Нейробиологическая обратная связь показывает нам, насколько мы могущественны.
В своей книге «Симфония мозга»[75] Джим Роббинс, автор публикаций на научные темы, рассказывает трогательную историю о мальчике по имени Джейк, родившемся за три месяца до срока в городе Хелена, штат Монтана, у родителей по имени Рей и Лиза. При рождении вес Джейка едва дотягивал до четырехсот граммов. Когда ребенку было всего три дня от роду, он перенес операцию на открытом сердце и следующие два месяца провел в отделении интенсивной терапии. Он выжил, но выяснилось, что у него поражен мозг.
В четыре года с Джейком внезапно случился первый из множества больших эпилептических припадков – приступ эпилепсии, целиком затрагивающий мозг, – и он потерял сознание. Лекарства ослабляли припадки, но не устраняли их полностью. Рею и Лизе часто приходилось возить сына в приемную «скорой помощи», где врачи могли только сделать Джейку инъекцию валиума, чтобы остановить судороги. Кроме того, Джейк страдал малыми припадками, во время которых его разум «отключался», и он в течение нескольких секунд не мог ни говорить, ни слышать.
Со временем беды Джейка нарастали: у него диагностировали детский церебральный паралич, синдром дефицита внимания, гиперактивность и нарушения речи. Более того, он спал тревожно и зачастую просыпался по несколько раз за ночь.
В пять лет Джейк начал принимать депакот и тегретол, два сильнодействующих противосудорожных препарата, вызывающих серьезные побочные эффекты, в том числе утомляемость и вялость. Родители тревожились, Лиза говорила, что Джейк «постоянно отключается»[76]. Рей и Лиза начали искать альтернативы этим препаратам. Услышав о «нейробиологической обратной связи» (нейрофидбеке), они подумали, что этот метод мог бы дать их сыну шанс сдерживать припадки собственными силами, без медикаментов.
Нейрофидбек – разновидность биофидбека (биологической обратной связи), процесса подстройки, при котором люди используют информацию в реальном времени о реакции своего организма (например сердечном ритме или мышечном напряжении), чтобы узнать, как изменить аспекты своих физических действий и улучшить здоровье и эффективность. Приборы для биологической обратной связи измеряют различные виды физиологической активности – в том числе мозговые волны, работу сердца, дыхание, мышечную активность, температуру кожи – и быстро передают эту информацию пользователю. С помощью этой информации, отслеживая изменения в том, как они мыслят и чувствуют, люди могут научиться по своему желанию вызывать конкретные физиологические изменения. В конце концов эти изменения закрепляются и необходимость в использовании аппаратуры для обратной связи и мониторинга отпадает[77].
Нейрофидбек имеет конкретную цель: научиться контролировать электрическую активность мозга, описанную термином «волны», которые измеряются в циклах в секунду, или герцах (Гц). Эти волны измеряются методом электроэнцефалографии (ЭЭГ) с помощью сенсоров (электродов), прикрепленных к коже головы. Мозговая активность может ускоряться или замедляться в течение дня в зависимости от различных факторов.
Самые медленные, дельта-волны (менее 4 Гц), возникают во время сна. Чуть более быстрые тета-волны (4–7 Гц) – в состоянии глубокой медитации. Так называемое альфа-состояние – это релаксация, порождающая альфа-волны частотой около 8-12 Гц. Решая задачи или разбираясь в чем-нибудь, мы производим бета-волны (13–38 Гц). Самые быстрые из всех – гамма-волны (39-100 Гц). Они ассоциируются с высшей психической деятельностью.
После присоединения электродов к коже головы (это безболезненная и неинвазивная процедура) деятельность мозга демонстрируется участнику эксперимента посредством звуков и образов. Моментальные изменения звука и изображения – движение персонажа в видеоигре или снижение высоты звука, – дают участнику понять, насколько он приблизился к желаемому диапазону мозговых волн. Если изменения в электрической активности мозга происходят в направлении, отличном от желаемого, позитивная обратная связь не наблюдается. В попытках добиться требуемого звука или изображения участники приучаются контролировать волны своего мозга.
