Психофизиологические основы применения лечебного метода биологической обратной связи

DOI:

В последнее время одним из активно развивающихся видов лечебного воздействия является психофизиологический метод биологической обратной связи (БОС), направленной на активное участие пациента в лечении и его обучении управлением функциями собственного организма. Биологическая обратная связь – понятие, используемое для обозначения осознанного управления внутренними органами и системами: активностью мышц, его висцеральными и вегетативными функциями и другими проявлениями жизнедеятельности организма. Саморегуляция физиологических функций является основой представления о БОС.

Идеи о саморегулировании физиологических процессов, совершающихся в организме человека и животных, сформировались еще во второй половине XIX века. Так, К. Бернард (1866) сформулировал положение о саморегуляции физиологических функций (гомеостаз), как об одном из основных адаптивных проявлений физиологических систем организма. В это же время появились представления о рефлекторной саморегуляции дыхания и рефлекторной саморегуляции кровообращения.

Большой вклад в разработку теоретических предпосылок биологического регулирования и обратной связи сыграли работы отечественных ученых. Произвольному регулированию непроизвольных функций посвящены работы И.Р. Тарханова (1884), В.М. Бехтерева (1890), С.П. Боткина (1897), суть которых сводилась к возможности произвольными усилиями (самовнушением) способствовать изменениям внутреннего состояния организма.

И.М. Сеченов в своей работе «Рефлексы головного мозга» (1866) указывал, что воле могут подчиняться только те акты, которые сопровождаются ощущениями, отчетливо отражающимися в сознании.

Если в конце XIX в. идеи рефлекторной саморегуляции касались главным образом проблемы регуляции функций организма с помощью нервной системы, то в начале XX в. встал вопрос о саморегуляции самой нервной системы. Принцип обратной связи, как основы организации физиологических функций, был выявлен П.К. Анохиным еще в 1930-х гг. и затем был им разработан в виде развернутой теории функциональных систем.

Пионерами в разработке методов БОС в России были ученые Института экспериментальной медицины РАМН, в котором свыше 30 лет осуществляются фундаментальные и прикладные исследования в указанном направлении. Их методической основой явились теории кортиковисцеральных взаимосвязей К.М. Быкова и И.Т. Курцина [6], учение о функциональных системах П.К. Анохина [1] и теория устойчивых состояний Н.П. Бехтеревой [3].

Применению методов БОС в медицине посвящены работы школ Н.Н. Василевского [7], О.В. Богданова в Санкт-Петербурге [5], М.Б. Штарк в Новосибирске [22].

Вместе с тем в настоящее время нет единой теории биологической обратной связи, которая была бы принята всеми исследователями и объясняла ее сущность.

Существует несколько концепций БОС:

• 1.    Классическая концепция предполагает, что информация о состоянии физиологичес-

• кой системы (системы-мишени), на изменение которой направлен тренинг с БОС, становится доступной для восприятия пациенту, получающему возможность контролировать функционирование регулируемой системы-мишени. Предполагается, что обострение восприятия самих симптомов и предшествующих им ощущений позволяет сформировать стратегию поведения, пригодную для устранения симптома. В соответствии с этой теоретической моделью сигналы обратной связи для пациента помогают ему сформировать, запомнить и использовать новый навык регуляции функций [31; 32].

• 2.    Когнитивная модель. Мысли пациента, его представления, мотивации, терапевтические ожидания, возникающие в процессе тренинга БОС, приводят к регрессии симптома [26; 29].

• 3.    Концепция инициации. Предполагается, что пациент изначально способен сам оптимизировать свои физиологические функции и без тренинга с БОС, но не знает, как это сделать. В этом случае сигналы обратной связи являются подкрепляющим и потенцирующим фактором, способствующим инициации и обучению пациента [35; 37].

