prod-1073-diploommakarovax

Глава 1 . Обратные связи в функциональных системах.
В методе биологической обратной связи используются такие понятия как
система и обратная связь, для того чтобы лучше понять метод биологической обратной
связи нужно рассмотреть роль обратной связи в организме как системе.
1. Понятие системы.
Система
в
классическом
понимании
совокупность
-
элементов,
взаимодействующих друг с другом и зависящих в своем функционировании друг от друга.
Как пример приведу классификацию систем по Энтони Стафорду Биру.
Оче
Простые (с
Системы
остоящие
Сложные (до
нь сложные (не
из статочно разветвленные, поддающиеся
небольшого
числа но
элементов)
поддающиеся точному
описанию)
и
подробному
описанию)
Оконная
Детерминир
ованные
задвижка
Компьютер
Проект
механических
мастерских
Автоматизац
ия
Подбрасыв
ание монеты
Вероятностн
ые
Хранение
запасов
Движение
медузы
Эко
номика
Условные
рефлексы
Статистичес
Моз
г
Прибыль
кий контроль качества промышленного
продукции
предприятия
Фир
ма
Детерминированные системы – системы, конечные состояния которых зависят
от проявленных на них воздействий.
Вероятностные системы – системы, конечные результат системы случайным
образом зависит от воздействия на систему.
2.
Обратная связь.
Обратная связь – механизм, использующийся в работе организма над
поддержанием оптимального состояния внутренней среды. Таким образом, обратная связь
подразделяется на положительную и отрицательную.
Попробуем рассмотреть обратную связь в биологических системах. В данном
случае, мы возьмем человека, как биологическую систему. Поддержанием оптимального
состояния в организме будет заниматься гомеостаз, а гомеостаз будет поддерживать то
состояние с помощью отрицательных обратных связей. Рассмотрим конкретные примеры
применения положительной обратной связи и отрицательной обратной связи.
Отрицательная обратная связь намного больше встречается в организме и
служит для поддержания гомеостаза, получая сигнал, организм старается изменить
направление реакции на противоположное. Одним из примером может являться процесс
терморегуляции. При изменении температуры тела рецепторы в коже и в гипоталамусе
регистрируют изменения и посылают сигнал из мозга, данный сигнал вызывает ответ повышение температуры или понижение.
Положительная обратная связь – дистабилизирующая связь, действует для
организма, нарушая его гомеостаз, при потере крови положительная обратная связь играет
отрицательную роль. Быстрая потеря 2 л крови, в результате кровепотери насосная
функция сердца малоэффективна. Артериальное давление снижается, приток крови к
сердцу уменьшается. Чем слабее сердце, тем меньше сердечный выброс, происходит
угнетение деятельности. Но существует и полезное воздействие
во время процесса
свертывания активируются ферменты. Эти ферменты активируются до тех пор, пока не
произойдет свертывание крови.
Перейдем к рассмотрению функциональных систем и роли обратной связи в
них, для этого изучим эту теорию, созданную Анохиным Петром Кузьмичем.
Анохин Петр Кузьмич родился в 1898 году в семье крестьянина. В 1926 году
закончил Ленинградский государственный институт медицинских знаний, на основе идей
И.М.Сеченова и И.П.Павлова сформулировал концепцию "афферентного синтеза",
которая в последствии вошла в теорию функциональных систем.
Академик П. К. Анохин ввел понятие системообразующего фактора (результат
системы – полезный приспособительный эффект при взаимодействии «организма и
среды», происходящий во время реализации системы).
Примером системы можно назвать поведение особи, которое можно описать
как результат ее взаимодействия с окружающей средой. При этом, как только результат
достигнут, воздействие прекращается, и организм реализует следующий поведенческий
акт. Исходя из этого, поведение рассматривается с позиции того, что произойдет –
результата.
Каждая система состоит из определенных уровней. Изоморфность уровней –
представление уровней в виде систем, а не каких-либо механизмов и уровней.
Системообразующий фактор для всех систем – результат. Фактором, определяющим
структурную организацию уровней, является история развития.
Модель функциональной системы.
По концепции Анохина, человек не может существовать отдельно от
окружающего мира. На человека происходит постоянное воздействие внешних факторов,
которое было названо обстановочной афферентацией
Элементарный акт реакции - в физиологии принято считать рефлекс. Понятие
«рефлекс» было введено французским ученым Р. Декартом более 300 лет назад. Рефлекс –
ответная реакция организма не внешнее или внутреннее раздражение, осуществляемая и
контролируемая центральной нервной системой. Все рефлекторные реакции организма на
различные раздражители делятся на две группы: безусловные и условные рефлексы.
