Гемоэнцефалография

Гемоэнцефалография ( ГЭГ ) – это метод нейробиоуправления в области нейротерапии. Нейрообратная связь, особая форма биологической обратной связи , основана на идее о том, что люди могут сознательно изменять функцию своего мозга посредством тренировок, на которых они пытаются изменить сигнал, генерируемый их мозгом и измеряемый с помощью механизма неврологической обратной связи. По завершении процесса участники увеличивают мозговой приток крови к определенной области мозга, что приводит к повышению мозговой активности и производительности при выполнении задач, связанных с определенной областью мозга.

Обзор

Оба подхода к гемоэнцефалографии, ближний инфракрасный и пассивный инфракрасный диапазон, представляют собой косвенные измерения нервной активности, основанные на нейроваскулярной связи. Нейроваскулярная связь — это механизм, с помощью которого мозговой кровоток согласуется с метаболической активностью. Когда область коры используется для решения конкретной когнитивной задачи, активность нейронов в этой области увеличивается, что приводит к увеличению локальной скорости метаболизма. Чтобы не отставать от потребностей в питании и удалении отходов, связанных с более высокой скоростью метаболизма, мозговой кровоток к используемой области коры должен пропорционально увеличиваться. Наряду с увеличением притока молекулы гемоглобина в крови, которые отвечают за транспортировку и перенос кислорода к тканям по всему телу, должны увеличить количество кислорода, которое они доставляют в активированную область коры головного мозга, что приводит к усилению местного воздействия. уровень оксигенации крови. Это также называется гемодинамической реакцией .

Ближний инфракрасный диапазон (NIR)

Разработанная Гершелем Тоомимом, гемоэнцефалография в ближнем инфракрасном диапазоне измеряет изменения местного уровня оксигенации крови. Подобно функциональной магнитно-резонансной томографии , которая использует изменения магнитных свойств крови в результате оксигенации для формирования изображения активности мозга, NIR использует изменения прозрачности крови в результате оксигенации для генерации сигнала, которым можно сознательно манипулировать в сеансах нейробиоуправления. На самом базовом уровне при БИК-гемоэнцефалографии попеременно освещается красный (660 нм) и ближний инфракрасный (850 нм) свет на определенную область мозга, обычно через лоб. Хотя череп в значительной степени полупрозрачен для этих длин волн света, кровь — нет. Красный свет используется в качестве зонда, а инфракрасный свет обеспечивает относительно стабильную базовую линию для сравнения. Фотоэлектрические ячейки в спектрофотометре, который носят на лбу, измеряют количество каждой длины волны света, отраженного мозговым кровотоком в активированной кортикальной ткани, и отправляют данные на компьютер, который затем вычисляет соотношение красного и инфракрасного света и переводит его в визуальный сигнал, соответствующий уровню оксигенации, на графическом интерфейсе, который может видеть пациент. Ключевым питательным веществом, контролируемым с помощью NIR, является кислород. В NIR соотношение оксигенированного гемоглобина (HbO 2 ) дезоксигенированный гемоглобин (Hb) увеличивается, кровь становится все менее и менее прозрачной и больше рассеивает красный свет, вместо того, чтобы поглощать его. Напротив, количество инфракрасного света, рассеиваемого кровью, в значительной степени невосприимчиво к изменениям уровня оксигенации гемоглобина.

Пассивный инфракрасный (PIR)

Пассивная инфракрасная ГЭГ, разработанная Джеффри Карменом, частным практикующим психологом из Нью-Йорка, представляет собой сочетание классических принципов гемоэнцефалографии, используемых Тоомимом, и метода, известного как термоскопия. PIR использует датчик, аналогичный датчику NIR, для обнаружения света в узкой полосе инфракрасного спектра, который соответствует количеству тепла, вырабатываемого активной областью мозга, а также местному уровню оксигенации крови. Тепло, обнаруживаемое PIR, пропорционально количеству сжигаемого сахара для поддержания повышенной скорости метаболизма, необходимой для поддержания повышенной активности нейронов. PIR имеет худшее разрешение, чем NIR, и этот метод лечения обычно фокусируется на более глобальном увеличении мозгового кровотока.

