Нейробос? Это очень непросто!

В память о моих дорогих родителях

Предисловие

Мое первое образование – математика и теоретическая механика, механико-математический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова. Я никогда не планировал заниматься прикладной нейрофизиологией и был бесконечно далек от этой сферы деятельности, но судьба иногда ставит перед человеком трудные задачи, о решении которых он раньше и не помышлял. Не вдаваясь в подробности, скажу, что около 20 лет назад я был вынужден основательно погрузиться в удивительный мир человеческого мозга, его нормальной и не всегда нормальной работы. Медикаментозные методы лечения в случае, с которым я столкнулся, не работали, поэтому нужно было искать другие методы борьбы с проблемой.

В очередной раз пролистывая страницы результатов поиска в интернете, я натолкнулся на короткую статью Иващенко О.И. от 2003 года в журнале «В мире науки» под названием «Обратная связь. Пластичность мозга стала основой нейротерапии». Именно с этой статьи и начался мой долгий путь в нейробос. Метод, описанный в статье, мне показался убедительным, и я решил им заняться, при этом не имея совершенно никакого опыта ни в электроэнцефалографии, ни в неврологии.

Высокая мотивация, хорошая математическая подготовка и наличие необходимых финансовых средств сделали свое дело и помогли мне в итоге успешно решить трудную проблему, но в процессе изучения и использования метода, видя удивительные изменения, которые происходят с мозгом, я решил серьезно заняться изучением моделей и методов прикладных нейронаук и посвятил этому значительную часть своей жизни. Я стал неплохо известен в среде специалистов международного уровня, некоторое время даже сотрудничал с издательством Elsevier, рецензируя научные работы в разделе Neurotherapy and neuromodulation. Сейчас я имею неплохое представление о всех самых передовых методах и системах нейробос, обладаю достаточным практическим многолетним опытом использования метода нейробос с применением самых современных программно-аппаратных комплектов и протоколов.

Я чувствую, что настало время делиться своими знаниями и опытом с другими.

Для кого эта книга

В последнее время мы становимся свидетелями невиданного прорыва в областях медицинской микроэлектроники, прикладных наук о мозге и математических методов обработки больших данных. Предприниматель и визионер Илон Маск проводит свои пионерские исследования с нейроинтерфейсами на животных и людях, обещая в недалёком будущем многократно увеличить возможности мозга при помощи его продвинутых средств коммуникации мозга с компьютером. Те технологии, которые ранее существовали только в крупных исследовательских и клинических центрах, теперь могут быть доступны обычному человеку за относительно умеренные средства. Значительно возросли возможности аппаратуры, регистрирующей активность мозга, при этом ее стоимость существенно снизилась.

Появилось огромное количество мобильных, носимых, компактных систем на любой вкус и бюджет, которые, как обещают нам их создатели, помогут избавиться от множества проблем с работой мозга у пациентов, а также существенно улучшить работу мозга у здоровых людей. Обещают сделать человека более психологически устойчивым, усилить память, избавиться от тревожности, повысить академическую успеваемость и многое другое.

Появилась замечательная возможность у специалистов, работающих не только в крупных клиниках и институтах, попытаться использовать все эти новых технические возможности в своей деятельности. Да и не только у специалистов, но и у пациентов, которые могу использовать новые технологии самостоятельно у себя дома для улучшения своего здоровья.

Именно им, специалистам, работающим с мозгом, требующим помощи, и их клиентам может быть полезна эта небольшая книжка. В ней я постараюсь максимально кратко, без излишнего погружения в технические детали, помочь разобраться в бесчисленном количестве аппаратуры и методов, понять на какие результаты можно рассчитывать, используя технологию нейробос и какие усилия для этого будут нужны со стороны как специалиста, так и пациента. Я помогу научиться в общих чертах разбираться в подходах и требованиях, использующих современный нейробос, и выбрать из большого числа предложений и методов наиболее эффективные подходы, которые действительно будут эффективны и смогут принести пользу.

Что такое нейробос?

Ответ на вопрос «Что такое нейробос?», любой заинтересованный человек может легко найти, введя слово «нейробос» в строку интернет-поисковика. Огромное число статей и даже книг в открытом доступе содержат подробные описания этого метода. Сомневаюсь, что я могу здесь сообщить что-то новое, поэтому коротким телеграфным текстом: нейробос – разновидность самообучения, его еще называют «оперантным научением» или «инструментальным научением», когда мозг систематически учится целенаправленно менять свое функциональное состояние при помощи понятной для него информации, поступаемой от программно-аппаратной системы, на основе набора физиологических показателей работы мозга, которые этой системой регистрируются в режиме реального времени.

