței în utilizare, EEG reprezintă unul din principalele mijloace de studiu al proceselor neurocognitive la adulți, alături de fMRI care deși oferă infor-mații valoroase este mult mai costisitor și greu accesibil. !47

În mod particular, studiul coerenței de fază (frecvență și sincronicitate) al traseelor EEG în tim-pul executării unui task cognitiv poate pune în evidență existența și funcționalitatea rețelelor neu-ronale care stau la baza proceselor neuropsihice. Astfel, într-un studiu din 2015, N. Wang și colaboratorii au colectat datele EEG de la subiecți implicați în 4 sarcini neurocognitive matematice și de limbaj pentru a evidenția arhitectura de tip small-world a rețelelor neuronale subiacente. Regiunile stimulate în timpul experimentului sunt în concordanță cu datele consacrate de științele cognitive privind învățarea, memoria, atenția și alte procese. Utilizând această metodă se pot detecta precoce deficite ale memoriei, atenției și altor tipuri de procese cognitive, caracteristice unor boli neuro-degenerative, cum ar Alzeihemer, anumite tipuri de demență sau bolile prionice. Într-una alt studiu din 2016, I. Ya. Kotzan et. al au folosit coerența ritmurilor EEG în timpul ac-tivităților cognitive ca markeri ai gândirii creative, cu specificitate pe sexe. În designul studiului, persoane cu vârste între 18 – 21 ani au fost împărțite în 4 grupe: femei / bărbați, productivitate joasă / înaltă a ideației creative (divergente, non-rutină). Semnalele EEG (19 derivații) au fost prelucrate pentru determinarea coeficientului de coerență pe toate gamele de frecvență în perechi de electrozi stânga / dreapta și anterior / posterior. Înregistrările au fost făcute în repaus (resting-state EEG) și în timpul rezolvării unor teste cognitive de tip divergent (creativ) și convergent (non-creativ). Rezultatele au evidențiat un indice de coerență (conectivitate) crescut la subiecții de sex masculin cu gândire de tip creativ (non-conformist) la ambele tipuri de teste; din contră, la subiecții de sex masculin cu gândire de tip conformist (non-creativ) și la subiecții de sex feminin cu gîndire atât de tip creativ (non-conformist) cât și cu gândire de tip non-creativ (conformist), asemenea corelație nu a fost observată. Aceasta sugerează existența unor strategii diferite de re-zolvare a sarcinilor cognitive și de elaborare a ideației creative la cele două sexe: la femei, strategiile sunt mai flexibile, ceea ce presupune existența unor mecanisme neurofiziologice mai variate comparativ cu barbații, care nu au putut fi puse în evidență prin patternurile de inter-conexiune corticală. Persoanele cu procese intelectuale specifice care se pot îndepărta în mod semnificativ de modele-le convenționale standard sunt caracterizate ca personalități cu o înaltă creativitate a gândirii. !48

Astfel de personalități sunt capabile să vadă obiecte și probleme din diferite puncte de vedere, inclusiv cele nonroutine. Atunci când personalitățile creative se confruntă cu o anumită provocare, ele propun adesea un număr mare de soluții nestandardizate ale problemelor respective, iar această caracteristică dife-rențiază astfel de subiecți de cei cu un nivel mai scăzut de creativitate. În câteva cuvinte, gândi-rea creativă înseamnă gândire divergentă într-un spațiu mental mai larg, din granițele de rutină ale gândirii stereotipe. În prezent, identificarea unei personalități având creativitatea ridicată sau scăzută se bazează aproape în întregime pe utilizarea tehnicilor psihologice de testare. Este recunoscut faptul că, în multe cazuri, este imposibil să se ajungă în mod convingător la lipsa de creativitate sau la un nivel scăzut al celor din urmă, tipice persoanei respective. Manifestarea creativității este, într-o măsură considerabilă, spontană, iar în majoritatea cazurilor astfel de manifestări nu pot fi inițiate sau reglementate în mod voluntar.
Concluzie În acest capitol am subliniat valoarea EEG pentru studiul dezvoltării cognitive în primul an de viață și în copilărie concentrându-ne pe cercetarea privind memoria de lucru. Aceste studii sug-erează nu doar că cogniția se schimbă dramatic în această perioadă, dar și că EEG este supusă unor modificări majore de dezvoltare. N-eam concentrat pe nevoia de a combina măsurătorile creier-comportament în cercetarea dezvoltării și am propus că EEG este metodologia ideală pentru acest scop. !49

Am pus deasemenea în evidență zonele din literatura de psihofiziologie a dezvoltării care merită mai multă atenție. Mai întâi, cercetarea continuă privind benzile de frecvențp EEG standardizate care sunt adecvate din punctul de vedere al bebelușilor și copiilor mici este esențială pentru in-terpretarea oricăror rezultate EEG. În al doilea rând, scarsitatea cercetărilor EEG la copiii de peste un an și preșcolarii mici limitează în mod sever cunoștințele noastre despre EEG a dez-voltării în această fază crucială a dezvoltării creier-comportament. Cele mai valoroase ar fi studiile longitudinale care cuprind perioadele de copilărie foarte mică până la copilăria mai mare și examinarea modificărilor EEG de sarcină. Psihofiziologii dezvoltării au o largă varietate de metode de cercetare la dispoziție pentru studiul modificărilor legate de vârstă ale funcționării creierului și comportamentelor cognitive asociate. EEG rămâne una dintre cele mai eficiente și relativ ieftine metodologii de examinare a modi-ficărilor de dezvoltare.
!50