Hemoencephalography ( HEG ) เป็น เทคนิค neurofeedbackในสาขา neurotherapy Neurofeedback ซึ่งเป็นรูปแบบเฉพาะของbiofeedbackนั้นตั้งอยู่บนแนวคิดที่ว่ามนุษย์สามารถเปลี่ยนแปลงการทำงานของสมองได้อย่างมีสติผ่านการฝึกฝน โดยพยายามเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่สร้างขึ้นโดยสมองและวัดผ่านกลไกการตอบสนองทางระบบประสาท เมื่อเสร็จสิ้นกระบวนการ ผู้เข้าร่วมจะเพิ่มการไหลเวียนของเลือดในสมองไปยังบริเวณที่กำหนดของสมอง ส่งผลให้กิจกรรมของสมองและประสิทธิภาพในการทำงานที่เกี่ยวข้องกับบริเวณเฉพาะของสมองเพิ่มขึ้น^{[ 1 ]}

ทั้งสองวิธีในการตรวจวัดการไหลเวียนโลหิตในสมอง ได้แก่ วิธีอินฟราเรดใกล้และวิธีอินฟราเรดแบบพาสซีฟ ล้วนเป็นการวัดกิจกรรมทางประสาททางอ้อมโดยอาศัยกลไกการเชื่อมโยงระหว่างระบบประสาทและหลอดเลือด กลไกการเชื่อมโยงนี้คือกลไกที่การไหลเวียนของเลือดในสมองสอดคล้องกับกิจกรรมการเผาผลาญ เมื่อบริเวณใดบริเวณหนึ่งของเปลือกสมองถูกใช้งานในงานด้านการรับรู้เฉพาะอย่าง กิจกรรมของเซลล์ประสาทในบริเวณนั้นจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้เพิ่มอัตราการเผาผลาญในบริเวณนั้นด้วย เพื่อให้ทันกับความต้องการสารอาหารและการกำจัดของเสียที่เพิ่มขึ้น การไหลเวียนของเลือดไปยังบริเวณเปลือกสมองที่ใช้งานอยู่จึงต้องเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน พร้อมกับการเพิ่มขึ้นของการไหลเวียน โมเลกุลของฮีโมโกลบินในเลือด ซึ่งมีหน้าที่ในการขนส่งและถ่ายโอนออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อทั่วร่างกาย จะต้องเพิ่มปริมาณออกซิเจนที่ส่งไปยังบริเวณเปลือกสมองที่ถูกกระตุ้น ส่งผลให้ระดับออกซิเจนในเลือดในบริเวณนั้นสูงขึ้น นี่เรียกว่าการตอบสนอง ทางด้านการไหลเวียนโลหิต (haemodynamic response )

