COMPARISON OF BIOFEEDBACK METHODS WITH STANDARDIZED CRITERIA

Full Text

Основным условием для успешного применения Известно, что информационный аспект взаимоадаптивного биоуправления с биологической обратной действия человек-машина в процессе сеансов связью (БОС) является выбор адекватных критериев БОС-тренинга обусловлен тем, что количество инфор-управления [9, 10]. Однако работы, использующие мации, объективно характеризующее динамику ре-БОС, весьма неоднородны в методах оценки эффек- гулируемых процессов, может превышать пропуск-тивности саморегуляции, что затрудняет оценку успеш- ную способность оператора [3]. Для преодоления этой ности БОС и потенциально способно приводить к иска- трудности методы предъявления информации об эф-жению результатов (ошибочному повышению или по- фективности БОС-тренинга должны удовлетворять нижению оценки эффективности тренинга) [6, 11]. следующим требованиям: 110 Выпуск 1 (45). 2013 ©згиирСз [ЩсоШг'ГОМЩ - компактность информации; - интегральность информации; - возможность хранения выданной информации в течение определенного времени; - наглядность; -универсальность. Вместе с тем, многочисленность используемых критериев оценки успешности и применение полиграфических способов представления результатов БОС затрудняет сравнительный анализ эффективности различных методик саморегуляции и игнорирует индивидуальную вариабельность используемого параметра [1, 4, 7]. Также отсутствие единого подхода к оценке эффективности процедур адаптивного биоуправления с БОС по характеризующим активность различных функциональных систем организма показателям затрудняет изучение механизмов различных способов немедикаментозной релаксации [13]. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Разработка универсальной методики оценки эффективности БОС-тренинга и сравнении успешности обучения различным методикам адаптивной саморегуляции с помощью БОС. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Для оценки изменения регистрируемых параметров в состоянии релаксации в 3 группах здоровых лиц молодого возраста проводилось последовательно 3 процедуры БОС-тренинга. В тренингах участвовали студенты (группа контроля) и 2 группы лиц с высоким риском возникновения стрессобусловленной дезадаптации (первая группа включала в себя психологов и врачей, вторая - сотрудников службы МЧС). В каждую группу входило 30 человек. Влияние очередности использования различных методик БОС-тренинга на их эффективность нивелировалась с помощью рандомизации методом последовательных номеров (табл. 1). Частота сеансов в среднем составляла 2 в неделю, длительность каждого тренинга - 4,5 недели. По окончании тренингов проводилось сравнение характеристик биоэлектрической активности мозга, вегетативного статуса и церебральной гемодинамики до и после сеансов биоуправления с использованием непараметрической статистики. Для исключения артефактов и оценки эффективности биоуправления в режиме реального времени был использован оригинальный алгоритм, суть которого заключается в расчете медианы и стандартного отклонения управляемого параметра перед каждым сеансом БОС по результатам его предварительной трехминутной записи в спокойном состоянии [5]. При последующем БОС-тренинге эффективным считалось отклонение управляемого параметра от медианы фоновых значений на величину, превышающую два стандартных отклонения. Вероятность случайного отстояния параметра более чем на два стандартных отклонения от медианы составляет менее 5 % [2]. Таким образом, при обнаружении подобных отклонений с вероятностью в 95 % можно утверждать, что они неслучайны (что считается достаточным в большинстве биомедицинских исследований). С целью повышения специфичности методики проводилось выявление артефактов. Артефактом считалось изменение управляемого параметра за один кардиоцикл на величину, превышающую два стандартных отклонения. Данный алгоритм является достаточно простым и легко реализуемым в режиме реального времени практически на любом оборудовании, его применение возможно для обучения саморегуляции практически всех используемых в процессе БОС-тренингов параметров. Эффективность всего сеанса биоуправления рассчитывалась как процент от общей длительности сеанса адаптивного биоуправления, во время которого наблюдалось отклонение управляемого параметра от фоновых значений не менее чем на 2 среднеквадратичных отклонения. Таким образом, с помощью разработанных критериев определялась не только способность обследуемого произвольно изменять регулируемый параметр, но и возможность длительно сохранять достигнутый результат. Для последующей обработки производилось