Федотчев А.И.

ФГБНУ «Институт биофизики клетки» РАН, Пущино, Московская область, Россия

Земляная А.А.

Московский НИИ психиатрии

Парин С.Б.

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского», Нижний Новгород, Россия

Полевая С.А.

Нижегородская государственная медицинская академия, Нижний Новгород, Россия

Силантьева О.М.

ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, Нижний Новгород, Россия

Когнитивная реабилитация пожилых пациентов с помощью музыкального нейроинтерфейса

Журнал: Профилактическая медицина. 2020;23(2): 42-46

Просмотров : 109

Загрузок : 1

Как цитировать

Федотчев А. И., Земляная А. А., Парин С. Б., Полевая С. А., Силантьева О. М. Когнитивная реабилитация пожилых пациентов с помощью музыкального нейроинтерфейса. Профилактическая медицина. 2020;23(2):42-46. https://doi.org/10.17116/profmed20202302142

Авторы:

Федотчев А.И.

ФГБНУ «Институт биофизики клетки» РАН, Пущино, Московская область, Россия

Все авторы (5)

Введение

Многие факторы современной жизни, такие как стремительное внедрение компьютерных и информационных технологий, необходимость переквалификации и освоения новых профессий, существенное повышение требований к надежности и безопасности деятельности специалиста, оказывают чрезмерную нагрузку на когнитивную сферу человека. В период старения к ним добавляются негативные последствия повседневного стресса [1] и повышенной тревожности [2]. Перечисленные факторы приводят к формированию множественных функциональных расстройств, а при комплексном хроническом воздействии — к отказу защитных систем организма и развитию серьезных болезней. Фармакологическая коррекция таких неблагоприятных функциональных состояний с неизбежностью ухудшает когнитивные функции пациентов и часто сопровождается привыканием и побочными эффектами [3], что делает медикаментозный путь терапии не всегда возможным. Поэтому в связи с актуальностью проблемы активного долголетия крайне востребованными являются нелекарственные средства системного воздействия, направленные на своевременную коррекцию психогенных функциональных нарушений и когнитивную реабилитацию пожилых пациентов.

В настоящее время безусловное лидерство в разработке таких средств принадлежит технологиям нейроинтерфейсов, включая интерфейсы мозг—компьютер (ИМК) и технологии биоуправления с обратной связью (БОС). Общей чертой этих технологий является их высокая персонализация через использование обратной связи от индивидуальных биоэлектрических характеристик пациента при организации лечебных воздействий [4]. Благодаря этому вышеупомянутая линия исследований полностью соответствует стратегическим направлениям развития отечественного здравоохранения, предполагающим переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения (Указ Президента РФ №642 от 01.12.16 «О стратегии научно-технологического развития Российской Федерации». http://kremlin.ru/acts/bank/41449). Однако существующие подходы пока недостаточно эффективны и часто подвергаются обоснованной критике [5].

В раннем исследовании [6] авторы настоящей статьи теоретически обосновали подход, предполагающий применение в нейроинтерфейсах музыкальных или музыкоподобных сигналов обратной связи от электроэнцефалограммы (ЭЭГ), что облегчает пациенту их восприятие и способствует увеличению эффективности лечебных воздействий. Этот подход был успешно опробован для коррекции стресс-индуцированных расстройств путем музыкальных воздействий, управляемых ЭЭГ-осцилляторами субъекта [7], а также путем трансформации биопотенциалов головного мозга в музыкоподобные сигналы обратной связи [8].

Цель настоящей работы заключалась в оценке применимости и эффективности двух указанных видов музыкального ЭЭГ-нейроинтерфейса для когнитивной реабилитации пожилых пациентов. Для этого проведен сравнительный анализ эффектов, наблюдаемых у добровольцев пожилого возраста при коррекции неблагоприятных функциональных состояний музыкальными или музыкоподобными воздействиями с наличием и отсутствием (контроль) обратной связи от биопотенциалов головного мозга обследуемых. В качестве контроля использовалось простое прослушивание классической музыки без обратной связи от текущей биоэлектрической активности обследуемых.

Материал и методы

В исследовании приняли участие 17 пациентов (8 женщин и 9 мужчин в возрасте от 55 до 75 лет) — сотрудников Пущинского научного центра РАН, которые обратились в кабинет психологической разгрузки по поводу состояний тревоги и стресса в связи со срочной сдачей отчета и добровольно согласились на участие в трех обследованиях. Исследование было проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией (принятой в июне 1964 г. в Хельсинки, Финляндия, и пересмотренной в октябре 2000 г. в Эдинбурге, Шотландия). От каждого пациента было получено информированное согласие.

