Кіріспе

Неврологияда Bereitschaftspotential немесе BP (неміс тілінде "дайындық потенциалы"), сондай-ақ премоторлық потенциал немесе дайындық потенциалы (RP) деп аталады, бұл мидың моторлық қабықшасы мен қосымша моторлық аймағындағы ерікті бұлшық қозғалысына дейін болатын белсенділіктің өлшемі. BP – ерікті қозғалыстың алдын ала жоспарлауына қабықтың үлесін көрсетеді. Оны алғаш рет 1964 жылы Ханс Гельмут Корнхубер және Людер Дике Германияның Фрайбург университетінде тіркеп, хабарлады. 1965 жылы көптеген бақылау тәжірибелерінен кейін толық жарияланым шықты.

Ашылу

1964 жылдың көктемінде Ханс Гельмут Корнхубер (сол кезде неврология кафедрасының доценті және бас дәрігері, Фрайбург им Брейсгау университетінің ауруханасының бас профессоры Рихард Юнг) және Людер Дике (оның докторанты) Фрайбургтегі Шлоссберг төбесіндегі «Gasthaus zum Schwanen» мейрамханасына түскі асқа барды. Олар әдемі бақта жалғыз отырып, бүкіл әлемде басым болған миды пассивті зерттеуге деген наразылықтарын және мидың және ерік-жігердің өздігінен басталатын әрекеттерін зерттеуге деген ниеттерін талқылады. Осыған байланысты, олар ерікті әрекеттермен байланысты адам миының потенциалдарын іздеуге және ерікті қозғалысты зерттеу парадигмасы ретінде қарастыруға шешім қабылдады. Ерікті қозғалыстарға дейін мидың электр потенциалдарын зерттеу мүмкіндігі Манфред Клайнздің ойлап тапқан «орташа транзиенттер компьютері» (CAT компьютері) пайда болғаннан кейін туды, ол сол кезде Фрайбург зертханасында қол жетімді болған алғашқы, әлі де қарапайым құрал болды. Электроэнцефалограммада (ЭЭГ) әрекеттерге дейін көп нәрсе байқаылмайды, тек α (немесе μ) ритмінің тұрақсыз азаюы ғана көрінеді. Жас зерттеушілер өздігінен басталатын қозғалыстардың электроэнцефалограммасы мен электромиограммасын (жылдам саусақ бүгілуі) таспаға сақтап, қозғалыс басталған сәттегі ми потенциалдарын кері бағытта талдады, себебі оларда кері ойнату немесе бағдарламаланатын компьютер болмағандықтан таспаны тікелей аударды. Адамның ерікті қозғалысына дейін болатын потенциал сол жылы ашылып, жарияланды. Егжей-тегжейлі зерттеулер мен бақылау эксперименттерінен кейін, мысалы, пассивті саусақ қозғалыстары, «Bereitschaftspotential» терминімен белгілі Citation Classic жарияланды. Қозғалысқа дейінгі оң потенциал одан да кішкентай, ал қозғалыс басталғанға дейін 50-60 миллисекунд бұрын басталатын және қарсы жақтанғы прецентраль қол аймағында максималды болатын моторлық потенциал одан да кішкентай. Осылайша, осы потенциалдарды көру үшін үлкен сақтық қажет: қозғалыстың нақты басталуымен дәлдеу маңызды, бұл әсіресе сөйлеу қозғалыстарына дейін қиын. Сонымен қатар, орташалау алдында бас, көз, қабақ, ауыз қозғалыстары және тыныс алудан туындаған артефактілерді жою керек, өйткені мұндай артефактілер жүздеген өлшемдерден кейін де елемеуге қиын болатын шамада болуы мүмкін. Көз қозғалысы кезінде көз бұлшық еттерінің потенциалын ми потенциалынан ажырату қажет. Кейбір жағдайларда, R толқыны сияқты потенциалдардың шығу тегін анықтау үшін жануарлармен тәжірибе жүргізу қажет болды. Сондықтан, Корнхубер мен Дике нәтижелерінің егжей-тегжейін растау үшін басқа зертханалар көп жылдар күтті. Жоғарыда айтылғандай, саусақ немесе көз қозғалысынан басқа, BP білезік, қол, иық, жамбас, тізе, аяқ және саусақтардың қасақана қозғалыстарын тіркеу үшін де қолданылды. Ол сөйлеу, жазу және жұту алдында да тіркелді. «Bereitschaftspotential» (BP) магнит-энцефалографиялық (MEG) эквиваленті, «Bereitschafts(магниттік) өрісі» (BF) немесе дайындық өрісі (RF) алғаш рет 1982 жылы Канаданың Бернаби қаласындағы Саймон Фрейзер университетіндегі Хал Вайнберг зертханасында тіркелді. Ерте компонент, BP 1 немесе BF1, қосымша моторлық аймақтан (SMA), оның ішінде пре-SMA-дан, ал кеш компонент, BP2 немесе BF2, негізгі моторлық аймақтан (MI) пайда болғандығы расталды. Бұған ұқсас оқиғамен байланысты потенциал (ERP) компонентін 1962 жылы британдық нейрофизиолог Уильям Грей Уолтер ашқан және 1964 жылы жариялаған. Бұл шартты теріс өзгеру (CNV). CNV екі толқыннан тұрады: бастапқы толқын (яғни O толқыны) және соңғы толқын (яғни E толқыны). Соңғы CNV BP сияқты сипаттамаларға ие және көптеген зерттеушілер BP және соңғы CNV бір компонент деп санайды. Дегенмен, екеуі де мидың келесі әрекетке дайындығын көрсетеді деген консенсус бар.

