二、生物反馈疗法

二、生物反馈疗法

1.生物反馈疗法的研究现状

神经反馈（neurofeedback，NF）是一种脑电图生物反馈技术，用于训练个体通过操作调节改变他们的大脑活动。神经反馈可帮助个体学习控制或改变他们的大脑活动。它用于治疗各种神经和心理状况。Miller最早提出了生物反馈的训练方式，通过给予反馈信号强化内脏或者腺体活动朝向一定方向，把这种强化学习的过程称为“内脏学习”。20世纪60年代末，随着大脑感觉运动皮层自发电生理活动的发现以及脑生理信号采集技术的迅速发展，用于感觉运动节律（SMR）训练的12～15 Hz脑电图（EEG）活动被记录。以大脑活动作为靶信号的生物反馈形式即神经反馈也随之出现。脑电频谱按频段命名为delta、theta、alpha和beta，每个脑电波频率可以用赫兹和微伏来测量，一般来说较慢的频率比较快的频率具有更高的振幅。NF训练的目的是改变选定频率的幅度。在正常的老化过程中，脑电活动模式的脑电图变化与频率和振幅的降低有关（delta、theta增加）。大脑区域的神经认知调节（如NF）与特定的执行功能密切相关，对反应抑制、任务转换和记忆更新方面具有行为益处。根据大脑活动信号的种类，神经反馈可以分为基于电生理学的神经反馈以及基于血流动力学的神经反馈两种［65］。基于电生理学方法的神经反馈，根据提取电生理活动指标的方法与技术手段可以分为基于脑电图、基于脑磁图以及基于脑皮层电图的神经反馈方式。

在临床的脑电神经反馈应用上，以区分患者与健康对照组个体大脑活动的表征形式作为特征指标。在认知功能提高的脑电神经反馈应用中，特征的选择是基于与认知功能直接相关的指标。常见特征是脑电振荡活动的特定频段，这些特定频段的振荡活动被认为是不同大脑神经元群落之间参与到特定的认知功能而进行信息沟通的渠道［66］，能从一个或者多个电极通道中进行提取。SMR以及低频beta节律振荡活动（15～18 Hz）的结合训练能够改善AD患者的症状，应用于健康被试者则有助于提高注意力维持的能力［67］。振荡活动峰值所在的频率也被用作单通道脑电活动的特征，使用较多的频率特征是alpha频段（8～13 Hz）。一般来说alpha频率峰值所在频率在不同年龄段中呈现倒U型的趋势，与认知加工水平呈正相关。研究者把上调alpha峰值活动的神经反馈用于老年人认知功能的恢复［68］。

MCI老年人发展为痴呆的风险很高，通过增强大脑可塑性来降低痴呆症的风险是最突出的挑战之一。一些研究集中在观察NF训练对老年人认知功能的益处。Luijmes等观察到在NF治疗后AD患者的学习记忆、识别和回忆信息增加［69］。有学者研究了SMR/theta NF训练对MCI老年患者认知能力的影响。结果发现，虽然认知功能改善不显著，但焦虑降低，生活质量和睡眠质量提高。训练方案后的脑电图数据分析显示，慢频带减少，而alpha和SMR比训练前更占优势。

Jang等［70］采用beta频率增强反馈技术改善MCI老年人的认知功能。他们调查了MCI患者接受NF训练后认知功能和前额叶皮层的血流动力学变化。5名MCI患者接受了NF训练，在背外侧前额叶的16疗程中进行了为期8周的beta频率增强活动，每个疗程分为9个5 min试验。完成训练后，患者的认知功能在诸如记忆、注意力、反应时间和执行功能等方面得到显著改善。Lavy等学者对11名被诊断患有MCI的参与者进行了训练，增加他们在中央顶叶区域上方的脑电图信号的alpha谱带的功率，探讨神经反馈对MCI患者的可能益处。该培训包括10个30min的课程，为期5周。在训练之前和之后以及在最后训练后的30天进行认知和脑电图评估。整个训练过程中，alpha频率峰值呈剂量依赖性增加，训练后的记忆力也显著改善，并且在30天的随访中保持了这种效果。而在此评估中，alpha频率峰值返回了基线。该研究结果表明，神经反馈可以改善MCI患者的记忆力，并且这种益处可能会在训练期之后仍得以维持。

