Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy
Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována ani šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

Doc. PhDr. et PhDr. Radek Ptáček, Ph.D., MUDr. Miroslav Novotný
a kolektiv

BIOFEEDBACK V TEORII A PRAXI

Kolektiv autorů:
Prof. MUDr. Josef Faber, DrSc., PhDr. Jana Kopřivová, Ph.D., PhDr. Antonia Kotianová, Ing. Jaroslav Novák, MUDr. Miroslav Novotný, doc. PhDr. et PhDr. Radek Ptáček, Ph.D., PhDr. Miloš Šlepecký, CSc., doc. MUDr. Ingrid Tonhajzerová, Ph.D., PhDr. Mgr. Václava Tylová

Recenzenti:
Doc. RNDr. Anna Yamamotová, CSc.
PhDr. Slavomil Fischer, Ph.D., MBA

Vydání odborné knihy schválila Vědecká redakce nakladatelství Grada Publishing, a.s.

© Grada Publishing, a.s., 2017
Cover Design © Grada Publishing, a.s., 2017
Koláž © Milan Mžourek
Vydala Grada Publishing, a.s.
U Průhonu 22, Praha 7
jako svou 6640. publikaci
Odpovědná redaktorka Mgr. Helena Vorlová
Sazba a zlom Jan Šístek
Formát ePub Štěpán Böhm
Obrázky dodali autoři.
Počet stran 168 + 16 stran barevné přílohy
1. vydání, Praha 2017

Publikace byla podpořena projekty PRVOUK PSYCHOLOGIE 1. LF UK a PROGRES Q06/LF1.

Kapitola 11 vznikla riešením projektu VEGA č. 1/0087/14 a s podporou projektu č. 26220120036 „Dobudovanie Centra excelentnosti pre perinatologický výskum“ (CEPV II) financovaného z európskych zdrojov.

Vytiskla Tiskárna Protisk, s.r.o., České Budějovice

Názvy produktů, firem apod. použité v této knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků, což není zvláštním způsobem vyznačeno.

Postupy a příklady v knize, rovněž tak informace o lécích, jejich formách, dávkování a aplikaci jsou sestaveny s nejlepším vědomím autorů. Z jejich praktického uplatnění ale nevyplývají pro autory ani pro nakladatelství žádné právní důsledky.

ISBN 978-80-271-9862-7 (ePub)
ISBN 978-80-271-9861-0 (pdf)
ISBN 978-80-247-5694-3 (print)

Hlavní autor a pořadatel:

Doc. PhDr. et PhDr. Radek Ptáček, Ph.D.

Psychiatrická klinika 1. LF UK a VFN v Praze

MUDr. Miroslav Novotný

Centrum duševního zdraví, Jeseník & Šumperk s.r.o.

Kolektiv autorů:

Prof. MUDr. Josef Faber, DrSc.

Fakulta dopravní, ČVUT v Praze

PhDr. Jana Kopřivová, Ph.D.

Národní ústav duševního zdraví, Klecany

PhDr. Antonia Kotianová

Psychagogia s.r.o., Liptovský Mikuláš

Ing. Jaroslav Novák

Národní institut pro děti a rodinu, z.s., Praha

MUDr. Miroslav Novotný

Centrum duševního zdraví, Jeseník & Šumperk s.r.o.

Doc. PhDr. et PhDr. Radek Ptáček, Ph.D.

Psychiatrická klinika 1. LF UK a VFN v Praze

PhDr. Miloš Šlepecký, CSc.

certifikovaný BCIA lektor

Psychagogia s.r.o., Liptovský Mikuláš

Doc. MUDr. Ingrid Tonhajzerová, Ph.D.

Ústav fyziológie a BioMed, Jesseniova lekárska fakulta UK, Martin

PhDr. Mgr. Václava Tylová

Psychiatrická klinika 1. LF UK a VFN v Praze

Seznam použitých zkratek

µS

mikrosiemens

µV

mikrovolt

AAPB

Asociace pro aplikovanou psychofyziologii a biofeedback (Association for Applied Psychophysiology and Biofeedback)

ADD

attention deficit disorder

ADHD

attention deficit-hyperactivity disorder

ANS

autonomní nervový systém

APA

Americká psychologická asociace

BCIA

Biofeedback Certification Institute of America, dnes Biofeedback Certification International Alliance

BFB

biofeedback (biologická zpětná vazba)

BFE

Biofeedback Federation of Europe

BOLD

blood oxygen level dependent

BVP

měření průtoku krve cévami (blood volume pulse)

CNS

centrální nervový systém

CNV

contingent negative variation

CPV

contingent positive variation

DE

deklarativní (explicitní)

DHHS

Ministerstvo zdravotnictví USA (Department of Health and Human Services)

EDA

elektrodermální aktivita

EEG

elektroencefalografie

EMG

elektromyografie

ERP

evokované potenciály (event related potentials)

FFT

rychlá Fourierova transformace (fast Fourier transformation)

fMRI

funkční magnetická rezonance

GC

gyrus cinguli

GF

Gáborova filtrace

GSR

kožní vodivost (galvanic skin response)

H

vodík

HEG

hematoencefalický feedback

HF

vysokofrekvenční pásmo

HRV

variabilita srdeční frekvence (heart rate variability) viz VFS

Hz

Hertz (jednotka frekvence – jeden kmit/sekundu)

