СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПСИХОФИЗИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к инженерной психологии и медицине и может быть использовано для исследования концентрации внимания, например, при профессиональном отборе специалистов.

Известен способ контроля психофизической реакции (ПФР) пациента, заключающийся в предъявлении ему меняющейся звуковой или письменной информации с последующим определением правильности и быстроты идентификации предъявленной информации с помощью логических блоков и таймера (см. например, а. с. СССР N 1804787, 1990; патент ЕПВ N 0513419, 1992; патент РСТ N 92/20282; патент ФРГ N 4226672, 1993).

Однако данное техническое решение не позволяет контролировать динамику ПФР в отношении длительности концентрации внимания на предъявленном объекте, а также исследовать реакцию на неосознанное воздействие.

Известен также способ контроля ПФР, предусматривающий наложение электродов на поверхность тела пациента и обработку поступающих от них электрических сигналов в динамике путем дифференциального мониторинга электрических потенциалов, возникающих в теле между двумя избранными точками. Поступающий от электродов сигнал фильтруют электрическим фильтром, параметры которого настраивают для каждого измерения индивидуально (патент США N 5029590, кл. A 61 K 5/04, 1991).

Однако этот способ обладает низкой точностью из-за широкого разброса индивидуальных биоэлектрических сигналов и значительной внешней и внутренней помехи.

Для технического осуществления контроля ПФР известно устройство, содержащее формирователь двоичных кодов, блок предъявления информации, блоки вычитания, сравнения, изменения длины операнда, задания времени экспонирования, регистрации и формирования ответа и пульт испытуемого (патенты СССР N 1725832, 1731171, кл. A 61 B 5/16). Оно осуществляет предъявление пациенту меняющейся звуковой или письменной информации с последующим определением правильности быстроты ее идентификации.

Недостатки данного устройства указаны выше при описании соответствующего способа. Кроме того, устройство сложно в конструктивном и схемном выполнении.

Поскольку решаемая задача контроль динамики ПФР является частным случаем задачи распознавания образов в условиях интенсивной помехи, в анализируемый уровень техники входят соответствующие помехозащищенные устройства. Из них наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее политрон, развертывающая пластина которого подключена к контролируемому объекту через блок считывания информации, генератор несущей частоты (ГНЧ), подключенный к блоку считывания информации, интегратор, связанный с выходом политрона, и блок памяти (а. с. СССР N 652581, кл. G 06 K 9/00, 1979). Принцип действия такой измерительной системы заключается в косвенном учете информации, носителем которой является вектор плотности тока принимаемого сигнала, что повышает разрешающую способность контроля.

Однако сфера применения прототипного устройства ограничена техническими объектами. При подключении же его к биологическому объекту имеет место недостаточная точность измерений из-за низкого уровня распознаваемого сигнала по отношению к помехам.

Целью предлагаемых технических решений является повышение точности контроля динамики ПФР за счет улучшения помехозащищенности.

При анализе описываемой далее сущности предлагаемых технических решений следует обратить внимание на то, что их новизна излагается по отношению к разным прототипам (способа и устройства).

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля ПФР, предусматривающем наложение электродов на поверхность тела пациента и обработку поступающих от них электрических сигналов в динамике, учитывают вектор плотности биотока с помощью политрона, работающего в режиме селекции сигнала, поступающего от электродов к его коллекторным пластинам, при этом о ПФР судят по изменению тока на выходе политрона.

Для осуществления предлагаемого способа заявляется система автоматического контроля ПФР, содержащая политрон, подключенный к контролируемому объекту, интегратор, связанный с выходом политрона, ГНЧ и блок памяти, которая дополнительно содержит возбудитель ПФР, электроды для подключения политрона к контролируемому объекту, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), таймер и блок управления и регистрации, при этом электроды присоединены к коллекторным пластинам политрона, генератор несущей частоты подключен к развертывающим пластинам политрона, генератор несущей частоты подключен к развертывающим пластинам политрона, вход аналого-цифрового преобразователя связан с выходом интегратора, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информационному входу блока памяти, выход таймера связан с управляющими входами блока памяти и блока управления и регистрации, выход блока памяти соединен с информационным входом блока управления и регистрации, а выход блока управления и регистрации связан с возбудителем ПФР.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы автоматического контроля ПФР; на фиг. 2 5 представлены психограммы пациентов к приведенным примерам.

