生物反馈

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生物反馈 (biofeedback)

又称生物回授。它在不同的场合下具有不同的涵义,既可以指有机体内发生的一种过程;又可以表示一种方法;还可以表示一种特殊的治疗手段。

生物反馈研究,是本世纪60年代由5个人(J.V.Basmajian、J.Kamiya、H.D.Kimmel、N.E.Miller和J.Olds)发起的。倍斯马吉安(Basmajian)认为:生物反馈是运用仪器(通常用电子仪器)通过视觉听觉信号,揭示人体内部正常或异常活动的方法。其目的在于,通过操纵那些在其它情况下意识不到或感觉不到的生理活动,以达到控制机体内部活动的目的。体内的生理活动,比如心脏跳动的快慢,一般是人们意识不到的,也难以随意使之加快或减慢。如果我们把心脏跳动以一定的声高来表示,就可以通过使信号变大或变小,来达到使心率加快或减慢的目的。通过这种方法,可以对心动过速或心动过缓进行治疗。这就是人们通常所说的生物反馈。根据生物所起的作用是正向的(积极的或阳性的)还是负向的(消极的或阴性的),可以把它分为正反馈和负反馈;根据反馈环节中是否有外感受器的参与,又可把它分为内反馈和外反馈。

生物反馈的研究,既有理论意义又有实用价值:它打破了传统的学习理论认为植物性神经系统所支配的器官不能进行学习、不能随意控制的老框框,开辟了“内脏学习”的新领域;通过生物反馈训练,可以改变有机体的内环境,改变神经、循环、呼吸消化等系统的工作状态,因此为治疗多种疾患提供了新手段。生物反馈研究的早期,学者们对脑电α、脑电θ和感觉运动节律的反馈训练进行了大量研究,又研究了心率反馈、血压反馈、皮温反馈、皮电反馈、肌电反馈等,以及它们在临床上的实际应用。其中以肌电反馈应用最广。

生物反馈与于自生训练想比较,由于有信号的支持,简便易行,易于掌握。但由于需要被试不断对信号加以注意,对某些反馈训练,比如肌肉放松训练皮肤升温训练,心率减慢训练等,又有不利影响,有碍这些训练的深入进展。虽然生物反馈作为一种治疗手段对某些疾病具有良好的效果,但它不是“万应灵药”。

开环/闭环 (open/close loop)

在控制系统中,输出部分不再向输入部分提供信息的控制系统,称为开环控制系统;输出部分能够向输入部分提供反馈信息的控制系统,称为闭环控制系统。

就人来说,机体所发生的反射有些是属于开环的,比如膝跳反射,当膝腱受到刺激后,股四头肌收缩,小腿上踢,反射到此终止。有些反射属于闭环,比如肺牵张反射,当吸气达到一定程度时,分布在支气管细支气管上的牵张感受器受到刺激,发放兴奋冲动传入延脑,抑制吸气中枢的活动,使吸气终止,发生呼气。呼气时,肺缩小,对牵张感受器的刺激减弱,传入冲动减少,解除对吸气中枢的抑制,吸气中枢再次兴奋。

正/负反馈 (active/negative feedback)

是指使原来进行着的生理过程加强或减弱的反馈。在电压反馈线路中,如果反馈电压与输入电压在相位上是一致的,其结果起加强作用,称为正反馈。人体内也有类似的情况。当膀胱排尿时,尿液刺激了膀胱壁和尿道内感受压力的装置, 通过反射,中枢发出的神经冲动使膀胱逼尿肌收缩加强。这时尿液排出加快, 对膀胱壁和尿道内感受压力的装置所产生的刺激也随之加强, 使排尿过程越来越强。这就是体内出现的正反馈现象。

当人们由于活动增加、情绪波动等原因而使血压暂时升高, 这时主动脉弓区的感受器因压力的改变而产生更多的传入冲动。通过反射,中枢发出“指令”使心脏收缩减弱及部分血管扩张, 使原来上升的血压受到限制, 起到稳定血压的作用。当原来升高了的血压逐渐下降时,减弱了对感受器的刺激, 向中枢发出的冲动相对减弱,中枢发出的"减压指令"也相应减少,血压便稳定下来。这就是负反馈现象。

内/外反馈 (internal/external feedback)

