СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 1997 года по МПК A61M21/00 A61B5/476 A61B5/482 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам и устройствам для управления психологическими и физиологическими параметрами индивидуума с использованием биологической обратной связи, и может быть использовано в различных областях медицины при лечении широкого спектра заболеваний человека, например, от гипертонической болезни до дисрегуляторных нарушений при органических поражениях головного мозга и сердечно-сосудистой системы.

Известен способ коррекции психофизиологического состояния человека, описанный в устройстве для биоадаптивного регулирования, при котором регистрируемые биологические сигналы, в том числе сигналы электроэнцефалограммы (ЭЭГ) преобразуют в сигнал биологической обратной связи (БОС), содержащий также предварительно воздействующий на человека звуковой сигнал [1]
В данном способе создание сигнала биологической обратной связи, включающем также звуковой сигнал позволяет обеспечить "традиционную биологическую обратную связь" [2] за счет которой человек, как некое устройство, сознательно контролирует и корректирует некоторые отклонения в своем психофизиологическом состоянии путем установления индивидуального порога.

Недостатком такого способа является низкая эффективность коррекции из-за низкой степени однозначности преобразования истинного биологического сигнала, в частности сигнала ЭЭГ в сигнале биологической обратной связи (БОС), включающем наиболее адаптивный для восприятия человека звуковой сигнал.

Известен также способ коррекции психофизиологического состояния человека, описанный в устройстве для коррекции функционального состояния человека, при котором в подготовительном режиме эмпирически производят подбор параметров внешней среды, например, света или звука, обеспечивающих комфортное состояние человека, а в режиме коррекции осуществляют дискретное изменение выбранных параметров, при которых у пациента наблюдаются минимальные отклонения биосигнала, в том числе сигнала ЭЭГ, и регулируют степень отклонения последнего от эмпирических параметров путем организации сигнала биологической обратной связи, включающем также звуковые или световые сигналы [3]
Данный способ по сравнению с предыдущим позволяет повысить эффективность коррекции функционального (психофизиологического) состояния человека за счет дополнительного влияния на человека эмоционального фактора, который в данном способе преобладает над технократическим и заключается в оптимизации параметров внешней среды в процессе коррекции.

Недостатком данного способа также является достаточно низкая степень однозначности преобразования истинного биологического сигнала в сигнале БОС, включающем звуковой и световой сигналы. Кроме того, при таком способе возникает необходимость в присутствии опытного врача (оператора), чтобы научиться управлять биосигналами в процессе проведения сигналов ОС, которые многократны и утомительны. Все это усложняет проведение данного способа.

Известен выбранный в качестве прототипа способ контроля и коррекции психофизиологического состояния человека, при котором регистрируемые сигналы электроэнцефалограммы (ЭЭГ) преобразуют при помощи синтезатора в модулированные звуковые (музыкальные) сигналы, а затем преобразованными сигналами воздействуют на человека путем организации биологической акустической обратной связи (БАОС) после временной задержки, рассчитанной так, чтобы изменить фазу обратной связи, при этом музыкальные звуки содержат, по крайней мере, один тон, который следует за изменениями огибающей ЭЭГ в реальном времени [4]
В таком способе-прототипе музыкальный сигнал обратной связи (ОС) обладает психоакустическими и музыкальными свойствами, заставляющими мозг человека генерировать преимущественно определенный тип ЭЭГ-активности, при этом физиологический ответ мозга на музыку обратной связи активно изменяет текущую ЭЭГ активность, приводя ее в резонанс с музыкой для замыкания петли физиологической обратной связи, что приводит к снижению потерь информации, заложенной в истинных сигналах организма за счет прямого физиологического ответа мозга на музыкальный сигнал обратной связи. Кроме того, использование музыкального сигнала в сигнале биологической обратной связи обеспечивает также увеличение эмоционального эффекта звукового сигнала БОС, что снижает монотонность и утомительность процесса.

Все это, в итоге, повышает эффективность контроля и коррекции психофизиологического состояния человека по сравнению с предыдущими аналогами, где используется "традиционная обратная связь".

Недостатком способа-прототипа является достаточно низкая степень однозначности преобразование информации об истинном сигнале организма (ЭЭГ) за счет присутствия музыкального сигнала в петле биологической обратной связи, что приводит к снижению эффективности коррекции психофизиологического состояния человека. Кроме того, присутствие в способе "навязывания" оператором пациенту алгоритма коррекции приводит к снижению эмоционального эффекта звукового сигнала, действующего на пациента, находящегося под воздействием биологической акустической обратной связи в процессе сеанса, что также снижает эффективность контроля и коррекции психофизиологического состояния человека.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности коррекции психофизиологического состояния человека за счет увеличения степени однозначности преобразования истинного биологического сигнала организма в сигнале биологической обратной связи при обеспечении требуемого уровня эмоционального эффекта звукового сигнала биологической обратной связи.