Система автоматического контроля ПФР (фиг. 1) содержит политрон 1, подключенный к пациенту 2 через электроды 3, присоединенные к коллекторным пластинам 4 политрона 1. Система содержит также интегратор 5, связанный с выходом политрона 1 через дифференциальный усилитель 6, АЦП 7, блок памяти 8, генератор 9 несущей частоты, таймер 10, блок 11 управления и регистрации и возбудитель ПФР 12 с отражателем 13.

ГНЧ 9 подключен к развертывающим пластинам политрона 1, вход АЦП 7 связан с выходом интегратора 5, выход АЦП 7 подключен к информационному входу блока памяти 8, выход таймера 10 связан с управляющими входами блока памяти 8 и блока 11 управления и регистрации, выход блока памяти 7 соединен с информационным входом блока 11 управления и регистрации, выход которого связан с возбудителем ПФР 12.

Электроды 3 выполнены в виде металлических пластин.

ГНЧ 9 может быть собран на операционном усилителе (микросхемы КР140УД8Б) по схеме с мостом Вина. Он генерирует синусоидальные колебания с частотой 1,8 кГц и служит для развертки электронного пучка политрона 1. В качестве ГНЧ может быть использован и любой другой генератор синусоидальных колебаний звукового диапазона. Подключение ГНЧ 9 непосредственно к политрону 1 (к его развертывающим пластинам) выполнено в связи с изъятием из схемы блока считывания информации и недопустимостью подачи несущей частоты с необходимым напряжением порядка 60-70 В к обследуемому индивидууму.

Дифференциальный усилитель 6 (микросхема 140УД1Б) операционный усилитель, охваченный жесткой отрицательной обратной связью. Он не является обязательным элементом системы, но удобен для согласования выхода политрона 1 с интегратором 5.

В качестве АЦП 7 может быть использован любой 8-рязрядный аналого-цифровой преобразователь. Он может быть собран, в частности, на микросхемах К554СА3 (компаратор), КР572ПА1 (цифроаналоговый преобразователь), АР544УД2 (операционный усилитель две микросхемы) и КР1816ВЕ35 (процессор).

Блок памяти 8 выполнен на базе микросхемы КР537РУ10. Таймер 10 выполнен в виде импульсного счетчика. Блоки 11 и 12 реализованы на базе персональной ЭВМ, при этом блок 11 управления и регистрации использует соответствующие элементы системного блока ЭВМ, а возбудителем ПФР 12 служит монитор ЭВМ.

Отражатель 13 выполнен в виде зеркала для представления информации пациенту 2 с экрана монитора. Отражатель 13 не является обязательным элементом системы (можно развернуть пациента к экрану монитора), однако он удобен для технической реализации осознаваемого (отражатель 13 представляет изображение монитора в поле зрения испытуемого и неосознаваемого (отражатель не представляет визуальной информации в поле зрения испытуемого) вариантов воздействия на пациента. Возможно также использование дублирующих и иных возбудителей ПФР, например звуковых, модулируемых от таймера 10.

Система автоматического контроля ПФР работает следующим образом.

Электрические сигналы от электродов 3, наложенных на контролируемые участки поверхности тела пациента 2, поступают на коллекторные пластины 4 политрона 1 и преобразуются им с учетом характеристик вектора плотности биотока.

Механизм преобразования входных сигналов политроном основан на учете изменений вектора плотности тока, что известно из примеров, описанных в (Информация из "недр" материи. "Техника молодежи", 1989, N 6, с. 2-4; а.с. СССР N 1633503, МКИ H 04 B 3/00, 1988). Однако в известных технических решениях водной сигнал подают к развертывающим пластинам политрона. Такое подключение для обработки биологических сигналов эффективно из-за их малой мощности. В предлагаемом техническом решении уникальное и по настоящее время функциональное назначение политрона формирование выходного сигнала с учетом измене я вектора плотности тока сохраняется, однако контролируемый сигнал подают не к развертывающим, а к коллекторным пластинам политрона 1, что обеспечивает селекцию маломощного биологического сигнала в условиях интенсивной помехи путем наложения на выходной сигнал политрона 1 обратной связи от испытуемого объекта 2. Указанный режим включения политрона предлагается впервые.

Преобразованный сигнал, как и в известных функциональных аналогах, с коллекторных пластин политрона 1 поступает на вход дифференциального усилителя 6, осуществляющего симметрирование выходного сигнала относительно нуля.

Сигнал с выхода дифференциального усилителя 6 фильтруется интегратором 5, на выходе которого формируется аналоговая функция x(t), несущая информацию о ПФР пациента 2. Аналоговый сигнал x(t) преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 7 и запоминается в регистрах блока памяти 8.

