Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2022, T. 72, № 1, стр. 3-10

Коррекция стресс-индуцированных состояний сенсорными воздействиями, автоматически модулируемыми эндогенными ритмами человека

А. И. Федотчев 1*

1 Институт биофизики клетки РАН – обособленное подразделение ФГБУН ФИЦ “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”
Пущино, Россия

* E-mail: fedotchev@mail.ru

Поступила в редакцию 18.01.2021
После доработки 29.03.2021
Принята к публикации 26.04.2021

Аннотация

Рассматривается динамика развития перспективного подхода к коррекции стресс-индуцированных состояний человека – адаптивной нейростимуляции. Подход заключается в предъявлении сенсорной стимуляции, автоматически модулируемой собственными ритмическими процессами человека, такими как ритм дыхания, ритм сердцебиений и ритмы электроэнцефалограммы (ЭЭГ). На многочисленных примерах показано, что самонастройка в реальном времени параметров стимуляции этими ритмами приводит к высокой персонализации лечебных воздействий и повышению их эффективности при подавлении стресс-индуцированных состояний. На основании рассмотренных публикаций обоснованы преимущества данного подхода при разработке инновационных технологий, использующих комплексную обратную связь от эндогенных ритмов человека для коррекции широкого спектра функциональных расстройств.

Ключевые слова: сенсорная стимуляция, замыкание обратной связи, автоматическая модуляция, ритмы ЭЭГ, ритм сердцебиений, ритм дыхания, самонастройка параметров стимуляции, коррекция функциональных расстройств

Список литературы

  1. Бехтерева Н.П. Электрическая стимуляция мозга и нервов у человека. Л.: Наука, 1990. 261 с.

  2. Бехтерева Н.П., Усов В.В. Методика прерывистой фотостимуляции в ритме собственных потенциалов мозга при регистрации ЭЭГ. Физиологический журнал СССР. 1960. 46 (1): 108–111.

  3. Быховец Ю.В., Коган-Лернер Л.Б. Пандемия COVID-19 как многофакторная психотравмирующая ситуация. Институт психологии РАН. Социальная и экономическая психология. 2020. 5 (2): 291–308. https://doi.org/10.38098/ipran.sep.2020.18.2.010

  4. Воропаев А.А., Иванова Г.Е., Котенко Н.В. Применение неинвазивной нейромодуляции в реабилитации больных с травматической болезнью головного мозга. Вестник восстановительной медицины. 2019. 1 (89): 29–32.

  5. Джос Ю.С., Меньшикова И.А. Возможности применения нейробиоуправления для повышения функциональных способностей головного мозга. Журнал медико-биологических исследований. 2019. 7 (3): 338–348. https://doi.org/10.17238/issn2542-1298.2019.7.3.338

  6. Добрушина О.Р., Добрынина Л.А., Арина Г.А., Кремнева Е.И., Суслина А.Д., Губанова М.В., Белопасова А.В., Солодчик П.О., Уразгильдеева Г.Р., Кротенкова М.В. Взаимосвязь интероцептивного восприятия и эмоционального интеллекта: функциональное нейровизуализационное исследование. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2020. 70 (2): 206–216. https://doi.org/10.31857/S0044467720020069

  7. Есин Р.Г., Есин О.Р., Хакимова А.Р. Стресс-индуцированные расстройства. Журн. неврол. психиатр. им. С.С. Корсакова. 2020. 120 (5): 131–137. https://doi.org/10.17116/jnevro2020120051131

  8. Леонова А.Б. Комплексные психологические технологии управления стрессом и оценка индивидуальной стресс-резистентности: опыт интеграции различных исследовательских парадигм. Вестник Московского Университета. Серия 14. Психология. 2016. № 3: 63–72.

  9. Нагорнова А.Ю. (отв. ред.). Стресс и эмоциональное выгорание: методы профилактики. Коллективная монография. Ульяновск: Зебра, 2019. 79 с.

