Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга с учетом их аккомодации в закрытом окружающем человека пространстве Российский патент 2019 года по МПК A61B5/00 

Область техники.

Настоящее изобретение относится к медицине и может быть использовано в неврологии, психиатрии, нейрофизиологии, нейропсихологии и рядом других современных нейронаук, изучающих головной мозг человека, а также в области информационных и коммуникационных технологий при создании искусственного интеллекта, робототехники и в архитектуре.

Уровень техники.

Изучение и понимание устройства, принципов работы головного мозга человека и его составных частей, а так же его взаимодействия с окружающей средой, в том числе на морфофункциональном и нейрофизиологическом уровнях является одним из приоритетных направлений развития современной медицины, информационных и нейрокоммуникационных технологий, которые также могут быть использованы, например, при создании искусственного интеллекта и робототехники (А.С. Брюховецкий, 2013; «Human Brain Project», 2014).

В результате взаимодействия человека с внешней средой, а точнее вследствие анализа головным мозгом условий реального окружающего пространства в самом мозге и его составляющих компонентах происходят изменения морфофункционального характера, отражающиеся в нейрофизиологических изменениях (Moser, E. I. et al., 2017).

Предположения о возможности таких изменений под действиям формы окружающего пространства еще в XX веке описали в своих неоднозначных философских трудах Ги Дебор и Щеглов И.В.. Так Ги Дебор в рамках понятия «психогеография», подразумевает под последней «изучение точных законов и конкретных воздействий географической среды на эмоции и поведение индивидов» (Guy Debord ,1955; Ю.С. Владимиров,1996, 1998).

В психологии и психотерапии известны работы Дж. Морено, Р. И Дилтса – представителей НЛП направления, которые подчеркивали практическое применение изменений состояния головного мозга (возникающие во время микрогеографических перемещений и положений членов группы относительно друг друга), описывая психологическую динамику эмоциональных, когнитивных и поведенческих паттернов, как индивидуума, так и группы. Несмотря на малый уровень доверия к этим техникам психотерапии со стороны современных исследователей, все же стоит отметить наличие предиспозиционных идей о влиянии географии пространства на психологическое состояние человека (Sturt J. et. al., 2012; Hemmati Maslakpak M. . al., 2016).

Френсис Шапиро, использовав метод анализа и перекодировки глазодвигательных паттернов, создала терапевтический подход для устранения негативного психологического опыта, возникшего после пережитой травмы. В основе этого подхода лежит методика виртуальной работы с представлением, посредством концентрации внимания (пациент фантазийно, но следуя определённым алгоритмам), меняет свое положение в пространстве (Van Woudenberg C. et. al., 2018) и тем самым достигает положительного эффекта редукции актуальности травмирующих воспоминаний.

Так же известно, что пребывание в измененном пространстве, например в космосе, вызывает изменение психических функций (Clément G. et al., 2013; Schmidt M.A. et al., 2013).

Рассмотрение воздействия окружающего пространства на функциональное изменение головного мозга происходит в основном на фоне изучения нейропсихиатрических заболеваний, при этом не достаточно освящены процессы, происходящие в практически здоровом головном мозге человека (Lord L-D. et. al., 2017).

Наряду с этим существует ряд работ нейрофизиологической направленности, учитывающих тематику пространственного восприятия головным мозгом человека и млекопитающих (Krupic J et. al., 2015; Diehl G.W. et. al., 2017). Они сводятся к процессам моделирования и картирования пространственной ориентации. Однако, известно, что модели головного мозга, в которых используется линейный анализ изменений морфофункциональных процессов, не всегда позволяют получить точные результаты (Peer M. et. al., 2015).

Помимо этого, современные компьютерные модели мозга производят анализ коннектомов без учета того, в каком пространстве находится сам пациент, ориентируясь лишь на микропроцессы (Ritter P. et. al.,2013).

Наиболее часто изменение морфофункциональных характеристик полушарий большого мозга в условиях окружающего человека закрытого пространства происходит путем их приспособления в виде обычного физиологического процесса.

При этом эти изменения могут носить ситуативный кратковременный обратимый характер, например, при перемещении индивида в закрытом пространстве, или необратимый характер при длительном пребывании в закрытом пространстве, например, в жилом помещении или при длительных полетах в космос и т.д.

Исключение могут составлять случаи, сопровождающиеся возникновением фобий, при которых возникают импульсные возбуждения, как реакция на пребывание в закрытом пространстве определенного размера. Тем не менее, для обозначения процесса приспособления полушарий большого мозга в замкнутом окружающем человека пространстве целесообразно использовать термин «аккомодация».

Известно представление сознания в виде сферической модели, при исследовании которой измерения производились на микроуровне, что не позволяло в полной мере отследить взаимосвязь происходящих психических процессов и рельефа окружающего замкнутого пространства (Соколов Е.Н., 1996).

Одним из важнейших составных частей головного мозга являются полушария большого мозга (hemispherium cerebralis). Рельеф поверхностей полушарий большого мозга довольно сложен, в связи с наличием борозд различной глубины и расположенных между ними вилкообразных возвышений - извилин.

Роль полушарий большого мозга в функционировании центральной нервной системы человека весьма значительна. Однако, до настоящего времени во многом не изучены особенности их работы в условиях окружающего пространства, в том числе на морфофункциональном уровне, в частности в процессе взаимодействии со стационарными объектами окружающего пространства.

При этом особый интерес представляет, например, исследование влияния на функционирование полушарий большого мозга механических напряженно-деформированных состояний их полушарий, возникающих при возбуждениях в их оболочках и зависящих от форм, размеров, площадей поверхностей, объемов полушарий и их соотношений, а также влияние топографических характеристик окружающего человека пространства на работу головного мозга человека с учетом соотношений топографических характеристик окружающего пространства и, например, полушарий большого мозга.

