Применение метода биологической обратной связи по инфранизким частотам электроэнцефалограммы в комплексной реабилитации пациентов со сниженным уровнем сознания

Шендяпина М.В., Казымаев С.А., Шаповаленко Т.В., Лядов К.В.

ФГАУ «Лечебно-реабилитационный центр» Минздрава России, Москва, Россия 125367, Москва, Иваньковское шоссе, 3

Применение метода биологической обратной связи по инфранизким частотам электроэнцефалограммы в комплексной реабилитации пациентов со сниженным уровнем сознания

В последние годы разработан протокол биологической обратной связи (БОС) по инфранизким частотам (<0,01 Гц) электроэнцефалограммы (ЭЭГ), соответствующим частотам сетей пассивного режима работы мозга.

Цель исследования — оценка терапевтических особенностей метода БОС по ЭЭГ в реабилитации пациентов со сниженным уровнем сознания.

Пациенты и методы. В исследование вошло 11 пациентов со сниженным уровнем сознания (7,4±2,5 баллов по шкале комы Глазго). Пациентов обследовали с помощью специализированных клинических шкал до и каждые 3 нед в течение БОС-терапии (5 сеансов БОС в неделю).

Результаты. По данным нейропсихологических шкал, у пациентов отмечено выраженное повышение уровня сознания и психической активности уже после 3-недельной терапии, которое наблюдалось вплоть до завершения курса нейрореабилитации. Заключение. Показано значительное улучшение клинических показателей при использовании БОС по ЭЭГ у пациентов с минимальным уровнем сознания. Метод БОС по инфранизким частотам ЭЭГ заслуживает внимания как перспективный инструмент, позволяющий повысить уровень сознания пациентов в доступной для них форме.

Ключевые слова: биологическая обратная связь; нейрореабилитация; состояние минимального сознания. Контакты: Мария Валентиновна Шендяпина; maria-shendyapina@yandex.ru

Для ссылки: Шендяпина МВ, Казымаев СА, Шаповаленко ТВ, Лядов КВ. Применение метода биологической обратной связи по инфранизким частотам электроэнцефалограммы в комплексной реабилитации пациентов со сниженным уровнем сознания. Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2016;8(4):10—13.

Use of an infra-low frequency EEG biological feedback technique in the comprehensive rehabilitation ofpatients with a decreased level

of consciousness

Shendyapina M.V., Kazymaev S.A., Shapovalenko T.V., Lyadov K.V.

Treatment and Rehabilitation Center, Ministry of Health of Russia, Moscow, Russia 3, Ivankovskoe Shosse, Moscow, 125367

A protocol for EEG biological feedback (BFB) at infra-low frequencies (<0.01 Hz) corresponding to those of the brain default mode network has been devised in recent years.

Objective: to evaluate the therapeutic features of an EEG BFB technique in the rehabilitation of patients with a decreased level of consciousness.

Patients and methods. The study included 11 patients with a decreased consciousness level (Glasgow coma scores of 7.4±2.5). The patients were examined using the specialized clinical scales before and every 3 weeks during BFB therapy (5 BFB sessions per week). Results. According to the neuropsychological scales, the patients' level of consciousness and mental activity were noted to become obviously increased just after 3 weeks of therapy, which was observed until the neurorehabilitation course was completed.

Conclusion. The minimally conscious patients using EEG BFB showed a significant clinical improvement. The infra-low frequency EEG BFB method deserves attention as a promising tool for increasing the patients' level of consciousness in accessible form.

Keywords: biological feedback; neurorehabilitation; minimally conscious state. Contact: Maria Valentinovna Shendyapina; maria-shendyapina@yandex.ru

For reference: Shendyapina MV, Kazymaev SA, Shapovalenko TV, Lyadov KV. Use of an infra-low frequency EEG biological feedback technique in the comprehensive rehabilitation of patients with a decreased level of consciousness. Nevrologiya, neiropsikhiatriya, psikhosomatika = Neurology, neuropsychiatry, psychosomatics. 2016;8(4):10—13. DOI: http://dx.doi.org/10.14412/2074-2711-2016-4-10-13

Проблема восстановления уровня сознания при неврологических заболеваниях (черепно-мозговая травма, инсульт, энцефалопатии и т. д.) стоит достаточно остро. Сни-

женное состояние сознания накладывает существенные ограничения на возможности контакта с пациентом и реабилитационные мероприятия [1—10].

