АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОГНИТИВНОГО ТРЕНИНГА Российский патент 2019 года по МПК G09B19/00 A61B5/16 

Изобретение относится к автоматизированным системам вычислений и обработки данных и может быть использована для решения задачи тренировок и развития когнитивных функций мозга.

Известен метод компьютерной и нейрофизиологической диагностики базовых когнитивных функций мозга, который включает конструирование пространственных объектов в специальной проблемной среде «Динамические пазлы», при этом диагностируемый может осуществлять следующие действия: просмотр фрагментов в специальном окне, установку выбранного фрагмента на рабочее поле, отмену установленного ранее фрагмента (Л.Н. Дроздова, П.П. Дьячук. Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях, всероссийская конференция, 13-15 мая 2009 года, Нижний Новгород: тезисы докладов, с.41-42). Саморегуляция деятельности осуществляется за счет биологической обратной связи, реализуемой посредством датчика «расстояние до цели» - подсказки.

Данный способ позволяет проанализировать влияние базовых когнитивных функций на процесс научения решению пространственных задач. Результаты компьютерной диагностики позволяют делать предварительные выводы об уровне развития базовых когнитивных функций мозга. Недостатками данного способа являются возможность его использования только в стационарных условиях в присутствии специалиста и односторонняя направленность диагностики.

Известен также способ коррекции когнитивных нарушений при цереброваскулярной патологии, включающий предоставление больному изображения предмета на «зашумленной картинке» на экране монитора, с возможностью дозирования плотности «зашумленности», распознавание больным предоставленного изображения, при этом одновременно дополнительно предоставляют ряд изображений предметов, выполненных четкими линиями, на одном из которых изображен предмет с «зашумленной картинки», распознавание предмета, изображенного на «зашумленной картинке», больной осуществляет путем узнавания и выбора предмета из предоставленных вариантов, на выполнение задания отводят время, максимальный интервал которого определяет врач, и по истечении которого оценивают задание с демонстрацией больному оценки на экране монитора, при этом демонстрируемая больному оценка в баллах прямо пропорциональна плотности «зашумленности» картинки, выведение оценки сопровождают визуальными и/или звуковыми средствами (RU 2506963, А61М 21/00, 20.02.2014).

Недостатком известного способа является восстановление когнитивных функций, касающихся в основном оптического восприятия у больных с цереброваскулярной патологией.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков и обеспечение возможности проведения в автоматизированном режиме дистанционной диагностики и тренировок когнитивных функций мозга, построенных на комбинации новейших технологий улучшения когнитивных функций: развитии обоих полушарий головного мозга, развитии мелкой моторики, техник запоминания, хранения и извлечения информации, техники удержания внимания и концентрации, развития речевого аппарата и объемного зрения, эмоционально-психологического самопрограммирования; выстроенных в логической последовательности с учетом различных уровней сложности, путем коммуникаций и взаимодействия с внешними пользователями с помощью различных видов линий связи: оптоволоконных, телефонных, радио- и спутниковых каналов; в единой информационной среде.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в разработке автоматизированной системы когнитивного тренинга, обеспечивающей решение задачи повышения уровня доступности технологий когнитивного тренинга, а также точности дифференциальной диагностики когнитивных способностей и улучшения статистики результатов развития когнитивных функций пользователей.

Указанный технический результат достигается за счет применения автоматизированной системы когнитивного тренинга, состоящей из множества компьютерных устройств внешних пользователей, узла связи с внешними пользователями, блока визуализации, специального интерактивного сервиса - личный кабинет, блока базы данных, блока диагностики, блока формирования отчетных форм, маршрутизатора, блока специализированных курсов, электронной библиотеки, блока когнитивных тренажеров, блока тестирования и компьютерного устройства оператора базы данных,

при этом компьютерные устройства внешних пользователей через узел связи соединены с блоком визуализации и личным кабинетом, который, в свою очередь, соединен прямой и обратной связью с блоком базы данных, при этом личный кабинет имеет по два дополнительных входа и выхода, причем первый выход соединен с входом блока диагностики, имеющим прямую связь с блоком формирования отчетных форм, а второй выход личного кабинета соединен с входом маршрутизатора, при этом блок формирования отчетных форм посредством прямой и обратной связи соединен с блоком базы данных, а через дополнительный выход с первым дополнительным входом в личный кабинет,

