Thiết bị phản hồi thần kinh như một hệ thống toàn diện

Thiết bị Neurofeedback là gì?

Thiết bị neurofeedback đo lường các tín hiệu liên quan đến hoạt động của não bộ và hiển thị thông tin về các tín hiệu đó cho người dùng, thường dưới dạng tín hiệu thị giác hoặc âm thanh. Mục tiêu chung là cho phép một người quan sát những thay đổi trong hoạt động của chính họ và thực hành phản hồi lại phản hồi đó. Các thiết bị khác nhau về những gì chúng đo lường, cách chúng xử lý tín hiệu và cách đưa ra phản hồi. Bản thân thiết bị neurofeedback không phải là một chẩn đoán hay bằng chứng cho thấy một tình trạng bệnh lý cụ thể đang hiện diện.

Neurofeedback hoạt động như thế nào?

Trong một phiên điển hình, các cảm biến thu thập tín hiệu trong khi người dùng hoàn thành một nhiệm vụ, nghỉ ngơi hoặc tương tác với một chương trình phản hồi. Phần mềm xử lý dữ liệu đầu vào và thay đổi màn hình hiển thị, âm thanh hoặc tín hiệu khác theo một quy tắc đã định sẵn.

Sau đó, người dùng có thể thử các chiến lược tinh thần khác nhau và quan sát xem phản hồi có thay đổi hay không. Quy trình này thường được mô tả như một hình thức phản hồi sinh học (biofeedback), mặc dù quy trình huấn luyện và ý nghĩa của phản hồi có thể khác nhau.

Chu trình đo lường, phản hồi và thực hành là trọng tâm của phương pháp này. Cảm biến không đọc suy nghĩ và màn hình phản hồi không phải là sự thể hiện trực tiếp trạng thái tinh thần của một người. Thay vào đó, nó đại diện cho các đặc tính được chọn lọc của tín hiệu đo được, vốn có thể bị ảnh hưởng bởi chuyển động, sự tiếp xúc của điện cực và cách phần mềm xử lý dữ liệu. Việc hiểu rõ sự khác biệt đó giúp nhìn nhận các tuyên bố về một phiên thực hành một cách đúng mực.

Các loại thiết bị Neurofeedback

Các hệ thống neurofeedback có thể được phân biệt dựa trên các tín hiệu mà chúng đo lường và môi trường sử dụng. Một số dựa vào hoạt động điện được ghi lại ở da đầu, trong khi những hệ thống khác sử dụng các phép đo dựa trên ánh sáng hoặc kết hợp cảm biến với các hình thức phản hồi khác. Công nghệ ảnh hưởng đến những gì một thiết bị có thể quan sát, nhưng bản thân nó không quyết định chất lượng của một chương trình huấn luyện. Một so sánh cơ bản sẽ giúp dễ dàng nhận thấy những khác biệt đó hơn.

Neurofeedback EEG

Neurofeedback EEG sử dụng các điện cực để ghi lại hoạt động điện từ da đầu. Thiết bị hoặc phần mềm liên quan sẽ xử lý bản ghi và có thể đưa ra phản hồi dựa trên các đặc tính tín hiệu được chọn lọc. Vị trí đặt điện cực, tiếp xúc, chuyển động và quá trình xử lý tín hiệu đều ảnh hưởng đến dữ liệu, đó là một lý do tại sao thiết bị và quy trình EEG có sự khác biệt. Hướng dẫn về vị trí đặt điện cực trên da đầu cung cấp thêm bối cảnh về cách thiết lập ảnh hưởng đến việc ghi và diễn giải dữ liệu.

Các phân biệt dưới đây mô tả các phương pháp đo lường khái quát chứ không phải là đánh giá về hiệu quả. Khả năng thực tế của một hệ thống phụ thuộc vào cảm biến và phần mềm của nó, và các thiết bị trong cùng một danh mục có thể khác nhau đáng kể.

Các danh mục này không thể thay thế cho nhau, và chỉ riêng một nhãn tên không giải thích được dữ liệu mà thiết bị hiển thị. Việc đánh giá một hệ thống cũng liên quan đến mức độ rõ ràng khi mô tả các phép đo, giới hạn và bối cảnh sử dụng dự kiến của nó.

Neurofeedback fNIRS

Quang phổ cận hồng ngoại chức năng (fNIRS) sử dụng ánh sáng để ước tính những thay đổi về lượng oxy trong máu ở các mô gần bề mặt não. Trong các ứng dụng neurofeedback, những ước tính đó có thể được sử dụng để tạo ra phản hồi về những thay đổi trong tín hiệu đo được. Phương pháp này khác với EEG (vốn ghi lại hoạt động điện ở da đầu), do đó hai phương pháp này không nên được coi là tương đương hoặc có thể thay thế trực tiếp cho nhau.

Việc diễn giải phụ thuộc vào thiết lập đo lường và nhiệm vụ được thực hiện. Tín hiệu fNIRS cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài não, bao gồm cả những thay đổi về lưu lượng máu gần da đầu. Vì lý do đó, các tuyên bố về ý nghĩa của một tín hiệu cụ thể nên dựa trên phương pháp và tính xác thực của nó hơn là chỉ suy ra từ màn hình hiển thị.