История

Первый настоящий случай нейробиоуправления произошел в 1963 году, когда профессор Чикагского университета Джозеф Камия обучил добровольца распознавать и изменять активность альфа-волн мозга. Всего пять лет спустя Барри Стерман по заказу НАСА провел революционное исследование на кошках, которое доказало, что кошки, обученные сознательно изменять свой сенсомоторный ритм , устойчивы к дозам гидразина, которые обычно вызывают судороги. Это открытие было применено к людям в 1971 году, когда Стерман обучила эпилепсию контролировать свои припадки с помощью комбинации сенсомоторного ритма и нейротерапии ЭЭГ до такой степени, что она получила водительские права всего после трех месяцев лечения. Примерно в то же время Гершель Тоомим основал лаборатории Toomim Biofeedback Laboratories и научно-исследовательский институт Biocomp на основе устройства, известного как Alpha Pacer, которое измеряло мозговые волны. После десятилетий работы с различными механизмами биологической обратной связи Тоомим случайно наткнулся на сознательный контроль мозгового кровотока в 1994 году. Он разработал устройство, специфичное для этого измерения, которое он назвал системой геменцефалографии со спектрофотометрией в ближнем инфракрасном диапазоне, введя термин «гемоэнцефалография» в 1997 году. Джеффри Кармен, врач-пользователь NIR HEG, в 2002 году адаптировал систему Тоомима для лечения мигрени, интегрировав в ее конструкцию периферическую тепловую биологическую обратную связь. С тех пор оба метода применялись при многочисленных нарушениях функции лобных и префронтальных долей. Шерилл, Р. (2004).

Обучение

Перед тренировкой на устройстве HEG пациенты проходят стандартизированный предварительный тест, чаще всего тест переменных внимания (TOVA), для оценки базового когнитивного функционирования. Прогресс пациента будет отслеживаться с использованием одних и тех же показателей в начале и в конце каждого сеанса нейротерапии. Оценка однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) также может проводиться до и после лечения, в зависимости от заболевания пациента. Тренировочные занятия обычно длятся от 45 минут до часа с периодическими перерывами. Вначале все сеансы проводятся в сертифицированной клинике нейротерапевта (хотя теперь доступны некоторые варианты на дому) и начинаются с частотой 2-3 раза в неделю. В зависимости от пациента обучение может длиться от пары месяцев до пары лет. Высокая вариабельность активности красного света (большой диапазон от низкой до высокой) обычно характерна для людей с проблемами префронтальной коры. Низкая вариабельность связана с более нормальным функционированием. Соотношение преломления красного и инфракрасного света отображается в виде визуального сигнала на мониторе компьютера, а также может быть переведено в слуховой сигнал, в котором более высокий тон соответствует большей оксигенации. Во время тренировки HEG пациенты пытаются усилить сигнал, генерируемый датчиком HEG. Прогресс измеряется снижением изменчивости.

Преимущества

В настоящее время наиболее популярные методы нейротерапии используют электроэнцефалографию (ЭЭГ), которая измеряет электрическую активность мозга, а не кровоток. Сторонники гемоэнцефалографии утверждают, что ГЭГ имеет преимущества перед ЭЭГ, а именно:

• Сигнал, который является более простым и стабильным, чем ЭЭГ, и, следовательно, его легче интерпретировать и с ним быстрее обучаться.
• Меньше подвержен внешним артефактам, таким как электрический шум или помехи сигнала из-за металла, поскольку ГЭГ является показателем кровотока, а не электрической активности.
• Меньше подвержен поверхностным артефактам, таким как движения глаз и лица.
• Возможность обучения в домашних условиях благодаря меньшему и более портативному размеру датчиков и оборудования для генерации сигналов.

Недостатки

Основными практическими ограничениями ГЭГ по сравнению с ЭЭГ являются:

• Из-за помех со стороны волос с помощью современных технологий можно тренировать только лоб или лысые участки кожи головы, тогда как измерения ЭЭГ можно получать с любого участка кожи головы.
• С использованием современных технологий можно обучать только один участок за раз, тогда как ЭЭГ можно применять от 1 до 19 участков одновременно с использованием современных технологий.

Другие недостатки ГЭГ отражают текущие разочарования в использовании фМРТ и проистекают из непрямого характера обоих методов и зависимости от индивидуальных особенностей мозгового кровотока:

• Невозможно использовать для сравнения между субъектами из-за значительных различий в кровотоке и толщине черепа от одного человека к другому.
• Не может использоваться в качестве временной меры, поскольку изменения уровня оксигенации крови не происходят мгновенно.
• Механистические утверждения не подтверждаются, поскольку пока не обнаружено обратной причинно-следственной связи между увеличением кровотока и активностью нейронов.

Многообещающие исследования

Большинство исследований в области HEG было сосредоточено на нарушениях префронтальной коры (ПФК), кортикальной области непосредственно за лбом, которая контролирует исполнительные функции высокого уровня, такие как планирование, суждение, эмоциональная регуляция, торможение, организация и определение причин и следствий. Считается, что префронтальная кора необходима для любого целенаправленного и социально опосредованного поведения. PFC является идеальной мишенью для HEG благодаря как своему расположению на коже головы (за лбом, где нет волос, препятствующих рассеянию красного и инфракрасного света), так и восприимчивости ее основных функций к обучению.