при этом выходы маршрутизатора соединены по схеме: первый - с входом блока специализированных курсов, второй - с первым входом блока когнитивных тренажеров; при этом первый выход блока

специализированных курсов соединен с входом электронной библиотеки, связанной со вторым дополнительным входом в личный кабинет, а второй выход блока специализированных курсов связан со вторым входом блока когнитивных тренажеров, при этом выход блока когнитивных тренажеров посредством прямой связи соединены с блоком тестирования, выход которого связан с отдельным входом блока базы данных, которая также имеет прямую и обратную связь с компьютерным устройством оператора базы данных.

В предпочтительном варианте реализации автоматизированной системы когнитивного тренинга содержит блок тренажеров биологической обратной связи, при этом вход блока тренажеров биологической обратной связи соединен с третьим выходом маршрутизатора, а выход блока тренажеров биологической обратной связи посредством прямой связи соединены с блоком тестирования.

Блок диагностики, выполнен с возможностью проведения комплексной проверки уровня когнитивных способностей и предназначен для формирования индивидуальных программ развития ВПФ.

Блок формирования отчетных форм выполнен с возможностью получения информации из блока диагностики и ее компоновки и упаковки в обменный формат отчетных форм, а также кодировки индивидуальных программ развития - комплекса задач и упражнений, выстроенных в логической последовательности с учетом уровня сложности.

Маршрутизатор выполнен для связи компьютерных устройств внешних пользователей с блоком специализированных курсов, электронной библиотекой, блоком когнитивных тренажеров и блоком тренажеров биологической обратной связи.

Блок тестирования выполнен с возможностью получения информации с выходов блока когнитивных тренажеров и блока тренажеров биологической обратной связи для определения динамики изменения состояния пользователя по каждому отдельному развивающему направлению.

Блок базы данных выполнен с возможностью получения информации из блока формирования отчетных форм и блока тестирования, а также экспорта информации в блок формирования отчетных форм и личный кабинет внешних пользователей.

Автоматизированная система когнитивного тренинга (фиг. 1) состоит из множества компьютерных устройств внешних пользователей 1, узла связи с внешними пользователями 2, блока визуализации 3, специального интерактивного сервиса - личный кабинет 4, блока базы данных 5, блока диагностики 6, блока формирования отчетных форм 7, маршрутизатора 8, блока специализированных курсов 9, электронной библиотеки 10, блока когнитивных тренажеров 11, блока тестирования 13 и компьютерного устройства оператора базы данных 14. Также система может дополнительно содержать блок тренажеров биологической обратной связи 12.

Как следует из блок-схемы (фиг. 1), автоматизированная система когнитивного тренинга состоит из совокупности объединенных в информационную сеть и взаимодействующих между собой средств сбора и обработки данных. Средства сбора и обработки данных - компоненты системы представляют собой участки памяти рабочих станций (серверов), отдельные рабочие станции (серверы), средства интерфейса. Для взаимодействия отдельных компонентов системы могут использоваться различные, зависящие от уровня техники, каналы связи. При этом в качестве рабочего места оператора (компьютерное устройство пользователя) может применяться стандартный персональный или портативный компьютер, использующий известную операционную систему Microsoft Windows либо иную операционную систему.

Действие автоматизированной системы когнитивного тренинга заключается в следующем.

Связь между компьютерными устройствами внешних пользователей 1 и автоматизированной системой когнитивного тренинга осуществляется через узел связи 2, блок визуализации 3, размещенный в информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», и, встроенный в блок визуализации 3, специальный интерактивный сервис - личный кабинет 4. После прохождения процедуры регистрации в личном кабинете 4, информация о пользователях заносится в блок базы данных 5, а сами пользователи получают доступ в режиме онлайн ко всем услугам, предоставляемым компанией по определению первичного уровня развития когнитивных способностей и технологиям тренировки и развития когнитивных функций и навыков.

Все манипуляции мышкой компьютера или Multitouch сенсорного монитора, весь курс занятий или отдельные его упражнения или блоки упражнений, в зависимости от состояния пользователя, осуществляются или под контролем квалифицированного специалиста - инструктора, родственника пользователя или самостоятельно.

