               МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Л. В. Савчук
А. И. Федотчев
С. А. Полевая
С. Б. Парин
К. И. Ексина
О. М. Силантьева
ПРАКТИКУМ ПО МЕТОДУ
НЕЙРОБИОУПРАВЛЕНИЕ
Учебно-методическое пособие
Рекомендовано методической комиссией ФСН для студентов ННГУ, обучающихся по направлениям подготовки
37. 03. 01 “Психология”,
37. 04. 01 “Психология”,
37. 05. 02 “Психология служебной деятельности”,
37. 06. 01 “Психологические науки”,
03. 03. 01 “Физиология”.
Нижний Новгород 2017
УДК 159.91
ББК 88.9
Савчук Л.В., Федотчев А.И., Полевая С.А., Парин С.Б., Ексина К.И., Силантьева О.М. ПРАКТИКУМ ПО МЕТОДУ НЕЙРОБИОУПРАВЛЕНИЕ: учебно-методическое пособие. – [электронный ресурс]
Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2017. – 50 с.
Фонд электронных образовательных ресурсов ННГУ
Рецензент: к.б.н., доцент Орлов А.В.
В данном учебно-методическом пособии рассматривается метод Нейробиоуправление. Основную часть содержания составляет теоретический материал по теме. Также в пособии приведены практические задания для лабораторной работы.
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов и аспирантов, обучающихся по направлениям: “ Психология, “ Психология служебной деятельности”, “Психологические науки”, “Физиология”, а также может быть использовано школьниками старших классов, занимающихся научной работой в рамках НОУ.
УДК 159.91
ББК 88.9
© Нижегородский государственный
университет им. Н.И. Лобачевского, 2017
© Савчук Л.В., Полевая С.А., Парин С.Б.
Предисловие
В данном учебно-методическом пособии представлено введение в метод Нейробиоуправления.
Технология Нейробиоуправления (НБУ), является нефармакологическим методом коррекции функционального состояния мозга, который также называется электроэнцефалографическая (ЭЭГ) – биологическая обратная связь (БОС) и является одним из современных научных и прикладных инструментальных методов.
В пособии приводится теоретическая информация и обоснование метода, рассматриваются технические особенности программно-аппаратного комплекса для НБУ, а также перечислены основные направления применения метода в работе и научных исследованиях.
В рамках данного практикума студенты получают навыки грамотной регистрации и количественной оценки электроэнцефалограммы, осваивают технологию коррекции функционального состояния мозга методом нейробиоуправления, полученные навыки в дальнейшем помогут им в решении фундаментальных и прикладных задач. Практические задания для лабораторной работы были составлены авторами.
Оглавление
Аннотация
Данные методические рекомендации позволяют студентам овладеть инструментальными методами психофизиологического исследования, уметь давать грамотную оценку психофизиологическим показателям, которые в дальнейшем помогут им в решении фундаментальных и прикладных задач психофизиологии.
Цель: Освоение технологий коррекций функционального состояния мозга методом нейробиоуправления
Задачи:
Освоить аппаратную часть и программную среду прибора;
Сделать запись ЭЭГ
Освоить программу обработки сигнала ЭЭГ
Выявить влияние НБУ тренинга от ЭЭГ на функциональное состояние мозга;
Приборы:
Прибор «BioFeedBack 2»;
Компьютер;
Стерео наушники.
Теоретическое введение
1. Биологическая обратная связь
Биологическая обратная связь BIOFEEDBECK «Биологическая обратная связь является нефармакологическим методом лечения с использованием специальной аппаратуры для регистрации, усиления и "обратного возврата" пациенту физиологической информации. Основной задачей метода является обучение саморегуляции, обратная связь облегчает процесс обучения физиологическому контролю так же, как процесс обучения любому искусству. Оборудование делает доступной для пациента информацию, в обычных условиях им не воспринимаемую».
Принцип БОС
• БОС‐процедура заключается в непрерывном мониторинге в режиме реального времени физиологических показателей и сознательном управлении ими с помощью мультимедийных, игровых и других приемов в заданной области значений;
• БОС‐интерфейс представляет для человека «физиологическое зеркало», в котором отражаются его внутренние процессы;
• В течение курса БОС‐сеансов возможно усилить или ослабить данный физиологический показатель, а значит, уровень тонической активации той регуляторной системы, чью активность данный показатель отражает:
Основные параметры, используемые для проведения БОС -
• Мускульный (EMG)
• Температурный
• Изменение частоты сердечных сокращений
• Дыхательный
• Кожно‐гальванический (GSR)
• Электроэнцефалографические параметры
Например, обучение с помощью БОС‐метода произвольно повышать температуру кончиков пальцев приводит к снижению симпатикотонии и купированию спазма периферических сосудов.
2. Интерфейс мозг–компьютер и нейробиоуправление
Интерфейс мозг‐компьютер – это система, обеспечивающая визуализацию биоэлектрической активности мозга, которая в настоящее время широко применяется в протезировании (бионике), исследованиях мозговых функций, восстановлении после травм, инсультов и проч.