Thiết bị Neurofeedback đeo được và các công nghệ mới nổi khác

Các hệ thống thiết bị đeo có thể sử dụng các cảm biến nhỏ gọn được thiết kế để sử dụng lặp lại bên ngoài phòng thí nghiệm hoặc phòng khám. Hình thức của chúng có thể giúp việc thiết lập thuận tiện hơn, nhưng tính di động không đảm bảo rằng tín hiệu là chính xác, có ý nghĩa lâm sàng hoặc phù hợp cho mọi mục đích. Một số thiết bị hiển thị điểm số đơn giản hóa hoặc phản hồi tương tác; giao diện người dùng tách biệt với phương pháp đo lường cơ bản.

Các phương pháp tiếp cận mới nổi khác có thể kết hợp neurofeedback với các cảm biến bổ sung hoặc các hình thức phản hồi khác. Những sự kết hợp như vậy khiến cho việc xác định tín hiệu nào đang được đo và phần mềm làm gì với nó trở nên đặc biệt quan trọng. Tài liệu rõ ràng về vị trí đặt cảm biến, cách xử lý dữ liệu và các giới hạn diễn giải sẽ mang lại nhiều thông tin hữu ích hơn là những tuyên bố chung chung về “rèn luyện trí não”.

Bên trong thiết bị Neurofeedback: Xử lý tín hiệu và các vòng phản hồi

Mọi hệ thống neurofeedback đều chạy qua cùng một quy trình ba giai đoạn, và chất lượng của từng giai đoạn quyết định liệu người dùng có thực sự học được cách điều chỉnh trạng thái não bộ của họ hay không:

• Thu nhận tín hiệu thu thập dữ liệu EEG hoặc fNIRS thô trong khi phải đối phó với nhiễu từ chớp mắt, căng cơ và chuyển động của dây cáp.

• Xử lý tín hiệu lọc các nhiễu ảnh (artifacts) và tách biệt các dải tần số như theta, alpha, SMR và beta tương ứng với các trạng thái tinh thần khác nhau.

• Thuật toán phản hồi chuyển đổi những thay đổi trong hoạt động sóng não mục tiêu thành các tín hiệu thị giác hoặc thính giác thúc đẩy quá trình học hỏi.

Thu nhận tín hiệu là điểm khởi đầu. Các cảm biến áp vào đầu sẽ thu nhận các dao động điện (EEG) hoặc những thay đổi về lượng oxy trong máu (fNIRS). Tín hiệu ở giai đoạn này rất nhỏ và bị lấn át bởi nhiễu từ chớp mắt, căng cơ và thậm chí cả sự chuyển động nhẹ của dây cáp. Những gì bạn thực sự ghi lại được là sự kết hợp giữa hoạt động của não và tạp âm nền.

Mớ hỗn độn đó được làm sạch trong giai đoạn xử lý tín hiệu. Phần mềm của thiết bị sẽ lọc bỏ các nhiễu ảnh đã biết và phân tách đường tín hiệu thô thành các dải tần số khác nhau bằng toán học—theta, alpha, nhịp cảm giác vận động (SMR), beta và các dải khác.

Mỗi dải tần có liên hệ lỏng lẻo với các trạng thái tinh thần: hoạt động theta chậm hơn có xu hướng xuất hiện khi bạn buồn ngủ hoặc tập trung vào nội tâm, trong khi hoạt động beta nhanh hơn thường đi kèm với sự tập trung chủ động. Thiết bị neurofeedback nhằm mục đích tách riêng dải tần mà quy trình huấn luyện hướng tới, chẳng hạn như tăng SMR 12‑15 Hz để có sự tỉnh táo bình tĩnh hoặc tăng cường beta 15‑18 Hz để duy trì sự chú ý.

Dữ liệu đã qua xử lý sau đó sẽ đi vào thuật toán phản hồi, phần biến các con số thành sự học hỏi. Phần mềm lấy biên độ hoặc tỷ lệ hiện tại của một dải tần số đã chọn và chuyển đổi nó thành một tín hiệu thị giác hoặc thính giác. Bạn có thể thấy một chiếc xe tăng tốc trên đường, nghe tiếng chuông reo to hơn hoặc nhìn một mảnh ghép khớp vào vị trí—tất cả đều được thúc đẩy bởi việc liệu não của bạn có đang hướng tới trạng thái mục tiêu hay không.

Thuật toán quyết định mức độ phản hồi nhanh chóng của phản hồi, mức độ thay đổi nào sẽ kích hoạt phần thưởng và mức độ dung sai của hệ thống khi sự chú ý của bạn dao động. Một vòng lặp chậm chạp cập nhật quá chậm sẽ khiến bạn khó kết nối nỗ lực tinh thần của mình với kết quả, trong khi một vòng lặp quá nhảy nhót có thể gây cảm giác bối rối.

Một đánh giá nghiên cứu năm 2023 về các công nghệ neurofeedback tiêu dùng nhấn mạnh rằng những thiết bị này được thiết kế với ưu tiên hàng đầu là tính khả dụng. “Sức hấp dẫn lâm sàng” của chúng xuất phát một phần từ việc toàn bộ quy trình—từ việc loại bỏ nhiễu ảnh đến thiết kế trò chơi phản hồi—đã được thiết kế kỹ thuật để hoạt động trơn tru cho một người chưa từng sử dụng thiết bị đọc não trước đây.