Механизмы и принципы использования методов БОС имеют прямую связь и объяснение с позиций теории функциональных систем П.К. Анохина, главные звенья в которой – полезный для организма результат и принцип обратной афферентации (система обратных связей) [1]. По П.К. Анохину, все виды человеческой деятельности, которые связаны с обучением, требуют обратных связей для выбора альтернативных условий достижения цели, и обратным связям принадлежит универсальная и решающая роль в формировании внешних и внутренних приспособительных реакций организма, вплоть до психических актов.

В современной литературе накапливается материал, что при обучении с использованием методов БОС в коре головного мозга, на подкорково-корковых уровнях образуются временные связи и взаимоотношения, формируется новая центральная программа регуляции той или иной функции [15; 26].

Изложенные концепции подтверждаются данными электрофизиологических иссле- дований [15], изменениями на организменном [5], органном [5; 17; 36] и на биохимическом, гормональном, метаболическом и функциональном уровнях [36].

Так или иначе, в основе современной концепции клинического применения методов БОС для эффективной коррекции и диагностики функционального состояния лежат идеи произвольного и осмысленного волевого управления функциями при активном участии пациента для психофункциональной реабилитации и коррекции психофункциональных нарушений в соответствующей целям и задачам программе реабилитации.

БОС является сравнительно новым, достаточно быстро и эффективно развивающимся методом управления состоянием организма человека или его отдельных функций и состояний. Термин «биологическая обратная связь» был введен около 30 лет назад для описания «нового вида» обратной связи [23; 35]. Принцип БОС основан на непосредственном взаимодействии человека с чувствительным прибором, который информирует о состоянии его биологических функций в режиме реального времени. В основе этого метода модификации психофизиологического состояния человека лежит индивидуальный подход, то есть выделение индивидуального эталона оптимального психофизиологического состояния и на этой основе определение и текущая коррекция тактики его изменения [2].

В основе обратной связи лежит принцип обратного воздействия результатов процесса на его текущее состояние, являющийся основой функционирования и развития систем регулирования в живой природе [5; 7]. Если прямая связь подразумевает передачу сигналов от центра к исполнительным органам системы, то обратная связь – это передача в центральный блок информации о результатах управления. В сложных системах (биологических, социальных) обратную связь рассматривают как передачу информации о протекании процесса, на основе которой вырабатывается то или иное управляющее воздействие, усиливающее, ослабляющее или останавливающее процесс. Различают два вида БОС: прямая и непрямая. «Прямая» БОС осуществляется по той физиологической функции, которая изменена при данном состоянии и являет- ся основным его проявлением (например, по уровню артериального давления при гипертонической болезни). «Непрямая» БОС осуществляется по показателям, изменение которых не является специфичным для какой-либо отдельной функциональной системы и направлено на оптимизацию психофизиологического статуса в целом.

БОС можно рассматривать как ветвь поведенческой психотерапии, целью которой является регуляция психофизиологического состояния человека [4]. Это метод управления непроизвольными процессами организма, контролируемыми вегетативной нервной системой, при котором снижение уровня эмоционального стресса выступает в качестве полезного приспособительного результата [9; 12; 13; 19]. Показано, что при образовании такой «функциональной системы релаксации» формируется ее идеальный результат (акцептор действия), который сравнивается с достигнутым реальным уровнем релаксации посредством обратной афферентации или обратной связи [7; 30].

С целью регуляции психофизиологического состояния организма принцип обратной связи был впервые применен к так называемым непроизвольным реакциям: частота сердечных сокращений, электрическая активность мозга, параметры электропроводности и температуры кожи. Было показано, что в результате таких тренировок человек, получая информацию об этих «непроизвольных» физиологических реакциях, может научиться их регулировать [5; 17].

Объектом регуляции физиологических функций с использованием принципа БОС может стать любое звено. Так, урежение сердечного ритма может служить механизмом, обеспечивающим произвольное снижение артериального давления, но это же урежение может стать и предметом саморегуляции, и тогда, наоборот, повышение давления (благодаря деятельности синокардиальных рецепторов) оказывается механизмом урежения ритма [17; 28]. Благодаря сигналам БОС появляется возможность создавать дополнительный, не существующий в обычных условиях контроль за функциями, управляемыми человеком непроизвольно. К таким функциям относится, прежде всего, частота сердечных сокраще- ний, частота дыхания, кожно-гальваническая реакция, электрическая активность мышц, определяемая по электромиограмме, электрическая активность мозга, определяемая по электроэнцефалограмме [20; 32].

В настоящее время биологическая обратная связь является, пожалуй, практически единственным научно-обоснованным методом альтернативной медицины [7]. Основная концепция БОС сводится к тому, что информация о собственном функциональном состоянии позволяет пациенту обучиться саморегуляции и модификации исследуемой или регулируемой физиологической функции [8; 10; 20; 21]. Информация с помощью БОС может отображаться в виде самых разнообразных сигналов: от колебаний громкости или тональности звука, яркости свечения источника света, до движения стрелки по цифровой шкале. Опираясь на данную информацию, человек осуществляет регуляцию определенной функции или ее параметров. Другими словами, физиологическую основу биологической обратной связи составляет подача количественно измеряемой информации, которая может сравниваться и сопоставляться с текущим состоянием организма человека в последовательные промежутки времени.

С позиции теории функциональных систем академика П.К. Анохина, обратные связи представляют собой сложное функциональное образование, включающее сигналы с периферии от результатов действия и его параметров, параметров функционирования систем и гомеостаза и оценки этих сигналов в аппарате сличения – акцепторе результата действия. Оценка осуществляется в нейрональных структурах путем сравнивания полученных сигналов с эталонами (моделями), хранящимися в кратковременной и оперативной памяти. При этом происходят явления согласования (при сравнении с эталоном) или рассогласования (при несовпадении), а следовательно, закрепление данной функциональной системы или ее переформирование [1].

Действительно, с помощью БОС пациент посредством внешней обратной связи получает информацию о текущей динамике состояния различных функциональных систем организма, в которых необходим произвольный самоконтроль для редукции определенных симп- томов заболевания. Тем самым БОС открывает перед пациентом возможность реализовать механизм саморегуляции, например изменение текущего функционального состояния коры головного мозга, мышечной активности и другие [20; 36]. При этом особенно важно, что произвольное управление с помощью БОС обеспечивает пациенту контроль над такими физиологическими процессами, которые в обычных условиях являются непроизвольными. Обычно неощущаемые и неосознаваемые функции и процессы переводятся в ощущаемые и, следовательно, осознаваемые, сначала путем контролирования внешних сигналов, а затем путем сознательного регулирования внутреннего физиологического состояния или усвоения такого типа поведения, которое будет предотвращать или ослаблять их вскоре после возникновения. По мнению S.E. Wall (1997): «БОС-обучение – это образовательный процесс для овладения специализированными навыками саморегуляции и самоконтроля функционального состояния человека».

В случае если осуществляется мониторинг (непрерывный контроль) показателя какой-либо функции, следует говорить о БОС, а если эта информация используется с целью изменения состояния человека, более целесообразно использовать термин «биоуправление с БОС» или, как чаще всего встречается в отечественной литературе, «адаптивное биоуправление с БОС» [7].

Спектр практического применения метода БОС очень широк, а наиболее перспективным направлением его реализации является разработка различных электронных устройств, воспринимающих изменение физиологических параметров и преобразующих снятую ими информацию в звуковые, зрительные, тактильные и другие сигналы обратной связи [5].

В последние годы на базе НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН разрабатываются различные приборы БОС для использования с целью профилактики, коррекции или лечения людей в повседневных условиях, преимуществом которых является возможность получения пациентом информации о первых признаках нарушений физиологических функций. В этом же направлении работают исследователи научно-производственноконструкторской фирмы «Медиком МТД»

(г. Таганрог), которыми был разработан психофизиологический комплекс «Реакор». Он обеспечивает полиграфическую регистрацию основных электрофизиологических параметров: ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ, КГР, ПГ, температуры тела и ряда других, как в условиях покоя, так и при моделировании психоэмоционального напряжения. Это позволяет определить индивидуальный паттерн физиологической реакции на стресс и выбрать оптимальный набор параметров для организации контура комплексной БОС [7]. Такой подход к организации БОС позволяет предложить каждому пациенту индивидуальную стратегию обучения и получить адекватный инструмент текущего контроля эффективности различных процедур. В институте медицинской и биологической кибернетики СО РАМН в 1995–1998 гг. была разработана оригинальная технология лечения и профилактики стресс-зависимых состояний в форме компьютерных оздоровительных и лечебно-реабилитационных игр («ВИРА», «Гребной канал», «Магические кубики» и др.). Данный метод не сводится к простой регуляции физиологического параметра, а позволяет научиться контролировать свои вегетативные реакции в ситуации психоэмоционального стресса [11].

В настоящее время одним из наиболее распространенных методов управления психофизиологическим состоянием человека в условиях воздействия стресса является электро-миографическая обратная связь, когда усиленный потенциал мышцы или группы мышц предъявляется в виде светового или звукового сигнала. Хотя теоретически электромиографи-ческая обратная связь может применяться для расслабления любой мышечной группы, наиболее часто используется миограмма лобной мышцы, тонус которой считается показателем уровня испытываемого человеком стресса [33].

Широко используется обратная связь по параметрам кардиоритма. При помощи электрических, механических или плетизмографических датчиков регистрируется частота сердечных сокращений, которую, используя принцип БОС, обследуемый может произвольно увеличивать или уменьшать. Изучается возможность применения биологической обратной связи по параметрам кардиоритма для лечения сердечных аритмий [17].

При использовании кожнотемпературной обратной связи измеряются небольшие флюктуации температуры на поверхности кожи, и эта информация предъявляется обследуемому для управления. Целенаправленная тренировка позволяет быстро научиться произвольному контролю кровенаполнения периферических сосудов, который является принципиально важным при обучении релаксации, а также при мигрени и коррекции ряда других состояний [16].

В основе метода электрокожной обратной связи лежит регистрация электрической активности различных участков кожи [5]. При этом важно отметить, что динамика повышения уровня активации вегетативной нервной системы при эмоциональном стрессе имеет практическую линейную зависимость с изменением величины электрокожного сопротивления [14]. По мнению Дж. Хэссета (1981), электрическая активность кожи является ярким показателем «эмоционального» потоотделения, и, следовательно, контролируется комбинацией различных физиологических механизмов, включая потоотделение и сосудистый тонус. На практике может использоваться несколько видов измеряемых параметров: кожно-гальваническая реакция, реакция кожной проводимости, реакция кожного сопротивления, уровень кожной проводимости или уровень кожного сопротивления. Электрокожная обратная связь наиболее часто применяется при релаксации в стрессовых ситуациях, а также для изменения уровня активации ЦНС [9; 13; 14].

Возможно использование и полимодаль-ных параметров. На практике часто используется работа с электрофизиологическими эквивалентами одного-двух параметров, например, одновременное управление электрическим сопротивлением и температурой кожи или электромиограммой «непроизвольных» мышц головы и ритмом электроэнцефалограммы [20]. В то же время продемонстрировавшие свою эффективность в экспериментах сочетанные методы адаптивного биоуправления практически не используются в целях коррекции и профилактики.

Обобщая данные литературы, можно сказать, что метод биологической обратной связи дает инструмент раскрытия и использования резервов организма, органично вписывается в любую схему улучшения качества жизни и повышения уровня здоровья. Преимуществом метода биологической обратной связи является заложенный в нем потенциал для развития самоконтроля и саморегуляции с учетом индивидуальных особенностей личности. Из приведенного анализа следует, что адаптивное биоуправление, основанное на внешней обратной связи, дает возможность получать устойчивые позитивные изменения в деятельности различных физиологических систем организма, что открывает широкие перспективы для его практического использования.