เทคนิคการตรวจ วัดการไหลเวียนโลหิตในสมองด้วยแสงอินฟราเรดใกล้ (Near Infrared Hemoencephalography หรือ NIR) ซึ่งพัฒนาโดย Hershel Toomim นั้น วัดการเปลี่ยนแปลงระดับออกซิเจนในเลือดเฉพาะที่ คล้ายกับ การถ่ายภาพด้วย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงฟังก์ชัน (Functional Magnetic Resonance Imagingหรือ fMRI) ซึ่งใช้การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของเลือดที่เกิดจากออกซิเจนเพื่อสร้างภาพกิจกรรมของสมอง NIR ใช้การเปลี่ยนแปลงความโปร่งใสของเลือดที่เกิดจากออกซิเจนเพื่อสร้างสัญญาณที่สามารถควบคุมได้อย่างมีสติในการฝึกการควบคุมระบบประสาท (Neurofeedback) ในระดับพื้นฐานที่สุด NIR hemoencephalography จะฉายแสงสีแดง (660 นาโนเมตร) และแสงอินฟราเรดใกล้ (850 นาโนเมตร) สลับกันไปยังบริเวณที่กำหนดของสมอง โดยปกติจะผ่านทางหน้าผาก ในขณะที่กะโหลกศีรษะส่วนใหญ่โปร่งแสงต่อคลื่นแสงเหล่านี้ แต่เลือดไม่โปร่งแสง แสงสีแดงใช้เป็นตัวตรวจวัด ในขณะที่แสงอินฟราเรดให้ค่าพื้นฐานที่ค่อนข้างคงที่สำหรับการเปรียบเทียบ เซลล์โฟโตอิเล็กทริกในอุปกรณ์สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ที่สวมไว้บนหน้าผากจะวัดปริมาณแสงแต่ละความยาวคลื่นที่สะท้อนจากการไหลเวียนของเลือดในสมองในเนื้อเยื่อคอร์เท็กซ์ที่ถูกกระตุ้น และส่งข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะคำนวณอัตราส่วนของแสงสีแดงต่อแสงอินฟราเรดและแปลงเป็นสัญญาณภาพที่สอดคล้องกับระดับออกซิเจนบนอินเทอร์เฟซกราฟิกที่ผู้ป่วยสามารถมองเห็นได้ สารอาหารหลักที่ตรวจสอบโดย NIR คือออกซิเจน ใน NIR เมื่ออัตราส่วนของฮีโมโกลบินที่มีออกซิเจน (HbO2 )ต่อฮีโมโกลบินที่ไม่มีออกซิเจน (Hb) เพิ่มขึ้น เลือดจะมีความโปร่งแสงน้อยลงเรื่อยๆ และกระจายแสงสีแดงมากขึ้น แทนที่จะดูดซับ ในทางตรงกันข้าม ปริมาณแสงอินฟราเรดที่กระจายโดยเลือดนั้นแทบจะไม่สามารถซึมผ่านการเปลี่ยนแปลงในระดับออกซิเจนของฮีโมโกลบินได้^{[ 2 ]}

HEG แบบอินฟราเรดแบบพาสซีฟ ซึ่งพัฒนาโดย Jeffrey Carmen นักจิตวิทยาเอกชนในนิวยอร์ก เป็นการผสมผสานหลักการเฮโมเอนเซฟาโลแกรมแบบคลาสสิกที่ Toomim ใช้ และเทคนิคที่เรียกว่าเทอร์โมสโคปี PIR ใช้เซนเซอร์ที่คล้ายกับเซนเซอร์ NIR เพื่อตรวจจับแสงจากแถบแคบของสเปกตรัมอินฟราเรดที่สอดคล้องกับปริมาณความร้อนที่เกิดจากบริเวณสมองที่ทำงานอยู่ รวมถึงระดับออกซิเจนในเลือดเฉพาะที่ ความร้อนที่ตรวจพบโดย PIR เป็นสัดส่วนกับปริมาณน้ำตาลที่ถูกเผาผลาญเพื่อรักษาระดับการเผาผลาญที่เพิ่มขึ้นซึ่งจำเป็นต่อการกระตุ้นกิจกรรมของเซลล์ประสาทที่สูงขึ้น PIR มีความละเอียดต่ำกว่า NIR และการรักษานี้มักจะมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มขึ้นของการไหลเวียนของเลือดในสมองโดยรวมมากกว่า^{[ 3 ]}