反馈环路中包括外感受器(如视觉、听觉等)在内的反馈,叫做外反馈。比如, 对被试进行降低血压的训练时,需要把血压升降的情况, 通过视觉或听觉通道反馈给被试,这种反馈需要外感受器的参与,就属于外反馈。 相反,不需要外感受器参与, 在体内完成的反馈,称为内反馈。比如肺牵张反射(见开/闭环)就属于内反馈。( 阎克乐)

前馈 (feedforward)

是与反馈相对而言的, 反馈是指后出现的活动反过来作用于先前发生的活动, 而前馈是指前面发生的活动对后序发生的活动的影响。

控制论中的前馈控制,指的是一种过程控制。也就是说,在过程的输入端探测后序过程中所发生的变化,并与预定的指令进行比较,如果有所偏离,则在输出端受到影响之前就发出指令,对这种偏离加以较正,保证原先发出的指令得以准确的实现。前馈又指的是一种接受多方面信息输入的平衡系统。高一级的系统不必等待子系统的反馈,即可改变后者的输出信息。人类的高级心理活动大多是根据前馈原理进行的,人们的学习不必对每件事情均通过尝试错误,而是通过把当前情景与过去已经储存在高级神经系统中的信息加以比较,直接做出恰当的反应。

生物反馈训练的最终目的,就是要通过反馈实现前馈。这样才能对植物性神经系统所支配的器官行使随意控制。

假反馈 (pseudofeedback)

为了检验反馈的效果或者为了达到特殊的实验目的,主试所提供给被试的反馈信息, 不是被试当时真实反应的情况,而是他人的反应情况或者是他本人以前所做出的反应,这种作法称为假反馈。在α反馈训练中,为了检验“期望”这一主观因素是否会影响α波产生的多少,研究者们就采用了假反馈的方法:“期望”获得成功的一组被试所得到的反馈信号,比他们实际上大脑中所产生的α波要多,同时用语言进行鼓励;而另一组被试所得到的反馈信号,是按正常方法给予的,同时强调产生更多的α波是十分困难的。前一组的反馈就称为假反馈。

阿尔法体验 (alpha experience)

是指被试脑中出现α波时的主观感受。在增加脑电α波的实验研究中,许多被试报告说,他们进入了一种愉快的、松弛的安静状态,一种失去了身体和时间知觉的状态,一种思想和自我均空乏的状态,一种普遍的心理平衡状态。被试还报告说,当处于这种状态时, 对外界事物想得很少,很少想到实验是怎样进行的,也很少想到自己在做什么。

最初,一些研究者认为,α体验与被试脑电α波的多少有关,后来的研究证明,二者之间没有必然联系。研究者们又进一步查明,α体验是与一定的社会心理变量(比如暗示、期望和被试所体验到的成功程度等)密切相关的。α体验与中国练气功者所说的进入"气功态"或"得气"颇为类似, 某些人认为,"气感" 越强, 气功治病的效果越好, 这种看法是缺乏科学根据的。(阎克乐)

脑电α反馈 (EEGαfeedback)

是指把脑电活动中8-13赫兹的成分反馈给被试的一种方法。具体做法有:①要求被试猜测自己头脑中是否出现了α波;②利用被试产生的脑电α波控制速示器呈现闪光或图片进行反馈;③利用被试脑中所产生的α波控制声音进行反馈。

早期研究者们以为可以训练被试,随意地使其脑电α波增加或减少,后来才知道通过训练只不过是学会了一些方法,去除了抑制α节律的那些因素,产生比基线水平更大的脑电α密度。人们希望通过训练使被试头脑中α波增多,从而使被试的注意及记忆状况得到改善, 研究结果未能令人信服地证实这种设想。

脑电θ反馈 (EEG theta feedback)

指的是将4-6赫兹的脑电信号通过视听方式反馈给被试, 以达到增加或减少θ活动的一种反馈方法。其具体做法是:当在一段时间里θ波出现的平均数比以前减少或保持不变时,如果此时正在训练被试使θ波增加, 就使声音(比如400赫兹)响得比以前更强些,以资鼓励; 反之,如果正在训练被试减少θ波, 而被试的θ波比前一段时间有所减少或保持不变, 就使声音响一秒种以示强化。通过生物反馈的方法,可以使被试产生较多的θ波, 也可以通过相反的训练抑制θ波的产生。从理论上讲可以通过抑制θ波的训练, 提高被试觉察信号的成绩,但由于需要个别进行训练,且需要复杂的设备和条件, 因此它的广泛运用受到限制。也有的实验证明,被试在实验室训练有成效,而实际工作成绩不一定高。所以,脑电θ反馈研究的理论意义大于它的实用价值。

