способ определения времени установления межцентральных связей в цнс при выполнении двигательных реакций

Формула изобретения

Способ определения времени установления межцентральных связей в центральной нервной системе при выполнении двигательных реакций, включающий выполнение движений правой и левой рукой, отличающийся тем, выполняют максимально возможное количество движений в заданное время тестирования, а время установления межцентральных связей рассчитывают по формуле:

ВМЦС=(Т-2 k n)/n,

где: Т - заданное время тестирования;

n - количество двигательных реакций за время тестирования,

k - поправочный коэффициент, устанавливаемый по среднегрупповым величинам в пределах 5-20 в зависимости от возраста и роста испытуемого.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и касается исследований организма человека, а именно: определения показателей функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС) и закономерностей скорости установления межцентральных взаимосвязей в деятельностных структурах ЦНС по показателям времения формирования моторных программ.

Необходимость в данном изобретении обусловлена тем, что данные о скорости установления межцентральных взаимосвязей в деятельностных структурах ЦНС нужно учитывать при изучении закономерностей деятельности ЦНС человека при различных физических нагрузках, в том числе при определении скорости формировании моторных программ в процессе тренировочных занятий. Точные данные о закономерностях организации функционирования деятельностных структур ЦНС человека при физических нагрузках необходимы для рациональной организации спортивно-тренировочного процесса.

Известные способы и методы определения изменений функционального состояния ЦНС человека по данным регистрации импульсной активности (биопотенциалов) нервных клеток, электроэнцефалографии, магнитоэнцефалографии, позитронно-эмиссионной томографии, ядерной магнитной резонансной интроскопии, электроокулограммы, электромиографии, электрической активности кожи и др. не позволяют получать данные о времени установления межцентральных взаимосвязей в ЦНС обследуемых людей и выявлять важные закономерности функционирования ЦНС.

В практике работы для оценки функционального состояния ЦНС обследуемых лиц принято ориентироваться на данные хронорефлексометрии с оценкой времени реакций на сенсорные (световые, звуковые, тактильные и др.) раздражители. В исследованиях с использованием методов хронорефлексометрии оцениваются, как правило, так называемые сенсорный и моторный компоненты двигательных реакций. Анализ показывает, что измеряемое при хронорефлексометрии данные в интегральной форме и с недостаточной степенью достоверности характеризуют скорость установления межцентральных взаимосвязей в моторной зоне коры больших полушарий мозга человека.

Цель нашего изобретения заключается в повышении достоверности информации о времени установления межцентральных взаимосвязей в ЦНС обследуемых людей, выявлении важнейших закономерностей функционирования структур моторной зоны ЦНС человека.

В качестве прототипа изобретения избран известный по патенту РФ № 2340281 способ определения скорости формирования моторных программ в центральной нервной системе человека, включающий регистрацию времени реакции на предъявление световых стимулов в случайной очередности и через неопределенные промежутки времени в правом или левом полуполях зрения, определение времени сенсорного и моторного компонентов двигательных реакций на стимулы в правом полуполе зрения левой рукой и на стимулы в левом полуполе зрения левой рукой, отличающийся тем, что при расчетах времени формирования моторных программ учитывают время прохождения биоэлектрического импульса, световом раздражении от рецепторных элементов сетчатки глаза по волокнам глазного нерва до коркового конца зрительного анализатора - время на прохождение биоэлектрического сигнала от моторной зоны коры головного мозга по эфферентным нервным волокнам до нервно-мышечных синапсов и время на преодоление нервно-мышечного синапсов, причем время формирования моторных программ ВФМП рассчитывают по формуле:

ВФМП={(ВРсенсомот.-Кгн-Кнмс)+(ВРмот.-2*Кнмс)}/2,

где: ВФМП - время формирования моторных программ,

ВРсенсомот. - время сенсомоторного компонента реакции,

ВРмот. - время моторного компонента реакции,

Кгн - время прохождения биоэлектрического сигнала о световом стимуле от рецепторного аппарата сетчатки глаза по афферентным волокнам глазного нерва до коркового конца зрительного анализатора,

Кнмс - поправочный коэффициент на прохождение сигнала о сокращении по эфферентным нервным волокнам и преодоление нервно-мышечного синапса. Способ по патенту РФ № 2340281 несмотря на его очевидные достоинства сложен в практическом использовании и не обеспечивает возможности получения достоверных научных данных о времени установления межцентральных взаимосвязей в ЦНС обследуемых людей. Недостатки известного способа определения времени формирования моторных программ в ЦНС человека по патенту РФ № 2340281 заключаются, в частности, в следующем:

показатели сенсорного и моторного компонента двигательных реакций не позволяют установить истинную длительность формирования моторных программ из-за сложности определения необходимых коэффициентов;

по показателям времени формирования моторных программ невозможно с желаемой достоверностью составить суждение о закономерностях изменений времени формирования моторных программ в условиях нервно-эмоционального напряжения.

