Лаборатория перспективных нейро технологий

Мы разработали эффективные подходы к формированию звуковых частот для активации различных структуры головного мозга с целью раскрытия потенциала и управления психоэмоциональным состоянием.

Для понимания эффективности применяемых методов мы описали проведенные нами исследования и их результаты. Перед тем, как переходить к самим исследованиям предлагаем вам ознакомиться с краткой выжимкой влияния звуковых волн на человека, о структурах головного мозга и процесса формирования эмоций в структурах головного мозга.

Влияние бинауральных ритмов на мозговые волны

Бинауральные ритмы могут влиять на мозговые волны. И магии здесь на самом деле нет.

Бинауральные ритмы — это слуховая иллюзия, которая возникает, если прослушивать звуковые сигналы двух близких частот, каждый из которых подается только в одно ухо («бинауральный» означает «относящийся к обоим ушам»). Мозг пытается совместить эти два звука, и в результате вы слышите третий звук на частоте, которая представляет собой разницу между первыми двумя (эта иллюзия создается в стволе мозга). Например, если в правое ухо подать звуковой сигнал частоты 400 Гц, а в левое — 408 Гц, то вы будете ощущать биение на частоте 8 Гц — это и есть бинауральный ритм.

Человек слушает разночастотные звуки и его мозг «создает» дополнительный звук (Фото: youtube.com)

Деятельность мозга подстраивается под частоту бинаурального ритма. В приведенном выше примере мозг начинает «работать» на частоте 8 Гц. Такой процесс называется «навязыванием» частоты мозговых волн и представляет собой один из способов, которым пытаются управлять мозгом, чтобы достичь желаемого психоэмоционального состояния.

Мигель Гарсиа-Аргибай — ученый из шведского университета Эребру, в сферу интересов которого входят бинауральные ритмы, рассказывает:

«Привлекательность бинауральных ритмов заключается в том, что, небольшая разница в частотах двух сигналов заставляет мозг работать на желаемой частоте».

Цель этого воздействия в том, чтобы заставить головной мозг работать на частоте, соответствующей желаемому психическому состоянию.

В основе работы мозга лежит передача электрических сигналов, и в зависимости от вида мозговой деятельности нейроны передают сигналы с разной частотой. Определенные частоты мозговых волн (обычно они измеряются с помощью электроэнцефалограммы — ЭЭГ) связаны с различными когнитивными и эмоциональными состояниями.

Разные частоты связаны с разными задачами, которые в этот момент выполняет мозг, и с разными психическими состояниями (Фото: popmech.ru)

Явление навязывания частоты мозговых ритмов состоит в том, что головной мозг начинает работать на частоте внешнего раздражителя — например, бинаурального ритма: области мозга, которые обычно функционируют на разных частотах, начинают синхронизироваться. Цель этого воздействия в том, чтобы заставить клетки мозга работать на частоте, соответствующей желаемому психическому состоянию. Например, если нужно подготовиться к тесту или сосредоточиться на работе, то настройка мозговой активности на гамма- или бета-ритмы может повысить внимательность. Или наоборот: если у вас бессонница, можно попытаться обмануть мозг так, чтобы он замедлился до тета- или дельта-ритмов — это поможет заснуть.

Бинауральные ритмы — не единственный слуховой стимул, который может навязывать мозговым волнам нужную частоту. В исследовании Переса, опубликованном в журнале eNeuro, было показано, что не только бинауральные ритмы дают эффект «навязывания»: того же можно добиться монофоническими ритмами — пульсирующим звуком, который подается в оба уха с одинаковой частотой. Причем монофонический ритм оказывал даже большее влияние на мозговые волны — однако никак не менял ни настроение, ни психическое состояние.

Сравнение с существующими решениями

На сегодняшний момент времени существуют аналогичные решения, связанные с активацией головного мозга через воздействие на его структуры бинауральными ритмами, тем самым навязывая свою частоту.

