Знакомимся с биологической обратной связью

Биологическая обратная связь – естественный инструмент жизнеобеспечения, и есть она у всякого живого организма. Без нее просто не может быть жизни.

Чем выше уровень организации живого организма, тем совершеннее (и сложнее) биологическая обратная связь.

Интересна биологическая обратная связь, однако, и своими приложениями, более всего во врачебной практике, превосходя по результатам многие иные методы лечения.

Термин “биологическая обратная связь” (биофидбек) предложен в конце 1960-х годов для описания лабораторных процедур, использовавшихся в обучении испытуемых изменять активность мозга, артериальное давление (АД), частоту сердечных сокращений (ЧСС) и другие физиологические параметры, которые в обычных условиях не поддаются контролю [1,2].

Сегодня понимание биологической обратной связи (далее биофидбека) расширилось и под нею понимают «технологию, включающую в себя комплекс исследовательских, лечебных и профилактических физиологических процедур, в ходе которых пациенту посредством внешней цепи обратной связи, организованной преимущественно с помощью микропроцессорной или компьютерной техники, предъявляется информация о состоянии и изменении тех или иных собственных физиологический процессов» [3].

 

История метода

 

Первые работы в области биофидбека были выполнены в клинической нейрофизиологии. В 1958 году Kamiya [4,5] начал изучать изменения альфа-ритма электроэнцефалограммы (ЭЭГ) испытуемых (альфа-нейрофидбек) при выполнении различных ментальных упражнений. В целях выработки дискриминационного условного рефлекса по условиям опыта периодически звонил колокольчик, а испытуемый должен был сам указать, «генерировал» ли его мозг альфа-ритм непосредственно перед аудиторным стимулом. Многие испытуемые смогли обучиться этому, что привело к дальнейшим исследованиям управления альфа-ритмом.

В последующем Kamiya и сотр. [6] продемонстрировали, что испытуемые могли подавлять активность альфа-ритма, когда им предоставлялась звуковая информация о его наличии. Хотя первоначальные ожидания от возможности произвольно управлять альфа-ритмом оказались преувеличенными, эти исследования были продолжены, так как предполагалось, что они в конечном итоге могут привести к разработке более эффективных клинических методов биофидбека.

Несмотря на оптимистичные ожидания, не удалось продемонстрировать четкую корреляцию между высокой плотностью альфа-ритма и субъективным ощущением покоя и расслабленности. Как оказалось, альфа-ритм не имеет универсального стресс-снижающего действия, отмеченного в ранних исследованиях [7]. Однако, это не послужило причиной полного отказа от концепции нейрофидбека и впоследствии появились многие другие виды лечения с использованием биофидбека.

Так, Martin Orne и сотр. оспорили утверждение, что альфа-нейрофидбек фактически означает тренинг индивидуума произвольно регулировать мозговую деятельность [8]. В ответ на это J. Hardt и J. Kamiya опубликовали статью, в которой доказывали эффективность нейрофидбека, и что его эффективность не зависела от визуально-моторной информации [9].

В 1978 г. Ancoli и Kamiya исследовали, является ли или нет усиление альфа-ритма на ЭЭГ результатом снижения визуального и глазодвигательного ответа [10]. Они провели метаанализ 45 различных исследований нейрофидбека и пришли к выводу, что в большинство выполненных ранее исследований страдали от методологических недостатков. По их выводам, многие негативные результаты появились из-за слишком короткого периода обучения и неоптимальных условий биофидбека. Как результат, ими было предложено проводить не менее 4 учебных занятий с непрерывным биофидбеком, каждое продолжительностью не менее 10 минут с количественной оценкой достигаемых результатов тренировки.