Khi hệ thống hoạt động như một thể thống nhất liền mạch, ngay cả người mới bắt đầu cũng có thể bắt đầu nhận thấy mối quan hệ giữa trạng thái bên trong của họ và phản hồi kỹ thuật số trên màn hình.

Đánh giá bằng chứng khoa học cho Neurofeedback

Như vậy tính hợp lý về mặt kỹ thuật là rõ ràng, nhưng điều gì sẽ xảy ra khi các nhà nghiên cứu thực sự đưa các thiết bị neurofeedback vào thử nghiệm? Bằng chứng là một bức tranh chắp vá gồm các bài tổng quan rộng, các thử nghiệm ngẫu nhiên có mục tiêu và các báo cáo dựa trên từng ca bệnh. Việc xem xét kỹ lưỡng cho thấy cả tiềm năng thực sự lẫn những lỗ hổng lớn.

Một khảo sát về các thiết bị EEG và fNIRS cấp độ người tiêu dùng phục vụ cho sức khỏe tâm thần và hạnh phúc đã kiểm tra các tài liệu hiện có cho các tình trạng như ADHD, lo âu, trầm cảm và động kinh. Đánh giá lưu ý rằng có “bằng chứng cho thấy hiệu quả của các thiết bị neurofeedback,” nghĩa là một số nghiên cứu có báo cáo về những cải thiện.

Tuy nhiên, cùng phân tích đó cũng cảnh báo rằng tổng thể các nghiên cứu “thiếu các thử nghiệm được kiểm soát chặt chẽ.” Nếu không có các nhóm so sánh được thiết kế cẩn thận, thật khó để biết bao nhiêu phần của sự cải thiện đến từ chính neurofeedback so với sự trôi qua của thời gian, sự chú ý tăng thêm khi tham gia vào một nghiên cứu, hay đơn giản là việc ngồi yên lặng trong khi đeo headset.

Một bức tranh chính xác hơn đến từ một thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng (RCT) xem xét hệ thống phản hồi sinh học EEG tự động tại một trung tâm điều trị nội trú cho những người mắc rối loạn sử dụng chất gây nghiện. Tất cả 95 người tham gia đều có biểu hiện suy giảm khả năng chú ý đo lường được lúc ban đầu và tất cả đều nhận được gói tư vấn tiêu chuẩn gồm tư vấn nhóm, gia đình và cá nhân. Sau đó, họ được chia ngẫu nhiên thành ba nhóm:

1. Nhóm AEB: 15 phiên phản hồi sinh học EEG tự động, do chính thiết bị vận hành.

2. Nhóm CEB: 15 phiên phản hồi sinh học có bác sĩ lâm sàng hướng dẫn.

3. Nhóm AT: 15 phiên trị liệu tiêu chuẩn bổ sung mà không có phản hồi sinh học.

Kết quả được đo bằng Bài kiểm tra các biến số của sự chú ý (TOVA), một nhiệm vụ trên máy tính theo dõi mức độ duy trì sự tập trung và ức chế các phản ứng bốc đồng của một người. Nhóm AT không cho thấy sự thay đổi nào trên bất kỳ chỉ số TOVA nào. Ngược lại, cả hai nhóm phản hồi sinh học—tự động và có bác sĩ hướng dẫn—đều cải thiện đáng kể về sự biến thiên thời gian phản ứng, lỗi bỏ sót, lỗi hoa hồng và d-prime (thước đo độ nhạy của sự chú ý).

Tất cả các so sánh đó đều đạt giá trị p dưới .01, cho thấy những thay đổi này rất khó xảy ra do nhiễu ngẫu nhiên. Điều quan trọng là nhóm tự động và nhóm có bác sĩ hướng dẫn không có sự khác biệt với nhau. Một hệ thống độc lập được thiết kế tốt đã hoạt động hiệu quả tương đương với cùng một quy trình do chuyên gia được đào tạo thực hiện, ít nhất là trong nhóm đối tượng cụ thể này và đối với các kết quả liên quan đến sự chú ý.

Phát hiện này cho chúng ta biết rằng các thuật toán bên trong và thiết kế phản hồi của thiết bị có thể, trong các điều kiện có kiểm soát, tạo ra những thay đổi nhận thức có ý nghĩa về mặt thống kê. Tuy nhiên, nghiên cứu nhắm vào một nhóm người hẹp (những người đang cai nghiện chất có suy giảm khả năng chú ý), vì vậy chúng ta không thể vội vàng kết luận rằng hệ thống tự động tương tự sẽ mang lại kết quả giống hệt cho một đứa trẻ mắc ADHD hoặc một người mắc chứng lo âu nói chung.

Dữ liệu lâm sàng rộng hơn thường đến từ các nghiên cứu ca bệnh hơn là các thử nghiệm lớn. Chẳng hạn, một loạt các cá nhân được điều trị bằng phương pháp Live Z-score training (LZT)—một loại neurofeedback sử dụng cơ sở dữ liệu chuẩn để tạo phản hồi theo từng khoảnh khắc phản ánh nhiều mối quan hệ EEG—đã ghi nhận sự dịch chuyển trong các mô hình sóng não hướng tới các hồ sơ điển hình hơn.