Рей и Лиза приступили к поискам тренинга нейробиологической обратной связи для Джейка, и оказалось, что ближайшее место, где его проводят, – больница в Джексоне, Вайоминг, почти в пятистах километрах от их дома. Они решили договориться о нескольких визитах в неделю, а лечение сына совместить с семейным отпуском.
В клинике Джексона восьмилетний Джейк каждый день проходил по два часовых сеанса, скорее напоминавших игры, а не привычные медицинские процедуры, знакомые ему с младенчества.
Джейк сидел в кабинете нейробиологического тренинга и внимательно смотрел на экран компьютера, на котором Пакман пищал, глотая точки. Маленький электрод, присоединенный к коже головы Джейка, был соединен с аппаратом ЭЭГ и записывал мозговые волны. Волны мозга Джейка напрямую влияли на Пакмана, а действия Пакмана служили Джейку обратной связью, необходимой для коррекции мозговых волн. Когда Джейку удавалось добиться требуемых частот – благодаря усилению сосредоточенности или глубокому дыханию, – Пакман глотал сразу несколько точек и часто пищал. Когда требуемых частот достичь не удавалось, Пакман переставал пищать и глотать точки. Джейк быстро понял, как регулировать волны собственного мозга, чтобы Пакман мог постоянно глотать точки и пищать, а самому при этом учиться спокойствию.
Результаты оказались весьма значительными. После недели тренинга нейрофидбека у Джейка быстро исчезли проблемы со сном. Он стал более спокойным и сосредоточенным, начал поддерживать разговоры, его двигательные навыки заметно улучшились. Позднее тот же протокол нейрофидбека повторили в течение еще одной недели. После второй недели тренинга Джейка обследовал педиатр-невролог Дон Райт, подтвердивший Рею и Лизе то, что они уже знали сами: лечение действительно оказалось эффективным.
Родители Джейка приобрели аппарат для нейрофидбека и предоставили его в пользование жителям Хелены, а Дон Райт решил внедрять эту методику в своей клинической практике. Джейк продолжал тренироваться и демонстрировать улучшения. В 1999 году его протестировали для индивидуальной учебной программы в средней школе. Позднее Лиза рассказывала Роббинсу: «Во втором классе он вдруг начал с удовольствием читать, а после года стабильных тренировок читал на уровне четвертого класса. Один из учителей назвал темпы улучшений у Джейка взрывными, и, по-моему, так и есть»[78].
Сегодня биофидбек и нейрофидбек – распространенные методики. Но исследователи в сфере физиологии долго считали, что люди не могут осознанно управлять деятельностью мозга. К счастью, несколько случайных и удачных открытий, сделанных во второй половине ХХ века, доказали полную ошибочность этого мнения.
Ближе к концу 50-х годов ХХ века профессор психологии из Чикагского университета Джо Камия задумался о том, можно ли постоянно информировать человека о состоянии его мозговых волн, чтобы он мог управлять ими по своему желанию. Камия первым разработал эксперимент, целью которого было выяснить, способен ли человек различать виды своих или чужих мозговых волн, и если да, то как бы он описывал каждое из состояний. Исследователь сосредоточил внимание на альфа-волнах, поскольку их легко вызвать. Участники эксперимента лежали в темной комнате с закрытыми глазами, подключенные к аппарату ЭЭГ. Затем Камия подавал звуковой сигнал и по внутренней связи просил участников эксперимента угадать, возникали ли в их мозге альфа-волны. С помощью аппарата ЭЭГ он мог определить, верны ли догадки участников, и ответить «верно» или «неверно».
Первым участником был аспирант Ричард Бах. Камия поместил электрод слева от затылочного выступа Баха, где обычно в изобилии наблюдаются альфа-волны мозга. Во время первого сеанса, состоящего из 60 звуков и 60 догадок, догадки Баха оказались правильными почти в половине случаев. На второй день тестирования Бах ответил верно на 65 % вопросов. На третий день он дал 85 % правильных ответов. Взволнованный Камия на четвертый день дал ему послушать звук четыреста раз. И каждый раз Бах отвечал правильно.