IcoN

nezávislá komponenta

ISNR

International Society for Neurofeedback and Research

KBT

kognitivně behaviorální terapie

KEP

kognitivní evokované potenciály

LF

nízkofrekvenční pásmo

LORETA

elektromagnetická tomografie s nízkým rozlišením (low resolution electromagnetic tomography)

NePo

nepodmíněný podnět

NFB

neurofeedback

NI

nedeklarativní (implicitní)

OCD

obsedantně-kompulzivní porucha

PoPo

podmíněný podnět

PTSD

posttraumatická stresová porucha

QEEG

kvantitativní EEG

REM

rychlý oční pohyb (rapid eye movement)

RSA

respirační sinusová arytmie

rtfMRI

aktuální čas fMRI (real-time functional Magnetic Resonance Imaging)

SCPs

pomalé korové potenciály (slow cortical potentials)

SDRR

standardní odchylka tepových intervalů

sEMG

elektromyografický záznam svalové aktivity horní části hrudníku

SEMG

povrchová elektromyografie (surface electromyography)

SMR

senzorimotorický rytmus

SW

software

TF

tepová frekvence

TKR

thalamo-kortikální reverberace

VFS

variabilita frekvence srdeční viz HRV

VLF

pásmo velmi nízkých frekvencí

Úvod

Biofeedback jako metoda v klinické praxi nebo výzkumu bývá často předmětem bezvýhradné akceptace nebo kritiky. Výrazná komerční propagace a její charakter metod EEG biofeedbacku v České republice na přelomu 20. a 21. století vedla téměř k jejich odbornému „zavržení“. Přesto se jedná o princip a metody, které mají v současné době historii blížící se jednomu století, kdy byl publikován nespočet kvalitních teoretických, experimentálních i klinických studií, které obvykle docházejí k jednomu základnímu závěru: Metody biologické zpětné vazby, pakliže jsou indikovány a jsou poskytovány odborníkem s příslušným vzděláním, vykazují poměrně uspokojivou efektivitu, a to v poměrně širokém spektru indikací. Právě ta bývá poměrně často předmětem kritiky. Metody biofeedbacku lze využít v řadě oblastí klinické medicíny a psychologie – např. rehabilitační lékařství, neurologie, ortopedie, klinická psychologie. Jak je možné, že jeden princip může vykazovat takovou efektivitu?

Biofeedback využívá principu učení a přirozené schopnosti regulace organismu – otázka homeostázy a dysbalance je v oblasti zdraví a nemoci zcela zásadní, proto efektivita metod biologické zpětné vazby více odkazuje k efektivitě přirozených regulačních mechanismů než ke konkrétní „léčebné metodě“.

Předkládaná publikace je výsledkem několikaleté práce skupiny autorů, kteří se biofeedbackem zabývají řadu let v rovině praktické, výzkumu i vzdělávání. Cílem publikace je poskytnout pokud možno komplexní a nezávislý pohled. Metody biofeedbacku jsou prezentovány čistě na vědeckém základě, v kontextu aktuálních i vědeckých studií. Důraz je kladen jak na neurofyziologické a psychofyziologické mechanismy fungování, tak konkrétní aplikaci.

V první části jsou uvedeny základní teoretické souvislosti problematiky na úrovni neurofyziologie, historie metody, zmíněny jsou též základní teoretické modely účinku a poměrně podrobně jsou dále prezentovány výsledky moderních studií efektivity. Ve druhé části se publikace zabývá otázkami spojenými s praxí v oblasti biofeedbacku. Probrány jsou otázky profesních předpokladů a způsobů práce s klienty. Závěrečná část je doplněna původními studiemi a některými speciálními otázkami – jako např. otázka technologií v oblasti biofeedbacku.

Publikace je první odbornou monografií na téma biofeedbacku v České republice. Není učebnicí ani zcela systematickým souborným dílem. Jedná se o knihu, která se snaží nestranně zpřístupnit základní otázky metod biofeedbacku, a tím překonat přetrvávající mýty kolem biofeedbacku, a to jak negativní, tak pozitivní. Publikace je primárně určená pro profesionály z oborů medicíny, psychologie a příbuzných věd, ale zajímavé informace v ní najdou i zájemci o problematiku z jiných oborů.

doc. PhDr. et PhDr. Radek Ptáček, Ph.D.

prim. MUDr. Miroslav Novotný

TEORETICKÉ SOUVISLOSTI

1Úvod do problematiky neurofyziologie

Josef Faber

1.1Několik slov neurofyziologa místo úvodu

Mozek má výjimečné vlastnosti, např. dovede vhodně ukládat přijaté informace do paměti, kdykoliv je analyzovat, syntetizovat tvarově či časově podobné informace. Má smysl pro čas a na základě toho vznikají nejen podmíněné reflexy, ale i asociační představy a objevy. Má schopnost analyzovat složité situace a vytvářet reakce na ně, dovede modelovat nebezpečné situace a předem má připravené motorické a behaviorální reakce (psychická aktivita v paradoxním spánku) a má schopnost se učit na různých úrovních programů od binárního kódu až po složité a nám zatím neznámé interneuronální komunikační jazyky.

Zpětná vazba, anglicky „feedback“ je pojem, který se stal technickým termínem před 60 lety, kdy nastupovala éra kybernetiky. Má téměř stejný význam jako obecnější slovo sebekontrola.

