Файл: Применение принципа биологической обратной связи в клинической практике (История биологической обратной связи).pdf

4. Создание математической модели, берущей в расчёт характеристики вступающих в биологическую обратную связь функциональных систем. Контроль соответствия модели изучаемому поведению.

Озвученные выше принципы выступают базой в процессе проектирования медицинских электронных приспособлений с биологической обратной связью. Механизм работы подавляющего количества этих устройств заключается в том, что тот или иной физиологический параметр, недоступный для непосредственного сознательного восприятия, можно измерить и переформатировать в звуковой, световой, и т.п. сигнал, ощущая который, человек имеет возможность осмысленно контролировать этот параметр. Иным типом приборов выступают те, дают возможность выбрать изменяемый физиологический параметр не зависимо от роли, которую он играет в естественной регуляции функций организма. Приборы такого типа могут применяться для контроля артериального давления - температуры конечностей, кожно-гальванической реакции, величины кожного давления и так далее. [7]

У идеи применять биологическую обратную связь в диагностических и терапевтических медицинских электронных инструментах присутствует большая перспектива формирования с ее помощью новых медико-технических технологий в диагностике, терапии и реабилитации нарушений в работе различных систем организма:

• Сердечно-сосудистая система - фиксация частоты сердечных сокращений.
• Нервная система - фиксация электрической активности мозга.
• Дыхательная система - измерение показателей функции дыхания.
• Мышечная система - регистрация электрической активности мышц.
• Биомеханическая система в динамике - наблюдение скорости, ритма перемещения субъекта и т.д.
• Комплексные системы - единовременная фиксация множества физиологических параметров.

В последнее время возникают новые сферы практического использования биологической обратной связи. Спроектированы и выпущены новые устройства для управления функциями желудочно-кишечного тракта при различных болезнях, управления неконтролируемой сознательно мышечной активностью (в случаях параличей и различных нарушениях опорно-двигательного аппарата), для контроля деятельности сердечно-сосудистой системы (слежение за пульсом, измерение частоты сердцебиений), для регулировки дыхательной системы. В этих устройствах регулируемый параметр непосредственно связан с полезным для организма результатом. Вхождение регулируемого с помощью биологической обратной связи параметра в определенную функциональную систему организма, его непосредственная связь с жизненно-важными функциями организма, с полезным для организма результатом выступает самым главным принципом успешности применения биологической обратной связи и построения на ее основе новых приборов. [10]

---

Рассмотрим приборы, в которых воплощены принципы обратной связи.

Многоканальное устройство биоэлектрического управления движениями человека предназначено для возбуждения каждой нервно-мышечной группы пациента пропорционально возбуждению соответствующей группы донора синусоидальными стимулирующими сигналами. На рисунке в Приложении 1 приведена структурная схема этого устройства.

Устройство работает следующим образом. Программный сигнал в виде электромиограммы, снятой при помощи электродов с нервно-мышечных групп донора через усилитель биопотенциалов 1, подается на интегратор 1, выполняющий усреднение электромиограммы нервно-мышечных групп донора во времени. Далее программный сигнал через блок сравнения поступает на один из входов модулятора. На второй его вход поступает стимулирующий сигнал, например, в виде синусоиды 5кГц от генератора стимулирующих сигналов. Назначение модулятора заключается в преобразовании стимулирующего сигнала так, что на его выходе появляется управляющий сигнал, по форме совпадающий со стимулирующим сигналом (синусоида 5кГц), но оп амплитуде пропорциональной величине среднего значения электромиограммы нервно-мышечных групп донора. [9]

После модулятора через усилитель мощности и фильтр управляющий сигнал поступает на стимулирующие электроды, наложенные соответствующие нервно-мышечные группы пациента. Назначение фильтра ВЧ (частота среза 3кГц) состоит в том, чтобы собственные шумы усилителя мощности не попадали в состав электромиограммы пациента. Вызванная электромиограмма нервно-мышечных групп пациента снята при помощи стимулирующий электродов, которые в данном случае выполняют функцию и отводящих электродов, через фильтр НЧ (частота среза 1кГц) и усилитель биопотенциалов 2 поступают на интегратор 2, выполняющий усреднение вызванной электромиограммы пациента во времени. От интегратора 2 цепи обратной связи усредненная электромиограмма нервно-мышечных групп пациента поступает на один из входов блока сравнения, на второй вход которого поступает усредненная электромиограмма нервно-мышечных групп донора (от интегратора 1). В блоке сравнения производится сравнение средних значений электромиограмма нервно-мышечных групп донора с вызванной электромиограммой соответствующих нервно-мышечных групп пациента, и сигнал рассогласования используется для коррекции одного или нескольких параметров управляющего сигнала. Таким образом, параметры управляющего сигнала автоматически изменяются так, чтобы в каждый момент времени возбуждение нервно-мышечных групп пациента было пропорционально возбуждению соответствующих нервно-мышечных групп донора.