Важным является выявление общих закономерностей морфометрических и нейрофизиологических измерений анатомических структур, например, полушарий большого мозга, как конкретного человека, так и большой группы людей, находящихся в одинаковых или разных условиях географической среды, что позволило бы в дальнейшем более полно определить возникновение и протекание патологии работы головного мозга, а так же изменения адаптационных процессов человека в окружающем его пространстве, и оптимизировать лечебные мероприятия и/или использовать результаты измерений при создании искусственного интеллекта и робототехники.

Под окружающим пространством понимается конкретное физическое, а не абсолютное математическое, пространство. Это пространство обладает определенными физическими свойствами, которые могут меняться от точки к точке и от момента к моменту и выражаются фундаментальным метрическим тензором (Франк-Каменецкий Д.А., 1961).

При этом в данном случае рассмотрено архитектурное (искусственное) трехмерное закрытое пространство, в котором находится или может находиться человек.

Закрытое архитектурное пространство означает физическую изолированность созданного человеком внутреннего пространства от природного пространства или от другого искусственно созданного пространства для обеспечения, например, защитных функций. Оно имеет конкретные размеры длину, ширину, высоту, объем, площадь внутренней, ограничивающей его поверхности. Причем величина этих характеристик конкретна и соответствует величине архитектурных сооружений, выполненных человеком для обеспечения своих жизненных потребностей. При этом понятие внутреннего пространства определяет положение места относительно внешнего природного или искусственно созданного пространства.

В качестве искусственно созданного закрытого архитектурного пространства может быть представлено внутреннее пространство квартиры или ее отдельной комнаты, служебного помещения с учетом проемов окон и дверей., а также внутреннего пространства салона автомобиля или космического корабля и т.д. Примером природного закрытого пространства является, например, внутреннее пространство пещеры.

Как для архитектурного, так и для природного закрытого пространства характерно наличие внутренней сплошной или не сплошной поверхности, физически отделяющей рассматриваемое закрытое пространство от природного или другого искусственного пространства. При этом внутренняя поверхность закрытого пространства рассматривается изнутри этого пространства. Закрытое пространство, в котором находится человек, по отношению к нему будет внешним пространством.

При этом внутренняя поверхность закрытого пространства может иметь строгие геометрические формы, например, стены, потолок и пол комнаты или широкий спектр различных геометрических форм, например, внутренняя поверхность пещеры или салона автомобиля.

Свойства окружающего человека пространства детально рассмотрены в архитектуре и эргономике в части его геометрического анализа и бытовой функциональности применительно к потребностям человека.

Также рассмотрены свойства окружающего человека пространства применительно к психологии (Соколов Е.Н., 2009). Здесь рассмотрена сферическая модель когнитивных процессов при восприятии окружающего пространства.

В указанных работах отсутствуют общие критерии оценки и методика измерений в первую очередь морфометрических характеристик полушарий большого мозга человека во взаимосвязи со метрическими характеристиками окружающего человека закрытого пространства.

При выборе общих критериев оценки работы полушарий большого мозга человека в условиях окружающего его закрытого пространства, в том числе на морфофункциональном уровне, необходимо в первую очередь рассматривать их как элементы единой самоорганизующейся системы, объединенные на основе единого системообразующего фактора, не зависящего от субъективных факторов и условной информации, рассматриваемой, как выбор, сделанный в результате договоренности между членами общества, т.е. условной информации.

Трудность решения указанных задач заключается в значительном многообразии свойств окружающего пространства и необходимости получения общих критериев оценки в первую очередь на морфо-функциональном уровне характеристик головного мозга и окружающего человека пространства и связи между ними.

Известна ядерно-сферическая концепция самоорганизующихся систем (Поддубный И.В., 2004). В соответствии с указанной концепцией ключевым понятием самоорганизующийся систем является системообразующий фактор — тенденция системы к максимальной устойчивости, смысл которой заключается во взаимодействии элементов системы в соответствии с всеобщим физическим принципом наименьшего действия. Условия образования и этапы развития системы, а также их основные закономерности и механизмы (дифференциация, интеграция, иерархизация элементов, автоколебания, обратные связи) обусловлены действием системообразующего фактора. В процессе становления системы ее структура имеет тенденцию к приобретению ядерно-сферической формы, как наиболее упорядоченной, стабильной. Эта форма структурный аттрактор системы.

С другой стороны сфера может быть представлена в виде нулевого девиатора механических напряжений, относительно которого можно фиксировать, в том числе на морфофункциональном уровне, основные характеристики полушарий большого мозга, а также изменение, например, размеров и форм как отдельных элементов, так и в целом окружающего человека пространства. Кроме того поверхность сферы безгранична и является универсальной измерительной базой широкого спектра показателей морфофункциональных характеристик полушарий большого мозга и окружающего человека пространства.

В связи с указанным целесообразно проводить макроэнцефалометрию полушарий большого мозга человека при их аккомодации в условиях окружающего его пространства с использованием единой конструкции, в которой объединены на основе физических законов морфометрические характеристики головного мозга и его частей и окружающего человека пространства под действием однотипного структурного аттрактора. В качестве такого структурного аттрактора целесообразно использовать сферическую форму, как наиболее упорядоченную и стабильную.

Известен «Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга человека» (Патент RU 2668697 С1). Он включает, по меньшей мере, этап измерения площади свободной поверхности полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд и площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг полушарий большого мозга, с использованием компьютерно-диагностического аппаратного комплекса. При этом дополнительно определяют отношение площади свободной поверхности полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд к площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них.

В этом способе отсутствует единая измерительная база, позволяющая провести кластерную оценку морфологических и нейрофункциональных особенностей, например, полушарий большого мозга при их исследовании во взаимодействии с окружающим закрытым пространством.

В тоже время с учетом действия упомянутого выше структурного аттрактора свойства окружающего человека закрытого физического пространства в первом приближении также целесообразно рассматривать относительно максимальной мнимой сферы, вписанной в это пространство.