Классический путь рефлекса: импульс возникает на рецепторе, который
отвечает на стимул (раздражитель). Затем по афферентному нерву (нерв смешанного типа)
движется к сенсорному нейрону, который передает информацию в ЦНС. В спинном мозге
он может попасть на восходящее волокно, которое передает импульсы в вышестоящие
центры ЦНС (продолговатый мозг, мозжечок и/или кора головного мозга), либо пройти
через вставочный интернейрон, либо переключиться непосредственно на двигательный
нейрон спинного мозга (коленный рефлекс).
Двигательный нейрон соматической нервной системы или исполнительный
нейрон вегетативной нервной системы, передает импульс из ЦНС на эффектор. Отсюда
импульс попадает на эффекторы – мышцы или железы, реагирующие на импульс
исполнительного нейрона.
Бывают несущественные (неосознаваемые) воздействия внешнего мира на
человека, бывают те, которые вызывают ответные реакции. Эти ответные реакции носят
направление ориентировочного характера.
Объекты
воспринимаются
и
условия
организмом
как
деятельности,
воздействующие
на
определенные
образы.
соотносятся
Образы
человека,
с
информацией, находящейся в памяти, и мотивационными установками человека.
Вероятнее всего, процесс сравнения осуществляется с помощью сознания, из-за этого
возникают определенные мысли, которые влекут за собой решение и выработку,
определенного плана поведения.
Акцептор результата действия – своеобразная модель, находящаяся в ЦНС, он
отражает цель, на которое направлено действие. При его наличии и наличии программы
действия, которую делает сознание, начинается исполнение действия. При этом постоянно
происходит информация о выполнении поставленной цели (обратная связь).
Обратная афферентация (обратная связь) – используется для формирования
установки по отношению к определенному действию, которое выполняет наш организм.
Информация проходит через эмоциональную сферу, по этому она вызывает эмоции,
которые влияют на характер установки, если эмоции нравятся организму, действие
прекращается или продолжается с целью получения удовольствия, если же эмоции
негативны, то программа меняется определенным образом.
Принцип обратной афферентации заключается в восприятии через рецепторы
результаты рефлекторного акта и передача в НС, где она сравнивается с некой моделью,
которая отображает параметры возбуждения.. Обратная афферентация реализуется
выполняется с помощью положительной и отрицательной обратной связи. С помощью
обратной афферентации нервные центры контролируют эффективность, целесообразность
и оптимальность рефлекторной деятельности.
Нервная система осуществляет координацию движений с помощью обратной
связи. У людей, у которых нарушена чувствительность мышц, движения без обратной
связи становятся некоординированными, а ЦНС перестает контролировать движения.
Обратная связь сообщает нам о каждом действии, например сейчас, видя
красное подчеркивание на мониторе, я понимаю что допустил опечатку. Саморегуляция в
организме происходит с помощью обратной связи: от рецепторов кровеносных сосудов в
центральную нервную систему поступают сигналы. Исходя из всего этого мы можем
сказать что в случаях, когда в рефлекторной дуге задействована обратная связь, дуга
превращается в кольцо, по которому проходит сигнал оповещая о состояния объекта.
Рефлекторное кольцо – элементарная функциональная система, включающая
рефлекторную дугу и афферентные пути, обеспечивающие обратную связь (получение
ЦНС информации о результате рефлекторного акта). В рефлекторном кольце есть
дополнительные звенья в виде рецепторов эффектрора, афферентного нейрона и системы
вставочных нейронов, передающих вторичные афферентные импульсы в ЦНС.
Попробуем описать рефлекторное кольцо.
Рассматривая сложные рефлексы, включающие в себя рефлекторное кольцо, а
не рефлекторную дугу, мы можем наблюдать, что в результате рефлекторного акта
срабатывает эффектор (например, мышца). Результат этой реакции анализируется ЦНС
(сигнал не всегда доходит до мозга, осознается человеком), после чего вносятся
определенные исправления или продолжается стабильная работа той или иной мышцы
(данный механизм отображен на моей схеме красными стрелками). Попробуем
рассмотреть это на примере. Для этого нам понадобиться рассмотреть сгибательный и
перекрестный разгибательный рефлексы, для того, чтобы понять работу простых
рефлексов, а затем мы обратимся к рефлексу, в котором присутствует обратная связь..
Примером может служить защитный рефлекс у человека (сгибательный,
перекрестно разгибательный). Рецепторы данной рефлекторной дуги находятся в кожном
покрове конечности или части тела, реагирует данный рецептор на болевое раздражение.