大脑皮层慢电位反馈 (slow cortical potential feedback)

是将大脑皮层产生的慢电位反馈给被试的一种反馈方法。大脑皮层慢电位反馈的做法是:由头顶中央(Cz)部位取信号,参考电极置于耳垂,用计算机产生刺激并进行材料收集和计算,用一个在屏幕上横向移动着的火箭,作为对皮层慢电位的持续性反馈的信号。火箭方向的变化代表皮层慢电位相对于测量以前的基线水平所发生的变化。从头皮表面所纪录到的慢电位的转变过程,被看作是对纪录电极所在部位之下、大脑皮层所发生兴奋性的调整过程。健康人受到刺激之后,大脑皮层的慢电位在300-500耗秒内会恢复到基线水平。精神分裂症和快感缺乏的患者,他们调节大脑皮层兴奋性的能力受到了损害,他们的大脑皮层能产生负电位,但不能在头几次训练中改变这种电位。采用生物反馈和操作条件反射的方法,通过训练可以使精神分裂者的皮层慢电位发生变化。

脑电感觉运动节律训练 (EEG sensorimotor rhythm training)

在对动物脑电进行研究中发现,当猫学习对运动进行抑制时,在它的感觉运动区的皮层上,可以记录到12--15赫兹的正弦节律,因为这种活动发生在大脑皮层的感觉运动区,所以取名为感觉运动节律(SMR)。感觉运动节律的出现,不管是在睡眠还是在清醒状态,都是与缺乏运动密切联系在一起的,为此,研究者们采用生物反馈的方法,增加患者的感觉运动节律, 以此治疗癫痫。但由于这种治疗方法需要复杂的设备和较长时间的训练,因此也未得到广泛应用。

肌电反馈 (EMG feedback)

是指把微弱的肌电信号加以放大, 以声或光的形式反馈给被试, 被试根据这种反馈信号操纵肌肉活动, 从而使肌肉放松或增强的一种反馈方式。肌电反馈可分为三种情况:一种是将少数肌纤维的电位变化反馈给被试。这种反馈是利用插入肌肉的针电极进行的。这种反馈方法的优点是,可以使被试在短短的几分钟内增加其肌电电位, 其缺点是效果不巩固; 第二种情况是,利用表面电极对肌肉舒缩情况进行反馈训练,目的是使肌肉放松,或使肌肉收缩力量增加;第三种是位置反馈(position feedback)通过这种反馈训练可以使被试学会对身体的某一部分进行控制,使其保持某种位置,或者使肌肉运动更为协调、准确。电极的安放根据需要而定,当利用表面电极进行进行放松训练时,通常把两个取信号的电极安放在眉弓上方两厘米处正对两个瞳孔,参考电极置于上述两电极之间;当对某一块肌肉进行反馈训练时,如果使用的是针电极,那么电极应插在这块肌肉上。如果使用的是表面电极,两个电极在皮肤表面的位置,应当正对着欲受训练肌肉的肌腹部位。通常用声音作为肌电反馈的信号,当肌电水平上升(肌肉紧张度增加)达到某一预定值时,就可听到声音(或使原有的声音消失),随着肌肉紧张程度的增加,声音响度越来越大(或音调越来越高),反之亦然。

肌电反馈的用途是:帮助病人(或被试)进行放松训练,降低他们的唤醒水平,作为治疗多种心因性疾患的辅助手段,帮助病人恢复某一部分肌肉的力量(比如面部或其它麻痹了的肌肉),从而达到治疗疾病的目的。

单一运动单位的控制 (single motor unit control)

骨骼肌是受脊髓前角运动神经元支配的,单个脊髓前角细胞及其传出神经所支配的所有肌纤维,总称为运动单位。实验研究表明,采用生物反馈的方法对这种运动单位进行控制,是很容易做到的,只须5分钟左右的时间,就可以使原来基本失去控制的运动单位,重新随意地使活动加强。需要说明的是,这种重新获得的控制消失得很快,而且单个运动单位的控制,并不等于复杂运动功能的恢复。因此,不能据此得出“运动功能易于恢复”的结论。

皮电反馈 (GSR feedback)

是指将被试的皮电活动呈现给他本人的一种反馈方法。一般认为,皮肤电活动是由汗腺活动产生的,所以又称汗腺电位。测量皮肤电活动有两种方法:一种是费利(Charles Fere)的借助于外加电源的方法,这种方法所测得的是两个电极之间皮肤电阻(计量单位是欧姆或其倒数姆欧)的变化,常用EDR(F)表示;另一种是塔尔察诺夫(J.Tarchanoff)的方法,这种方法所测量的是皮肤的电位(计量单位是耗伏级电压)变化,用EDR(T)表示。反馈的方法也相应的有两种,一种反映的是被试皮肤电阻水平和电阻反应方面的变化,另一种反映的是电位水平和电位反应, 利用八道记录仪的荧光屏进行反馈是简便易行的方法。室温在20度以下,不适宜进行皮电反馈训练。皮电反馈常用来降低人的唤醒水平,促进放松,或作为治疗心理疾患的辅助手段。

皮肤温度反馈 (thermal feedback)

是指把被试的皮肤温度变化呈现给被试, 被试操纵所知觉到的温度变化, 从而改变自己身体某一部分温度的一种反馈方法。皮温反馈仪的主要的组成部分及其功能是: 由传感器(热敏电阻)将温度变化变成电信号,经放大器放大,最后以数字或曲线的形式将这种变化呈现给被试。被试训练前的皮肤温度越低, 训练所可能上升的温度越高, 反之则低,这种情况称为初始律。被试心情平静、肌肉放松有助于使皮肤温度更快更稳定地上升, 被试越是急于使皮肤温度升高, 效果越不理想。在使手指温度升高的反馈训练中,前15分钟可以使皮温逐渐上升,之后往往会出现下降现象。训练被试升高其手指温度常用来治疗头痛特别是偏头痛,还用来治疗因血管舒缩障碍而产生的其它疾患,如雷诺氏病。

血压反馈 (blood pressure feedback)

是指通过仪器把被试的血压变化呈献给本人的一种反馈方法,其目的是使被试学习对自己的血压变化进行控制, 从而使血压稳定在一定的水平上。血压反馈的具体做法有: 动脉插管法(只适用于动物),特尔斯基(B.Tursky)法和脉搏波速度法。Tursky等人所采用的方法是,把一个音器放在肘窝处的动脉上代替听诊器,并以可充气的袖带加以固定。当血液流过动脉时,便会振动微音器, 经放大后推动扬声器发出声响, 这种声音叫做Korotkoff声(Ks)。心脏跳动时,如果50%的心博伴有Ks声,这时袖带压就等于平均收缩压。如果25-75%的心搏伴有Ks声,则袖带压就比平均收缩压高或低2毫米汞柱。为了更好地使被试的血压朝着实验者所期望的方向发生变化, 作为反馈信号的血压数值是经过这样的处理呈现给被试的:如果在一分钟的测试中, 被试所出现的Ks等于或高于75%,那么在下一次测试中, 稳定的袖口压就升高2毫米汞柱; 相反, 如果低于25%,就使袖口压降低2毫米汞柱。为了使被试获得直观的反馈信号,可以在被试面前呈现红、绿、黄三种光,分别给被试三种不同的提示: 收缩压在下降、上升、符合要求。

脉搏波速度法是以脉搏波传导时间的长短作为血压高低的模拟量进行反馈的一种方法。脉搏波的传导时间是指心电图中的R波与脉搏波起始点间的那段时间而言的。反馈的方法是把脉搏波传导时间以一条横线显示在荧光屏上,横线加长表示血压下降,变短表示血压上升。该方法虽可使被试直观及时地得到反馈,但不知道血压的绝对值。血压反馈对于初期原发性高血压,具有一定的治疗效果。

脉搏血容反馈 (blood volume pulse feedback)

心脏收缩时,体表的毛细血管便充盈起来,这时其透光率增加,心脏舒张期间,体表毛细血管处于相对收缩状态,透光性能降低。脉搏血容反馈是基于这种情况进行的。该反馈的传感器是由发光的电珠和光敏电阻组成的,电珠发出的光穿过体表组织,再作用于光敏电阻。由于心脏收缩和舒张期间体表组织透光情况不同,在荧光屏上会出现随脉搏而起伏、反映末梢血管血液容量变化的曲线(这种方法比过去的体积描记法前进了一步)。由于它所反映的是体表毛细血管中血液充盈的情况,因此可用于进行与体表毛细血管舒缩有关的反馈训练,同时也可以用于监视心率和心博力量的大小。脉搏血容曲线中的重博波,还可反映出主动脉弓部位弹性的大小,因此可用来粗略地观察动脉弹性的变化情况。

心率反馈 (heart rate feedback)

是指把被试心率变化的情况提供给本人, 以便据此改变自己的心率快慢的那种反馈。心率反馈的做法有多种:一是让被试猜测他的心率快慢,猜对了就予以肯定;第二种做法是,要求被试每当心率加快或减慢时按压电键;第三种是,要求被试根据心率模拟量的大小控制自己的心率。具体做法是:被试注视计算机显示器的屏幕, 每当被试心脏博动一次, 屏幕上便自左至右划出一条横线,线的长短表示两次心博的R 波之间的时间长短(以中位数的大小表示)。两次心博的R波之间的时间越长,屏幕上出现的横线越长,表示被试的心率越慢,反之亦然。屏幕上还有一条竖立的靶线,要求被试尽量使屏幕上的横线保持长些, 如果被试能成功地使横线穿过靶线10次以上,那么在屏幕上就会出现一条新靶线,这条靶线的位置是根据被试以前心率和当前心率的中位数做出来的。新的靶线出现之后, 要求被试努力使表示心率快慢的横线保持得长些。该方法可使被试的心率降低4次/每分钟, 最多者可降低19次/每分钟。第四种方法是,以被试心率快慢来控制电视机屏幕上图像的清晰程度。被试看一个预先录有戏剧的录像带,告诉被试说:当实验者走入这个房间之后, 电视机就开始播放, 过一会儿(这段时间为10分钟,用以记录被试的心率和呼吸的基线水平)电视的图像和声音就开始模糊起来, 如果你的心脏活动能够慢下来的话,图像和声音又会清楚起来。这台电视机是由计算机控制的,当被试的心率与预定的差距越大时, 电视机的图像和声音越不清楚, 反之,则清楚。无差别时,则无噪音干扰。当被试心率降低达到预定标准时,则再预定一个标准,继续使心率降低。实验结果表明,被试可通过改变其心率从而操纵电视机的图像和声音。心率反馈可用以改变患者心脏活动的快慢。

呼吸反馈 (respiratory feedback)

是把被试的呼吸情况提供给他本人的一种反馈方法。呼吸反馈可有两种表现形式:一种是把呼吸曲线呈现给被试,另一种是向被试显示吸气量的大小。利用呼吸曲线进行反馈时, 拾取信号的方式又有两种: 一种是把热敏电阻安放在被试的鼻孔上,另一种是把传感器(可以是一根充满导电液的有弹性的管子)绑在胸或腹部,然后将呼吸信号加以放大,通过示波器或描记器呈现给被试,被试可根据曲线调整自己的呼吸。呼吸反馈训练可以用来治疗哮喘。要求患者增加其一秒钟的的最大用力呼气量,经过一段时间的训练之后,可明显减轻哮喘的发作。呼吸反馈可以用来训练被试学习腹式或其它方式的呼吸。

吸气量反馈 (inspirometer feedback)

是指被试每次呼吸时,将其所吸入气体数量的多少呈现给他本人的一种反馈方法。具体做法有两种:一种是采用吸气测量计,该测量计的容量为4000毫升,预先为被试预定一个吸气量,要求被试连续深吸气三次,如果能达到预定的要求,就将预定的标准提高500毫升,如果被试在三次吸气中又达到这个新的标准,就再将吸气量的标准提高一级,直至不能再提高为止。另一种做法见呼吸反馈条目中,利用呼吸曲线进行反馈的第二种做法。吸气量反馈常常和肌电反馈同时进行,用来增加哮喘病人的吸气量,克服他们支气管的痉挛状态

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