การใช้เทคนิคการควบคุมคลื่นสมองด้วยสัญญาณป้อนกลับ (neurofeedback) ครั้งแรกอย่างแท้จริงเกิดขึ้นในปี 1963 เมื่อศาสตราจารย์โจเซฟ คามิยะแห่งมหาวิทยาลัยชิคาโกฝึกอาสาสมัครให้รู้จักและเปลี่ยนแปลงคลื่นสมองอัลฟา เพียงห้าปีต่อมา แบร์รี สเตอร์แมน ได้ทำการศึกษาปฏิวัติวงการกับแมวตามคำขอของนาซา ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าแมวที่ได้รับการฝึกให้เปลี่ยนแปลงจังหวะการรับ รู้และการเคลื่อนไหวอย่างมีสติ จะต้านทานต่อยาไฮดราซีนในปริมาณที่มักทำให้เกิดอาการชักได้ ผลการค้นพบนี้ถูกนำไปใช้กับมนุษย์ในปี 1971 เมื่อสเตอร์แมนฝึกผู้ป่วยโรคลมชักให้ควบคุมอาการชักของเธอผ่านการผสมผสานระหว่างจังหวะการรับรู้และการเคลื่อนไหวและการบำบัดด้วยคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG neurotherapy) จนกระทั่งเธอได้รับใบขับขี่หลังจากได้รับการรักษาเพียงสามเดือน ในเวลาเดียวกันนั้น เฮอร์เชล ทูมิม ได้ก่อตั้งห้องปฏิบัติการไบโอฟีดแบ็กทูมิมและสถาบันวิจัยไบโอคอมป์ขึ้นบนพื้นฐานของอุปกรณ์ที่เรียกว่า Alpha Pacer ซึ่งใช้วัดคลื่นสมอง หลังจากทำงานกับกลไกไบโอฟีดแบ็กต่างๆ มานานหลายทศวรรษ ในปี 1994 Toomim ได้ค้นพบการควบคุมการไหลเวียนของเลือดในสมองโดยบังเอิญ เขาได้พัฒนาอุปกรณ์เฉพาะสำหรับการวัดนี้ ซึ่งเขาเรียกว่าระบบ Near Infrared Spectrophotometry Hemencephalography และบัญญัติศัพท์ "hemoencephalography" ในปี 1997 Jeffrey Carmen แพทย์ผู้ใช้ NIR HEG ได้ดัดแปลงระบบของ Toomim สำหรับไมเกรนในปี 2002 โดยการบูรณาการไบโอฟีดแบ็กความร้อนส่วนปลายเข้ากับการออกแบบ ตั้งแต่นั้นมา เทคนิคทั้งสองนี้ได้ถูกนำไปใช้กับความผิดปกติมากมายของการทำงานของกลีบหน้าผากและกลีบหน้าผากส่วนหน้า Sherrill, R. (2004). ^{[ 4 ]}

ก่อนเริ่มการฝึกด้วยอุปกรณ์ HEG ผู้ป่วยจะได้รับการทดสอบก่อนการรักษาแบบมาตรฐาน ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นการทดสอบตัวแปรด้านความสนใจ (TOVA) เพื่อประเมินการทำงานของสมองในระดับพื้นฐาน ความคืบหน้าของผู้ป่วยจะถูกติดตามโดยใช้การวัดแบบเดียวกันนี้ทั้งในตอนเริ่มต้นและตอนสิ้นสุดของการบำบัดทางประสาททุกครั้ง การประเมิน ด้วยการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบเอกซ์เรย์ปล่อยโฟตอนเดี่ยว (SPECT) อาจดำเนินการก่อนและหลังการรักษา ขึ้นอยู่กับความผิดปกติของผู้ป่วย การฝึกแต่ละครั้งมักใช้เวลา 45 นาทีถึง 1 ชั่วโมง โดยมีช่วงพักเป็นระยะ ในช่วงเริ่มต้น การฝึกทุกครั้งจะดำเนินการที่คลินิกของผู้ให้บริการด้านการบำบัดทางประสาทที่ได้รับการรับรอง (แม้ว่าปัจจุบันจะมีตัวเลือกที่บ้านบ้างแล้ว) และเริ่มที่ความถี่ 2-3 ครั้งต่อสัปดาห์ ขึ้นอยู่กับผู้ป่วย การฝึกอาจใช้เวลาตั้งแต่สองสามเดือนถึงสองสามปี ความแปรปรวนสูงในกิจกรรมแสงสีแดง (ช่วงกว้างตั้งแต่ต่ำถึงสูง) มักเป็นลักษณะเฉพาะของผู้ที่มีปัญหาเกี่ยวกับสมองส่วนหน้า ความแปรปรวนต่ำเกี่ยวข้องกับการทำงานที่ปกติมากกว่า อัตราส่วนของการหักเหของแสงสีแดง/อินฟราเรดจะแสดงเป็นสัญญาณภาพบนจอคอมพิวเตอร์และยังสามารถแปลงเป็นสัญญาณเสียงได้ โดยระดับเสียงที่สูงขึ้นจะสอดคล้องกับระดับออกซิเจนที่สูงขึ้น ในระหว่างการฝึก HEG ผู้ป่วยจะพยายามเพิ่มสัญญาณที่สร้างโดยเซ็นเซอร์ HEG ความคืบหน้าจะวัดจากความแปรปรวนที่ลดลง^{[ 5 ]}