На втором этапе эксперимента Джо Камия просил Баха и других участников войти в альфа-состояние, когда звонок прозвенит один раз, и не входить в альфа-состояние, когда звонок раздастся дважды. Довольно много участников смогли входить в альфа-состояние и оставаться в нем по желанию. С этого знаменательного эксперимента, который продемонстрировал, что мозговыми волнами можно произвольно управлять, начался нейрофидбек как научное направление.
Нейрофидбек получил широкую известность десятилетие спустя, когда статья об этом удивительном открытии была опубликованав популярном журнале Psychology Today. В этой статье Камия упоминал: некоторые участники эксперимента сообщали, что при выходе из альфа-состояния чувствовали себя свежими и бодрыми, а другие, по их словам, испытывали ощущение безмятежности, покоя или прилива творческой энергии[79].
Нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Барри Стермен стал еще одним первопроходцем в сфере нейрофидбека. В 1965 году он исследовал мозговую активность во время внутреннего торможения – процесса, при котором условный рефлекс тормозится ввиду недостатка подкрепления. В одном из экспериментов в его лаборатории участвовало тридцать кошек. Посаженные в клетки и лишенные пищи, эти кошки приучились нажимать лапой рычаг, чтобы получить награду – порцию куриного бульона или молока. Электроды ЭЭГ были размещены на сенсорно-двигательной коре мозга каждой кошки – в той части мозга, которая участвует в сенсорных функциях, в контроле и осуществлении движений.
Как только кошки привыкли нажимать рычаг, чтобы получить награду, процесс выработки условного рефлекса видоизменили. Теперь кошкам приходилось ждать, пока не прекратится звук, и лишь потом нажимать рычаг, чтобы получить награду. Кошки научились сидеть совершенно тихо, но внимательно слушать в ожидании, когда звук прекратится. Барри Стермен выяснил, что на ЭЭГ неизвестный ритмический сигнал в диапазоне 12–16 Гц сопровождал эту моторную неподвижность. Этот новый сигнал ЭЭГ он назвал сенсомоторным ритмом (или СМР). Естественно, Стермен задумался, можно ли приучить кошку вызывать СМР. В течение примерно года его ассистенты по часу в день три-четыре раза в неделю тренировали десять кошек. И действительно, кошки научились вызывать СМР.
Вскоре после этого командование ВВС США обратилось к Стермену с предложением протестировать негативное влияние монометилгидразина на когнитивные функции. Известно, что этот компонент ракетного топлива способен вызывать эпилептические припадки; считалось, что он действует и на рабочих, занятых в производстве этого вещества, и даже на астронавтов. Стермен принял предложение ВВС и ввел это вещество пятидесяти кошкам. По прошествии часа у большинства кошек начались судороги. Но у троих припадка так и не случилось. Стермен выяснил, что эти три кошки участвовали в его предыдущем эксперименте и научились вызывать СМР. Он выдвинул предположение, что после тренинга СМР двигательная кора головного мозга этих кошек стала лучше сопротивляться медленным тета-волнам, причастным к стимуляции судорог.
Следующим шагом Стермена было выяснение, есть ли СМР у человека. ЭЭГ, проведенная у пациентов с удаленной из-за рака частью черепа, подтвердила существование этого ритма у людей, и Стермен решил проверить правильность идеи, согласно которой люди обладали способностью вызывать СМР.
Он поручил своему лаборанту Сиду Россу сконструировать аппарат для нейрофидбека – простое электронное устройство с двумя лампочками, красной и зеленой, – и в 1972 году использовал этот прибор в работе с первым участником-человеком, двадцатитрехлетней Мэри Фэрбенкс. С восьмилетнего возраста она страдала острыми большими эпилептическими припадками, которые повторялись не реже двух раз в месяц. Стермен выяснил, что когда Фэрбенкс вызывала СМР и подавляла низкочастотные волны, способствующие припадкам, на аппарате загоралась зеленая лампочка. Когда Фэрбенкс находилась за пределами диапазона СМР или была не в состоянии блокировать медленные волны, включалась красная. Стермен просил Фэрбенкс следить за тем, чтобы зеленая лампочка горела как можно чаще, а красная – как можно реже. Участница эксперимента тренировалась по часу в день два раза в неделю на протяжении трех месяцев. К концу тренинга ее припадки практически полностью прекратились.