Các tác giả quan sát thấy rằng các chỉ số QEEG đã thay đổi qua nhiều phiên và những thay đổi này đi kèm với sự cải thiện về mặt lâm sàng. Các nghiên cứu ca bệnh có giá trị trong việc tạo ra các ý tưởng và chứng minh những gì có thể xảy ra trong một phòng khám thực tế. Tuy nhiên, chúng không thể thay thế cho nghiên cứu có đối chứng.

Nếu không có một nhóm người không nhận LZT, sẽ không có cách nào biết liệu những cải thiện tương tự có tự xảy ra hay xảy ra với một can thiệp khác hay không. Do đó, mặc dù các báo cáo về Live Z-score rất đáng khích lệ, chúng vẫn nằm trong danh mục “giai thoại đầy hứa hẹn” hơn là bằng chứng đã được xác lập.

Tầm quan trọng của độ tin cậy trong các thiết bị Neurofeedback

Một thiết bị neurofeedback có thể sở hữu các thuật toán thông minh nhất thế giới, nhưng nếu phần cứng không nhất quán hoặc trải nghiệm giống như đang vận hành một thiết bị hỏng, thì mọi tiềm năng trị liệu sẽ biến mất. Hai khía cạnh của toàn bộ hệ thống ảnh hưởng lớn đến kết quả thực tế: độ tin cậy kỹ thuật và thiết kế thân thiện với người dùng.

Một nghiên cứu thiết bị đơn giản đã kiểm tra xem hai bo mạch máy tính bên trong khác nhau của cùng một mẫu thiết bị neurofeedback—Focused Technology F‑1000—có tạo ra kết quả khớp nhau hay không. Tám người tham gia lần lượt được kết nối với hai bo mạch. Nhiệt độ ngón tay và các chỉ số EEG tại hai vị trí trên da đầu đã được ghi lại.

Phân tích cho thấy hai máy tính này hầu như giống hệt nhau trong các phép đo của chúng. Hầu như tất cả sự biến thiên trong dữ liệu đều đến từ chính con người, chứ không phải từ máy móc. Điều này cho chúng ta biết rằng ít nhất một số thiết bị neurofeedback độc lập có thể cung cấp phần cứng có khả năng lặp lại và nhất quán nội bộ. Nếu một thiết bị cho thấy sự thay đổi trong mô hình sóng não của bạn qua các phiên, bạn có thể tương đối tự tin rằng sự thay đổi đó đang diễn ra ở bạn, chứ không phải do máy bắt đầu đọc khác đi.

Yếu tố thứ hai là tính khả dụng. Các thiết bị neurofeedback tiêu dùng được chế tạo rõ ràng để mọi người sử dụng tại nhà. Đánh giá về các công nghệ này chỉ ra rằng các yếu tố như giao diện ứng dụng trực quan, vị trí đặt cảm biến đơn giản và cách hiển thị phản hồi rõ ràng là những yếu tố mang lại cho các công cụ này “sức hấp dẫn lâm sàng” bên ngoài phòng thí nghiệm.

Một thiết bị gia đình đòi hỏi phải có bằng kỹ sư mới vận hành được thì cuối cùng sẽ nằm xó trong ngăn kéo. Ngay cả thuật toán phản hồi tốt nhất cũng không thể dạy được bất cứ điều gì nếu không ai đeo headset. Vì vậy, mặc dù tính khả dụng có vẻ như là một điểm tinh tế trong thiết kế, nhưng nó thực sự là một phần cốt lõi trong quy trình hiệu quả của thiết bị. Một hệ thống ít gây khó chịu hơn khi sử dụng sẽ giữ chân mọi người đủ lâu để quá trình học hỏi diễn ra.

Khoảng cách giữa tuyên bố và bằng chứng của Neurofeedback

Gõ cụm từ “neurofeedback chữa ADHD” vào thanh tìm kiếm và bạn sẽ thấy những lời hứa hẹn về một giải pháp lâu dài, không dùng thuốc. Các quảng cáo thường nói như thể phương pháp điều trị này có thể xóa bỏ các triệu chứng lo âu một cách đáng tin cậy, làm sắc bén sự tập trung và thậm chí cải thiện giấc ngủ. Sẽ thật tiện lợi nếu các tài liệu khoa học ủng hộ toàn diện những tuyên bố đó, nhưng thực tế thì dè dặt hơn nhiều.

Các thiết bị chắc chắn ghi lại các tín hiệu sinh lý có thật, và thử nghiệm ngẫu nhiên với hệ thống tự động chứng minh rằng sự chú ý có thể cải thiện trong một nhóm lâm sàng. Đó là một bước tiến có ý nghĩa. Nhưng bức tranh nghiên cứu rộng lớn hơn vẫn còn chắp vá.