В 2006-2009 годах существовали программы, которые позиционировали себя как звуковой наркотик. Сейчас же эти компании ушли в сторону создания мелодий с бинауральным эффектом, которые продают по подписке.

Отличительная черта нашего подхода в исследованиях эффективности влияния звуковых частот на сегменты головного мозга, через проведение экспериментов с применением точного медицинского оборудования. Мы предлагаем эффективные звуковые частоты с рекомендациями как по времени прослушивания, так по длительности. Связано это с различными фазами активности головного мозга и индивидуальным состоянием, поэтому мы подбираем индивидуально для каждого клиента свою частоту и время прослушивания.

Опции	Наш подход	Другие решения
Бинауральные ритмы	✔	✔
Белый шум	✔	✔
Монофонический ритм	✔	✔ / X
Индивидуальный подбор частоты	✔	X
Точечная активизация мозговых структур	✔	X

Описание технологии

В основании нашей технологии воздействия на структуры головного мозга лежат: звуковые частоты, бинауральные ритмы, фазы активности головного мозга, атлас сегментов головного мозга и подбор частот для точечного воздействия исходя из обозначенной проблематики.

Мы не можем просто навязывать частоту ритмов как нам вздумается, это может привести к негативным последствиям. Основная задача изучить влияние частот на структуры головного мозга и научиться активизировать их в зависимости от задачи, которую мы будем решать.

Поэтому в описании технологии начнем с атласа мозговых структур, далее перейдем к технологиям воздействия на них.

Активизация структур головного мозга

Строение головного мозга давно уже все знают из школьных учебников, потому ограничимся напоминанием в виде изображения ниже.

Изображение. Структура головного мозга.

Опишем известные функции сегментов мозга.

Функции ствола мозга:

рефлекторная: поведенческие рефлексы;
проводниковая: восходящие и нисходящие нервные пути ЦНС;
ассоциативная: обеспечивает взаимодействие спинного мозга, ствола и больших полушарий головного мозга.

Функции продолговатого мозга:

участвует в реализации вегетативных (слюноотделение), соматических, вкусовых, слуховых, вестибулярных рефлексов;
обеспечивает выполнение сложных рефлексов, требующих последовательного включения разных мышечных групп, например при глотании и дыхании;
дыхательный и сосудодвигательный центр;
центр потоотделения;
рецепторное восприятие сигналов внутренней среды;
центр регуляции сердечной деятельности;
координация движений, позные рефлексы.

Функции Варолиева моста:

передача информации из спинного мозга в отделы головного мозга;
сознательный контроль за движениями тела;
восприятие положения тела в пространстве;
чувствительность языковых сосочков, кожи лица, слизистой носа, конъюнктив глаз;
мимика;
акт принятия пищи.

Функции мозжечка:

координация движений;
поддержание мышечного тонуса.

Функции среднего мозга:

сенсорная функция: проведение зрительной и слуховой информации; ориентировочные рефлексы;
проводниковая функция: через него проходят все восходящие пути к вышележащим таламусу, большим полушариям и мозжечку. Нисходящие пути идут через средний мозг к продолговатому и спинному мозгу;
двигательная функция: например движение глазных яблок.

Функции эпифиза:

развитие половых признаков (особенно в детском и пубертатном возрасте);
регуляция гормональной функции надпочечников (управление выведением калия и натрия из организма);
регуляция сна (синтез гормона мелатонина).

Функции таламуса:

первичная обработка зрительных, слуховых и вкусовых сигналов;
запоминание;
двигательные реакции: сосание, жевание, глотание, смех;
центр организации и реализации инстинктов, влечений, эмоций.

Функции гипоталамуса:

является главным подкорковым центром регуляции вегетативных функций организма;
способен воздействовать на вегетативные функции организма с помощью гормонов и нервных импульсов;
в гипоталамусе располагаются центры гомеостаза, теплорегуляции, голода и насыщения, жажды и ее удовлетворения, полового поведения, страха, ярости;
является также центром регуляции цикла бодрствование — сон. При этом задний гипоталамус активизирует бодрствование; передний — сон. Повреждение заднего гипоталамуса может вызвать так называемый летаргический сон;
регулирует деятельность гипофиза;
в гипоталамусе и гипофизе образуются нейрорегуляторные пептиды — энкефалины и эндорфины, обладающие морфиноподобным действием и способствующие снижению стресса.