Школьник изучает школьный предмет, готовя домашние задания и контрольные работы, получая отметки. Отметки – важнейшая часть обучения, это тот самый сигнал для школьника – правильно или неправильно он действует. Не будет отметок – не будет обучения. Отметки – обратная связь, важнейшая информация для любой системы, чтобы она смогла изменить свое поведение в нужную сторону. Например, в теории машинного обучения это называется «обучением с учителем». Именно учитель в широком смысле этого слова определяет, какое поведение является «хорошим», а какое «плохим».

Нейробос – особый вид научение при помощи аппаратуры и компьютерной программы, и этот метод помогает мозгу изменить свое поведение на уровне, с точностью и специфичностью, которые недостижимы для обычного обучения. У мозга нет возможности сознательно и напрямую отслеживать свое собственное состояние на физиологическом уровне, и в этой задаче ему на помощь приходят программно-аппаратные средства нейробос. Система (электроэнцефалографический усилитель и компьютерная программа) в режиме реального времени отслеживает определенные показатели состояния мозга (их еще часто называют «метриками») и оперативно предоставляет человеку информацию об их значениях, чтобы человек смог изменить свое состояние нужным образом.

Поскольку нейробос – вид научения, то ему присущи главные условия, необходимые для успешного научения. В части обучающегося, это мотивация, усидчивость и целеустремленность. Нейробос – это не таблетка и не пассивная физиотерапевтическая процедура и без активной вовлеченности клиента в процесс тренировок, без его желания и усилий нужного результата не достичь. Это одна из важнейших особенностей метода, о которой специалист и его клиент не должны забывать: для результата клиенту нужно активно работать.

И здесь же возникает другой главный вопрос: чему мозг должен научиться? Какого результата мы хотим достичь тренировками? Как отличить «хорошее» состояние мозга от «плохого»? Ясно, что человек, который хочет избавиться от головной боли, улучшить память или усилить внимание очень хорошо понимает, чего он хочет, но как эти состояния мозга или его функциональные свойства отражаются именно в показателях тех сигналов, которые улавливает аппаратура? Как надежно и убедительно увязать те цели и задачи, которые ожидают от занятий специалист и его клиент (например, избавление от хронической головной боли, от эпилептических приступов, от перепадов настроения, как улучшить внимание, память, поведение, успеваемость и т.п.) с выбранными показателями ЭЭГ, которые регистрирует и вычисляет система нейробос, и которые технически в итоге и определяют цели и задачи тренировки.

Это фундаментальная проблема любого инструментального научения: как определить надежное соответствие между набором показателей и их значений, которые мы можем технически регистрировать нашей системой и состоянием мозга, которое мы хотим достичь или изменить в процессе тренировок?

Именно эта проблема остается ключевой в научной и практической деятельности специалистов нейробос уже на протяжении более 50 лет. Специалисты предлагают, изучают, проверяют и используют различные протоколы занятий для той или иной проблемы, связанной с мозгом, и пытаются выяснить, насколько точно и специфично выбранный ими протокол занятий справляется с проблемой. К сожалению, однозначных результатов в этой работе до сих пор нет.

Заинтересованному человеку нужно быть особенно дотошным в этом вопросе и попытаться получить от авторов очередной системы нейробос внятный ответ на простой вопрос: Вы обещаете, например, улучшить память (или усилить внимание), но какие показатели и почему вы для этого выбрали и что с ними вы планирует делать? В ответе на этот вопрос кроется ключевой ответ на главный вопрос: стоит ли таким нейробос заниматься?

По сути, вся книга именно об этом.

Цели нейробос

Целью любых занятий нейробос является улучшение работы мозга, это совершенно ясно. Это бесспорная и всем понятная цель. Но нейробос имеет дело не с общими словами и желаниями, а с конкретными регистрируемые аппаратурой «бездушными» данными, связанными с текущей биоэлектрической активностью мозга, которым неведомо понятие «хорошо» или «плохо». Это просто числа, которые система получает от мозга в реальном времени. Для предания этим числам смысла требуются серьезные знания и опыт специалиста.

Именно поэтому критически важно для специалиста, создающего протокол для тренировок четко и максимально специфично выбрать именно те числовые показатели и их целевые значения, которые будут описывать состояние «хорошо работающего мозга» и отличать это состояние от состояния «плохо работающего мозга». Если такой набор показателей доступен для специалиста и его системы, и выбран правильно, тогда есть надежда, что в процессе занятий мозг из «плохого» состояния постепенно перейдет в «хорошее» состояние и будет в нем находится постоянно.

В теории и практике нейробос эта процедура выбора показателей для тренировки называется «созданием протокола», а показатели это протокола носят название «целевых показателей».

Каким же образом нужно выбирать целевые показатели протокола занятий для конкретного человека, пришедшего со своими проблемами и жалобами?

Чтобы специалисту ответить на этот главный вопрос, нужно иметь ясное представление о двух вещах:

1) какие показатели, которые регистрируются системой имеются в его распоряжении и достаточно ли их для решения поставленной задачи?

2) какая группа показателей устойчиво связана с конкретными жалобами и симптомами пациента, пришедшего за помощью? Где аномалии этих показателей локализованы?

Первый момент связан с техническими характеристиками используемой аппаратуры и с возможностями программного обеспечения в части доступности вычисляемых показателей ЭЭГ. Второй момент связан с уровнем понимания специалистом современных представлений о коррелятах показателей, основанных на ЭЭГ, связанных с различными аспектами работы мозга в норме и в дисфункциональном состоянии.

Далее в книге мы рассмотрим эти оба момента гораздо подробней.

Лечение или научение?

Частенько слово нейробос идет в связке со словом «терапия». Насколько это обоснованно?

Если это мероприятие, направленное на улучшение или облегчение состояния мозга, то, наверное, да, это терапия. Но следует иметь в виду то обстоятельство, что эта терапия в отличие от, допустим, лекарственной терапии предполагает активное участие пациента в процессе.

В медицинской терапии, предполагающей «лечение», пациент всегда выступает в качестве пассивного объекта каких-либо манипуляций или воздействий. Он принимает лекарство, терапевтические процедуры, оперативное вмешательство, и процесс улучшения его состояния идет (или предполагается, что должен идти) независимо от желания, настроя или установок пациента. Собственно, на этом принципе и основана вся фармакотерапия. От пациента не зависит ничего, лекарство должно надежно работать самостоятельно.

Что же происходит в процессе успешных занятий нейробос? Пациент на основе получаемой от системы обратной связи каким-то образом старается изменить функциональное состояние своего мозга в заданном направлении. Пациент учится. Здесь следует сделать важное уточнение: пациент ничего не обязан знать о механизме работы нейробос, его задача – поддерживать понятный ему сигнал обратной связи в нужном состоянии. Наш пациент даже не обязан быть разумным человеком. Разумеется, сигнал обратной связи должен быть недвусмысленным образом понятен занимающемуся. Имеется большое корпус работ, где успешные занятия нейробос проводились с обезьянами, кошками и даже с аплизией, морским зайцем. Даже большой нейрон аплизии научился менять свое поведение в процессе тренировки! Вот это успешный нейробос!

Одним словом, нейробос – это тренировка, научение при помощи инструментов, при этом глубина и специфичность это научения может варьироваться от поведения как самого пациента, так и его отдельных нейронов. Стоит отметить, что в известных экспериментах, обезьяна успешно научилась управлять активностью единичной группы нейронов различных участков коры. Потрясающая точность!

Таким образом, возможность целенаправленно изменять состояние больших нейронных групп и даже отдельных нейронов посредством нейробос не вызывает сомнения и подтверждена даже в опытах на животных, которые, в отличие от нас, ничего не знают про нейробос.

Так если такие выдающиеся результаты достигаются у животных, то почему бы нам не ожидать таких же результатов у человека? И здесь нас ждет в какой-то степени разочарование. В любом успешном научении нужна сильная мотивация. У животных это либо голод, либо стимуляция участков нервной системы, входящих в контур вознаграждения. С человеком в силу ряда обстоятельств это позволить себя нельзя. Да и еда в качестве вознаграждения в процессе тренировки в случае в человека не будет столь эффективна. Прошу прощения за каламбур, но такая гипотетическая обратная связь очень быстро приестся. Остается обратная связь в виде традиционных стимулов: свет, звук, иногда запах, вибрация, тактильная стимуляция. Все это человеку может очень быстро надоесть или вообще никак не интересовать. И это очень большая проблема.

Нейробос – это работа

Человеку свойственно искать легкие пути. Если есть возможность добиться результата, не затрачивая много усилий, то никаких лишние усилия затрачиваться не будут. Некоторые называют это ленью, но это свойство присуще любой сложной динамической системе, способной к адаптации к внешним условиям.

Именно эта врожденная здоровая «лень» и определяет главные подходы к поиску средств решения различных проблем с работой мозга. Средством первого выбора в большинстве случаев выбирается лекарственная терапия или различные методы нейростимуляции.

Средство должно работать и работать эффективно независимо от желания или усилий пациента. Более того, если вдруг выяснится, что эффективность средства существенно зависит от личности пациента, его усилий, представлений или желаний, то такое средство не может считаться эффективно работающим с точки зрения критериев доказательной медицины.

Эффективность нейробос, в отличие от лекарства, прямо зависит от личности пациента. В процессе тренировок пациент должен методично, систематически прилагать усилия для достижения результата, определяемого настройками протокола тренировки. Без усилий со стороны пациента цели занятий достигнуты не будут и это совершенно очевидно, поскольку нейробос – это, в первую очередь, научение, требующее многократного повторения.

Поэтому, при выборе метода нейробос в качестве средства для решения проблем пациента следует четко понимать, что для занятий потребуются значительные волевые усилия и мотивация.

Невозможно научиться рисовать, решать математические задачи или танцевать, или говорить на иностранном языке без усиленных занятий, приняв таблетку. Невозможно перестроить связи мозга без систематических тренировок, приняв какую-то волшебную таблетку.

В этой связи, следует упомянуть о не очень оптимистических данных, относящихся к способности человека научиться управлять работой своего мозга, которые приводятся некоторыми авторами. Сообщают о том, что около 30 процентов людей, не способных эффективно научиться управлять работой своего мозга при использовании метода нейробос. Это не проблема метода, как такового, а индивидуальные особенности способности мозга конкретного человека перестраивать работу своего мозга. Это общая проблема любого научения: обучение математике, акробатическим упражнениям, пению.

Этот факт специалисту нужно обязательно учитывать и оперативно выявлять ситуации, когда метод нейробос не может быть эффективным для конкретного пациента. Клиент просто может быть неспособен или не готов к такой форме научения и тогда занятия нейробос следует отменить.

Мотивируй это!

Автор уже ранее указывал на то, что успешные занятия нейробос невозможны без вовлеченности пациента или клиента в процесс тренировки. Тренирующийся должен желать успеха и должен быть готов прилагать систематические усилия для получения результата.

Следует обсудить этот момент подробней. Существует большое количество исследовательских работ, в которых показывается, что животные успешно овладевают навыками саморегуляции, тренируясь нейробос, при этом уровень достигаемого контроля управлением активности нейронных групп может быть очень специфическим. Возникает вопрос: если животные, которые не обладают человеческим сознанием и волей способны достигать результат, то почему у человека возникают значительные трудности на пути к успеху?

Ответ на этот вопрос может быть прост: мозг начинает изменять свои связи только по веской причине. Механизмы пластичности не должны включаться по каждому случайному и ничтожному поводу. Обратное приводило бы к неустойчивости работы мозга и уязвимости по отношению к различным случайным влияниям и воздействиям. У животного задачи выживания максимально упрощены: например, голод, непосредственная опасность для жизни. Для создания сильной мотивации исследователям часто достаточно перед занятиями не покормить животное и в качестве обратной связи, положительного подкрепления за удачные попытки животного давать ему немного еды. Или, в случае с неудачными попытками, стимулировать животное чувствительными разрядами электрического тока.

У человека эта цепочка между жизненно важными целями и его поведением существенно усложнена и непрямолинейна. Мотивацией человека в обычной жизни, а не в экстремальных обстоятельствах, управляет исполнительный мозг, префронтальная кора, а эффективно добраться к контурам вознаграждения без прямого физического доступа к мозговому субстрату невозможно.

Настойчивость, усердие, концентрация внимания, преодоление трудностей на пути к цели – это все относится к компетенциям префронтальной коры. Но к специалистам нейробос очень часто обращаются люди, у которых префронтальная кора работает недостаточно эффективно. Это часто бывает в случаях с СДВГ, расстройствами аутического спектра, трудностями в обучении, депрессией.

Получается замкнутый круг: нейробос мог бы помочь с проблемами внимания, программирования, регуляции и контроля, но для успешных занятий нейробос должны быть хорошо развиты функции внимания, программирования, регуляции и контроля.