БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ ОТ ЭНДОГЕННЫХ РИТМОВ ПАЦИЕНТА В КОРРЕКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РАССТРОЙСТВ Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Семенов В.С. Институт биофизики клетки РАН, Пущино Градобоев В.Н. Градобоев В.Н. Секция прикладных проблем при Президиуме РАН, Москва Евстигнеев А.Л. Летно-исследовательский институт им. М.М.Громова, Жуковский

Социальный стресс Гиподинамия, напряженный ритм работы, недостаток сна и т.д. Производственны й стресс Эмоциональный стресс Дискомфортный синдром Функциональные нарушения Информационный стресс Болезнь

теоретическое обоснование ритма дыхания, ритма сокращений сердца или ритмов электрической активности мозга (ЭЭГ ритмов) теоретическое обоснование и экспериментальное тестирование перспективного подхода к нелекарственной коррекции функциональных расстройств у человека - технологии резонансного биоуправления с обратной связью от эндогенных ритмических процессов пациента: ритма дыхания, ритма сокращений сердца или ритмов электрической активности мозга (ЭЭГ ритмов) Цель исследования -

Обоснование подхода: Система биопотенциалов мозга, сердечно-сосудистая и дыхательная системы: Система биопотенциалов мозга, сердечно-сосудистая и дыхательная системы: - тесно взаимосвязаны и имеют близкие частотные параметры; - тесно взаимосвязаны и имеют близкие частотные параметры; - составляют основу природных механизмов регуляции; - составляют основу природных механизмов регуляции; - характеризуются высокой чувствительностью к действию внешних факторов. - характеризуются высокой чувствительностью к действию внешних факторов. Благодаря этому даже низкоинтенсивные, но ритмически организованные воздействия могут сопровождаться выраженными физиологическими эффектами, обусловленными резонансными механизмами смены биологических состояний. Благодаря этому даже низкоинтенсивные, но ритмически организованные воздействия могут сопровождаться выраженными физиологическими эффектами, обусловленными резонансными механизмами смены биологических состояний. Такие частоты внешних воздействий относятся к разряду биоэффективных, а их использование является перспективным путем оптимизации разнообразных терапевтических процедур. Такие частоты внешних воздействий относятся к разряду биоэффективных, а их использование является перспективным путем оптимизации разнообразных терапевтических процедур. Важными особенностями эндогенных ритмических процессов организма являются: Важными особенностями эндогенных ритмических процессов организма являются: - их зависимость от текущего функционального состояния мозга; - их зависимость от текущего функционального состояния мозга; - значительное варьирование конкретных значений от пациента к пациенту; - значительное варьирование конкретных значений от пациента к пациенту; - высокая стабильность частотных характеристик у данного индивида. - высокая стабильность частотных характеристик у данного индивида. Это означает, что максимальная эффективность коррекционных воздействий может быть достигнута только при точном соответствии их частоты текущим параметрам эндогенных ритмических процессов данного субъекта. Это означает, что максимальная эффективность коррекционных воздействий может быть достигнута только при точном соответствии их частоты текущим параметрам эндогенных ритмических процессов данного субъекта. Именно этим достоинством обладают воздействия, использующие сигналы обратной связи от непосредственно регистрируемых собственных ритмов каждого пациента. Именно этим достоинством обладают воздействия, использующие сигналы обратной связи от непосредственно регистрируемых собственных ритмов каждого пациента.

Эксперимент 1. Обезболивание с помощью транскутанной электронейростимуляции (ТЭНС), управляемой дыханием пациента Блок-схема эксперимента: Блок-схема эксперимента: Пациент Анализатор Нейро- стимулятор Ритм дыхания Электр. импульсы Детали эксперимента: - Испытуемые: мужчины-добровольцы с острой болью различной этиологии; - Параметры стимуляции: длительность 15 минут, частота 4 Гц, интенсивность 0.1 – 10 мА в зависимости от фазы дыхания; - Регистрируемые показатели: субъективная оценка уровня боли, ЭЭГ затылочной зоны, ЭМГ лицевых мышц, КГР, пневмограмма.

Результаты После однократного применения электростимуляции, модулируемой дыханием пациента, явные эффекты обезболивания отмечены у 83% больных, чего не наблюдается в обычных процедурах ТЭНС. 2. В структуре биопотенциалов мозга 2. В структуре биопотенциалов мозга выявлена достоверная (P < 0.01) выявлена достоверная (P < 0.01) активация низкочастотных (8-10 Гц) активация низкочастотных (8-10 Гц) компонентов альфа-ритма ЭЭГ. компонентов альфа-ритма ЭЭГ. 3. Судя по пневмограмме, дыхание 3. Судя по пневмограмме, дыхание стало реже, но с достоверно стало реже, но с достоверно (P < 0.01) возросшей амплитудой. (P < 0.01) возросшей амплитудой. Значимые (P < 0.05) величины Значимые (P < 0.05) величины снижения амплитуды ЭМГ и снижения амплитуды ЭМГ и КГР являются объективными КГР являются объективными индикаторами уменьшения болевых индикаторами уменьшения болевых ощущений и стресса. ощущений и стресса.

Эксперимент 2. Подавление стресса аудио-визуальными воздействиями, основанными на двойной обратной связи от ЭЭГ осцилляторов пациента Достоинства существующих подходов Резонансная стимуляция (Audio-Visual Entrainment, Brain Wave Synchronization) Биоуправление с обратной связью по ЭЭГ (Neurofeedback, Neurotherapy) 1. Неинвазивность++ 2. Отсутствие противопоказаний++ 3. Ориентированность на центральные регуляторные механизмы мозга Индивидуальная направленность-+ 5. Активное участие пациента в оптимизации своего состояния -+

Недостатки существующих методов ЭЭГ- биоуправления Следствия Предлагаемый способ преодоления недостатка 1. Использование заранее заданных, излишне широких (3-5 Гц) и полифункциональных ЭЭГ ритмов. Вызывает неоднозначность реакций пациента, снижение эффективности освоения навыка ЭЭГ- биоуправления On-line выявление и использование характерных для каждого пациента узкочастотных ЭЭГ осцилляторов 2. Сложность осознания сигналов обратной связи, обусловленная индивидуальным уровнем перцептивного контроля Затрудняет освоение навыка направленной регуляции состояний, требует длительного (до 20 сеансов) обучения. Введение второго, дополнительного контура обратной связи, в котором сигналы от ЭЭГ осцилляторов пациента используются без участия его сознания для автоматической модуляции воздействий.

Детали эксперимента: - Испытуемые-добровольцы приходили на 10-минутные обследования по 2-4 раза, находясь в состоянии эмоционального стресса. - Регистрируемые показатели: субъективная оценка состояния, тест САН до и после каждого обследования, запись ЭЭГ. - Задание: подавлять звуковые сигналы в наушниках, не обращая внимания на световые стимулы. Пациентам объясняли, что таким образом они овладевают навыком подавления патологических компонентов собственной ЭЭГ и снимают стресс. ТЕХНОЛОГИЯ ДВОЙНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ОТ ЭЭГ ОСЦИЛЛЯТОРОВ ПАЦИЕНТА

Спектральный анализ ЭЭГ

Результаты Как правило, уже к концу первого сеанса биоуправления испытуемые могли правильно выполнять поставленную задачу, снижая до минимума уровень звуковых сигналов. Большинство пациентов после сеансов отметили существенное снижение уровня напряжения и стресса. 1. Как правило, уже к концу первого сеанса биоуправления испытуемые могли правильно выполнять поставленную задачу, снижая до минимума уровень звуковых сигналов. Большинство пациентов после сеансов отметили существенное снижение уровня напряжения и стресса. Важно подчеркнуть, что такие эффекты получены в результате всего 2-4 лечебных процедур. 2. Выявлена закономерная динамика изменений ЭЭГ: в каждом сеансе мощность тета- ритма ЭЭГ относительно начального фона уменьшается, а мощность альфа-ритма – достоверно возрастает. Таким образом, изменения ЭЭГ под влиянием проведенных лечебных сеансов происходят в требуемом по условиям эксперимента направлении.

3. В субъективных характеристиках состояния (тест САН) отмечены позитивные сдвиги относительно исходного уровня, достигшие для оценок самочувствия и настроения уровня значимости (P < 0.01). Таким образом, полученные результаты демонстрируют перспективность сочетания преимуществ ЭЭГ-биоуправления (предельной индивидуальности и активного участия субъекта в лечебных процедурах) с достоинствами резонансной стимуляции, автоматически модулируемой биопотенциалами мозга пациента.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! А.И.Федотчев, А.Т.Бондарь, В.С.Семенов, Градобоев В.Н., Евстигнеев А.Л. Градобоев В.Н., Евстигнеев А.Л.