основные принципы управления в биологических системах, обеспечив теоретическую базу для развития современной кибернетики. Одним из ключевых моментов этой теории стало понятие обратной афферентации, которая представляет собой связь между параметрами достигнутого полезного результата и центральными структурами нервной системы. Обратная афферентация по Анохину имеет в своей основе биологическую обратную связь (БОС) в ее современном определении. При этом обратная связь осуществляется между отдельными биологическими показателями, регистрируемыми с помощью рецепторов, и структурами центральной нервной системы, которые выполняют функцию контроля и управления. При несоответствии биологического показателя его нормальному значению центральные структуры корректируют работу соответствующей системы органов.
Биологическая обратная связь (biological feedback) является прежде всего биологическим механизмом контроля качества достигнутого результата. Различают отрицательную и положительную обратную связь. Если повышение значения одного биологического показателя приводит к снижению другого (или наоборот), то имеет местоя отрицательная обратная связь [Например, повышение уровня инсулина в крови снижает концентрацию в ней глюкозы], то есть зависимость между показателями обратно пропорциональная. Это наиболее частый случай обратной связи, характерный для здорового организма. Если повышение значения одного показателя приводит к увеличению другого, а это, в свою очередь, еще больше повышает значение первого показателя, то говорят о положительной обратной связи [Например, повышение активности воспалительного процесса приводит к повышению температуры в очаге воспаления, что, в свою очередь, еще больше увеличивает воспаление]. В этом случае зависимость между показателями прямо пропорциональная, а данный вариант обратной связи характерен для больного организма.
Здесь просматривается аналогия с нечеткой логикой: с одной стороны, человеческий опыт и интуиция в широком смысле этих понятий служат для успешного решения поставленной задачи, а с другой стороны, на каждом этапе выполнения программы действия не требуется соблюдения однозначно сформулированных закономерностей.
Кроме значения БОС как метода контроля функций – это также и метод коррекции функции многих органов (теоретически – любых) с помощью сигналов различной модальности. Изменения того или иного показателя организма человека можно условно отражать с помощью динамических зрительных, слуховых, вибрационных и иных образов. Поэтому в практических целях используются различные варианты БОС. В частности:
• БОС по электромиограмме – функциональное биоуправление тонусом мышц-антагонистов для коррекции нарушений опорно-двигательного аппарата (например, при детском церебральном параличе);
• БОС по реоэнцефалограмме – функциональное биоуправление тонусом сосудов головного мозга (например, при головных болях);
• БОС по электроэнцефалограмме – функциональное биоуправление электрической активностью головного мозга (например, при неврозах).
В качестве метода диагностики состояния опорно- двигательного аппарата и многих анализаторных систем с использованием БОС рассмотрим компьютерную стабилометрию.
Как известно, поддержание вертикального положения человека является динамическим процессом, поскольку при этом наше тело совершает колебательные движения в различных плоскостях с небольшим отклонением от среднего положения. Все характеристики колебательного процесса (амплитуда, частота, направление) являются чувствительными и отражают состояние различных систем, поддерживающих баланс позы. Для исследования функции равновесия московской научно-медицинской фирмой 'МБН – Биомеханика' был разработан метод компьютерной стабилометрии, который позволяет оценить вертикальную устойчивость человека и ряд переходных процессов. Метод использует программно-аппаратный комплекс, который включает в себя стабилограф и компьютер со специализированным программным обеспечением. Программный пакет обеспечивает наличие собственной базы данных, автоматизированных функций для сбора и обработки информации, а также возможность получения всех общепринятых параметров по стандартному алгоритму.
Динамометрический прибор представляет собой металлическую плиту 60х40х10 см, в углах которой расположены трехкомпонентные датчики. Второй конец каждого датчика фиксирован на покровной плите. Сигналы от датчиков поступают в электронный блок, где подвергаются обработке, усилению, суммированию. Аналоговый сигнал на выходе содержит в соответствующем масштабе величины каждой составляющей движения и координаты вектора приложения силы. Дальнейшая обработка данных после аналого-цифрового преобразования осуществляется компьютером.
В данном случае обратная связь между пациентом и положением его тела осуществляется по зрительному, проприоцептивному и вестибулярному каналам. Основная система управления балансом позы построена на сигналах, поступающих от мышечных и суставных механорецепторов.
Компьютерная стабилометрия относится к методам диагностики, эффективность которых доказана многочисленными клиническими исследованиями. В настоящее время этот метод с успехом применяется на практике для функциональной диагностики и лечения нарушений опорно-двигательного аппарата, нервной системы, вестибулярного, зрительного, проприоцептивного и других анализаторов организма.
Если у вас сложилось впечатление, что компьютерные методы управления функциями различных органов при помощи БОС являются исключительно диагностическими, то это не так. Подавляющее большинство разновидностей БОС-тренингов проводятся с целью коррекции нарушенной функции, в частности, функциональное биоуправление тонусом мышц по данным электромиографии.
Пациенту на конечность с нарушенной двигательной функцией накладываются электроды: активный – на группу мышц со сниженной функцией, пассивный – в области мышцы-антагониста, заземление – на противоположную конечность или часть тела. Пациент, делая упражнения лечебной гимнастики, может контролировать правильность выполнения упражнения при помощи обратной связи по двум каналам. Во- первых, на экране компьютера он видит нормальную электромиограмму своей работающей мышцы (зрительный канал), а во-вторых, слышит музыку, которая подтверждает правильность выполнения упражнения (слуховой канал). Если тонус работающей мышцы выходит за допустимые границы, определяемые предварительной калибровкой в состоянии покоя, то нормальная электромиограмма меняет цвет и музыка прекращается.
Эффективность функционального биоуправления повышается прямо пропорционально количеству используемых каналов обратной связи. Кроме того, эффективность лечения зависит в большей степени от активного участия пациента, поскольку он должен следить за правильностью выполнения упражнений и сразу же корректировать свои действия при появлении ошибок.
По личному опыту работы с данной методикой могу свидетельствовать, что при регулярных тренингах у детей с ДЦП [Детский церебральный паралич] уже в течение месяца отмечалась заметная положительная динамика с частичным восстановлением нарушенной функции.
По мере совершенствования технологий в сфере IT количество методик БОС-тренингов будет увеличиваться. Причем в каждой конкретной методике, очевидно, будет использоваться большее число каналов отображения той или иной биологической функции и, как следствие, повысится эффективность диагностики и лечения. Это обстоятельство вместе с другими преимуществами БОС, такими, как неинвазивность и, в ряде случаев, возможность самостоятельного тренинга, позволит данному методу занять еще более прочное положение среди методов функциональной диагностики и лечения. С другой стороны, пациентам станет еще сложнее отличить точный и информативный метод диагностики и лечения, отвечающий принципам доказательной медицины, от многочисленных методов, лишь имитирующих эффективность. Остается надеяться, как всегда, на свой жизненный опыт и интуицию.
Синхронизируйся с компьютером!
Всех ли устраивает работа собственного организма «по умолчанию»? Конечно, сразу после
