УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 1998 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для психофизиологического воздействия на организм человека.

Из уровня техники известны устройства для коррекции функционального состояния человека с помощью биологической обратной связи, содержащие датчики биопотенциалов физиологических параметров, в основном биоэлектрической активности головного мозга или мышц работающего сердца, блоки регистрации электроэнцефалограммы - ЭЭГ или электрокардиограммы - ЭКГ, блоки измерения и преобразования биосигналов и блок управления психофизиологическим воздействием внешней средой в виде звуковых и/или световых сигналов (см. авт.св. СССР 1745204 кл. A 61 B 5/04, 1992 г.; патент США 3896790, кл. A 61 B 5/04, 1975 г. ; патент США 3913567, кл. A 61 B 5/04, 1975 г.). Однако, несмотря на различие в конструктивном выполнении, в этих известных устройствах сигналы воздействия выбирают, как правило, путем предварительного подбора по оптимизации отклонения регистрируемого параметра биосигнала от заданной величины без взаимосвязи с психофизиологическими особенностями конкретного организма, что снижает эффективность коррекции функционального состояния человека.

Наиболее близким к изобретению является устройство для психофизиологического воздействия на организм, содержащее последовательно включенные датчики биопотенциалов, усилитель с блоком гармонического преобразования сигнала электроэнцефалограммы в частотный спектр с выделением полосы частот, соответствующей альфа-ритму, интегратор, формирующий сигнал, пропорциональный мощности альфа-ритма, и блок формирования психофизиологического воздействия (см. авт. св. СССР 1780716, кл. A 61 B 5/04, 1992 г.). При этом на выходе звукового индикатора формируется сигнал психологического воздействия в виде "шума дождя" с уровнем, пропорциональным мощности альфа-ритма, что достаточно однозначно представляет информацию о биологической обратной связи, но не отображает в полной мере индивидуальные особенности функционального состояния организма и соответственно не позволяет эффективно корректировать психофизиологические расстройства, нарушение сна и т.п.

Изобретение направлено на создание устройства, обеспечивающего коррекцию функционального состояния человека путем внешнего звукового воздействия, адекватно отображающего биоэлектрическую активность физиологической жизнедеятельности конкретного индивидуума.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве для коррекции функционального состояния человека, содержанием последовательно включенные датчики биопотенциалов, усилитель, блок гармонического преобразования, интегратор и блок формирования психологического воздействия с генератором звуковых колебаний, согласно изобретению между блоком гармонического преобразования и интегратором включен многополосный анализатор, а ко второму входу блока гармонического преобразования дополнительно подключен блок временного интервала, при этом блок формирования психофизиологического воздействия состоит из последовательно включенных блока отношений, блока ранжирования, формирователя шкалы параметров звука, транслятора и блока озвучивания, например, в виде синтезатора, при этом дополнительный вход транслятора связан со вторым выходом блока отношений.

Кроме того, дополнительные входы формирователя шкалы параметров звука соединены с задатчиком шкалы частоты звука, задатчиком шкалы длительности звука и задатчиком шкалы силы звука, а к выходу блока озвучивания может быть подключено средство для записи звука, например магнитофон.

На чертеже представлена блок-схема заявленного устройства для коррекции функционального состояния.

Устройство содержит последовательно включенные датчики 1 биопотенциалов (ДП) в виде электродов для снятия, например, электроэнцефалограммы, усилитель 2 биопотенциалов (УБ), блок 3 гармонического преобразования (БГП), многополосный анализатор (МП) 4, интегратор (И) 5, блок 6 отношений (БОт), блок 7 ранжирования (БР), формирователь 8 шкалы параметров звука (ФШПЗ), транслятор (Т) 9 и блок 10 озвучивания (БОз). При этом ко второму входу блока 3 гармонического преобразования подключен блок 11 временного интервала (БВИ), второй выход блока 6 отношений (БО) соединен со вторым входом транслятора (Т) 9, к дополнительным входам формирователя 8 шкалы параметров звука (ФШПЗ) подключены задатчик 12 шкалы частоты звука (V), задатчик 13 шкалы длительности звука (τ) и задатчик 14 шкалы силы звука (I). Блок 9 озвучивания (БО) выполнен в виде синтезатора, к выходу которого может быть подключен магнитофон 15 для записи звуковых сигналов, отображающих индивидуальное психофизиологическое состояние человека.

Устройство для коррекции функционального состояния человека работает следующим образом.

Наиболее универсальной и адекватно отражающей функциональное и психофизиологическое состояние индивидуума является электроэнцефалограмма - ЭЭГ, которую заявленное устройство преобразует во внешнее звуковое воздействие в виде "музыки мозга". При этом электроды датчика 1 снимают биопотенциалы, возникающие в результате биоэлектрической активности, сопровождающей работу головного мозга, сигнал ЭЭГ усиливается и очищается от артефактов в усилителе 2 и поступает на вход в блок 3 гармонического преобразования, на второй вход которого поступает сигнал с блока 11 временного интервала. В блоке 3 гармонического преобразования зарегистрированную, например, в течение 10 с ЭЭГ, разделяют на равные временные интервалы, длительностью, например, в 1 секунду, и преобразуют в частотный спектр ЭЭГ. На выходе блока 3 гармонического преобразования формируются сигналы спектральных интервалов, которые в зарегистрированной последовательности поступают в многополосный анализатор 4, где из каждого спектрального интервала ЭЭГ выделяют по меньшей мере две стандартные частотные полосы, соответствующие, например, θ- диапазону (4,0 - 7,9 Гц) и β- диапазону (13,0 - 32,0 Гц).