В начале каждого обследования для оценки психофизиологического состояния пациентов проводилось их начальное тестирование с помощью трех ранее апробированных [9] тестов: 1) теста САН, в котором пациенты дают оценку своего текущего самочувствия, активности и настроения; 2) теста УЭД, дающего возможность определять текущий уровень эмоциональной дезадаптации, и 3) теста УС, представляющего собой модификацию теста УЭД, который позволяет оценивать уровень стрессированности человека.

После начального тестирования устанавливали ЭЭГ-датчики (активный электрод в отведении Cz, референтный и заземляющий — на мочках ушей) и стереонаушники (SBC HL140, «Philips»). Участников исследования просили сидеть спокойно с закрытыми глазами в течение всех обследований.

Каждый эксперимент начинался с 30-секундной записи фоновой электрической активности головного мозга при диапазоне фильтрации ЭЭГ 2—32 Гц и частоте дискретизации сигналов 100 Гц, в ходе которой с помощью оригинальной модификации динамического спектрального анализа, основанного на быстрых преобразованиях Фурье [10], определяли доминирующий у конкретного пациента узкочастотный (0,4—0,6 Гц) спектральный компонент в диапазоне альфа-ритма (8—13 Гц) ЭЭГ.

Дальнейший ход обследования зависел от условий эксперимента, которые для каждого испытуемого чередовались в случайном порядке.

В контрольном эксперименте после регистрации фоновой ЭЭГ включали рабочий режим, где пациентам предъявляли 15-минутную композицию из популярных классических произведений Чайковского, Моцарта, Баха и Шуберта, заранее записанную на жесткий диск компьютера.

В эксперименте с музыкальными воздействиями, управляемыми ЭЭГ-осцилляторами, использовали выявленный в фоне альфа ЭЭГ-осциллятор субъекта. Для этого с помощью специально разработанного программного обеспечения интенсивность звуков классической музыки варьировала в точном соответствии с текущей амплитудой ЭЭ-осциллятора: чем больше его амплитуда, тем больше громкость музыки, и наоборот.

В эксперименте с трансформацией биопотенциалов головного мозга текущая амплитуда выявленного ЭЭГ-осциллятора преобразовывалась в музыкоподобные сигналы. Это достигалось путем нормирования в реальном времени оцифрованных значений амплитуды ЭЭГ-осциллятора, при котором наибольшая отрицательная величина ЭЭГ-сигнала соответствовала минимальной высоте тона и интенсивности, а наибольшая положительная величина — максимальной высоте тона и интенсивности звуков, генерируемых компьютером и по тембру напоминающих звуки флейты. Получаемые звуковые сигналы плавно варьировали по высоте тона (диапазон 100—2000 Гц) и интенсивности (диапазон 0—40 дБ) в прямой зависимости от текущей амплитуды ЭЭГ-осциллятора и дополнялись слабыми щелчками, подаваемыми с частотой 1 Гц.

В конце каждого обследования пациентов расспрашивали об отмеченных ощущениях и эффектах, а также проводили повторное тестирование с помощью тестов САН, УЭД и УС.

Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета программ Сигма-Плот 11.0. Использовали парный t-тест, позволяющий определять сдвиги показателей после воздействия относительно исходных величин и оценивать уровни значимости (p) этих сдвигов.

Результаты

Оценка эффектов в контрольном и двух основных экспериментах была проведена путем сравнения сдвигов основных показателей в результате воздействий (см. таблицу).

Сдвиги показателей после воздействия относительно исходных значений и уровни значимости (p) этих сдвигов в трех экспериментах


Примечание. Жирным шрифтом выделены изменения показателей, достигшие уровня значимости, p<0,05.

Как видно из таблицы, в результате всех трех воздействий мощность альфа-ритма ЭЭГ увеличивалась. Однако достоверный прирост мощности был отмечен только при наличии обратной связи от ЭЭГ и был более значительным в эксперименте с трансформацией ЭЭГ-осциллятора в музыкоподобные сигналы. Кроме того, в результате терапевтических процедур с наличием обратной связи от ЭЭГ значимые позитивные изменения происходили в оценках самочувствия и настроения (тест САН). В результате всех трех воздействий у испытуемых наблюдалось снижение уровней эмоциональной дезадаптации (тест УЭД) и стресса (тест УС). Эти изменения достигли уровня значимости только в экспериментах с наличием обратной связи от ЭЭГ-осциллятора.

