Змiни нейро- та психофізіологічних показників при проведеннi серії сеансів біологічного зворотного зв`язку за характеристиками електроенцефалографії

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО

УДК 612.822.3.08: 612.821.2

Автореферат

Змiни нейро- та психофізіологічних показників при проведеннi серії сеансів біологічного зворотного зв`язку за характеристиками електроенцефалографії

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

Трибрат Олександр Георгійович

Сімферополь 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фізіології людини і тварин та біофізики Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, Володимир Борисович Павленко, професор кафедри фізіології людини і тварин та біофізики Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського.

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, Дмитро Артурович Василенко, провідний науковий співробітник Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України;

кандидат біологічних наук, Олена Юріївна Грабовська, доцент, завідувач кафедри медико-біологічних основ фізичної культури Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського.

Захист відбудеться 25 жовтня 2007 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 52.051.04 Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського за адресою: вул. Вернадського, 4, Сімферополь, 95007.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського за адресою: вул. Вернадського, 4, Сімферополь, 95007.

Автореферат розісланий 24 вересня 2007 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К 52.051.04 Д.Р. Хусаінов

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Дослідженнями останніх років показано, що існують кореляційні зв'язки між електроенцефалографічними показниками роботи мозку і функціональними характеристиками поточного стану людини, зокрема, рівнем його загальної активації, самопочуттям і емоційним станом (Костюніна М.Б., Куликов М.А., 1995; Crawford H.J. et al., 1996; Костюніна М.Б., 1998; Krause С.М. et al., 2000; Aftanas L.I. et al., 2004). Тісний взаємозв'язок між електро-, нейро- і психофізіологічними процесами лежить в основі методу зворотного зв'язку за ЕЕГ (ЕЕГ-ЗЗ, нейрофідбек, нейротерапія). Суть методу полягає в тому, що випробовуваний, користуючись різною технікою (фізичне розслаблення, психічна релаксація або, навпаки, концентрація уваги), цілеспрямовано змінює свій психічний стан, орієнтуючись на сигнал зворотного зв'язку, ЕЕГ, що інформує про амплітудно-частотні характеристики.

Одним із найчастіше вживаних протоколів ЕЕГ-ЗЗ є т.з. альфа-тета тренінг. Суть тренінгу полягає в проведенні сеансів ЕЕГ-ЗЗ, спрямованих на зміну співвідношення потужності альфа- і тета-ритмів. Сеанси, метою яких було збільшення співвідношення потужності альфа- і тета-ритмів показали свою ефективність для лікування неврозів, ендогенної депресії, порушень сну, аддіктивних розладів, синдрому хронічної втоми, а також для зниження тривожності і зняття психоемоційної напруги після інтенсивної роботи на персональному комп'ютері (Сороко С.І. і співавт., 1995; Тюнін В.Л., Павленко В.Б., 2005).

Не дивлячись на те, що альфа-тета тренінги знайшли своє практичне застосування, про природу сприятливого впливу сеансів ЕЕГ-ЗЗ на процеси, що протікають у ЦНС і організмі загалом, є поки лише окремі припущення. Так, висловлені гіпотези, що результатом подібних тренінгів є зміна збудливості нейронів неокортексу при перебудові висхідних впливів від вентробазального комплексу таламуса (Sterman B., 1996) або від неспецифічних стволових систем амінергічної природи (Lubar J.F., 1997).

Для перевірки цих припущень представляється логічним вивчити не тільки зміну частотного патерну ЕЕГ у процесі тренінгу і після його закінчення, але і характер змін ендогенних компонентів, так званих пов'язаних із подіями ЕЕГ-потенціалів (ППП). Встановлено, що амплітудні характеристики ППП у значній мірі визначаються активністю неспецифічних висхідних систем головного мозку, завдяки чому відображають поточний нейро- і психофізіологічний стан людини (Birbaumer N. et al., 1990). Раніше нами показано, що одноразові сеанси альфа-тета-тренінгу приводять до значущого скорочення часу сенсомоторної реакції і зростання амплітуди умовної негативної хвилі, зареєстрованих в умовах двостимульної експериментальної парадигми з попереджувальним і старанним сигналами (Павленко В.Б. і співавт., 2001). Проте особливий інтерес представляє вивчення характеру змін ППП в експериментальній ситуації з внутрішнім відліком заданих тимчасових інтервалів. Така експериментальна парадигма залучає випробовуваного до одного з складних видів діяльності, що вимагає відмірювання часових інтервалів, включає підготовку руху, що самоініціюється, і забезпечує значний рівень невизначеності (Павленко В.Б., Конарєва І.М., 2000). Є підстави вважати, що реєстровані у вказаній експериментальній ситуації ендогенні компоненти ППП, що включають потенціал готовності (ПГ), умовну негативну хвилю (УНХ) і потенціал Р300 під впливом ряду сеансів ЕЕГ-ЗЗ зазнаватимуть характерні зміни.

Потрібно також відзначити, що одноразові сеанси альфа-тета-тренінгу дозволяють досягти збільшення співвідношення потужності альфа- і тета-ритмів лише окремим випробовуваним, тоді як загалом за групою спостерігаються лише тенденції до статистично незначущої зміни потужності ритмів ЕЕГ (Павленко В.Б. і співавт., 2001; Конарєва І.М., 2005). Тривала серія з 10-15 сеансів приводить до достатньо стійких змін потужності ритмів ЕЕГ у більшості учасників досліджень, особливо в правій півкулі, оскільки воно тісніше пов'язане з емоційними процесами і внутрішнім відліком часу (Сороко С.І. і співавт., 1995; Цуканов Б.І., 1996). Динаміка ж частотного патерну ЕЕГ впродовж відносного короткого тренінгу, що складається з трьох сеансів ЕЕГ-ЗЗ, залишається недостатньо вивченою.