В дальнейшем, Barry Sterman и сотр. продемонстрировали высокую эффективность нейрофидбека с использованием бета-ритма (бета-нейрофидбек), включая и роль сенсомоторной ритмической активности ЭЭГ [11]. Бета-нейрофидбек был использован в лечении эпилепсии [12, 13], синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) [14]. Сенсомоторный ритм (SMR, СМР) является ритмической активностью мозга в диапазоне 12-16 Гц, которая может быть зарегистрирована вблизи сенсомоторной области коры. СМР регистрируется во время бодрствования и очень похож, если не идентичен, веретенам сна, которые возникают во второй стадии сна.

Также В. Sterman показал, что у обезьян и кошек, прошедших СМР-тренинг отмечались повышение порогового уровня монометилгидразина (вещества, вызывающего судороги). Эти исследования показывают, что СМР связан с процессами торможения в двигательных областях коры и, следовательно, усиление СМР через оперантные рефлексы увеличивает способность контролировать припадки [13].

Исследования сканограмм мозга позволили связать СДВГ с изменениями работы коры передней поясной извилины (anterior cingulate cortex, ACC) в задачах, связанных с выборочным вниманием. В 2006 году Johanne Levesque и сотр. опубликовали результаты исследований функциональной МРТ (fMRI), демонстрирующие нормализацию активации ACC в задачах с выборочным вниманием у испытуемых с СДВГ, прошедшим нейрофидбек-тренинг. Испытуемые были рандомизированы либо в группу нейрофидбека, либо в группу контроля; в группе контроля не было отмечено никаких изменений в активации АСС по сравнению с группой нейрофидбека [15].

В последние 15-20 лет отмечается резкое повышение интереса к нейрофидбеку, связанное с более глубоким пониманием тонких механизмов, лежащих в его основе. Нейрофидбек с альфа- и тета-ритмом использовался в лечении алкогольной [16-20] и других зависимостей, а также тревожных расстройств [21-22]. Нейрофидбек на этих низких частотах сильно отличается нейрофидбека с бета-ритмом или СМР. Бета- и СМР-нейрофидбек можно рассматривать как наиболее физиологичный метод, усиливающий процессы торможения в сенсомоторных зонах коры и подавляющий альфа-ритм. С другой стороны, альфа-тета-нейрофидбек, имеет в своей основе психотерапевтическую модель и включает в себя доступ к болезненным или подавленным воспоминаниям через альфа-тета состояние (термин, который происходит от регистрируемого паттерна ритма на ЭЭГ).

В 2010 году T. Ros и сотр. было проведено исследование, впервые продемонстрировавшее наличие нейропластического эффекта, происходящие непосредственно после нейрофидбека [23]. Как было показано, достаточно получасового сеанса нейрофидбека, чтобы вызвать длительные изменения в возбудимости коры головного мозга и корковой активности. Авторы отметили, что ответ коры на транскраниальную магнитную стимуляцию (transcranial magnetic stimulation, ТМС) был значительно усилен после нейрофидбека и сохранялся, по крайней мере, 20 минут.

Одной из интересных областей исследований биофидбека стала эмпирическая оценка висцеральных или гладкомышечных оперантных условных рефлексов, принимая во внимание, что в 1938 г. Skinner не смог продемонстрировать выработки оперантного вазоконстрикторного условного ответа [24].

N. Miller и сотр. (прежде всего, L. DiCara) занимались выработкой оперантных условных рефлексов вегетативной нервной системы на животных. В 1968 году DiCara и Miller [25] продемонстрировали, что курарезированных крыс можно научить избегать удара электрическим током, снижая частоту сердечных сокращений. Хотя попытки Miller повторить эти результаты были неудачными, все же удалось показать, что висцеральные оперантные условные рефлексы с помощью биофидбека могут быть выработаны и у человека [26].

Были ли первоначальные выводы Miller искажены артефактами измерений или сложным взаимодействием различных факторов, не известно до сих пор. Однако публикация его ранних исследований по висцеральным оперантным условным рефлексам у животных заинтересовала многих ученых и вдохновила исследовать подобные явления на человеке, что и привело в конечном итоге к разработке новых, более сложных технологий биофидбека.