Состояние минимального сознания отличается от вегетативного наличием одного или нескольких признаков ориентации в собственной личности и/или окружающей среде: выполнение простых команд, различимые вербальные или жестовые ответы «да — нет» (правильные или неправильные) или движения, выходящие за рамки простых рефлексов. Обычно состояние минимального сознания возникает на выходе из вегетативного состояния, однако оно может наблюдаться и в ситуации прогрессирующего дефицита, вызванного рядом нейродегенеративных заболеваний.

В исследованиях, посвященных реабилитации пациентов после пролонгированной комы, хорошие результаты были получены при использовании метода биологической обратной связи (БОС) [11, 12], когда у пациентов восстанавливали нарушенные ритмы мозга по основным частотным полосам электроэнцефалограммы — ЭЭГ (альфа- и бета-тренинги), одновременно редуцируя ряд серьезных когнитивных симптомов. Однако традиционная парадигма тренинга с БОС по ЭЭГ обычно предполагает сознательное повышение амплитуды ЭЭГ в заданных частотах, что невозможно без высокого уровня сотрудничества со стороны больного. Вследствие этого значимые нарушения сознания до недавнего времени являлись противопоказанием к использованию данной методики.

В последние годы [13] была разработана методика тренинга по инфранизким (<0,01 Гц) частотам ЭЭГ, соответствующим частотам сети пассивного режима работы мозга (default mode networks, DMN). Считается, что DMN охватывает функционально связанные между собой зоны передней и задней поясной извилины, вентромедиальной и дорсоме-диальной префронтальной коры, а также височно-темен-ную зону. Поскольку DMN активируется в перерывах между сознательной целенаправленной деятельностью, то способствующий регуляции ее деятельности тренинг не требует сохранности психической активности пациента. Также в пользу выбора парадигмы БОС по инфранизким частотам свидетельствуют последние данные о решающей роли DMN в реализации функции сознания. Так, в ряде нейровизуали-зационных исследований показано, что уровень согласованности работы DMN имеет положительную корреляцию с уровнем сознания «неречевых» пациентов с поражением мозга. Например, у пациентов в сознании с синдромом locked-in уровень когерентности DMN мало отличается от такового у здоровых испытуемых [14], в то время как у пациентов с вегетативным статусом и при минимальным уровне сознания все проводящие пути, соединяющие рабочие области DMN, были нарушены [15]. Подобные результаты заставляют предположить, что эффективность функциональной согласованности работы DMN опосредствует качество представленности самосознания у пациентов [16].

Таким образом, операциональная синхронизация сети DMN на ЭЭГ позволяет получить достаточно объективную и точную оценку наличия сознания при отсутствии контакта с пациентом, а также полезную информацию при планировании и проведении реабилитационных мероприятий.

Цель исследования — оценка терапевтических возможностей применения БОС-тренинга по инфранизким частотам ЭЭГ в реабилитации больных со значимыми нарушениями психической активности и сниженным уровнем сознания.

Пациенты и методы. В исследование включено 11 пациентов (10 мужчин и 1 женщина) с минимальным уровнем сознания (7,4±2,5 балла по шкале комы Глазго — ШКГ). Из них 6 пациентов перенесли инсульт, 2 имели энцефалопатию токсического генеза, еще 2 получили тяжелую черепно-мозговую травму и у 1 пациента была опухоль мозга. Таким образом, гетерогенность этиологии не являлась критерием включения, поскольку в данном исследовании все пациенты имели сниженный уровень сознания после пролонгированной комы.

Средний возраст пациентов составлял 50,9+16,0 лет. Всем пациентам проводили краткое нейропсихологическое обследование до начала БОС-терапии, а затем каждые 3 нед (23,3+6,4 дня между измерениями) во время терапии.

Для измерения уровня сознания и психической активности пациентов использовали наиболее распространенные в литературе специализированные клинические шкалы: 1) шкалу уровня когнитивного функционирования (Level of Cognitive Functioning Scale, LCFS), разработанную С. Hagen и соавт. [17] с целью описания диапазона уровней когнитивных нарушений, характеризующих разные стадии восстановления пациентов с травматическим поражением мозга. Психометрические данные нескольких исследований [18—20] показали адекватный уровень внутренней и внешней валидности шкалы; 2) шкалу Neuromentalindex (NMI), расширяющую показатели индекса Бартел. [21]. NMI разработана немецкими авторами в 2000 г. для получения информации о состоянии базовых психологических и когнитивных функций, включая оценку сознания, ориентации, памяти, поведения, эмоций, общения, решения проблем, восприятия и цикла «сон — бодрствование». Имеет высокий уровень внутренней согласованности (коэффициент альфа Кронбаха — 0,92) и внешней валидности; 3) ШКГ — наиболее известный и широко используемый с 1974 г. инструмент оценки пациентов со сниженным уровнем сознания. Данные критического обзора [22] показывают высокую чувствительность, прогностическую валидность и надежность (межклассовые коэффициенты корреляции — от 0,8 до 1) ШКГ

В качестве основы исследования был выбран экспериментальный план с одной группой. После прохождения первичного обследования все пациенты получали 5 сеансов БОС по ЭЭГ в неделю на протяжении 45+14,1 дня. БОС осуществлялась на аппарате Neuroamp II, интегрированном с программным комплексом Cygnet, на отведениях Т3—Т4 и Fp1—Fp2. Оптимальная частота тренировки начиналась с 0,5 мГц и затем могла быть изменена в зависимости от индивидуальной реакции пациента.

В качестве основы БОС выступала программа Inner Tube (Beemedic, EEG.info), проигрывающая непрерывный видео- и аудиосюжет с летящей по лабиринту ракетой. В зависимости от степени согласованности ритмов обоих полушарий изменялись громкость музыки, шум мотора ракеты и скорость ее перемещения по экрану компьютера. Пациентам в состоянии комы (без спонтанного открывания глаз) обратная связь предоставлялась только в звуковом формате через наушники. В этом случае сигналом повышения когерентности работы DMN служило повышение громкости музыки и звона колокольчиков. У пациентов, способных спонтанно открывать глаза и фиксировать взгляд (в вегетативном статусе и выше), в дополнение к обратной аудиосвязи прово-

Динамика состояния пациентов в ходе БОС-терапии

Шкала Средний балл Критерий Фридмана для К-зависимых выборок

начало промежуточный конец х2 р

терапии этап терапии

ШКГ 7,4+2,5 8,6+1,7 9,6+1,1 7,6 0,022

LCFS 1,8+0,8 2,6+1,8 4,1+2,3 11 0,004

NMI 8,3+10,6 21,9+19,3 2,2+23,0 12,6 0,002

дили визуальную обратную связь через экран ноутбука, позволяющую нервной системе воспринять и автоматически соотнести скорость движения летящей ракеты со степенью активации мозга в инфранизкой частотной полосе.

Для статистического анализа полученных данных использовали программный пакет 8Р88.23. Для статистического анализа применяли критерии Фридмана для К-зави-симых выборок для показателей нейропсихологических шкал в начале, середине и конце БОС-терапии.

Результаты. Статистический анализ показателей нейропсихологических шкал выявилвидимое повышение уровня сознания и психической активности у пациентов уже после 3 нед терапии (отметка промежуточного этапа), продолжавшееся вплоть до завершения курса нейрореабилитации (см. таблицу).

Видимые изменения в состоянии пациентов начинали происходить уже во время сеансов БОС-терапии. Так, 2 пациента во время БОС-процедуры впервые начали говорить, у 9 наблюдалось заметное повышение движений в конечностях и мимической активности.

Обсуждение. В ходе БОС-тренинга по ЭЭГ, направленного на повышение функциональной согласованности DMN, работающей на инфранизких частотах (0,001—0,01 Гц), установлена значительная положительная динамика состояния пациентов по результатам как клинического обследования, так и нейропсихологических шкал. БОС-тре-нинг по инфранизким частотам ЭЭГ способствует восстановлению уровня сознания и расширению спектра эмоциональных и поведенческих реакций пациентов.

На сегодняшний день существует сравнительно небольшое количество аналогичных исследований, подтверждающих эффективность БОС-терапии у больных со сниженным уровнем сознания. Еще в 1980 г. Ь.М. Frazier [23]

представил единичное наблюдение 16-летней пациентки после тяжелой черепно-мозговой травмы, у которой успешно проведена функциональная реабилитация. В 1999 г. M.E. Ayers [24] описал многочисленные выходы пациентов из комы при использовании метода БОС.

Тем не менее вопрос о вкладе БОС-технологий в общий ход восстановления пациента остается открытым. Во-первых, для получения убедительных результатов необходимо проведение двойного слепого исследования с контрольной группой в целях минимизации эффекта экспериментатора и максимальной унификации контакта специалиста с пациентами. Во-вторых, сложно отделить вклад собственно обратной связи от влияния аудиовизуальной стимуляции (музыка и видеоряд). Было показано [25], что метод сенсорной стимуляции сам по себе является действенной интервенцией, влияющей на динамику состояния пациентов со сниженным уровнем сознания. В-третьих, значительным недостатком представленной работы является кросс-модальность интервенции (нейрофизиологические процессы) и методов оценки (нейропсихологические шкалы). Здесь стоит подчеркнуть необходимость междисциплинарного контроля с использованием инструментальных методов (ЭЭГ, вызванные потенциалы, магнитно-резонансная томография).

Заключение. Метод БОС-терапии по инфранизким частотам заслуживает внимания как перспективный психофизиологический механизм, позволяющий в комфортных и доступных для пациента условиях работать над повышением уровня сознания. Однако, поскольку представленное исследование включало относительно малое количество клинических случаев и ограниченный диапазон инструментов оценки, необходимо дальнейшее изучение метода и его возможностей.

1. Starr A, Achor LJ. Auditory brain stem responses in neurological disease. Arch Neurol. 1975 Nov;32(11):761-8.

2. Uziel A, Benezech J. Auditory brain-stem responses in comatose patients: relationship with brain-stem reflexes and levels of coma. Electroencephalogr Clin Neurophysiol.

1978 Oct;45(4):515-24.

3. Giacino JT, Smart CM. Recent advances in behavioral assessment of individuals with disorders of consciousness. Curr Opin Neurol.

2007 Dec;20(6):614-9.

4. Overgaard M. How can we know if patients in coma, vegetative state or minimally conscious state are conscious? Prog Brain Res.

ЛИТЕРАТУРА

2009;177:11-9. doi: 10.1016/S0079-6123(09)17702-6.

5. Boly M, Faymonville ME, Schnakers C, et al. Perception of pain in the minimally conscious state with PET activation:

an observational study. Lancet Neurol. 2008 Nov;7(11):1013-20. doi: 10.1016/S1474-4422(08)70219-9. Epub 2008 Oct 3.

6. Laureys S, Goldman S, Phillips C, et al. Impaired effective cortical connectivity in vegetative state: preliminary investigation using PET. Neuroimage. 1999 Apr;9(4):377-82.

7. Laureys S, Faymonville ME, Luxen A, et al. Restoration of thalamocortical connectivity after recovery from persistent vegetative state.

Lancet. 2000 May 20;355(9217):1790-1. 8. Laureys S, Boly M.. What is it like to be vegetative or minimally conscious? Curr Opin Neurol. 2007 Dec;20(6):609-13. 9 Okumura Y, Asano Y, Takenaka S, et al. Brain activation by music in patients in a vegetative or minimally conscious state following diffuse brain injury. Brain Inj. 2014;28(7): 944-50. doi: 10.3109/02699052.2014.888477. Epub 2014 Mar 21.