Таким чином, є підстави вважати, що виявленню динаміки патерну поточної ЕЕГ-активності впродовж трьох сеансів альфа-тета- тренінгу, а також аналіз супутних змін амплітудних характеристик ППП, зареєстрованих у парадигмі внутрішнього відліку заданих часових інтервалів, стане внеском у вивчення ефектів і закономірностей вказаного тренінгу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася як фрагмент теми кафедри фізіології людини і тварин і біофізики Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського “Психофізіологічні механізми забезпечення досліджень моделей оптимізації навчально-виховного процесу в середній школі” (№ держ. реєстрації 0101U005768) і теми лабораторії нейроетології кафедри “Корекція несприятливих психофізіологічних станів за допомогою реєстрації біологічного зворотного зв'язку за електроенцефалограмою” (№ держ. реєстрації 0106U001215).

Мета дослідження - вивчити динаміку поточної ЕЕГ і ППП у центральних локусах при проведенні серії сеансів біологічного зворотного зв'язку по ЕЕГ, спрямованих на збільшення співвідношення альфа- і тета-ритму правої півкулі.

Задачі дослідження:

1. Дати характеристику змінам основних ритмів ЕЕГ і психологічних показників, які відбуваються при проведенні сеансів ЕЕГ-ЗЗ, спрямованих на збільшення співвідношення альфа- і тета-ритмів.

2. Оцінити зміни потужності піддіапазонів альфа-ритму випробовуваних під впливом сеансів ЕЕГ-ЗЗ.

3. Виявити індивідуальні стратегії розслаблення, які застосовують випробовувані при проведенні сеансів ЕЕГ-ЗЗ і особливості патерну ЕЕГ, відповідні кожній із них.

4. Проаналізувати зміни під дією сеансів ЕЕГ-ЗЗ параметрів ППП, зареєстрованих у парадигмі внутрішнього відліку часу.

Об'єкт дослідження - нейро- і психофізіологічний статус людини при проведенні серії сеансів ЕЕГ-ЗЗ.

Предмет дослідження - характеристики основних ритмів поточної ЕЕГ, показники ППП і психічний статус випробовуваних.

Методи дослідження. У роботі використовували методику зворотного зв'язку за ЕЕГ, реєстрацію і аналіз поточної ЕЕГ, ППП і психологічне тестування випробовуваних. Дані обробляли з використанням стандартних методів варіаційної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше детально вивчені зміни активності поточної ЕЕГ-активності, ППП і психофізіологічного статусу людини при проведенні серії сеансів ЕЕГ-ЗЗ, спрямованих на збільшення співвідношення альфа- і тета-ритмів ЕЕГ у центральних локусах правої півкулі головного мозку. Показано, що серія з трьох сеансів ЕЕГ-ЗЗ приводить до значущої перебудови патерну ЕЕГ в заданому напрямі. У післядії тренінгу виявлена сприятлива зміна емоційного статусу випробовуваних, а також зміна співвідношень потужності основних ритмів, що свідчать про досягнення випробовуваними більшого розслаблення в порівнянні з контрольною групою. У післядії сеансу ЕЕГ-ЗЗ виявлено значуще зростання амплітуди пов'язаних із подіями ЕЕГ-потенціалів (ПГ і УНХ), що також свідчить про наближення до оптимального балансу процесів збудження і гальмування в ЦНС. Отже, альфа/тета ЕЕГ-тренінги дозволяють досягти оптимального стану ЦНС і можуть бути рекомендовані для цілеспрямованого досягнення стану релаксації.

Практичне значення отриманих результатів. Проведене дослідження включає і фундаментальні і прикладні аспекти, оскільки направлено на розкриття механізмів ЕЕГ-ЗЗ, а також способів корекції психофізіологічного стану людини. Результати роботи можуть представляти інтерес для фахівців у галузях нейрофізіології, психофізіології і медицини. Результати дослідження розширюють уявлення про немедикаментозні способи корекції несприятливих змін психофізіологічного стану людини; у зв'язку з чим матеріали роботи можуть бути використані в лекційних курсах “Фізіологія вищої нервової діяльності”, “Психофізіологія”, “Валеологія” і “Фізіологія центральної нервової системи”, що викладаються у ВНЗ.

Особистий внесок здобувача. Методика, схема експериментів і основні принципи аналізу отриманих даних розроблені спільно з науковим керівником. Самостійно був проведений аналіз даних літератури і виконані експериментальні дослідження нейрофізіологічних феноменів і психофізіологічного статусу випробовуваних контрольною і досвідчених груп. У дисертації не використані ідеї і розробки, які належать співавторам опублікованих робіт.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати проведеного дослідження були представлені на I республіканській конференції молодих учених Криму “Актуальні питання сучасної біології” (Сімферополь, 2000), Всеукраїнській науковій конференції, присв. 160-річчю кафедр фізіології людини і тварин Київського національного університету ім. Тараса Шевченка “Психофізіологічні і вісцелярні функції в нормі і патології” (Київ, 2002), III симпозіумі “Особливості формування і розвитку психофізіологічних функцій в онтогенезі” (Черкаси, 2003), III конференції Українського суспільства нейронаук із міжнародною участю (Донецьк, 2005), наукових конференціях Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського (2000-2005), V міжнародному симпозіумі “Актуальні проблеми біофізичної медицини” (Київ, 2007).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 4 статті в наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України, і 4 публікації в матеріалах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 136 сторінках, складається з переліку умовних скорочень, вступу, чотирьох розділів: огляду літератури (1 розділ), опису матеріалів і методів дослідження (2 розділ), результатів дослідження (3 розділ), обговорення результатів дослідження (4 розділ), висновків і списку з 299 джерел літератури, серед яких 65 робіт авторів України і країн СНД і 234 робіт зарубіжних авторів. Дисертація ілюстрована 16 рисунками і включає 6 таблиць.

