Radek Procházka prochra4@fel.cvut.cz Neurofeedback Úvod Neurofeedback je moderní terapeutická metoda, používaná k léčbě či alespoň potlačení příznaků poruch soustředění, hyperaktivity a epilepsie, zejména (ale ne výhradně) u dětí. Dále se zkoumá použití u případů autismu, nespavosti, chorobné úzkosti a dalších mentálních a neurologických poruch. Princip Využívá se zde kvantitativního zpracování EEG signálu. Na měřený signál se v reálném čase aplikuje krátkodobá Furierova (nebo vlnková) transformace, čímž se získává aktuální spektrum, které se dělí do několika frekvenčních pásem (viz Tabulka 1). Pro neurofeedback se nejčastěji používá relativní výkon ve vybraném frekvenčním pásmu, či poměr relativních výkonů dvou pásem. Pásmo Od [Hz] Delta 0.1 3.5 Theta 4.0 7.5 Alfa 7.5 13 Beta 14 30 Do [Hz] Tabulka 1: Frekvenční pásma používaná pro neurofeedback Bylo zjištěno, že tyto relativní výkony (či jejich poměry) odpovídají stavu mozku měřeného subjektu. Například, čím více se subjekt soustředí, tím vyšší výkon má v beta pásmu. Tohoto se dá využít pro léčbu poruchy soustředění tím stylem, že se klientovi vizualizuje jeho aktuální stav a vhodným způsobem se klient motivuje tak, aby se relativní výkony v jednotlivých frekvenčních pásmech přiblížili k hodnotám odpovídajícím člověku stejného věku, který se soustředí. (Respektive hodnotám nastavených terapeutem.) Jako vhodná motivace se používá vizualizace prostřednictvím her. V převážné většině případů se pro terapii používá pouze jedno frekvenční pásmo, či poměr dvou různých pásem (např. beta, nebo poměr beta/alfa), takže se ve hře dá ovládat jen jedna funkce. To velmi limituje výběr her a proto vznikají speciální hry pouze pro potřeby neurofeedback terapií. Je pravdou, že se experimentuje s možností používat až čtyři nezávislé kanály, ale toto není v běžné praxi využito.
Obrázek 1: Příklad rozdělení signálu do frekvenčních pásem Principem terapie je, že se klient (většinou malé dítě) snaží ve hře dosáhnout úspěchu - trefit se do terče, vyhrát závod, nafouknout balónek Toho dosáhne tím, že se jeho relativní výkon v daném frekvenčním pásmu přiblíží hodnotě požadované terapeutem. Pokud je požadovaná hodnota odpovídají soustředění, tak se klient k úspěchu ve hře musí začít soustředit. Pokud se mu to podaří, je odměněn lepším herním výsledkem a zafixovává si tak stav soustředění jako pozitivní. Terapeut zde musí vhodně zvolit hru, nebo několik her, podle věku a preferencí klienta. Klient potom v rámci jednoho terapeutického sezení odehraje větší množství zhruba minutových kol. Tyto sezení se opakují většinou s týdenní periodou a jejich celkový počet je v desítkách. Toto opakování je důležité, aby se klient naučil dosáhnout požadovaného stavu i mimo terapeutické sezení.
Obrázek 2: Jedna z možných neurofeedback her Software skupiny Biodat Ve skupině Biodat (pod katedrou kybernetiky) je vyvíjen software pro realizaci neurofeedback terapií. Dlouhodobým záměrem je poskytovat tento software a podporu zdarma terapeutickým centrům po celé republice, pouze výměnou za naměřené údaje, které budou moci sloužit k dalšímu výzkumu. Zvažuje se také otevření experimentálního neurofeedback centra přímo pod hlavičkou Biodat skupiny. Aplikace bude mít klient-server architekturu, s tím, že server bude provozován Biodat skupinou a klienti budou jednotlivá terapeutické centra. V rámci aplikace budou předpřipravené nastavení pro nejběžnější druhy terapií, aby se minimalizovalo riziko chyby terapeuta (bohužel, dnes, kdy je zařízení pro snímaní EEG signálu cenově dostupné široké veřejnosti, rozhodlo se pro kariéru neurofeedback terapeuta i mnoho lidí, bez potřebné kvalifikace a zkušeností). Klientská aplikace obsahuje vrstvu, která se stará o získávání dat z použitých přístrojů (je podporováno několik různých druhů). Po ní následuje obecná vrstva zpracování signálu, která zajistí rozdělení do frekvenčních pásem. Oproti většině neurofeedback softwaru je zde podporováno ještě více frekvenčních pásem (mi/smr, gama a pasmo beta je rozděleno na beta 1 a beta 2). Dále jsou vypočteny relativní výkony a porovnány s požadavky terapeuta. Výsledné skóre je předáváno už přímo vybrané hře a bokem ukládáno do databáze, která je zatím součástí klientského softwaru, ale plánuje se její oddělení a přesunutí na server. Zatím je k dispozici devět her, ale tento počet se může lehce navýšit, díky jednotnému rozhraní pro vytváření her. Největším problémem je zde dobrý nápad na hru a poutavé grafické zpracování.
Obrázek 3: Jedna z her v softwaru vyvíjeném v Biodat skupině Hardware Ačkoliv je podporováno více zařízení, jako nejpraktičtější se ukazuje bezdrátové zařízení firmy Emotiv. Výhodou je, že se k zvýšení vodivosti elektrod nepoužívá gel, ale pouze solný roztok, takže odpadá nutnost umývat si hlavu po každém sezení. Ale ještě větším zlepšením je to, že u bezdrátového přístroje není klient (většinou malé dítě s poruchou pozornosti a hyperaktivitou) rozptylováno dlouhým připravováním přístroje a poté překážejícími a omezujícími dráty.
Obrázek 4: Emotiv EPOC Závěr Navzdory některým studiím, které jeho účinnost zpochybňují se neurofeedback začíná dostávat do praxe, jako alternativa k medikaci některých mentálních a neurologických poruch zmíněných v úvodu. Překvapivě rozšířené jsou také kondiční tréninky, které nabízejí použití neurofeedbacku ne k léčbě poruch, ale dospělým lidem k zlepšení mentálních schopností. Otázka, jak účinné tyto tréninky jsou ovšem ještě nebyla žádnou věrohodnou studií zodpovězena. Reference [1] TONG, Shanbao a Nitish Vyomesh THAKOR. Quantitative EEG analysis methods and clinical applications. Boston: Artech House, c2009, 421 s. Artech House engineering in medicine. ISBN 15-969-3204-X. [2] https://en.wikipedia.org/wiki/neurofeedback