Мигрени

Исследования PIR были сосредоточены почти исключительно на облегчении головных болей напряжения и мигрени. Четырехлетнее исследование 100 страдающих хронической мигренью показало, что всего лишь после шести 30-минутных тренировок 90% пациентов сообщили о значительном улучшении состояния своей мигрени. В другом исследовании сочетались измерения биологической обратной связи, такие как ЭЭГ, гемоэнцефалография и тепловое прогревание рук во время сеансов трижды в неделю в течение 14 месяцев. У 70% пациентов наблюдалось снижение частоты приступов мигрени на 50% и более после комбинированной нейротерапии и медикаментозного лечения, в отличие от 50%, проходивших только традиционную медикаментозную терапию.

Аутизм

Термин аутизм охватывает широкий спектр синдромов, таких как расстройство Ретта, первазивное расстройство развития (ПРР) и синдром Аспергера, которые в совокупности называются расстройствами аутистического спектра (РАС). У всех страдающих РАС наблюдается нарушение понимания и реализации социальных и коммуникативных навыков, импульсивность, трудности с вниманием и некоторые формы навязчивого поведения. Многие пациенты с РАС имеют интеллект от нормального до выше нормального, но демонстрируют крайне аномальные показатели ЭЭГ, что в сочетании с симптомами, синонимичными нарушению исполнительного контроля, делает их главными кандидатами на префронтально-центрическую нейротерапию. Множество исследований, изучающих эффективность нейротерапии в качестве лечения РАС, в первую очередь включали ЭЭГ и QEEG, но одно недавнее исследование изучало эффективность тренировки как NIR, так и PIR в контрольной группе, проводившей только QEEG, и обнаружило, что, согласно отчетам родителей, эти в обеих группах HEG наблюдалось уменьшение симптомов более чем на 50%. Эти сообщения были подтверждены снижением вариабельности ЭЭГ и улучшением показателей нейробиологического и нейропсихологического функционирования. Было обнаружено, что NIR оказывает большее влияние на внимание, тогда как PIR имеет большую эффективность в сфере эмоциональной регуляции и социальных взаимодействий.

Синдром дефицита внимания с гиперактивностью

) , многие симптомы которого напоминают РАС, Синдром дефицита внимания и гиперактивности ( СДВГ также оказался в центре внимания исследований HEG. В одном тематическом исследовании подросток с СДВГу него были крайне аномальные показатели QEEG и показатели внимания по нейропсихологическим тестам. Всего после десяти тренировок HEG раз в две недели он продемонстрировал совершенно нормальное чтение QEEG и значительно улучшил показатели внимания. В этом исследовании примечательно то, что улучшения сохранялись через восемнадцать месяцев после лечения, что позволило пациенту значительно сократить медикаментозную терапию, необходимую ему для успешного функционирования в школе, и предложило быструю и относительно дешевую альтернативу лечению для школьной системы и родителей детей с СДВ. /СДВГ.

Когнитивная деятельность

Большая группа исследователей во главе с доктором Гершелем Тоомимом и его женой Марджори неоднократно обнаруживала, что тренировка NIR HEG может сознательно усиливать региональную церебральную оксигенацию в определенных областях мозга и приводить к повышению производительности при выполнении когнитивных задач. Широко известно, что регулярные сердечно-сосудистые упражнения приводят к увеличению мозгового кровотока за счет увеличения васкуляризации капилляров, питающих нейрональную ткань. Тумим, Мизе, Квонг и др. обнаружили, что всего лишь после десяти 30-минутных сеансов тренировки мозга HEG у участников с различными неврологическими расстройствами наблюдалось повышение внимания и снижение импульсивности до нормального уровня. У части участников также наблюдалось увеличение васкуляризации головного мозга, аналогичное тому, которое наблюдалось при увеличении физической активности. Что еще более важно, было обнаружено, что степень улучшения надежно связана с исходным баллом TOVA каждого участника, при этом самые низкие начальные баллы TOVA демонстрируют наибольшее улучшение.

Другие

Кроме того, HEG показал многообещающие результаты в облегчении депрессии, стресса и хронической тревоги. также провел работу Луис Гавирия в больнице Лас Америкас, где нейрохирургическим пациентам давали 20-минутные сеансы ГЭГ в рамках процесса реабилитации. Эти пациенты показали улучшение в воссоединении со своими близкими по сравнению с их коллегами из контрольной группы.