Программное обеспечение системы БОС – тренинга коррекции слуха

Свиридович А.А.

Снижение слуха - часто встречающееся заболевание: по статистике, каждый шестой человек в мире имеет те или иные нарушения слуха.
За последние 5 лет количество лиц с расстройствами слуха увеличилось в 1,5 раза.

Проведенное в Швейцарии исследование показало, что 25-30% молодых людей в возрасте 18-20 лет хотя бы однажды испытывали снижение слуха.
По данным ВОЗ, около 10% всего населения земного шара имеют проблемы со слухом, затрудняющие общение.

А к 2020 году более 30% всей популяции земного шара будут иметь нарушения слуха.

Ухудшение слуха может развиваться медленно, в течение многих лет.

Поражение слуха может быть следствием болезни, длительного воздействия шумов, наследственности, травмы, лечения ототоксическими препаратами, опухолей и других факторов.

Лишь небольшой процент нарушений слуха может быть улучшен при помощи операции или лекарственных средств. В подавляющем большинстве случаев (около 90% от общего числа страдающих тугоухостью, согласно данным ВОЗ - Всемирной Организации Здравоохранения) снижение слуха может быть компенсировано слухопротезированием, то есть с помощью правильно подобранного и индивидуально настроенного специалистом слухового аппарата.

Сегодня развиваются альтернативные методы для лечения и улучшения слуха у людей. Такими методами являются акустический метод, физиотерапевтические методы, а при сложных нарушениях органа слуха применяются кохлеарные имплантаты.

Снижение слуха на медицинском языке называется тугоухостью.

Тугоухость, связанная с нарушением преобразования механических колебаний в электрические импульсы, называется сенсоневральной. Для данного типа тугоухости характерно не только снижение звуковосприятия, но и его искажения. При этом:

а) снижается болевой порог;
б) звуки интенсивностью чуть громче порога слышимости становятся непереносимыми, тогда как для нормально слышащих людей болевой порог составляет около 100 дБ затрудняется восприятие речи на фоне шума.
Причинами сенсоневральной тугоухости являются:
а) неврит (опоясывающий лишай, эпидемический паротит и т. д.) ;
б) повышение давления жидкостей внутреннего уха (болезнь Меньера) ;
в) возрастное снижение слуха (пресбиакузис) ;
г) патология слухового нерва.

Медикаментозное лечение

Медикаментозное лечение зависит от течения и стадии заболевания, срока наступления тугоухости, а также этиологического фактора. Тем не менее, в нем можно выделить некоторые особенности, отражающие воздействие на различные звенья патогенеза заболевания. Если потеря слуха связана с сосудистыми нарушениями, что у детей бывает реже, чем у взрослых, возможно применение препаратов, улучшающих гемодинамику не только во внутреннем ухе, но и в сосудах мозга (никотиновая кислота, дибазол, но-шпа, папаверин). При острой нейросенсорной тугоухости, развившейся как следствие острой интоксикации, целесообразно использовать маннитол, адеозинтрифосфорную кислоту (АТФ) в больших дозах, магния сульфат, а также дигидратационную терапию, гиперболическую оксигенацию. В тот де период используют седативные средства: элениум, триоксазин. Поскольку при хронической нейросенсорной тугоухости в большей степени страдает тканевый обмен, для улучшения метаболизма во внутреннем ухе применяют ФиБС, АТФ, экстракт алоэ, витамины В1 и В6. Наконец, для улучшения передачи нервных импульсов в синапсах назначают стимулирующие препараты (прозерин, галантамин), а также цереброзин, гомотоксиологические препараты.

Однако медикаменты влияют не только на сам очаг поражения, но и на другие физиологические функции органов слуха, а также имеют различные побочные эффекты. Таким образом, медикаментозное лечение не является наиболее приемлемым способом для лечения слухового аппарата на первых стадиях тугоухости, и его прекрасно сочетают с различными физиотерапевтическими методиками.

Терапевтические методы

Из физиотерапевтических методов в последнее время находят довольно широкое применение рефлексотерапия (иглорефлексотерапия, акупунктура, электропунктура, импульсное низкочастотное магнитное поле, токи Дарсонваля и т.д.). Несмотря на сравнительно небольшую эффективность этих методов в отношении слуха, их применение оправдано ввиду уменьшения такого тяготного для больного симптома, как шум в ушах.

