Оригинал данного текста находится в процессе подготовки к публикации (является препринтом); соответствующие ссылки будут обновлены после выхода статьи.
Аннотация
Нормальное функционирование желудка (нормогастрия) характеризуется ритмичной желудочной миоэлектрической активностью, тогда как нарушения ритма желудка (
брадигастрия и
тахигастрия) связаны с такими симптомами, как тошнота, дискомфорт в эпигастральной области и чувство переполнения. Биофидбек (биологическая обратная связь) желудочной активности с использованием
электрогастрографии (ЭГГ) рассматривается как перспективный инструмент для регуляции желудочного ритма, однако исследований в этой области пока немного. В настоящем исследовании (количество участников — 94) была протестирована новая методика биофидбек-терапии желудка в условиях виртуальной реальности. Использовался дизайн рандомизированного контролируемого исследования с тремя группами: 1 — желудочная биофидбек-терапия с использованием виртуальной реальности, 2 — та же терапия с использованием двумерного экрана и 3 — контрольная группа с релаксацией без применения технических средств. Изучались: динамика желудочной активности до, во время и после тренировки; способность участников увеличивать долю нормогастрии и снижать уровень нарушенного ритма; самооценку участниками своего состояния (мотивация, внимание, настроение, ощущение присутствия, принятие технологии и т. д.). Результаты показали ожидаемый пик нормогастрии и минимум нарушенной активности во время тренировки, а также значительное снижение нарушенного желудочного ритма в ходе нескольких сессий. Участники сообщали, что со временем им становилось легче справляться с физическим дискомфортом. Группы, использующие виртуальную реальность и двумерный экран отмечали более быстрое восприятие времени и лучшую концентрацию по сравнению с контрольной группой. Ощущение пространственного присутствия было выше в группе виртуальной реальности, чем в группе с использованием двумерного экрана. Удовольствие, концентрация и бодрость изначально были высокими, но снижались с течением времени во всех группах. Результаты демонстрируют общую техническую реализуемость парадигмы и положительные оценки со стороны участников. Необходимы дальнейшие исследования для более глубокого понимания лежащих в основе механизмов и выяснения того, может ли успешность терапии приводить к положительным результатам у клинических групп пациентов.
Введение
Нормальное функционирование желудка (нормогастрия) характеризуется ритмичной миоэлектрической активностью с частотой около 3 мин
-1. Нарушения ритма, такие как брадигастрия (1–2 мин
-1) и тахигастрия (4–10 мин
-1), сопровождаются симптомами вроде тошноты, эпигастрального дискомфорта и чувства переполнения. У здоровых людей приём пищи или воды увеличивает нормогастрию и снижает уровень нарушенной активности, тогда как стресс усиливает аритмию, а релаксация — наоборот, способствует нормализации ритма.
Одним из перспективных методов регуляции желудочной активности является биофидбек-терапия, позволяющая с помощью визуальной или звуковой обратной связи обучаться управлению физиологическими процессами. Хотя исследований по желудочной биофидбек-терапии немного, предварительные данные показывают её реализуемость: например, участники одной из работ смогли увеличить нормальную активность желудка с частотой 3 мин
-1 с помощью биофидбек-терапии, основанной на ЭГГ.
Дополнительный вопрос заключается в том, влияет ли форма визуализации на эффективность биофидбек-терапии. Виртуальная реальность обеспечивает более высокую степень погружения и концентрации внимания по сравнению с обычным двумерным экраном, что может способствовать лучшим результатам, большей мотивации, снижению отказов от участия и лучшей приверженности терапии.
Однако, результаты предыдущих исследований не всегда однозначны, поскольку в контрольных условиях часто использовались упрощённые визуализации или пассивные группы, что затрудняет сравнение. Для точной оценки влияния использования виртуальной реальности необходимы исследования, в которых визуальная обратная связь остаётся одинаковой, а отличается только способ её представления. На данный момент желудочная биофидбек-терапия в виртуальной реальности не исследовалась.
Описание исследования
Целью настоящего исследования было воспроизведение данных о реализуемости и эффективности желудочной биофидбек-терапии у здоровых молодых взрослых, а также оценка возможных дополнительных эффектов новой формы визуализации с использованием виртуальной реальности. В отличие от предыдущих подходов, где ЭГГ-сигнал отображался в виде двумерной волны, в данном исследовании визуальная обратная связь была встроена в природную среду, сочетающую релаксацию и вовлечённость.
Дизайн включал три экспериментальные группы: желудочная биофидбек-терапия в виртуальной реальности (
англ. virtual reality, VR), та же сцена на двумерном экране (
англ. 2-dimension, 2D) и контрольная группа с релаксацией. В отличие от большинства предыдущих исследований, визуальная среда была одинаковой в условиях VR и 2D. Целью было оценить техническую реализуемость, эффективность и субъективные оценки данной парадигмы, а также сравнить VR и 2D форматы с контрольными условиями.
Оценивались следующие показатели: изменение долей нормогастрии, брадигастрии и тахигастрии до, во время и после тренировки; различия между группами (VR, 2D, контроль) по этим показателям в течение четырёх сессий; собственная субъективная оценка участников (мотивация, внимание, настроение, ощущение присутствия, принятие и др.).
Гипотеза 1. Ожидалось, что уровень нормогастрии будет минимальным после голодания, увеличится во время тренировки и снизится после приема воды до чувства переполнения. Соответственно, брадигастрия и тахигастрия должны были уменьшиться от исходного уровня к тренировке и снова увеличиться после водной нагрузки.
Гипотеза 2. Предполагалось, что участники в группе виртуальной реальности покажут более выраженное увеличение нормогастрии и снижение нарушенной активности по сравнению с группой двумерного экрана. Также ожидалось, что группа 2D продемонстрирует более выраженные изменения по сравнению с контрольной группой.
Гипотеза 3. Ожидалось, что субъективные оценки участников будут наивысшими в группе VR, затем в группе 2D и наименее положительными в контрольной группе.
Материалы и методы
В исследовании участвовали 94 человека (73 женщины, 21 мужчина). Критериями включения были: возраст 18+ и отсутствие заболеваний ЖКТ, психических расстройств, приёма препаратов, влияющих на желудочную активность, беременности или кормления. Участники воздерживались от еды и напитков за 3 часа до сессии. Они случайным образом распределялись по 3 группам: VR (30 человек), 2D (32 человека), контроль (32 человека). Каждая из четырёх сессий включала: 15 минут измерения базальной ЭГГ в покое; приём 250 мл воды; 10 минут тренировки (с использованием устройства виртуальной реальности, плоского двумерного большого экрана, или просто расслабление для контрольной группы); прохождение опросника; тест насыщения водой; повторная 15-минутная ЭГГ. Аналогичная процедура повторялась еще 3 раза в течение двух недель.
Рис. 1. Измерение ЭГГ в процессе исследования.
Для обработки 15-минутных записей ЭГГ в покое (до и после тренировки) использовалось специализированное программное обеспечение. Электроды были размещены в области антрального отдела желудка: активный — между пупком и мечевидным отростком, второй — примерно на 5 см выше и правее под углом 45°, заземляющий — на левом реберном крае. Участники сидели в полулежащем положении под углом 30–45° и старались не двигаться и не разговаривать (см. рис. 1). Исходные сигналы проверялись на наличие артефактов, отбирались только чистые записи с видимой волновой структурой. Затем данные декоррелировались, фильтровались с использованием полосового фильтра с диапазоном 1–10 мин⁻¹. С помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) извлекались диапазоны мощности для брадигастрии (1–2 мин⁻¹), нормогастрии (2–4 мин⁻¹) и тахигастрии (4–10 мин⁻¹). Мощность каждого диапазона рассчитывалась как процент от общей мощности ЭГГ-сигнала.
Рис. 2. Этапы обработки сигнала ЭГГ и формирования биофидбека.
В процессе тренировки участникам предоставлялась биологическая обратная связь (биофидбек), встроенная в виртуальную природную среду с озером и горами (рис. 3). Такой формат часто используется благодаря своей способности снижать стресс, предотвращать скуку и обеспечивать вовлечённость. Согласно теории восстановления внимания, природные сцены способствуют когнитивному восстановлению за счёт чувства уединения, вовлекающих стимулов и согласованности с целями — в данном случае, с биофидбек-терапией. Визуализация была одинаковой в группах VR и 2D, отличаясь только способом отображения (шлем виртуальной реальности или телевизор). Участникам отображался ритмичный сигнал желудочной активности: две полупрозрачные сферы над озером наполнялись водой — левая отражала стабильный ритм 3 мин⁻¹ (нормогастрия), правая — текущую ЭГГ-активность участника. Дополнительно использовалась визуализация результата БПФ полученного сигнала: при увеличении нормогастрии менялись погода, цвет воды, облачность и звуки — сцена становилась более ясной и приятной.
Рис. 3. Виртуальная природная среда, используемая в парадигме желудочной биофидбек-терапии.
Для участников из контрольной группы ЭГГ-сигналы записывались и обрабатывались по той же схеме, что и в остальных группах. Однако визуальная сцена им не показывалась — вместо этого они получали голосовые инструкции. Им предлагалось с помощью релаксации и ментального сосредоточения попытаться приблизить активность желудка к нормальному ритму — три сокращения в минуту. Инструкции рекомендовали спокойно дышать, представлять приятные образы (например, день на пляже) и визуализировать желудок как воздушный шар или наполненный водой мяч, который надувается и сдувается три раза в минуту, при этом избегая движений и напряжения мышц живота.
После тренировочной сессии проводился тест насыщения водой для оценки изменений в частотных диапазонах ЭГГ между состояниями натощак, во время тренировки и после насыщения (что может вызывать тошноту и усиливать желудочную дисритмию). Тест включает два этапа: сначала участники пьют воду до ощущения насыщения, затем продолжают пить до чувства переполнения.
Участники оценивали расслабление, мотивацию, внимание, настроение, ощущение присутствия, симптомы укачивания и принятие терапии с помощью стандартных опросников. Большинство указанных шкал применялись только в группах VR и 2D.
Результаты
Гипотеза 1. Нормогастрия значительно увеличивалась во время и после тренировки по сравнению с уровнем до тренировки, с пиком во время сессии. Существенных различий между группами не было, однако выявлено значимое взаимодействие между временем и группой. Брадигастрия снижалась во время и после тренировки; межгрупповых различий и взаимодействий не обнаружено. Тахигастрия в целом не изменялась, но в группе VR была ниже во время тренировки по сравнению с после, а в группе 2D наблюдалась тенденция к меньшей тахигастрии, чем в группе VR.
Гипотеза 2. Нормогастрия не различалась между сессиями, группами и не показала взаимодействия между сессией и группой. Брадигастрия также не изменилась ни по сессиям, ни по группам, и взаимодействия не было. Тахигастрия снизилась от первой к четвёртой сессии, но различий между группами и взаимодействий не выявлено.
Гипотеза 3. Участники высоко оценили метод визуализации желудочной активности, особенно к 3-й сессии, считая окружающую природу (облака, вода, звуки) полезной для понимания биофидбека. Способность сцены вызывать субъективное чувство расслабленности и понятность визуализации существенно не менялись между сессиями и группами. Общее отношение к программе было положительным, но к 3–4 сессии симпатия снижалась. Намерение использовать биофидбек-терапию и рекомендации оставались стабильными. В группе 2D время воспринималось как проходящее быстрее, чем в контрольной, в VR — чуть быстрее, но разница была менее выраженной. Концентрация была выше в первых сессиях и снижалась к 4-й. В группах VR и 2D отмечалась более высокая концентрация по сравнению с контрольной группой. Отвлекаемость не различалась между группами и сессиями. Настроение в целом не менялось, но в первой сессии участники чувствовали себя более бодрыми, чем в 3–4. Различий между группами по настроению и покою не зафиксировано. В группе VR уровень ощущения пространственного присутствия был значительно выше, чем в 2D, однако реалистичность сцены и вовлечённость не различались между группами и сессиями. Симптомы укачивания в целом не различались, но в контрольной группе в 1-й сессии они были ниже, чем во 2-й. Участники сообщали, что со временем им становилось легче справляться с физическим дискомфортом, особенно к 3–4 сессии. Различий между группами по этому показателю не было. Остальные показатели принятия терапии (настроение, телесные ощущения, побочные эффекты и др.) не показали значимых изменений.
Обсуждение
В настоящем исследовании была протестирована новая парадигма желудочной биофидбек-терапии в условиях использования виртуальной реальности, двумерного экрана и в рамках контрольной группы. Биофидбек-терапия оказалась технически реализуемой и хорошо воспринимаемой участниками. Во время тренировки наблюдалось ожидаемое увеличение нормогастрии и снижение брадигастрии, однако значимых различий между группами по этим показателям не выявлено. Тахигастрия снизилась в ходе четырёх сессий, особенно в группе 2D, однако эффект был умеренным и на грани значимости. Это может говорить о том, что 2D-формат эффективнее за счёт меньшей перегрузки и лучшего расслабления по сравнению с VR.
Участники в группах VR и 2D воспринимали время как проходящее быстрее и сообщали о большей концентрации по сравнению с контрольной группой. При этом уровень пространственного присутствия был ожидаемо выше при применении виртуальной реальности, но субъективные оценки пользы визуализации, способность справляться с физическим дискомфортом и общая удовлетворённость были сопоставимы между виртуальной реальностью и двумерным экраном. Наслаждение, концентрация и бодрость снижались от сессии к сессии — вероятно, из-за эффекта новизны и длительности сессий.
Исследование подтвердило, что даже без визуального биофидбека (в контрольной группе) участники могли улучшить восприятие телесных ощущений — возможно, благодаря направлению внимания на желудочную активность. Это подчёркивает значение интероцептивного фокуса и может объяснять общие положительные изменения.
Применение виртуальной реальности не показало явных преимуществ по сравнению с использованием двумерного экрана, и последний может рассматриваться как более доступный и недорогой вариант для применения биофидбек-терапии. Тем не менее, дизайн исследования с жестким контролем и идентичной визуализацией для упомянутых вариантов позволил более точно оценить вклад визуального погружения, чего не хватало в предыдущих исследованиях.
Исследование было первым, в котором биофидбек-терапия на основе ЭГГ была реализована с помощью технологий виртуальной реальности. Применён строгий контроль, что повысило надёжность выводов. Однако длительные и повторяющиеся сессии могли вызывать усталость и снижение вовлечённости. Кроме того, виртуальная реальность может вызывать возбуждение и, как следствие, мешать расслаблению. Будущие версии программы могли бы включать большее разнообразие сцен и адаптироваться к индивидуальным потребностям.
Биофидбек-терапия может способствовать снижению желудочных дисритмий (особенно тахигастрии) даже у здоровых людей, а в дальнейшем может быть полезна при расстройствах пищевого поведения, депрессии, диабете, шизофрении и других состояниях, сопровождающихся нарушением желудочного ритма. В перспективе рекомендуется тестировать метод на клинических популяциях и использовать более короткие, но частые сессии, особенно с применением двумерных экранов в домашних условиях.
Заключение
Настоящее исследование показало, что новая парадигма желудочной биофидбек-терапии технически осуществима и хорошо воспринимается участниками. Ожидаемые изменения желудочной активности были успешно реализованы во время сессий. В группах, проходящих биофидбек-терапию (2D и VR) отмечалась лучшая концентрация, а в группе 2D — также более быстрое восприятие времени. Все участники сообщили об улучшении способности справляться с физическим дискомфортом. Отмечалось снижение тахигастрии, особенно выраженное в группе 2D, что указывает на перспективность этого формата. Высокое ощущение присутствия при использовании виртуальной реальности, вероятно, не является необходимым для эффективности терапии. Будущие исследования должны подтвердить эти результаты в клинических группах.
Назад в раздел