Стермен написал научную статью об эксперименте с участием Мэри[80]. В 1976 году он получил грант Национального института неврологических расстройств и инсульта при Национальных институтах здравоохранения (NIH) на проведение пробного исследования, направленного на демонстрацию эффективности протокола обучения СМР. Исследование было разработано на основе модели А-В-А.
Восемь пациентов с эпилепсией в течение трех месяцев тренировались усиливать волны СМР и препятствовать низкочастотным волнам. Как и ожидалось, количество припадков заметно снизилось. (Это была первая А-часть исследования.) По прошествии трех месяцев протокол изменили: пациентов – которым не объясняли, чем они занимаются, – учили увеличивать низкочастотные волны и снижать СМР. Неудивительно, что эпилептические припадки у них участились (В-часть исследования). Три месяца спустя протокол опять поменяли. Теперь, как и на первом этапе исследования, пациенты должны были снижать частоту припадков, усиливая СМР. И опять частота возникновения судорог существенно снизилась. (Это вторая А-часть.) Эти впечатляющие результаты были опубликованы в журнале Epilepsia в 1978 году[81]. Несколько лет спустя, благодаря еще одному гранту NIH, Стермен смог воспроизвести свои результаты, на этот раз при участии 24 пациентов.
С 70-х годов ХХ века новаторские эксперименты Стермена были повторены в нескольких других лабораториях. За последнее десятилетие были проведены два независимых метаанализа с целью оценки влияния тренинга СМР на эпилепсию. В целом эти метаанализы охватывали 87 исследований. Их результаты показали, что протокол СМР приводит к значительному снижению частоты припадков у примерно 80 % больных эпилепсией, прошедших тренинг нейрофидбека такого типа, причем эффект сохраняется, даже когда противосудорожные препараты не действуют[82].
Исследования показали, что у примерно 5 % детей наблюдается синдром дефицита внимания (СДВ) и синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ)[83], – проблемы развития, распространенные в детском возрасте. Дети с такими нарушениями невнимательны, импульсивны, а в случае СДВГ – гиперактивны. Им трудно усидеть на месте и надолго сосредоточиться на чем-то одном. СДВ и СДВГ негативно сказываются на академической успеваемости и приводят к повышению риска антисоциальных расстройств и наркомании во взрослом возрасте[84].
У детей с СДВГ замечено обилие тета-волн в лобной доле – части головного мозга, которая играет важную роль в организации поведения и управлении эмоциями. Некоторые ученые считают, что этот избыток медленных волн препятствует эффективной коммуникации лобной доли с другими структурами головного мозга.
К 1972 году Джоэл Лабар, исследователь-психолог из Университета Теннесси в Ноксвилле, изучал СДВ и СДВГ уже несколько лет. Когда ему попалась первая опубликованная Барри Стерменом статья о тренинге нейрофидбека для пациентов с эпилепсией, он сразу понял, что эти результаты применимы и в работе с людьми, страдающими СДВ и СДВГ. В 1976 году Лабар переехал в Лос-Анджелес, чтобы в течение года вести работу совместно со Стерменом.
В предварительном исследовании Лабар применил протокол Стермена к четырем детям, у которых был диагностирован СДВГ. Как и Стермен, Лабар использовал модель А-В-А. Детей тренировали, пока психологические тесты не показали исчезновение у них симптомов. Затем начиналась обратная тренировка, пока тесты не начали показывать, что симптомы вернулись. И наконец детей снова стали тренировать, как вначале, пока тесты и ЭЭГ не подтверждали отсутствие симптомов. Протокол работал превосходно, предположения Лабара подтвердились.