  10. Нарышкин А.Г., Галанин И.В., Егоров А.Ю. Управляемая нейропластичность. Физиология человека. 2020. 46 (2): 112–120. https://doi.org/10.31857/S0131164620020101

  11. Петриков С.С., Холмогорова А.Б., Суроегина А.Ю., Микита О.Ю., Рой А.П., Рахманина А.А. Профессиональное выгорание, симптомы эмоционального неблагополучия и дистресса у медицинских работников во время эпидемии COVID-19. Консультативная писхология и психотерапия. 2020. 28 (2): 8–45. https://doi.org/10.17759/cpp.2020280202

  12. Пирадов М.А., Черникова Л.А., Супонева Н.А. Пластичность мозга и современные технологии нейрореабилитации. Вестник РАН. 2018. 88 (4): 299–312. https://doi.org/10.7868/S0869587318040023

  13. Соловьева Н.В., Макарова Е.В., Кичук И.В. “Коронавирусный синдром”: профилактика психотравмы, вызванной COVID-19. Русский медицинский журнал. 2020. 28 (9): 18–22.

  14. Федотчев А.И. Эндогенные ритмы организма как фактор модуляции параметров стимуляции. Биофизика. 1996. 41 (3): 718–721.

  15. Федотчев А.И. Эффектeы фотостимуляции, управляемой ЭЭГ человека. Биофизика. 2019. 64 (2): 358–361. https://doi.org/10.1134/S0006302919020157

  16. Федотчев А.И., Бондарь А.Т. Метод двойной обратной связи от ЭЭГ осцилляторов пациента для коррекции стресс-вызванных функциональных расстройств Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2008. 58 (3): 376–381.

  17. Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Григорьева В.Н., Катаев А.А., Парин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С. Трансформация ЭЭГ осцилляторов пациента в музыкоподобные сигналы при коррекции стресс-индуцированных функциональных состояний. Современные технологии в медицине. 2016. 8 (1): 93–98. https://doi.org/10.17691/stm2016.8.2.01

  18. Федотчев А.И., Журавлев Г.И., Ексина К.И., Силантьева О.М., Полевая С.А. Оценка эффективности музыкального ЭЭГ нейроинтерфейса с дополнительным контуром управления от сердечного ритма. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2018. 104 (1): 122–128.

  19. Федотчев А.И., Ким Е.В. Особенности лечебных сеансов биоуправления с обратной связью по электроэнцефалограмме при нормальном и отягощенном протекании беременности. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2009. 59 (4): 421–428.

  20. Федотчев А.И., Парин С.Б., Громов К.Н., Савчук Л.В., Полевая С.А. Комплексная обратная связь от биопотенциалов мозга и сердца в коррекции стресс-индуцированных состояний. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2019. 69 (2): 187–193. https://doi.org/10.1134/S0044467719020059

  21. Федотчев А.И., Парин С.Б., Савчук Л.В., Полевая С.А. Механизмы свето-музыкальной стимуляции, управляемой собственными или чужими биопотенциалами мозга и сердца. Современные технологии в медицине. 2020. 12 (4): 23–29. https://doi.org/10.17691/stm2020.12.4.03

  22. Abiri R., Borhani S., Sellers E.W., Jiang Y., Zhao X. A comprehensive review of EEG-based brain-computer interface paradigms. J. Neural. Eng. 2019. 16: 011001. https://doi.org/10.1088/1741-2552/aaf12e

  23. Alkoby O., Abu-Rmileh A., Shriki O., Todder D. Can we predict who will respond to neurofeedback? A review of the inefficacy problem and existing predictors for successful EEG neurofeedback learning. Neuroscience. 2018. 378: 155–164. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2016.12.050

  24. Brancatisano O., Baird A., Thompson W.F. Why is music therapeutic for neurological disorders? The Therapeutic Music Capacities Model. Neurosci. Biobehav. Rev. 2020. 112: 600–615. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2020.02.008

  25. Can Y.S., Iles-Smith H., Chalabianloo N., Ekiz D., Fernández-Álvarez J., Repetto C., Riva G., Ersoy C. How to Relax in Stressful Situations: A Smart Stress Reduction System. Healthcare (Basel). 2020. 8 (2): 100. https://doi.org/10.3390/healthcare8020100

  26. Cheung S., Han E., Kushki A., Anagnostou E., Biddiss E. Biomusic: An Auditory Interface for Detecting Physiological Indicators of Anxiety in Children. Front. Neurosci. 2016. 10: 401. https://doi.org/10.3389/fnins.2016.00401

  27. Chiba T., Kanazawa T., Koizumi A., Ide K., Taschereau-Dumouchel V., Boku S., Hishimoto A., Shirakawa M., Sora I., Lau H., Yoneda H., Kawato M. Current Status of Neurofeedback for Post-traumatic Stress Disorder: A Systematic Review and the Possibility of Decoded Neurofeedback. Front. Hum. Neurosci. 2019. 13: 233. https://doi.org/10.3389/fnhum.2019.00233