Функции гипофиза:

рост;
обмен веществ;
репродуктивная функция.

Ассоциативные зоны коры больших полушарий

Лобная доля:

произвольные движения;
речь (речедвигательный центр — зона Брока);
регуляция сложных форм поведения;
мышление.

Теменная доля:

восприятие и анализ кожно-мышечных раздражений;
пространственная ориентация;
регуляция целенаправленных движений.

Височная доля:

восприятие слуховых, вкусовых, обонятельных ощущений;
восприятие речи (центр Вернике);
память.

Островок (закрытая долька) (расположен в глубине латеральной борозды):

восприятие вкуса.

Затылочная доля:

восприятие и переработкой зрительной информации.

Гиппокамп:

перекодировка информации краткосрочной памяти человека для ее последующей записи в долговременной памяти.

На сегодняшний день мировыми учеными (Отчет о работе публикует журнал Nature) составлена обновленная и самая детальная - карта коры головного мозга, которую, на данный момент времени, используют большинство исследователей и мы не являемся исключением.

Использование алгоритмов машинного обучения позволило идентифицировать на ней 180 структурных участков, вовлеченных в выполнение различных функций, включая 97 прежде неизвестных.

В общей сложности удалось идентифицировать 180 зон коры, из которых 83 уже были известны по предыдущим работам, а 97 - совершенно новые. Характер активации позволил указать на задачи, в которые вовлечены некоторые из них, однако функции большинства остаются невыясненными.

Использование атласа головного мозга позволяет нам учитывать функционал за который они отвечают и вести реестр подобранных ключей их активации.

В своих исследованиях мы также опирались на теорию Хуго Левхейма, которая известна в мире как “Куб эмоций”, описывающая формирование психоэмоционального состояния в структурах головного мозга.

Психо-эмоциональная модель, формирование эмоций на уровне нейромедиаторов

Известный ученый, психиатр Хуго Левхейм разработал теорию, что наши эмоции зависят от уровней трех нейромедиаторов – норадреналина, серотонина и дофамина. Левхейм создал «куб эмоций», показывающий эту связь. Например, только при одновременно относительно высоком содержании и дофамина и серотонина человек испытывает положительные эмоции (радость, восторг).

Куб эмоций Хуго Левхейма.

Конечно, механизм формирования эмоций и настроения достаточно сложен и включает в себя много тонких настроек. При этом в этих настройках участвует большое количество других различных веществ и процессов.

Тем не менее, опираясь на приведенную теорию, можно пытаться формировать эмоции, активизируя дофаминовую, серотониновую и норадреналиновую системы.

В идеале нужно двигаться в сторону баланса нейромедиаторов, как минимум в сторону оптимальных уровней дофамина и серотонина, что обеспечивает положительный эмоциональный фон.

Наша задача добиться активизации структур головного мозга, описанных выше, и эффекта управления системами нейромедиаторов для воздействия на эмоциональное состояние человека.

Многокомпонентное воздействие

Многокомпонентность воздействия складывается из звуковых частот белого шума, бинаурального ритма и монофонических ритмов.

Бинауральные ритмы влияют на мозговые волны, сдвигая их на нужную частоту, также влияют на фазовую синхронизацию. Бинауральные ритмы помогают синхронизировать полушария мозга, т.е. улучшить их работу и как следствие и мыслительную деятельность, память, повысить концентрацию и внимание. Метод бинауральной синхронизации полушарий уже используется в современной военной, морской и космической медицине — как в российской, так и в зарубежной.