С тех пор Лабар провел более 25 исследований эффекта тренинга нейрофидбека с участием пациентов с СДВ и СДВГ, и кроме того, немало подобных исследований было проведено другими учеными. Метаанализ, опубликованный в 2009 году, показал, что влияние нейрофидбека в лечении СДВ и СДВГ можно считать клинически эффективным[85].
Рассел Баркли – профессор психиатрии Медицинского университета Южной Каролины и всемирно признанный авторитет по вопросам СДВГ. Он провел несколько исследований по заказу фармацевтических компаний и является активным сторонником применения психостимулирующих препаратов, таких как риталин, при лечении СДВГ. Баркли утверждает: существует мало свидетельств тому, что нейрофидбек вообще действует. По его мнению, ростом эффекта плацебо может объясняться то, что дети с СДВГ чувствуют себя лучше после тренинга нейрофидбека. Барри Стермен соглашается с тем, что отчасти результаты тренинга нейрофидбека могут быть связаны с эффектом плацебо. Однако этот эффект краток, в то время как клинические исследования подтвердили, что результаты, достигнутые при помощи нейрофидбека, остаются надолго[86].
Мы до сих пор не в состоянии полностью постичь нейронные механизмы, объясняющие эффект тренинга нейрофидбека. Для того чтобы исследовать этот вопрос, Джоан Левек, постдокторант из моей лаборатории, с помощью фМРТ оценивала воздействие тренинга нейрофидбека на участки мозга, задействованные в избирательном внимании (намеренном, сосредоточенном внимании) и торможении реакций (подавлении действий, неуместных в данной обстановке)[87]. Она привлекла к участию в исследовании 20 детей с СДВГв возрасте от 8 до 12 лет. 15 произвольно выбранных детей вошли в экспериментальную группу и приступили к тренингу нейрофидбека; оставшиеся пятеро составили контрольную группу и не тренировались. Всем детям провели сканирование за неделю до начала тренинга и через неделю после его окончания. Во время сканирования дети выполняли задания, предназначенные для оценки избирательного внимания и торможения реакции.
Тренинг нейрофидбека значительно улучшил выполнение заданий, снизил невнимательность и гиперактивность. Кроме того, тренинг заметно усилил активизацию участков мозга, участвующих в сосредоточенном внимании, и способность тормозить реакцию. Ни одно из этих изменений не было отмечено у представителей контрольной группы. Эти результаты указывают, что тренинг нейрофидбека может улучшить функционирование участков мозга, задействованных во внимании и двигательном контроле[88]. Другими словами, нейрофидбек способен в функциональном отношении реорганизовать мозг. Есть основания полагать, что такая функциональная реорганизация опосредована укреплением существующих связей между нейронами. Кроме того, можно предположить, что создаются новые нейронные связи.
По этому поводу один из моих аспирантов Джимми Газири недавно обнаружил, что плотность состоящих из белого вещества путей, соединяющих участки мозга, вовлеченных в процесс внимания, увеличивается после применения протокола тренинга нейрофидбека, направленного на улучшение внимания у студентов университета. Это позволяет предположить, что нейрофидбек способен укреплять нейронные связи между участками мозга, связанными с когнитивными функциями. Никаких изменений белого вещества у участников, для которых проводился мнимый нейрофидбек, не отмечалось.
В конце 80-х годов ХХ века клинический психолог Юджин Пенистон и психолог-исследователь Пол Кулкоски провели исследование нейрофидбека в больнице для ветеранов в Форт-Лайоне, Колорадо. В этом исследовании участвовали тридцать человек. Из них двадцать были закоренелыми алкоголиками, которые вернулись в больницу на очередной курс стационарного лечения от алкоголизма.
Этих пациентов произвольно разделили на две группы. С десятью проводили терапевтические беседы и выполняли программу «Двенадцать шагов». Десять других получали то же лечение и в дополнение к нему нейрофидбек. Во время тренинга нейрофидбека участники лежали в кресле с откидывающейся спинкой, закрыв глаза. Им объяснили, что они должны позволить звукам и голосу терапевта ввести их в состоянии глубокой релаксации, связанное с альфа- и тета-волнами, которые возникали в затылочной коре – области головного мозга, расположенной в задней части головы[89]. Кроме того, при переходе к альфа-тета-состоянию, напоминающему транс, их просили использовать позитивные ментальные образы (например представлять, как они отказываются от алкоголя и живут трезвой жизнью, уверенно и радостно). Десять участников, не страдающих алкоголизмом, вошли в контрольную группу.
Все три группы участников прошли ЭЭГ и психологические тесты как до программы лечения, рассчитанной на 28 дней, так и после нее. Результаты пациентов, вводимых в альфа-тета-состояние, оказались поразительными. Их ЭЭГ показывала значительное усиление затылочных альфа- и тета-волн. Это изменение мозговой активности свидетельствовало о снижении тревожности у данных пациентов. Более того, баллы, набранные на психологических тестах, указывали на позитивные изменения личности и значительное снижение негативных эмоциональных состояний. Восемь из десяти алкоголиков, с которыми поработали по протоколу Пенистона-Кулкоски, бросили пить, а десять пациентов, получавших традиционное лечение, были повторно госпитализированы в последующие 18 месяцев. В группе нейрофидбека абстиненция оказалась продолжительной. Три года спустя рецидив наблюдался лишь у одного участника. Эта статистика удивительна: в сфере злоупотребления наркотическими веществами и алкоголем частота рецидивов в 70–80 % считается нормой[90].
Несколько лет спустя Пенистон применил подобный подход при работе с группой ветеранов войны во Вьетнаме, страдавших посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР). ПТСР – тревожное расстройство, которое может развиться после внушающих страх событий, связанных с причинением серьезного физического вреда или с угрозой этого вреда. У пациентов с ПТСР наблюдаются навязчивые страшные мысли, кошмарные воспоминания, флэшбеки, приступы паники, фобии, тревожность и депрессия.
В это исследование были включены две группы ветеранов. В одной группе 14 ветеранов получали традиционное лечение, в том числе психотропные препараты, а также индивидуальную и групповую терапию. В другой группе 15 ветеранов в дополнение к традиционному лечению проходили альфа-тета-тренинг. К концу исследования кошмары, флэшбеки и дозы психотропных препаратов удалось значительно сократить у участников группы нейрофидбека. В контрольной группе таких изменений не наблюдалось. Последующее изучение проводилось спустя тридцать месяцев. У всех 14 ветеранов контрольной группы имелись рецидивы, а 12 из 15 ветеранов, с которыми работали по протоколу Пенистона-Кулкоски, продолжали вести нормальную жизнь[91].
Пенистон предположил, что во время альфа-тета-сеансов физиология, характерная для мирного времени, позволяет травматическим воспоминаниям ветеранов постепенно стать осознанными. Кроме того, по его мнению, в тета-состоянии они чувствуют себя сторонними наблюдателями, поэтому им не приходится переживать мучительные воспоминания вновь. Таким образом, этот нейтральный образ бытия дает травмирующим событиям возможность безболезненно интегрироваться в психику.
Как показывают эти исследования нейрофидбека, контролировать волны нашего мозга, оцененные с помощью ЭЭГ, сравнительно легко. Однако у этой методики низкое пространственное разрешение – то есть она не позволяет ученым точно локализовать участки мозга, создающие электрическую активность, которая фиксируется на уровне кожи головы. Ввиду этих ограничений невозможно с помощью ЭЭГ определить наверняка, можно ли научиться контролировать активность мозга в его конкретной зоне.
Но за последнее десятилетие прогресс в технологиях нейровизуализации привел к развитию функциональной МРТ в реальном времени (рвфМРТ). фМРТ оценивает изменения в кровотоке и оксигенации крови, тесно связанные с активностью нейронов. Преимущество рвфМРТ в том, что данные анализируются в процессе сбора. Небольшая продолжительность вычислений позволяет ученым быстро обеспечить пациенту визуальную обратную связь в процессе активности в конкретных участках мозга[92].