Таймер 10 периодически переключает блок 11 управления и регистрации на выдачу через возбудитель ПФР 12 сигнала, поступающего к пациенту 2. Кроме того, таймер 10, управляя длительностью записи блоком памяти 8 массивов информации от АЦП 7, синхронизирует изменение сигнала возбудителя ПФР 12 с записью принимаемого блоком памяти 8 преобразованного сигнала ПФР пациента.

По окончании или в соответствующие периоды сеанса обследования пациента информация, считанная с блока памяти 8, может быть выведена на монитор ЭВМ в виде психограммы.

В варианте исполнения блоков 11 и 12 системы на базе ЭВМ возможно осуществлять не только контроль и регистрацию ПФР, но и ее анализ, что достигается задействованием вычислительных блоков, реализующих корреляционную или дискриминантную обработку принятой информации.

Пример 1. Пациента Ш. возраст 33 года, телохранителя, обследуют путем наложения на поверхность тела пациента электродов, приема и обработки поступающих от них электрических сигналов в динамике с учетом вектора плотности биотока с помощью политрона, работающего в режиме селекции сигнала, поступающего от электродов к его коллекторным пластинам, с использованием системы автоматического контроля ПФР, представленной на фиг. 1, блоки 11 и 12 которой реализованы на базе ПЭВМ типа IBM PC/AT 386. При этом информацию, зарегистрированную блоком 11, подвергают корреляционному и дискриминантному анализу на той же ПЭВМ.

Пациенту через возбудитель ПФР, представляющий собой монитор ПЭВМ, экран которого находится в поле зрения испытуемого, подают визуальные команды на концентрацию и ослабление внимания. До начала сеанса с пациентом оговаривают, что при поступлении команды на концентрацию внимания он должен сосредоточиться на готовности к отражению возможного на него внезапного нападения. Смену команд производят 4-кратно с интервалом по 50 с (длительность теста 50х4=200 с). Момент смены команд сопровождают звуковым сигналом.

Биологический сигнал снимают при постоянном контакте электродов 3 с ладонями рук пациента.

Психограмма обследования Ш. кривая 1 на фиг. 2.

Как видно из психограммы, пациент Ш. обладает способностью быстрого переключения и стабильной концентрации внимания в течение заданного времени, что подтверждается соответствием кривой 1 скачкообразной функции, переданной возбудителем ПФР, малым временем переходного процесса (2 с) и значительным различием среднего уровня биотоков в состояниях концентрации внимания и расслабления.

Результаты корреляционного и дискриминантного анализов:
коэффициент корреляции изменений биотока с сигналом возбудителя ПФР r=0,97 свидетельствует об исключительной точности выполнения команды пациентом;
отношение сигнал/помеха W=25,5 также свидетельствует об исключительно высокой точности выполнения задания.

По результатам обследования сделан вывод о профессиональной пригодности пациента к выполнению функции телохранителя и его хорошей тренированности.

Пример 2. Пациента М. возраст 65 лет, пенсионера, бывшего преподавателя техникума, обследуют как в примере 1.

При поступлении команды на концентрацию внимания пациент должен сосредоточиться на воспоминании радостного события, произошедшего в его жизни.

Психограмма обследования М. кривая 2 на фиг. 2.

Как видно из психограммы, пациент М не обладает способностью переключения внимания, что подтверждается отсутствием на кривой 2 каких-либо существенных изменений в ответ на поступление передаваемых блоком 12 команд. Этот вывод подтверждается также низкими значениями показателей корреляционного и дискриминантного анализа: r=0,336; W=0,38.

Пример 3. Пациентку Т. возраст 53 года, обследуют с использованием системы автоматического контроля ПФР, представленной на фиг. 1, блоки 11 и 12 которой реализованы на базе ПЭВМ типа IBM PC/AT 386. При этом монитор выведен из поля зрения пациентки, звуковая индикация также отключена. Таким образом, ПФР исследуют на уровне неосознанного восприятия информации (изображение на мониторе изменяют, как в примере 1, но это невидимо для пациентки).

Пациентке не сообщают каких-либо сведений об условиях ее поведения в процессе обследования, т.е. ей не предлагают каких-либо заданий. Сигнал блока 12 скачкообразно изменяют 4-кратно с интервалом 100 с. Биологический сигнал снимают и обрабатывают как, в примере 1. Психограмма обследования М. приведена на фиг. 3.

Как видно из психограммы, пациентка М. реагирует на изменение сигнала блока возбуждения ПФР в режиме неосознанного восприятия информации с запаздыванием, характеризуемым временем переходного процесса 45 с.

Результаты корреляционного и дискриминантного анализов:
коэффициент корреляции изменений биотока с сигналом возбудителя ПФР r=0,72;
отношение сигнал/помеха W=12,8,
свидетельствуют о наличии ПФР на подаваемый неосознанный сигнал.

Пример 4. Пациенту С. возраст 54 года, обследуют, как в примере 2.

Психограмма обследования С. приведена на фиг. 4.

Как видно из психограммы, реакция пациентки на поступившую команду характеризуется мгновенным и резким всплеском, независимым от содержания команды, с установлением по окончании переходного процесса среднего значения, также не коррелирующего с командой. ПФР такого типа характеризует пациенту как обладающую резко выраженным ориентировочным рефлексом и не обладающую способностью управления своим психофизическим состоянием.

Этот вывод подтверждается также результатами корреляционного и дискриминантного анализов психограммы: r=0,16; W=0,22.

Пример 5. Пациента К. 22 года, наркоманку, и пациенту Д. возраст 43 г. больную шизофренией, обследуют, как в примере 2.

Психограмма обследования пациента К. кривая 1, а пациентки Д. кривая 2 на фиг. 5.

Психограммы обоих пациентов характеризуются незначительными флуктуациями относительно стабильных (т.е. неуправляемых) средних значений x(t). Коэффициенты корреляции психограмм пациентов К. и Д. с заданием составляют +0,27 и -0,14 соответственно.

При обследовании группы из 26 психически тренированных людей (оперативных работников, телохранителей, парапсихологов, спортсменов по единоборствам) коэффициент корреляции психограммы с заданием находился в пределах 0,91-0,97, что свидетельствует о высокой точности контроля ПФР с использованием предлагаемых изобретений. Это достигнуто за счет высокой помехозащищенности измерений, поскольку политрон учитывает дополнительную информацию об изменении вектора плотности биотока. В то же время точность любого из известных аналогов назначения, по данным Научно-методического Центра парапсихологии "Эректон", не превышает 75%

Использование: изобретение относится к инженерной психологии и медицине и может быть использовано для исследования концентрации внимания, например, при профессиональном отборе специалистов. Сущность: способ контроля психофизической реакции /ПФР/ предусматривает наложение электродов на поверхность тела пациента и обработку поступающих от них электрических сигналов в динамике. О ПФР судят по изменению вектора плотности биотока с помощью политрона, работающего в режиме селекции сигнала, поступающего от электродов к его коллекторным пластинам. Система автоматического контроля ПФР содержит политрон 1, подключенный к пациенту 2, интегратор 5, связанный с выходом политрона 1 через дифференциальный усилитель 6, генератор 9 несущей частоты /ГНЧ/ и блок памяти /БП/ 8. Для повышения точности контроля система дополнительно содержит возбудитель ПФР 12, электроды 3 для подключения политрона 1 к пациенту 2, аналого-цифровой преобразователь /АЦП/ 7, таймер 10 и блок управления и регистрации /БУР/ 11. Электроды3 присоединены к коллекторным пластинам политрона 1, ГНЦ подключен к развертывающим пластинам политрона 1, вход АЦП связан с выходом интегратора 5, выход АЦП 7 подключен к информационному входу БП 8, выход таймера 10 связан с управляющими входами БП 8 и БУР 11, выход БП 8 соединен с информационным входом БУР 11, а выход БУР 11 связан с возбудителем ПФР 12. При обследовании психически тренированных людей коэффициент корреляции полученных психограмм с заданием составляет 0,91-0,97. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ контроля психофизической реакции, предусматривающий наложение электродов на поверхность тела пациента и обработку поступающих от них электрических сигналов в динамике, отличающийся тем, что учитывают вектор плотности биотока с помощью политрона, работающего в режиме селекции сигнала, поступающего от электродов к его коллекторным пластинам, при этом о психофизической реакции судят по изменению тока на выходе политрона. 2. Система автоматического контроля психофизической реакции, содержащая политрон, подключенный к контролируемому объекту, интегратор, связанный с выходом политрона, генератор несущей частоты и блок памяти, отличающаяся тем, что в нее введены возбудитель психофизической реакции, электроды для подключения политрона к контролируемому объекту, аналого-цифровой преобразователь, таймер и блок управления и регистрации, при этом электроды присоединены к коллекторным пластинам политрона, генератор несущей частоты к развертывающим пластинам политрона, вход аналого-цифрового преобразователя связан с выходом интегратора, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информационному входу блока памяти, выход таймера связан с управляющими входами блока памяти и блока управления и регистрации, выход блока памяти соединен с информационным входом блока управления и регистрации, а выход блока управления и регистрации связан с возбудителем психофизической реакции.