Эффективным методом лечения нарушений слуховой системы является чрескожная электростимуляция, в первую очередь при нейросенсорной тугоухости и ее сочетании с хроническими отитами (смешанная форма), другие методы лечения которых мало эффективны.

При применение транскраниальной электростимуляции наблюдается положительный эффект в лечении нейросенсорной тугоухости.
Основной лечебный эффект при применении метода ТЭС связан с усилением выделения мозгом β - эндорфина и других опиоидных пептидов. Доказано, что опиоидные пептиды оказывают анальгезирующее действие и участвуют в регуляции центральной гемодинамики, улучшая снабжение мозга кислородом, а также в процессах репарации, в стрессовых, иммун¬ных реакциях и др.

Известно, что акустическая стимуляция интенсивностью выше 40 дБ над слуховым порогом может быть связана с непосредственным акустическим воздействием на волокна слухового нерва. Тогда, при сочетании электри¬ческого воздействия с акустическим, волокна, возможно, могут стимули¬роваться в большем количестве. Так или иначе, полученные результаты однозначно свидетельствуют о том, что на практике для достижения улучшения слуха у большего числа пациентов с сенсоневральной тугоухостью, целесообразно использовать комбинацию электрических воздействий с акустическими.

Кохлеарные имплантанты

При стойкой, длительной нейросенсорной тугоухости консервативная терапия уже практически не помогает в связи с наступившей дегенерацией рецепторного аппарата улитки, а иногда и слухового нерва.

В настоящее время в качестве одного из наиболее перспективных направлений реабилитации людей с нарушениями слуха и прежде всего детей с большими потерями слуха и их интеграции в среду слышащих можно рассматривать кохлеарную имплантацию.

Кохлеарная имплантация – это операция, в процессе которой во внутреннее ухо пациента вводится система электродов, обеспечивающих восприятие звуковой информации посредством электрической стимуляции сохранившихся волокон слухового нерва. Кохлеарная имплантация является разновидностью слухопротезирования, однако, в отличие от обычного слухового аппарата, который усиливает акустические сигналы, кохлеарный имплантант преобразует их в электрические импульсы, стимулирующие слуховой нерв. Использование кохлеарного имплантант основано на том, что при сенсоневральной тугоухости наиболее часто поражены рецепторы улитки (волосковые клетки), в то время как волокна слухового нерва долгое время остаются сохранёнными. Повреждённые волосковые клетки не могут обеспечить преобразования акустического сигнала в электрические импульсы, необходимые для возникновения слуховых ощущений. Эту функцию и выполняет кохлеарный имплантант.

В результате при лечении заболеваний слуха большую часть занимают медикаментозные методы, электростимулирующие, и сочетание обоих.
В последнее время очень широко развиваются системы с биологической обратной связью, которые позволяют более эффективное лечение заболеваний и реабилитацию больных.

Согласно определению Американской ассоциации прикладной психофизиологии и биологической обратной связи (AAPB), «БОС» является нефармакологическим методом лечения с использованием специальной аппаратуры для регистрации, усиления и «обратного возврата» пациенту физиологической информации.

Основной задачей метода является обучение саморегуляции, обратная связь облегчает процесс обучения физиологическому контролю так же, как процесс обучения любому искусству. Оборудование делает доступной для пациента информацию, в обычных условиях им не воспринимаемую. Основные атрибуты терапии – врач (тренер), пациент, оборудование.

БОС - не только метод, но и концептуальный подход к регуляции функций и состояний организма человека. БОС - это дополнительная петля Обратной Связи (ОС) между телом и мозгом, дополняющая основную петлю, которая существует у всех людей, но в некоторых условиях оказывается недостаточной.

Суть БОС - метода состоит в «возврате» пациенту на экран компьютерного монитора или в аудио-форме текущих значений его физиологических показателей, определяемых клиническим протоколом.

С момента своего зарождения до настоящего времени объем проводимых исследований, а также «область интересов» БОС - технологий значительно выросли и условно могут быть разделены на две большие сферы – неклиническую и клиническую.

Неклиническая сфера применения связана с использованием БОС -технологий в эффективном стрессменеджменте, позволяющем повысить показатели эффективности в большом спорте, искусстве, а также в любой деятельности, требующей длительных усилий, а также большой ответственности. К неклинической сфере можно отнести также коррекцию так называемых пограничных состояний, вызванных неконтролируемым влиянием хронического стресса. Важной неклинической сферой применения БОС - методов является также педагогика, где с их помощью решаются вопросы повышения эффективности обучения, развития творческих способностей и др.

Клиническая сфера связана с терапевтическими воздействиями при таких хронических заболеваниях, как гипертоническая болезнь, эпилепсия, синдром нарушения внимания и гиперактивность у детей и подростков, ночной и дневной энурез, мигрень, бронхиальная астма и др. В последние годы этот список неуклонно расширяется. Имеются сообщения об эффективности БОС-метода при таких нарушениях, как диабет II и I типов, синдром раздражения толстой кишки, язвенная болезнь, головная боль, напряжения, мигрень, энурез у детей и взрослых, предменструальный синдром, психогенная эректильная дисфункция, болезнь Рейно, сидром Туретта, рассеянный склероз, хронические болевые синдромы, различные постоперационные нарушения, постинсультная реабилитация и др.

Кроме того, уже сегодня БОС-терапия рассматривается как одна из наиболее перспективных методологий в арсенале превентивной медицины, основной целью которой является предотвращение развития болезни. На стадии предболезни применение БОС - методов особенно привлекательно, поскольку помогает остановить или стабилизировать патологическое развитие. В этом отношении БОС - терапия использует те же подходы и принципы, что и когнитивная терапия, вооружающая человека набором определенных навыков и позволяющая бороться с такими нарушениями, как депрессия, патологическая тревога, панические атаки и др.

Неинвазивность, нетоксичность, надежность и эффективность делают БОС - методы одними из наиболее перспективных при лечении многих хронических заболеваний в области неврологии, кардиологии, урологии, гастроэнтерологии, гериатрии, педиатрии, а также в восстановительной и превентивной медицине.

Преимущество биологической обратной связи по сравнению со стандартными методами лечения различных заболеваний очевидно. Неинвазивная, немедикаментозная методика лечения с БОС хорошо зарекомендовала себя во всех областях медицины. Она является понятной, безболезненной процедурой, при которой достигаются великолепные результаты. Еще одно положительное преимущество БОС - тренинга по сравнению с медикаментозным и электростимулирующим лечением то, что пациент в реальном времени может смотреть свои физиологические параметры, которые изменяются в процессе лечения с применением БОС.

Очевидно, что широко применяемая методика БОС - тренинга, используемая в лечении различных заболеваний и получившая превосходные результаты, отлично себя зарекомендует и при лечении и коррекции слуха.

Методика БОС - тренинга для коррекции слуха заключается в следующем.

Известно, и подтверждено исследованиями, что воздействие на слуховой аппарат сигналами с определенными параметрами приводит к улучшению слуха. Таким образом, можно организовать воздействие на орган слуха гармоническими, тональными сигналами на частотах 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц которые поступают с программного генератора сигналов, на выход звуковой карты и воздействуют на ухо пациента через динамики либо наушники. Одновременно, в реальном масштабе времени происходит обработка действующего сигнала и вывод его в оконном режиме на экран монитора в виде спектра, спектрограммы и во временном виде.

БОС заключается в визуализации воздействия сигнала на орган слуха, а точнее на внутреннее ухо человека, то есть на улитку. В реальном времени на экран монитора выводится картинка, на которой изменяется изображение в зависимости от частоты сигнала, который выводится через звуковую карту. Пациент несложными манипуляциями может изменять частоту сигнала и его интенсивность.

Восприятие звука

Восприятие звука сложный нейрофизиологический физиологический процесс трансформации энергии звуковых колебаний в нервный импульс ( в рецепторном аппарате улитки ), его проведения до центров в коре большого мозга, анализа и осмысления звука.

В настоящее время для объяснения происходящих во внутреннем ухе процессов были предложены различные гипотезы и теории слуха.
Одна из таких теорий – это теория предложенная Гельмгольцем. Она предполагает что базилярная мембрана состоит из серии сегментов ( волокон, «струн» ), каждый из которых резонирует в ответ на воздействие определенной частоты звукового сигнала. Входящий стимул, таким образом, приводит к вибрации тех участков базилярной мембраны, собственные частотные характеристики которых соответствуют компонентам звукового стимула.

Вслед за теорией Гельмгольца появилось множество других пространственных теорий. Особой интерес представляет теория движущей волны лауреата Нобелевской премии Бекеши. Результаты прямого изучения механических свойств базилярной мембраны свидетельствуют, что для нее не характерна высокая механическая избирательность. Звуковые волны различных частот вызывают движения основной мембраны на ее довольно больших участках. Прямые наблюдения с регистрацией колебаний базилярной мембраны показали, что звуки определенной высоты вызывают «бегущую волну» на основной мембране. Гребню этой волны соответствуют смещение базилярной мембраны на одном из ее участков, локализация которого зависит от частоты звуковых колебаний.

По мере повышения частоты звука прогиб основной мембраны смещается. Наиболее низкие звуки приводят к большему прогибанию мембраны у верхушки улитки, звуки высокой частоты – в области основного завитка улитки. Базилярная мембрана в наибольшей степени смещается на гребне «бегущей волны» и, колеблясь, вызывает деформацию сдвига волосковых клеток спирального органа над этим участком мембраны.

Теория места при восприятии высоты, основана на способности базилярной мембраны выполнять частотный анализ сложного звука, т.е. действовать как спектральный анализатор. Базилярная мембрана организована тонотопически, т.е. каждый тон имеет свою топографию размещения.

Как уже было указано выше, звуковой сигнал вызывает появление на мембране бегущей волны, но специфика возбуждения состоит в том, что максимум смещения этой бегущей волны располагается в разных местах базилярной мембраны - низкие частоты имеют максимум смещения вблизи вершины мембраны, высокие - вблизи овального окна. Каждая частота имеет свое место максимума возбуждения на мембране. В зависимости от спектрального состава на базилярной мембране возбуждаются различные участки. Возбуждаются волосковые клетки, находящиеся на этом месте, и их электрическая активность сообщает мозгу, какие частоты присутствуют в спектре. Таким образом, частота тона представлена в коде, основанном на том, нейроны каких участков активны, а каких - молчат. Физиологические исследования показывают, что тонотопическая организация нейронов сохраняется во всех отделах мозга, вплоть до отделов слуховой коры. Логично допустить, что распознавание частоты и распознавание высоты есть результат тонотопического кодирования - в этом и заключается теория места.

Восприятие звуковых колебаний слуховым аппаратом человека это не только механическая и электрическая передача звука, но и некое психическое отображение образа в головном мозге.

Психоакустика - наука о природе восприятия звука.

Основные задачи психоакустики - понять, как слуховая система расшифровывает звуковой образ, установить основные соответствия между физическими стимулами и слуховыми ощущениями, и выявить, какие именно параметры звукового сигнала являются наиболее значимыми для передачи семантической (смысловой) и эстетической (эмоциональной) информации.

Слуховой образ может быть определен как психологическое представление звуковой сущности, которая демонстрирует некоторую когерентность в своем акустическом поведении. Мы структурируем акустический мир в терминах когерентных звуковых объектов, которые мы можем обнаружить, выделить, локализовать, и идентифицировать.

Гештальт - психология (geschtalt, нем. - «образ») утверждает, что для разделения и распознавания различной звуковой информации, приходящей к слуховой системе от разных источников в одно и то же время (игра оркестра, разговор многих собеседников и др.) слуховая система (как и зрительная) использует некоторые общие принципы:

а) сегрегация - разделение на звуковые потоки, т.е. субъективное выделение определенной группы звуковых источников, например, при музыкальной полифонии слух может отслеживать развитие мелодии у отдельных инструментов;
б) подобие - звуки, похожие по тембру, группируются вместе и приписываются одному источнику, например, звуки речи с близкой высотой основного тона и похожим тембром определяются, как принадлежащие одному собеседнику;
в) непрерывность - слуховая система может интерполировать звук из единого потока через маскер, например, если в речевой или музыкальный поток вставить короткий отрезок шума, слуховая система может не заметить его, звуковой поток будет продолжать восприниматься как непрерывный;
г) «общая судьба» - звуки, которые стартуют и останавливаются, а также изменяются по амплитуде или частоте в определенных пределах синхронно, приписываются одному источнику. Таким образом, мозг производит группировку поступившей звуковой информации как последовательную («горизонтальную»), определяя распределение по времени звуковых компонент в рамках одного звукового потока, так и параллельную («вертикальную»), выделяя частотные компоненты, присутствующие и изменяющиеся одновременно. Память объединяет все эти процессы в результате слушания.

Слуховая система имеет конечное разрешение и во времени, и в частотной области. Это приводит к тому, что звуки, имеющие небольшой уровень и находящиеся во временном и частотном «соседстве» с более сильным звуком, могут быть неслышимыми. Психоакустическая модель слуха дает количественное описание причин, которые ограничивают различительные возможности слуховой системы.

На основе методов восприятия звуковых колебаний можно построить математическую модель воздействия звука на слуховой аппарат.
Комплекс системы БОС тренинга для коррекции слуха реализуется на персональном компьютере ( ПК ).

Метод БОС – тренинга заключается в воздействии звуковыми сигналами на слуховой аппарат пациента. В реальном режиме времени сигнал, который поступает на линейный выход звуковой карты, обрабатывается и визуализируется в виде спектра, спектрограммы. Комплекс БОС – тренинга также визуализирует процесс восприятия человеком звуковых колебаний. По данным порога слышимости строится аудиограмма. Данные пациента и итоги БОС – тренинга сохраняются на жестком диске.

Разработанная система БОС – тренинга обеспечивает генерацию сигнала, который поступает на аналоговый выход звуковой карты. Программное обеспечение в реальном масштабе времени позволяет обрабатывать сигнал, поступающий на выход звуковой карты, и строить в оконном режиме спектр, спектрограмму и включает в свой оконный интерфейс осциллограф, для анализа сигнала, который поступает с программного генератора.
В программный комплекс БОС – тренинга входит программа визуализации процесса, которая позволяет пациенту осознать и понять происходящие в реальном времени процесс воздействия звука на слуховой аппарат, процедуру БОС – тренинга и физиологические основы коррекции слуха.
Комплекс работает в оконном режиме, включает карточку больного, генератор сигналов и окно для обработки данных. Комплекс БОС – тренинга позволяет строить аудиограмму и сохранять данные в MS Excel.

Разработанный программно-аппаратный комплекс БОС - тренинга может быть апробирован на пациентах.

Литература:

1 Богомильский М.Р. Детская отолорингология / В.Р. Чистякова. – М., 2002г.
2 Пальчук В.Т.Оториноларингология / Крюков А.И. – М.: Медицина, 2001 г
3 Петраш, В.В., Метод биологической обратной связи в коррекции физиологических функций человека / Сметанкин А.А., Ващилло Е.Г., Бекшаев С.С.. – Л.: ГИДУВ, 1988.
4 Лопотко, А.И. Старческая тугоухость [пресбиакузис] / Плужников М.С., 1986.
5 Богданов, О.В. Эффективность различных форм сигналов обратной связи в ходе лечебных сеансов функционального биоуправления: физиология человека /
6 Пинчук Д.Ю., Михайленок Е.Л. – М., 1990, т. 16. – С.120-138.Солдатов И.Б. Лекции по отолорингологии, М.: Медицина, 1990г.
7 Черниговская, Н.В. Адаптивное биоуправление в неврологии. – Л. – Наука, 1978. – С.134.
8 Говорун М.И. Кохлеопатии / Гофман В.Р., Парфенов В.Е. - СПб.: 2003.
9 http://www.ploronline.ru
10 http://www.audiologyonline.ru/
11 http://loronline.ru
12 А.Н. Шандурина, И.Н. Ушакова Клинико-физиологический анализ способов чрескожных лечебных электростимуляций нервной системы.
13 Е.М. Цирульников, В.П. Лебедев, А.М. Маркович,В.В. Бойцова Электроакустическая стимуляция для улучшения слуха.
14 Информация сайта www.fips.ru.