Luijmes等［69］采用定量脑电图对10名患者进行了神经反馈训练。参加者年龄在61～90岁，所有患者均接受旨在评估治疗前后认知功能的剑桥认知测试。研究者使用可靠的变化指数（reliable change index，RCI）分析的单个结果表明，接受神经反馈治疗的患者具有稳定的认知功能。这些患者在神经反馈和其他认知功能稳定后显示出记忆能力的改善。另外，在信息回忆和识别方面也观察到了改进。

最近的研究显示，MCI患者进行NF训练后，MoCA和中枢神经系统生命体征某些领域的评分有改善，且前额叶皮层的平均氧合血红蛋白的减少得到恢复［70］。研究中采用前额叶皮层的血流动力学反应，评估在工作记忆（working memory，WM）任务期间NF训练前后的脑活动，而WM经常被情绪分散［71］。通过高唤醒和负面图片使情绪分散后，前额叶皮层的平均氧合血红蛋白值降低，是由于情绪分散抑制了氧合血红蛋白的激活。因此，MCI患者的NF训练通过情绪变化和认知功能的改善来恢复记忆中断。Lavy等对认知功能与脑活动的关系的研究中发现，NF训练改善了MCI患者的视空间记忆，并与峰值alpha频率相关，但脑活动没有明显变化［72］。此外，一项对健康老年女性和遗忘型MCI女性患者的对照研究发现（见图3-1），基于游戏的NF（20次，每次30min，每周2～3次）提高了WM、空间信息保留能力、完成任务的策略以及视觉持续注意能力，并且基于游戏的NF可以改善对注意力的认知控制，进而改善认知功能，但是由于遗忘型MCI女性患者在空间WM（如策略、模式识别记忆和短期视觉记忆）中表现出紊乱［73］，因此，对于遗忘型MCI女性患者NF仅改善了部分认知功能。

神经反馈还包括另外一种技术，即实时功能磁共振成像（real-time functional magnetic resonance imaging，rt-fMRI）神经反馈，它是一种新兴技术，描述特定结构中激活的视觉反馈，可以实时显示，用于训练大脑激活或演示大脑活动的意志控制，可以对不同患者提供个性化策略的神经反馈。MacDuffie等人首次使用rt-fMRI作为元认知意识而不是技能训练的工具，为接受认知行为疗法的参与者提供相应的神经反馈。结果表明，rt-fMRI神经反馈可以增强先前学习的认知策略的临床影响，还能提高参与者对特定策略有效性的元认知意识，从而加强他们在日常生活中使用这些策略［74］。然而，rt-fMRI存在一些局限性，如患者需要固定、需要训练有素的人员和手术费用高等，并需要依据患者的个人情况来选择合适的治疗方法。

针对脑卒中患者的研究发现，经颅激光治疗（transcranial laser therapy，TLT）改善了其神经系统预后［75］，通过诱导细胞增殖以及抗氧化、抗炎和抗凋亡起到了神经保护作用，可作为脑卒中的一级/二级预防措施。使用经颅激光治疗对于脑血流量受损的中早期患者是有效的，因为它的有益作用是基于未受损大脑自然的代谢神经可塑性，而不是基于较少的生理学和较难概括的细胞修复过程。综上，无创经颅激光治疗是一种安全、便利的线粒体增强工具，结合其他增强细胞呼吸的策略，是治疗以神经变性和认知障碍为特征的神经疾病的综合方法的一部分，但也需要进一步的研究验证经颅激光治疗刺激细胞色素氧化酶与其改善认知功能之间的因果关系。(https://www.daowen.com)