В последние годы было проведено несколько исследований нейрофидбека с применением рвфМРТ. В них участники учились контролировать активность конкретного участка мозга через ментальную деятельность (мысли, эмоции) того рода, которая усиливает или снижает эту активность. В одном из таких исследований ученый Кристофер Дешарм и его коллеги стремились определить, в какой степени здоровый человек может научиться контролировать активность в соматомоторной коре – одном из двигательных участков головного мозга[93].
Участникам предлагали представить себе, как они двигают ведущей рукой, пока они видели аналоговое изображение текущего уровня активности в соматомоторной коре. Им было также дано задание усилить активность в этой области мозга. Посредством тренинга участникам удавалось улучшить свой контроль активности мозга, анатомически специфичный для соматомоторной коры. После тренинга, пользуясь одними только двигательными изображениями, участники могли по своей воле усиливать активность этой зоны мозга сравнимо по величине с соматомоторной активностью, измеренной во время реальных движений ведущей рукой. Примечательно, что участники могли сохранять контроль над соматомоторной активностью даже после того, как к ним переставала поступать информация с рвфМРТ.
В другом исследовании Кристофер Дешарм и его коллеги применяли тот же подход, чтобы приучить участников контролировать уровень активности в ростральной передней поясной коре (рППК), участке мозга, известного своей связью с восприятием боли[94]. Участникам пришлось учиться усиливать (активировать) и ослаблять (деактивировать) активность рППК в процессе получения болезненной термостимуляции. Примечательно, что успешная активация деятельности рППК – в процессе применения болевых термальных раздражителей, – привела к субъективно более высокой оценке боли; и наоборот, эффективная деактивация – к более низким оценкам уровня боли.
Другие исследования нейрофидбека с применением рвфМРТ показали, что здоровый человек способен быстро научиться контролировать области мозга, участвующие в визуальном и слуховом восприятии. Возможно, основанный на рвфМРТ тренинг нейрофидбека в конце концов будут применять для улучшения деятельности – стимуляции активности в участках мозга, к примеру, связанных с памятью. В будущем нейрофидбек на основе рвфМРТ может также найти применение в лечении тревожных и депрессивных расстройств.
Дж. Пол Гамильтон, нейробиолог из Стэнфордского университета, вместе с коллегами недавно выяснял, можно ли с помощью нейрофидбека с применением рвфМРТ управлять активностью субгенуальной передней поясной коры (сППК)[95]. Считается, что этот отдел передней поясной коры участвует в создании эмоциональных состояний и имеет отношение к глубокой депрессии. В своем исследовании Гамильтон с коллегами предложили восьми женщинам снизить активность сППК, усилив позитивный настрой. Тем удалось. Следовательно, есть вероятность, что структуры мозга, в работе которых при депрессивных расстройствах наблюдаются отклонения, можно контролировать с помощью нейрофидбека с применением фМРТ в режиме реального времени.
Однако нейрофидбек – лишь одно из применений НКИ, нейрокомпьютерных интерфейсов.
Мэтт Нейгл был парализован от шеи и ниже после того, как ему нанесли колотую рану. В 2005 году он стал первым человеком, управлявшим искусственной рукой при помощи НКИ. Имплантат с 96 электродами был размещен на поверхности двигательной зоны его мозга, над участком, связанным с его ведущей левой рукой и ногой. Этот имплантат также позволил Нейглу мысленно управлять телевизором и проверять электронную почту[96].
Сначала НКИ выявляет изменения в сигналах мозга, которые отражают намерение пользователя, затем переводит эти изменения в сигналы, отдающие команду об осуществлении желаемого действия. Основная задача НКИ – восстановить движение, зрение и слух, частично или полностью утраченные. Эти каналы коммуникации связывают разум и мозг пользователей с их окружением, позволяют учиться управлять внешними устройствами – теми же программами для обработки текстов, выключателями, инвалидными колясками, телевизорами и нейропротезами[97].
