Новая технология коррекции нервно- психических состояний с помощью НБОС-регуляции мощности и локализации электрических дипольных источников ЭЭГ

NEW TECHNOLOGY OF CORRECTION OF NEURO- PSYCHIC STATES USING BIOFEEDBACK REGULATION OF POWER AND LOCALIZATION OF ELECTRIC DIPOLE OF EEG



С.И. Сороко
С.С. Бекшаев
S.I. Soroko
S.S. Bekshaev
soroko@iephb.ru
mbeks47@yandex.ru
заведующий лабораторией Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук, член-корреспондент РАН, действительный член РАЕН, лауреат Государственной премии СССР, доктор медицинских наук, профессор
старший научный сотрудник Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук, кандидат биологических наук, математик, специалист в области нейрокибернетики
Head of the Laboratory, Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of Russian Academy of Sciences, corresponding member of Russian Academy of Sciences, full member of Russian Academy of Natural Sciences, recepient of the State Prize of the USSR, Doctor of Medicine, professor
senior researcher, Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of Russian Academy of Sciences, PhD in Biology, mathematician, specialist in the field of Neurocybernetics
г. Санкт-Петербург
г. Санкт-Петербург
St. Petersburg
St. Petersburg

Ключевые слова:

  • мозг
  • функциональные состояния
  • нейробиоуправление с биологическими обратными связями
  • локализация электрических диполей
  • коррекция функциональных расстройств
  • Keywords:

  • brain
  • functional states
  • neurobiofeedback method
  • localization of electric dipole
  • correction of functional disorders
  • В статье рассматриваются новые подходы к коррекции функциональных нарушений центральной нервной системы человека с помощью адаптивного биоуправления электрической активностью мозга (НБОС-регуляция). Впервые приводятся данные по использованию в качестве сигналов обратной связи мощности и локализации электрических дипольных источников. Показано, что подавление мощности или перемещение доминирующего очага дипольной активности из глубоких и корковых структур мозга, поддерживающих патологическое состояние, приводит к исчезновению симптоматики нарушений и нормализации функционального состояния.

    We discuss the new approaches to the correction of functional disorders of the central nervous system using the adaptive bio-control of electrical activity of the brain (neurobiofeedback regulation method). We present the data concerning the use of power and localization of electric dipole sources as feedback signals for the first time. We show that the power decrease or moving the dominant focus of dipole activity from the deep and cortical brain structures that support the pathological state result in the disappearance of disorder symptoms and normalization of the functional state.