ปัจจุบัน เทคนิคการบำบัดทางประสาทที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือการใช้คลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) ซึ่งวัดกิจกรรมทางไฟฟ้าของสมองแทนการไหลเวียนของเลือด ผู้สนับสนุนการตรวจคลื่นเสียงในสมอง (HEG) ยืนยันว่า HEG มีข้อดีเหนือกว่า EEG ดังนี้:

• สัญญาณที่ตรงไปตรงมาและเสถียรกว่า EEG จึงตีความได้ง่ายกว่าและฝึกฝนได้เร็วกว่า
• มีโอกาสน้อยที่จะได้รับผลกระทบจากสิ่งรบกวนภายนอก เช่น สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าหรือสัญญาณแทรกซ้อนจากโลหะ เพราะ HEG เป็นการวัดการไหลเวียนของเลือด ไม่ใช่กิจกรรมทางไฟฟ้า
• มีโอกาสน้อยที่จะถูกรบกวนจากสิ่งแปลกปลอมภายนอก เช่น การเคลื่อนไหวของดวงตาและใบหน้า
• สามารถฝึกฝนที่บ้านได้เนื่องจากเซ็นเซอร์และอุปกรณ์สร้างสัญญาณมีขนาดเล็กและพกพาสะดวกกว่า^{[ 6 ]}

ข้อจำกัดหลักๆ ในทางปฏิบัติของ HEG เมื่อเปรียบเทียบกับ EEG มีดังนี้:

• เนื่องจากข้อจำกัดของเส้นผม เทคโนโลยีปัจจุบันจึงสามารถฝึกฝนได้เฉพาะบริเวณหน้าผากหรือบริเวณศีรษะล้านเท่านั้น ในขณะที่การวัดคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) สามารถทำได้จากทุกส่วนของหนังศีรษะ
• เทคโนโลยีปัจจุบันสามารถฝึกฝนได้เพียงครั้งละหนึ่งจุดเท่านั้น ในขณะที่ EEG สามารถใช้กับได้ตั้งแต่ 1 ถึง 19 จุดพร้อมกันด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน

ข้อเสียอื่นๆ ของ HEG สะท้อนให้เห็นถึงความไม่พอใจในปัจจุบันเกี่ยวกับ fMRI และเกิดจากลักษณะทางอ้อมของทั้งสองเทคนิค รวมถึงการพึ่งพาแบบแผนการไหลเวียนของเลือดในสมองของแต่ละบุคคล:

• ไม่สามารถใช้เป็นข้อมูลเปรียบเทียบระหว่างกลุ่มได้ เนื่องจากปริมาณการไหลเวียนของเลือดและความหนาของกะโหลกศีรษะแตกต่างกันไปในแต่ละบุคคล
• ไม่สามารถใช้เป็นมาตรวัดเชิงเวลาได้ เนื่องจากระดับออกซิเจนในเลือดไม่ได้เปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน
• ข้ออ้างเชิงกลไกไม่ได้รับการสนับสนุน เนื่องจากยังไม่พบความสัมพันธ์เชิงสาเหตุแบบย้อนกลับระหว่างการเพิ่มขึ้นของการไหลเวียนของเลือดและกิจกรรมของเซลล์ประสาท^{[ 7 ]}