Настоящее изобретение направлено на создание способа макроэнцефалометрии полушарий большого мозга с учетом его аккомодации в условиях окружающего человека закрытого пространства, позволяющего на основе единой измерительной базы решать следующие задачи:

1. Получить идентичные одноименные оценочные показатели анатомических особенностей полушарий большого мозга с учетом их аккомодации в закрытом пространстве у пациентов различного половозрастного состава и различных рас, не имеющих и имеющих заболевания мозга и/или другие заболевания.

2. Выявить закономерности устройства и работы полушарий большого мозга в обычных условиях и в условиях патологии при различных свойствах окружающего закрытого пространства.

3. Проводить исследования напряженно-деформированного состояния полушарий большого мозга и их долей с оценкой процессов, происходящих в них с точки зрения физико-химической механики при различных свойствах окружающего закрытого пространства.

4.На основе полученных результатов исследований создать математическую и физическую модели головного мозга человека и его частей с учетом различных свойств окружающего закрытого пространства.

5. Использовать результаты измерений в области информационных и коммуникационных технологий при создании искусственного интеллекта и робототехники, а также при проектировании и строительстве закрытых архитектурных пространств и проведение исследований в эргономике.

6. Производить оценку с использованием результатов макроэнцефаломерии полушарий большого мозга свойств закрытого пространства, находящегося на значительном удалении, в том числе на других планетах, которые могут оказать воздействие на работу головного мозга конкретного субъекта.

7. Использовать результаты измерений при разработке методик адаптационных процессов после длительного пребывания человека в закрытом пространстве, например, при полетах в космос.

Технический результат настоящего изобретения состоит в получении способа, позволяющего на основе единой измерительной базы проводить измерения морфологических и нейрофункциональных характеристик полушарий большого мозга человека с учетом их аккомодации в условиях различных свойств окружающего закрытого пространства, а также проводить оценку свойств закрытого пространства, находящегося на значительном удалении от человека, которые могут оказать на работу головного мозга конкретного субъекта. Это существенно расширяет технические возможности существующих способов макроэнцефалометрии.

Сущность изобретения.

Указанный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения.

Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга с учетом их аккомодации в закрытом окружающем человека пространстве включает, по меньшей мере, измерение площади свободной поверхности полушарий большого мозга человека с учетом извилин и борозд и площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг полушарий.

Способ также включает определение отношения площади свободной поверхности полушарий к площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них.

В соответствии с предложенным изобретением дополнительно определяют площадь внутренней поверхности закрытого пространства, в котором находится человек, а также площади поверхности максимальной мнимой сферы, вписанной в это пространство.

Затем определяют отношение площади внутренней поверхности закрытого пространства к площади поверхности, вписанной в нее максимальной мнимой сферы.

Далее определяют разницу между отношением площади внутренней поверхности закрытого пространства к площади поверхности вписанной в нее максимальной мнимой сферы и отношением свободной площади полушарий к площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них.

В соответствии с одним предпочтительным исполнением способа дополнительно определяют размеры максимальной мнимой сферы, вписанной в закрытое пространство, с учетом выступающих внутрь пространства частей предметов, находящихся в рассматриваемом пространстве.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением способа дополнительно определяют площадь поверхности максимально возможной мнимой сферы, вписанной в закрытое пространство и эквидистантной минимальной мнимой сфере, описанной вокруг полушарий большого мозга.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением способа измерение площадей свободной поверхности полушарий большого мозга человека и площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них, выполняют с помощью компьютерно-диагностичекого аппаратного комплекса позитронно-эмиссионной и/или функциональной магнитно-резонансной томографии.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением способа дополнительно определяют объем закрытого пространства и его отношение к объему максимальной мнимой сферы, вписанной в него.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением способа дополнительно определяют площадь поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг закрытого пространства, и отношение площади внутренней поверхности закрытого пространства к этой площади.

Краткое описание чертежей.

Для лучшего понимания, но только в качестве примера, настоящее изобретение будет описано с отсылками к приложенным чертежам, на которых изображены полушария большого мозга и простейшие формы закрытого пространства, позволяющие раскрыть особенности осуществления настоящего способа.

При этом на чертежах в частности изображены:

на фиг.1 изображен вид сверху на полушария большого мозга человека;

на фиг.2 изображено в перспективе искусственное закрытое пространство в форме параллелепипеда;

на фиг.3 изображено в перспективе искусственное закрытое пространство в форме цилиндра;

на фиг.4 изображено в перспективе искусственное закрытое пространство в форме пирамиды;

на фиг.5 изображена диаграмма, отображающая свойства простейших форм закрытого пространства и изменение коэффициента аккомодации полушарий большого мозга Ка., с учетом свойств этих форм.

Детальное описание осуществления способа

и возможных вариантов использования его результатов

Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга с учетом их аккомодации в закрытом окружающем человека пространстве включает, по меньшей мере, измерение площади Sм. свободной поверхности 12 полушарий 14. большого мозга человека с учетом извилин и борозд и площади Sс.м. поверхности минимальной мнимой сферы 16. описанной вокруг полушарий 14 (фиг.1).

Способ также включает определение отношения Sм./Sс.м. площади свободной поверхности 12 полушарий 14 к площади поверхности минимальной мнимой сферы 16, описанной вокруг них. Для удобства дальнейшего рассмотрения предложенного способа указанное выше отношение рассмотрено в виде коэффициента полушарий большого мозга Км.= Sм./Sс.м.

Измерение площадей свободной поверхности полушарий большого мозга человека и площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них, в соответствии с одним из предпочтительных исполнений может быть выполнено, например, с помощью комьютерно-диагностичекого аппаратного комплекса позитронно-эмиссионной и/или функциональной магнитно-резонансной томографии, например, по методике, изложенной Toro R. et. al., 2008.

Технические возможности указанных выше компьютерно-диагностических аппаратных комплексов с применяемым на них программным обеспечением позволяют, по меньшей мере, в статическом состоянии производить весь комплекс измерений полушарий большого мозга, предусмотренных настоящим способом. Поэтому в описании настоящего способа не приведен весь перечень совершаемых действий по измерению полушарий большого мозга, так как они общеизвестны и не ограничивают существа предложенного способа.

Минимальная мнимая сфера 16 представляет собою минимальную сферу, которую возможно описать вокруг полушарий 14 большого мозга. При этом она может служить единой измерительной базой полушарий большого мозга как одного, так и широкого круга исследуемых пациентов, находящихся в одном или в различных закрытых пространствах, имеющих свою топологию внутренних поверхностей.

При этом минимальная мнимая сфера 16 по отношению к полушариям большого мозга является внешней, а ее внутренняя поверхность ограничивает внутреннее замкнутое пространство, в котором расположены полушария 14 большого мозга.

Следует понимать, что при длительном нахождении человека в закрытом односвязном пространстве, возможно существенное изменение морфометрических и нейрофизиологических характеристик полушарий его большого мозга. При этом рассматриваемый способ позволяет проводить предусмотренные им измерения полушарий большого мозга вне закрытого пространства, где находился или может находиться человек, и отдельно производить измерения, касающиеся самого пространства, с последующим выполнением операций, предусмотренных настоящим способом.

Рассматриваемое трехмерное закрытое пространство с осями ХYZ, окружающее человека, по отношению к минимальной мнимой сфере, описанной вокруг полушарий большого мозга, является внешним. При этом для получения единой измерительной базы закрытых пространств, имеющих различные формы и размеры внутренних поверхностей, с учетом получения одноименных оценочных показателей в предложенном техническом решении также используется мнимая сфера.

Поэтому в соответствии с предложенным изобретением дополнительно определяют площадь Sп. внутренней поверхности 18. трехмерного закрытого пространства, например, имеющего форму параллелепипеда 20, в котором находится, находился или может находиться человек, а также площади Sс.п. поверхности 22 максимальной мнимой сферы 24 (для наглядности на этой сфере сделаны блики, подчеркивающие ее объем), вписанной в это пространство 20 (фиг.2).

Максимально мнимая сфера 24, вписанная в закрытое пространство 20, представляет максимально возможную мнимую сферу, которую можно вписать в закрытое пространство относительно ее стационарной внутренней поверхности 18 с учетом максимальных выступов вовнутрь закрытого пространства. На фиг. 2 такие выступы отсутствуют. Это сделано для того, чтобы с одной стороны наиболее доступно показать возможности реализации настоящего способа, а с другой стороны оценить результаты реализации способа для закрытых пространств, имеющих простейшие формы. Однако в реальных закрытых пространствах их внутренние поверхности могут иметь различные выступы, оказывающие существенное влияние на величину максимально возможной мнимой сферы, вписанной в конкретное пространство. При этом следует понимать, что поверхность измеряемого закрытого пространства является внешней относительно максимальной вписанной в это пространство сферы, а само закрытое трехмерное пространство обладает свойствами односвязного пространства и гомеоморфно сфере.

Следует заметить, что при необходимости также могут быть получены размеры максимальной мнимой сферы, вписанной в закрытое пространство, с учетом выступающих внутрь пространства частей предметов, например, мебели, находящихся в рассматриваемом пространстве жилой комнаты.

Максимальная мнимая сфера, например, 22, вписанная в конкретное пространство 20, имеет конкретный мнимый центр кривизны О1 с конкретными координатами, относительно которого можно определить расстояния до любой точки поверхности 18, ограничивающей данное закрытое пространство 20.

Относительно данного центра О1 также можно определить координаты мнимого центра минимальной мнимой сферы 16, описанной вокруг полушарий 14 большого мозга, обследуемого индивида. Это позволяет производить макроэнцефалометрию больших полушарий с использованием однородных величин при нахождении индивида в любом месте закрытого пространства с учетом свойств отдельных участков пространства, тем самым расширить технические возможности данного способа.

Затем в соответствии с настоящим способом определяют отношение площади внутренней поверхности 18 закрытого пространства 20 к площади поверхности 22, вписанной в него максимальной мнимой сферы 24. Эту величину также обозначим в виде коэффициента, характеризующего закрытое пространство Кп.=Sп./Sc.п.

Это отношение является интегральным показателем свойства закрытого пространства, оказывающего существенное влияние на аккомодацию полушарий большого мозга в этом пространстве, и может быть использовано как единая характеристика для закрытых пространств с различной архитектурой внутренних поверхностей.

При этом такое измерение размеров замкнутого идентично измерению полушарий большого мозга, что позволяет проводить макроэнцефалометрию больших полушарий в с учетом свойств окружающего человека закрытого пространства с различной архитектурой внутренней поверхности и использованием однородных величин, характеризующих полушария и закрытое пространство.

При этом далее нет необходимости приводить весь перечень технических действий, касающихся измерений внутренней поверхности закрытого пространства, так как имеющиеся известные обычные средства измерения, в том числе с использованием лазерных устройств, а также средства компьютерной графики и моделирования позволяют провести весь комплекс измерений для обеспечения осуществления настоящего способа. Таким образом, указанные выше действия, обеспечивающие осуществления настоящего способа, общеизвестны и не ограничивают существа предложенного способа.

Далее в соответствии с изобретением определяют разницу между отношением площади внутренней поверхности 18 закрытого пространства 20 к площади поверхности 22 вписанной в него максимальной мнимой сферы 24 и отношением свободной площади 12 полушарий 14 к площади поверхности минимальной мнимой сферы16, описанной вокруг них. Эту разницу обозначим в виде коэффициента аккомодации полушарий большого мозга в условиях закрытого пространства Ка.= Км.-Кп.. В расширенном варианте Ка. = Sм./Sс.м. – Sп./Sc.п.

Коэффициент аккомодации Ка. изначально позволяет определить в обобщенном виде величину и направленность дезинтегрирующего воздействия, оказывающего закрытым пространством на полушария большого мозга человека. Он также может быть использован при оценке морфо-функциональных и нейрофизиологических особенностей полушарий большого мозга, как конкретного индивида, так и широкого круга обследуемых пациентов, при их аккомодации в закрытом пространстве. Коэффициент аккомодации может быть также использован при оценке и проектировании архитектурных закрытых пространств, проведении лечебных или реабилитационных мероприятий, а также в эргономике, робототехнике и т.д.

Измерение внутренней поверхности закрытого пространства наиболее целесообразно проводить с использованием широко известных в настоящее время средств компьютерной графики. В то же время в процессе использования закрытых пространств, например, в качестве жилых, производственных или лабораторных помещений возможно измерение их характеристик непосредственно с помощью обычных известных средств измерения, в том числе с использованием лазерных устройств.

В зависимости от поставленных задач, например, размеры, форма и/или топология внутренних поверхностей закрытых архитектурных пространств могут быть неизменны или могут быть изменены на протяжении всего цикла исследований влияния свойств закрытого пространства на морфо функциональные характеристики полушарий большого мозга широкого круга индивидов.

Рассматриваемый способ позволяет также проводить указанные выше измерения при размещении индивида в любом месте используемого закрытого пространства, в том числе вне максимальной мнимой сферы, вписанной в данное пространство.

При получении статистически достаточного объема результатов измерений и выявлении закономерностей, определяющих зависимость морфо- и нейрофункциональных характеристик полушарий большого мозга от свойств окружающего закрытого пространства, рассматриваемый способ может быть использован, например, при экспертной оценке архитектурных замкнутых пространств, находящихся на значительном удалении от конкретного индивида. На основе данного способа также возможно проводить ситуационное моделирование и прогнозирование последствий нахождения конкретного индивида в конкретном закрытом пространстве.

Рассматриваемый способ имеет ряд предпочтительных исполнений, которые позволяют получить дополнительную информацию о морфологических характеристиках и функционировании полушарий большого мозга в условиях закрытого пространства.

В соответствии с одним предпочтительным исполнением способа дополнительно определяют размеры максимальной мнимой сферы, вписанной в закрытое пространство, с учетом выступающих внутрь пространства частей предметов, например, мебели, находящейся в рассматриваемом пространстве, так как данные предметы могут оказывать существенное влияние на жизненное пространство конкретного индивида. Поэтому использование данного предпочтительного исполнения рассматриваемого способа позволит получить дополнительную информацию об аккомодации полушарий большого мозга в конкретном реальном жизненном закрытом пространстве конкретного индивида. Кроме того с помощью подвижных предметов в конкретном закрытом пространстве, например, в жилой комнате можно легко менять форму и внутренние размеры закрытого пространства, тем самым обеспечив возможности проводить осуществление данного способа с учетом изменившихся свойств закрытого пространства.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением способа дополнительно определяют площадь поверхности максимально возможной мнимой сферы, вписанной в закрытое пространство и эквидистантной минимальной мнимой сфере, описанной вокруг полушарий большого мозга индивида, находящегося в конкретном месте закрытого пространства.

Размер такой мнимой сферы будет ограничен, в связи с привязкой ее, по меньшей мере, к двум координатам, это координаты центра минимальной мнимой сферы, описанной вокруг полушарий большого мозга и координаты, по меньшей мере, одной точки касания этой сферы с поверхностью, ограничивающей закрытое пространство.

При перемещении индивида внутри закрытого пространства размеры указанной выше мнимой сферы могут меняться и максимально достичь размеров максимально возможной мнимой сферы, вписанной в рассматриваемое пространство.

Использование максимальной мнимой сферы, эквидистантной минимальной мнимой сфере, описанной вокруг полушарий большого мозга, позволяет произвести макроэнцефалографию полушарий большого мозга с учетом свойств части закрытого пространства, наиболее близко расположенной от полушарий большого мозга обследуемого индивида, а также провести измерения в динамике, в том числе при перемещении индивида в направлении центра максимально возможной мнимой сферы, вписанной в закрытое пространство.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением способа дополнительно определяют объем закрытого пространства и его отношение к объему максимальной мнимой сферы, вписанной в него.

В соответствии с другим предпочтительным исполнением способа дополнительно определяют площадь поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг закрытого пространства, и отношение площади внутренней поверхности закрытого пространства к этой площади. Это позволяет получить дополнительную информацию о форме и соотношении соответственно внутренних и внешних размеров закрытого пространства, оказывающих влияние на аккомодацию больших полушарий.

Рассматриваемый способ также может быть использован в условиях закрытых пространств естественного происхождения, например, внутреннего пространства пещеры.

Примеры использования настоящего способа

Для демонстрации реализации настоящего способа рассмотрим примеры его использования для закрытых архитектурных односвязных пространств, имеющих простейшие геометрические формы и гомеоморфных сфере, а именно, куба, параллелепипеда, сферы, цилиндра и пирамиды. Однако следует понимать, что реальные закрытые пространства могут иметь широкой спектр форм и размеров внутренних поверхностей, ограничивающих их и содержать элементы упомянутых простейших форм.

Приведенные примеры предназначены только для пояснения существа предлагаемого способа и не являются исчерпывающими примерами его использования. Это обусловлено тем, что, во-первых, в качестве примера использованы только показатели усредненного варианта морфометрических характеристик полушарий большого мозга отдельного предполагаемого индивида. Во-вторых, рассмотрены только простейшие формы закрытых пространств, которые не учитывают весь спектр форм и размеров, как самих закрытых пространств, так и их внутренних поверхностей.

При этом следует понимать, что существует широкий спектр индивидуальных особенностей морфометрических характеристик отдельных индивидов и рассматриваемый способ позволят их учитывать. Причем полушария большого мозга отдельных индивидов будут иметь свои особенности аккомодации, присущие только им, что особенно важно. Также следует понимать, что одним из основных действий, направленных на исследование полушарий большого мозга и осуществляемых при реализации настоящего способа, является макроэнцефалометрия полушарий большого мозга с учетом их аккомодации в закрытом пространстве. Однако, в приведенных ниже примерах рассмотрено только изменение форм и соотношений размеров простейших закрытых пространств применительно к настоящему способу для отдельного усредненного индивида, а результатов макроэнцефалометрии полушарий большого мозга для широкого круга индивидов применительно к изменению указанных форм и размеров закрытых пространств не приведено, так как такие исследования требуют дополнительных затрат. Тем не менее, приведенные ниже примеры позволяют понять существо настоящего способа и достижение при этом планируемого технического результата.