I na vyšší hladině nervové činnosti si vědomě i zcela nevědomě kontrolujeme své chování. Současná moderní elektronika nám dovoluje uvědomovat si své tělesné i psychické stavy lépe než naše vlastní senzorické orgány.

Biofeedback (BFB) je nový léčebný způsob jak kontrolovat a popřípadě zlepšovat své fyziologické funkce. Tento způsob umožňuje pociťovat nebo uvědomovat si to, co bychom svými smysly nepostřehli. Například, má-li nemocný zcela ochrnutou paži, vidí na obrazovce každou sebemenší elektrickou aktivitu ochrnutých svalů i bez viditelného pohybu. Tuto aktivitu pak může opakovaným trénováním pozvolna zvyšovat, a tím i zvyšovat svalovou sílu. Nebo trpí-li nemocný srdečními arytmiemi, elektrokardiografická (EKG) křivka převedená na signál vhodného tvaru ho informuje, zda je pulz pravidelný, nebo nepravidelný. Podle výsledku se řídí reakce, buď bude odměněn, nebo ne.

U dětí obvykle přispívá ke zlepšení při tréninku zvyšování motivace, např. odměna za úspěch v podobě bodování, zvukových signálů nebo malého dárku. Ve škole je to pochvala nebo známkování. Biofeedback (dále jen BFB) je významným pomocníkem u dětí s poruchou pozornosti a hyperaktivitou (dle DSM IV ADHD – attention deficit-hyperactivity disorder) (Lubar a Lubar, 1984, 1991; Arns et al., 2009).

Funkční magnetická rezonance (fMRI) je založena na změnách vodíkových atomů v mozku. Vodík (H) se používá především pro jeho rychlý pohyb ve tkáních a převažující výskyt v těle v podobě vody. Živé organismy obsahují vody mnohem více, než je polovina jejich váhy. Osy rotujících atomů vodíku jsou za běžných podmínek „náhodně“ a různě orientované, ale v silném magnetickém poli (1,5–3 Tesla) se zorientují (rezonují) osy všech vodíkových atomů unisono v jednom směru a ve smyslu magnetických siločar. V této situaci je aplikován krátký radiový signál, který opět „rozhodí“ osy atomů do různých stran. Po odeznění radiového signálu se atomy vodíků opět organizují jedním směrem, ale než se tak stane, uplyne určitá měřitelná doba závislá na množství vody ve tkáni. A tak lze odlišit šedou tkáň (s nervovými buňkami) od bílé tkáně mozku (s nervovými vlákny). Počítač z těchto informací opět sestaví obraz celého mozku. Navíc počítač může podle některých programů určit, která tkáň byla více nebo méně aktuálně aktivní, a to je princip fMRI.

Metoda fMRI ukázala u ADHD syndromu hypoaktivitu také v týlním a spánkovém rozmezí a v obou amygdalách. Christopher deCharms et al. (2005) použili nový velmi rychlý fMRI přístroj, který pracoval v aktuálním čase (rea-time functional magnetic resonance imaging, rtfMRI). Vyšší rychlost umožnila, aby proband mohl reagovat dostatečně rychle na každou novou situaci. U neurofeedbacku je třeba každým okamžikem (real-time) vytvořit novou (functional) mapu činnosti mozku. Podobně je tomu u elektroencefalografického (EEG) přístroje, který je však stále ve své odpovědi nejrychlejší.

Starším přístrojům fMRI trvalo mnoho desítek sekund detekovat a vypočítat vždy nový funkční obraz mozku. Uvedení autoři zjistili pomocí fMRI s BFB tréninkem zlepšení schopnosti ovládat hyperaktivitu v rostrální části gyrus cinguli (GC), a tím i potlačovat bolest a zlepšovat pozornost (Zotev et al., 2011; Shibata et al., 2011).

Lévesque et al. (2006) použili neurofeedback u 20 dětí se syndromem ADHD. Klinický experiment byl doprovázen kontrolní fMRI a Stroopovým testem. Stroopův test je v podstatě test na schopnost potlačovat funkční fixaci, např. slovo „červený“ je napsáno modře. Proband má za úkol říci buď správně barvu, nebo správně přečíst napsané slovo. Tyto dvě informace se díky rozporu mezi barvou písmen a významem slova navzájem pletou. Výsledky byly opět nadějné, latence správné odpovědi se po neurofeedbacku zrychlila. Ukázalo se, že neurofeedback má schopnost zlepšit funkce některých mozkových struktur, např. zvýšit metabolismus horního temenního malého laloku vlevo a přední části již výše jmenovaného gyrus cinguli. Neurofeedback byl tedy účinný v místech, kde se vytváří selektivní pozornost. Proto také je vhodné a možné použít cíleně neurofeedback pro zvýšení pozornosti a potlačení spánku nejen u dětí, ale i u řidičů, pilotů apod. (Faber et al., 2003).

1.2Stručný psychologický přehled základů učení a paměti

Elektroencefalografie (EEG) a „EEG biofeedback“ (BFB)

EEG je metoda jak získat a využít elektrickou aktivitu mozku, jak ji aplikovat v klinické praxi neurologů, psychiatrů a psychologů. Je to také věda o vzniku elektromagnetického pole v různých strukturách mozku a jeho závislosti na metabolickém i psychologickém stavu mozku za normálních i abnormálních situací. Od roku 1924, kdy profesor J. Berger zaznamenal elektrickou aktivitu z hlavy člověka a nazval ji „elektrenkephalogramm“, víme, že tato aktivita je mimo jiné také závislá na našich smyslech a naší vůli. Každé otevření očí potlačí základní rytmus alfa (obr. 1.1) a každá mentace změní EEG spektrum. A z tohoto poznatku také vychází BFB jako speciální druh učení čili operantní podmiňování.

Obr. 1.1 Rytmická aktivita alfa (vlevo) se blokuje po otevření očí (nízká nepravidelná křivka, vpravo). Je to tzv. Bergerova reakce zástavy alfa rytmu. Šipka označuje okamžik otevření očí. V 1. a 5. kanálu jsou patrné vysoké pomalé vlny, jde o artefakty vytvořené pohybem víček a bulbů.

Učení a paměť jsou dvě strany jedné mince. Ze statického hlediska můžeme učení a paměť rozdělovat na dva hlavní druhy: deklarativní (DE) čili explicitní a nedeklarativní čili implicitní (NI). Deklarativní část paměti má analyzátorovou oblast ve staré formaci mozkové, tj. ve staré kůře čili v archikortexu. Hlavní struktura pro registraci paměti ve vztahu k času a místu je hipokampus. Je to důležitá část tzv. limbického systému, kde je nejen paměťový registr, ale i sídlo emocí. DE dále dělíme na epizodický a sémantický druh paměti. Epizodická DE paměť jsou např. naše zážitky z Vánoc, prázdnin nebo školního výletu. Sémantická DE paměť jsou zapamatovaná fakta jako např. dějepisná data, matematické a chemické vzorce, u nichž si většinou nejsme vědomi, kdy a kde jsme se jim naučili, a není ani nutné to vědět (Atkinsonová et al., 1995).

NI paměť má analyzátorovou oblast zřejmě v mozečku (cerebellum) a snad i v bazálních gangliích, které slouží i motorickým funkcím. Také NI dále dělíme na zručnost (schopnost být šikovný, umět řemeslné dovednosti, vědět jak tančit, plavat, jezdit na kole), doplňování slov a neasociativní a asociativní NI. K neasociativní paměti patří senzitizace (původně nevýznamný podnět se stane opakováním významným), desenzitizace (opačný proces, který nastane spíše specifickým psychoterapeutickým tréninkem), habituace (podobá se desenzitizaci s tím rozdílem, že původní podnět se zdál na počátku důležitým, ale spontánně jím přestal být), deshabituace (podobá se senzitizaci, ale s tím rozdílem, že původní podnět byl důležitý, časem jím přestal být, ale změnou situace se stal opět důležitým). Tyto typy učení jsou velmi závislé na časovém, prostorovém, emočním a osobnostním kontextu.

Asociativní NI paměť je klasické podmiňování podle I. P. Pavlova a operantní podmiňování (B. F. Skinner). Klasické podmiňování znamená, že se v konstantních časových intervalech objevují zevní podněty. První podnět je podmíněný čili zevní, nespecifický, „získaný“ (např. světlo, zvuk, dotek atd.). Původně je tento podnět irelevantní. Následuje druhý podnět, nepodmíněný, který provokuje specifickou (vrozenou) odpověď. Je to nepodmíněný podnět např. podání potravy pokusnému zvířeti nebo bolestivý podnět, po němž dojde ke specifické reakci, tj. k nepodmíněnému reflexu – např. zvíře sliní, uhýbá apod. Člověk při pojídání jídla také sliní nebo rychle odtáhne ruku od bolestivého podnětu.

Podmíněný podnět i nepodmíněný podnět jsou podněty podávané ze zevního okolí současně nebo v jistém časovém intervalu. Po určité době stálého opakování se spojení podmíněný podnět a nepodmíněný podnět zafixuje a nastane podmíněný reflex. Původní irelevantní podmíněný podnět (např. světlo) se stane významným, protože nepodmíněný podnět přeneslo na podmíněný podnět opakováním svůj význam díky časové asociaci. Zvíře odpovídá sliněním nebo úhybným pohybem již na podmíněný podnět, aniž by byl aplikován nepodmíněný podnět. Např. dítě se rozpláče v čekárně stomatologa (podmíněný reflex) po zkušenostech z předešlých bolestivých zákroků.

Implicitní asociativní operantní podmiňování se trochu podobá klasickému, ale má tento sled podnětů: první podnět je spontánní, vrozený, endogenní, např. svalový spazmus, krátká srdeční arytmie, náhlá úzkost nebo jiné nežádoucí podněty, jako jsou epileptické projevy v EEG. Mohou to být i žádoucí události, jako je např. snížení krevního tlaku, zmenšení svalového spazmu, „správné“ rytmy v EEG apod. Další podnět je vyvolán předešlým vnitřním podnětem a je zevní, např. je to světlo, zvuk nebo úspěch ve „hře na obrazovce“. Jde tedy o inverzní čili zpětné podmiňování. A navíc u klasického podmiňování (podmíněný reflex) jsou oba podněty (podmíněný podnět i nepodmíněný podnět) podány ze zevního okolí. Avšak u operantního podmiňování je první podnět (vnitřní, endogenní, NePo) očekáván, ale objevuje se spontánně. Až po něm (po nepodmíněném podnětu) se prostřednictvím naší elektroniky automaticky spustí zevní podnět (podmíněný podnět), např. v podobě úspěchu ve hře, tj. odměny. Opakováním tohoto úkolu nastane spojení obou podnětů (NePo s PoPo) jako u každého jiného podmíněného reflexu.