После регистрации пользователь получает доступ к блоку диагностики 6 с целью определения первичного уровня развития его когнитивных способностей.

Для этого пользователю предлагается пройти три диагностических тренажера, например: «Переключения», «Сигнальные лампы», «Найди число».

Тренажер «Переключения». В данной игровой методике благодаря инверсионному предъявлению задания происходит задействование ряда определенных свойств функции мышления, таких как анализ, направленный на выявление существенных связей, синтез - объединение полученной значимой информации в соответствующую группу, наглядно-образное представление, позволяющее выстраивать последовательные умозрительные заключения. В ходе выполнения заданий происходит активизация мыслительных процессов, осуществляемых в своеобразном эмпирическом обобщении, основанием для которого служат отношения между вещами, открывающиеся в восприятии. Также присутствует направленность на зачатки словесного мышления - связного логического рассуждения. Вторично задействованы динамические стороны мышления: скорость протекания мыслительных процессов, сравнение и переключение - установление сходства и различия между объектами. Кроме того, задействованы важные свойства функции внимания (избирательность, концентрация, переключение), поддерживающие произвольное регулирование.

Тренажер «Сигнальные лампы». Решение данной игровой задачи активизирует и тренирует основные процессы функции памяти (запоминание, сохранение и последующее воспроизведение). Выделяется работа произвольной памяти, направленная на сознательное и целенаправленное запоминание того, что нужно человеку в данный момент. По мере закрепления и сохранения материала осуществляется воздействие на кратковременную память, которой соответствует удержание следа в форме нервных импульсов и создание временных нейронных связей. В ходе тренировки рабочей стороны функции памяти происходит улучшение объема, точности и скорости запоминания, длительности хранения и помехоустойчивость. Вторично задействована функция внимания, а именно такие ее свойства, как концентрация - интенсивность и степень сосредоточенности внимания на конкретных объектах, и распределение возможность удерживать в сфере внимания одновременно несколько объектов и выполнять несколько видов деятельности. Также задействована функция восприятия - схватывание целостного образа и выделение его из общего и однородного фона. Кроме того, активизируется зрительное восприятие, а именно развитие периферического зрения, способствующего развитию перцептивного поля.

Тренажер «Найди число». За счет выделения нужной фигуры из зашумленного фона и удержания данной задачи повышается степень сосредоточенности, устойчивости и скорости перевода фокуса внимания с одного объекта на другой. Также происходит активизация таких свойств зрительного восприятия как избирательность (выделение определенных объектов) и категориальность (группировка объектов).

Данная группа тренажеров выступает в качестве диагностики, направленной на определение уровня развития той или иной когнитивной функции. В процессе тестирования они имеют определенный уровень сложности, направленный на зону ближайшего развития (ЗБР). Понятие ЗБР введено Л.С. Выготским, Д.Б. Элькониным, П.Я. Гальпериным.

ЗБР является расстоянием между актуальным развитием человека, теми способностями, которые ему доступны, и уровнем возможного развития - те навыки и умения, которые еще не доступны человеку. Таким образом, сложность диагностических тренажеров направлена на верхнюю границу возможностей пользователя для того, чтобы обозначить его предел «здесь и сейчас», и оценить уровень актуального развития.

После определения первичного уровня развития когнитивных способностей пользователя для него формируется индивидуальная программа развития высших психических функций головного мозга (ВПФ), основанная на сочетании развивающих задач, выстроенных в логическую последовательность с учетом нейропсихологических закономерностей, уровня сложности и особенностей пользователей.

Полученные данные (опорный профиль состояния) передаются в блок формирования отчетных форм 7, в котором осуществляется компоновка и упаковка целевой аналитической информации в обменный формат отчетных форм по направлениям:

- результаты диагностики состояния пользователя;

- рекомендации и инструкции по тренировке и развитию когнитивных функций мозга, а также производится кодировка индивидуальных программ развития - комплекса задач и упражнений, выстроенных в логической последовательности с учетом уровня сложности.

Информация из блока формирования отчетных форм 7 экспортируется в личный кабинет пользователя 4 и блок базы данных 5, соединенный с компьютерным устройством оператора базы данных 14.