укрупнение блоков анализируемых данных путем усреднения значений, полученных в трех сеансах БОС. Проводился анализ успешности биоуправления на 3 эта Таблица 1 Этапы и объем исследований Параметры Скрининг Визит 1 Визит 1-9 БОС Визит 10-18 БОС Визит 19-27 БОС Подписание информированного согласия, сбор анамнеза 90 чел. Оценка функционального состояния ЦНС (ЭЭГ), вегетативного статуса и (вариабельность сердечного ритма) и церебральной гемодинамики (РЭГ) в покое 90 чел. Проведение БОС-тренингов по показателям: биоэлектрической активности, вегетативного статуса и церебральной гемодинамики 30 чел^зг 30 чел<\л 30 чел/* 333 ООО ччч CD CD CD ллл XC Г 30 чел. ^30 чел. 430 чел. Выпуск 1 (45). 2013 111 пах. В соответствии с эффективностью освоения навыков адаптивного биоуправления этапы были обозначены как начальный этап, этапы усвоения и закрепления навыка. Такой подход является компромиссом между избыточностью данных при анализе каждого сеанса и значительной потерей информации при усреднении всех сеансов БОС. Кроме того, по данным ряда авторов, изменения регулируемого параметра в большинстве случаев обнаруживаются именно после трех-четырех сеансов [8, 12], что позволяет сгруппировать все сеансы БОС-тренинга в три блока по три сеанса каждый. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Изменения, возникавшие в процессе биоуправления по показателям биоэлектрической активности мозга (ЭЭГ-БОС), включали в себя снижение усредненных значений амплитуды высокочастотного диапазона бета-ритма ЭЭГ и увеличение продолжительности поддержания данного состояния до 9 % от времени тренинга. Результаты адаптивного биоуправления с БОС по показателям вариабельности сердечного ритма (ВСР-БОС) и тонуса крупных церебральных артерий по данным реоэнцефалографии (РЭГ-БОС) были значительно более стабильны - сниженные относительно исходных, регистрируемых перед каждым тренингом, значения сохранялись к концу обучения в среднем в течении 34 и 42 % времени соответственно (табл. 2). Таблица 2 Динамика успешности биоуправления в группе студентов, % (M ± 8, n = 30) В итоге проведенных 3 этапов биоуправления были достигнуты следующие результаты: у большинства успешных испытуемых снижение регулируемых показателей отмечалось уже на первом сеансе и стабильно присутствовало со второго; при анализе всех этапов отмечалась успешность прохождения БОС-тре-нинга, то есть изменения последовательно возрастали на трех этапах обучения. В процессе тренингов с биологической обратной связью в группе контроля наблюдалось снижение активности в бета-2 диапазоне на (19,4 ± 11,3) % (M ± 5), при этом испытуемые удерживали значения сниженными на протяжении (9,1 ± 3,1) % от времени тренинга. Это свидетельствует о снижении выраженности активирующих процессов в центральной нервной системе. Произвольное управление индексом вегетативного напряжения сопровождалось снижением ИН на (30,6 ± 10,21) % и возможностью удержания отличающихся от предтренинговых значений в (33,8 ± 12,92) % случаев, что соответствует уменьшению показателя активности симпатической нервной системы. Еще более выраженная динамика наблюдалась при управлении показателем Кр_арт на третьем этапе обучения адаптивному биоуправлению: снижение составляло в среднем (45,5 ± 20,68) %, а длительность успешной регуляции - (42,2 ± 20,6) %, что соответствует уменьшению тонуса церебральных артерий крупного калибра. Вместе с тем, полученные оценки успешности отличались значительной вариабельностью, что явилось основанием для поиска критериев разделения обследуемых на группы по успешности освоения навыков произвольной регуляции исследуемых параметров. При проведении корреляционного анализа между успешностью обучения биоуправлению и значением регулируемого показателя была выявлена значимая корреляция средней силы (коэффициент ранговой корреляции Спирмена R = 0,68). Это свидетельствует о более выраженной успешности БОС-тренинга у лиц с высоким исходным значением регулируемого показателя. Проведение кластерного анализа по значениям суммарной длительности изменений регулируемых показателей позволило выделить группы, в которых к концу исследования средняя продолжительность изменения средней амплитуды высокочастотной биоэлектрической активности (Аср бета-2) составила 7,6, 4,3 и 1,2 %, индекса вегетативного напряжения (ИН) - 28,3, 13,9 и 4,2 % и тонуса крупных церебральных сосудов (Кр_арт)-33,1, 7,9 и 1,0 % соответственно. По способности к обучению регуляции контролируемых показателей группы были обозначены как «высокообучаемые», «среднеобучаемые» и «низкообучаемые» соответственно. Изменения регулируемых показателей в