---

В основе прибора «Теплотрон» лежит предположение, что действие на человека пульсирующего потока теплого воздуха, направляемого на его кожу, будет сопровождаться положительной эмоцией, если параметры этого воздействия соответствуют ожидаемому положительному эффекту, созданному с помощью обратной связи от результата воздействия [11]. Схема воздействия на человека приведена на рисунке в Приложении 2.

На спину испытуемого направляют пульсирующий поток теплого воздуха. Частоту пульсации, а также температуру потока может регулировать как экспериментатор, так и испытуемый.

Процедуру тепловоздушного воздействия разделяют на два периода. Первый период основан на использовании БОС по положительному эмоциональному результату. Перед началом воздействия испытуемому дается следующая инструкция: «Тепловоздушное воздействие предназначено для релаксации - снятия избыточного нервно-эмоционального напряжения. Релаксация достигается в том случае, если это воздействие вызовет у Вас приятное ощущение тепла и комфорта Ваша задача в первом сеансе добиться приятного ощущения, подбирая температуру и ритм воздействия».

Прибор «Теплотрон», в котором применяется обратная связь по параметрам будущего результата, связанным с положительным эмоциональным настроем испытуемого, показал существенно более высокую эффективность в достижении релаксации и снятии нервно-эмоционального напряжения, чем эффективность других известных методов релаксации. [5]

Электронное устройство гимнастических упражнений с ОС по биологическим факторам предназначено для обучения упражнениям и восстановления физической активности конечностей пациента путем ритмичных движений. Оно содержит один или несколько датчиков, прикрепленных к ступням или рукам пациента. Датчики создают импульсные сигналы, когда тренируемые конечности прекращают движение в заданном направлении. Для генерации музыкальных звуков, создающих ритм, используется электронный синтезатор звуков, содержащий блок управления ритмом. Импульсные сигналы, выработанные датчиками, подаются на блок управления ритмом для синхронизации музыкальных звуков с задаваемым ритмом выполняемых упражнений. Контроль выполнения движений в заданном ритме осуществляется пациентом, который надевает наушники, воспроизводящие звук, подключенные к электронному синтезатору [7]. Структурная схема такого устройства показана на рисунке в Приложении 3.

Методика исследования качественных и количественных характеристик усвоения воспроизведения темпа ритмического раздражителя, реализованная в приборе «Ритмотест» содержит возможность индикации количественной оценки каждого двигательного акта испытуемого в виде отклонения (пропорционального величине отставания или опережения) момента его действия от момента появления ритмического раздражителя. При формировании программы и акцептора действия используется не только информация о рассогласовании, принимаемая при восприятии трудноразличимых интервалов между появлением раздражителя и действием испытуемого, но и дополнительная информация по каналу ОС, содержание которой прямо указывает испытуемому на необходимость корректировки его поведения: увеличение или уменьшение темпа его действий. В этом случае идея ОС позволяет поставить под контроль влияние восприятия рассогласования на поведение испытуемого. Различия в выполнении этого теста с ОС и без нее дает возможность получения принципиально новой информации об адаптивных возможностях пациента, использовать получаемую им дополнительную информацию дня коррекции своего поведения на последующем кванте поведения. Возможность использования методики усвоения и воспроизведения темпа ритмических раздражителей для тренировки и развития двигательных навыков (например, у детей и лиц с нарушениями ВИД) с подключением канала ОС повышает эффективность использования этой методики за счет дополнительных возможностей коррекции темпа действий в соответствии с наблюдаемой величиной рассогласования. Другим примером использования ОС в приборе «Ритмотест» является режим воспроизведения запомненного темпа ранее предъявляемых сигналов. Если в этом режиме испытуемый воспроизводит темп, отличающийся от эталонного, но сигнал ОС соответствует «идеальному» воспроизведению с нулевым отклонением, то на фоне ритмических световых (звуковых) сигналов отмечается улучшение настроения и состояния испытуемых, что говорит о возможности использования такого типа процедур для восстановления функционального состояния при утомлении и т.п. [8]

---

Таким образом, идея ОС на экспериментальной модели усвоения и воспроизведения темпа ритмических раздражителей позволила получить новое качество - применение этой методики для диагностики и тренировки адаптивных возможностей.

Наиболее проработанной областью применения биологической обратной связи является стимуляция нервно-мышечных групп мышц, а также восстановление нормальной работоспособности сердечно-сосудистой системы, дыхательной системы, нервной системы Метод электростимуляции является одним из эффективных методов восстановительной терапии. Он применяется при лечении наряду с другими методами терапии: массаж, лечебная гимнастика, медикаментозная терапия. В связи с этим наиболее целесообразным является разработка приборов электростимуляции различных групп мышц с биологической обратной связью.

Электростимуляторы с ОС. Под БОС понимается представление пациенту в наглядном виде состояния и динамики изменений каких-либо его физиологических параметров с целью их регулирования путем волевых усилий.

Биоуправление – это системы, в которых терапевтическое воздействие вырабатывается на основе параметров о физиологическом состоянии пациента, которые поступают по контуру ОС в реальном масштабе времени.

При биотехнической ОС считываются электрические характеристики биотканей и органов.

Система электростимуляции с биотехнической ОС. Процесс согласования параметров стимула с параметрами биообъекта очень важен при электростимуляции.

2.2 Эффективность биологической обратной связи

К настоящему времени доказана эффективность биологической обратной связи при лечении многих функциональных нарушений (в том числе головных болей, нарушений сна и т.п.), а также целого ряда психосоматических заболеваний. В частности, было показано, что БОС при лечении такого широко распространенного заболевания, как гипертоническая болезнь, позволяет добиваться достоверного снижения уровня артериального давления, приводит к улучшению прогноза заболевания. Научно доказана также эффективность применения биологической обратной связи при лечении желудочно-кишечных (гастриты, хронический холецистит, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки) и спастических бронхо-легочных заболеваний. Выбор адекватной программы управления своим состоянием позволяет больному переориентировать свой внутренний мир и тем самым корригировать депрессивные и навязчивые состояния, гиперактивное поведение, блокировать страх и напряжение.

---

Хороших результатов удалось добиться при лечении с помощью БОС пограничных психических расстройств. Успешное обучение дает возможность больным с тревожными состояниями повысить самообладания, улучшить адаптацию к внешним условиям.[6]

К преимуществам метода относятся:

• объективность (основу составляет регистрация биоэлектрических импульсов, генерируемых внутренними органами);
• аналитичность (интерпретировать результаты помогают компьютерные аналитические программы);
• комплексность (одномоментное исследование всех органов и систем);
• визуализация (графическое наглядное представление результатов на экране монитора);
• возможность наблюдения динамики параметров в режиме реального времени;
• обучение навыкам саморегуляции, релаксации и управляемого восстановления поражённых органов и систем;
• высокая эффективность в диагностике и лечении
• вегетососудистой дистонии и других нарушений вегетативной нервной
• системы, перед которыми обычная медицина беспомощна;
• полная совместимость с любыми методами традиционной медицины;
• длительный эффект, формирование устойчивых навыков самокоррекции психических, физиологических процессов.

Основным преимуществом использования БОС-терапии является возможность изучения и контроля в реальном времени точных физиологических параметров без каких-либо искаженийпо причине обработкиполучаемого сигнала. Рассматриваемые комплексные системы биологической обратной связи благодаря применению современных цифровых устройств, позволяют производить высокоточную регистрацию индивидуальных показателей биоэлектрической активности различных групп мышц человека и его мозга.

Именно такая точная и оперативная регистрация показателей позволяет пациентам наблюдать содержание и особенности текущих физиологических процессов, чтобы иметь возможность оказывать на них влияние в интерактивном режиме.[8]

Выводы

Как психотерапевтический метод, биологическая обратная связь представляет собой комплекс процедур, при проведении которых человеку, посредством специальных технических устройств передается информация о состоянии той или иной физиологической функции его собственного организма. На основе полученной информации с помощью аппаратуры и используя специальные приемы человек развивает навыки саморегуляции, т.е. приобретает способность произвольно изменять физиологические функции организма. Это особый вид обучения, обеспечивающий произвольную регуляцию многих физиологических показателей - частоты сердечных сокращений электрического сопротивления и температуры кожи, степени напряжения мышц, электрического сопротивления кожи, показателей дыхания и др.

---