H D Kimmel исследовал инструментальные оперантные условные рефлексы вегетативной нервной системы (ВНС) у человека. Опираясь на результаты более ранних экспериментов в развитии оперантных условных рефлексов управления кожногальваническими реакциями (КГР), он обнаружил, что изменение КГР субъектов могло быть обусловлено использованием приятных запахов [27]. Далее он просуммировал итоги исследований, в том числе 16 исследований биофидбека с КГР, 5 – с сердечным ритмом и 3 – вазомоторными реакциями, которые поддержали предположение, что на ВНС можно влиять с помощью оперантных условных рефлексов [28].

Эти выводы были подвергнуты критике Katkin и Murray [29], которые тоже получили положительные результаты, но связывали их с эффектом медиаторов.

Lang и Melamed продемонстрировали формирование оперантного рефлекса у девятимесячного ребенка [30]. Впоследствии, Frezza и Holland [31] показали, что слюноотделение у человека также можно контролировать с помощью оперантных условных рефлексов.

Elmer и Alyce Green [32] разработали клинический протокол для тренировки управления кожной температурой с помощью биофидбека. Использовались данные о периферической температуре кожи в качестве меры вазодилатации и комбинацию температурного биофидбека с аутогенной тренировкой Schultz и Luthe [33].

Sargent, Green и Walters [34] применили температурный биофидбек для лечения мигрени. Пациентов обучали повышать температуру кончиков пальцев (вазодилатация), снижая температуру в области лба (вазоконстрикция). По их данным почти 75% испытуемых смогли уменьшить продолжительность и интенсивность приступов мигрени. Более поздние исследования подтвердили эти результаты.

Thomas Budzynski и сотр. использовали электромиографическую тренировку (ЭМГ-биофидбек) для обучения пациентов снижать напряжение в мышцах лба при головных болях мышечного генеза [35]. Они показали, что за 16-недельный период тренировки снизились интенсивность головных болей и средний уровень мышечного напряжения с 10 до 3,5 микровольт. В их исследованиях были предусмотрены две контрольные группы пациентов с головной болью – первая группа получала “ложный” или псевдобиофидбек, а во второй группе биофидбек не применялся вообще. Ни в одной из них не отмечалось такого же улучшения, как в группе ЭМГ-биофидбека.

В 1960 Marinacci и Horande продемонстрировали, что ЭМГ-биофидбек может быть применен в лечении нервно-мышечных расстройств [36]. В 1977 году Baker и сотр. предложили шкалу для стратификации пациентов, перенесших инсульт, по степени прогресса в восстановлении нервно-мышечного контроля [37]. Basmajian показал, что пациенты могут обучиться контролировать активность отдельных мотонейронов [38, 39]. При постоянных физических упражнениях с ЭМГ-биофидбеком, функционирование мышц во многих случаях может быть постепенно восстановлено, даже в тех случаях, когда она была полностью утрачена. B. Brucker занимался практическим применением этой методики восстановления контроля над отдельными мышечными группами при травмах спинного мозга и других случаев паралича. К сожалению, этот впечатляющий прорыв в лечении различных видов параличей и парезов еще не широко известен. J. Cram и S. Donaldson разработали стандартизованные методы ЭМГ-биофидбека специальные упражнения для различных групп мышц.

В связи с накоплением значительного числа исследований в 1968 году в Санта-Монике, США, было проведено первое заседание Bio-Feedback Research Society (BRS). В 1976 году BRS была переименована в Biofeedback Society of America (BSA).

В 1981 году основана независимая бесприбыльная организация Biofeedback Certification Institute of America (BCIA), в марте 2010 года переименованная в Biofeedback Certification International Alliance (http://www.bcia.org/), имевшая своей целью сертификацию и контроль приборов и методик биофидбека, а также обучение и сертификацию врачей, практикующих биофидбек.

