Регуляция ЧСС с помощью методики биоуправления*

Регуляция ЧСС с помощью методики биоуправления*

методика
и
аппаратно-программный
комплекс
БОС-пульс
предоставлены ГУУ НИИ молекулярной биологии и биофизики СО РАМН,
Новосибирск
Биологической
обратной
связью
(БОС)
обычно
называют
дополнительный канала информации о вегетативных функциях и управление
этими функциями на основе полученной информации.
Фундаментальная база метода БОС в России была создана П. Н.
Анохиным (теория функциональных систем), К. М. Быковым (теория
кортико-висцеральных связей) и В. Н. Черниговским.
Теоретические основы
Представление
об
обратной
связи
в
биологических
системах
сформировалось с появлением неклассической научной картины мира.
Бытовавшая до этого (классическая) картина мира носила механистический
характер, т.е. описывалась элементарным отношением «стимул-ответ». В
соответствии с этой картиной построена ньютоновская механика, условнорефлекторная теория, в частности бихевиористская теория. Согласно новой,
неклассической, картине, отдельные простые системы объединяются в
сложные - способные к саморегуляции за счет функционирования
положительных и отрицательных обратных связей. В частности, к
саморегуляции способны «биологические» системы, например экосистемы,
равновесие в которых достигается за счет изменения численности особей
определенного вида. Оптимальный гормональный статус организма человека
достигается за счет изменения концентрации гормонов в крови – эта
концентрация регулируется посредством гипоталамо-гипофизарной системы.
Таким
образом,
функционирование
обратной
связи
направлено
на
поддержание равновесия и оптимального функционального состояния в
системе – гомеостаза. Для каждой структурно-функциональной единицы
«живого» (клетки, органа, организма, популяции) существует механизм
установления гомеостаза, а также определенные «узлы» управления
действиями, приводящими систему к равновесию.
В соответствии с представлениями о саморегулирующихся системах с
обратными связями устроена функциональная система, предложенная П. К.
Анохиным (рис.1). Функциональная система представляет собой единицу
интегративной
деятельности
организма,
определенную
организацию
активности различных элементов, приводящую к достижению организмом
соответствующего полезного результата. Согласно теории функциональных
систем, отношения организма со средой носят циклический характер.
Рисунок 1 - Принципиальная схема организации и работы
функциональной системы по П.К. Анохину. Обозначения: ПА –
пусковая афферентация, ОА – обстановочная афферентация.
Решающую
роль
в
организации
неупорядоченного
множества
компонентов в Ф. с. играет результат, который является систематизирующим
фактором. Достижение приспособительного результата Ф. с. осуществляет
при помощи специфических механизмов, из них наиболее важными:
1) афферентный синтез всей поступающей в ц.н.с. информации; оценка
стимулов (обстановочная и пусковая афферентация), в соответствии
мотивационным возбуждением и прошлым опытом (памятью)
2) принятие решения с одновременным формированием аппарата
прогнозирования результата в виде афферентной модели - акцептора
результатов действия;
3) реализация принятого решения в действии и
4) сличение афферентной модели акцептора результатов действия и
параметров результатов выполненного действия, полученных организмом
при помощи обратной афферентации.
Начальной стадией формирования Ф. с. является афферентный синтез,
в
процессе
которого
происходит
взаимодействие
мотивационного
возбуждения, обстановочной афферентации и извлеченных из памяти следов
прошлого опыта. В результате обработки и синтеза этих воздействий
принимается решение "что делать" и происходит переход от обработки
информации к формированию программы действия - выбору из множества
потенциально возможных действий одного, соответствующего результату
обработанной информации.Под влиянием пускового стимула скрытая
предпусковая интеграция в виде команды, представленной комплексом
эфферентных возбуждений, направляется к периферическим органам и
реализуется
в
соответствующем
действии.
Неизбежным
следствием
совершаемого действия для организма животных и человека являются
результаты, ради которых совершалось действие. Информацию о них ц. н. с.
получает путем обратной афферентации от реально выполненного действия,
которая
сличается
сформировавшейся
с
на
афферентной
основе
моделью
афферентного
акцептора
синтеза.
действия,
Совпадение
заготовленного возбуждения и наличного, вызванного реальным действием,
является сигналом успеха приспособительного действия, и организм
переходит к след. действию. Несовпадение модели акцептора действия с
обратной афферентацией, т. е. рассогласование, вызывает ориентировочноисследовательскую реакцию, новый афферентный синтез с подбором
информации, необходимой для принятия решения, соответствующего
изменившейся обстановке.Одновременно с эфферентной командой в н. с.