งานวิจัยส่วนใหญ่ใน HEG มุ่งเน้นไปที่ความผิดปกติของเปลือกสมองส่วนหน้า (PFC) ซึ่งเป็นบริเวณเปลือกสมองที่อยู่ด้านหลังหน้าผากโดยตรง ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของสมองระดับสูง เช่น การวางแผน การตัดสินใจ การควบคุมอารมณ์ การยับยั้ง การจัดระเบียบ และการกำหนดเหตุและผล เปลือกสมองส่วนหน้าถือว่ามีความสำคัญต่อพฤติกรรมที่มุ่งเป้าหมายและเกี่ยวข้องกับสังคมทั้งหมด PFC เป็นเป้าหมายที่เหมาะสมสำหรับ HEG เนื่องจากทั้งตำแหน่งที่ตั้งบนหนังศีรษะ (ด้านหลังหน้าผาก ซึ่งไม่มีเส้นผมมารบกวนการกระเจิงของแสงสีแดงและอินฟราเรด) และความไวของหน้าที่หลักของมันต่อการเรียนรู้

การวิจัยเกี่ยวกับ PIR มุ่งเน้นไปที่การบรรเทาอาการปวดหัวจากความเครียดและไมเกรนเป็นหลัก การศึกษาเป็นเวลาสี่ปีใน ผู้ป่วย ไมเกรน เรื้อรัง 100 ราย พบว่าหลังจากการฝึกอบรมเพียงหกครั้ง ครั้งละ 30 นาที ผู้ป่วย 90% รายงานว่าอาการไมเกรนดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด การศึกษาอีกชิ้นหนึ่งได้รวมการวัดไบโอฟีดแบ็กของ EEG, การตรวจคลื่นสมอง และการอุ่นมือด้วยความร้อนในระหว่างการฝึกอบรมสามครั้งต่อสัปดาห์เป็นเวลา 14 เดือน ผู้ป่วย 70% พบว่าอาการไมเกรนลดลง 50% หรือมากกว่านั้นหลังจากได้รับการรักษาด้วยการบำบัดทางประสาทร่วมกับการใช้ยา เมื่อเทียบกับ 50% ที่ได้รับการรักษาด้วยยาแบบดั้งเดิมเพียงอย่างเดียว^{[ 8 ]}

คำว่าออทิสติกครอบคลุมกลุ่มอาการที่หลากหลาย เช่น โรคเร็ตต์ โรคพัฒนาการผิดปกติแบบครอบคลุม (PDD) และกลุ่มอาการแอสเพอร์เกอร์ ซึ่งรวมเรียกว่ากลุ่มอาการออทิสติกสเปกตรัม (ASD) ผู้ป่วย ASD ทุกคนแสดงให้เห็นถึงความบกพร่องในการเข้าใจและปฏิบัติทักษะทางสังคมและการสื่อสาร ความหุนหันพลันแล่น ความยากลำบากในการให้ความสนใจ และพฤติกรรมย้ำคิดย้ำทำบางอย่าง ผู้ป่วย ASD จำนวนมากมีระดับสติปัญญาปกติถึงสูงกว่าปกติ แต่แสดงผลการอ่านคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) ที่ผิดปกติอย่างมาก ซึ่งเมื่อรวมกับอาการที่บ่งบอกถึงความบกพร่องในการควบคุมการทำงานของสมอง ทำให้พวกเขาเป็นผู้ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการบำบัดทางระบบประสาทที่เน้นบริเวณสมองส่วนหน้า การศึกษามากมายที่สำรวจศักยภาพของการบำบัดทางระบบประสาทในการรักษา ASD ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับ EEG และ QEEG แต่การศึกษาล่าสุดชิ้นหนึ่งได้ตรวจสอบประสิทธิภาพของการฝึกทั้ง NIR และ PIR เทียบกับกลุ่มควบคุมที่ใช้ QEEG เพียงอย่างเดียว และพบว่า จากรายงานของผู้ปกครอง ผู้ที่อยู่ในกลุ่ม HEG ทั้งสองกลุ่มมีอาการลดลงมากกว่า 50% รายงานเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนจากการลดลงของความแปรปรวนของ EEG และการปรับปรุงในการวัดการทำงานทางชีววิทยาประสาทและจิตวิทยาประสาท พบว่า NIR มีผลกระทบต่อความสนใจมากกว่า ในขณะที่ PIR มีประสิทธิภาพมากกว่าในด้านการควบคุมอารมณ์และปฏิสัมพันธ์ทางสังคม^{[ 9 ]}

โรคสมาธิสั้น ( ADHD ) ซึ่งมีอาการหลายอย่างคล้ายคลึงกับ ASD ก็เป็นเป้าหมายของการวิจัย HEG เช่นกัน ในกรณีศึกษาหนึ่ง วัยรุ่นที่เป็น ADHD มีผลการตรวจ QEEG ที่ผิดปกติอย่างมากและคะแนนความสนใจในการทดสอบทางประสาทจิตวิทยา หลังจากเข้ารับการฝึก HEG เพียง 10 ครั้ง ทุกสองสัปดาห์ ผลการตรวจ QEEG ของเขากลับมาเป็นปกติอย่างสมบูรณ์และคะแนนการวัดความสนใจดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด สิ่งที่น่าสนใจในการวิจัยนี้คือ การปรับปรุงยังคงอยู่เป็นเวลา 18 เดือนหลังการรักษา ทำให้ผู้ป่วยสามารถลดการใช้ยาที่จำเป็นต่อการเรียนในโรงเรียนได้อย่างมาก และยังเป็นทางเลือกการรักษาที่รวดเร็วและค่อนข้างถูกสำหรับระบบโรงเรียนและผู้ปกครองของเด็กที่เป็น ADD/ADHD อีกด้วย^{[ 10 ]}

นักวิจัยกลุ่มใหญ่ที่นำโดย ดร. เฮอร์เชล ทูมิม และภรรยาของเขา มาร์จอรี ได้ค้นพบซ้ำแล้วซ้ำเล่าว่า การฝึก NIR HEG สามารถเพิ่มออกซิเจนในสมองเฉพาะส่วนได้อย่างมีสติ และส่งผลให้ประสิทธิภาพในการทำงานด้านการรับรู้เพิ่มขึ้น เป็นที่ทราบกันดีว่าการออกกำลังกายแบบคาร์ดิโอเป็นประจำส่งผลให้การไหลเวียนของเลือดในสมองเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของหลอดเลือดฝอยที่เลี้ยงเนื้อเยื่อประสาท ทูมิม, ไมซ์, ควองและคณะพบว่าหลังจากฝึกออกกำลังกายสมอง HEG เพียง 10 ครั้ง ครั้งละ 30 นาที ผู้เข้าร่วมที่มีความผิดปกติทางระบบประสาทต่างๆ แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของความสนใจและการลดลงของความหุนหันพลันแล่นจนอยู่ในระดับปกติ ผู้เข้าร่วมบางส่วนยังพบว่ามีการเพิ่มขึ้นของหลอดเลือดในสมองคล้ายกับที่พบเห็นได้จากการเพิ่มกิจกรรมทางกายภาพ ที่สำคัญกว่านั้น พบว่าระดับของการปรับปรุงมีความสัมพันธ์อย่างน่าเชื่อถือกับคะแนน TOVA เริ่มต้นของผู้เข้าร่วมแต่ละคน โดยคะแนน TOVA เริ่มต้นที่ต่ำที่สุดแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงที่มากที่สุด^{[ 11 ]}

นอกจากนี้ HEG ยังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการบรรเทาอาการซึมเศร้า ความเครียด และความวิตกกังวลเรื้อรัง^{[ 12 ]}นอกจากนี้ยังมีงานวิจัยของLuis Gaviriaที่โรงพยาบาล Las Americas ซึ่งผู้ป่วยศัลยกรรมประสาทได้รับการบำบัดด้วย HEG เป็นเวลา 20 นาที ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการฟื้นฟู ผู้ป่วยเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการพัฒนาในการกลับมาเชื่อมต่อกับคนที่พวกเขารัก เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม