способ определения уровня пластичности нервных процессов человека

Формула изобретения

Способ определения уровня пластичности нервных процессов человека путем предъявления испытуемому на экране видеомонитора окружности, на которой помещены метка и точечный объект, который движется с заданной скоростью по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности, затем вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности, причем новым является то, что ошибку несовпадения точечного объекта и метки отмечают на плоскости в координатах «значение ошибки не совпадения точечного объекта и метки - номер остановки точечного объекта в области положения метки», описанную процедуру повторяют, строят диаграмму значений ошибок несовпадения точечного объекта и метки t как функции t=f(i), где i=1, 2 , n, n - число остановок точечного объекта в области положения метки, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен, уровень пластичности нервных процессов определяют по числу остановок точечного объекта в области положения метки, выполненных во время переходного процесса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для определения уровня пластичности нервных процессов человека.

Все функции организма человека складываются и претерпевают изменения при взаимодействии организма и внешней среды. При этом происходит структурно-функциональная реорганизация центральной нервной системы, изменяется физиологическая активность мозговых структур, что отражает одно из основных проявлений их жизнедеятельности - пластичность нервных процессов [1]. Интерес к пластичности обусловлен ее ролью в процессах обучения, формирования навыков, компенсации функций, способности к саморегуляции и других процессах, обеспечивающих адаптацию организма [2-4].

Известны способы определения уровня пластичности путем анализа различных временных эпох и пространственных характеристик с использованием позитронно-эмиссионной томографии, функционального магнитного резонанса, магнитоэнцефалографии и транскраниальной магнитной стимуляции [3].

Известен способ определения уровня пластичности с использованием метода соревнования полей зрения [5].

Известен способ изучения процесса саморегуляции, поиска минимальных коррекций, приводящих к желаемому результату [6], то есть определения уровня пластичности нервных процессов, заключающийся в определении времени реакции на движущийся объект (РДО). При этом испытуемым предъявляют циферблат 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. Проводится 13 измерений, три из которых считаются ориентировочными и при оценке времени РДО не учитываются. Индикатором времени РДО человека 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 величина ошибок запаздывания или упреждения [4].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ оценки времени РДО человека путем предъявления испытуемому на экране видеомонитора окружности, на которой помещены метка и точечный объект, отличающийся тем, что точечный объект движется с заданной скоростью по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности, затем вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности, описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего вычисляют оценку времени РДО человека T _p как среднеарифметическое значение по формуле:

где t_i - i-я ошибка запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n - число остановок точечного объекта в области положения метки [7].

Определение времени РДО происходит при скачкообразном изменении ошибки несовпадения точечного объекта и метки. Ошибки упреждения корректируются увеличением пути движения точечного объекта, что приводит на первых порах к ошибкам противоположного знака - запаздыванию. Лишь постепенно испытуемые находят минимальную величину коррекции, позволяющую остановить движущийся точечный объект в положении метки.

Однако в результате адаптации испытуемого к экспериментальным условиям и влияния «закона научения», согласно которому процесс формирования навыка развивается по экспоненте [8], наблюдается нестационарность, объясняемая наличием «этапа врабатывания» [9].

Таким образом, по окончании переходного процесса, обусловленного адаптацией, «научением» и «врабатыванием», наступает квазистационарный режим, в котором наблюдается вариабельность значений ошибок несовпадения точечного объекта и метки, объясняемая стохастичностью центральной нервной системы, как сложного биологического объекта. При этом длительность переходного процесса определяется уровнем пластичности нервных процессов. По мнению Н.М.Пейсахова и соавт., стабилизация значений времени РДО происходит после двух-трех измерений [4].

Однако переходной процесс сугубо индивидуален, поэтому необходимое число измерений времени РДО человека до стабилизации его значений для разных испытуемых различно, что подтверждено экспериментально.

Недостатком известных способов является то, что они не учитывают индивидуальный характер стабилизации измеряемых значений, что не позволяет определить уровень пластичности нервных процессов человека.

Технический результат предлагаемого способа заключается в возможности определения уровня пластичности нервных процессов человека.

Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены метка и точечный объект, который движется с заданной скоростью по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности, затем вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности, причем новым является то, что ошибку несовпадения точечного объекта и метки отмечают на плоскости в координатах «значение ошибки несовпадения точечного объекта и метки - номер остановки точечного объекта в области положения метки», описанную процедуру повторяют, строят диаграмму значений ошибок несовпадения точечного объекта и метки t как функции t=f(i), где i=1, 2 n, n - число остановок точечного объекта в области положения метки, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен, уровень пластичности нервных процессов определяют по числу остановок точечного объекта в области положения метки, выполненных во время переходного процесса.

Действия испытуемого при определении времени РДО соответствуют управлению в системах регулирования, основанному на непрерывных коррекциях, которые осуществляются после каждого очередного акта и базируются на текущей информации [10].

Время переходного процесса определяется временем, после которого имеет место неравенство [11]:

где t(i) - текущее значение ошибки несовпадения точечного объекта и метки; - среднее значение ошибки несовпадения точечного объекта и метки в квазистационарном режиме; t_зап.max - максимальное значение ошибки запаздывания в квазистационарном режиме; t _ynp.max - максимальное значение ошибки упреждения в квазистационарном режиме; - вариационный размах значений ошибок несовпадения точечного объекта и метки в квазистационарном режиме.