Далее приведены следующие примеры. Величину площади свободной поверхности 12 полушарий большого мозга 14 для усредненного варианта морфометрических характеристик отдельного индивида принимаем равной 220000 мм² (М.Р. Сапин, 2001). Диаметр минимальной мнимой сферы 16, описанной вокруг усредненного варианта полушарий большого мозга, принимаем равный 175 мм (Электронный ресурс http://kriorus.ru/content/Chelovecheskiy-mozg-tolko-fakty; Sisodiya S. et. al., 1996).

Далее определяем площадь поверхности минимальной мнимой сферы 16, описанной вокруг рассматриваемых полушарий 14. Она равна 96162,5 мм². Затем определяем отношение площади свободной поверхности 12 полушарий большого мозга к площади поверхности минимальной мнимой сферы 16, описанной вокруг них, для усредненного варианта. Оно равно 2,29.

Отношение площади внутренней поверхности закрытого пространства в виде куба, сферы и цилиндра к площади поверхности максимальной мнимой сфере, вписанной в эти пространства может быть определено, например, с учетом известных математических выражений, которые в настоящем описании нет необходимости указывать. При этом следует заметить, что эти отношения зависят только от соотношения геометрических размеров закрытого пространства и не зависят от абсолютной величины геометрических размеров. Для пространства, имеющего форму сферы, указанное отношение постоянно и равно 1.

При этом для закрытого пространства, имеющего форму параллелепипеда 20 (фиг.2) отношение площади внутренней поверхности 18 к площади поверхности 22 максимальной мнимой сферы 24 с центром О1и радиусом R1, вписанной в это пространство будет зависеть от соотношения его геометрических размеров а,b и c. При равенстве а=b=с получаем куб, у которого это отношение постоянно и равно 1,91.

Далее определяем коэффициент аккомодации Ка. соответственно при закрытых пространствах, имеющих форму сферы и куба. Для сферы Ка. = - 1,29, а для куба Ка.= - 0,38. Таким образом, оба коэффициента имеют отрицательное значение.

Далее при увеличении размера с (фиг.2) отношение площади внутренней поверхности 18 к площади поверхности 22 максимальной вписанной в это пространство мнимой сферы 24 будет увеличиваться. Это обусловлено тем, что радиус R1 максимальной мнимой сферы 24 для данного примера остается неизменным, а площадь внутренней поверхности 18 из-за увеличения размера «с» также будет увеличиваться.

Например, при размерах закрытого пространства 20 а=в и с= 1,3а отношение площади внутренней поверхности 18 к площади поверхности 22 максимальной вписанной в это пространство мнимой сферы 24 будет равно Кп. = 2,29. При этом коэффициент аккомодации для усредненного индивида в условиях закрытого пространства 20 (фиг.2) для рассматриваемого примера будет равен Ка. = 0. При дальнейшем увеличении размера «с» и прочих равных условиях Ка. будет увеличиваться. При неизменной величине и условии а=в, но с < а для рассматриваемого примера (фиг.2), коэффициент аккомодации Ка. будет также будет увеличиваться, так как будет уменьшаться радиус R1 cферы 24.

В качестве примера рассмотрим закрытое пространство реальной жилой комнаты, имеющей форму параллелепипеда со следующими размерами: а = 2,6 м, с = 4,7 м, b = 2,5 м. Диаметр максимальной вписанной сферы в это пространство будет ограничен высотой комнаты b = 2,5 м. При этом коэффициент аккомодации полушарий большого мозга для среднестатистического индивида будет положителен и равен Ка. = 0,77.

Очевидно, что при отрицательных значениях Ка. полушария большого мозга в процессе их аккомодации будут испытывать релаксационное воздействие со стороны замкнутого пространства 20. При Ка.>0 полушария большого мозга будут испытывать активизирующее воздействие со стороны пространства 20. Для определения пороговых с точки зрения критического воздействия на полушария большого мозга конкретного индивида замкнутого пространства значений Ка. необходимо проведение широкого спектра исследований, которые позволяет осуществить настоящий способ.

Для закрытого пространства в форме цилиндра 26 (фиг.3) отношение площади поверхности 28 внутреннего пространства к площади поверхности 30 сферы 32 с радиусом R2 и центром О2, вписанной в это пространство, будет различным в зависимости от соотношения его диаметра Dц и длины цилиндра с. При длине цилиндра, равной его диаметру с =Dц, это соотношение равно 1,5. Соответственно коэффициент аккомодации для данного примера будет равен Ка. = - 0,79. При увеличении длины цилиндра и уменьшению ее по отношению к диаметру цилиндра это отношение будет увеличиваться и при определенном значении длины цилиндра коэффициент аккомодации принимает положительное значение.

Таким образом, для закрытых пространств в виде куба, сферы и определенных размеров параллелепипеда и цилиндра, отношение внутренних поверхностей указанных форм закрытых односвязных пространств к площадям поверхностей соответствующих им максимальных мнимых сфер, вписанных в эти пространства, меньше отношения площади свободной поверхности полушарий большого мозга к площади минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них. При этом разница между указанными соотношениями отрицательна, т.е Ка. < 0.

Далее рассмотрим особенности закрытого пространства, имеющего форму четырехгранной пирамиды 34. При этом отношение площади внутренней поверхности 36 этого пространства к площади поверхности 38 сферы 40 с центром О3 и радиусом R3, также будет зависеть от соотношения размеров а,b и с пирамиды. Так, например, при соотношении указанных размеров, соответствующих пирамиде Хеопса, рассматриваемый параметр равен 3,4, что существенно выше, чем у полушарий большого мозга среднестатистического индивида. При этом коэффициент аккомодации Ка.= 1,15.