В дальнейшем, в связи с расширением поля деятельности, в 1989 году BSA была переименована в Association for Applied Psychophysiology and Biofeedback (AAPB, http://www.aapb.org/). В 1995 году было основано Society for the Study of Neuronal Regulation (SSNR), в 2006 переименованное в International Society for Neurofeedback & Research (ISNR, http://www.isnr.org/). По примеру США, в ряде других стран были созданы организации и профессиональные общества, занимающиеся проблемами биофидбека, например в Чехии (Feedback Institute, Ltd. and EEG-Biofeedback institute, http://www.eeg-bfb-i.cz), Австрии (The Austrian Society of Biofeedback and Psychophysiology, http://www.austria-biofeedback.at/), Франции (BFKT Association pour l’Enseignement du Biofeedback Thйrapeutique, http://www.bek.fr), Германии (Biofeedback in der Medizin, http://www.schlafmedizin.com/) и т.д., многочисленные региональные и международные конференции. В 1996 году был основан Biofeedback Foundation of Europe (BFE, http://www.bfe.org/). В 2008 году произошло объединение ресурсов AAPB, BCIA и ISNR в Biofeedback Neurofeedback Alliance [40].

По проблемам биофидбека выпускается два специализированных научных журнала: Biofeedback Magazine (http://www.aapb-biofeedback.com/toc/biof/current) и Applied Psychophysiology and Biofeedback Journal (http://www.aapb.org/magazine.html)

 

Контуры и технологии биофидбека

 

Контуры биофидбека обычно реализуются через регистрацию доступных для измерения быстрореактивных физиологических параметров, например, таких как кожная температура, кожно-гальваническая реакция, биоэлектрическая активность мышц или головного мозга, частоты дыхания или сердечных сокращений, вариабельности сердечного ритма, артериального давления, и др. [1]. Наиболее распространенным являются контуры кожной термометрии, кожно-гальванической реакции, электромиографии, дыхания, ЭЭГ, вариабельности сердечного ритма.

Биофидбек с контуром кожной термометрии является одним из самых первых и простых. Технически прибор температурного биофидбека состоит из пластинки, меняющей свое сопротивление в зависимости от температуры. Электрическое сопротивление пластины измеряется и может быть преобразовано обратно в градусы температуры, и отображены в виде графика или рисунка для обратной связи с испытуемым. Хотя кожная температура в основном, отражает диаметр артериол, повышение и понижение температуры реализуются через различные механизмы и их регуляция требует различных навыков [41]. Так, повышение температуры на руках реализуется через дилатацию артериол, вызываемую бета2-адренергическими гормональными влияниями [42]. Снижение кожной температуры происходит из-за вазоконстрикции, вызываемой повышением активности симпатических С-волокон [43]. Метод является неинвазивным и требует только крепления датчика на коже (обычно, на кончиках пальцев), электротравма при этом полностью исключена. Температурный биофидбек применяется в лечении хронической боли, головной боли (мигрени и головной боли напряжения), артериальной гипертензии, болезни Рейно, при тревожных расстройствах и стрессе [44].

4
Leave your comment

avatar
4 Comment threads
0 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
2 Comment authors
GEORG Recent comment authors

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

  Subscribe  
newest oldest most voted
Notify of
GEORG
Guest
GEORG

Очень интересно! И может быть очень полезным для : а) занимающихся практиками оздоровления, построенными на медитации, аутотренинге. Современные научные методы и инструментальные средства контроля состояния организма помогут осваивать систему, адаптироваться с учетом своих особенностей (не каждый найдет настоящего Гуру) ; б) врачей, которые с уважением и вниманием относятся к многовековому опыту *нетрадиционных* систем оздоровления.

GEORG
Guest
GEORG

Давайте будем развивать, внедрять – врачи и пациенты,, профи и аматоры, главное – все энтузиасты!