Выделенные частотные полосы поступают в интегратор 5, формирующий цифровые сигналы, пропорциональные спектральной плотности мощности θ- и β- интервалов (Piθ и Piβ), которые поступают в блок 6 отношений, где для каждого интервала во временной последовательности формируются сигналы (Ki), пропорциональные отношению спектральных плотностей мощности θ- и β- интервалов, которые поступают в блок 7 ранжирования, формирующий граничные значения промежутка (ΔK) между минимальным (K_min) и максимальным (K_max) значениями отношений плотностей мощности θ- и β- интервалов. Эти сигналы поступают на вход формирователя 8 шкалы, параметров звука, в который также подаются числовые граничные значения от задатчика 12 шкалы частоты звука, соответствующие 36 нотам трех октав для фортепьяно (малой, первой и второй), граничные значения от задатчика 13 шкалы длительности звука, соответствующие 8 долям длительности, и граничные значения от задатчика 14 шкалы силы звука, соответствующие 8 градациям громкости. Формирователь 8 шкалы параметров звука осуществляет запоминание введенных граничных значений параметров звука (V, τ, I) и их соответствующее последовательное распределение в равномерный ряд по введенному промежутку ΔK и формирует дискретно-кодовые значения пропорционально образованным шкалам параметров музыкального звука (Av, Bτ, CI). На вход транслятор 9 с выхода блока 6 отношений поступают в первоначально зарегистрированной последовательности временных интервалов текущие значения (Ki), по которым на основании введенных из формирователя 8 шкалы параметров звука дискретно-кодовых значений шкал музыкального звука определяется числовая музыкальная последовательность, поступающая на вход блока 10 озвучивания (синтезатор), где посредством звуковой карты она преобразуется во внешнее звуковое воздействие - в музыкальный звук, названный нами "музыкой мозга".

Таким образом, в заявленном устройстве в блоках 6, 7, 8, 9, 10, которые составляют блок формирования психологического воздействия 16, происходит преобразование частотного спектра электропотенциалов физиологической активности во внешнее звуковое воздействие в виде музыкальной композиции, основанное на аналогии между колебательным характером изменения регистрируемых биосигналов (например, электроэнцефалограммы, электрокардиограммы, электрогастрограммы, электромиограммы, электроретинограммы и т. д.) и колебательной природой звука, которая реализуется как критериальная зависимость между обобщенным характерным параметром (K) биоэлектрической активности, представляющим собой отношение спектральных плотностей мощности двух выделенных из частотного спектра стандартных частотных диапазонов и параметрами генерируемого музыкального звука (Av, Bτ, CI), что наиболее адекватно отражает индивидуальные особенности функционального состояния человека при формировании внешнего звукового воздействия и позволяет эффективно корректировать различные психофизиологические расстройства.

Записанная на магнитный носитель посредством магнитофона 15 "музыка мозга" в дальнейшем может наиболее успешно применяться для лечения нарушений сна. Для этого записывают в благополучный момент полигамму сна пациента, включая электроэнцефалограмму, выбирают на ЭЭГ участки 2-ой стадии, дельта-сна и фазы быстрого сна, соответствующие международным критериям, преобразуют зарегистрированную информацию посредством заявленного устройства в "музыку мозга", которую записывают на магнитный носитель. Корректировку функционального состояния пациента осуществляют каждый вечер в течение 15 минут перед сном путем прослушивания своей благополучной, стимулирующей "музыки мозга", в результате чего существенно улучшается субъективная характеристика сна и объективная структура сна.

Аппаратурное оформление блоков заявленного устройства может быть выполнено на основе персонального компьютера с использованием специального программного обеспечения "Музыка мозга".

Устройство содержит последовательно включенные датчик биопотенциалов, усилитель, блок гармонического преобразования, интегратор, многоканальный анализатор и блок формирования психологического воздействия, при этом последний состоит из последовательно включенных блока отношений, блока ранжирования, формирователя шкалы параметров звука, транслятора и блока озвучания /синтезатора/, причем дополнительный вход транслятора связан со вторым выходом блока отношений, а ко второму входу блока гармонического преобразователя подключен блок временного интервала. Кроме того, дополнительные входы формирователя шкалы параметров звука соединены с задатчиками частоты, длительности и силы звука, а к выходу блока озвучания подключен магнитофон. Обеспечивается коррекция функционального состояния человека путем внешнего звукового воздействия, адекватно отображающего биоэлектрическую активность физиологической жизнедеятельности конкретного индивидуума. 1 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для коррекции функционального состояния человека, содержащее последовательно включенные датчики биопотенциалов, усилитель, блок гормонического преобразования, интегратор и блок формирования психологического воздействия с генератором звуковых колебаний, отличающееся тем, что между блоком гармонического преобразования и интегратором включен многополосный анализатор, а к второму входу блока гармонического преобразования дополнительно подключен блок временного интервала, при этом блок формирования психофизиологического воздействия состоит из последовательно включенных блока отношений, блока ранжирования, формирователя шкалы параметров звука, транслятора и блока озвучивания, причем дополнительный вход транслятора связан со вторым выходом блока отношений. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительные входы формирователя шкалы параметров звука соединены с задатчиком частоты звука, задатчиком длительности звука и задатчиком силы звука. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к выходу блока озвучивания подключено средство для записи звука.