На основании полученных рекомендаций пользователь через маршрутизатор 8 получает доступ к блоку когнитивных тренажеров 11.

Блок когнитивных тренажеров предназначен для реализации программы развития высших психических функций головного мозга - мышления, внимания, памяти, восприятия и пр. При этом учитываются отдельные свойства и качества каждой функции, а именно: произвольность, объем, ориентировка, анализ и синтез, воображение, абстрагирование, скорость и широта мыслительных операций и многое другое. Приоритет развития тех или иных функций находится в прямой зависимости от результата тренировок и прогресса пользователя.

Программа формируется персонально под каждого пользователя, учитывая его индивидуальные особенности, которые получены благодаря данным опроса при регистрации, результатам входной диагностики и полученной динамики во время ежедневных тренировок.

Структура блока состоит из двух модулей: модуля, отвечающего за подготовку психических функций к основной работе, и модуля программы развития.

Модуль, отвечающий за подготовку психических функций, включает разминочную группу тренажеров специализированной направленности: внимание, память, мышление. Разминка является необходимой частью программы развития, так как направлена не только на подготовку психических функций к основной работе, но и на поддержание энергетического тонуса головного мозга.

Модуль программы развития представляет собой научно обоснованное сочетание развивающих задач в игровой форме (тренажеров). Специально составленные комбинации тренажеров, следующих друг за другом в строгой логической последовательности необходимы для комплексного развития целостной системы ВПФ, так как они воздействуют не только на свойства и качества конкретной функции, но и затрагивают другие, принимающие второстепенное участие в мыслительной деятельности. Программа развития постоянно адаптируется к пользователю и выстраивает свои задания так, чтобы изначальная сложность соответствовала способностям человека, а далее была направлена на зону ближайшего развития, то есть постепенное усложнение поставленных задач, по траектории ведущей человека за собой.

Через маршрутизатор 8 пользователь имеет также возможность коммуникации с блоком тренажеров биологической обратной связи 12. Работа с нейротренажерами предполагает наличие у пользователя дополнительного оборудования - нейроганитуры, обеспечивающей работу программного обеспечения. Нейрогарнитура считывает электрическую активность мозга с помощью специального датчика и передает информацию на компьютер. Далее программа анализирует полученные данные и выделяет основные ритмы. В начале тренировки записываются образцы индивидуальной электрической активности мозга конкретного пользователя. Затем амплитудные характеристики определенных ритмов визуализируются в игровом процессе, что позволяет пользователю получать информацию о функциональном состоянии собственного мозга. Например, α-ритм имеет наибольшую амплитуду в состоянии спокойного бодрствования и ослабляется при повышении внимания (в особенности зрительного) или мыслительной активности. Обратную характеристику имеет β-ритм, который наиболее выражен в состоянии активного бодрствования. Выраженность β-ритма возрастает в ситуации внимания, при умственном напряжении и эмоциональном возбуждении. Нейротренажер откликается на амплитуду α- и β-ритмов, позволяя совершить определенные игровые действия лишь при достижении требуемого показателя - соотношения амплитуд. Пользователю приходится переключаться между необходимыми состояниями, в результате он приобретает навык произвольного вызова нужного состояния для совершения игровых действий. Нейротренажер повышает эффективность переключения функциональных состояний мозга и тем самым развивает навыки саморегуляции, лежащие в основе большинства видов деятельности.

Результаты тренировок на тренажерах блока 11 и нейротренажерах блока 12 оцениваются на основании тестирования по каждому отдельному развивающему направлению. Процедура тестирования осуществляется в блоке 10 и заключается в решении стандартизованных вопросов и задач, имеющих определенную шкалу значений. Результаты тестов экспортируются в базу данных 5 и через блок формирования отчетных форм 7 в личный кабинет пользователя 4.

С целью повышения уровня доступности технологий когнитивного тренинга в состав автоматизированной системы включен дополнительный модуль дистанционного обучения, состоящий из блока специализированных курсов 9 и электронной библиотеки 10. Связь с модулем осуществляются через личный кабинет 4 и маршрутизатор 8.