На фиг.4 изображена диаграмма, где по вертикальной оси указаны численные значения коэффициентов Км., Кп. и Ка. для различных форм закрытых пространств, а на горизонтальной оси расположены прямоугольников значения коэффициентов Кп. для простейших формы закрытых пространств, а именно, 1 –сфера; 2 – цилиндр, у которого его длина равна его диаметру; 3 – куб, 4 – параллелепипед, с соотношением сторон а=b, с = 1,3а; 5 – параллелепипед с размерами жилой комнаты, указанной в примере выше. При этом над прямоугольниками указаны цифровые значения коэффициентов Кп применительно к соответствующей форме закрытого пространства, а именно, Кп.с. = 1,0 сферы; Кп.ц.=1.5 цилиндра; Кп.к. =1,91 куба; Кп.п.=2,29 параллелепипеда при а=b, с=1,3а; Кп.п.ж.к. = 3,0 параллелепипеда с размерами жилой комнаты.

На фиг. 5 также указана линия 6, отображающая Км. = 2,29 для среднестатистического индивида, и линия 7, отображающая изменение коэффициента аккомодации Ка. с указанием числовых значений для отраженных на диаграмме простейших форм закрытых пространств.

Из приведенных примеров и диаграммы (фиг.5) видно, что форма и соотношение размеров односвязных закрытых пространств могут оказывать различное влияние на процессы аккомодации больших полушарий, сопровождающиеся их морфофункциональными изменениями. Например, для закрытых пространств в виде сферы (1) и куба (3) коэффициент аккомодации меньше единицы. Он также меньше единицы для цилиндра (2) и параллелепипеда с определенным соотношением их размеров. При определенных размерах пространства в виде, например, параллелепипеда коэффициент аккомодации может быть равен нулю (4) или стать положительным (5).

Реальные закрытые пространства, например, жилая комната или рабочий кабинет могут иметь различные размеры стационарных внутренних поверхностей стен, потолка и пола, которые ограничивают конкретное пространство и определяют его объем. Этот объем оказывает свое присущее ему воздействие на аккомодацию полушарий большого мозга в закрытом пространстве. При этом форма и соотношение размеров поверхностей, ограничивающих закрытое пространство, отражают основные его особенности и оказывают свое присущее им воздействие на полушария большого мозга. Приведенные выше примеры позволяют в значительной степени учесть основные особенности закрытого односвязного пространства и его влияние на процессы аккомодации полушарий большого мозга.

Следует учесть, что человек может находиться в различных участках закрытого пространства. При этом в рассматриваемых помещениях может находиться, например, мебель, оргтехника и другие предметы, изменяющие площадь внутренней поверхности закрытого пространства, что может также оказать влияние на процессы аккомодации.

Указанные выше особенности закрытых пространств учтены в зависимых пунктах формулы изобретения, что позволяет наиболее полно учесть особенности конкретного закрытого пространства и его влияние на процессы аккомодации полушарий большого мозга.

Указанные выше примеры свидетельствуют, что данный способ позволяет получить одноименные оценочные показатели для полушарий большого мозга отдельного индивида и окружающего его закрытого односвязного пространства различных форм и размеров, а при необходимости получить одноименные оценочные показатели анатомических особенностей полушарий большого мозга с учетом их аккомодации в закрытом пространстве для широкого круга индивидов. Это существенно расширяет технические возможности существующих способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга человека.

Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, различные изменения и модификации его могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенного в приведенной ниже формуле изобретения.

Список используемых источников:

1. Анатомия человека. В двух томах. Т.2/М.Р. Сапин, В.Я. Бочаров, Д.Б. Никитюк и др./ Под ред.М.Р. Сапина.- Изд. 5-е перераб. и доп. - М.: Медицина.- 2001.- 640 с.: ил.

2. Д.А. Франк-Каменецкий. Физика пространства и времени./Природа, изд.акад.наук СССР, 1961,№1. С. 17-24

3. Е.Н. Соколов. Очерки по психофизиологии сознания/ Вестник. моск. Ун-та. Сер.14 Психология. 2009, №1

4. Заявка на изобретение (19) RU (11) 2017 141 028 (13) A «Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга человека».

5. И.В. Поддубный. Онтологические основания ядерно-сферической концепции самоорганизующихся систем. Процессы самоорганизации в универсальной истории: Материалы Междунар. Симпоз. (Белгород, 29 сент.-2 окт.204 г.) Белгород: Изд-во БелГУ, 2004. С. 18-20)

6. Проблемы теоретической неврологии: информационно-коммутативная теория и принципы работы головного мозга человека. Брюховецкий А.С.. Клиническая практика № 4 (16) Год: 2013 стр. 55-78.

7. Соколов Е.Н. Векторное кодирование и нейронные карты // Журн. высш. нервн. деят. им. И.П.Павлова. 1996. Т.46. Вып.1. С. 7—14.

8. Электронный ресурс http://kriorus.ru/content/Chelovecheskiy-mozg-tolko-fakty

9. Ю.С. Владимиров. Реляционная теория пространства-времени и взаимодействий. Часть 1. Теория систем отношений. - М.: Изд-во Московского университета, 1996, 264 с.

10. Ю.С. Владимиров. Реляционная теория пространства-времени и взаимодействий. Часть 2. Теория физических взаимодействий. - М.: Изд-во Московского университета, 1998, 448 с.

11. Clément G, Skinner A, Lathan C. Distance and Size Perception in Astronauts during Long-Duration Spaceflight. Life : Open Access Journal. 2013;3(4):524-537. doi:10.3390/life3040524.

12. Grid and Nongrid Cells in Medial Entorhinal Cortex Represent Spatial Location and Environmental Features with Complementary Coding Schemes. Diehl GW, Hon OJ, Leutgeb S, Leutgeb JK. Neuron. 2017 Apr 5;94(1):83-92.e6. doi: 10.1016/j.neuron.2017.03.004. Epub 2017 Mar 23.