Đánh giá về các công nghệ neurofeedback tiêu dùng tuyên bố rõ ràng rằng tài liệu nghiên cứu vẫn chưa có kết luận dứt khoát khi nói về các tình trạng sức khỏe tâm thần thường được trích dẫn nhiều nhất trong các tài liệu tiếp thị. Đơn giản là chưa có đủ các thử nghiệm được kiểm soát chặt chẽ so sánh thiết bị neurofeedback với biện pháp giả lập đáng tin cậy hoặc phương pháp điều trị đã được thiết lập. Cho đến khi những nghiên cứu đó tích lũy đủ, các tuyên bố rộng rãi về việc chữa khỏi ADHD hoặc loại bỏ lo âu vẫn đi trước bằng chứng.

Chuỗi ca bệnh Live Z-score bổ sung thêm góc nhìn thú vị, nhưng nó không khỏa lấp được khoảng trống. Việc quan sát thấy một số ít cá nhân có những thay đổi EEG và cảm thấy tốt hơn không đồng nghĩa với việc chứng minh rằng can thiệp đó đã gây ra những thay đổi vượt ra ngoài hiệu ứng giả dược.

Tương tự như vậy, các kết quả tích cực từ nghiên cứu điều trị nội trú người sử dụng chất gây nghiện là rất đáng hào hứng vì chúng đến từ một thử nghiệm RCT, tuy nhiên chúng trả lời cho một câu hỏi rất cụ thể về sự chú ý ở một nhóm đối tượng đặc thù. Một thanh thiếu niên đang vật lộn với chứng giảm chú ý ở trường học có thể có trạng thái não bộ ban đầu rất khác và một môi trường khác, do đó cùng một quy trình có thể không mang lại kết quả giống hệt.

Lập trường phù hợp là coi các tuyên bố phổ biến như những lời hứa chưa được chứng minh và thay vào đó hãy nhìn vào những gì dữ liệu có kiểm soát thực sự thể hiện: rằng một số thiết bị có thể tạo ra những cải thiện sự chú ý đo lường được ở các nhóm xác định, rằng bản thân phần cứng có thể đáng tin cậy và rằng các hệ thống tự động có thể sánh ngang với hiệu quả của các phiên do bác sĩ hướng dẫn trong các bối cảnh đó. Con đường từ “tín hiệu đầy hứa hẹn” đến “phương pháp điều trị đã được chứng minh cho một tình trạng rộng lớn” đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn nữa.

Làm thế nào bạn có thể khám phá Neurofeedback thông qua các công cụ Emotiv phục vụ giảng dạy và nghiên cứu?

Mọi điều ở trên đều chỉ ra cùng một kết luận: hệ thống neurofeedback là một chu trình xử lý, và cách tốt nhất để hiểu nó là quan sát từng giai đoạn hoạt động. Đó là nơi phần cứng và phần mềm EEG của Emotiv phát huy tác dụng. Chúng giúp việc ghi lại tín hiệu, kiểm tra quá trình xử lý và tự thiết kế phản hồi trở nên khả thi, cho dù trong lớp học, phòng nghiên cứu hay tại bàn làm việc của lập trình viên.

Việc làm rõ mục đích ngay từ đầu sẽ rất hữu ích.

Công cụ Emotiv dùng để làm gì: giảng dạy cách thức hoạt động của neurofeedback, nghiên cứu các mô hình phản hồi, tạo nguyên mẫu các ứng dụng phản hồi, và khám phá sự tập trung cũng như sự bình tĩnh cho sở thích cá nhân.

Chúng không dùng để làm gì: Các sản phẩm của Emotiv chỉ dành cho các ứng dụng nghiên cứu và sử dụng cá nhân. Chúng không phải là thiết bị y tế và không được thiết kế hoặc nhằm mục đích chẩn đoán, điều trị hoặc quản lý ADHD, lo âu hoặc bất kỳ tình trạng nào khác. Chúng không thể thay thế cho neurofeedback do bác sĩ lâm sàng thực hiện.

Làm thế nào người dùng có thể trải nghiệm các vòng phản hồi Neurofeedback trực tiếp thông qua các ứng dụng tương tác?

Emotiv Play là một tập hợp các trò chơi di động điều khiển bằng não bộ dành cho tai nghe MN8 và vòng đeo đầu Insight. Mỗi trò chơi đều tuân theo chu trình được mô tả trước đó: headset cảm nhận tín hiệu não, các thuật toán học máy chuyển đổi chúng thành các lệnh trong trò chơi và người chơi nhìn thấy kết quả. Ví dụ, trong Mindful Garden, hoa sẽ nở khi người chơi duy trì được sự tập trung và bình tĩnh.

Người chơi chạy một bước hiệu chuẩn ngắn để thiết lập đường cơ sở cá nhân và có thể huấn luyện lại các lệnh, điều chỉnh độ nhạy hoặc thay đổi độ khó trong cài đặt. Những cài đặt đó chính là các quyết định về thuật toán phản hồi đã thảo luận ở trên: mức độ thay đổi nào sẽ kích hoạt phần thưởng và mức độ dung sai của hệ thống khi sự chú ý bị phân tán.

Nói một cách chính xác, các trò chơi được thúc đẩy bởi các lệnh tinh thần đã qua huấn luyện sẽ gần với giao diện não-máy tính (BCI) hơn là neurofeedback công suất dải tần cổ điển. Tuy nhiên, đối với người mới bắt đầu, chúng làm cho ý tưởng cốt lõi trở nên cụ thể: hoạt động của não thay đổi và màn hình phản hồi.