    Обзор статьи

    Разработка технологий сознательного контроля неосознаваемых процессов в организме с помощью биологической обратной связи (далее – БОС), которые позволяют иногда более эффективно, чем лекарства, помочь в восстановлении нарушенных функций у больных после инсульта, гипертоникам, с мигренью и головной болью, астматикам, при тревожных и депрессивных расстройствах и т.д. – получает все большее практическое приложение в клинической медицине. В последние годы получены экспериментальные доказательства использования этого метода в дифференциальной диагностике ряда заболеваний, когда с помощью общепринятых методов это требует значительно больших усилий и не всегда удается.
    Теоретические предпосылки современной психофизиологии «биологической обратной связи» (БОС) относятся к середине XX столетия. Практическое же использование определенных БОС методов и процедур началось 30–40 лет назад. Они используются не только как монотерапия, но также в комбинации с современной психотерапией, аутогенной тренировкой и гипнозом. БОС-технологии расширяют методы лечения, используемые врачами и медицинскими психологами. Существует тесное взаимодействие между психофизиологическими исследованиями и изучением эффектов и механизмов БОС. Методы адаптивного биоуправления могут с успехом использоваться не только для изучения механизмов регулирования физиологических функций, но и для направленной тренировки и мобилизации функциональных резервов организма с целью облегчения процессов адаптации и коррекции возможных дезадаптационных расстройств.
    Наши исследования показали, что коррекция функционального состояния методами адаптивного биоуправления с БОС происходит не столько за счет абсолютных изменений регулируемого параметра, сколько за счет перестроек структуры внутрисистемных и межсистемных взаимоотношений. Это свидетельствует о том, что направленная произвольная модификация физических параметров биоэлектрической активности (ее амплитудных и частотных характеристик, взаимосвязи компонентов и т.д.) одной физиологической системы вовлекает в ответ и сопрягает с ней другие системы, участвующие в поддержании общего гомеостаза, меняя тем самым функциональное состояние организма в целом [9; 10].
    Однако следует отметить, что выбор того или иного методического приема, его тактика должны определяться индивидуальными особенностями механизмов саморегуляции, характером возникших перестроек функций, эффективностью и возможностями коррекции состояния по тем или иным параметрам БОС. Для коррекции функциональных нарушений ЦНС до сих пор используется регуляция амплитудных или частотных параметров текущей ЭЭГ, т.е. суммарная биоэлектрическая активность мозга, регистрируемая с поверхности головы. В то же время является весьма заманчивым подход, при котором можно было бы ввести в систему обратной связи для направленной регуляции активность конкретных корковых или подкорковых структур мозга. В микроэлектродных экспериментах на животных показано, что введение в систему обратной связи активности отдельных нейронов или нейронных популяций позволяет направленно изменять не только их активность, но и обучать нейронные сети поддерживать то или иное функциональное состояние [10]. Однако использование этой методики на здоровом человеке невозможно, поскольку требует хирургического вмешательства с введением электродов непосредственно в мозг.
    Начиная с 60-х годов, появляются работы, в которых ставится задача определения координат корковых и подкорковых структур головного мозга человека по потенциалам, регистрируемым электродами, расположенными на скальпе [1; 3; 13; 14], то есть по ЭЭГ (проблема локализации источников ЭЭГ). В постановках этих задач предполагается, что в каждый момент времени пространственная конфигурация биоэлектрического поля на коре головного мозга формируется электрической активностью корковых и подкорковых структур и каждая из них вносит свой вклад в формирование этого поля [4; 5; 6; 7]. Очевидно, что некоторые из этих структур вносят наибольший вклад в формирование поля, они и называются доминирующими.
    В такой постановке задачи определяются координаты доминирующего источника в каждый момент времени. Ясно, что координаты его не являются постоянными в силу динамического характера функционирования ЦНС.
    Исследования в этой области обуславливались как теоретическими запросами (изучение механизмов работы мозга), так и потребностями медицины – поисками методов оценки состояния мозга и определения местоположения патологических очагов электрической активности (опухоли мозга, инсульты, эпилептические очаги и т.п.). В это же самое время развивалось направление нейровизуализации (neuroimaging), основанное на прогрессе в области техники физических измерений, химии и компьютерной технологии, а именно: ЯМР, ПЭТ, компьютерная томография [16].
    Широкое внедрение этих методов в клиническую практику в 80–90-х годах принесло ощутимый прогресс в диагностику патологии мозга и отодвинуло на задний план дальнейшее развитие методов и исследований в области локализации источников по поверхностной ЭЭГ.
    Перечисленные современные методы решают определенные задачи и имеют свои ограничения и недостатки: инвазивность, невозможность прослеживать быстрые (доли секунды) изменения активности мозга. Кроме того, стоимость их так велика, что не позволяет с нужной частотой проводить обследования. В случае же функциональных нарушений работы мозга томографические методы вообще неэффективны для определения местоположения очагов патологической активности, так как в данных ситуациях нет органических отклонений, а существует только динамическое во времени перераспределение уровня активности различных структур мозга и порядка их доминирования. Эти ограничения не позволяют использовать информацию, получаемую с помощью указанных методов в реальном масштабе времени, который был бы сопоставим с характерными временными масштабами биоэлектрической активности головного мозга, а, следовательно, исключают возможность их применения в технологии БОС-регуляции состояний.

    Список использованной литературы

    1. Бауэр Э. Теоретическая биология. М.-Л. 1935. 350 с.
    2. Бекшаев С.С. Программа: Трехмерная локализация электрических источников головного мозга, порождающих пространственно-временной профиль электроэнцефалограммы. (3DLocEEG). Государственный регистрационный № 2002611116 от 02.07.2002 г.
    3. Гнездицкий В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография (картирование и локализация источников электрической активности мозга). М.: МЕДпресс-информ, 2004. 624 с.
    4. Гутман А.М. Теория диполя внеклеточного поля // Биофизика. 1968. Т. 13. С. 679–684.
    5. Гутман А.М., Шимолюнас А. Теория потенциала ЭЭГ в модели тонких оболочек мозга. IV. Радиальные диполи и их двойные слои в глубине и на поверхности мозга // Биофизика. 1976. Т. 21. С. 898–904.
    6. Жадин М.Н. Механизмы возникновения синхронизации биопотенциалов головного мозга отводимых непосредственно от коры. II. Модель зависимых источников // Биофизика. 1972. Т. 17. С. 284–290.
    7. Жадин М.Н. Биофизические механизмы формирования электроэнцефалограммы. М.: Наука, 1984. 197 с.
    8. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика // Т. 2. Теория поля. М.: Наука, 1967. 460 с.
    9. Сороко С.И., Мусуралиев Т.Ж., Комаровер И.Н., Соложенкин В.В. Коррекция нервно-психических дезадаптационных нарушений с помощью метода функционального биоуправления с ЭЭГ-обратными связями // Физиология человека. Т. 21. № 6. С. 14–28.
    10. Сороко С.И., Трубачев В.В. Нейрофизиологические и психофизиологические основы адаптивного биоуправления. СПб.: Политехника-сервис, 2010. 607 с.
    11. Фролов А.А., Пономарев В.Н. Влияние покровов мозга на точность локализации источников его биоэлектрической активности в модели однородной неограниченной среды // Журн. высш. нервн. деятельности. 1989. Т. 39. № 1. С. 157–163.
    12. Эшби У.Р. Принципы самоорганизации. М. 1966. С. 314–333.

    РФ, Ленинградская область, г. Гатчина, ул. Рощинская, д. 5 к.2