  28. De Vico Fallani F., Bassett D.S. Network neuroscience for optimizing brain-computer interfaces. Phys. Life Rev. 2019. 31: 304–309. https://doi.org/10.1016/j.plrev.2018.10.001

  29. De Witte N.A.J., Buyck I., Van Daele T. Combining Biofeedback with Stress Management Interventions: A Systematic Review of Physiological and Psychological Effects. Appl. Psychophysiol. Biofeedback. 2019. 44 (2): 71–82. https://doi.org/10.1007/s10484-018-09427-7

  30. Dillon A., Kelly M., Robertson I.H., Robertson D.A. Smartphone Applications Utilizing Biofeedback Can Aid Stress Reduction. Front. Psychol. 2016. 7 (832): 1–7. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2016.00832

  31. Fleming J.E., Orłowski J., Lowery M.M., Chaillet A. Self-Tuning Deep Brain Stimulation Controller for Suppression of Beta Oscillations: Analytical Derivation and Numerical Validation. Front. Neurosci. 2020. 14: 639. https://doi.org/10.3389/fnins.2020.00639

  32. Gentsch A., Sel A., Marshall A.C., Schütz-Bosbach S. Affective interoceptive inference: Evidence from heart-beat evoked brain potentials. Hum. Brain Mapp. 2019. 40 (1): 20–33. https://doi.org/10.1002/hbm.24352

  33. Gibson J. Mindfulness, Interoception, and the Body: A Contemporary Perspective. Front. Psychol. 2019. 10: 2012. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2019.02012

  34. Goessl V.C., Curtiss J.E., Hofmann S.G. The effect of heart rate variability biofeedback training on stress and anxiety: a meta-analysis. Psychol. Med. 2017. 47 (15): 2578–2586. https://doi.org/10.1017/S0033291717001003

  35. Haegens S., Zion Golumbic E. Rhythmic facilitation of sensory processing: A critical review. Neurosci. Biobehav. Rev. 2018. 86: 150–165. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2017.12.002

  36. Hampson M., Ruiz S., Ushiba J. Neurofeedback. Neuroimage. 2020. 218: 116473. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2019.116473

  37. Kadosh K.C., Staunton G. A systematic review of the psychological factors that influence neurofeedback learning outcomes. Neuroimage. 2019. 185: 545–555. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.10.021

  38. Khalsa S.S., Adolphs R., Cameron O.G., Critchley H.D., Davenport P.W., Feinstein J.S., Feusner J.D., Garfinkel S.N., Lane R.D., Mehling W.E., Meuret A.E., Nemeroff C.B., Oppenheimer S., Petzschner F.H., Pollatos O., Rhudy J.L., Schramm L.P., Simmons W.K., Stein M.B., Stephan K.E., Van den Bergh O., Van Diest I., von Leupoldt A., Paulus M.P. Interoception and Mental Health: A Roadmap. Biol. Psychiatry Cogn. Neurosci. Neuroimaging. 2018. 3 (6): 501–513. https://doi.org/10.1016/j.bpsc.2017.12.004

  39. Kacem I., Kahloul M., El Arem S., Ayachi S., Hafsia M., Maoua M., Ben Othmane M., El Maalel O., Hmida W., Bouallague O., Ben Abdessalem K., Naija W., Mrizek N. Effects of music therapy on occupational stress and burn-out risk of operating room staff. Libyan J. Med. 2020. 15 (1): 1768024. https://doi.org/10.1080/19932820.2020.1768024

  40. Kotozaki Y., Takeuchi H., Sekiguchi A., Yamamoto Y., Shinada T., Araki T., Takahashi K., Taki Y., Ogino T., Kiguchi M., Kawashima R. Biofeedback-based training for stress management in daily hassles: an intervention study. Brain Behav. 2014. 4 (4): 566–579. https://doi.org/10.1002/brb3.241

  41. Laffont I., Dalla Bella S. Music, rhythm, rehabilitation and the brain: From pleasure to synchronization of biological rhythms. Ann. Phys. Rehabil. Med. 2018. 61 (6): 363–364. https://doi.org/10.1016/j.rehab.2018.10.001

  42. Leem J., Cheong M.J., Yoon S.H., Kim H., Jo H.G., Lee H., Kim J., Kim H.Y., Kim G.W., Kang H.W. Neurofeedback self-regulating training in patients with Post traumatic stress disorder: A randomized controlled trial study protocol. Integr. Med. Res. 2020. 9 (4): 100464. https://doi.org/10.1016/j.imr.2020.100464

  43. Lefebvre J., Hutt A., Frohlich F. Stochastic resonance mediates the state-dependent effect of periodic stimulation on cortical alpha oscillations. Elife. 2017. 6: e32054. https://doi.org/10.7554/eLife.32054

  44. Papo D. Neurofeedback: Principles, appraisal, and outstanding issues. Eur. J. Neurosci. 2019. 49 (11): 1454–1469. https://doi.org/10.1111/ejn.14312

  45. Quadt L., Critchley H.D., Garfinkel S.N. The neurobiology of interoception in health and disease. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2018. 1428 (1): 112–128. https://doi.org/10.1111/nyas.13915

  46. Reed K., Cochran K.L., Edelblute A., Manzanares D., Sinn H., Henry M., Moss M. Creative Arts Therapy as a Potential Intervention to Prevent Burnout and Build Resilience in Health Care Professionals. AACN Adv. Crit. Care. 2020. 31 (2): 179–190. https://doi.org/10.4037/aacnacc2020619

  47. Restauri N., Sheridan A.D. Burnout and Posttraumatic Stress Disorder in the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Pandemic: Intersection, Impact, and Interventions. J. Am. Coll. Radiol. 2020. 17 (7): 921–926. https://doi.org/10.1016/j.jacr.2020.05.021

  48. Riganello F., Prada V., Soddu A., di Perri C., Sannita W.G. Circadian Rhythms and Measures of CNS/Autonomic Interaction. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019. 16: 2336. https://doi.org/10.3390/ijerph16132336

  49. Roy C., Dalla Bella S., Pla S., Lagarde J. Multisensory integration and behavioral stability. Psychol. Res. 2021. 85 (2): 879–886. https://doi.org/10.1007/s00426-019-01273-4

  50. Shaltout H.A., Lee S.W., Tegeler C.L., Hirsch J.R., Simpson S.L., Gerdes L., Tegeler C.H. Improvements in Heart Rate Variability, Baroreflex Sensitivity, and Sleep After Use of Closed-Loop Allostatic Neurotechnology by a Heterogeneous Cohort. Front. Public Health. 2018. 6: 116. https://doi.org/10.3389/fpubh.2018.00116

  51. Sitaram R., Ros T., Stoeckel L., Haller S., Scharnowski F., Lewis-Peacock J., Weiskopf N., Blefari M.L., Rana M., Oblak E., Birbaumer N., Sulzer J. Closed-loop brain training: the science of neurofeedback. Nat. Rev. Neurosci. 2017. 18 (2): 86–100. https://doi.org/10.1038/nrn.2016.164

  52. Steingrimsson S., Bilonic G., Ekelund A.C., Larson T., Stadig I., Svensson M., Vukovic I.S., Wartenberg C., Wrede O., Bernhardsson S. Electroencephalography-based neurofeedback as treatment for post-traumatic stress disorder: A systematic review and meta-analysis. Eur. Psychiatry. 2020. 63 (1): e7. https://doi.org/10.1192/j.eurpsy.2019.7

  53. Tegeler C.H., Cook J.F., Tegeler C.L., Hirsch J.R., Shaltout H.A., Simpson S.L., Fidali B.C., Gerdes L., Lee S.W. Clinical, hemispheric, and autonomic changes associated with use of closed-loop, allostatic neurotechnology by a case series of individuals with self-reported symptoms of post-traumatic stress. BMC Psychiatry. 2017. 17: 141. https://doi.org/10.1186/s12888-017-1299-x

  54. Tegeler C.L., Shaltout H.A., Lee S.W., Simpson S.L., Gerdes L., Tegeler C.H. Pilot Trial of a Noninvasive Closed-Loop Neurotechnology for Stress-Related Symptoms in Law Enforcement: Improvements in Self-Reported Symptoms and Autonomic Function. Global Advances in Health and Medicine. 2020. 9: 2164956120923288. https://doi.org/10.1177/2164956120923288

  55. Zanos S. Closed-Loop Neuromodulation in Physiological and Translational Research. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2019. 9 (11): a034314. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a034314

  56. Zhou X., Miller J.P. The Emerging Role of Biomarkers in Adaptive Modulation of Clinical Brain Stimulation. Neurosurgery. 2019. 85 (3): E440–E441. https://doi.org/10.1093/neuros/nyz097

Дополнительные материалы отсутствуют.