Основний зміст роботи

У першому розділі “Огляд літературних даних” приведено аналіз даних літератури про основні види ЕЕГ-потенціалів головного мозку, їх функціональні корреляти і методи електроенцефалографічного зворотного зв'язку і його використання для підвищення ефективності діяльності людини.

Матеріал і методи дослідження

Загальна характеристика експерименту. У дослідженні взяло участь 70 здорових випробовуваних, студенти Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського у віці від 18 до 30 років, обох статей. З них 37 чоловік входили до експериментальної групи, 33 - в групу контролю. Всі випробовувані були добровольцями і не знаходилися в стані емоційного стресу.

Основна частина дослідження проводилася за наступною схемою:

1. Перший день дослідження. Реєстрація початкових показників стану випробовуваного, що включає наступні елементи і проведення тренінгу або його імітації: реєстрація ВП і ППП (ПГ, УНХ, Р300) в парадигмі визначення часу простої сенсомоторної реакції з попередженням; психологічне тестування з використанням комп'ютерного варіанту опитувальника (“самопочуття-активність-настрій (САН)”, опитувальники Спілбергера та Ізарда); проведення сеансу ЕЕГ-ЗЗ (експериментальна група) або його імітації (контрольна група).

2. Другий день дослідження. Проведення сеансу ЕЕГ-ЗЗ або його імітації.

3. Третій день дослідження. Проведення сеансу ЕЕГ-ЗЗ або його імітації. Повторна реєстрація ВП і ППП (ПГ, УНХ, Р300) в парадигмі визначення часу простої сенсомоторної реакції з попередженням. Підсумкове заповнення тестів (САН, опитувальники Спілбергера та Ізарда). Клінічна бесіда з випробовуваним про вживану ним техніку пригнічення “білого шуму” під час сеансу ЕЕГ-ЗЗ.

Відведення електроенцефалограми та її аналіз. Випробовуваний розташовувався в зручному кріслі в затемненій екранованій камері. Відведення і аналіз ЕЕГ здійснювали за загальноприйнятою методикою за допомогою автоматизованого комплексу, що складається з електроенцефалографа ЕЕГ-16S (“Medicor”, Угорщина), інтерфейсу і комп'ютера IBM РС.

ЕЕГ-потенціали відводили монополярно, з розташуванням електродів за системою “10-20” в точках С3 і С4.

Після закінчення дослідження спектр ЕЕГ аналізували за допомогою швидких перетворень Фур'є. Нормовану спектральну потужність ЕЕГ розраховували для наступних частотних діапазонів: 1-4 Гц (дельта-ритм), 4-8 Гц (тета-ритм), 8-14 Гц (альфа-ритм), 14-30 Гц (бета-ритм).

Для виділення піддіапазонів альфа-ритму визначали положення піку альфа-2-ритму: в діапазоні повільніших частот щодо його нижньої межі розташований піддіапазон альфа-1-ритму, в діапазоні швидших частот - піддіапазон альфа-3-ритму. Ширина кожного з піддіапазонів складає близько 2 Гц.

Реєстрація і аналіз пов'язаних із подією потенціалів у ході відмірювання часових інтервалів. Для вивчення ППП, пов'язаних із завданням внутрішнього відліку часового інтервалу, використовували програму експерименту, що заснована на модифікації відомої експериментальної парадигми (Damen E.J.P., Brunia C.H.M. 1987) і дозволяє також аналізувати параметри часового інтервалу. З метою реєстрації ПГ і УНХ (низькочастотні компоненти ППП) ми піддали модифікації два канали ЕЕГ-16S, що забезпечило постійну часу 10 с. Верхня межа смуги пропускання склала 30 Гц. Частота дискретизації ЕЕГ-сигналу складала 100 с^-1.

Випробовуваному потрібно було виконати наступне завдання. Необхідно було в довільний момент часу натиснути на кнопку і після цього почати внутрішній відлік часового інтервалу тривалістю 20 с. Стартове натиснення на кнопку забезпечувало подачу синхроімпульсу для накопичення ППП. Коли випробовуваний закінчував відлік “правильного” (на його суб'єктивну думку) інтервалу, він натискав на кнопку другий раз (фінішне натиснення). Загалом, серія включала 30 реалізацій.

Випробовуваного наперед попереджали про те, що про правильність вимірювання такого інтервалу він дізнається за сигналом зворотного зв'язку, що видається комп'ютером: подібна ситуація забезпечувала підтримку стійкої уваги протягом виконання всього завдання і високого рівня невизначеності. Сигнал зворотного зв'язку включався на табло через 2 с після вторинного (що укладає) натиснення на кнопку. Контактна кнопка знаходилася в правій руці.

