Механизмы светомузыкальной стимуляции, управляемой собственными или чужими биопотенциалами мозга и сердца

Цель исследования — сравнительный анализ эффектов, наблюдаемых при предъявлении испытуемым светомузыкальных воздействий, которые контролируются собственными биопотенциалами мозга и сердца (метод closed-loop) или биопотенциалами другого человека.

Материалы и методы. Добровольцы, находящиеся в состоянии стресса, попарно участвовали в двух экспериментах. В первом эксперименте светомузыкальные воздействия, предъявляемые каждому испытуемому из пары, формировались на основе собственных биопотенциалов мозга и сердца, а во втором — на основе биопотенциалов другого испытуемого.

Результаты. При обоих типах воздействий наблюдались эффекты уменьшения напряжения регуляторных систем организма, снижения уровня стресса и улучшения эмоционального состояния, обусловленные механизмами мультисенсорной интеграции и нейропластичности. Только при светомузыкальной стимуляции, управляемой собственными биопотенциалами мозга и сердца испытуемых, наблюдался статистически значимый рост мощности основных ритмов ЭЭГ, сопровождаемый значимыми позитивными сдвигами показателей психологического тестирования и положительно-эмоциональными реакциями на воздействия. Полученные данные объясняются интеграцией процессов восприятия и обработки значимых для человека интероцептивных сигналов в резонансные механизмы ЦНС, обеспечивающие нормализацию функционального состояния под влиянием воздействий.

Заключение. Полученные данные могут быть использованы для разработки эффективных методов персонализированных светомузыкальных воздействий, направленных на своевременное устранение функциональных нарушений и возвращение организма человека к оптимальному состоянию.