Известен также теппинг-тест, позволяющий составить суждение о функциональном состояния ЦНС обследуемого человека по количеству двигательных реакций за определенный период времения. При выполнении теппинг-теста испытуемый фактически дает команду на выполнение двух движений: одна команда на нажатие кнопки (или постановку точки), другая команда - возрат в исходов положение на изготовку для следующего движения. Методика теппинг-теста не позволяет получить достоверные данные о скорости формирования моторных программ в ЦНС человека.

Предлагаемый способ определения времени установления межцентральных взаимосвязей в структурах ЦНС обследуемых людей основан на современных научных данных об анатомо-физиологических закономерностях функционирования ЦНС человека, в частности на данных нейрофизиологических исследований, свидетельствующих, что управление мышцами правой или левой половин тела преимущественно осуществляется соответственно из левого или правого полушарий мозга.

Эффективность спортивно-тренировочного процесса заключается в повышении скорости формирования моторных программ в моторной зоне коры больших полушарий. Структуры нервных центров, где происходит формирование моторных программ, обеспечивающих нервную регуляцию движения, распределены по всей ЦНС - от коры больших полушарий до спинного мозга. Время установления межцентральных взаимосвязей в процессе формирования моторных программ определяется изменениями нейронной активности, вызываемое афферентами и приводящее к запуску двигательных программ, которые могут в широком диапазоне модифицироваться и интегрироваться, реализуясь в преднамеренное движение.

Осуществление управлением движениями производится с помощью исходящих из моторной зоны коры головного мозга сигналов к нейронам передних рогов спинного мозга, которые в свою очередь определяют сложную координацию деятельности множества скелетных мышц: вовлечение в синхронную активность мышц-синергистов с одновременным реципрокным торможением мышц-антагонистов. Согласованные друг с другом процессы формирования сложных моторных программ обеспечиваются с помощью активности промежуточных нейронов спинного мозга. Моторные системы головного мозга при этом могут, не детализируя подробно работу каждой мышцы, подключать группы двигательных актов («блоки» программ движения), определяя оптимальные моменты для их включения в действие и силу сокращения вовлекаемых мышц. При тренировке значительно облегчается управление движениями и увеличивается скорость формирования моторных программ, точность и согласованность движений.

Нейрофизиологическими исследованиями установлено также, что сигнал об осуществлении сокращения мышц (потенциал действия) распространяется по двигательному нерву со скоростью 1 метр за 10 мс. Значительное время выполнения сложных двигательных реакций тратится на преодолении сигналом препятствия в виде нервно-мышечного синапса, в котором при подходе сигнала возникает потенциал концевой пластинки, отражающий процесс нарастающей деполяризации. Это время достаточно постоянно и достигает, по данным нейрофизиологических исследований, около 5 мс.

В наших рассчетах можно полагать достаточно обоснованным ориентироваться на данные серьезных исследователей и принимать длительность времени на прохождение сигнала по нервам от спинного мозга до мышц-исполнителей равным 10 мс и время на преодоление нервно-мышечного синапаса равным 5 мс. В работах ряда нейрофизиологов установлено также, что за период от 20 до 60 лет время прохождения сигналов по нервным волокнам человека возрастает на 60% от исходного уровня.

Предлагаемый нами способ определения времени установления межцентральных связей в центральной нервной системе при выполнении двигательных реакций, включающий выполнение движений правой и левой рукой, отличающийся тем, выполняют максимально возможное количество движений в заданное время тестирования, а время установления межцентральных связей рассчитывают по формуле:

ВМЦС=(Т-2 k n)/n,

где: Т - заданное время тестирования;

n - количество двигательных реакций за время тестирования,

k - поправочный коэффициент, устанавливаемый по среднегрупповым величинам в пределах 5-20 в зависимости от возраста и роста испытуемого.

Учитывая вышесказанные обстоятельства, поправочный коэффициент k может быть принят равным, например, от 5 до 20 мс.

Предложенный способ определения скорости установления межцентральных связей при выполнении двигательных реакций осуществляют следующим образом.

Испытуемому предлагается в течение определенного времени, например 10000 мс, нажимать на контактные кнопки, например клавиши персонального компьютера, который регистрирует количество произведенных движений (нажатий на контактную площадку). При этом для определения функционального состояния преимуществнно левого или правого полушарий головного мозга ЦНС нажатия следует производить только правой или только левой рукой. Встроенная компьютерная программа позволяет точно регистрировать количество совершенных нажатий на кнопку и совершенных движений.

У обследуемых лиц высокого роста, например более 160 см, длина эфферентных нервных путей от моторной зоны значительна, время прохождения сигнала по нервным волокнам и время на преодоление нервно-мышечных синапсов принимается равным 6 мс, у детей и лиц меньше 160 см, коэффициент принимается равным 5 мс. У лиц старшего возраста (более 50 лет) скорость прохождения сигналов по нервным волокнам снижается относительно уровня в 20-летнем возрасте примерно в 2 раза. Таким образом, при расчетах по формуле ВМЦС=(Т-2 k n)/n допустимо принять коэффициент k равным от 5-20 мс.