В умовах реалізації завдання на відмірювання перед фінішним натисненням на кнопку (як і перед стартовим) реєструвався ПГ, перед сигналом зворотного зв'язку - УНХ, а після сигналу зворотного зв'язку - потенціал Р300. У ряді випадків потенціал Р300 зливався з подальшими позитивними коливаннями в єдиний комплекс, тому як Р300 розглядали значне за амплітудою позитивне коливання, що виникає через 250-600 мс після пред'явлення сигналу зворотного зв'язку (Павленко В.Б., Конарєва І.Н., 2000).

Для аналізу використовували усереднене інтегральне значення амплітуди ПГ і УНХ, які розраховували як середнє арифметичне поточних амплітуд, зміряних через кожні 10 мс, аналізували значення середніх амплітуд раннього і пізнього компонентів ПГ і УНХ.

Аналогічним чином розраховували значення амплітуди Р300, але за базовий рівень приймали середню амплітуду електричної активності за 200 мс після включення сигналу зворотного зв'язку.

Проведення сеансів ЕЕГ-ЗЗ або їх імітації. Для проведення сеансів ЕЕГ-ЗЗ використовували спеціально розроблену програму “Biofeedback-2” (автор програми В.В. Арбатов). При роботі програми біопотенціали з електродів через блок комутації подавалися на аналізатор спектру ЕЕГ, де відбувалося виділення альфа- і тета-ритмів, що поступали потім на плату інтерфейсу комп'ютера.

Відведення ЕЕГ здійснювали за описаною вище методикою. Сигнал, що поступає з аналізатора, виводився на дисплеї у вигляді кривої, яка відповідала потужності альфа- і тета-ритмів. Програмне забезпечення забезпечувало обробку ЕЕГ в реальному масштабі часу. В процесі експерименту на екран дисплея в реальному часі виводилася ЕЕГ правої і лівої півкуль, дві криві, які відповідають спектрам потужності альфа- і тета-ритмів, графік співвідношення потужностей названих ритмів.

Для проведення процедури ЕЕГ-ЗЗ був організований безперервний акустичний зворотний зв'язок за співвідношенням потужностей альфа- і тета-ритмів. Як сигнал зворотного зв'язку використовувався білий шум. Одночасно випробовуваному подавали спокійні плавні мелодії, які сприяють релаксації.

Під час експерименту випробуваний розташовувався в зручному кріслі, із закритими очима в стані спокою. Камера, в якій знаходилося крісло випробовуваного, протягом сеансу була затемнена і частково звукоізольована. Для кращої звукоізоляції випробовуваному надягали навушники, які були підключені до комп'ютерної аудіоплати.

Сеанс ЕЕГ-ЗЗ складався з трьох етапів. Перший етап продовжувався 2,5 хвилини. У цей період подавалася музика і середній за гучністю білий шум. Випробовуваний не мав можливості контролювати його, оскільки зворотний зв'язок на цьому етапі не включався.

Другий етап продовжувався п'ять хвилин. З моменту його початку включали біологічний зворотний зв'язок. Як і впродовж першого етапу, подавали музику і білий шум, але впродовж даного етапу шум програмно мінявся залежно від співвідношення альфа- і тета-ритму правої півкулі. Випробовуваний міг контролювати гучність даного сигналу - шум посилюється при напруженому стані, тобто домінуванні тета-ритму, і затихає при розслабленому стані, тобто домінуванні альфа-ритму.

Третій етап продовжувався 2,5 хвилини. Впродовж даного етапу вивчали ефект післядії тренінгу з використанням ЕЕГ-ЗЗ. На початку даного етапу білий шум вимикали, залишали тільки музичний фон.

Загальна тривалість сеансу складала близько десяти хвилин.

Випробовуваним контрольної групи пропонувався сеанс прослуховування того ж музичного фону з часовими характеристиками, аналогічними такими в експериментальній групі (етапи по 2,5, 5 і 2,5 хв) і наявністю білого шуму на першому і другому етапах, проте інструкції щодо управління своєї ЕЕГ не давали. Білий шум був постійним за гучністю.

Попередня реєстрація ЕЕГ у 16 відведеннях показала, що в процесі тренінгу спостерігається зміна потужності альфа-ритму як потиличних, так і в лобових відведеннях. Проте найбільш виражений і стійкий характер зміна ЕЕГ носила в центральному регіоні. Крім того, в цій зоні оптимально реєструються ПГ, УНХ і Р300 (Павленко В.Б., Конарєва І.М., 2000). У зв'язку з цим, в основній серії досліджень ми мінімізували кількість відведень, що дозволило зробити експерименти комфортнішими для випробовуваних і реєстрували ЕЕГ у локусах С3 і С4.

Після закінчення третього сеансу ЕЕГ-ЗЗ для визначення індивідуальної стратегії саморегуляції, спрямованої на досягнення релаксації тренінгу, з випробовуваними експериментальної групи нами проводилася клінічна бесіда. Учасникові дослідження пропонувалося вибрати твердження, найбільш відповідне до його техніки релаксації.

Статистична обробка даних. Експериментальний матеріал реєстрували і обробляли в реальному режимі часу, а також після закінчення експерименту з використанням комп'ютеризованих пакетів статистичного аналізу. електроенцефалографія біологічний психологічний

Дані електрофізіологічного дослідження кількісно оброблялися з використанням стандартних методів варіаційної статистики (Лакін Г.Ф., 1989).

Результати дослідження та їх обговорення

Динаміка патерну ЕЕГ і психологічних характеристик випробовуваних при проведенні сеансів нейрофідбек. Пред'явлення випробовуваним контрольної групи складного акустичного сигналу, яким є білий шум і музичний фон призводило до наступних змін частотного патерну ЕЕГ.

У обох півкулях виявлялося зниження потужності альфа-ритму, яке досягало статистично значущого рівня до кінця сеансів (рис. 1, зліва). Зниження потужності вказаного ритму збільшувалося від сеансу до сеансу. Так, протягом першого сеансу потужність альфа-ритму в обох півкулях знизилася приблизно на 17% (Р<0.05). Протягом третього сеансу падіння потужності альфа-ритму склало близько 30% у лівій і близько 28% у правій півкулях (Р<0.05).

Впродовж першого і другого сеансів у контрольної групи випробовуваних виявляється також значуще зниження потужності бета-ритму (на 14%, Р<0.001), проте до кінця третього сеансу його потужність повертається до рівня, наближаючись до значень, зареєстрованих на першому етапі першого сеансу.

У той же час впродовж серії сеансів імітації ЕЕГ-ЗЗ виявляється тенденція до збільшення потужності низькочастотних (дельта- і тета-ритмів) ЕЕГ у порівнянні з початковим рівнем. Так, дельта-ритм у лівій півкулі до кінця досліджень виріс більш ніж на 5%, а в правій - більш ніж на 7% у порівнянні з першим етапом першого сеансу. Тета-ритм у лівій півкулі до кінця третього сеансу збільшився в порівнянні з початковим рівнем першого сеансу в лівій півкулі на 5%, в правій - майже на 3%.

Таким чином, у випробовуваних контрольної групи під впливом складного акустичного сигналу відбулася перебудова патерну ЕЕГ, що полягає в значущому зменшенні потужності середньочастотних ритмів ЕЕГ (альфа-ритму) і деякому збільшенні потужності низькочастотних ритмів (дельта- і тета-ритмів).

При проведенні першого сеансу ЕЕГ-ЗЗ у випробовуваних експериментальної групи спостерігається статистично значуще зменшення потужності досліджених ритмів ЕЕГ, зареєстрованих протягом другого і третього етапів сеансу, в порівнянні з результатним, першим, етапом (рис. 1, справа). Альфа-ритм у лівій півкулі падає на 17% (Р<0.01), в правій - на 19% (Р<0.001). Проте, на відміну від контрольної групи, при цьому виявлено і значуще зниження низькочастотних ритмів ЕЕГ. Так, потужність тета-ритму в лівій півкулі знижується на 7%, у правій - на 10% (Р<0.01). Особливо цікавою є тенденція до збільшення потужності альфа-ритму в період однойменних етапів від сеансу до сеансу, особливо виражена в правій півкулі. Так, до кінця третього сеансу потужність альфа-ритму у вказаній півкулі виросла на 6% у порівнянні з показниками завершуючого етапу першого сеансу. При цьому, якщо впродовж першого етапу першого сеансу у випробовуваних даної групи потужність альфа-ритму в правій півкулі була на 2% нижча, ніж у лівій, то під дією ЕЕГ-ЗЗ асиметрія вказаного ритму набуває протилежного характеру - потужність альфа-ритму стає в правій півкулі вищою на 3%, ніж у лівій. У випробовуваних контрольної групи подібних змін потужності альфа-ритму і його асиметрії не виявлено.

Патерни ЕЕГ експериментальної і контрольної груп відрізнялися також динамікою потужності бета-ритму. У випробовуваних експериментальної групи спостерігається надзвичайно значуще (Р<0.001) зменшення потужності бета-ритму не тільки впродовж сеансів ЕЕГ-ЗЗ, але і від сеансу до сеансу. У випробовуваних контрольної групи потужність бета-ритму, зареєстрованого в післядії імітації ЕЕГ-ЗЗ, на третій день, у порівнянні з відповідним періодом першого сеансу, навпаки, збільшувалася.

Достовірно (Р<0.05) відрізнялася в учасників дослідження різних груп лише потужність дельта-ритму, яка в процесі альфа-тета-тренінгу значущо знижувалася, а у контрольної групи навіть дещо збільшувалася (див. рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Зіставлення величин нормованої потужності дельта-, тета-, альфа-, і бета-ритмів ЕЕГ, зареєстрованих у центральних відведеннях лівої (л) і правої (п) півкуль випробовуваних впродовж контрольної серії досліджень (А) і при проведенні сеансів ЕЕГ-ЗЗ (Б); I, II, III - три послідовні сеанси або їх імітація, що складаються з трьох етапів (а, б, в). Вказані значення середніх ± значення середнього за групою. Зірочками відзначені випадки значущих (Р< 0.05) відмінностей від показників контрольної групи.

У зв'язку із спрямованістю тренінгів ЕЕГ-ЗЗ на збільшення співвідношення потужностей альфа- і тета-ритмів, особливий інтерес представляло зіставлення динаміки цього показника у випробовуваних обох груп. Уже початкова величина даного співвідношення у членів експериментальної групи в середньому вища, ніж у учасників дослідження з контрольної групи (рис. 2), хоча ці відмінності і не досягали рівня статистично значущих. У членів контрольної групи прослуховування музики і білого шуму призводить майже до рівномірного зниження співвідношення потужності альфа- і тета-ритмів обох півкуль від етапу до етапу впродовж всіх трьох сеансів. У випробовуваних експериментальної групи услід за невеликим зниженням вказаного співвідношення при переході від першого до другого етапу його величина стабілізується. Особливо великі відмінності між співвідношенням потужностей альфа- і тета-ритмів випробовуваних обох груп у правій півкулі. Тут вказане співвідношення у випробовуваних експериментальної групи до кінця третього сеансу не тільки стає вищим, ніж в їх лівій півкулі, але і на 48% (Р<0.05) перевищує співвідношення потужностей альфа- і тета-ритмів в правій півкулі у випробовуваних контрольної групи.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Співвідношення потужності альфа- і тета-ритмів ЕЕГ, зареєстрованих у центральних відведеннях випробовуваних впродовж контрольної серії досліджень (зліва) і при проведенні сеансів біологічного зворотного зв'язку за ЕЕГ (справа); А, Б, В - три послідовні сеанси або їх імітація, що складаються з трьох етапів (а, б, в). Білі стовпчики - для лівого, заштриховані - для правої півкулі. Вказані значення середніх ± значення середнього за групою. Зірочками відзначені випадки значущих (Р<0.05) відмінностей від показників контрольної групи.

Аналіз динаміки альфа- і тета-ритмів у окремих випробовуваних показав, що ті з них, хто входив до експериментальної групи і орієнтувався на сигнал зворотного зв'язку частіше демонстрували збільшення співвідношення альфа- і тета-ритмів. Всього до кінця першого сеансу ЕЕГ-ЗЗ співвідношення вказаних ритмів у лівій півкулі в порівнянні з початковим рівнем вдалося збільшити у 14 (37.8%), в правой - у 16 (43.2%) з 37 (100%) випробовуваних експериментальної групи. У контрольній групі на цьому етапі збільшення такого співвідношення і для правої та для лівої півкулі виявлено тільки у 11 (32.4%) із 34 (100%) чоловік. До кінця другого сеансу збільшення показника в порівнянні з початковим рівнем першого дня виявлене в обох півкулях майже у половини учасників дослідження експериментальної групи - у 18 (48.7%) чоловік. Подібна зміна ЕЕГ у цей період спостерігалася у лівій півкулі у 13 (38.2%), в правом - у 12 (35.3%) контрольної групи. До кінця третього сеансу збільшення показника в порівнянні з початковим рівнем першого дня виявлене в обох півкулях у 16 (43.2%) осіб експериментальної групи. У випробовуваних контрольної групи в цей період збільшення показника виявлене в 12 (35.3%) випадках для лівої і правої півкуль. Таким чином, існує тенденція до приросту співвідношення альфа- і тета-ритму у більшості випробовуваних експериментальної групи, в порівнянні з контрольною.

Нами була проведена оцінка психологічного стану учасників дослідження, віднесених до обох груп. Виявлено зниження ситуативної тривожності у випробовуваних експериментальної групи на 4% (табл. 1). До тренінгу рівень даного показника склав 32.7±1.59 бала, після - 31.4±1.55 балів. Відмінності між цими величинами статистично значущі (Р=0.02). Рівень особової тривожності у випробовуваних експериментальної групи не зазнавав істотних змін, проте у випробовуваних контрольної групи цей показник до кінця досліджень навіть підвищувався. Показники тесту САН в обох групах не зазнали істотних змін.

Таблиця 1 Показники тривожності (опитувальник Спілбергера), самопочуття, активності, настрою (тест САН) у випробовуваних обстежених груп

Примітка. Однією зірочкою відзначені значення, що достовірно відрізняються від початкових показників (до тренінгу) при Р<0.05.

На рис. 3 показані спектри базових емоцій визначені за допомогою тесту До. Ізарда. З рисунка видно, що статистично значущі зміни вираженості емоцій виявлені лише у випробовуваних досвідченої групи. У них вираженість емоцій за шкалою “сором” знижувалася майже на 14%.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Спектри емоцій, що переживаються, у випробовуваних експериментальної і контрольної груп до і після сеансів ЕЕГ-ЗЗ або їх імітації; цифрами позначені: інтерес (1), радість (2), здивування (3), горе (4), гнів (5), огида (6), презирство (7), страх (8), сором (9), провина (10). Зірочкою відзначена значуща (Р< 0.05) відмінність від початкових показників.

Динаміка частоти і потужності піддіапазонів альфа-ритму при проведенні сеансів нейрофідбек. При відведенні ЕЕГ від використаних нами центральних локусів в більшості випадків на спектрі ЕЕГ в діапазоні частот альфа-ритму виразно виділялися два-три піки. Найбільші зміни частоти відзначені у випробовуваних контрольної групи протягом першого сеансу прослуховування музики в піддіапазоні альфа-2-ритму, як у лівій, так і в правій півкулях головного мозку. Відмінності в порівнянні з початковим рівнем були статистично достовірні впродовж другого і третього етапів сеансу.

Висновки

1. Аналіз літературних даних засвідчує, що тренінги з застосуванням біологічного зворотного зв`язку по ЕЕГ ефективні для корекції психофізіологічного стану людини. У той самий час нейро- та психофізіологічні механізми таких тренінгів залишаються недостатньо дослідженими, незрозуміла мінімальна кількість сеансів, що надає результату.

2. У дисертаційній роботі встановлено, що серія з трьох сеансів біологічного зворотного зв`язку за ЕЕГ, спрямованих на збільшення співвідношення альфа- та тета-ритмів правої півкулі призводить до статистично значущих змін патерну поточної ЕЕГ, амплітуд пов'язаних із подією ЕЕГ-потенціалів у центральних відведеннях, а також емоційного стану випробовуваних.

3. Збільшення при проведенні сеансів біологічного зворотного зв'язку у учасників тренінгу співвідношення потужності альфа- і тета-ритмів правої півкулі, в порівнянні з показниками контрольної групи, об'єктивно свідчить про ефективність даної методики як методу саморегуляції психофізіологічного стану. Про це свідчать також самозвіти випробовуваних і дані психологічного тестування. Так, значущо знижується в порівнянні з початковим рівнем показник за шкалою “ситуативна тривожність” (Р=0.02) і за шкалою “сором” (Р=0.03).

4. Аналіз альфа-ритму ЕЕГ, зареєстрованого в центральних відведеннях із урахуванням його індивідуальних частотних характеристик, показав, що при проведенні сеансів ЕЕГ-ЗЗ у випробовуваних досвідченої групи, на відміну від учасників дослідження контрольної групи, до кінця тренінгів розвивається статистично значущий (Р<0.05) приріст потужності альфа-1-ритма ЕЕГ на 70% у лівій і на 80% у правій півкулях у порівнянні з його початковим рівнем. Потужність альфа-2-ритму у випробовуваних даної групи статистично значущо (Р<0.05) збільшилася в лівій півкулі на 46%, у правій - на 23%.

5. У ході дослідження було виявлено, що в процесі сеансів біологічного зворотного зв'язку за ЕЕГ відбувається пошук індивідуального стилю саморегуляції для успішного досягнення релаксації. Випробовуваних можна було розділити на три групи: 1) що використовують техніку психічного розслаблення; 2) фізичного розслаблення; 3) техніку концентрації на музиці. Показано, що найбільш адекватною стратегією саморегуляції є “психічне розслаблення”.

6. У післядії серії трьох сеансів біологічного зворотного зв'язку за ЕЕГ виявлено значуще збільшення амплітуд раннього компоненту потенціалу готовності в обох півкулях і умовної негативної хвилі лівої півкулі головного мозку. Вказані зміни пов'язаних із подією ЕЕГ-потенціалів свідчать про досягнення оптимального співвідношення збудження і гальмування в корі головного мозку випробовуваних.

7. Оскільки проведення серії сеансів ЕЕГ-ЗЗ дозволяють досягти оптимального стану ЦНС, такі сеанси можуть бути рекомендовані для цілеспрямованого зниження психофізіологічної напруги людини і ефективного досягнення стану релаксації.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Трибрат А.Г., Крылов Д.В., Влияние биологической обратной связи на внутренний отсчёт времени человеком // Ученые записки ТНУ, серия “Биология”. - Т. 14 (53), №2. - 2001. - С. 178-182. (особистий внесок: самостійне вивчення і узагальнення літературних даних, підготовка та проведення експериментальної частини, а також статистична обробка даних).

2. Трибрат А.Г., Макарова Л.Б., Павленко В.Б. Стратегии направленной аутокоррекции психофизиологического состояния с использованием биологической обратной святи по ЭЭГ // Ученые записки ТНУ, серия “Биология, химия”.- Т. 18 (57), №1. - 2005.- С. 146-153. (особистий внесок: самостійне вивчення і узагальнення літературних даних, підготовка та проведення експериментальної частини, а також статистична обробка даних).

3. Трибрат А.Г., Губкина Д.Г., Арбатов В.В., Павленко В.Б. Динамика паттерна ЭЭГ человека при проведении сеансов биологической обратной связи по электроэнцефалограмме // Ученые записки ТНУ. Серия “Биология, химия”. - Т. 18 (57), №2. - 2005. - С. 153 - 160. (особистий внесок: самостійне вивчення і узагальнення літературних даних, підготовка та проведення експериментальної частини, а також статистична обробка даних).

4. Трибрат А.Г., Губкина Д.Г., Павленко В.Б. Динамика ЭЭГ-потенциалов в начале серии сеансов обратной связи по характеристикам ЭЭГ // Нейрофизиология. - Т.39, № 1. - 2007. - С. 88 - 98. (особистий внесок: самостійне вивчення і узагальнення літературних даних, підготовка та проведення експериментальної частини, а також статистична обробка даних).

5. Трибрат А.Г., Шинкаревский П.В. Индивидуальные особенности электрической активности головного мозга человека при восприятии вербальной эмотивной информации // Материалы I республиканской конференции молодых ученых Крыма - Симферополь, 2000. - С. 67-69. (особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, аналіз літературного і експериментального матеріалу та деякі висновки).

6. Павленко В.Б., Конарева И.Н., Трибрат А.Г., Махин С.А. Коррекция психофизиологического статуса человека при использовании биологической обратной связи по ЭЭГ // Тези доповідей Всеукраїнської наукової конференції, присвяченої 160-річчю кафедри фізіології людини і тварин Київського національного університету імені Тараса Шевченка. - Київ, 2002. - С. 89. (особистий внесок: самостійне вивчення і узагальнення літературних даних, підготовка та проведення експериментальної частини, а також статистична обробка даних).

7. Трибрат А.Г., Сидякин В.Г., Костерина Н.С. Влияние электроэнцефалографической биообратной связи на электрические потенциалы головного мозга и временные параметры поведения // Матеріали конференції Украинського товариства нейронаук. - Донецк, 2005 // Нейронауки: теоретичні та клінічні аспекти, 2005. - Т.1, №1. - С. 124. (особистий внесок: самостійне вивчення і узагальнення літературних даних, підготовка та проведення експериментальної частини, а також статистична обробка даних).

8. Губкина Д.Г., Трибрат А.Г., Павленко В.Б. Изменения в тонкой структуре ЭЭГ при проведении сеансов ЭЭГ-ОС // Материалы V Международного симпозиума “Актуальные проблемы биофизической медицины”. - Киев, 2007. - С.50 - 51. (особистий внесок: самостійне вивчення і узагальнення літературних даних, підготовка та проведення експериментальної частини, а також статистична обробка даних).