Расспрос пациентов о субъективных ощущениях в ходе экспериментов выявил их положительное отношение к проведенным лечебным сеансам, снижение уровня стресса и улучшение эмоционального состояния. Наибольшее число позитивных оценок было получено после экспериментов с трансформацией ЭЭГ-осциллятора в музыкоподобные воздействия, где плавно меняющиеся по высоте тона и интенсивности звуки флейты, дополненные ритмом 1 Гц, приобретали характер своеобразной «музыки мозга».

Обсуждение

Данные настоящего исследования показывают, что при всех видах музыкальных лечебных процедур у пациентов наблюдалось увеличение выраженности альфа-ритма ЭЭГ, сопровождаемое ростом оценок самочувствия и настроения. Это может свидетельствовать о резонансных реакциях головного мозга на ритмические звуковые воздействия и формировании у обследуемых так называемого альфа-состояния [11], которое характеризуется общей релаксацией с отсутствием признаков стресса, тревожности и депрессии.

Наиболее значительные изменения в объективных и субъективных показателях было зарегистрировано при использовании нейроинтерфейсов с наличием обратной связи от ЭЭГ, т.е. в тех случаях, когда управление музыкальными или музыкоподобными стимулами осуществлялось непосредственно регистрируемыми ЭЭГ-характеристиками субъекта. В этих случаях отмечалось значимое увеличение мощности альфа-ритма ЭЭГ по сравнению с фоном, сопровождающееся положительными эмоциональными реакциями и сдвигами в функциональном состоянии пожилых пациентов.

В литературе имеются сведения об успешном использовании нейроинтерфейсов при проведении процедур когнитивной реабилитации пожилых. Так, в недавних работах были продемонстрированы возможности нейроинтерфейсов для улучшения процессов внимания у пожилых людей [12], улучшения интеллектуальных функций [13], активизации когнитивной деятельности [14]. Имеются также единичные указания о перспективности использования нейроинтерфейсов с музыкальной обратной связью от электрофизиологических характеристик пожилых пациентов [15, 16].

Преимущества использованных в настоящем исследовании музыкальных нейроинтерфейсов обусловлены рядом инновационных особенностей. Прежде всего, это применение значимых для пациента узкочастотных (0,4—0,6 Гц) ЭЭГ-осцилляторов вместо заранее заданных, излишне широкочастотных (3—5 Гц) и полифункциональных ЭЭГ-ритмов (тета-, бета-, альфа- и т.д.), что обеспечивает индивидуальную специфичность воздействий. Из литературы известно, что такие воздействия обеспечивают более точное и персонализированное лечение психогенных расстройств [17]. Кроме того, это учет современных представлений о роли интероцептивных сигналов в процессах регуляции состояний человека. Согласно этим представлениям, восприятие интероцептивных ЭЭГ-сигналов обратной связи благодаря динамическому взаимодействию между телом, мозгом и психикой может обеспечивать улучшение физического и психического здоровья человека [18].

Заключение

Предпринятый сравнительный анализ показал, что использование музыкальных нейроинтерфейсов с управляющими сигналами обратной связи от ЭЭГ-осцилляторов пациента приводит к появлению эффектов, значительно превышающих уровень контроля, зарегистрированный при музыкальных воздействиях без обратной связи. Выявленные эффекты, включая максимальный рост мощности альфа-ритма ЭЭГ относительно фона, положительные эмоциональные реакции и сдвиги функционального состояния организма, объясняются вовлечением процессов восприятия и обработки значимых для человека интероцептивных ЭЭГ-сигналов в механизмы нейропластичности и резонансные механизмы головного мозга, обеспечивающие нормализацию функционального состояния под влиянием музыкальных воздействий.

Полученные данные свидетельствуют о применимости и эффективности музыкальных ЭЭГ-нейроинтерфейсов при решении проблемы активного долголетия путем своевременной когнитивной реабилитации пожилых пациентов, устранения функциональных нарушений и возвращения организма к оптимальному состоянию.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, гранты РФФИ №18-013-01225, 18-413-520006, 19-013-00095.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — А.Ф., С.Б.П., С.А.П.

Сбор и обработка материала — А.Ф., А.З., О.С.

Статистическая обработка данных — О.С., А.З.

Написание текста — А.Ф., С.А.П.

Редактирование — А.З., С.Б.П., С.А.П.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail