Введение
В современной неврологии существует несколько направлений лечения расстройств сна; в том числе, физиотерапевтические методы, в числе которых - неивазивная стимуляция мозга (non-invasive brain stimulation). В обзоре (Gorgoni et al. 2013), обосновывается важность разработки именно физиотерапевтических методов лечения неврологических заболеваний, в т.ч. расстройств сна, в качестве альтернативы медикаментозной терапии.
Наибольшее внимание уделяется, безусловно, стадии глубокого (медленноволнового) сна, в связи с его доказанной важностью для реализации восстановительных функций организма. При этом значительная часть научных исследований до недавнего времени была посвящена т.н. "контактным" физиотерапевтическим методам, например, транскраниальной электрической стимуляции. Наиболее последовательно такие работы проведены в лабораториях, руководимых проф. Jan Born (Germany) и Giulio Tononi (USA), которые исследовали влияние разных видов магнитной и электрической стимуляции мозга людей во время дельта-сна на процессы обучения и памяти. В России также разработана и запатентована оригинальная технология периферической подпороговой электростимуляции кисти руки в период медленноволнового сна, реализованная в виде промышленных образцов соответствующих устройств (Индурский и др. 2013). Авторами показано, что использование этих устройств углубляет и удлинняет стадию медленноволнового сна, улучшая, в том числе, состояние испытуемых со сниженным эмоциональным тонусом.
Тем не менее, существуют известные ограничения описанных выше физиотерапевтических методов.
Во-первых, контактные неинвазивные методы не всегда подходят для создании устройств, предназначенных для массового использования. Кроме того, их безопасность при длительном применении до сих пор является предметом споров. Поэтому исследуется также возможность коррекции процесса сна при помощи дистантных стимулов. Особую эффективность в этом плане показала акустическая стимуляция, что по гипотезе (Tononi et. al., 2014) связано со способностью подпороговых звуковых стимулов синхронизировать кортикальную активность больших нейронных популяций путем активации нелемнисковых путей.
Во-вторых, глубокий сон нельзя рассматривать отдельно от процесса засыпания, поскольку при наличии проблем с засыпанием, попытки воздействия на дальнейший процесс теряют смысл. Поэтому не менее важной задачей является параллельная разработка средств нефармакологического воздействия в и на стадию засыпания.
С учетом этих двух замечаний, было задано направление данной работы, а именно: поиск перспективных акустических средств, позволяющих: а) ускорить процесс засыпания; б) сделать более предсказуемым само время засыпания, то есть, период, через который становится эффективным использование уже разработанных средств воздействия на медленноволновой сон.
Публикаций, связанных с использованием инструментальных методов воздействия именно на процесс засыпания, мало. Это обусловлено сложностью подобных исследований, ввиду большой вариативности сомнографических параметров у разных испытуемых при засыпании (Hobson J.A., 2001; Santamaria J.,1987; Hori T., 1985).
Метаанализ исследований с использованием звука для облегчения процесса засыпания показал однозначную эффективность музыки для этой цели (De Niet G. et al., 2009). Однако, постановка корректных физиологических исследований с использованием музыки сложна, что отмечено в вышеупомянутом обзоре (De Niet G. et al., 2009).
Звуковое воздействие также применяется в различных устройствах светозвуковой стимуляции (Tang et al., 2015), некоторых программных продуктах (
http://www.transparentcorp.com/products/np/), а также устройствах биологической обратной связи и аудиозаписях психотерапевтической направленности. Как один из видов звукового воздействия в них, в том числе, применяются монауральные и бинауральные биения. Несмотря на наличие отдельных обнадеживающих публикаций (Abeln et al., 2014) и вполне заслуженную популярность вышеупомянутых продуктов среди практикующих психотерапевтов, воздействие звуковых биений на сон до сих пор мало изучено в научном плане. Хотя по результатам наших предварительных исследований (Дорохов, Шумов и др., 2001), технология, например, бинауральных биений имеет большие перспективы для неинвазивной терапии сна.
.
Здесь следует пояснить природу и различия терминов "бинауральные" и "монауральные" биения.
Итак, согласно (Oster G., 1973), если одновременно несильно возбудить два камертона немного отличающихся частот, то громкость результирующиего звука периодически увеличивается и уменьшается. Такая модуляция называется монауральным биением; частота биения равна разности частот изначальных тонов. Например, камертон собственной частоты 440 гц (нота ля первой октавы), возбуждённый одновременно с камертоном частоты 434 гц, производит биения с частотой 6 гц. В современных исследованиях камертоны заменяются электронными генераторами колебаний. В этом случае биения получатся, когда электрические сигналы с выходов двух генераторов смешаются и попадут в источник звука (динамик). Но эти же сигналы можно одновременно подать в два различных динамика и также услышать биения. Поэтому место смешивания сигналов – на этапе электрических колебаний или акустических – не влияет на конечный результат.
Совсем другое явление наблюдается в случае использования стереонаушников и подачи сигналов раздельно в каждое ухо. В этом случае, если одно ухо будет слышать тон с частотой 440 гц, а другое – тон с частотой 434 гц, то при определённых условиях также появятся слуховые биения с разностной частотой 6 гц, имеющие, однако, иную, во многом субъективную, природу. Такие биения называются бинауральными. Они были открыты в 1839 г. немецким экспериментатором Г. В. Дофе, но вплоть до 1915 г. считались частным случаем обычных, монауральных, биений, которые можно услышать и одним ухом (Oster G., 1973).
Бинауральные биения обычно воспринимаются в диапазоне от 2 до 30 гц (Perrott and Nelson, 1969) . При меньшей разнице частот между каналами ощущается просто изменение пространственной локализации звука (стереопанорамы), при большей – каждое ухо слышит свой отдельный тон. Что касается несущей частоты (тона, на фоне которого ощущаются биения), то оптимальным для восприятия считается диапазон от 200 до 900 гц (Wahbeh et al., 2007; Pratt et al., 2010).
Именно субъективный характер бинауральных биений является особенностью, одновременно порождающей как интерес к их использованию, так и трудности в плане научного исследования.
Что касается первого, то есть интереса, то коммерческие продукты, использующие бинауральные биения, имеют устойчивый спрос на рынке современных технологических средств для расслабления. Отчасти это результат маркетинга, не всегда адекватно ссылающегося на научные данные, но более чем миллион ссылок, выдаваемых, например, поисковой системой google по данному запросу, - весьма красноречивое свидетельство (
http://www.google.com поиск на 30 янв 2015). Кроме того, усилиями некоторых представителей медиабизнеса сформировалось распространённое мнение о возможности использования именно бинауральных биений для достижения т.н. «измененных состояний сознания» (Atwater F.H., 1997), что не только способствовало коммерческому успеху подобных технологий, но и возымело некоторые «побочные эффекты», наподобие «аудионаркотиков» (НАДЕЖДИН А.В. и др., 2013).
Что касается второго замечания, или трудностей в исследовании, то главная из них – это, очевидно, приборная регистрация физиологических изменений, вызванных бинауральными биениями. Вызываемый ими физиологический отклик удручающе слаб (Schwarz D.W.F. и др., 2005, Goodin, J. и др. 2012), поэтому существуют закономерные разногласия по поводу эффективности использования этой технологии. Кроме того, результаты различных исследований порой противоречивы, хотя в целом, интерес к теме в научной среде сохраняется, в т.ч. в последние годы.
Так, ряд исследований свидетельствует о положительном влиянии прослушивания бинауральных биений на поведение и познавательные процессы. Например, на показатели внимания (Lane et al., 1998) и памяти (Kennerly, 1996), на уровень гипнотической восприимчивости (Brady and Stevens, 2000). Также есть данные об уменьшении субъективных ощущений тревожности (Le Scouarnec et al., 2001; Padmanabhan et al., 2005) и звона в ушах (David et al., 2010); об улучшении показателей сердечной деятельности (Palaniappan R., 2015). Но есть и свидетельства об обратном: (Stevens et al.,2003) не обнаружили влияния бинауральных биений на гипнотическую восприимчивость, также не отмечено изменений под их влиянием кровяного давления и частоты сердечного ритма (Carter,2008) или уменьшения вызванных гиперактивностью симптомов синдрома дефицита внимания (Kennel et al., 2010).
Теоретической базой, описывающей влияние бинауральных биений на человека и во многом определяющей направление научных исследований, считается гипотеза о частотно-ведомом отклике (ЧВО, brainwave entrainment) в мозге в ответ на резонансное воздействие однообразным стимулом, в данном случае – биениями постоянной частоты (см. обзор Vernon D. И др. 2014). Эта гипотеза не получила однозначного подтверждения в силу, по крайней мере, слабости ЧВО от бинауральных биений, тем не менее, основываясь на ней, можно предположить, что стимуляция бинауральными биениями на частотах дельта- и тета-ритма должна ускорять процесс засыпания за счет перекачки мощности колебаний в мозге в эту область из других диапазонов ЭЭГ, т.е. способствовать наступлению как минимум 1-й стадии сна. Это предположение предварительно подтверждается публикациями (Rhodes, L. 1993, Wilson, E. S. 1990). Кроме того, есть работа (Abeln V. и др., 2014), показывающая положительное влияние бинауральных биений на сон и работоспособность после пробуждения у профессиональных спортстменов. Также имеется публикация (Tang H-Y. J., 2015) о благоприятном воздействии на людей, страдающих бессонницей, аудиовизуальной стимуляции, имеющей тот же гипотетический механизм воздействия.