При раздражении рецептора одной конечности сигнал проходит на сенсорный нейрон, в
составе сенсорного волокна. Отсюда аксон сенсорного нейрона проходит в спинной мозг.
Сигнал попадает на четыре интернейрона, по аксонам, которых сигналы попадают на
следующий интернейрон.
Затем сигналы попадают на два интернейрона правой
конечности два интернейрона левой конечсноти. Один интернейрон каждой из
конечностей является тормозным, а другой возбуждающим. Далее через двигательный
нейрон, который находится в двигательном волокне, сигнал попадает на эффектор. В
результате этого одна конечность сгибается, а другая выпрямляется. Если сигнал пришел
с левой ноги, то в спинном мозге, пройдя все интернейроны, сигнал пойдет на мышцу
разгибатель левой ноги расслабиться, а мышце сгибателя сократиться, на правой же ноге
произойдет все наоборот. Данный сигнал проходит и на ту конечность, откуда пришло
раздражение и на конечность противоположенную ей.
Рис.3. 1. Черные – тормозные интернейроны; красные возбуждающие. 2.
Двигательные нейроны. 3.Эффекторы расслабленных мышц сгибателя и разгибателя. 4.
Эффекторы сокращенных мышц сгибателя и разгибателя.
Исходя из этой информации, рассмотрим более сложный рефлекс. При ходьбе
(шагании) мы наблюдаем похожие сокращения, сигналы проходят через спинной мозг, а
оттуда в головной мозг, который передает сигналы назад в спинной мозг, так, если кончик
стопы неожиданно натыкается на препятствие, то движение временно останавливается.
Сигнал проходят от рецептора так же, как в перекрестном разгибательном рефлексе, но в
спинном мозге сигнал уходят в головной мозг и возвращаются на эффектор. Затем
последовательно осуществляется подъем стопы и перемещение ее вперед так, чтобы
оказаться над препятствием. Это называют рефлексом спотыкания. В данном случае
сигнал проходит через головной мозг, происходит корректировка движения.
Перекрестный и разгибательный рефлекс очень важен для ходьбы. Мозг
посылает сигнал о том что хочет сделать шаг и происходят торможение мышцы сгибателя
левой ноги, возбуждение мышцы разгибателя и торможение мышцы разгибателя, и
возбуждение мышцы разгибателя на противоположной конечности. Мы делаем шаг. Это
происходит за счет включения в рефлекторную дугу возбуждающих и тормозящих
интернейронов. Этот рефлекс имеет большое значение для шагательной ритмики,
поскольку позволяет координировать попеременную активацию мышц противоположных
конечностей.
Мы можем сказать, что он является сложным, состоит из рефлекторного
кольца, То есть, в случае если человек поскользнётся, у него пойдет сигнал о том, что его
сигнал вернется в мозг, рефлекторно, попытается человек восстановить равновесие. Этот
сигнал называют обратной афферентацией.
Рассмотрев обратную связь в организме, предлагаю перейти к методу
биологической обратной связи.
II глава. Метод БОС.
1. История создания метода.
Биологическая обратная связь (БОС) — это метод медицинской реабилитации,
при котором человеку с помощью электронных приборов мгновенно и непрерывно
предоставляется информация о физиологических показателях деятельности его внутренних органов посредством световых или звуковых сигналов обратной связи. Опираясь
на эту информацию, человек может научиться произвольно изменять эти в обычных
условиях неощущаемые параметры.
Эдмунд Джекобсон – первый ученый, разработавший методику, основанную на
БОС, в 1920 году. Ученый был сильно ограничен не совершенностью своей аппаратуры. С
помощью электродов, отображавших мышечное напряжение он измерял и примерял
данные измерения для выработки навыка соматической релаксации, данный метод
получил широкое применение в настоящее время.
Люди считают, что напрячь скелетные мышцы, не составляет никаких
проблем, ведь мы легко сжимаем кулак, приседаем, для этого не требует аппаратуры.
Теперь попробуйте напрячь или расслабить трапециевидную мышцу, не у всех получится.
А теперь попробуйте поуправлять скоростью своего сердцебиения. Не думаю, что
получится, ведь мы без тренировок не можем напрячь некоторые мышцы скелетные, что
говорить о реакциях внутренних органах.
Французский
нейроанатом
К.
Биша,
сказал
что
есть
разница
в
«цереброспинальной нервной системой большого мозга и спинного мозга» (ЦНС),
которые управляют скелетными реакциями. С двух сторон от спинного мозга проходят
«малые мозги» (цепи ганглиев), управляющие эмоциями с одной стороны и реакциями,
происходящими в организме с другой стороны. Он ввел термин вегетативная и считал, что
она независима от ЦНС.