группах повышенного риска развития эмоциогенной дезадаптации в целом соответствовали динамике контролируемых параметров в группе студентов. Однако отмечался ряд отличий - менее выраженная успешность снижения ИН и Кр_арт в группе врачей и психологов на этапе закрепления навыка биоуправления, достигавшая 21,1 и 23,5 % соответственно (рис. 1). Также в группе сотрудников МЧС отмечалось преобладание эффективности управления выраженностью ИН над произвольной регуляцией остальными показателями. При этом в данной группе эффективность снижения амплитуды биоэлектрической активности мозга достоверно не отличалась от контрольной группы, а эффективность уменьшения тонуса крупных церебральных сосудов оказалась значительно сниженой (p = 0,016). При проведении корреляционного анализа между успешностью обучения биоуправлению и значением регулируемого показателя была выявлена значимая корреляция средней силы в 1 и 2 группах риска (R = 0,59 и R = 0,63, соответственно). Это свидетель- Этап ЭЭГ-БОС Аср бета-2 ВСР-БОС ИН РЭГ-БОС Кр_арт 1. Начальный 4 ± 1 11 ± 4 13 ± 9 2. Усвоения навыка 8 ± 5 21 ± 16 27 ± 17 3. Закрепления навыка 9 ± 3 34 ± 18 42 ± 21 112 Выпуск 1 (45). 2013 о о X Э <и с о > 25 20 15 10 5 0 1 группа ■ Аср бета-2 ■ ИН □ Кр_арт Этап 1 Этап 2 Этап 3 о о X Э <и с о 30 25 20 15 10 5 0 2 группа ■ Аср бета-2 ■ ИН □ Кр_арт Этап 1 Этап 2 Этап 3 Рис. Динамика эффективности биоуправления в группах повышенного риска развития стрессобусловленной дезадаптации. 1 группа - врачи, психологи; 2 группа - сотрудники МЧС ствует о более выраженном эффекте БОС у лиц с исходно высоким значением регулируемого показателя. Полученные нами результаты свидетельствовали о зависимости успешности БОС-тренинга от исходного уровня регулируемого показателя: чем выше исходная активность физиологического состояния, тем легче происходит ее уменьшение в процессе тренинга. Результаты оценки эффективности адаптивного биоуправления в группах контроля и риска развития стрессобусловленной дезадаптации свидетельствуют о менее выраженной успешности управления мощностью биоэлектрической активности мозга (так называемого нейробиоуправления) и тонусом церебральных сосудов в группах риска. Во всех группах на начальном этапе обучения биоуправлению отмечается более высокая эффективность управления индексом вегетативного напряжения. Данная особенность может отражать вовлечение дыхательного механизма управления. При увеличении респираторной синусовой аритмии закономерно происходит снижение ИН, что помогает быстрее осваивать именно обучение биоуправлению по показателю индекса вегетативного напряжения на начальном этапе БОС-тренинга [14]. Вместе с тем, на последующих этапах усвоения и закрепления навыка повышение эффективности управления между показателями нейродинамики и церебральной гемодинамики более выражено в группе контроля. Данная особенность, наиболее вероятно, связана с психофизиологическими особенностями групп риска, заключавшимися в более быстром угасании интереса к методике, снижением комплаен-тности при отсутствии быстро достижимого результата в группах работающих лиц. Таким образом, в процессе БОС-тренингов происходила нормализация параметров, отражающих амплиту ду высокочастотной биоэлектрической активности, выраженность симпатических влияний на сердечную деятельность и тонус крупных церебральных артерий. Это свидетельствовало о снижении активации в структурах лимбико-ретикулярного комплекса и симпатических влияний на сердечно-сосудистую систему. Происходило уменьшение величины регулируемых показателей, тем более успешное, чем выше были их исходные значения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Необходимо учитывать исходный уровень регулируемого параметра для прогнозирования эффективности адаптивного биоуправления. При этом необходимо проводить сопоставление показателя как с уровнем физиологической нормы и оценивать его исходную вариабельность. 2. Сравнительная оценка эффективности адаптивного биоуправления в группе повышенного риска развития стрессобусловленной дезадаптации свидетельствует о большей выраженности способности к управлению показателями вегетативного тонуса, чем мощности биоэлектрической активности мозга и тонуса церебральных сосудов. Обучение навыку дыхательного контроля позволяет наиболее эффективно модифицировать управляемые параметры при тренинге с биологической обратной связью. 3. Наибольшую эффективность имеет адаптивное биоуправление исходно повышенными и имеющими высокую вариабельность параметрами.

About the authors

A. N. Doletskiy

Email: andoletsky@gmail.com

I. K. Ismail-zade

References

Supplementary files