Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

Пятакович Ф.А. Макконен К.Ф.

Актуальность исследования

Синдромом дефицита внимания и гиперактивности (ADD/HD-синдромом), по данным разных авторов страдают от 10% до 20% детей и подростков [2,5].

В виде изолированного симптомокомплекса ADD/HD-синдром встречается редко и в 70% случаев коррелирует со специфическими нарушениями процесса обучения, а также с тревожными, личностными расстройствами и патологией поведения.

Чаще всего синдром дефицита внимания в раннем возрасте сочетается с непокорностью и непослушанием. Такие дети не выполняют общепринятые правила жизни, постепенно формируя протестные формы поведения. Поскольку окружающие не воспринимают их такими, какие они есть, дети испытывают постоянный психический дискомфорт. При отсутствии адекватной коррекции у такого ребенка формируются деструктивные расстройства поведения, носящие антисоциальный характер, часто сочетающиеся с тревожно-депрессивными аффективными расстройствами.

Часть пациентов с синдромом дефицита внимания страдают гиперкинетическим синдромом в виде тиков разной степени выраженности: от легких форм до тяжелого синдрома Туретта. В клинической картине у таких больных нередки судорожные состояния.

 Они не способны длительно концентрировать свое внимание на решении различных задач и до недавнего времени оставались либо без лечения, либо пользовались психотропными препаратами, стимуляторами типа риталина или противосудорожными лекарствами. Эффект лечения психотропными средствами и стимуляторами нестойкий, принимать их необходимо годами, все они обладают выраженными побочными эффектами и формируют лекарственную зависимость.

По данным электроэнцефалографического картирования у пациентов с синдромом дефицита внимания регистрируется увеличение тета-активности и резкое снижение бета-активности в корковых и подкорковых областях лобных долей [5].

Поэтому Новосибирским учеными и была разработана технология коррекции синдрома дефицита внимания бета-стимулирующим электроэнцефалографическим биоуправлением [4]. Этот подход позволяет обучить пациента навыкам нормализации функционирования определенных структур головного мозга, то есть делать то, что раньше за него делали стимуляторы или антидепрессанты. Бета-стимулирующий тренинг позволяет излечить пациентов или добиться стойкого улучшения у 98 % детей, прошедших курс лечения. Однако технология лечения является довольно трудоемкой и длительной: продолжительность сеанса составляет 60-90 минут, курс лечения состоит из 30-40 сеансов [3]. Существенным развитием бета-стимулирующего биоуправления являются игровые варианты ЭЭГ-тренинга. Погружая пациента в виртуальную игровую ситуацию, тем самым качественно меняют лечебно-реабилитационный процесс за счет его мотивационной составляющей [1].

Только в середине 90-х годов удалось установить, что в большинстве случаев причиной заболевания является снижение интенсивности мозгового кровотока и падение уровня допамина в лобных долях коры головного мозга, особенно при выполнении интеллектуального задания: чем сильнее больной старается сконцентрироваться, тем существеннее страдает кортикальный метаболизм. Даже если ребенок очень хочет справиться с заданием он не в состоянии этого сделать. Технология бета-стимулирующего биоуправления изначально не направлена на коррекцию метаболических процессов мозга. Поэтому актуальным является разработка технических средств работающих на хронобиологических принципах и направленных, как на усиление обменных процессов мозга, так и на коррекцию нейродинамической активности мозга в бета диапазоне ритмов электроэнцефалограммы.

Методы исследования

В работе использовались методы системного анализа, моделирования, математической статистики, методы регистрации и анализа электрофизиологической информации в виде электроэнцефалографии.