В 1932 году Уолтер Кэннон пришел к выводу, что различные нервные волокна
автономной системы возбуждаются одновременно и не способны к тонким реакциям,
которые происходят в ЦНС.
В классической физиологии есть низшая форма обучения – обуславливание
(условные рефлексы, например, желудочный сок при виде еды у павловских собак).
Подкреплением в данной форме является безусловный стимул, на который реагирует
организм, такой реакции надо обучить, по этому возможности метода ограничены.
Высшая форма, ее считают ответственной за сознательное поведение,
называют методом ошибок и проб, в психологии известны опыты, в которых крыс сажали
в коробку и вживляли им электроды в так называемые центры удовольствия, помещали
кнопку, возбуждающую эти датчики в клетку, крыса находила кнопку, нажимала на нее,
получая удовольствие. Подкрепление при данной форме подкрепление может усиливать
любую реакцию, которая была перед ним.
Долго считалось, что единственной возможной формой обучения является
обуславливание, ведь мы никак не можем изменить артериальное давление.
В 50-х годах XX появились идеи возможности управлению внутренними
процессами, они основывались на исследованиях Сеченова и Павлова в области условнорефлекторной деятельности, представлениях К. Быкова в области кортико-висцеральных
связей
(функциональное
взаимодействие
между
корой
больших
полушарий
и
внутренними органами). Также нейроанатомические данные, полученные в лабораториях
В. Н. Черниговского доказали, что существует связь между локальными зонами коры
больших полушарий и вегетативной нервной системой. Метод БОС также основан на
теории функциональных систем П. К. Анохина и теорией паталогических состояний,
разработанной Н. П. Бехтеревой. Повлияли на разработку проблемы биологической обратной связи работы ряда американских ученых. Они с помощью инструментального
обучения, то есть выработки оперантных рефлексов старались модифицировать реакции
внутренних органов. Н. Е. Миллер, физиолог из США в 1957 году он начал
исследовательские труды, в которых доказывалось, что с помощью инструментального
обучения учаться висцеральным реакциям, приобретающиеся за счет классического
обуславливания. Сначала у парализованных крыс, с помощью электродов и катетеров,
велось управление внутренними реакциями в организме.
В 1969 году в американском журнале «Science» Миллер опубликовал статью, в
которой рассказывал о результатах опытах на крысах, а так же рассказывал о проведенных
исследованиях на парализованных больных, таким образом, доказывалась непричастность
скелетной мускулатуры в управлении параметрами. Он обучал этих больных регулировать
давление. Во время данных исследований у ученого был один случай, у молодого
человека были парализованы нижние конечности, а владеть костылями он не мог из-за
постуральной гипотонии, то есть, когда его поднимали в вертикальное положение, его
давление падало так резко, что он не мог сохранять вертикальное положение. Целью Н.
Миллера было научить повышать АД с помощью «инструментального обучения». На руке
у больного была манжета, контролирующая минимальное АД. При превышении давлении,
раздавался звуковой сигнал, который значил, что задание выполняется успешно. Задание
усложнялось, таким образом больной научился находиться в вертикальном положении, а
затем ходить на костылях.
По Н. Миллеру, при инструментальном обучении непрерывно измеряется
физиологический параметра, в случае его изменения пациенту подается сигнал. Пациент
обязательно должен хотеть добиться результат, который обозначил перед ним инструктор.
Можно сказать о том, что первые опыты по произвольному регулированию
висцеральных реакций проводились в России. В 1855 году испытуемые И. Р. Тарханова
повышали свое ЧСС, при этом сам профессор подавал сигнал об ударе пульса, в данных
исследованиях была задействована скелетная мускулатура, более того, Тарханов заметил,
что лучше висцеральные процессы регулируют те люди, которые могут сокращать обычно
неуправляемые группы мышц (могут шевелить ушами). Эксперимент не относится к
эксперименту по переводу непроизвольных реакций в произвольные.
В 1955 году М. И. Лисина защитила кандидатскую диссертацию. В этих
исследованиях испытуемого учили произвольно сужать или расширять кровеносные
сосуды. Испытуемому подавалась информации ос тостоянии его сосудов с помощью
звука, то есть когда сосуды расширялись высота звука понижалась, а когда сужались –
повышалась. После этих тренировок, испытуемые могли сами сужать или расширять
сосуды, отвечая на словесную инструкцию исследователя.
Термин биологическая обратная связь ввели психофизиологи из США. Дж.
Басмаджана занимался тем, что с помощью электрода, который снимал показания
активности мышечного волокна, усилителя и осциллографа, который отображал кривую
активности (визуальная обратная связь), преобразовывал сигнал в звук и подавал на
громкоговоритель (звуковая обратная связь), вместе с электрической активностью
менялась с громкость звука. В результате испытуемые учились напрягать и расслаблять
отдельное мышечное волокно в нужном ритме.
В 1969 году появилось первое общество Биологической обратной связи.
В середине 60-ых годов Элмер Грин и его жена Алиса Грин воспроизвели
методику Дж. Басмаджана, у больных с тревожностью учили изменять кровоток пальцев,
для чего постоянно измеряли температуру кончиков его пальцев. В ходе исследования
одному больному мигренью лучше. После выясняется, что кровоток в кончиках
отображает циркуляцию крови во всем организме. Приступ мигрени связывают с
изменением уровня кровотока в мозгу, из данного эксперимента становится ясно, что
возможно регулировать уровень кровотока в организме, следовательно, возможно таким
образом лечить мигрень.
Появляются работы по применению БОС в лечении разных заболеваний:
-эпилепсия с помощью сенсомоторному ритму ЭГГ ()
-тревожных состояний с помощью альфа ритма ЭГГ ()
-сердечных аритмий с помощью ЧСС ()
В
ходе
исследований
обнаружили
связь
между
альфа
ритмами
и
эмоциональным состоянием субъектами, так было доказано, что йоги имеют высокий
индекс альфа волн.
Изучение Биологической обратной связи активно происходит и в России.
Выпускается литература по этому методу. В 1996 году было организовано общество
биологической обратной связи.
Итак, с помощью биологической обратной связи уже долга лечат.
2. Виды БОС.
Самый распространенный вид биологической обратной связи – ЭМГ БОС.
Обратная связь – электромиографический сигнал, отображающий мышечную активность.
Метод активно используется при корректировке мышечных отклонений. Так же
применяется для коррекции походки, заживление парезов и излечении параличей,
существует еще много болезней, которые лечатся с помощью данного вида.
ЭМГ БОС так же применяют при хронических головных болей, фантомных
болей. Данный вид используют для релаксации мышц и таким образом лечат неврозы.
Еще одна сфера, в которой применяется данный метод - профилактика
развития паталогических изменений. Это необходимо в ряде профессий, например,
данный метод помогает подобрать правильную позу сидения за компьютером, напрягать
только определенные группы мышц, необходимые в этот момент, а затем расслаблять их.
Следующий популярный вид БОС – температурный. Температура кожи
соответствует интенсивности периферического кровотока, по этому, с помощью данного
метода активно лечат заболевания сосудов. При лечении мигрени (болезнь, во время
которой происходит спазм сосуда, а затем его расширение, что приводит к головным
болям). Во время данной процедуры происходит нагревание кончиков пальцев и
снижения температуры лба. Эффект – нормализуется мозговое кровообращение.
С помощью данного метода проводится купирование фантомных болей, в
оставшейся части конечности уменьшается кровоток. Целью терапии в этом случае
является формирование у пациента навыка привычно и бессознательно поддерживать
стандартную температуру в культе.
Еще один вид – БОС кожно-гальванической реакции. Параметр, который
измеряется сопротивление кожи электрическому току. Данный метод отражает активность
потовых желез, соответственно, активность симпатического отдела вегетативной нервной
системы, симпатическая активация отражает уровень эмоционального возбуждения. КГР
БОС используется при лечении неврозов.
Данный вид так же активно используется для оптимизации какой-либо
физической или умственной деятельности.
ЧСС (чистота сердечных сокращений) БОС – еще один метод, применяющийся
для снижения уровня тревожности, при выступлениях, каких либо фобий.
ЭГГ БОС – используется для лечения эпилептических припадков и лечении
эпилепсии. Во время процедуры предусматривается контроль корковых потенциалов, что
позволяет снизить количество припадков и их интенсивность.
Данный метод используют при старческом слабоумии, так как из-за слабого
кровообращения в голове, спектр перемещается на низкую частоту, а данный метод
позволяет поддерживать на одной частоте. Данный метод активно используется для того,
чтобы освободиться от зависимостей и нейтрализовать некоторые пагубные последствия.
В данный момент во многих странах мира БОС, динамично развивается и
становится одним из направлений современной медицины. Затраты на воспроизведение
данных методов достаточно малы, при этом большая вероятность получения результата.
Так же данный метод очень популярен у врачей практиков.