10. Sun J, Chen W. Music therapy for coma patients: preliminary results. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2015 Apr;19(7):1209-18.

11. Bearden TS, Cassisi JE, Pineda M. Neurofeedback training for a patient with

thalamic and cortical infarctions. Appl Psychophysiol Biofeedback. 2003 Sep;28(3):241-53.

12. Pachalska M, Lukowicz M, Kropotov JD, et al. Evaluation of differentiated neurotherapy programs for a patient after severe TBI and long term coma using event-related potentials. MedSci Monit. 2011 Oct;17(10):CS120-8.

13. Othmer SF. The Protocol Guide. 2nd ed. Los Angeles: EEG Info; 2008.

14. Vanhaudenhuyse A, Noirhomme Q, Tshibanda LJ, et al. Default network connectivity reflects the level of consciousness in non-communicative brain-damaged patients. Brain. 2010 Jan;133(Pt 1):161-71. doi: 10.1093/ brain/awp313. Epub 2009 Dec 23.

15. Fernandez-Espejo D, Soddu A, Cruse D, et al. A role for the default mode network in the bases of disorders of consciousness. Ann Neurol. 2012 Sep;72(3):335-43. doi: 10.1002/ana.23635.

16. Fingelkurts AA, Fingelkurts AA, Bagnato S, et al. DMN operational synchrony relates to self-consciousness: evidence from patients in

vegetative and minimally conscious states. Open Neuroimag J. 2012;6:55-68. doi: 10.2174/ 1874440001206010055. Epub 2012 Jul 27.

17. Hagen C, Malkmus D, Durham P. Rancho Los Amigos levels of cognitive functioning scale. Downey, Calif: Communication Disorders Service, Rancho Los Amigos Hospital. 1972.

18. Dowling GA. Levels of cognitive functioning: Evaluation of interrater reliability.

J Neurosurg Nurs. 1985 Apr;17(2):129-34.

19. Gouvier W, Blanton P, LaPorte K, Nepomuceno C. Reliability and validity of the Disability Rating Scale and the Levels of Cognitive Functioning Scale in monitoring recovery from severe head injury. Arch Phys Med Rehabil. 1987 Feb;68(2):94-7.

20. van Baalen B, Odding E, van Woensel MP, Roebroeck ME. Reliability and sensitivity to change of measurement instruments used in

a traumatic brain injury population. Clin Rehabil. 2006 Aug;20(8):686-700.

21. Mu ller C, Atria M, Voller B, Auff E.

Der Neuromentalindex Ein Additivinstrument zum Barthel-Index zur Erfassung von Fä higkeitsstö rungen der psychisch-mentalen Grunddimensionen in der Neurorehabilitation. Nervenarzt. 2000 Dec;71(12):963-9.

22. Prasad K. The Glasgow Coma Scale:

a critical appraisal of its clinimetric properties. J Clin Epidemiol. 1996 Jul;49(7):755-63.

23. Frazier LM.Biofeedback in coma rehabilitation: Case study. American Journal of Clinical Biofeedback. 1980;3(2):148-54.

24. Ayers ME. Assessing and treating open head trauma, coma, and stroke using real-time digital EEG neurofeedback. In: Evans JR, Abarbanel A, editors. Introduction to quantitative EEG and neurofeedback. New York: Academic Press; 1999. P. 203-22

25. Doman G. The effect of intense multi-sensory stimulation on coma arousal and recovery. Neuropsychological Rehabilitation. 1993;3(2): 203-12.

Поступила 06.10.2016

Декларация о финансовых и других взаимоотношениях

Исследование не имело спонсорской поддержки. Авторы несут полную ответственность за предоставление окончательной версии рукописи в печать. Все авторы принимали участие в разработке концепции статьи и написании рукописи. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами.