Ученые НИУ ВШЭ впервые в мире исследовали влияние отложенных сигналов подкрепления при обучении нейробиоуправлением (NFB). Они экспериментально доказали, что уменьшение задержки обратной связи (уменьшение задержки обратной связи) может значительно повысить эффективность обучения. Это открывает новый потенциал использования NFB для улучшения когнитивных функций, саморегуляции и лечения широкого спектра неврологических расстройств, от тревоги и депрессии до эпилепсии. Исследование было опубликовано в Journal of Neural Engineering.
Neurofeedback (NFB) – это технология нейромодуляции, которая позволяет человеку регулировать параметры своей собственной мозговой активности. Обычно NFB использует данные электроэнцефалографии (ЭЭГ), отражающие изменения потенциала электрического поля на поверхности головы человека. Параметры ЭЭГ предъявляются испытуемому в виде, например, зрительного стимула (высота столбца на экране, яркость экрана) вместе с задачей изменить эти параметры в желаемом направлении. Сосредоточивая внимание на сигнале NFB, субъект пытается вспомнить взаимосвязь между параметром и своим психическим состоянием. Это позволяет человеку «почувствовать» активность своего мозга и научиться управлять ею. Часто такое обучение происходит подсознательно, я.е. без использования какой-либо конкретной стратегии.
Предыдущие результаты исследователей НИУ ВШЭ показали, что в большинстве современных систем NFB сигнал подкрепления отстает от изменений нейрональной активности, что приводит к неэффективному обучению и широкому разбросу результатов терапии NFB.Чтобы обеспечить доступ к области малых задержек, ученые разработали новый математический метод фильтрации сигнала ЭЭГ, позволяющий быстро оценить параметры ритмической активности мозга.
"Этот метод дал нам доступ к ранее неизвестной области взаимодействия мозга с минимальной задержкой в ответах внешней системы. Это позволяет мозгу воспринимать искусственно созданную петлю обратной связи как часть собственной нейронной сети. Это качественный скачок, который открывает новую эру в исследованиях парадигмы нейробиоуправления," говорит Алексей Осадчий, директор Центра биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ.
Эта разработка позволила ученым провести новаторское исследование влияния задержки обратной связи на эффективность обучения нейробиоуправлению. Сорок испытуемых были обучены увеличивать мощность собственного теменного альфа-ритма на основе сигнала обратной связи, отображаемого на экране компьютера.
Участники эксперимента были разделены на четыре группы. Участники первой группы получили сигнал обратной связи с наименьшей возможной задержкой во время теста, 240 мс. Ученым НИУ ВШЭ удалось создать петлю обратной связи, усиливающую мгновенную мощность узкополосного ритма с общей задержкой менее 110 мс. Сигналы обратной связи для испытуемых из второй и третьей групп были искусственно задержаны на 250 и 500 мс соответственно, а для испытуемых из четвертой группы обратная связь вообще не была связана с их мозговой активностью.
Оказалось, что испытуемые из группы с минимальной задержкой достигли определенного уровня мощности альфа-ритма после меньшего количества тренировок по сравнению с испытуемыми из других групп. Более того, анализ мощности альфа-ритма после тренировки показал, что только у испытуемых из группы с минимальной задержкой наблюдалось устойчивое увеличение мощности ритма. Этот результат особенно важен, так как достижение устойчивых изменений – основная цель терапии NFB.