نوروفیدبک هموانسفالوگرافی HEG Neurofeedback

نوروفیدبک هموانسفالوگرافی (HEG Neurfeedback)

نوروفیدبک HEG

مقدمه:

آموزش کنترل و مدیریت کارکردهای فیزیولوژیکی بدن برای دستیابی به حالت مطلوب از طریق ابزارهای پیچیده ثبت پاسخ‌های فیزیولوژیکی متنوع بدنی قابل دستیابی است. اصطلاح بیوفیدبک توصیف پروسه پس خوراند غیرتهاجمی سیگنال‌های فیزیولوژیکی با هدف ایجاد کنترل بر این سیگنال‌ها است. نوروفیدبک زیر مجموعه‌ای از بیوفیدبک است با هدف آموزش کارکرد مغز چه با هدف بهبود نشانه‌های یک اختلال نورولوژیکی خاص و چه با هدف ارتقاء عملکرد با استفاده از سیگنال‌های ثبت‌شده از مغز است. دو نوع رایج نوروفیدبک شامل آموزش نوروفیدبک از طریق سیگنال‌های الکتروانسفالوگرافی (EEG NFT) و آموزش نوروفیدبک از طریق سیگنال‌های هموانسفالوگرافی (HEG NFT) است. HEG NFT خود به دو طریق انجام می‌شود: NIR-HEG و pIR-HEG

NIR-HEG اولین نوع HEG معرفی شده است که توسط هرشل تومیم (1995) ارایه شد. پروسه شامل استفاده از نور قرمز و طول موج‌های مادون قرمز (Infra-Red) به جای استفاده از تصویربرداری عملکردی رزونانس مغناطیسی است (fMRI). نوع دوم PIR-HEG سیستمی است که بعدها توسط جفری کارمن (1997) ارایه شد و پروسه شامل کنترل تغییرات جریان خون با استفاده از طول موج‌های نور مادون قرمز از طریق ثبت تغییرات در فعالیت گرمایی مغز است.

مبانی فیزیولوژیکی:

در هر دو روش HEG NFT هدف کمی‌سازی فعالیت متابولیکی مغز یا مقدار متابولیسم مغز است که مفهومی وسیع در علم تصویربرداری مغزی است. متابولیسم عبارت است از سوخت گلوکز در سلول به منظور تامین انرژی مورد نیاز که با مصرف اکسیژن و تولید دی اکسید کربن همراه است پس مقدار متابولیسم میزان انرژی است که استفاده می‌شود. پس در زمانی که مغز درگیر یک تکلیف ذهنی است انتظار می‌رود که میزان انرژی بیشتری مصرف کند و بالطبع مصرف اکسیژن نیز افزایش می‌یابد. اگرچه مغز تنها 2% از وزن بدن را دارد اما در حالت استراحت تقریبا 20% اکسیژن و 25% گلوکز موجود را مصرف می‌کند و برای این منظور دارای شبکه متراکمی از رگ‌ها و مویرگ‌های خونی است که بتواند اکسیژن و گلوکز مورد نیاز را در اختیار بافت مغزی قرار دهد. می‌توانیم میزان متابولیسم را به طور غیرمستقیم به طرق مختلفی اندازه‌گیری کنیم که بعضی از این روش‌ها بر مبنای پدیده‌ای به نام همبندی عصبی عروقی است. این پدیده مکانیسمی است برای جور کردن جریان خون با مقدار متابولیسم در مغز. به این معنی که افزایش فعالیت عصبی در جایی از مغز (مثلا به علت درگیر شدن مغز در یک تکلیف ذهنی خاص) سبب افزایش سریع سرعت جریان خون در آن محل خاص می‌شود و در نتیجه آن خون اکسیژن‌دار در این منطقه افزایش می‌یابد و تراکم اکسیژن بالا می‌رود که این پدیده توسط انواعی از سلول‌های گلیال مغز به نام آستروسیت‌ها انجام می‌شود.

به طور کلی دو دسته گسترده اسکنر مغزی وجود دارد که یک نوع ساختار مغز را نشان می‌دهد و نوع دیگر فعالیت مغز را مورد بررسی قرار می‌دهد که این نوع به طور غیرمستقیم فعالیت متابولیکی را اندازه‌گیری می‌کند. به طور خاص اسکنرهای نوع دوم بیشتر در پژوهش‌ها کاربرد دارند تا مشخص شود کدام ناحیه مغزی در تکلیف خاص مورد نظر درگیر است مانند روش‌های PET (توموگرافی نشر پوزیترون) و SPECT (توموگرافی کامپیوتری نشر فوتون منفرد)، fMRI (تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی) و ...

در روش‌های PET و SPECT میزان مصرف گلوکز به عنوان سوخت مغزی مد نظر است. در این روش‌ها گلوکزی که بوسیله اتم‌های رادیواکتیو نشان‌گذاری شده است وارد جریان خون شده و از طریق پرتوهای گسیل‌شده از آنها ردیابی می‌شود. در این روش‌ها فرض بر این است بیشتر این گلوکز به جایی از مغز فرستاده می‌شود که فعالیت مغزی بیشتر است. در روش تصویربرداری fMRI، اکسیژن خون ردیابی می‌شود. افزایش سطح اکسیژن خون ویژگی‌های مغناطیسی خون را تغییر می‌دهد و این تغییر زمانی که مغز در معرض یک میدان مغناطیسی قوی است تشخیص داده می‌شود.

در HEG، همانند fMRI تغییرات فعالیت مغزی از طریق تشخیص تغییرات تراکم در اکسیژن خون تشخیص داده می‌شود که می‌توان پروسه را به صورت زیر خلاصه کرد:

1- یک تکلیف ذهنی خاص نورون‌ها را در بعضی نواحی خاص مغز فعال می‌کند.
2- بالطبع این نورون‌ها انرژی بیشتری را مصرف می‌کنند.
3- این مطالبه انرژی سبب افزایش جریان خون بیشتر به محل می‌شود.
4- تراکم اکسیژن خون در محل افزایش می‌یابد و توسط سنسور HEG ردیابی می‌شود.

انواع سنسورهای HEG:

همانطور که گفته شد دو نوع HEG نوروفیدبک وجود دارد که هر کدام دارای سنسورهای خاص خودش است که جنبه‌های مختلف از یک پروسه را اندازه‌گیری می‌کنند و در نتیجه برونداد یکسان است:

1- NIR-HEG

نوروفیدبک HEG

2- PIR-HEG

نوروفیدبک HEG

NIR-HEG از لحاظ تاریخی اولین شکل HEG است و بوسیله دکتر تومیم ابداع شد. وی روشی به نام طیف نمایی مادون قرمز را ارایه داد. دکتر تومیم تشخیص داد که سیگنالی که از این روش ثبت می‌کند به طور مداوم تحت تاثیر است و تغییرات آن قابل پیگیری است و بنابراین در حیطه آموزش بیوفیدبک مفید است.
سنسور NIR-HEG از یک منبع نور را به سر می‌تاباند- به طور معمول به ناحیه پیشانی؛ موها باعث مسدود شدن سیگنال در این روش HEG میشوند-نور تابانده‌شده مخلوطی از طول موج‌های رنگ قرمز مریی و مادون قرمز است. قسمتی از این نور طبق پدیده فیزیکی پراکندگی به بیرون پراکنده می‌شود و سنسورها این نور را ثبت می‌کنند. چون پوست سر، جمجمه و ماده مغز (هم سفید و هم خاکستری) این طول موج‌‌ها را از خود عبور می‌دهند اما از خون عبور نمی‌کنند. پس نور بازتاب‌شده بستگی به سطح اکسیژن خون دارد. یعنی زمانی که فعالیت عصبی ناحیه تغییر می‌کند، میزان اکسیژن خون تغییر می‌کند و این سبب تغییر در سیگنال می‌شود. در نتیجه دستگاه به طور غیرمستقیم تغییرات سطح فعال‌شدگی مغز را گزارش می‌دهد.
دکتر تومیم برای افزایش اطمینان، نتایج حاصل از NIR-HEG و fMRI را مقایسه کرد و همبستگی معناداری بین آنها یافت.
نکته قابل توجه این است که NIR-HEG نمی‌تواند اندازه‌گیری‌های مطلق از میزان فعالیت مغز را ارایه دهد و چون سیگنال تحت تاثیر عواملی مانند ضخامت جمجمه است قادر نیستیم فردی را با فرد دیگر مقایسه کنیم و توانایی دستگاه تشخیص تغییرات روی داده در مدت زمان کوتاهی است که همین موضوع تمام چیزی است که برای آموزش نوروفیدبک مورد نیاز است.
نسل کنونی سنسورهای NIR-HEG تنها فعالیت در ناحیه بیرونی مغز (کورتکس) را تشخیص می‌دهد و امید است پیشرفت‌های بعدی منجر به تولید سنسورهایی با توانایی تشخیص فعالیت در نواحی عمیق‌تر مغز شود.
PIR-HEG ساده تر از NIR-HEG است و توسط دکتر کارمن ابداع شد. دکتر کارمن روشی به نام گرمانمایی را ارایه داد. سنسور PIR-HEG یک طول موج خاص (پهنای کوچکی از بخش مادون قرمز طیف) را تشخیص می‌دهد. این پرتو IR که لزوما گرم است به وسیله مغز پرتوافکنی می‌شود. منابع در مرحله اول فعالیت متابولیکی محلی (قندی که برای تولید انرژی سوخته می‌شود) و در مرحله دوم جریان خون است. در واقع از دوربین‌های گرمایی برای ارزیابی تاثیرات آموزش HEG استفاده می‌شود. سیگنال ارایه‌شده توسط PIR-HEG در مقیاس‌های دما (درجه سانتی‌گراد و درجه فارنهایت) است.

مقایسه نوروفیدبک HEG و نوروفیدبک EEG: 

در مقایسه با EEG نوروفیدبک، روش آموزش از طریق HEG دارای مزایای زیر است:
1- سیگنال HEG راحت‌تر تفسیر می‌شود، سیگنال فقط از لحاظ مقدار افزایش یا کاهش می‌یابد اما سیگنال EEG علاوه بر مقدار، دارای باندهای فرکانسی مختلف است که هر یک قابل تفسیر است.
2- سیگنال HEG با ثبات‌تر است؛ سیگنال EEG به سرعت نوسان می‌کند تا جایی که گاها تصادفی به نظر می آید.
3- سیگنال HEG کمتر در معرض آرتیفکت‌های بیرونی است.
4- به اعتقاد دکتر تومیم، از لحاظ بالینی، از طریق آموزش به روش HEG زودتر به اهداف درمانی می‌رسیم.

آموزش نوروفیدبک HEG:

در HEG NFT فرد تلاش می‌کند سیگنال را بالا ببرد. در واقع زمانی که سیگنال افزایش می‌یابد شخص فیدبک مثبت دریافت می‌کند و مغز از طریق سیستم پاداش، تقویت دریافت می‌کند و شرطی‌سازی صورت می‌گیرد. افزایش سیگنال HEG ناشی از افزایش تراکم اکسیژن در عروق زیر سنسور است و اغلب از افزایش فعالیت آن ناحیه منتج می‌شود. پس برای آموزش HEG موارد زیر باید رعایت شود (حداقل برای پیشانی که رایج‌ترین مکان برای نوروفیدبک HEG است):
1- گوش بزنگی و حالت هشیاری ذهنی شدید؛
2- انگیزه و قصد جدی همزمان برای افزایش و بالا بردن سیگنال؛
3- وجود آرامش و حالت هیجانی مثبت (در عمل باید دقت داشته باشیم که در فرد برای گرفتن نتیجه وسواس ایجاد نکنیم زیرا پژوهش‌ها ثابت کرده است که احساس ناکامی باعث کاهش فعالیت در کورتکس پیشانی می‌شود).

کاربرد آموزش نوروفیدبک HEG:

نوروفیدبک HEG یک روش آموزش جدید است و پژوهش‌های زیادی در مورد اثرگذاری آن در اختلالات مختلف انجام نشده است و چه بسا در درمان اختلالات زیادی موثر افتد و بنابراین حوزه جذاب و جدیدی در پژوهش در حیطه بیوفیدبک است.
بر اساس پژوهش‌های انجام شده HEG در سه حوزه به اثبات رسیده و از ضریب تاثیر بالایی برخوردار است و می‌توان از آن در درمان سود جست:
1- ADD (بیش‌فعالی بزرگسالان)
2- Depression (افسردگی)
3- Migraine (میگرن)
چیزی که در سه اختلال فوق مشترک است بدکارکردی در قشر پیش پیشانی (PFC) است. PFC ناحیه‌ای از کورتکس، درست پشت استخوان پیشانی و بالای کره چشم است و به عنوان مرکز کنترل اجرایی مغز شناخته می‌شود و کارکرد آن در رفتار هدفمند نقش مرکزی را ایفا می‌کند. PFC در تصمیم‌گیری، برنامه‌ریزی و اجرای برنامه‌ها و حفظ توجه به اهداف در حضور محرک‌های مزاحم نقش بسزایی دارد. یکی از مهمترین وظایف PFC هماهنگی منابع مغزی برای اجرای یک هدف است. همچنین PFC ارتباط قوی با انگیزه و هیجان دارد. PFC توانایی این را دارد که ساختارهای مغزی درگیر در هیجانات را مهار کند. هیجانات در ارتباط با تصمیم‌گیری هستند. به نظر می‌رسد که PFC بوسیله تصویرسازی احساساتی که ممکن است نتیجه هر انتخاب باشد، در تصمیم‌گیری دخالت کند. علاوه بر این، این ناحیه مغز به طور خاصی با هیجانات اجتماعی ارتباط دارد زیرا توانایی تصور اینکه افراد دیگر چگونه فکر و احساس می‌کنند وابسته به فعالیت PFC است.
رایج‌ترین مکان در آموزش نوروفیدبک HEG، ناحیه PFC است و اغلب سنسورها بر نقاط FP1 و FP2 بر طبق سیستم بین‌المللی 20-10 قرار داده می‌شوند. اما آموزش در همه مکان‌های مغزی میسر است و می‌توان در پژوهش‌ها بر اساس پیشینه و شواهد، اثرگذاری HEG را در مکان‌های دیگر مورد بررسی قرار داد.
مطالعات نقشه‌برداری مغزی فعالیت متفاوت PFC در افراد مبتلا به ADD را نشان داده است و اغلب فعالیت کمتر در طول تکالیف نیازمند توجه متمرکز گزارش شده است. HEG NFT نتایج تضمینی برای ADD را ارائه می‌دهد. برای این اختلال اغلب تقویت افزایش سیگنال HEG در ناحیه PFC توصیه شده است.
شواهد پژوهشی نشان‌دهنده کاهش انگیزه و انرژی و تمرکز ضعیف در افراد افسرده است. بعضی افراد افسرده یکنواختی هیجانی را تجربه می‌کنند و بقیه از هیجانات شدید و دردناک رنج می‌برند. همه این‌ها می‌توانند به علت عدم سازمان‌دهی در PFC باشند.
آموزش افزایش فعالیت PFC بهترین انتخاب برای آموزش نوروفیدبک در افراد افسرده است. اولا به علت اینکه داده‌های نقشه‌برداری مغزی فعالیت کمتر از حد را در این ناحیه در افراد افسرده گزارش کرده‌اند و ثانیا این ناحیه نقش مهمی در مراکز هیجانی دیگر مغز را ایفا می‌کند.
در مورد اختلال میگرن می‌توان گفت که آموزش نوروفیدبک PIR-HEG به طور خاص برای درمان میگرن بکار گرفته شده است. دکتر کارمن اولین بار این تکنولوژی را برای درمان میگرن بکار برد و 100 بیمار مبتلا به میگرن را در طول 4 سال درمان کرد و بیش از 90% بیمارانی که حداقل 6 جلسه PIR-HEG را کامل کرده بودند، از این طریق درمان شدند. مبانی نوروپاتولوژیکی میگرن هنوز به طور قطعی شناخته نشده است اما نظر دکتر کارمن این است که HEG NFT کنترل بازداشتی PFC را بر بعضی بخش‌های ساقه مغز که به نظر می‌رسد آغازگر میگرن هستند را تقویت می‌کند.
اثرگذاری HEG در اختلالات دیگری چون ADHD، اضطراب، حملات پانیک و ... نیز مورد بررسی قرار گرفته است اما یا به صورت التقاطی با روش‌های دیگر بوده است و یا تعداد پژوهش‌ها به اندازه‌ای نبوده است که بتوان اثرگذاری را به طور یقین و قطعی بیان نمود. اما به طور کلی پژوهش ها ثابت کرده است که آموزش HEG قبل از آموزش انواع دیگر بیوفیدبک می‌تواند تاثیر بیشتری در اثرگذاری و کوتاهتر کردن طول آموزش شود.

References:

Carmen, J.A.(2002). Passive infrared hemoencephalography, 4years and 100 migraines later: Presented at 2002 society for neuronal regulation conference, Scottsdale, AZ. 

Toomim, H., Carmen, J.A.(1999). Hemoencephalography(HEG). Biofeedback, 27(4), 10-14, 27. 

Toomim,H.et al.(2004). International increase of cerebral blood oxygenation using hemoencephalography(HEG):An Efficient brain exercise therapy. Neurotherapy, 8(3):5-21; Reprinted in tinius T.(ED.) new developments in blood flow hemoencephalography, Haworth medical press, 2004:5-21.

Sera sala, M.et al.(2012). Evaluating prefrontal activation and its relationship with cognitive and emotional processes by means of hemoencephalography (HEG). Journal of Neurotherapy: Investigations in neuromodulation, neurofeedback and applied neurosciense, 16:3,183-195.

Amen, D.(2003). Healing anxiety and depression

Goldberg, E.(2001). The executive brain: frontal lobes and the civilized mind, oxford university press.putnam.

کارگاه نوروفیدبک HEG دستگاه نوروفیدبک HEG
کارگاه آموزشی
دستگاه نوروفیدبک