Инструкция использования

Чтобы воспринять бинауральные ритмы, вам понадобятся стерео-наушники или наушники-вкладыши. Они четко разделяют звук для каждого уха. Уши воспринимают каждое свою частоту, и таким образом мозг «слышит» бинауральный ритм. Если один наушник не будет работать, звуки вы услышите, но бинаурального ритма в них не будет.

Звуковые частоты необходимо слушать в указанное время с заданной длительностью. Безостановочная активация головного мозга может иметь негативный эффект, поэтому придерживайтесь индивидуальных назначений.

Обоснование технологии

В основе технологии лежит идея точечного воздействия звуковыми частотами на определенные сегменты головного мозга, включая активизацию нейромедиаторных систем.

Исходя из обозначенной концепции (идеи) мы разбили наши исследования на несколько направлений:

валидация куба эмоций Левхейма и построение численной модели эмоций для определения и прогнозирования уровня нейромедиаторов
составление карты влияния звуковых частот на структуры головного мозга

Результат анализа данных

Описание проведения экспериментов

Сбор экспериментальных данных для валидации куба эмоций Левхейма и построения численной модели эмоций для определения и прогнозирования уровня нейромедиаторов.

Для валидации куба эмоций Левхейма и построения численной модели эмоций было решено изучить из 8 базовых эмоций три: страх, отвращение, грусть. Выбранные эмоции составляют три грани куба Лёвхейма. И их проще вызвать, они явно проявляются, их легко определить и зафиксировать.

В эксперименте участвовало 490 человек (52% девушек и 48% мужчины). Ни один из респондентов не принимал психоделических лекарств или препаратов, влияющих на психику, которые могли бы исказить данные с электроэнцефалографа.

Для вызова чувств страха, отвращения и грусти были показаны видеоролики соответствующего содержания. Во время просмотра видео роликов с респондентов снимали биометрические данные с помощью электроэнцефалографа, записывали видео мимической реакции и измеряли кожно гальваническую реакцию. До и после просмотра видео респонденты проходили опрос для фиксации их субъективной оценки своего состояния.

Эксперимент по валидации куба Левхейма.

Экспериментальное составление карты влияния звуковых частот на структуры головного мозга

Для регистрации влияния спектра звуковых частот на структуры головного мозга было принято решение разбить респондентов на группы в соответствии с разбиением по спектрам звуковых частот.

В эксперименте участвовало 1020 человек (49% девушек и 51% мужчины). Во время прослушивания звуковых частот с респондентов снимали биометрические данные с помощью электроэнцефалографа. На каждого респондента подавали до 10 наборов звуковых частот в течении 10 минут.

Активизацию зон коры головного мозга регистрировали в специально разработанной программе BioPulse Frequency с частотой их активизации.

Результат анализа данных

Анализ собранных данных

Валидация куба эмоций Левхейма и построение численной модели эмоций для определения и прогнозирования уровня нейромедиаторов.

Полученные данные были преобразованы в численную модель с показателями, описывающих динамику во времени. Например такие, как дисперсия и среднеквадратичное отклонение. Отслеживая изменения во времени, мы можем определить изменение эмоционального состояния человека и отличить нейтральное состояние от состояния переживания той или иной эмоции.

Для проведения машинного обучения были сопоставлены численные данные с уровнем нейромедиаторов на основе куба эмоций Левхейма.

Применив алгоритмы машинного обучения DecisionTree, RandomForest, DeepLearning на полученном наборе данных мы получили следующие результаты.

Результаты по прогнозированию уровня норадреналина:

Decision Tree	Random Forest	Deep Learning
Recall 87,5%	Recall 76,67%	Recall 70%
Precision 80%	Precision 80%	Precision 79%
F-measure 83,75%	F-measure 78,33%	F-measure 74,51%

Составление карты влияния звуковых частот на структуры атласа головного мозга

Полученные результаты с эксперимента по выявлению влияния звуковых частот на структуры коры головного мозга были отфильтрованы. Частоты не оказывающие влияние были помечены не эффективными.

