Введение

Техника нейрофидбека

Гемоэнцефалография (HEG) — это техника нейрофидбека в области нейротерапии. Нейрофидбек, являясь специфической формой биофидбека, основан на идее о том, что человек может сознательно изменять функции своего мозга посредством тренировочных сеансов, в ходе которых он пытается изменить сигнал, генерируемый мозгом и измеряемый с помощью механизма нейрологической обратной связи. По завершении процесса участники увеличивают мозговой кровоток в определенной области мозга, что, как следствие, повышает активность мозга и улучшает результаты выполнения задач, связанных с этой областью.

Обзор

Оба подхода к гемоэнцефалографии, ближний инфракрасный и пассивный инфракрасный, являются косвенными показателями нейронной активности, основанными на нейроваскулярной связи. Нейроваскулярная связь – это механизм, посредством которого мозговой кровоток сопоставляется с метаболической активностью. Когда область коры вовлекается в выполнение конкретной когнитивной задачи, нейронная активность в этой области возрастает, что приводит к увеличению локальной скорости метаболизма. Чтобы удовлетворить возросшие потребности в питательных веществах и удалении продуктов обмена, связанные с более высокой скоростью метаболизма, мозговой кровоток в используемую область коры должен увеличиваться пропорционально. Вместе с увеличением кровотока, молекулы гемоглобина в крови, отвечающие за транспорт и доставку кислорода к тканям по всему организму, должны увеличивать объем доставляемого кислорода в активированную область коры, что приводит к повышению уровня локальной оксигенации крови. Это также называют гемодинамическим ответом.

Близкоинфракрасная (NIR)

Разработанный Гершелем Томимом, ближняя инфракрасная гемоэнцефалография измеряет изменения локального уровня насыщения крови кислородом. Подобно функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), которая использует изменения магнитных свойств крови, вызванные насыщением кислородом, для формирования изображения активности мозга, ближняя инфракрасная спектроскопия (NIR) использует изменения прозрачности крови, вызванные насыщением кислородом, для генерации сигнала, который может быть сознательно модулирован в сеансах нейрофидбека. На самом базовом уровне гемоэнцефалография NIR направляет чередующийся красный (660 нм) и ближний инфракрасный (850 нм) свет на определенную область мозга, обычно через лоб. В то время как череп в значительной степени пропускает эти длины волн света, кровь – нет. Красный свет используется в качестве зонда, а инфракрасный свет обеспечивает относительно стабильную базовую линию для сравнения. Фотоэлектрические датчики в спектрофотометрическом устройстве, надетом на лоб, измеряют количество каждой длины волны света, отраженной мозговым кровотоком в активированной коре головного мозга, и передают данные на компьютер, который затем вычисляет соотношение красного и инфракрасного света и преобразует его в визуальный сигнал, соответствующий уровню насыщения кислородом, отображаемый на графическом интерфейсе, который видит пациент. Ключевым параметром, отслеживаемым с помощью NIR, является кислород. При NIR, по мере увеличения соотношения оксигемоглобина (HbO2) к дезоксигемоглобину (Hb), кровь становится все менее прозрачной и рассеивает больше красного света, вместо того чтобы его поглощать. В отличие от этого, количество инфракрасного света, рассеянного кровью, в значительной степени не зависит от изменений уровня насыщения гемоглобина кислородом.

Пассивная инфракрасная (PIR)

Разработанный Джеффри Карменом, частным психологом из Нью-Йорка, пассивный инфракрасный HEG представляет собой сочетание классических принципов гемоэнцефалографии, применяемых Тумимом, и техники, известной как термоскопия. PIR использует датчик, аналогичный датчику NIR, для обнаружения света из узкого диапазона инфракрасного спектра, соответствующего количеству тепла, выделяемого активной областью мозга, а также локальному уровню насыщения крови кислородом. Количество тепла, обнаруженного PIR, пропорционально объему сжигаемого сахара для поддержания повышенной скорости метаболизма, необходимой для обеспечения повышенной нейронной активности. PIR обладает более низким разрешением, чем NIR, и данная терапия обычно направлена на более общее увеличение мозгового кровотока.

История

Первый настоящий случай нейрофидбека произошел в 1963 году, когда профессор Чикагского университета Джозеф Камия обучил добровольца распознавать и изменять активность альфа-мозговых волн. Всего пять лет спустя Барри Стерман провел революционное исследование на кошках по заказу НАСА, которое доказало, что кошки, обученные сознательно изменять свой сенсомоторный ритм, были устойчивы к дозам гидразина, обычно вызывающим судороги. Этот результат был применен к людям в 1971 году, когда Стерман обучил эпилептичку контролировать свои приступы с помощью сочетания сенсомоторного ритма и ЭЭГ-нейротерапии, в результате чего она получила водительские права всего через три месяца лечения. Примерно в то же время Гершель Тумим основал лабораторию биологической обратной связи Toomim и Исследовательский институт Biocomp на основе устройства, известного как Alpha Pacer, которое измеряло мозговые волны. После десятилетий работы с различными механизмами биологической обратной связи, Томим случайно обнаружил сознательный контроль мозгового кровотока в 1994 году. Он разработал устройство, специально предназначенное для измерения этого показателя, которое он назвал системой ближней инфракрасной спектрофотометрической геменцефалографии, и в 1997 году ввел термин "гемоэнцефалография". Клиницист, использующий NIR HEG, Джеффри Кармен, адаптировал систему Тумима для лечения мигрени в 2002 году, интегрировав в ее конструкцию периферическую термическую биологическую обратную связь. С тех пор оба метода применяются при лечении многочисленных расстройств функции лобной и префронтальной доли. Шеррилл, Р. (2004).

Обучение

Перед началом тренировок с устройством HEG пациентам проводится стандартизированный предварительный тест, чаще всего Тест переменных внимания (TOVA), для оценки исходного уровня когнитивных функций. Прогресс пациента отслеживается с помощью того же теста в начале и в конце каждого сеанса нейротерапии. Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (SPECT) может также проводиться до и после лечения, в зависимости от расстройства пациента. Сеансы тренировок обычно длятся от 45 минут до часа с периодическими перерывами. Первоначально все сеансы проводятся в клинике сертифицированного специалиста по нейротерапии (хотя сейчас доступны и некоторые варианты для домашнего использования) и начинаются с частоты 2-3 раза в неделю. В зависимости от пациента, тренировка может длиться от нескольких месяцев до нескольких лет. Высокая вариабельность активности красного света (широкий диапазон от низкой до высокой интенсивности) обычно характерна для людей с проблемами префронтальной коры. Низкая вариабельность связана с более нормальным функционированием. Отношение преломления красного и инфракрасного света отображается в виде визуального сигнала на мониторе компьютера и может быть преобразовано в звуковой сигнал, в котором более высокая тональность соответствует большему насыщению кислородом. Во время сеанса тренировки HEG пациенты пытаются усилить сигнал, генерируемый датчиком HEG. Прогресс измеряется уменьшением вариабельности.

Перспективные исследования

Большинство исследований в области HEG были сосредоточены на расстройствах, связанных с префронтальной корой (PFC) – областью коры головного мозга, расположенной непосредственно за лбом и отвечающей за высшие исполнительные функции, такие как планирование, принятие решений, эмоциональная регуляция, подавление импульсов, организация и определение причинно-следственных связей. Считается, что префронтальная кора необходима для любого целенаправленного и социально обусловленного поведения. ПФК является идеальной целью для HEG как благодаря своему расположению на коже головы (за лбом, где отсутствие волос не препятствует рассеянию красного и инфракрасного света), так и из-за обучаемости основных функций этой области.

Мигрень

Исследования с использованием PIR были сосредоточены почти исключительно на облегчении головных болей напряжения и мигреней. Четырехлетнее исследование 100 пациентов, страдающих хронической мигренью, показало, что после всего шести 30-минутных занятий 90% пациентов отметили значительное улучшение состояния при мигренях. В другом исследовании, которое проводилось в течение 14 месяцев, были объединены методы биообратной связи, включающие ЭЭГ, гемоэнцефалографию и согревание рук, в рамках трех еженедельных сеансов. 70% пациентов отметили снижение частоты и интенсивности мигреней на 50% или более после комбинированной невротерапии и медикаментозного лечения, по сравнению с 50% пациентов, получавших только традиционную медикаментозную терапию.

Аутизм

Термин «аутизм» охватывает широкий спектр синдромов, таких как синдром Ретта, генерализованное расстройство развития (ГРР) и синдром Аспергера, которые в совокупности называются расстройствами аутистического спектра (РАС). Все люди с РАС демонстрируют нарушения в понимании и реализации социальных и коммуникативных навыков, импульсивность, трудности с концентрацией внимания и ту или иную форму обсессивно-компульсивного поведения. У многих пациентов с РАС интеллект находится в пределах нормы или выше, однако их ЭЭГ-показатели значительно отклоняются от нормы, что в сочетании с симптомами, указывающими на нарушение исполнительных функций, делает их подходящими кандидатами для префронтальной нейротерапии. Множество исследований, посвященных изучению эффективности нейротерапии при РАС, в основном использовали ЭЭГ и количественную ЭЭГ (кЭЭГ), но одно недавнее исследование оценивало эффективность тренировок как с использованием ближней инфракрасной спектроскопии (NIR), так и с использованием фотоплетизмографии (PIR) по сравнению с контрольной группой, использовавшей только кЭЭГ. Результаты показали, что, согласно сообщениям родителей, у участников обеих групп HEG наблюдалось снижение симптомов более чем на 50%. Эти данные были подтверждены снижением вариабельности ЭЭГ и улучшением показателей нейробиологического и нейропсихологического функционирования. NIR оказывал большее влияние на внимание, а PIR демонстрировал большую эффективность в области эмоциональной регуляции и социальных взаимодействий.

Слишком высокая концентрация внимания и гиперактивность

С множеством симптомов, напоминающих расстройство аутистического спектра (РАС), расстройство дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) также являлось объектом исследований HEG. В одном случае подросток с СДВГ демонстрировал крайне аномальные показатели QEEG и низкие баллы по тестам на внимание в рамках нейропсихологического обследования. После всего десяти двухнедельных сеансов HEG-тренировки он показал полностью нормальные показатели QEEG и значительно улучшил результаты тестов на внимание. Важно отметить, что улучшения сохранялись в течение восемнадцати месяцев после завершения лечения, что позволило пациенту существенно снизить дозировку лекарственных препаратов, необходимых для успешной учебы в школе, и предложило быстрый и относительно недорогой вариант лечения для школ и родителей детей с СДВГ.

Когнитивные способности

Большая группа исследователей под руководством доктора Хершеля Тумима и его жены Марджори неоднократно обнаруживала, что тренировка NIR HEG позволяет сознательно усиливать региональную оксигенацию мозга в определенных областях и повышать эффективность выполнения когнитивных задач. Хорошо известно, что регулярные кардиоваскулярные упражнения увеличивают мозговой кровоток за счет повышения сосудистости капилляров, питающих нейронную ткань. Томим, Мизе, Квонг и др. обнаружили, что после всего десяти 30-минутных сеансов тренировок мозга с использованием HEG у участников с различными неврологическими расстройствами наблюдалось увеличение внимания и снижение импульсивности до нормальных показателей. У части участников также отмечалось увеличение сосудистости головного мозга, аналогичное тому, что наблюдается при увеличении физической активности. Более того, степень улучшения надёжно коррелировала с исходным показателем TOVA каждого участника, при этом участники с самыми низкими исходными показателями TOVA демонстрировали наибольший прогресс.

Другие

Кроме того, HEG показал обнадеживающие результаты в облегчении депрессии, стресса и хронической тревожности. Также существуют исследования, проведенные Луисом Гавирией в больнице Лас-Америкас, где пациентам после нейрохирургических вмешательств предлагали 20-минутные сеансы HEG в рамках их реабилитации. У этих пациентов наблюдалось улучшение в восстановлении отношений с близкими, по сравнению с контрольной группой.