Нейрофидбэк (НФБ) «neurofeedback» – это одно из направлений интерфейс‐мозг компьютер, который также называется электроэнцефалографическая (ЭЭГ) – биологическая обратная связь (БОС). Эта система позволяет оценивать текущее функциональное состояние мозга и передает эту информацию пациентам в реальном времени в виде звуковых или зрительных стимулов.
Современные системы нейробиоуправления (НБУ) состоят из набора датчиков ЭЭГ, усилителя и аналого-цифрового преобразователя, подключенного к компьютеру с программным обеспечением, способным анализировать паттерны ЭЭГ и выполнять их преобразования в визуальные и/или звуковые сигналы обратной связи. Эти сигналы предъявляются пациенту, который располагается в удобном кресле перед монитором компьютера. В ходе тренировок (до 20 полу- часовых сеансов в течение 6—12 нед) пациент обучается повышать выраженность желаемых частот ЭЭГ и подавлять нежелательные, ориентируясь на подкрепление в виде приятных звуков или картинок. Таким образом, в методе НБУ пациенты тренируются модулировать специфические аспекты собственной биоэлектрической активности путем оперантного обучения с положительным подкреплением в виде своеобразной компьютерной игры. Метод НБУ постоянно совершенствуется. В последнее время много внимания уделяется вопросам повышения его эффективности. В качестве ключевых усовершенствований выделяются два аспекта — оптимальная реализация персонализированных режимов ЭЭГ обусловливания и комплексное использование разных форм НБУ. Так, при использовании индивидуально подобранных компонентов ЭЭГ вместо традиционных ЭЭГ- ритмов эффективность НБУ значительно возрастает.
3. Электроэнцефалография
Электроэнцефалография (ЭЭГ) - метод исследования деятельности головного мозга животных и человека, который основан на регистрации суммарной электрической активности нейронов мозга с поверхности скальпа с помощью электродов и предоставляет информацию о функциональном состоянии мозга. В биологическом смысле (как и в медицинском, и в юридическом) отсутствие электрической активности в коре головного мозга человека означает смерть. ЭЭГ применяется в современной нейрофизиологии, а также в неврологии и психиатрии. ЭЭГ дает некую интегральную запись деятельности мозга; наивно ожидать от расшифровки подобной записи, скажем, содержания мысли. Например, специалисты, занимающиеся наладкой и ремонтом компьютеров, прекрасно понимают "язык" импульсных диаграмм или эпюр потенциалов, снимаемых в различных точках электронных схем. Но даже такой специалист, как бы тонко он ни чувствовал "пульс" компьютера, сможет сказать только одно - правильно работает компьютер или неправильно. И ни один из них, глядя только на экран осциллографа, на показания других измерительных приборов, не зная схемы машины, принципов ее работы, не сможет сказать, какую же задачу она решает: то ли она вычисляет корень квадратного уравнения, то ли обрабатывает платежную ведомость.
Электрическая активность мозга мала и выражается в миллионных долях вольта; её можно зарегистрировать лишь при помощи специальных высокочувствительных приборов и усилителей, которые называются электроэнцефалографами. Регистрация ЭЭГ осуществляется наложением на голову электродов, которые соединяют проводами со входом аппарата. Между двумя точками мозга, а также между точками мозга и удаленными от него тканями организма возникают переменные разности потенциалов, регистрация и анализ которых и составляют задачу электроэнцефалографии. Возбуждение нервных элементов, согласно современным представлениям, возникает в результате процесса их поляризации и деполяризации. Благодаря избирательной проницаемости оболочки нервной клетки по отношению к возникающим потенциалам в состоянии покоя на наружной стороне оболочки нервной клетки устанавливается положительный заряд, а на внутренней - отрицательный. Возникающие при непрерывно происходящей поляризации и деполяризации различных нервных элементов головного мозга биоэлектрические токи взаимодействуют между собой и дают сложную интерференционную кривую ЭЭГ.
Основными характеристиками ЭЭГ являются:
– Частота (Герц), которая определяется количеством колебаний в 1 с;
– Амплитуда (Мкв) - это размах колебаний электрического потенциала на ЭЭГ, ее измеряют от пика предыдущей волны в противоположной фазе;
– Фаза, определяет текущее состояние процесса и указывает направление его изменений. Монофазным называют колебание в одном направлении от изоэлектрической линии с возвращением к начальному уровню, двухфазным такое колебание, когда после завершения одной фазы кривая переходит начальный уровень, поворачивается в противоположном направлении и возвращается к изоэлектрической линии.
– Локализация - обработка ЭЭГ производится как по одному, так и одновременно по нескольким отведениям в зависимости от числа входных каналов используемого энцефалографического усилителя и схем размещения электродов.
Отдельные характеристики ЭЭГ-сигнала отражают различные функциональные состояния мозга и являются маркерами мозговых функций и дисфункций.
Под термином «ритм» на ЭЭГ подразумевают тип электрической активности, который отвечает определенному состоянию мозга и связан с соответствующими церебральными механизмами.
Основные ритмы ЭЭГ:
Таблица Основные ритмы ЭЭГ
Ритм
|
Частота (Герц)
|
Амплитуда (мкВ)
|
Описание
|
Дельта (δ-ритм)
|
0,5–4
|
до 20—40
|
Возникает как при глубоком естественном сне, так и при наркотическом, а также при коме. Дельта-ритм также наблюдается при регистрации ЭЭГ от участков коры, граничащих с областью травматического очага или опухоли. В некоторых случаях можно наблюдать у полностью здоровых детей в возрасте от 3 до 6 лет.
Низкоамплитудные (20—30 мкВ) колебания этого диапазона могут регистрироваться в ЭЭГ покоя при некоторых формах стресса и длительной умственной работе.
|
Тета (θ-ритм)
|
4–8
|
до 20—40
|
В ЭЭГ человека может составлять один из компонентов нормальной ЭЭГ. Пароксизмальные и асимметричные тета-волны у взрослых людей в состоянии бодрствования, а также относительно высокое содержание симметричных тета-волн следуетрассматривать как признак патологии. Также, тета ритм представляет более сноподобное состояние ума, которое связано с умственной неэффективностью. При очень медленных частотах тета мозговая активность отражает очень расслабленное состояние, которое представляет сумеречную зону между бодрствованием и сном.
|
Альфа (α-ритм)
|
8–12
|
30—100
|
Регистрируется у 85-95% здоровых взрослых. Лучше всего выражен в затылочных отделах. Наибольшую амплитуду α-ритм имеет в состоянии спокойногободрствования, особенно при закрытых глазах в затемнённом помещении. Блокируется или ослабляется приповышении внимания (в особенности зрительного) или мыслительной активности. Он, как правило, связан с состоянием релаксации. Активность в нижней части этого диапазона представляет в значительной степени состояние, когда мозг смещается в сторону холостого хода, расслаблен и как бы выключен, ожидая, чтобы ответить, когда это необходимо. Если человек просто закрывает глаза и начинает воображать что-то мирное, менее чем за полминуты начинает проявляться увеличение альфа-мозговых волн.
|
Бета (β-ритм)
|
15-30
|
до 15
|
Присущ состоянию активного бодрствования. Наиболее сильно этот ритм выражен в лобных областях, но приразличных видах интенсивной деятельности резко усиливается и распространяется на другие области мозга. Так, выраженность β-ритма возрастает при предъявлении нового неожиданного стимула, в ситуациивнимания, при умственном напряжении, эмоциональном возбуждении. Они связаны с состоянием мысленной, интеллектуальной деятельности и внешне ориентированной концентрации. Это, в основном, «шустрый взгляд», состояние боевой готовности. Активность в нижней части этой полосы частот (например, сенсомоторный ритм, или СМР) связана с расслабленным вниманием.
|
В общем, разные уровни сознания связаны с доминированием определенных мозговых волн.
Следует отметить, однако, что у каждого из нас всегда имеется некоторая степень каждой из этих мозговых частот, присутствующих в различных частях нашего мозга. Дельта ритм будет отмечаться, например, когда участки мозга «идут отдыхать», чтобы заняться подкреплением, и дельта также ассоциируется с трудностями обучения. Если кто-то впадает в дремоту, то увеличиваются дельта- и более медленные тета-волны, а если человек невнимателен к внешнему окружению и погружается в себя, количество тета растет. Если кто-то находится в исключительно взволнованном и напряженном состоянии, то чрезмерно высокая частота бета-волн может присутствовать в различных частях головного мозга, но в других случаях это может быть связано с избытком неэффективной альфа-активности в лобных областях, которые связаны с эмоциональным контролем.
В клинической неврологии чаще всего применяют визуальный анализ ЭЭГ, который позволяет выделить основные частотные полосы, имеющиеся на ЭЭГ. С появлением электронно-вычислительных устройств, широкое распространение получили методы количественной обработки ЭЭГ‐ сигналов.
Наибольшей популярностью пользуется спектральный анализ, это объясняется простотой и наглядностью представления результатов вычислений, когда быстро и точно можно сказать о преобладании на рассматриваемом участке ЭЭГ того или иного ритма и частоты. Спектры ЭЭГ рассчитываются с помощью преобразования Фурье, в основе которого лежит предположение о том, что исследуемый ЭЭГ сигнал состоит из определенного числа синусоидальных и/или косинусоидальных составляющих (гармоник). Преобразование Фурье и осуществляет разложение сигнала на ряд гармонических составляющих без какой-либо потери информации (предполагается, что если арифметически сложить все гармоники, то получится опять исходный сигнал).
Однако, для того чтобы осмысленно прочитать выделенный курсивом фрагмент придется вспомнить необходимые для этого понятия из курса школьной математики!
4. Из школьной математики
4.1. Что такое синус и косинус?
Нарисуем прямоугольный треугольник со сторонами а, в, с и углом х (рис.1):
|