По результатам проведенных измерений по приведенной выше формуле рассчитывают установления межцентральных взаимосвязей в моторных структурах ЦНС, в том числе расположенных в правом или левом полушариях мозга.

Апробация предлагаемого способа с проверкой его информативности с оценкой общего функционального состояния ЦНС человека проведены сотрудниками Научно-исследовательского института столичного образования и в исследованиях Всероссийского научно-исследовательского института физической культуры с участием студентов и спортсменов - здоровых, хорошо физически развитых юношей в возрасте 16-19 лет. Результаты апробации приведены в табл.1.

Таблица 1
Показатели времени формирования моторных программ (ВМЦС, M±m) у студентов со спортивной подготовкой и студенток гуманитарного факультета
Группа испытуемых	Время дня	ВМЦС в левом полушарии мозга	ВМЦС в правом полушарии мозга
1. Девушки-студентки, 18-19 лет (n=12)	начало	67±14	85±16
	конец	74±19	95±24
2. Юноши (спортсмены), 18-19 лет (n=16)	начало	59±21	67±26
	конец	61±23	71±27

Результаты обследований позволяют придти к заключению, что существуют определенные различия, заключающиеся в следующем:

1) процесс формирования моторных программ у правшей в левом полушарии мозга осуществляется быстрее, чем в правом полушарии;

2) процесс формирования моторных программ у лиц, занимающихся спортивной подготовкой (юноши), осуществляется быстрее, чем у девушек, практически не занимающихся физическими упражнениями;

3) в течение дня в результате влияния спортивно-тренировочной подготовки и учебно-информационных занятий происходит снижение показателей скорости формирования моторных программ в центральной нервной системе обследованных молодых людей, что отражает, по-видимому, нарастание физического утомления и снижение функциональных возможностей организма.

Данные исследований свидетельствуют о высокой информативности получаемых при обследовании студентов и спортсменов данных.

Определяя время установления межцентральных взаимосвязей в ЦНС обследуемых людей, можно получить информацию о характере следующих процессов:

1) скорости установления межцентральных взаимосвязей в левом и в правом полушариях мозга;

2) составить представление о функциональных возможностях (быстрый спад свидетельствует о сниженных резервах организма);

3) о доминировании функциональной активности правого или левого полушария мозга, а следовательно, того или иного алгоритма функционирования информационно-аналитических структур ЦНС.

Способ определения достоверной информации о времени установления межцентральных взаимосвязей в ЦНС по времени двигательных реакций правой и левой руками может с высокой эффективностью быть использован при оценке функционального состояния лиц в процессе занятий физическими упражнениями и спортом.

В использовании данного изобретения могут быть заинтересованы научно-исследовательские учреждения РАН, РАМН, Федерального комитета по физической культуре и спорту, Олимпийского комитета РФ, специалисты спортивных клубов и других ведомств, занимающихся проблемами повышения эффективности спортивной деятельности, изучением механизмов деятельности мозга, особенностей функционирования ЦНС людей в условиях действия неблагоприятных факторов среды жизнедеятельности и др.

Литература

1. Братина Н.Н., Доброхотова Т.А. Сенсорная асимметрия // Функциональная асимметрия человека. М.: Медицина, 1981.

2. Овчинников Н.Д. Методика количественной оценки межполушарной функциональной асимметрии мозга. //Ж. "Физиология человека", 1997, № 6.

3. Овчинников Н.Д. Патент РФ № 2340281. «Способ определения скорости формирования моторных программ в центральной нервной системе человека».

4. Овчинников Н.Д., Егозина В.И. Психофизиологические критерии оценки надежности уровня безопасности и надежности деятельности человека в экстремальных ситуациях. // Основы психофизиологии экстремальной деятельности / Под ред. доктора пед. наук А.Н. Блеера, М., 2006, 380 с.

5. Основы психофизиологии экстремальной деятельности / По ред. доктора мед. наук, проф. А.Н. Блеера, М.: Анита Пресс, 2006, 380 с.

6. Психофизиология. С.-Петербург: Питер. 2007 - 464 с.

7. Спрингер С., Дейч Г. Левый мозг, правый мозг. М., Мир, 1983 г.

8. Физиология человека. М.: Мир, 1996. / перевод с англ. / под редакцией Р. Шмидта и Г. Тевса.

9. Физиология человека: Учебник для вузов физической культуры и факультетов физического воспитания для вузов / Под общ. ред. В.И. Тхоревского. - М.: Физкультура, образование и наука, 2001. - 492 с.

10. Филиппов М.М. Психофизиология функциональных состояний. К.: МАУП, 2006. - 240 с.