前言
本书较为完整地叙述了神经反馈(主要是基于脑电的神经反馈)的技术基础,涵盖了生物学、物理学、电子学、生物医学信号分析、计算机及学习理论等多方面的专业知识,阐述了大脑信号的神经电生理学起源,以及大脑信号的记录、处理和反馈等概念。这些内容能够帮助读者理解大脑信号从何而来,了解如何将其应用于神经反馈设备。本书还探讨了大脑节律的基本生理机制,以及这些节律在神经反馈训练过程中可能发生的改变。这些改变可能体现在正在进行的连续测量(脑电信号)中,也可能体现在受训者的行为、自我报告的想法及自身的感受上。神经反馈从业者可以从临床背景出发研究这些改变,从而拓展自身的实践经验或技术基础。
神经反馈是建立在可靠的科学原理基础上的,80多年的基础研究和临床实践已经很好地确立并证明了这些原理。本书概述了这些关于神经反馈的重要原理,为希望获得更多详细信息和支持的读者提供了参考。总的来说,神经反馈的原理非常容易理解。首先,通过记录的电信号能够测量和识别大脑状态;然后,通过简易的仪器计算,能够进一步引导受训者的大脑达到并保持理想的状态;最终,大脑能够完成学习和改变,在适当的训练设备和指导下,这种学习和改变能够产生深远且有益的影响。本书刚刚开始探索这种简明易懂但功能强大的方法,研究其在个人评估、临床干预和自我提升方面的能力。
神经反馈的核心体现了神经元自我调节和再学习的过程,引导大脑找到新的有益状态及新的有益处理信息和情感的方法。然而,这绝不是一种“弱”干预,它在许多情况下能够像药物一样有效,而且副作用较小甚至没有副作用。神经反馈可以广泛应用于焦虑症、抑郁症、注意力缺陷障碍/注意力缺陷多动障碍(ADD/ADHD)、创伤后应激障碍(PTSD)、酗酒/成瘾及孤独症谱系障碍(包括阿斯伯格综合征)、学习障碍、阅读障碍和癫痫等疾病的治疗。在临床疗效方面,感兴趣的读者可以参考一些经典的文献,包括Arns等(2009)、Budzynski等(2005)、Coben和Evans(2011)、Kropotov(2009)和Larsen(2012)等学者的相关论著。神经反馈也可应用于非临床环境,包括体育、表演艺术和学业(技能)熟练程度的进一步优化和提升,在这些环境中,这种应用被称为“最佳表现”“心理健康”“最佳功能”训练(Singer,2004;Ros等,2006)。
本书的素材来自曾经举办过的神经反馈主题研讨会,在过去的十年间,作者与该领域的其他资深教育工作者一起,讲授了数十次这些内容。这个研讨会于2001年首次举办,起源于从业者的需求,他们需要理解神经反馈疗法(Neurofeedback Therapy)这种临床技术背后的科学基础。这些从业者包括(但不限于)心理学家、精神病医生、咨询师、社会工作者、家庭治疗师、按摩治疗师、护士和职业治疗师。在国际神经反馈和研究学会(ISNR)、应用心理生理学和生物反馈协会(AAPB)、各地区生物反馈学会、智慧脑(BrainMaster)科技公司和压力疗法解决方案公司(均位于俄亥俄州贝德福特)的赞助下,作者已向数百名从业者展示了该研讨会的内容。通过长期的听众反馈和修改,现在的内容已经足够支持长达一周的教学,同时保证内容具有足够的科学性和技术性。为了解决授课资料过多、学员难以在短期内掌握所有内容的问题,特将所有材料汇编整理成书,供从业者和研究者学习参考。
希望新的从业者和经验丰富的专家都能从本书中发现有用、相关且有趣的内容。作为一个系统完整的著作,这些材料可提供适合自学的指导,也可作为课程教材。作为参考资料,它包含了许多关键原则的细节和说明,可根据需要用于解答具体问题。总的来说,本书的目的是把神经反馈放在一个客观和科学的框架上,这样就可以把它理解、实践并接受为一种基于实证的神经调节过程。
神经反馈作为一种治疗神经/精神疾病和改变认知与心理状态的手段,其应用潜力才刚刚开始被人们认识到。就像发明航空业的“巡回演出者”或开创早期计算的“黑客”一样,过去几十年来,神经反馈学界拥有具有奉献精神、富有创造力和思想开放的成员,他们拒绝被传统束缚。必须注意的是,对于实践神经反馈的技能、反馈系统的设计或训练疗程的安排,可能没有直接适用的参考文献,必须根据临床经验来确定。本书只提供了一些关于神经反馈最新技术的信息,而非一种强制性的技术要求。
Thomas F. Collura
译者序
神经反馈(Neurofeedback)是生物反馈(Biofeedback)的一种,神经反馈包括中枢神经反馈和非中枢神经反馈。从采用的信号来看,中枢神经反馈分为基于脑电(Electroencephalogram,EEG)的神经反馈(EEG神经反馈)、基于功能磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)的神经反馈(fMRI神经反馈)、基于功能近红外光谱(Functional Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS)的神经反馈(fNIRS神经反馈)、基于神经元脉冲发放(Spikes)的神经反馈(Spikes神经反馈)等。本书主要聚焦论述EEG神经反馈,为行文简洁起见,如无特别声明,以下及正文统一用神经反馈,均指基于脑电的神经反馈。