Již nyní můžeme rozdělit operantní podmiňování na to, které vede k zákazu (tj. příkaz „dávejte pozor! v EEG jsou epileptické projevy, musíte zvýšit pozornost a soustředit vůli na potlačení prvních příznaků záchvatu!“, tj. příznaky aury) (Upton a Longmire, 1975). Další druh operantního podmiňování vede přímo k odměně za to, že je vše v pořádku, např. v EEG jsou správné a prospěšné rytmy (Sterman, Friar, 1972). Tento druhý druh má jistější a větší terapeutický úspěch.

Jiný pohled na proces učení je dynamický, ten ještě více zohledňuje čas při vytváření paměťových stop. Lze rozlišit tři fáze zapamatování: bezprostřední paměť, krátkodobou a dlouhodobou paměť. Bezprostřední paměť trvá asi sekundy až desítky sekund podle obtížnosti podané informace. Jejím podkladem je kroužení výbojů nervových buněk (neuronů) mezi hlavními systémy mozku, tj. mezi thalamem a kůrou mozku (kortexem). Další významná komunikace je spojení mezi thalamo-kortikálním systémem a limbickým systémem.

Tímto kroužením vzruchů se vytvoří jisté složité biochemické stopy v každém zúčastněném neuronu. To je již projev krátkodobé paměti, která trvá asi několik hodin. Spolu se spánkem se tyto složité, ale provizorní biochemické látky musí dále „překódovat“ čili přeměnit na pevnější struktury – a to jsou bílkoviny. To je však proces již dlouhodobý a vyžaduje mnoho času. Snad i proto musí náš spánek trvat tak dlouho a musíme prospat třetinu života.

Pro tyto údaje svědčí řada experimentálních důkazů. Děti, kterým se zlepšilo chování po BFB tréninku, měly zvýšené množství žádané frekvence v EEG (např. tzv. SMR, senzorimotorický rytmus). SMR má schopnost tlumit nežádoucí neklid a zlepšovat koncentraci mysli. Současně nastalo i zlepšení spánku v podobě zmnožení tzv. spánkových vřeten (sigma), které mají frekvenci 12–14 Hz, trvání půl až 1 sekundu, objevují se ve druhém stadiu NONREM spánku a pravděpodobně slouží mechanismům paměti (Sterman et al., 1970).

Obě EEG frekvence, tj. SMR a sigma, jsou si velmi podobné, mají frekvenci mezi 11–18 Hz. Tento nález je významný fakt. Ukazuje totiž, že BFB mění EEG spektrum nejen ve dne při bdění, ale i v noci ve spánku, a to nasvědčuje i změně osobnosti. Naše dotazníky poslané rodičům a učitelům do školy uváděly zlepšené chování u dětí se zlepšenými psychotesty a zlepšeným EEG spektrem (viz dále).

Strukturální i fyziologický, řekněme psychofyziologický, pohled na učení můžeme rozdělit na vnitřní a zevní, fyziologické (normální) a patologické (abnormální). Vnitřní fyziologický mechanismus probíhá během paradoxního (REM) spánku. Tento spánek má mnoho nelogických prožitků, jsou to barevné divoké sny s emočním doprovodem, potlačený svalový tonus a rychlé pohyby očí, tj. REM (rapid eye movement). Děti s diagnózou ADHD mají většinou z 90 % abnormální EEG záznam (Faber et al., 2001, 2002, 2003). Víme z literatury, že je asi 41 genů u této diagnózy porušeno, čili genetická dispozice je velmi pravděpodobná (Hellerová a Uhlíková 2003). Syndrom však může jednu generaci přeskočit, pak např. mají poruchy pozornosti s hyperaktivitou děd a vnuk, nikoliv otec a syn.

1.3Psychické a mozkové procesy probíhající během BF tréninku

Během učení pomocí BFB uvažujeme o tomto sledu událostí v mozku. Hlavní okruh v mozku je reprezentován komunikací mezi největším podkorovým jádrem thalamem a kůrou mozku (kortexem). Okruh je zodpovědný za projevy vědomí, jako je uvědomování si sama sebe a okolí, za reaktivitu, vybavování si a ukládání do paměti apod. Mezi thalamem a kortexem, ve bdění i ve spánku, dokonce i při jakýchkoliv záchvatech se stále a po celý život uskutečňuje spontánní kroužení vzruchů. Tomuto kroužení nervových vzruchů (impulzů) říkáme thalamo-kortikální reverberace (TKR) (verberare je latinsky mrskat, bičovat, bít a reverberare znamená odrážet úder) (obr. 1.2 a 1.3 v barevné příloze).

Pomocí EEG můžeme dobře sledovat činnost této cyklicky se opakující aktivity v TKR a pomocí počítače (PC) provádíme frekvenční analýzu (FFT). Cykly v TKR se objevují v podobě rytmů různé frekvence v rozsahu od 0,2 Hz do 80–120 Hz (1 Hz = 1 vlna za sekundu). Pro jednoduchost jsou jednotlivá frekvenční pásma pojmenována řeckými písmeny: subdelta je ten nejpomalejší rytmus od 0,1 Hz do 0,5 Hz a nalézá se hlavně v hlubokém spánku, ale i při mentaci (např. CNV – „contingent negative variation“, CPV – „contingent positive variation“). Navazuje delta od 0,5 Hz do 3,5 Hz, opět je přítomna ve spánku, ale i ve bdění při intenzivní myšlenkové činnosti (mentaci), následuje théta od 3,5 Hz do 7,5 Hz, která je přítomna v mělkém spánku a při emočním prožitku.

Frekvenčně pokračuje alfa od 8 Hz do13 Hz jako hlavní rytmus během bdělosti, obvykle při zavřených očích a duševní relaxaci. Konečně pokračuje beta od 14 Hz do 30 Hz patrná ve bdělosti při otevřených očích, někdy, zvláště při úzkosti, je přítomna i při zavřených očích. Pomalá beta (14 Hz do 18 Hz) se také nazývá SMR rytmem a je přítomna v EEG při bdělosti bez ospalosti, ale i bez pohybů a současně s dobrou psychickou koncentrací (v obrazech 4 a 5 je vždy podtržena). SMR je funkčně téměř identická s Gastautovým rolandickým rytmem, obě aktivity mizí při pohybu i při usínání.

Gama rytmus je nejrychlejší (30–80–120 Hz) a je také projevem elektrické aktivity nervových buněk (neuronů) v sítích TKR, ale bohužel není téměř v EEG patrný. Gama rytmus dokonce věrněji než ostatní frekvenční pásma zobrazuje činnost neuronů v TKR. Avšak nemůžeme ho snímat pomocí elektrod z povrchu hlavy, je nutné použít elektrokortikografii, tj., je snímatelný z elektrody uložených přímo na obnažený kortex. Tím by se elektroencefalografie stávala elektrokortikografií, tedy metodou chirurgickou, invazivní a pro ambulantní praxi nepoužitelnou.

Díky moderní elektronice máme možnost bezprostředně analyzovat EEG křivku pomocí rychlé Fourierovy harmonické transformace (dále jen FFT) nebo Gáborovy filtrace (dále je GF), a tak vidět EEG křivku v podobě frekvenčních pásem. Tyto analýzy dokážou výpočtem detekovat různé frekvence ve složité EEG křivce, jinými slovy oddělí z nesrozumitelné směsi tvarů vln jednotlivé frekvence: delta, théta, alfa, SMR a beta. Tak vzniká pomocí FFT nebo GF analýzy EEG spektrum, které se může vyjádřit v číslech, křivkách, ve sloupcích hodnot nebo v podobě map. To vše je patrné na obrazovce, jejíž obsah se každým okamžikem aktualizuje.

Tímto způsobem vidíme, že v EEG se stále v každém stavu (bdění, spánek, mentace, relaxace, záchvat atd.) objevují všechny frekvence, ale každé pásmo je přítomno v různém množství. V každém stavu jsou tedy všechna pásma stále přítomna, ale vzhledem k sobě jsou v různé proporci.

Během bdělosti při otevřených očích a dobré pozornosti, např. během BFB tréninku, se objevují nerovnoměrně zastoupené všechny frekvence, SMR aktivita je nad senzomotorickou oblastí měřitelná skoro vždy. U ADHD syndromu je však SMR zvláště málo. Protože má však vhodné vlastnosti (je představitelem pohybového klidu, bdělosti a dobrého soustředění), chceme, aby množství SMR bylo co nejvíce. To lze zařídit pomocí podmiňování, tj. např. odměňováním za správné výsledky ve hře. Odměna je především primární v podobě radosti, ale dítě je i klasifikováno, dostává body a pamlsky.

V praxi to vypadá tak, že trénující osoba sedí před obrazovkou, kde probíhá nějaká hra (TV game), např. automobil na silnici stojí špatně vlevo a nejede. Je třeba, aby byl na správném místě, tj. vpravo a jel co nejrychleji. Proband tuto hru však neovládá obvyklým způsobem pomocí „joysticku“, ale změnou schopnosti se lépe koncentrovat na řešení daného problému, a to vede k úspěchu ve hře. Změna schopnosti v soustředění hráče způsobí změnu v EEG křivce, a tedy i v EEG spektru. EEG zesilovač a počítač s FFT (GF) programem pozná změnu v EEG. Celý technický systém je zařízen tak, že se trénující osobě daří ovlivnit hru jen tehdy, objeví-li se v EEG dané osoby žádoucí aktivita, tj. v tomto případě SMR, případně lze odměňovat jedince za inhibici théta aktivity.

Ve všech případech, kdy se SMR v EEG probanda objeví v dostatečném množství, elektronická zařízení pohnou obrazy na obrazovce. Hrající chlapec je tak odměněn úspěchem ve hře, automobil na obrazovce jede rychleji. Odměna za úspěch ve hře přináší radost. V tomto procesu hraje roli limbický systém, hlavně hipokampus, ve kterém se vytvářejí emoce a afektivní pozadí našeho chování. Zde je také paměťový registr, kde se ukládá „časový a prostorový index událostí.“ Radost přináší touhu prožít ji znovu a vůle toto opakování odměny zprostředkuje. Proto zároveň se zážitkem „přišel jsem, jak na to“ dochází v procesu učení i ke změně ve schopnosti se soustřeďovat a tato změna se přenáší na mozkovou elektrogenezi. Jak to mozek provádí, nevíme, je to transformace téměř transcendentní. V mozku se zřejmě realizují a kontaktují dva světy, jeden je z kategorie biologické (zde platí pojmy fyziky, chemie, biochemie apod.), druhý patří do kategorie psychické (jde o pojmy učení, motivace, paměti, vůle, touhy, radosti, ale i zklamání, lítosti atd. (obr. 1.3).

Díky tréninku podmiňování stále SMR přibývá a jeho větší množství s sebou přináší stále větší úspěch. Narůstající množství SMR pak s sebou nese své vlastnosti, tj. uklidnění motoriky a lepší soustředění trénujícího chlapce se syndromem ADHD. A to je cíl našeho snažení. Každé frekvenční pásmo v EEG má své vlastnosti. Budeme-li chtít trénovat relaxaci, zvolíme k tréninku alfa aktivitu, budeme-li chtít trénovat usínání, budeme odměňovat za zvýšení amplitudy théta aktivity.

Další technická podmínka zdárného tréninku je latence, která uplyne od vnitřního podnětu (např. objevení se SMR) k odměně ve hře. Obvykle je to 200–300 milisekund (ms). Je zajímavé, že tzv. kognitivní evokované potenciály (KEP) mají podobnou délku, tj. kolem 300 ms. KEP jsou zprůměrováním vypočítané zvláštní vlny v EEG, které vznikají při diskriminačních podmíněných reflexech. Čím je obtížnější rozeznat dva podněty, např. vysoký a nízký tón, tím jsou amplitudy vln v KEP vyšší. A právě tento proces poznávání trvá kolem 300 ms.

Obecně to znamená, že latence od podnětu přijímaného našimi smysly k poznání trvá nejméně čtvrt sekundy. Například vidíme obličej náhodně potkané osoby, otázka je: Je to náš známý, ano nebo ne? Je to neuvěřitelně krátký čas, uvědomíme-li si, že naše paměť a kognitivní neuronální mechanismy dokážou pojmout na 10 000 lidí. Pro tento poznávací aparát (prosopognozie – poznávání obličejů) je také v kortexu vytvořeno speciální místo v týlní oblasti (gyrus linqualis, Brodmannova area 19) s množstvím asi jedné miliardy neuronů. (Celkové množství neuronů, tj. nervových buněk v mozku, je snad sto miliard.)

Jistou roli v procesu podmiňování hraje samozřejmě inteligence a motivace. Dítě s podstatně sníženou inteligencí, které nechápe, co má dělat, bude mít s učením obecně potíže. Stejně tak děti bez zájmu o toto učení nebudou mít v podmiňování asi žádný úspěch.

Klinická studie se SMR u pacientů nebo neurofyziologické experimenty u pokusných zvířat ukazují zajímavá data (Sterman, 1969, 1970, 1972, 1973, 1999; Steriade et al., 1993). Rychlá alfa (11–13 Hz) a SMR (13–18 Hz) jsou obvykle formována do tvaru vřetene, jsou fusiformní. Ukazuje se dobrá korelace mezi pozorností a těmito vřeteny. Pokud jsou vřetena přítomna, je bdělost i pozornost dobrá, nejsou-li přítomny žádné svalové pohyby a probíhá stav lucidní vigility. Při usínání nebo pohybu tato vřetena mizí. Často se zvyšuje množství vřeten během zvýšené mentální aktivity, např. během Ravenova testu, a to nad temenní oblastí hlavy (Faber, 2005, 2008).

Oba druhy vřeten mají velmi podobnou, i když různou frekvenci, ale z hlediska psychofyziologického vykonávají téměř identickou funkci. Je to Gastautův rolandický arkádový rytmus 10–12 Hz (Gastaut et al., 1957) a Stermanův senzorimotorický rytmus (SMR) 12–15 Hz (Sterman, Friar, 1972). Oba rytmy se v EEG objevují při plné bdělosti bez pohybů těla. Klesne-li bdělost do ospalosti nebo se pokusná osoba pohne, oba rytmy zmizí. Naopak se tyto rytmy zvyšují při dobré psychické koncentraci bez pohybů těla.

Experimentálně bylo u koček během přítomnosti SMR prokázáno snížení neuronální aktivity v motorických jádrech kmene mozku (hlavně v nucleus ruber). Současně nastalo snížení svalového napětí a motility, protože se zvýšil tlumivý účinek SMR aktivity na motorická jádra thalamu a kmene mozku. Thalamická senzorická jádra zvýšila svou aktivitu v podobě vřeten, což je příhodná situace pro proces učení. To svědčí pro nutnost snížení motoriky a zvýšení centrální senzorické aktivity pro koncentrovanou mentální činnost. K dalšímu řešení těchto problémů však potřebujeme více informací z animálních experimentů i z klinických pozorování.

Ukazují se zajímavá data z oblasti součinnosti thalamu a kortexu (TKR). Zdá se, že vřetena alfa, SMR nebo arkádového rytmu představují z hlediska matematického modelování pomocí arteficiálních neuronových sítí určitý iterační proces. Průměrná frekvence alfa rytmu je 10 Hz, alfa vlna trvá tedy průměrně 100 ms. Jedna alfa vlna představuje jeden cyklus vzruchů, které proběhnou mezi thalamem a kortexem, kde nastane proces logického zpracování informací. Data se pak vracejí zpět do thalamu, a tak je cyklus uzavřen. Jedna alfa vlna obvykle nestačí na vyřešení informačního procesu, musí být opakována. V jednom vřetenu bývá 10–20 alfa vln a během procesu opakování (reverberování vzruchů mezi thalamem a kortexem) dochází ke kognitivnímu (poznávacímu) procesu.