Системы НКИ могут управляться электрофизиологическими сигналами, которые считывают с кожи головы или напрямую из мозга. К примеру, человек может научиться пользоваться активностью СМР, используя различные виды двигательных образов, чтобы подавать сигналы «да» или «нет» курсору на компьютерном экране или нейропротезу руки[98]. В настоящий момент системы НКИ приносят пользу главным образом людям с серьезными двигательными нарушениями, препятствующими произвольному управлению мышцами. Такие нарушения наблюдаются у людей с травмами позвоночника, боковым амиотрофическим склерозом (БАС, также известным как болезнь Лу Герига), тяжелыми церебральными параличами, мышечной дистрофией и острыми заболеваниями, вызывающими обширный паралич (тот же «синдром запертого человека»).
Ближе к концу 90-х годов ХХ века немецкий нейробиолог Нильс Бирбаумер и его коллеги разработали «ментальную пишущую машинку» для пациентов с БАС. Эти пациенты были обучены создавать медленные корковые потенциалы (МКП) – отрицательную или положительную поляризацию ЭЭГ – по команде, воспринимаемой на слух. При достижении более чем 70 % контроля пациенты видели буквы и слова на экране компьютера или слышали, как их произносит текстовый редактор. Пациенты вызывали МКП после появления желаемой буквы – и так, буква за буквой, создавали слова[99].
В настоящее время проводится все больше исследований НКИ, направленных на методики осуществления людьми контроля над своим окружением при помощи мыслей. Вполне вероятно, что скоро неинвазивные НКИ будут использовать и люди, не имеющие инвалидности. Об этой возможности ученые из исследовательского института IDIAP, специализирующегося на разработке НКИ, недавно сообщили по результатам удивительного эксперимента. Во время него два здоровых человека сумели силой мысли перемещать робота через несколько комнат, пользуясь НКИ на основе ЭЭГ[100].
Не так давно Цзыпин Чжун, ученый из Центра вычислительной нейробиологии Шварца при Университете Калифорнии в Сан-Диего, вместе с коллегами разработал новый НКИ, способный помочь людям с тяжелой инвалидностью общаться с другими. Этот НКИ позволяет пользователям звонить по мобильному телефону, набирая номер силой мысли. Устройство состоит из повязки ЭЭГ на голову, подсоединенной к блютус-модулю, который без проводов передает ЭЭГ-сигналы мобильному телефону Nokia. Этот НКИ по описанию кажется чем-то из области научной фантастики, однако после краткого обучения им почти со стопроцентной точностью может овладеть большая часть пользователей. В конечном итоге, таким психонейрофоном могут пользоваться и совершенно дееспособные пользователи мобильников[101].
Венчурная компания NeuroSky Inc. с головным офисом в Сан-Хосе, Калифорния, ведущая разработки в том же направлении, создала прототип устройства, читающего ЭЭГ-волны с помощью сенсоров, закрепленных на лбу пользователя. Этот прототип, представленный в 2008 году на выставке Международной ассоциации индустрии беспроводных телекоммуникаций, показывает обработанные ЭЭГ-сигналы на экране мобильника, чтобы продемонстрировать степень релаксации пользователя. Через эти же сигналы можно управлять движениями персонажа в видеоигре, идущей на экране мобильника. Компания NeuroSky в настоящее время планирует разработку НКИ для управления домашними игровыми приставками и аудиовизуальным оборудованием для бытового использования[102].
Неудивительно, что мысленный контроль активности мозга привлек внимание производителей игрушек и игр. Несколько лет назад компания Mattel выпустила Mind Flex – игру на основе технологических разработок компании NeuroSky. Играющие надевают на голову аппарат с налобным сенсором, считывающим ЭЭГ-активность. Эта активность преобразуется в сигнал, который передается как радиочастота. При достаточной сосредоточенности игроки могут привести в действие вентилятор, который поднимает мячик и проводит его через полосу препятствий на столе. От умения участников игры управлять мозговыми волнами зависит их успешное проведение мячика через все препятствия.