神经反馈既是脑科学研究和应用的重要内容之一,又可以启发新型人工智能和脑机智能融合(Brain-Computer Intelligent Fusion,BCIF)的相关研究。该技术是一种基于中枢神经活动的生物反馈技术,通过视觉、听觉或触觉等反馈形式将神经活动(如EEG、fMRI等)实时反馈给用户,并运用操作性条件反射原理使用户学会自主增强或抑制神经活动,以期改善相应的脑功能或行为表现。诸多研究表明,神经反馈在人类大脑发育、成熟、学习、智力和知识的增长等方面具有重要的作用。当前,神经反馈已经成为一种重要的无创神经调控(Neuromodulation)手段,在增强用户认知和行为表现,以及干预神经或精神疾病(特别是对认知和心理障碍的干预)等方面显示出了独特优势。同时,神经反馈也是脑机交互(Brain-Computer Interaction,BCI)的重要组成部分和关键技术,可训练用户学习控制自己的脑活动以产生并强化驱动BCI系统的脑信号特征。为推动国内神经反馈的研究和应用,译者特翻译本书。
《神经反馈原理与实践》是Technical Foundations of Neurofeedback的中文版。原书作者为Thomas F. Collura(托马斯F. 科卢拉)博士,他是智慧脑(BrainMaster)科技公司的创始人兼总裁、美国俄亥俄州贝德福特脑功能增强中心主任、国际神经反馈和研究学会(International Society for Neurofeedback and Research,ISNR)前任主席、应用心理生理学和生物反馈协会(Association for Applied Psychophysiology and Biofeedback,AAPB)EEG分部前任主席。他曾在AT&T贝尔实验室、克利夫兰诊所神经学部、皮克X-射线公司(现为西门子医疗系统)担任教职,并在脑诱发电位、硅集成电路、癫痫脑电图谱、定量脑电图(Quantitative EEG,QEEG)和神经反馈等领域进行了研究和开发,同时在脑电领域与伊利诺伊大学、孟菲斯州立大学和布朗大学等合作。
本书是首部较为完整地阐述基于脑电的神经反馈科学原理和技术标准的专著,兼具完整性与权威性。首先,从脑电节律的生理起源开始,描述了从头皮测量大脑活动的原理基础,并详述了大脑节律如何反映主要的大脑调节过程;然后,在前人研究的基础上,进一步发展了用于神经反馈训练的大脑活动信息测量、处理和反馈的理论和实践;最后,结合“自上而下”和“自下而上”的方法,论述了神经反馈的核心科学原理、当前神经反馈评估和治疗的临床经验与实践。本书的结构和详细内容如下。
第1部分主要介绍神经反馈的基础和相关的EEG信号原理、方法和技术,包括第1~5章,具体为:
(1)概述,包括神经反馈的定义、类型、反馈结果和临床应用等(第1章);
(2)EEG信号和节律的神经生理起源(第2章);
(3)EEG仪器及其测量,包括采集EEG信号的差分放大器和EEG电极材料(第3章);
(4)EEG信号数字化与处理,包括对连续EEG信号进行数字化及滤波等处理(第4章);
(5)EEG信号成分及其性质,包括节律(?节律、?节律、?节律和?节律、? 节律)、静息电位、皮层慢电位及亚慢电位的特性(第5章)。
第2部分主要论述神经反馈的核心科学原理与实践指南,包括第6~13章,具体为:
(1)基于连通性的EEG神经反馈,包括各个连通性指标的意义及计算方法(第6章);
(2)神经反馈训练方案基础(第7章);
(3)采用实时Z分数的神经反馈,包括Z分数的概念,以及实时Z分数训练的原理和方法(第8章);
(4)基于溯源的神经反馈的概念、思想和原理(第9章);
(5)光刺激与非自主性神经反馈(第10章);
(6)实践中的神经反馈(第11章);
(7)疗程(Session)管理和控制(第12章);
(8)BrainMaster MINI-Q神经反馈系统的评估和训练方法(第13章)。
神经反馈的研究及应用是一个重要的热点方向,其最早应用于临床疾病的治疗,到目前为止,在临床上已被应用于儿童注意缺陷多动障碍(Attention Defcit/Hyperactivity Disorder,ADHD)、精神分裂症、失眠、学习障碍、成瘾、自闭症、癫痫、抑郁、焦虑、疼痛管理、创伤后应激障碍(Post-Traumatic Stress Disorder,PTSD)11种神经或精神疾病/缺陷的预防、治疗和康复。神经反馈除了可用于干预认知和心理障碍,也可用于提升和优化健康人的认知与行为表现及情绪调节能力。因此,本书可供