Онлайн ресурс рассчитан на шесть обучающих курсов: эмоциональный интеллект, детоксикация мозга, целеполагание, развитие внимания, творческое мышление и развитие мышления. Каждый курс включает от 4 до 15 занятий, которые представлены в виде видео-лекций и заданий для практических занятий, реализуемых с помощью блока когнитивных тренажеров 11. В процессе обучения пользователю предоставляется доступ к оцифрованным научным трудам по выбранной тематике, загруженных в электронную библиотеку 10.

Описанный цикл работы с системой может повторяться многократно, при этом может меняться рекомендуемый комплекс задач и упражнений (их ориентированность на решение конкретных проблем, количественный состав и уровень сложности) в зависимости от результатов диагностики состояния пользователя.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении точности дифференциальной диагностики первичного уровня развития когнитивных способностей. Автоматизированная система когнитивного тренинга состоит из: множества компьютерных устройств внешних пользователей; узла связи с внешними пользователями; блока визуализации; специального интерактивного сервиса - личный кабинет; базы данных; блока диагностики; блока формирования отчетных форм; маршрутизатора; блока специализированных курсов; электронной библиотеки; блока когнитивных тренажеров; блока тренажеров биологической обратной связи; блока тестирования и компьютерного устройства оператора базы данных. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автоматизированная система когнитивного тренинга, состоящая из множества компьютерных устройств внешних пользователей, узла связи с внешними пользователями, блока визуализации, специального интерактивного сервиса - личный кабинет, блока базы данных, блока диагностики, блока формирования отчетных форм, маршрутизатора, блока специализированных курсов, электронной библиотеки, блока когнитивных тренажеров, блока тестирования и компьютерного устройства оператора базы данных,

при этом компьютерные устройства внешних пользователей через узел связи соединены с блоком визуализации и личным кабинетом, который, в свою очередь, соединен прямой и обратной связью с блоком базы данных, при этом личный кабинет имеет по два дополнительных входа и выхода, причем первый выход соединен с входом блока диагностики, имеющим прямую связь с блоком формирования отчетных форм, а второй выход личного кабинета соединен с входом маршрутизатора, при этом блок формирования отчетных форм посредством прямой и обратной связи соединен с блоком базы данных, а через дополнительный выход - с первым дополнительным входом в личный кабинет,

при этом выходы маршрутизатора соединены по схеме: первый - с входом блока специализированных курсов, второй - с первым входом блока когнитивных тренажеров; при этом первый выход блока специализированных курсов соединен с входом электронной библиотеки, связанной со вторым дополнительным входом в личный кабинет, а второй выход блока специализированных курсов связан со вторым входом блока когнитивных тренажеров, при этом выход блока когнитивных тренажеров посредством прямой связи соединен с блоком тестирования, выход которого связан с отдельным входом блока базы данных, которая также имеет прямую и обратную связь с компьютерным устройством оператора базы данных.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок тренажеров биологической обратной связи, при этом вход блока тренажеров биологической обратной связи соединен с третьим выходом маршрутизатора, а выход блока тренажеров биологической обратной связи посредством прямой связи соединен с блоком тестирования.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок диагностики выполнен с возможностью проведения комплексной проверки уровня когнитивных способностей и предназначен для формирования индивидуальных программ развития ВПФ.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования отчетных форм выполнен с возможностью получения информации из блока диагностики и ее компоновки и упаковки в обменный формат отчетных форм, а также кодировки индивидуальных программ развития - комплекса задач и упражнений, выстроенных в логической последовательности с учетом уровня сложности.

5. Система по п. 2, отличающаяся тем, что маршрутизатор выполнен для связи компьютерных устройств внешних пользователей с блоком специализированных курсов, электронной библиотекой, блоком когнитивных тренажеров и блоком тренажеров биологической обратной связи.

6. Система по п. 2, отличающаяся тем, что блок тестирования выполнен с возможностью получения информации с выходов блока когнитивных тренажеров и блока тренажеров биологической обратной связи для определения динамики изменения состояния пользователя по каждому отдельному развивающему направлению.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок базы данных выполнен с возможностью получения информации из блока формирования отчетных форм и блока тестирования, а также экспорта информации в блок формирования отчетных форм и личный кабинет внешних пользователей.