Технический результат достигается тем, что в способе коррекции психофизиологического состояния человека, при котором регистрируемые сигналы электроэнцефалограммы (ЭЭГ) преобразуют в звуковые сигналы, которыми затем воздействуют на человека путем организации биологической акустической обратной связи )БАОС), согласно изобретению, преобразование сигналов ЭЭГ в звуковые сигналы осуществляют путем трансионирования спектра сигналов ЭЭГ в частотный диапазон звуковых сигналов, при этом сначала производят модуляцию воздействующих на человека звуковых сигналов системами его пневмограммы, а воздействие транспонированными сигналами ЭЭГ начинают на стадии затухания модулированных пневмограммой звуковых сигналов.

Кроме того, транспортирование спектра сигналов ЭЭГ в частотный диапазон звуковых сигналов осуществляют путем разложения сигналов ЭЭГ в ряд квазипериодических сигналов с помощью гребенчатых фильтров, записи периодов полученных сигналов в память с последующим ускоренным считыванием и сложением последних.

Преобразование сигналов ЭЭГ путем транспонирования спектра последних в звуковой частотный диапазон позволяет сохранить частотные и амплитудные соотношения сигналов ЭЭГ в сигнале БОС, что повышает степень однозначности преобразования истинного биологического сигнала ЭЭГ в сигнале БОС и, следовательно, повышает точность передачи информации человеку о его волновой активности головного мозга по сравнению с прототипом. Это, в итоге, повышает эффективность коррекции психофизиологического состояния человека. Кроме того, указанное преобразование сигналов ЭЭГ исключает "навязывание" определенной волновой активности пациенту, что повышает его самостоятельную роль в сознательном управлении его психофизиологического состояния.

Осуществление модуляции звуковых сигналов БОС сигналами пневмограммы (ПГ) позволяет обеспечить требуемую степень восприимчивости сигнала ЭЭГ, вследствие того, что дыхание человека является единственной функцией, включающей сознательное и бессознательное управление сигналами БОС.

Включение трансионированных сигналов ЭЭГ на стадии затухания модулированных пневмограммой звуковых сигналов позволяет обеспечить плавный переход к восприятию сигнала ЭЭГ, что исключает стрессовые состояния пациента при восприятии транспонированных звуковых сигналов БОС. Все это обеспечивает сохранение требуемого эмоционального эффекта звукового сигнала воздействующего на пациента.

Осуществление трансионирования спектра сигналов ЭЭГ в звуковые путем проведения указанных операций позволяет сохранить требуемое отношение амплитуд и частот гармоник сигналов ЭЭГ при сохранении абсолютных значений фаз.

Сравнение предлагаемого способа со способом-прототипом показывает, что он отличается от последнего тем, что преобразование сигналов ЭЭГ в звуковые сигналы осуществляют путем транспонирования спектра сигналов ЭЭГ в частотный диапазон звуковых сигналов, при этом сначала производят модуляцию воздействующих на человека звуковых сигналов сигналами его пневмограммы, в воздействие транспонированными сигналами ЭЭГ начинают на стадии затухания модулированных пневмограммой звуковых сигналов.

Следовательно, предлагаемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение предлагаемого способа с другими известными в данной области техническими решениями позволяет сделать вывод, что оно вытекает из них неочевидным образом и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Реализация данного способа в приборах и устройствах медицинской техники обеспечивает ему критерий "промышленной применимости".

Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами, где на фиг.1 изображена временная схема сеанса воздействия БОС на пациента; У уровень громкости, дб; на фиг.2 графическое представление процесса транспонирования: а( транспонирование спектра амплитуд сигналов ЭЭГ в частотный диапазон звуковых сигналов: (1) истинный сигнал ЭЭГ, (2) транспонированный сигнал ЭЭГ; б) то же, спектра фаз сигналов ЭЭГ: 1- истинный сигнал ЭЭГ, 2 - транспонированный сигнал ЭЭГ; А амплитуда сигнала, В; Φ фаза, град. F - частота, Гц; на фиг.3 блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Сеанс воздействия БАОС на пациента проводят в три стадии (см.фиг.1). Сеанс проводится в затемненном звукоизолированном помещении 1 (см.фиг.3), пациент сидит в удобном кресле. На первой, подготовительной стадии пациент получает от оператора (врача-психофизиолога) устную инструкцию о своем поведении и объяснение о сущности БАОС, замыкаемой от его пневмограммы и рекомендации по прослушиванию сигналов БАОС от ЭЭГ, которые в основном заключаются в максимальном сосредоточении внимания на наиболее приятных для него звуках. В течение всего подготовительного периода (а,б) фиг.1), который длится ≈ 10 мин пациент слышит через синтезатор гармоничный звук, например, звук органа, который модулируется сигналом с датчика дыхания, расположенного на грудной клетке пациента. Так как дыхание является полностью сознательно контролируемой функцией человека, пациент практически сразу "почувствует" зависимость изменения звука от своего дыхания, частоту и форму которого он затем выбирает сам, ориентируясь на благозвучность звукового сигнала.

На переходной стадии (с, см.фиг.1) длительностью ≈ 2 минуты модулированные пневмограммой звуковые сигналы БАОС убывают до нуля, а транспонированные сигналы БАОС от ЭЭГ, которые подключают к пациенту на стадии с, возрастают до заданного значения громкости У на стадии и затухают на стадии.

Это исключает резкие звуковые воздействия на пациента транспортированного сигнала ЭЭГ. Продолжительность подготовительного и переходного периодов (а,б,с) обеспечивает для любого пациента.

В течение третьей стадии, ≈ 30 мин пациент слышит только транспортированные сигналы ЭЭГ в сигнале БАОС (е, к,фиг.1) и следует полученной инструкции. Воздействие транспортированными сигналами ЭЭГ на пациента создает максимально приближенные к его внутреннему состоянию естественные условия для сознательного управления психофизиологическим состоянием.

Заявляемый способ реализует с помощью устройства ("Синхро-С"), представленного на фиг. 3. Устройство содержит акустическую систему 2, системы 3,4 датчиков ЭЭГ и пневмограммы соответственно, систему микрофонов 5, блоки 6 и 7 акустического и визуального контроля, (например, звуковой усилитель и соответственно осциллограф) блоки 8, 9 преобразования ЭЭГ и дыхания (ПГ), блок задержек 10, блок управления 11 и блок выходных усилителей 12. Системы 2 и 3 датчиков ЭЭГ и пневмограммы подключены к блоку 7 визуального контроля, блоку 8 преобразования ЭЭГ и блоку 9 преобразования дыхания. Блоки 8,9 преобразования ЭЭГ и дыхания соединены с блоком управления 11 через блок задержек 10, выход которого подключен к блоку усилителей 12, соединенному с акустической системой 2.

Система датчиков дыхания представляет из себя систему на основе оптоэлектронной инфракрасной пары. Эти датчики располагаются на груди (у женщин) или на животе (у мужчин).

Система датчиков ЭЭГ выполнена в виде жестко фиксированных двух и одного подвижного электродов. Последний обеспечивает лоб-вертекс-затылок. В датчики ЭЭГ встроены усилители, которые формируют сигнал для дальнейшего преобразования.

Модуляцию звуковых сигналов пневмограммой реализуют с помощью блока 9, который позволяет представить пневмограмму в виде легко воспринимаемых изменений звукового сигнала в реальном времени. Транспортирование спектра сигналов ЭЭГ в звуковой сигнал с помощью блока 8 осуществляют путем разложения исходного процесса в ряд квазипериодических сигналов с помощью гребенчатых фильтров (анализ), записи периодов полученных сигналов в память блока 8 с последующим ускоренным считыванием (умножением в n-раз) и сложении полученных сигналов (синтез). При этом, 5как следует из фиг.2 а,б основным условием транспортирования спектра сигналов ЭЭГ (1) в звуковые сигналы (2) является сохранение отношений амплитуд и частот гармоник сигнала ЭЭГ (1) при сохранении абсолютных значений фаз (v). Во время проведения сеанса воздействия биологической обратной связи на объект воздействия ("ОВ" на фиг.3) сигналы ЭЭГ и пневмограммы с выхода системы 3 и 4 датчиков ЭЭГ и пневмограммы пациента выводятся к рабочему месту оператора и подаются на блок 7 визуального контроля по которым оператор может судить о качестве регистрации и состояния пациента (ОВ). Параллельно эти сигналы поступают на соответствующие блоки 8 и 9 преобразователя. После преобразования сигналов датчиков ЭЭГ и пневмограммы звуковой (акустический) сигнал уже поступает на блок 11 управления, обеспечивающий пассивное управление уровнем сигналов в процессе сеанса. Далее звуковой сигнал поступает на блок задержек 10, обеспечивающий необходимую защиту и реверберацию для компенсации акустических свойств помещения. В блоке выходных усилителей 12 сигнал усиливается до величины, необходимой для работы акустической системы 2. Система 6 акустического контроля дает возможность оператору слышать то же, что и пациент.

П р и м е р.

В институте экспериментальной медицины, в лаборатории физиологических исследований была проведена серия исследований по проверке предлагаемого способа коррекции психофизиологического состояния человека на двух группах пациентов по 30 человек в каждой. Первая группа состояла из практически здоровых мужчин и женщин в возрасте от 10 до 60 лет, а вторая из больных с функциональными психоневрологическими расстройствами. Вся процедура воздействия включала серию из 4-5 сеансов, проводимых через день под контролем врача-невропатолога и оператора психофизиолога. Длительность каждого сеанса составляла 40-45 минут. Замерялись следующие психофизиологические показатели: ЧСС (частота сердечных сокращений), АД (артериальное давление), частота и глубина дыхания (ПГ), тремор конечностей, уровень реактивной тревоги и т.д.

Результаты исследований показали, что у здоровых испытуемых в 75% случаях достоверно снижается ЧСС (≈ на 10-15%), частота и глубина дыхания, уровень реактивной тревоги (на 15-20%), а также значительно улучшаются психологические показатели по проективным методикам.

Результаты исследований в группе больных испытуемых показали наличие положительного клинического эффекта, который сопровождался еще более выраженными изменениями вышеуказанных психофизиологических показателей, а также заключался в снижении психоэмоциональной лабильности, фиксированности на своем патологическом состоянии и утомляемости, в нормализации сна и аппетита, в повышении настроения и работоспособности, а также в устранении болевых функционально-невротических синдромов.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить степень однозначности преобразования сигналов ЭЭГ в сигнале биологической обратной связи, что повышает точность передачи информации человеку о его волновой активности головного мозга при обеспечении требуемого уровня эмоционального эффекта сигнала БОС. Это, в итоге, обеспечивает повышение эффективности коррекции психофизиологического состояния человека.

Использование предлагаемого способа позволяет без применения лекарств лечить определенный круг психических и психосоматических расстройств (неврозы различной этиологии, предневротические состояния, реактивные психозы, депрессивные состояния и т.д.), а также усиливать действие фармпрепаратов, применяемых в психотерапии. Практически здоровым людям данный способ даст возможность оптимизировать психическую деятельность, снимать психоэмоциональное напряжение и повышение работоспособности (что подтверждают результаты двухлетней практики на более 100 пациентах. Кроме чисто медицинских учреждений способ может быть pекомендован к использованию в различных реабилитационно-разгрузочных центрах, в особенности полезен для лиц с профессиями, связанными с повышенной утомляемостью, риском и перегрузками.

Изобретение относится к медицине, а именно к способам управления психофизиологическими параметрами индивидуума с использованием биологической обратной связи, и может быть использовано в различных областях медицины при лечении широкого спектра заболевания. Результатом изобретения является повышение эффективности коррекции психофизиологического состояния человека за счет повышения степени однозначности преобразования ЭЭГ в сигнале биологической обратной связи. Способ включает модуляцию звуковых сигналов сигналами пневмограммы человека и преобразование сигналов ЭЭГ в звуковые путем транспонирования спектра сигналов ЭЭГ в частотный диапазон звуковых сигналов, которыми затем воздействуют человека путем организации биологической акустической обратной связи, причем воздействие транспонированными сигналами начинают на стадии затухания модулированных пневмограммой звуковых сигналов БОС. При этом транспортирование спектра сигналов ЭЭГ в частотный диапазон звуковых сигналов осуществляют разложением сигналов ЭЭГ в ряд квазипериодических сигналов и их слежения. 3 ил.

1. Способ коррекции психофизиологического состояния человека, при котором регистрируемые сигналы электроэнцефалограммы преобразуют в звуковые сигналы, которыми затем воздействуют на человека путем организации биологической акустической обратной связи, отличающийся тем, что преобразование сигналов электроэнцефалограммы в звуковые сигналы осуществляют путем транспонирования спектра сигналов электроэнцефалограммы в частотный диапазон звуковых сигналов, при этом сначала производят модуляцию воздействующих на человека звуковых сигналов сигналами его пневмограммы, а воздействие транспонированными сигналами электроэнцефалограммы начинают на стадии затухания модулированных пневмограммой звуковых сигналов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что транспонирование спектра сигналов электроэнцефалограммы в частотный диапазон звуковых сигналов осуществляют путем разложения сигналов электроэнцефалограммы в ряд квазипериодических сигналов с помощью гребенчатых фильтров и записи периодов полученных сигналов электроэнцефалограммы с последующим ускоренным считыванием и сложением последних.