Emotiv BrainViz hiển thị hoạt động EEG dưới dạng hình ảnh trực quan hóa 3D theo thời gian thực và kết nối với Epoc X cùng Insight. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng BrainViz với headset Epoc X để cung cấp neurofeedback dải alpha trong một nghiên cứu năm 2024 được thảo luận dưới đây.

Làm thế nào các nhà phát triển có thể xây dựng các vòng phản hồi Neurofeedback tùy chỉnh bằng cách sử dụng API và các gói dành cho nhà phát triển?

Đối với sinh viên và nhà phát triển muốn tự thiết kế giai đoạn phản hồi, Cortex API cung cấp quyền truy cập thời gian thực vào dữ liệu dải tần số (FFT và công suất dải), các chỉ số hiệu suất và dữ liệu chuyển động, với dữ liệu EEG thô có sẵn ở các cấp độ nhà phát triển cao hơn. Với một đoạn mã ngắn, sinh viên có thể ánh xạ công suất alpha với âm lượng của một giai điệu hoặc kích thước của một hình dạng trên màn hình, sau đó thử nghiệm với ngưỡng và tốc độ cập nhật. Đó là cách trực tiếp nhất để khám phá lý do tại sao một vòng lặp cập nhật quá chậm lại tạo cảm giác mất kết nối, và tại sao một vòng lặp phản ứng quá nhanh lại gây bối rối.

EmotivPRO bao gồm việc ghi và phân tích: EEG thô, dấu hiệu sự kiện để phân tách các khối huấn luyện với các khối nghỉ ngơi, và hỗ trợ Lab Streaming Layer để đồng bộ hóa với các công cụ như PsychoPy, MATLAB và EEGLAB.

Thông qua EmotivPRO Builder và EmotivLABS, các nhà nghiên cứu cũng có thể xây dựng một thử nghiệm trên trình duyệt và xuất bản thử nghiệm đó tới những người tham gia sở hữu headset Emotiv. Một nghiên cứu chứng minh khái niệm năm 2023 đã sử dụng phương pháp này để thu thập EEG lúc nghỉ khi mở mắt và nhắm mắt từ xa, và quan sát thấy sự sụt giảm dự kiến của công suất alpha khi người tham gia mở mắt. Alpha là nhịp điệu tương tự mà nhiều quy trình neurofeedback nhắm tới.

Các nghiên cứu được bình duyệt sử dụng Emotiv cho thấy điều gì

Các nhóm nghiên cứu độc lập đã sử dụng headset Emotiv để nghiên cứu trực tiếp về neurofeedback. Kết quả của họ tuân theo mô hình tương tự như các tài liệu rộng lớn hơn: những thay đổi trong tín hiệu được huấn luyện là có thể đo lường được, trong khi các lợi ích về hành vi thì ít chắc chắn hơn.

Nghiên cứu của Naas là một ví dụ hữu ích cho điểm trọng tâm của bài viết này. Nghiên cứu đã sử dụng đối chứng giả lập mà các bài đánh giá yêu cầu, và nhận thấy rằng những người tham gia có thể thay đổi tín hiệu được huấn luyện mà sự thay đổi đó không chuyển biến thành hiệu suất trí nhớ. Một thiết bị làm thay đổi một tín hiệu thì bản thân điều đó không đồng nghĩa với việc nó đã làm thay đổi một hành vi.

Headset EEG di động hỗ trợ giáo dục khoa học thần kinh thực hành như thế nào?

Các hệ thống neurofeedback lâm sàng được chế tạo cho các môi trường lâm sàng, đi kèm với chi phí và yêu cầu đào tạo tương ứng. Đối với các nhà giáo dục có mục tiêu giảng dạy khái niệm, một headset EEG di động thường là lựa chọn thực tế hơn. Nhóm của de Wit đã mô tả phòng thí nghiệm dựa trên Emotiv của họ là tiết kiệm chi phí, có thể mở rộng quy mô và có tính di động cao, và Emotiv cung cấp các gói giáo dục cho việc học tập khoa học thần kinh thực hành và BCI.

Một trình tự giảng dạy có thể đi theo ba giai đoạn của quy trình, sau đó kết thúc bằng câu hỏi về bằng chứng:

1. Thu nhận: Ghi lại trạng thái nghỉ khi mở mắt và nhắm mắt rồi quan sát alpha tăng lên khi nhắm mắt. Sau đó yêu cầu sinh viên chớp mắt và nghiến chặt hàm để họ thấy nhiễu ảnh trông như thế nào trước khi nhầm lẫn chúng với hoạt động của não.

2. Xử lý: Quan sát bản ghi tương tự dưới dạng các dải tần số trong EmotivPRO hoặc BrainViz, và thảo luận về những gì mỗi dải tần đại diện và không đại diện.

3. Phản hồi: Sử dụng Cortex API để xây dựng một vòng lặp alpha-sang-âm thanh đơn giản, sau đó thay đổi ngưỡng và tốc độ cập nhật để so sánh cảm giác của từng phiên bản mang lại.