13. Guy Debord 1955, Introduction to a Critique of Urban Geography

14. Hemmati Maslakpak, M., Farhadi, M., & Fereidoni, J. (2016). The effect of neuro-linguistic programming on occupational stress in critical care nurses. Iranian Journal of Nursing and Midwifery Research, 21(1), 38–44. http://doi.org/10.4103/1735-9066.174754

15. Lord L-D, Stevner AB, Deco G, Kringelbach ML. Understanding principles of integration and segregation using whole-brain computational connectomics: implications for neuropsychiatric disorders. Philosophical transactions Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences. 2017;375(2096):20160283. doi:10.1098/rsta.2016.0283

16. Moser, E. I., Moser, M.-B., & McNaughton, B. L. (2017). Spatial representation in the hippocampal formation: a history. Nature Neuroscience, 20(11), 1448–1464. doi:10.1038/nn.4653

17. Nature. 2015 Feb 12;518(7538):232-235. doi: 10.1038/nature14153. Grid cell symmetry is shaped by environmental geometry. Krupic J., Bauza M., Burton S., Barry C., O'Keefe J.

18. Peer M, Salomon R, Goldberg I, Blanke O, Arzy S. Brain system for mental orientation in space, time, and person. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2015;112(35):11072-11077. doi:10.1073/pnas.1504242112

19. Ritter P., Schirner M, McIntosh AR, Jirsa VK. The Virtual Brain Integrates Computational Modeling and Multimodal Neuroimaging. Brain Connectivity. 2013;3(2):121-145. doi:10.1089/brain.2012.0120).

20. Schmidt MA, Goodwin TJ. Personalized medicine in human space flight: using Omics based analyses to develop individualized countermeasures that enhance astronaut safety and performance. Metabolomics. 2013;9(6):1134-1156. doi:10.1007/s11306-013-0556-3

21. Sisodiya S, Free S, Fish D, Shorvon S. MRI-based surface area estimates in the normal adult human brain: evidence for structural organisation. Journal of Anatomy. 1996;188(Pt 2):425-438.

22. Sturt, J., Ali, S., Robertson, W., Metcalfe, D., Grove, A., Bourne, C., & Bridle, C. (2012). Neurolinguistic programming: a systematic review of the effects on health outcomes. The British Journal of General Practice, 62(604), e757–e764. http://doi.org/10.3399/bjgp12X658287;

23. The Vital Role of Neuroscience in the Human Brain Project электронный ресурс .Электронный ресурс: https://web.archive.org/web/20140823003843/https://www.humanbrainproject.eu/documents/10180/17646/HBP-Statement.090614.pdf

24. Toro, R., Perron, M., Pike, B., Richer, L., Veillette, S., Pausova, Z., & Paus, T. (2008). Brain Size and Folding of the Human Cerebral Cortex. Cerebral Cortex, 18(10), 2352–2357. doi:10.1093/cercor/bhm261

25. Van Woudenberg C, Voorendonk EM, Bongaerts H, et al. Effectiveness of an intensive treatment programme combining prolonged exposure and eye movement desensitization and reprocessing for severe post-traumatic stress disorder. European Journal of Psychotraumatology. 2018;9(1):1487225. doi:10.1080/20008198.2018.1487225.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в неврологии, психиатрии, нейрофизиологии, нейропсихологии и ряде других современных нейронаук, изучающих головной мозг человека, а также в области информационных и коммуникационных технологий при создании искусственного интеллекта, робототехники и в архитектуре. Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга с учетом их аккомодации в закрытом окружающем человека пространстве содержит измерение площади свободной поверхности полушарий большого мозга человека с учетом извилин и борозд и площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг полушарий, определение отношения площади свободной поверхности полушарий к площади поверхности минимальной мнимой сферы, измерение площади внутренней поверхности закрытого пространства, в котором находится человек, а также площади поверхности максимальной мнимой сферы, вписанной в это пространство, определение отношения площади внутренней поверхности закрытого пространства к площади поверхности вписанной в него максимальной мнимой сферы, определение разницы между отношением площади внутренней поверхности закрытого пространства к площади поверхности вписанной в него максимальной мнимой сферы и отношением свободной площади полушарий к площади поверхности минимальной мнимой сферы. Использование изобретения позволяет расширить технические возможности существующих способов макроэнцефалометрии. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга с учетом их аккомодации в закрытом окружающем человека пространстве, включающий, по меньшей мере, измерение площади свободной поверхности полушарий большого мозга человека с учетом извилин и борозд и площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг полушарий, а также определение отношения площади свободной поверхности полушарий к площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них, отличающийся тем, что дополнительно определяют площадь внутренней поверхности закрытого пространства, в котором находится человек, а также площади поверхности максимальной мнимой сферы, вписанной в это пространство, затем определяют отношение площади внутренней поверхности закрытого пространства к площади поверхности вписанной в него максимальной мнимой сферы, затем определяют разницу между отношением площади внутренней поверхности закрытого пространства к площади поверхности вписанной в него максимальной мнимой сферы и отношением свободной площади полушарий к площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно определяют размеры максимальной мнимой сферы, вписанной в закрытое пространство, с учетом выступающих внутрь пространства частей предметов, находящихся в рассматриваемом пространстве.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно определяют площадь поверхности максимально возможной мнимой сферы, вписанной в закрытое пространство и эквидистантной минимальной мнимой сфере, описанной вокруг полушарий большого мозга.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что измерение площадей свободной поверхности полушарий большого мозга человека и площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них, выполняют с помощью комьютерно-диагностичекого аппаратного комплекса позитронно-эмиссионной и/или функциональной магнитно-резонансной томографии.

5. Способ по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что дополнительно определяют объем закрытого пространства и его отношение к объему максимальной мнимой сферы, вписанной в него.

6. Способ по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что дополнительно определяют площадь поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг закрытого пространства, и отношение площади внутренней поверхности закрытого пространства к этой площади.