Далее данные были сегментированы по областям воздействия и отсортированы. Звуковые частоты эффективно влияющие на структуры коры головного мозга помечены как наиболее значимые и допущены к рекомендациям.

На рисунке ниже представлены сегменты головного мозга, согласно которым были разбиты звуковые частоты по областям активизации. Каждому сегменту соответствует свое функциональное назначение, в пределах изученного наукой.

Human HCP 1200 Group Average + Individuals; Structural + fMRI Atlas

Результат анализа данных

Данные, которые мы использовали для анализа, дают нам представление в какой области наиболее выражены нейромедиаторы при активизации эмоций. Показатели уровня дофамина и серотонина более взаимосвязаны по сравнению с норадреналином и их активизация лежит в глубине мозговых структур. На данный момент времени, для формирования более точной численной модели мы проводим исследования с применением функционально магнитно-резонансного томографа.

Что касается карты влияния звуковых частот на структуры атласа головного мозга, то полученные данные позволяют нам эффективно подбирать звуковые частоты для активизации мозговых структур, в том числе навязывая ритм функционирования.

Выводы

Проведена большая исследовательская работа, результатом которой стала карта влияния звуковых частот на структуры головного мозга, в том числе с активизацией норадреналиновой структуры.

Полученные результаты позволяют нам эффективно подбирать звуковые частоты для активизации мозговых структур, в том числе навязывая ритм функционирования головного мозга.

Дальнейшие исследования с применением ФМРТ позволяют валидировать глубинные структуры головного мозга и определить влияние на них звуковых частот. В перспективе возможен поиск эффективного способа влияния на уровень дофамина и серотонина.

Примеры решения проблем

Опираясь на результаты проведенных исследований мы применяем наши знания и разработки в жизненных ситуациях. Ниже описаны случаи успешного воздействия звуковыми частотами на структуры головного мозга для решения практических задач.

Нервная система : восстановление психоэмоционального состояния, управление эмоциями

Обращение: панические атаки, тревожность, постоянное чувство страха.

Работа: административная деятельность с постоянным эмоциональным напряжением

Жилье: квартира возле дороги, окна часто открыты, шумно

Звуковой файл: белый шум с бинауральным эффектом на альфа ритм

Рекомендации: включать аудио файл на 10-15 минут перед сном ежедневно, по возможности исключить шум дороги.

Результат: Через месяц панические атаки не наблюдались, пропало чувство страха и тревожности.

Спорт: высвобождение потенциала организма, преодоление психологических барьеров, активизация метаболизма

Обращение: долгое время не получается преодолеть жим лежа 100 кг.

Работа: ИТ специалист

Жилье: Комфортные условия, сон стабильный, питание полноценное

Звуковой файл: звуковая частота с бинауральным эффектом на гамма ритм, сменяющийся на монофонический ритм.

Рекомендации: включать аудио файл на 10 минут перед упражнением.

Результат: Через 2 недели психологический барьер был преодолен и веса начали увеличиваться.

Работа: повышение эффективности и продуктивности, концентрация внимания

Обращение: Лень, профессиональное выгорание.

Работа: инженер

Жилье: Условия нормальные, сон прерывистый

Звуковой файл: белый шум с бинауральным эффектом на альфа ритм перед сном, звуковая частота бинауральным эффектом на гамма ритм.

Рекомендации: включать аудио файлы на 10-15 минут ежедневно.

Результат: Через 1 месяц интерес к работе вернулся.

Здоровье: восстановление энергетического баланса организма

Обращение: Боли в области живота, обследования выявили эзофагит, курс лечения давал временный эффект.

Работа: учитель школы

Жилье: Условия нормальные, сон прерывистый

Звуковой файл: белый шум перед сном с бинауральным эффектом на тета ритм, звуковая частота с бинауральным эффектом на гамма ритм утром, белый шум после обеда с бинауральным эффектом на альфа ритм.

Рекомендации: включать аудио файлы на 10-15 минут ежедневно, продолжать наблюдаться у гастроэнтеролога.

Результат: Через 1 месяц симптомы ушли.