Нәтижелері

Ғалымдар "Брейцхафт потенциалы" зерттеуін зор қызығушылықпен қабылдады, бұл сэр Джон Экклстың: "Осы әсерлі түрде қарапайым эксперименттер мен ғаламның қозғалыс заңдарын көлбеу жазықтықтағы металл шарлармен зерттеген Галилео Галилейдің эксперименттері арасындағы керемет параллелизм таң қалдырады" деген пікірінен көрінеді. Психология мен философиядағы қызығушылық одан да артық болды, себебі ерік дәстүрлі түрде адамның бостандығымен байланысты (сағ. Корнхубер 1984). Алайда, сол жылдары бостандыққа деген көзқарас жағымсыз болды, бостандық – иллюзия деп есептелді. Бихевиоризм мен фрейдизм дәстүрі детерминистік болған. Бірінші дүниежүзілік соғыстан бұрын және кейін, тіпті екінші дүниежүзілік соғыс кезінде психологиялық зерттеулерде ерік пен ерік жиі жетекші ұғымдар болды, бірақ екінші дүниежүзілік соғыс аяқталғаннан кейін бұл төмендеді, ал 1960-шы жылдардың ортасына қарай бұл кілттік сөздер мүлдем жоғалып, Америкалық Психологиялық Ассоциацияның сөздігінен алынып тасталды. BP – бұл ерікті қозғалыстан бұрын қосымша моторлық аймақтың (SMA) қатысуының электрлік белгісі, ол негізгі моторлық аймақтан бұрын белсенділікті бастайды. BP ерік бостандығы туралы бүкіл әлемдік талқылауды тудырды (сағ. "The Bereitschaftspotential" кітабының соңғы тарауы). Жоғарыда айтылғандай, SMA қызметі "Брейцхафт потенциалының" ерте компонентін (BP1 немесе BP ерте) құрайды. SMA қозғалыстың немесе әрекеттің басталу функциясына ие. Cunnington және авторлардың 2003 жылғы зерттеуі SMA-ның өзі және SMA-ға дейінгі аймақтардың ерікті қозғалыс немесе әрекет алдында, сондай-ақ цингуляттық моторлық аймақтың (CMA) белсенді екенін көрсетіп, SMA рөлін одан әрі растады. Бұл қазір "алдыңғы орталық цингуляттық қабық (aMCC)" деп аталады. Жақында, бір мезгілде алынған ЭЭГ және fMRI интеграциясы арқылы SMA және aMCC бір-бірінің белсенділігін сақтайтын күшті өзара байланыстарға ие екендігі және бұл өзара әрекеттесу "Брейцхафт потенциалының" амплитудасына сәйкес қозғалысқа дайындалу кезінде жүзеке асыратыны көрсетілді. ЭЭГ және ЭМГ, қозғалтқыш нейрондарының әрекет потенциалдарының жалпы үлгілерін болжауға бағытталған Байес желілерін құру үшін Байес тұжырымдамасымен бірге қолданылады. Бұл интрузивті емес ми-компьютер интерфейстерін жасауға тырысатын зерттеушілерді, сондай-ақ жүйелік талдау, операциялық зерттеулер және эпистемология салаларын қызықтырады (мысалы, Смит болжауы талқылауда ұсынылды).

БП және ерік бостандығы

1980-ші жылдарғы еркін ерік туралы нейробиологиялық тәжірибелер сериясында Бенджамин Либет саналы жігер ету сезімі мен БП арасындағы байланысты зерттеді және БП-ның субъектінің "қазір оған қозғалыс жасағысы келіп тұр" деген саналы түйсігінен шамамен 0,35 секунд бұрын басталатынын анықтады. Либет қозғалысты бастауда біздің еркін ерік жоқ деген қорытындыға келді; алайда, қатысушылар жоспарланған қозғалысты соңғы сәтте тоқтатуға қабілетті болғандықтан, біз осы әрекеттерге вето қоя аламыз ("еркін емес"). Бұл зерттеулер кең пікірталас тудырды. 2016 жылы Берлинде (Германия) Джон Дилан Хейнс басқаратын топ БП-ден кейін команда бойынша жоспарланған қозғалыстың тоқтатылуы мүмкін болатын уақыт аралығын анықтады. Авторлар еріктілердің ЭЭГ белсенділігін бақылап, олардың қозғалыстарын нақты уақытта болжауға арналған ми-компьютер интерфейсі (МКИ) -мен "күресте" жеңіске жете алатынын тексерді. Олардың мақсаты – қозғалысты тоқтату (вето) мүмкін болмайтын нақты уақытты анықтау (қайта оралу нүктесі). Компьютер сынаққа тартылған адамның қозғалысын БП арқылы болжауға үйретілді. Қайта оралу нүктесі қозғалысқа 200 мс бұрын болды. Дегенмен, тіпті содан кейін де, педаль қозғалысқа келгеннен кейін, қатысушылар басталған әрекетті аяқтамай, оны қайта жоспарлай алды. Авторлар есептемелерінде өздігінен басталатын қозғалыстардың тоқтатылуы туралы 1985 жылы Либет хабарлағанын атап өтті. Осылайша, жаңа жетістік – қайта оралу нүктесін дәл анықтау болды.

Қолданбалар

Bereitschaftspotential-дің қызықты қолданылуы ми-компьютер интерфейсі (BCI) қолданбаларында; бұл сигналдық ерекшелік бас терісінен тіркеу арқылы (тіпті жеке сынақ өлшемдерінен де) анықталып, түрлі мақсаттарда пайдаланылуы мүмкін, мысалы, компьютерлік дисплейлерді басқару немесе жұлын жарақаттарында шеткі моторлық бірліктерді басқару. БКИ-нің ең маңызды қолданысы – ампутацияланған адамдардың жасанды мүшелерін "оймен" басқару.