1. Королев В.А., Савченко В.В. Аудиовизуальная стимуляция как метод улучшения функционального состояния и здоровья человека (литературный обзор). Прикладные проблемы безопасности технических и биотехнических систем 2018; 1: 35–40.
2. Magosso E., Cuppini C., Bertini C. Audiovisual rehabilitation in hemianopia: a model-based theoretical investigation. Front Comput Neurosci 2017; 11: 113, https://doi.org/10.3389/fncom.2017.00113.
3. Ostrolenk A., Bao V.A., Mottron L., Collignon O., Bertone A. Reduced multisensory facilitation in adolescents and adults on the autism spectrum. Sci Rep 2019; 9(1): 11965, https://doi.org/10.1038/s41598-019-48413-9.
4. Pan F., Zhang L., Ou Y., Zhang X. The audio-visual integration effect on music emotion: behavioral and physiological evidence. PLoS One 2019; 14(5): e0217040, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217040.
5. Grasso P.A., Benassi M., Làdavas E., Bertini C. Audio-visual multisensory training enhances visual processing of motion stimuli in healthy participants: an electrophysiological study. Eur J Neurosci 2016; 44(10): 2748–2758, https://doi.org/10.1111/ejn.13221.
6. Fedotchev A.I., Dvorianinova V.V., Velikova S.D., Zemlyanaya А.А. Modern technologies in studying the mechanisms, diagnostics, and treatment of autism spectrum disorders (review). Sovremennye tehnologii v medicine 2019; 11(1): 31–39, https://doi.org/10.17691/stm2019.11.1.03.
7. Golovin M.S., Aizman R.I., Balioz N.V., Krivoshchekov S.G. Effect of audiovisual stimulation on the psychophysiological functions in track-and-field athletes. Human Physiology 2015; 41(5): 532–538, https://doi.org/10.1134/s0362119715050047.
8. Barreto-Silva V., Bigliassi M., Chierotti P., Altimari L.R. Psychophysiological effects of audiovisual stimuli during cycle exercise. Eur J Sport Sci 2018; 18(4): 560–568, https://doi.org/10.1080/02640414.2018.1514139.
9. Bigliassi M., Greca J.P.A., Barreto-Silva V., Chierotti P., de Oliveira A.R., Altimari L.R. Effects of audiovisual stimuli on psychological and psychophysiological responses during exercise in adults with obesity. J Sports Sci 2019; 37(5): 525–536, https://doi.org/10.1080/02640414.2018.1514139.
10. Naro A., Leo A., Bruno R., Cannavò A., Buda A., Manuli A., Bramanti A., Bramanti P., Calabrò R.S. Reducing the rate of misdiagnosis in patients with chronic disorders of consciousness: is there a place for audiovisual stimulation? Restor Neurol Neurosci 2017; 35(5): 511–526, https://doi.org/10.3233/RNN-170741.
11. Сысоев В.Н., Чебыкина А.В., Душкина М.А., Дерга­чев В.Б. Оценка эффективности использования однократного сеанса аудиовизуальной стимуляции для коррекции функционального состояния организма. Вестник Российской военно-медицинской академии 2018; 3(63): 128–132.
12. Дудельзон В.А., Кальманов А.С., Булавин В.В. Применение различных режимов аудиовизуальной стимуляции для оптимизации функционального состояния военнослужащих. Военно-медицинский журнал 2018; 339(5): 47–51.
13. Федотчев А.И., Парин С.Б., Полевая С.А. Нейро­интерфейсы, управляемые биопотенциалами мозга и сердца, в коррекции стресс-вызванных расстройств. Вестник Российского фонда фундаментальных исследований. Гуманитарные и общественные науки 2019; 1: 144–152, https://doi.org/10.22204/2587-8956-2019-094-01-144-152.
14. Fedotchev A.I., Parin S.B., Polevaya S.A., Zemlianaia A.A. Effects of audio-visual stimulation automatically controlled by the bioelectric potentials from human brain and heart. Human Physiology 2019; 45(5): 523–526, https://doi.org/10.1134/s0362119719050025.
15. Полевая С.А. Интегративные принципы кодирования и распознавания сенсорной информации. Особенности осознания световых и звуковых сигналов в стрессовой ситуации. Вестник Новосибирского государственного университета 2008; 2(2): 106–117.
16. Катаев А.А., Бахчина А.В., Полевая С.А., Федот­чев А.И. Связь между субъективными и объективными оценками функционального состояния человека (апробация методики экспресс-оценки уровня стрессированности). Вестник психофизиологии 2017; 2: 62–67.
17. Полевая С.А., Некрасова М.М., Рунова Е.В., Бах­чина А.В., Горбунова Н.А., Брянцева Н.В., Кожевников В.В., Шишалов И.С., Парин С.Б. Дискретный мониторинг и телеметрия сердечного ритма в процессе работы на компьютере для оценки и профилактики утомления и стресса. Медицинский альманах 2013; 2(26): 151–155.
18. Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Па­рин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С. Музыкально-акустические воздействия, управляемые биопотенциалами мозга, в коррекции неблагоприятных функциональных состояний. Успехи физиологических наук 2016; 47(1): 69–79.
19. Polevaya S.A., Eremin E.V., Bulanov N.A., Bakhchina А.V., Kovalchuk A.V., Parin S.B. Event-related telemetry of heart rhythm for personalized remote monitoring of cognitive functions and stress under conditions of everyday activity. Sovremennye tehnologii v medicine 2019; 11(1): 109–115, https://doi.org/10.17691/stm2019.11.1.13.
20. Golovin M.S., Aizman R.I., Balioz N.V., Krivoschekov S.G. Integration of functional, psychophysiological, and biochemical processes in athletes after audiovisual stimulation. Human Physiology 2018; 44(1): 54–59, https://doi.org/10.1134/s0362119718010073.
21. Пирадов М.А., Черникова Л.А., Супонева Н.А. Пластичность мозга и современные технологии нейрореабилитации. Вестник Российской академии наук 2018; 88(4): 299–317, https://doi.org/10.7868/S0869587318040023.
22. Федотчев А.И. Анализ резонансных ЭЭГ-реакций при оценке эффективности сенсорных воздействий. Физиология человека 1997; 23(4): 117–132.
23. Ашанина Е.Н., Сеник М.Н. Современные исследования техник аудиовизуального воздействия (обзор отечественной и иностранной литературы за 2011–2018 гг.). Вестник психотерапии 2018; 67(72): 44–65.
24. Quadt L., Critchley H.D., Garfinkel S.N. The neurobiology of interoception in health and disease. Ann N Y Acad Sci 2018; 1428(1): 112–128, https://doi.org/10.1111/nyas.13915.
25. Khalsa S.S., Adolphs R., Cameron O.G., Critchley H.D., Davenport P.W., Feinstein J.S., Feusner J.D., Garfinkel S.N., Lane R.D., Mehling W.E., Meuret A.E., Nemeroff C.B., Oppenheimer S., Petzschner F.H., Pollatos O., Rhudy J.L., Schramm L.P., Simmons W.K., Stein M.B., Stephan K.E., Van den Bergh O., Van Diest I., von Leupoldt A., Paulus M.P.; Interoception Summit 2016 participants. Interoception and mental health: a roadmap. Biol Psychiatry Cogn Neurosci Neuroimaging 2018; 3(6): 501–513, https://doi.org/10.1016/j.bpsc.2017.12.004.
26. Sitaram R., Ros T., Stoeckel L., Haller S., Scharnowski F., Lewis-Peacock J., Weiskopf N., Blefari M.L., Rana M., Oblak E., Birbaumer N., Sulzer J. Closed-loop brain training: the science of neurofeedback. Nat Rev Neurosci 2017; 18(2): 86–100, https://doi.org/10.1038/nrn.2016.164.
27. Ganzer P.D., Sharma G. Opportunities and challenges for developing closed-loop bioelectronic medicines. Neural Regen Res 2019; 14(1): 46–50, https://doi.org/10.4103/1673-5374.243697.

Fedotchev A.I., Parin S.B., Savchuk L.V., Polevaya S.A. Mechanisms of Light and Music Stimulation Controlled by a Person’s Own Brain and Heart Biopotentials or Those of Another Person. Sovremennye tehnologii v medicine 2020; 12(4): 23, https://doi.org/10.17691/stm2020.12.4.03