2.神经反馈的机制理论

对于脑电神经反馈的机制理论，目前仍然缺乏一个统一的观点，在这些理论中共有4种观点［76］。第1个是操作学习理论。操作学习理论是斯金纳基于经典条件理论的修改，也是生物反馈训练的基础理论。该理论认为只要偶然的反馈或者奖励强化了正确或者期望的大脑反应，对于大脑活动的控制就会进行。在脑电神经反馈中，运用区别性的反馈刺激把不同的大脑活动进行区分，并且通过正反馈的形式不断强化大脑对于这种正反馈的反应［77］。操作学习理论强调神经反馈过程中前额叶脑区以及纹状体通路对于不同反馈刺激的选择性参与作用，认为这个通路是神经反馈中自我调节活动得以成功的关键因素［78］。

第2个理论是双重加工理论。该理论从被试者摸索神经反馈调节策略的过程，结合前馈和反馈学习的过程来对神经反馈学习进行解释。在双重加工理论中，如果被试者能够在摸索的过程找到有效控制反馈信号的策略，会继续对其进行强化加工，使得对这个策略的使用成为自动化的过程；而对于一直没能找到合适策略的被试者，只能通过加工反馈信号来引导大脑的学习，或者无法学习对信号的自我调节，因此造成了在神经反馈训练中的不同效果。在双重加工理论中，研究者认为对于无法找到有效策略的被试者，需要在有明确指示以及没有明确指示下交替进行神经反馈训练。

第3种理论是意识学习理论。该理论认为神经反馈信号提供了被试者意识到的大脑活动的信息，这导致了对这些有效信号的自主控制。与操作学习理论不同，意识学习理论强调了对强化物的意识才是强化偶然反应的重要因素，只有当个体意识到这些信号中包含大脑活动的信息时，才会把反馈信号作为强化物与大脑活动连接在一起。但是意识学习理论缺乏具体的脑活动机制，并且后续的研究认为对于反馈信号的意识并不是控制大脑活动所必需的。

第4种理论是全局工作空间理论。这种理论认为在脑电神经反馈中对神经活动的学习控制，是通过反馈信号作为刺激引起大脑广泛、全面的活动而实现的。全局工作空间理论基于大脑是一个具有多重功能动态稳定性的系统，一旦大脑内部稳态的临界线被打破，大脑就能在多个相互排斥的状态之间进行临时交替。而在神经反馈中，认为反馈信号对大脑的刺激是检索与反馈信号相联系的生理活动机制，受到反馈刺激后，大脑会通过全脑的广播机制寻找合适的局部适应反馈事件的单元。因此这个广播信号是一个全局的信息，但是只有与反馈信号对应的神经活动所在的单元才可以对这个全局信号产生响应。该理论还认为这种广播信号同样是以不同频段的振荡活动信号进行发送的，产生反馈刺激生理活动对应的源头能够通过振荡活动中传递的信息而对这个信号作出响应。在响应的过程中，全局工作理论基于赫布学习的理论，认为能够对全局信号进行响应的活动会被一致性的突触捆绑在一起，从而使全局发射信号的神经元群落和响应信号的神经元群落形成相互连接的状态，在一定时间之后就会加强彼此的联系，从而使得这些神经元群落更容易形成较为稳固的连接通路［79］。

3.注意事项和存在的问题

神经反馈作为实验操纵条件用于研究特定神经活动对认知功能或者行为表现的作用机制。在未来的发展中，神经反馈能够在个体化特征上有巨大的发展空间，与传统实验中实验组使用相同的训练特征不同，机器学习技术、脑电量化技术以及脑电溯源技术能够使得神经反馈训练脑电特征的提取更为灵活以及个性化，同时也有效地加强了对眼电伪迹、肌电伪迹、全脑容积效应伪迹的控制。而结合其他脑成像技术的神经反馈模式，也能够克服神经反馈模式中空间分辨率不足的问题，并且能够获得更为精确与高阶的特征指标。