формируется афферентная модель, предвосхищающая параметры будущего
результата, что позволяет в конце действия сличать это предсказание с
истинными результатами
Таким
образом,
возможность
восприятия
результатов
действия
(управляющего сигнала) позволяет корректировать действия с учетом
потребностей организма и с целью достижения организмом оптимального
функционального состояния. Эта возможность нашла применение в создании
программно-аппаратных комплексов с биологической обратной связью –
БОС (рис.2), или, как их иначе называют, комплексов с биоуправлением.
Такие комплексы делают доступной для осознания информацию, не
воспринимаемую в привычных условиях.
Рисунок 2 - Основные компоненты системы биоуправления.
В биоуправлении управляющим сигналом может быть любой из
регистрируемых
физиологических
параметров
(ЧСС,
КГР,
ЭМГ,
спектральная мощность альфа-ритма и т.д.). При оптимальном в условиях
задачи
значении
данного
параметра
производится
положительное
подкрепление, в случае неоптимального, «плохого» значения параметра –
отрицательное подкрепление, либо подкрепление отсутствует вовсе. В связи
с
этим
большинство
современных
БОС-систем
имеют
характер
соревновательных игр, успех в которых напрямую связан со значением
физиологических параметров и умением привести данные значения к
оптимальным. Таким образом, человек выигрывает, обучившись управлять
своими физиологическими функциями. В работах некоторых авторов
показана
корреляция
между
изменением
определенных
частотных
диапазонов ЭЭГ-ритмов (обычно, альфа и тета) и эффективностью
выполнения игровых сессий. В качестве анализируемого параметра,
определяющего эффективность, используют спектральную мощность или
амплитуду ритмов, а также расширение/сужение диапазона определенного
ритма. В задачах, где в качестве управляющего сигнала используется ЧСС,
анализируют показатели, отражающие сердечную деятельность, а также
вегетативную регуляцию сердечной деятельности (ЧСС, dRR, индексы
вегетативного равновесия, спектральные показатели ритмограммы сердца –
LF, HF). Таким образом, функционирование системы с биологической
обратной
связью
можно
оценить
по
изменению
физиологических
показателей - от попытки к попытке или от сессии к сессии.
БОС-системы
нашли
применение
в
качестве
тренингов
для
спортсменов и музыкантов, при лечении различных психосоматических
заболеваний (артериальная гипертония, бронхиальная астма, нейродермиг,
пептическая язва, гипертиреоз и т.д.), и при реабилитации. А так же в
компьютерных играх. Польза БОС-тренингов для спортсменов очевидна,
поскольку людям данной профессии особенно важно умение управлять
своими
физиологическими
функциями,
находясь
в
условиях
«соревновательного стресса». Кроме того, игры с биоуправлением могут
быть использованы в качестве дополнительных тестовых заданий на
профессиональную пригодность спортсменов. В терапевтической практике
эффективность методики биоуправления во многом связана с изменением
взаимоотношений между врачом (психологом) и пациентом (испытуемым).
Данная методика превращает последнего из обычно пассивного объекта
вмешательств в активного субъекта всего лечебно-реабилитационного
процесса. Например, развитие гипертонической болезни часто провоцируется
психоэмоциональным напряжением, которое во многих случаях связано с
подавлением
эмоций
(страх,
безопасности,
невозможность
враждебность),
расслабиться.
отсутствием
Биоуправление
чувства
прививает
пациенту чувство «самоэффективности», уменьшает чувство безысходности
и беспомощности. Обучение релаксации в режиме биоуправления дает
возможность
улучшить
гемодинамические
показатели
и
отменить
гипотензивные препараты, либо уменьшить их дозу. Некоторые системы
биоуправления, например, BCI (Brain-Computer Interface), направлены на
создание «умных» протезов для людей с ограниченной подвижностью, но с
нормально
функционирующим
мозгом
(так
называемых,
«locked-in-
пациентов»). При помощи программного обеспечения отфильтровываются
специфические
импульсы
головного
мозга
(например,
некоторые
потенциалы, связанные с событиями), которые распознаются и определяют
необходимые для пациента действия.
В общем случае, системы биоуправления полезны для выявления
оптимальных значений физиологических показателей для различных видов
деятельности в целях повышения эффективности деятельности. Кроме того, в
процессе БОС-тренинга происходит повышение «стрессоустойчивости» и
расширение «границ оптимума» (т.е. диапазона значений, при которых
достигается лучший результат), основанное на естественных механизмах
саморегуляции.
Nota bene. Следует отметить, что для достижения устойчивого,
закрепленного навыка необходим курс, содержащий не менее 10 игровых
сессий. Количество игровых сессий, проводимых в наших условиях,
позволяет достичь успеха в обучании управлении ЧСС, но навык при данных
условиях не будет закреплен.