4. Bằng chứng: Chạy một thử nghiệm nhỏ trong lớp học mô phỏng theo nghiên cứu của Naas, với một nửa nhóm nhận phản hồi thực và một nửa nhận phản hồi giả lập, để chỉ ra lý do tại sao các điều kiện đối chứng lại quan trọng.

Dữ liệu não bộ xứng đáng nhận được sự cẩn trọng trong lớp học tương tự như trong phòng thí nghiệm. Sinh viên cần biết những gì đang được ghi lại và đồng ý với điều đó, việc ghi dữ liệu của trẻ vị thành niên thường đòi hỏi sự đồng ý của phụ huynh và sự chấp thuận của nhà trường, và dữ liệu phải được lưu trữ cũng như chia sẻ theo chính sách của tổ chức và các thực hành bảo vệ dữ liệu của Emotiv.

Được sử dụng theo cách này, các công cụ của Emotiv không hứa hẹn sẽ thay đổi não bộ của bất kỳ ai. Chúng làm cho toàn bộ hệ thống neurofeedback trở nên trực quan, đó chính là sự hiểu biết mà bài viết này cho rằng mọi người mới bắt đầu đều cần có.

Con đường phía trước cho người mới bắt đầu với Neurofeedback

Khi bạn gạt bỏ sự cường điệu và nhìn vào toàn bộ thiết bị, những gì bạn thấy là một vòng lặp rèn luyện kỹ thuật với bằng chứng xác thực đằng sau nó, dù bằng chứng đó vẫn đang trong quá trình phát triển. Hệ thống neurofeedback không chỉ đơn thuần là một bộ điện cực; nó là một chu trình thông tin thu nhận các tín hiệu thần kinh, làm sạch chúng và biến chúng thành một trải nghiệm học hỏi.

Những gì lĩnh vực này cần tiếp theo là rất rõ ràng. Cần có thêm các thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng để kiểm tra các thiết bị độc lập cấp độ người tiêu dùng dành riêng cho ADHD, lo âu và các tình trạng khác thường được đề cập trong tiếp thị. Những nghiên cứu này cần bao gồm các nhóm đối chứng cho phép các nhà nghiên cứu tách biệt tác động cụ thể của neurofeedback khỏi sự thư giãn chung, kỳ vọng, hoặc đơn giản là việc dành thời gian cho một thiết bị mới lạ.

Việc so sánh trực tiếp các thuật toán phản hồi khác nhau cũng sẽ rất hữu ích. Nếu một loại trò chơi hoặc thời điểm thưởng dẫn đến việc học nhanh hơn và các thay đổi lâu dài hơn, thông tin đó sẽ định hướng cho cả thiết kế thiết bị lẫn các khuyến nghị lâm sàng.

Đối với một người mới bắt đầu khám phá neurofeedback, câu hỏi hữu ích nhất không phải là “Thiết bị này có sửa chữa não tôi không?” mà là “Khoa học thực tế nói gì về hệ thống cụ thể này đối với vấn đề cụ thể này?” Hãy tìm kiếm bằng chứng về tính nhất quán của phần cứng, các thử nghiệm có bao gồm điều kiện đối chứng, và các tính năng khả dụng giúp bạn duy trì sự gắn kết.

Công nghệ đang tiến bộ, và các bằng chứng, dù còn hạn chế, đang chỉ ra một số hướng đi thú vị. Hiểu được hệ thống một cách toàn diện—thay vì bị choáng ngợp bởi ý tưởng kiểm soát sóng não—chính là bước đầu tiên để nhận ra tiềm năng thực sự của nó.

Tài liệu tham khảo

1. Flanagan, K., & Saikia, M. J. (2023). Consumer-grade electroencephalogram and functional near-infrared spectroscopy neurofeedback technologies for mental health and wellbeing. Sensors, 23(20), 8482. https\://doi.org/10.3390/s23208482

2. Keith, J. R., Rapgay, L., Theodore, D., Schwartz, J. M., & Ross, J. L. (2015). An assessment of an automated EEG biofeedback system for attention deficits in a substance use disorders residential treatment setting. Psychology of Addictive Behaviors, 29(1), 17. https\://psycnet.apa.org/doi/10.1037/adb0000016

3. Collura, T. F., Guan, J., Tarrant, J., Bailey, J., & Starr, F. (2010). EEG biofeedback case studies using live Z-score training and a normative database. Journal of Neurotherapy, 14(1), 22-46. https\://doi.org/10.1080/10874200903543963

4. Hamilton, R. J., & Barnes, T. (2000). Neurofeedback Equipment Study One—Focused Technology F-1000 Main Board Investigation. Journal of Neurotherapy, 4(1), 63-70. https\://doi.org/10.1300/J184v04n01_07

5. Naas, A., Rodrigues, J., Knirsch, J. P., & Sonderegger, A. (2019). Neurofeedback training with a low-priced EEG device leads to faster alpha enhancement but shows no effect on cognitive performance: A single-blind, sham-feedback study. PLoS One, 14(9), e0211668. https\://doi.org/10.1371/journal.pone.0211668

6. Diotaiuti, P., Valente, G., Corrado, S., Tosti, B., Carissimo, C., Di Libero, T., ... & Mancone, S. (2024). Enhancing working memory and reducing anxiety in university students: A neurofeedback approach. Brain Sciences, 14(6), 578. https\://doi.org/10.3390/brainsci14060578

7. De Wit, B., Badcock, N. A., Grootswagers, T., Hardwick, K., Teichmann, L., Wehrman, J., ... & Kaplan, D. M. (2017). Neurogaming technology meets neuroscience education: a cost-effective, scalable, and highly portable undergraduate teaching laboratory for neuroscience. Journal of Undergraduate Neuroscience Education, 15(2), A104.

