СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ СООТНОШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ Российский патент 2010 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к медицине и предназначено для определения уровня соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Одним из методов повышения надежности и эффективности профессиональной деятельности человека является диагностика и прогнозирование его функционального состояния на основе оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе [1, 2].

Простым и достаточно точным способом оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе является оценка времени реакции на движущийся объект (РДО) [1], которое является сложным пространственно-временным рефлексом.

Известен способ определения времени реакции человека на движущийся объект с использованием обычного стрелочного секундомера, одно деление которого равно 0,01 сек. Испытуемые по команде «Можно» нажатием кнопки пускают секундомер и останавливают его в момент достижения стрелкой заданного деления на циферблате. Проводятся 13 измерений, три из которых считаются ориентировочными и при оценке времени реакции на движущийся объект не учитываются. Индикатором реакции на движущийся объект является средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения. Для оценки средней величины ошибок запаздывания подсчитывается сумма отклонений с положительным знаком и количество ошибок такого рода. Деление суммарной величины ошибок на их количество дает искомую величину. Аналогичным образом вычисляется критерий, характеризующий среднюю величину ошибок упреждения. Сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о преобладании средней величины ошибок запаздывания или упреждения, то есть об оценке реакции на движущийся объект [3], что позволяет оценить соотношение процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Недостатком способа является необходимость многократного нажатия кнопки для пуска и останова секундомера, что приводит к усталости пальцев руки и, как следствие, к снижению точности останова стрелки секундомера при достижении ею заданного деления на циферблате.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ оценки соотношения процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе путем предъявления испытуемому на экране видеомонитора окружности, на которой помещены метка и точечный объект, когда в момент предполагаемого совпадения движущегося по окружности точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Фиксация» фиксирует положение точечного объекта относительно метки, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки, в момент нажатия кнопки «Фиксация» вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания или упреждения, описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего определяют среднюю величину ошибок запаздывания, подсчитанную как сумму отклонений с положительным знаком, деленную на их количество, и среднюю величину ошибок упреждения, подсчитанную как сумму отклонений с отрицательным знаком, деленную на их количество, сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о соотношении процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе [4].

Недостатком данного способа является низкая достоверность и точность оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Известно, что на значение РДО влияет скорость формирования двигательного навыка испытуемого [5]. В то же время процесс обучения невозможен без обратной связи - наличие информации у испытуемого о результате своих действий.

Кроме того, испытуемый, определив момент совмещения движущегося объекта и метки на окружности, нажмет кнопку «Фиксация» только через некоторое время - время сенсомоторной реакцией. Под временем сенсомоторной реакции понимают время от момента появления сигнала до момента реакции испытуемого на этот сигнал [6]. При этом время сенсомоторной реакции является индивидуальной и относительно постоянной величиной. Таким образом, не зная о результатах своих попыток совмещения движущегося объекта и метки, испытуемый не может учесть свое индивидуальное время сенсомоторной реакции, и, следовательно, значения ошибок несовмещения будут смещены от действительных значений на некоторое значение, равное времени сенсомоторной реакции испытуемого в сторону запаздывания. В результате, полученные значения ошибок несовмещения не позволят установить истинное взаимоотношение возбуждения и торможения.

Для того чтобы повысить достоверность и точность оценки соотношения процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе необходимо предоставить в процессе обучения испытуемого и формирования его двигательного навыка информацию о величине ошибки несовпадения положений точечного объекта и метки.

Технический результат предлагаемого способа определения уровня соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе заключается в повышении достоверности и точности оценки за счет предоставления испытуемому информации о величине ошибки несовпадения положений точечного объекта и метки на начальном этапе оценки в период обучения и формирования двигательного навыка испытуемого.

Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены метка и точечный объект, в момент предполагаемого совпадения движущегося по окружности точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Фиксация» фиксирует положение точечного объекта относительно метки, в момент нажатия кнопки «Фиксация» вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания или упреждения, описанную процедуру повторяют заданное число раз, причем новым является то что, на первом этапе измерений при нажатии кнопки «Фиксация» точечный объект останавливается на окружности и через заданное время продолжает движение по окружности, а на втором этапе измерений при нажатии кнопки «Фиксация» движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки, после чего определяют среднюю величину ошибок запаздывания на втором этапе измерений, подсчитанную как сумму отклонений с положительным знаком, деленную на их количество, и среднюю величину ошибок упреждения на втором этапе измерений, подсчитанную как сумму отклонений с отрицательным знаком, деленную на их количество; сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о соотношении процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

На чертеже представлена окружность, предъявляемая испытуемому на экране видеомонитора, где 1 - метка, 2 - точечный объект, движущийся с заданной скоростью по окружности.

Предлагаемый способ определения уровня соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены метка и точечный объект, движущийся по окружности с заданной скоростью.

На первом этапе измерений испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта, в момент предполагаемого совпадения точечного объекта с меткой фиксирует положение точечного объекта относительно метки нажатием кнопки «Фиксация». Движение точечного объекта по окружности останавливается и через заданное время продолжается. В момент нажатия кнопки «Фиксация» вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания или упреждения.

Описанную процедуру повторяют заданное число раз.

На втором этапе измерений испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта, в момент предполагаемого совпадения точечного объекта с меткой фиксирует положение точечного объекта относительно метки нажатием кнопки «Фиксация», при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки. В момент нажатия кнопки «Фиксация» вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания или упреждения.

Описанную процедуру повторяют заданное число раз.

На основе полученных на втором этапе измерений значений ошибок несовпадения вычисляют среднюю величину ошибок запаздывания и среднюю величину ошибок упреждения, средняя величина ошибок запаздывания подсчитывается как сумма отклонений с положительным знаком, деленная на их количество, средняя величина ошибок упреждения подсчитывается как сумма отклонений с отрицательным знаком, деленная на их количество.

Сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о соотношении процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Таким образом, заявляемый способ определения уровня соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример 1.

Испытуемому М., 22 года, на экране видеомонитора персонального компьютера, совместимого с IBM PC, предъявили окружность, на которой помещены метка и точечный объект, движущийся по окружности с заданной скоростью.

На первом этапе измерений испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения точечного объекта с положением метки нажимал клавишу клавиатуры компьютера «Пробел», выполняющую функцию кнопки «Стоп». Компьютер в момент нажатия клавиши «Пробел» останавливал движение точечного объекта по окружности, вычислял ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки, время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, отображал на экране видеомонитора и через 1 с продолжал движение точечного объекта по окружности.

Согласно известным данным [7], первые три измерения в серии измерений считаются пробными и служат для обучения испытуемого и формирования его двигательного навыка, поэтому описанную процедуру повторили 3 раза.

В результате выполнения первого этапа измерений получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта с положением метки: -34; 49; 26 мс, которые отображались на экране видеомонитора, но считались пробными и при дальнейшей оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе не учитывались.

На втором этапе измерений испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения точечного объекта с положением метки нажимал клавишу клавиатуры компьютера «Пробел», выполняющую функцию кнопки «Фиксация», при этом движение точечного объекта по окружности продолжалось без остановки.

Компьютер в момент нажатия клавиши «Пробел» вычислял ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, заносил значение времени ошибки в запоминающее устройство.

Далее испытуемый выполнил 10 попыток фиксации положения точечного объекта с положением метки в момент предполагаемого совпадения их положения.

В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта с положением метки в мс: 15; 23; -12; -32; -7; 16; 9; -26; -10; 22. Среднее арифметическое полученных значений ошибок не совпадения положений равно 0,2 мс, среднее квадратическое отклонение равно 19,9 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерения при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента равны 45,173 мс.

По результатам тестирования вычислены средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения, полученные на втором этапе измерений:

- средняя величина ошибок запаздывания 17 мс;

- средняя величина ошибок упреждения 17,4 мс.

Сопоставление указанных величин свидетельствует о состоянии, близком к сбалансированности нервных процессов в центральной нервной системе испытуемого.

В результате серии из 10 измерений, выполненных испытуемым по известному способу (Патент №2322187 РФ), получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта с положением метки в мс: 38; 25; -27; 18; -42; -20; 3; 19; -14; 30. Среднее арифметическое полученных значений ошибок несовпадения положений равно 3,0 мс, среднее квадратическое отклонение равно 27,2 мс, доверительные границы случайной составляющей погрешности результата измерения при доверительной вероятности 0,95 с учетом коэффициента Стьюдента равны 61,759 мс.

По результатам тестирования вычислены средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения, полученные на втором этапе измерений:

- средняя величина ошибок запаздывания 22,2 мс;

- средняя величина ошибок упреждения 25,7 мс.

Сопоставление указанных величин свидетельствует о состоянии, близком к сбалансированности нервных процессов в центральной нервной системе испытуемого.

Уменьшение случайной составляющей погрешности измерений (среднее квадратическое отклонение) при выполнении измерений по предложенному способу по сравнению с измерениями, выполненными по известному способу, составило 26,8%.