Результаты исследований

Модель биосинтеза белка на рибосомах состоит из биохимической, гемодинамической, моторной и нейрогуморальной составляющих. Биохимическая составляющая включает процесс элонгации или присоединения аминокислот при синтезе белка на рибосомах с частотой 7-13 Гц. Каждые 2-3 периода колебаний (0,3 с) наступает самосинхронизация рибосом и отдельных участков клетки. Энергетическое обеспечение элонгации осуществляет гемодинамическая составляющая за счет увеличения микроциркуляции, цикличность которой связана с ритмом «мышечного тремора», выполняющего функцию «периферических сердец». Следовательно, периодика первой составляющей совпадает со спектром частот микроциркуляции и тремора мышц в диапазоне 7-13 Гц. Нейрогуморальная составляющая зависит от работы центра терморегуляции и обеспечивает ритмические перераспределения кровотока и тонуса мышц с частотой около 0,003 Гц (период около 5 минут). Питательные вещества, необходимые для синтеза белка, приносятся вместе с кровью, периодичность выброса которой составляет в среднем 1 Гц. Дополнительно к этому объем кровотока модулируется дыхательным циклом со средней частотой 0,20 Гц.

Если рассмотреть упрощенную модель управления анаболизмом клетки, то в ней можно выделить следующие контуры управления: биохимический, пульсовой, дыхательный и нейрогуморальный со средними периодами циклов (0,10с + 1,0с + 5,0с + 300с).

Воздействие низкочастотных электрических токов на ткани мозга в частотном диапазоне альфа ритма обеспечит стимуляцию синтеза белка. Энергетическая подпитка осуществляется при распаде аденозинтрифосфата (АТФ) на аденозинмонофосфат (АМФ) и фосфат (Ф): АТФ → АМФ + Ф.

Следовательно, для биоуправления интенсивностью воздействия система должна функционировать в режиме амплитудно-частотной модуляции с изменением амплитуды меняющейся частоты электрических токов в тканях.

Таким образом, из рассмотренной упрощенной модели следует что, интегральный лечебный эффект разрабатываемой аппаратной биотехнической системы воздействия при помощи низкочастотных импульсных токов должен базироваться на:

- синхронизации несущего физиотерапевтического сигнала с основными биоритмами пациента;

- отсчете биологического времени, в котором роль биологической секунды выполняет межпульсовой интервал;

- цикличности процедуры воздействия в виде периода работы и паузы синхронно в такт с функционированием центра терморегуляции;

- дифференцированной модуляции несущего физиотерапевтического сигнала синхронно в такт с ударами пульса и дыханием пациента;

- усилении артериолярной или венозной составляющей микроциркуляции;

- функциональной индукции избыточного анаболизма клетки посредством усиления энергетических процессов клеточных и тканевых структур в патологически измененном органе;

- восстановлении естественного внутримозгового контура саморегуляции кровотока в зоне патологии.

Установлено, что наилучший терапевтический эффект альфа тренинга при неврозах отмечается на низкочастотных флюктуациях проявляемости веретен альфа-ритма.

Для этих целей в составе биотехнической системы должен быть предусмотрен генератор, формирующий эталонные (навязываемые) процессы, законы изменения, которых выбираются заранее.

Генерация электромагнитных колебаний, соответствующих диапазону альфа и бета ритмов ЭЭГ (x=A cos (wot+jo), осуществляется при помощи генератора линейно-изменяющегося напряжения, генератора низкой частоты и двух делителей (на 20 и на 10). Импульсный низкочастотный ток через электроэнцефалографические электроды подводится к пациенту. Монтаж электродов осуществляют, как в клинической электроэнцефалографии, по системе 10-20. При стимуляции левого полушария используют частоты 7 - 13 Гц в позиции F3 - O1, при стимуляции правого полушария в позиции F4 - O2. Для стимуляции передней лобной доли правого полушария используют частоты 14 - 26 Гц в позиции F4 - С4.

Биоуправляемая модуляция интенсивности низкочастотных импульсных токов воздействия осуществляется посредством специального устройства за счет синхронизации несущего сигнала с параметрами пульса и дыхания. Модуляция сигналами пульса и дыхания несущего сигнала с частотой ритмов электроэнцефалограммы позволяет преобразовать их в веретенообразную форму. Веретено включает один дыхательный цикл и пять ударов пульса.

Длительность такого веретена определяется частотой дыхания пациента (12-15 дыханий в минуту) и колеблется от четырех до пяти секунд.

Для усиления эффективности воздействия и для увеличения вклада холинэргических механизмов регуляции могут быть использованы специальные приемы принудительно управляемого дыхания. Тогда при заданном ритме дыхания, например, резонансном длительность веретена будет равна десяти секундам.

Выводы

1. Технология бета-стимулирующего биоуправления изначально не направлена на коррекцию метаболических процессов мозга. Поэтому актуальным является разработка технических средств работающих на хронобиологических принципах и направленных, как на усиление обменных процессов мозга, так и на коррекцию нейродинамической активности мозга в бета диапазоне ритмов электроэнцефалограммы.

2. Разработана структура модели, направленная на коррекцию метаболических процессов головного мозга. Модель включает биохимическую, гемодинамическую, моторную и нейрогуморальную составляющие. Биохимическая составляющая включает процесс элонгации или присоединения аминокислот при синтезе белка на рибосомах с частотой 7-13 Гц. Оптимизация процесса синтеза белка осуществляется гемодинамической составляющей, реализующейся «мышечным тремором» с частотой 7-13 Гц. Нейрогуморальная составляющая обеспечивает ритмические перераспределения кровотока и тонуса мышц с частотой около 0,003 Гц (период около 5 минут). Питательные вещества, необходимые для синтеза белка, приносятся вместе с кровью, периодичность выброса которой составляет в среднем 1 Гц. Дополнительно к этому объем кровотока модулируется дыхательным циклом со средней частотой 0,20 Гц.

3. Рассмотренная модель послужила основой формирования медико-технических требований к устройству биоуправляемой индукции электроэнцефалограммы.

4. Разработана структура биоуправляемого индуктора ЭЭГ, включающего блок генераторов низкой частоты и линейно-изменяющегося напряжения, датчики пульса и дыхания, блок биологического таймера, блок отображения информации и электроды.

5. Устройство обеспечивает возможность автоматического управления глубиной амплитудной модуляции несущего терапевтического сигнала, посредством задаваемых соотношений сигналов пульса и дыхания.

6. В клиническом эксперименте показано, что выбранные модели и реализованное на их базе биоуправляемое устройство индукции электроэнцефалограммы адекватны реальным электрофизиологическим процессам мозга, поскольку обеспечивают получение ожидаемых результатов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Компьютерные оздоровительные и лечебно-реабилитационные игры (новая ветвь в биоуправлении). О.Г.Донская, Р.И. Великохатный, В.А.Дебелов и др. // В сб. «Биоуправление - 3. Теория и практика», (ред. М.Штарк, Россия; Р.Колл, США). - Новосибирск, 1998. - С. 232-241.

2. Любар Д.Ф. (Lubaar J.F.). Биоуправление, дефицит внимания и гиперактивность ( диагностика, клиника, эффективность лечения) // Биоуправление - 3.- Новосибирск, 1998. - С. 142 - 162.

3. Сороко С.И., Кутуев В.Б., Василевский Н.Н. Устройство для коррекции функционального состояния человека//А.С. СССР № 1124922.--БИ,1984.-№ 43.

4. Штарк М.Б., Скок А.Б. Применение электроэнцефалографического биоуправления в клинической практике (обзор литературы).// Биоуправление - 3. Теория и практика - Новосибирск, 1998. - С. 130-141.

5. Lubar J.F., Lubar J.O. Neurofeedback assessment and treatment for attention deficit/hyperactivity disorders. //In: Introduction to quantitative EEG and Neurofeedback. Eds.: Evans J.R. & Abarbanel A., 1999, Academic Press, p. 103-143.