Các câu hỏi thường gặp

Neurofeedback là gì?

Neurofeedback là một kỹ thuật cung cấp phản hồi theo thời gian thực về hoạt động của não bộ, cho phép một người học cách thay đổi trạng thái não của họ. Kỹ thuật này thường sử dụng EEG để phát hiện các mô hình điện học hoặc fNIRS để theo dõi lưu lượng máu, sau đó chuyển đổi các tín hiệu đó thành một trò chơi hoặc âm thanh.

Thiết bị neurofeedback hoạt động như thế nào?

Một thiết bị neurofeedback trải qua ba giai đoạn: thu nhận tín hiệu, xử lý tín hiệu và thuật toán phản hồi. Cảm biến thu nhận tín hiệu não, phần mềm làm sạch chúng và phân tách các dải tần số cụ thể, sau đó thuật toán phản hồi sẽ chuyển dữ liệu đã xử lý thành các tín hiệu thị giác hoặc thính giác hướng dẫn việc học hỏi.

Các dải tần số sóng não khác nhau có ý nghĩa gì?

Các dải tần số khác nhau có liên hệ lỏng lẻo với các trạng thái tinh thần: hoạt động theta chậm hơn xuất hiện khi buồn ngủ hoặc tập trung nội tâm, trong khi hoạt động beta nhanh hơn đi kèm với sự tập trung chủ động. Neurofeedback phân tách các dải tần mục tiêu, chẳng hạn như nhịp cảm giác vận động để có sự tỉnh táo bình tĩnh hoặc beta để duy trì sự chú ý.

Các thiết bị neurofeedback sử dụng loại cảm biến nào?

Các thiết bị neurofeedback thường sử dụng nhất là các cảm biến EEG (phát hiện các mô hình điện trên da đầu) và đôi khi sử dụng các cảm biến fNIRS (theo dõi lưu lượng máu). Cả hai đều thu nhận các tín hiệu thần kinh vốn sẽ được xử lý thành phản hồi cho người dùng.

Neurofeedback có được khoa học chứng minh là điều trị được ADHD hoặc lo âu không?

Các tài liệu nghiên cứu vẫn chưa đưa ra kết luận dứt khoát, và một đánh giá gần đây về các headset EEG cấp độ người tiêu dùng đã ghi nhận tình trạng thiếu các thử nghiệm được kiểm soát chặt chẽ. Một số nghiên cứu báo cáo có sự cải thiện, nhưng các tuyên bố rộng rãi rằng neurofeedback chữa khỏi ADHD hoặc loại bỏ lo âu vẫn đi trước các bằng chứng.

Một thiết bị neurofeedback tự động có thể hoạt động mà không cần bác sĩ lâm sàng không?

Có, thử nghiệm ngẫu nhiên đã chỉ ra rằng một hệ thống phản hồi sinh học EEG tự động hoạt động hiệu quả tương đương với phản hồi sinh học có bác sĩ hướng dẫn. Trong nghiên cứu cụ thể đó, một hệ thống độc lập được thiết kế tốt đã tạo ra những cải thiện giống như một chuyên gia được đào tạo.

Các thiết bị neurofeedback tiêu dùng có đáng tin cậy không?

Một nghiên cứu phần cứng trên Focused Technology F-1000 cho thấy hai bo mạch máy tính bên trong tạo ra các phép đo gần như giống hệt nhau, cho thấy rằng ít nhất một số thiết bị có sự nhất quán nội bộ. Khi một thiết bị cho thấy sự thay đổi qua các phiên, người dùng có thể tương đối tự tin rằng sự thay đổi nằm ở chính họ chứ không phải do máy.

Live Z-score training là gì?

Live Z-score training là một loại neurofeedback sử dụng cơ sở dữ liệu chuẩn để cung cấp phản hồi theo từng khoảnh khắc về nhiều mối quan hệ EEG. Các nghiên cứu ca bệnh ghi nhận sự dịch chuyển hướng tới các hồ sơ sóng não điển hình hơn, nhưng những báo cáo đó chỉ là những giai thoại đầy hứa hẹn hơn là bằng chứng có đối chứng.

Người mới bắt đầu nên tìm kiếm điều gì khi chọn thiết bị neurofeedback?

Người mới bắt đầu nên hỏi xem khoa học nói gì về một hệ thống cụ thể đối với một vấn đề cụ thể, thay vì tin vào những lời hứa hẹn tiếp thị chung chung. Hãy tìm kiếm bằng chứng về tính nhất quán của phần cứng, các thử nghiệm có điều kiện đối chứng và các tính năng khả dụng giúp bạn duy trì sự gắn kết.