Таким образом, наличие информации о предыдущем значении ошибки несовпадения положения точечного объекта с положением метки позволяет интенсифицировать процесс обучения испытуемого и формирования его двигательного навыка на первом этапе измерений - этапе обучения.

Отсутствие же информации о предыдущем значении ошибки несовпадения положения точечного объекта с положением метки на втором этапе измерений позволяет устранить коррекцию испытуемым времени останова движения точечного объекта, следовательно, позволяет установить истинное взаимоотношение возбуждения и торможения.

Предлагаемый способ определения уровня соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе позволяет:

- повысить достоверность и точность;

- сделать более правильный вывод о соотношении процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе.

Положительный эффект предлагаемого способа определения уровня соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе на движущийся объект подтвержден результатами экспериментального исследования на группе из 10 испытуемых. Уменьшение случайной составляющей погрешности измерений при выполнении измерений по предложенному способу по сравнению с измерениями, выполненными по известному способу, составило 14,3…42,5%.

Таким образом, предлагаемый способ определения уровня соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе позволяет уменьшить случайную составляющую погрешности измерений, повысить достоверность и точность оценки и сделать более правильный вывод о соотношении процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе.

Литература

1. Сурнина О.Е., Лебедева Е.В. Половые и возрастные различия времени реакции на движущийся объект у детей и взрослых // Физиология человека. - 2001. - Т. 27, №4. - С.56-60.

2. Караулова Н.И. Возможности использования реакции на движущийся объект в оценке результатов тренировки // Физиология человека. - 1982. - Т. 8, №4. - С.653-60.

3. Маслова О.И., Горюнова А.В., Гурьева М.Б. и др. Применение тестовых компьютерных систем в диагностике когнитивных нарушений при синдроме дефицита внимания с гиперактивностью у детей школьного возраста // Медицинская техника. - 2005. - №1. - С.7-13.

4. Патент №2322187 РФ. Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе / А.В.Песошин, И.В.Петухов, В.В.Роженцов. - 7 с.

5. Конопкин О.А. Психологические механизмы регуляции деятельности. - М.: Наука, 1980. - 256 с.

6. Большая советская энциклопедия. - М.: Издательство Советская энциклопедия, 1970. - 18240 с.

7. Методы и портативная аппаратура для исследования индивидуально-психологических различий человека / Н.М.Пейсахов, А.П.Кашин, Г.Г.Баранов, Р.Г.Вагапов. Под ред. В.М.Шадрина. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1976 - 238 с.

Изобретение относится к области медицины, а именно к физиологии. Предъявляют окружность с меткой и движущимся по окружности точечным объектом. Фиксируют момент предполагаемого совпадения движущегося по окружности точечного объекта с меткой. После этого определяют величину ошибки запаздывания и упреждения как сумму отклонений с положительным или отрицательным значением, деленную на их количество. При этом измерение проводят в два этапа. На первом этапе в момент предполагаемого совпадения точечного объекта с меткой фиксируют это положение и останавливают движение. Определяют ошибку запаздывания или упреждения, отображают информацию на экране и формируют у испытуемого двигательный навык. Процедуру повторяют. На втором этапе - фиксируют момент предполагаемого совпадения с меткой, при этом движение точечного объекта продолжают, процедуру повторяют, рассчитывают среднюю величину ошибок несовпадения. Определяют соотношение процессов торможения и возбуждения в ЦНС по средней величине ошибки, рассчитанной на втором этапе. Способ позволяет повысить достоверность и точность оценки, что достигается за счет предоставления испытуемому информации о величине ошибки несовпадения положений точечного объекта и метки на начальном этапе исследования. 1 ил.

Cпособ определения уровня соотношения процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе (ЦНС), включающий предъявление окружности с меткой и движущегося по окружности точечного объекта, фиксацию момента предполагаемого совпадения движущегося по окружности точечного объекта с меткой и определение величины ошибки запаздывания и упреждения как суммы отклонений с положительным или отрицательным значением, деленную на их количество, отличающийся тем, что измерение проводят в два этапа, на первом этапе в момент предполагаемого совпадения точечного объекта с меткой фиксируют это положение и останавливают движение, определяют ошибку запаздывания или упреждения, отображают информацию на экране и формируют у испытуемого двигательный навык, процедуру повторяют; на втором этапе при наблюдении за движущимся точечным объектом фиксируют момент предполагаемого совпадения с меткой, при этом движение точечного объекта продолжают, процедуру повторяют, рассчитывают среднюю величину ошибок несовпадения и определяют соотношение процессов торможения и возбуждения в ЦНС по средней величине ошибки, рассчитанной на втором этапе.