Анотація

Трибрат О.Г. Змiни нейро- та психофізіологічних показників при проведеннi серії сеансів біологічного зворотного зв`язку за характеристиками ЕЕГ. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук зі спеціальності 03.00.13 - фізіологія людини і тварин. - Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, Сімферополь, 2007.

Дисертація присвячена дослідженню зміни частот і потужностей компонентів пов'язаних із подіями ЕЕГ-потенціалів (ППП) та спектрів потужності поточної ЕЕГ у ході проведення серії з трьох сеансів біологічного зворотного зв'язку за її характеристиками (ЕЕГ-ЗЗ), орієнтованим на збільшення співвідношення потужностей альфа- і тета-ритмів. Сигналом зворотного зв'язку служила гучність білого шуму, поєднаного з музичним фоном, у контролі звуковий вплив залишався незмінним. ЕЕГ-потенціали відводили в точках С3 і С4. ППП реєстрували в парадигмі відмірювання часових інтервалів. Протягом сеансів ЕЕГ-ЗЗ співвідношення потужностей альфа- і тета-ритмів знижується у випробуваних як контрольної, так експериментальної груп. Однак, у випробуваних експериментальної групи зменшення даного співвідношення менш значне і до кінця третього сеансу в правій півкулі статистично значно перевищує зазначений показник у контрольній групі. Після сеансів ЕЕГ-ЗЗ виявлене також значне збільшення амплітуд раннього компоненту потенціалу готовності в обох півкулях і умовної негативної хвилі в правій півкулі. Можна зробити висновок, що мінімальна ефективна серія альфа-тета-тренінгів, що приводить до зміни патерна ЕЕГ-потенціалів для більшості здорових випробуваних може складатися з трьох сеансів.

Ключові слова: біологічний зворотний зв'язок за характеристиками ЕЕГ; пов'язані з подіями потенціали; відмірювання часових інтервалів.

Аннотация

Трибрат А.Г. Изменение нейро- и психофизиологических показателей при проведении серии сеансов биологической обратной связи по характеристикам ЭЭГ. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных. - Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, 2007.

Диссертация посвящена исследованию изменению частот и мощностей компонентов связанных с событиями ЭЭГ-потенциалов (ССП) и спектров мощности текущей ЭЭГ в ходе проведения серии из трех сеансов биологической обратной связи по ее характеристикам (ЭЭГ-ОС), ориентированным на увеличение соотношения мощностей альфа- и тета-ритмов. Сигналом обратной связи служила громкость белого шума, совмещенного с музыкальным фоном, в контроле звуковое влияние оставалось неизменным. ЭЭГ-потенциалы отводили в точках С3 и С4. ППП регистрировали в парадигме отмеривания временных интервалов. На протяжении сеансов ЭЭГ-ОС соотношение мощностей альфа- и тета-ритмов снижается у испытуемых как контрольной, так экспериментальной групп. Однако испытуемых экспериментальной группы уменьшение данного соотношения менее значительно и к концу третьего сеанса в правом полушарии статистически значимо превышает указанный показатель в контрольной группе. Для определения мощности ЭЭГ в поддиапазонах альфа-ритма ЭЭГ каждого испытуемого подвергали индивидуальному анализу. После сеансов ЭЭГ-ОС выявлено также значимое увеличение амплитуд раннего компонента потенциала готовности в обоих полушариях и условной негативной волны в правом полушарии. Таким образом, чем выше было достигнутое соотношение альфа- и тета-ритмов в процессе тренинга, тем больше амплитуда позитивных и негативных компонентов ССП, развивающихся у испытуемых экспериментальной группы в процессе выполнения задачи по отсчету времени. Очевидно, что выявленные различия в уровне соотношения альфа- и тета-ритмов у испытуемых двух групп могут быть объяснены лишь деятельностью испытуемых экспериментальной группы, которая, при опоре на сигнал обратной связи, позволяет целенаправленно снизить психоэмоциональную напряженность, достичь моторной и психической релаксации. Можно также заключить, что минимальная эффективная серия альфа-тета-тренингов, приводящая к изменению паттерна ЭЭГ-потенциалов для большинства здоровых испытуемых может состоять из трех сеансов. Очевидно, что снижение ситуативной тревожности в результате серии сеансов ЭЭГ-ОС приводит к уменьшению выраженности чувство напряжения, опасения, беспокойства. Статистически значимые изменения выраженности эмоций выявлены лишь у испытуемых опытной группы. У них выраженность эмоций по шкале “стыд” снижалась почти на 14%. Выявлено, что стратегию психического расслабления использовали 51.4% испытуемых, физического расслабления - 48.7% испытуемых, технику концентрации на музыке -16.2%. Оказалось, что для испытуемых, использующих определенную стратегию релаксации характерна также определенная динамика паттерна ритмов ЭЭГ. Те участники экспериментальной группы, кто достиг не только расслабления, но и высокого соотношения альфа- и тета-ритмов лучше справлялись с задачей на отмеривание временных интервалов, меньше запаздывая с нажатием на кнопку по сравнению с другими членами своей группы. Логично предположить, что в результате сеансов ЭЭГ-ОС повышается функциональная возможность произвольной психической релаксации. Мы также предполагаем, что поскольку мощность альфа-3-ритма отражает степень физического расслабления, то при проведении сеансов происходит, прежде всего, эмоциональное, а не мышечное расслабление.