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

На фиг.2-3 представлены диаграммы значений ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки двух испытуемых, полученных в процессе тестирования.

Предлагаемый способ определения уровня пластичности нервных процессов человека осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены метка и точечный объект, который движется с заданной скоростью по окружности, совершая один оборот за 3 с. В момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности на время, равное 1 с.

Вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности.

Время ошибки несовпадения точечного объекта и метки отмечают на плоскости в координатах «значение ошибки несовпадения точечного объекта и метки - номер остановки точечного объекта в области положения метки». Описанную процедуру повторяют, строят диаграмму значений ошибок несовпадения точечного объекта и метки t как функции t=f(i), где i=1, 2 n, n - число остановок точечного объекта в области положения метки, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен.

Уровень пластичности нервных процессов определяют по числу остановок точечного объекта в области положения метки, выполненных во время переходного процесса.

Заявляемый способ позволяет учесть индивидуальный характер стабилизации измеряемых значений ошибок несовпадения точечного объекта и метки, что позволяет определить уровень пластичности нервных процессов человека.

Таким образом, заявляемый способ определения уровня пластичности нервных процессов человека обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.

Пример 1. Испытуемому Г., 18 лет, на экране видеомонитора персонального компьютера предъявили окружность, на которой помещена метка. По окружности по часовой стрелке двигался точечный объект, совершающий один оборот за время, равное 3 с.

Испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения точечного объекта с положением метки нажал кнопку «Стоп» пульта управления.

Компьютер в момент нажатия кнопки «Стоп» остановил движение точечного объекта по окружности, вычислил ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или время ошибки упреждения с отрицательным знаком, занес значение времени ошибки с соответствующим знаком в запоминающее устройство, отметил ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки на плоскости в координатах «значение ошибки несовпадения точечного объекта и метки - номер остановки точечного объекта в области положения метки» и через 1 с продолжил движение точечного объекта по окружности.

Испытуемый повторил описанную процедуру до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки в мс: -46, 44, -36, 39, 27, -27, 19, -14, 7, -7, -6, 7, которые представлены в виде диаграммы на фиг.2. По диаграмме определили номер попытки 9 остановки точечного объекта в области положения метки, соответствующий окончанию переходного процесса. Уровень пластичности нервных процессов определили по числу остановок точечного объекта в области положения метки, равному 9, выполненных во время переходного процесса.

Пример 2. Испытуемый К., 20 лет, аналогично испытуемому Г., выполнил тестирование времени РДО, в результате получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки в мс: 28, -23, -13, 15, 6, -5, -2, 6, -6, 5, -6, 6, которые представлены в виде диаграммы на фиг.3. По диаграмме определили номер попытки 5 остановки точечного объекта в области положения метки, соответствующий окончанию переходного процесса. Уровень пластичности нервных процессов определили по числу остановок точечного объекта в области положения метки, равному 5, выполненных во время переходного процесса.

По результатам экспериментальных данных уровень пластичности нервных процессов испытуемого К. выше уровня пластичности испытуемого Г.

Предлагаемый способ определения уровня пластичности нервных процессов человека апробирован на группе из 10 испытуемых. Пластичность по группе соответствовала от 3 до 12 остановок точечного объекта в области положения метки.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить уровень пластичности нервных процессов человека путем определении времени РДО по числу остановок точечного объекта в области положения метки, выполненных во время переходного процесса.

Источники информации

1. Бехтерева Н.П. Здоровый и больной мозг человека. - Л.: Наука, 1988. - 208 с.

2. Фарбер Д.А., Безруких М.М. Методологические аспекты изучения физиологии развития ребенка. // Физиология человека. - 2001. - Т.27, № 5. - С.8-16.

3. Шавловская О.А. Пластичность корковых структур в условиях неврологического дефицита, сопровождающегося расстройством движения в руке. Современные подходы в реабилитологии. // Физиология человека. - 2006. - Т.32, № 6. - С.119-125.

4. 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.

5. Баранова Т.И., Берлов Д.Н., Чилигина Ю.А., Январева И.Н., Болотова М.А., Нестеров В.П. Новые способы оценки надежности человека-оператора. // Авиокосмическая и экологическая медицина. - 2004. - Т.38, № 6. - С.31-36.

6. Пейсахов Н.М. Закономерности динамики психических явлений. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1984. - 235 с.

7. Патент 2326595 РФ, МПК А61В 5/16. Способ оценки времени реакции человека на движущийся объект. / Песошин А.В., Петухов И.В., Роженцов В.В. - Опубл. 20.06.2008, Бюл. № 17.

8. Ткачук В.Г., Петрович Б. Вариативность физиологических показателей в механизме адаптации биосистем. // VII Междунар. науч. конгресс «Современный олимпийский спорт и спорт для всех»: Матер, конф. - Т.2. - М.: СпортАкадемПресс, 2003. - С.182-183.

9. Приборы и комплексы для психофизиологических исследований. Исследования, разработка, применение. / Под ред. В.А.Викторова, Е.В.Матвеева. - М.: ЗАО «ВНИИМП-ВИТА», 2002. - 228 с.

10. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. - М.: Машгиз, 1962. - 628 с.

11. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1985. - 535 с.