Reverberace s alfa vlnami je pojem fyziologický, iterace s „opakovacím“ algoritmem je pojem matematický, ale oba pojmy představují stejný proces. To znamená, že každá alfa vlna představuje určité přiblížení se (aproximaci) od neurčitého tvaru k poznávanému obrazu. Takový proces se uskutečňuje ve sféře viděných obrazů, slyšených zvuků i hmataných předmětů. Tuto pozvolnou aproximaci od neznámého ke známému můžeme přirovnat k matematické iteraci, tj. opakování téhož procesu (konvergenci), až k přijatelnému výsledku, podobně jako je tomu např. v počítačovém algoritmu při odmocňování (Faber, 2008).

Během psychologických testů dochází ke stoupnutí delta nebo théta aktivity a zde si laskavý čtenář povšimne, že je třeba problém delta vln vysvětlit. Jednou považujeme vyšší množství delta za patologický proces a pokles delta pásma za zlepšení a podruhé zvýšení delta vln při BFB za dobrý jev. To je tím, že delta aktivita má několikerý původ, fyziologický i patologický. Fyziologická, tj. normální delta aktivita, se objevuje fylogeneticky od narození asi do 1. až 3. roku a celý náš život v hlubokém synchronním spánku nebo při mentální aktivitě. Patologická delta se objevuje po zranění, zánětech nebo u vývojově retardovaných mozků. Tyto delta nelze dobře tvarově ani spektrálně odlišit, posuzujeme je především podle situace, kdy se objevují, tedy v kontextu s psychologickým stavem (Faber et al., 2001, 2002, 2003, 2005).

Analyzovali jsme pásma pomalé i rychlé alfa a pomalé i rychlé delta aktivity (60 zdravých dětí nebylo trénováno, použili jsme jejich data ze dvou nativních EEG vyšetření). U 30 dětí s ADHD jsme po BFB tréninku zjistili velmi významný pokles pomalých i rychlých delta vln, zatímco rychlá i pomalá aktivita alfa se téměř nezměnila. Považujeme to za úspěch, protože se zmenšila právě klidová delta aktivita, která svědčila pro biologicky retardovaný vývoj. Alfa aktivita však nebyla při BFB ovlivněna, sama o sobě totiž představovala již normální fyziologickou aktivitu. Zlepšení klinického obrazu po SMR tréninku je asi u 60–70 % dětí trvalé. Avšak tam, kde došlo k recidivě nepozornosti, „zlobivosti“ a nadbytečné aktivity, můžeme trénink opakovat, stačí pak obvykle méně tréninkových sezení, asi pět až patnáct.

1.4Závěr

Popisujeme tréninkovou metodu zvanou neurofeedback dříve EEG biofeedback, jejíž účinek spočívá na své vlastní sebekontrole pomocí elektroencefalografie (EEG). Metoda je založena na principu učení, transferu a operantního podmiňování, protože využíváme zpětného podmiňování, kde nepodmíněný podnět (jistá EEG frekvence) přichází jako první a podmíněný podnět (radost z odměny při úspěchu ve hře) jako druhý. Indikace k této léčbě jsou hlavě děti trpící ADHD syndromem. Avšak i děti s nočním pomočováním, balbuties a dys – syndromy se často po této léčbě zlepšují. Naše zkušenosti vycházejí z vyšetření asi 2000 dětí ve věku 7–14 let, které prošly naší laboratoří. Zvláštní pozornost jsme věnovali 30 dětem. Po čtyřměsíčním BFB tréninku s 20–30 léčebnými sezeními se ukázalo významné psychologické zlepšení. Bylo potvrzeno Pražským dětským Wechslerovým testem a EEG spektrem, kde byl významný pokles pomalých vln (delta vlny se objevují obvykle u biologické poruchy, např. u retardace, genetické poruchy apod.), které svědčí pro urychlenou biologickou i psychickou maturaci mozku. Hypotetické je použití i u mírných kognitivních deficitů, kde metoda také může vést ke zlepšení psychického stavu, neboť víme z posledních výzkumů, že po celý život vznikají nové neurony a ty se mohou zapojit do stávajících neuronových okruhů a sítí jen tehdy, když se jim „dá možnost vykonávat nějakou funkci“, nejlépe psychickou aktivitu. Navíc chronogenetika ukazuje, že jisté geny aktivují transkripční faktory v různém věku. O dalších indikacích biofeedbacku je pojednáno v následujících kapitolách.

Literatura

ARNS M, DE RIDDER S, STREHL U, BRETELER M, COENEM A. Efficacy of neurofeedbacktreatment in ADHD: the effect on innattention, impulsivity and hyperactivity: a metaanalysis. Clin EEG Neurosci 2009; 40(3): 180–189.

Vážení čtenáři, právě jste dočetli ukázku z knihy Biofeedback v teorii a praxi.
Pokud se Vám líbila, celou knihu si můžete zakoupit v našem e-shopu.