CC BY
74
УДК 612.045
АКУСТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ЗАДАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ
СВЯЗИ
А.В. Адамчук, А.Н. Луцев, Д. А. Скоморохов
ООО НПКФ «Медиком МТД» 347900 Россия, Таганрог, ул. Ленина 99
Принцип биологической обратной связи (БОС) опробован уже в течение нескольких десятилетий и зарекомендовал себя как мощное средство лечения и реабилитации при целом ряде неврологических нарушений.
Имеется достаточно большой ассортимент коммерческих продуктов, реализующих методы функционального биоуправления (ФБУ). Для более широкого применения метода целесообразно расширять набор БОС-образов, чтобы иметь возможность создавать более разнообразные и интересные процедуры, не надоедающие пациентам в течение всего реабилитационного курса. Расширение набора БОС-образов включает в себя использование различных модальностей сенсорного восприятия и использование не только элементарных форма представления, но и более сложных и завлекательных, в том числе и игровых.
Процедуры могут предоставлять информацию об изменениях физиологических показателей в зрительной, слуховой и сенсорной модальности и иметь разные типы зависимостей от регулируемых физиологических показателей (бинарная, прямо пропорциональная, обратно пропорциональная). Представление информации о состоянии и динамике регулируемых физиологических сигналов и является сигналами БОС-тренинга.
Методы музыкотерапии сами по себе используются при лечении различных заболеваний, поэтому в сценарии подбираются соответствующие звуковые фрагменты, способствующие релаксации или наоборот активации пациента в зависимости от цели реабилитационной процедуры и текущего его этапа. Однако в данной статье основное внимание уделяется использованию акустических БОС-образов, параметры которых зависят от успешности выполнения пациентом задания этапа тренировки.
Акустическая биологическая обратная связь весьма полезна в тех случаях, когда пациенту трудно сосредоточиться с открытыми глазами, а так же она является практически единственным способом БОС-тренинга применительно к пациентам с существенными нарушениями зрения.
Стремительное развитие технологий цифрового мультимедиа открывает новые возможности для создания методик БОС-треннинга.
Биологическая акустическая обратная связь может осуществляться на основе следующих методик:
1. Проигрывается музыкальная MIDI-композиция, сгенерированная на основе изменения того или иного физиологического показателя. Пропорционально изменению физиологического показателя изменяется высота проигрываемой ноты. Пытаясь сознательно или подсознательно изменить темп или тональность композиции, пациент изменяет свое состояние.
2. В зависимости от изменения физиологического показателя на произвольно выбранную аудиозапись накладывается шум разной интенсивности.
3. У проигрываемой аудиозаписи, в зависимости от выбранной привязки к физиологическому показателю, может изменяться громкость и стереобаланс.
Таким образом, процесс лечения можно облегчить, приблизив его к игровому и заинтересовав им пациента, что является одним из важных факторов, влияющих на эффективность БОС-треннинга.
МИС-2004
Аппаратные и программные средства медицинской диагностики и терапии
Описанные методики используются в составе реабилитационного психофизиологического комплекса «РЕАКОР» (разработка НПКФ «Медиком МТД», г. Таганрог) и позволяют проводить реабилитационные курсы на основе ФБУ с БОС.
Разнообразить процесс проведения процедур БОС-треннига позволяет обширный набор настроек. Так, для методики, основанной на генерации музыкальных композиций, возможна настройка диапазона высот проигрываемых звуков, выбор инструментов, выбор эффектов воспроизведения, выбор гаммы и тональности воспроизведения, настройка интервала проигрывания ноты при неизменном значении показателя.
Выбор музыкальной гаммы определяет характер воспроизведения МГО1 композиции. Например, звучание может быть мажорным, минорным, блюзовым и т. д. Каждая гамма обладает своей эмоциональной окраской. Набор инструментов состоит из 16 групп, таких как пианино, органы, гитары, струнные, духовые, ударные и т. п. Выбор тональности может быть использован для настройки аккордового звучания.
Для повышения эффективности БОС-процедур и упрощения технологии работы с ними программа «Реакор» автоматически учитывает большую индивидуальную вариабельность физиологических показателей, путем вычисления статистических характеристик регулируемых физиологических показателей и использования относительных целевых порогов тренинга, применительно к конкретному пациенту с его исходным состоянием. Так, например, для акустической БОС динамический частотный диапазон генерируемых МГО1-композиций приводится в оптимальное соответствие с исходной вариабельностью и средними значениями регулируемого физиологического показателя.
В состав комплекса «Реакор» может входить «акустическое кресло», используемое в качестве исполнительного устройства для любых видов БОС-тренинга и объединяющее две модальности - слуховую и сенсорную. Акустическое кресло имеет 16 встроенных акустических излучателей, воздействующих на пациента паравертебрально. Наиболее эффективно использование акустического кресла для процедур, предполагающих циклический (фазный) или квазипериодический закон управления. К таковым, прежде всего, относится респираторный БОС-тренинг и тренинг на дыхательную аритмию сердечных циклов (ДАС). Громкость каждого из динамиков изменяется по своему закону, что позволяет генерировать пространственные характеристики звучания музыкальных и шумовых фрагментов (перемещающийся по определенному закону вдоль позвоночного столба источник акустических колебаний).
Для респираторных процедур и процедур с повышением ДАС часто используется знакопеременное управление значениями БОС-образа, для этого формируются специальные квазипериодические законы. Начальные значения параметров навязываемого квазипериодического процесса зависят от исходных значений физиологических показателей, затем навязываемые параметры постепенно изменяются в нужную сторону, и пациент должен подстраиваться под них. Респираторный тренинг используется для формирования диафрагмальнорелаксационного типа дыхания и оптимизации характеристик дыхательного паттерна (фазы вдоха и выдоха, урежение и углубление дыхания и пр.), что способствует реабилитации различных вегетативных дисфункций. Звуковая волна на фазе вдоха перемещается по спине пациента вверх, а на фазе выдоха - вниз. Пациент спиной ощущает звуковое давление пространственно перемещающегося акустического паттерна.
Мультимедийные технологии, применяемые для осуществления ФБУ с БОС, дают гибкие возможности по отображению сигналов БОС в виде различных образов средствами компьютерной графики и синтеза звука, что значительно повышает эффективность процедур функционального биоуправления. Акустическая модальность БОС-тренинга является одной из важных ее составляющих.
ЛИТЕРАТУРА
1. Адамчук А.В., Скоморохов А.А., Скоморохов Д.А., Луцев А.Н. Новые возможности немедикаментозной реабилитации с применением методов БОС в комплексе «Реакор» // Конференция «Современные технологии восстановительной медицины», (Сочи, 11-16 мая 2004).
2. Декер-Фойт Г.-Г. Введение в музыкотерапию // СПб.: Питер, 2003.- 288а ил.
3. Петрушин В. И. Музыкальная психотерапия. Теория и практика // М.: Композитор, 1997.- 167 а
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Синютин С.А.
Анализ электрофизиологических сигналов (ЭФС) имеет определенные отличия от анализа сигналов, например, в сейсмической разведке или в гидролокации. Различия в основном связаны с происхождением сигналов и ожидаемыми результатами анализа. При анализе сигналов техногенного характера или отклика физических систем (механических, электромеханических) численные значения параметров сигнала (амплитуда, частота, спектр, автокорреляционная функция) практически всегда связаны с характеристиками исследуемых систем. Например, исследуя время появления эхо сигнала и его интенсивность при сейсмическом зондировании земной коры можно определить характер пластов и глубины их замечания. Это возможно, поскольку в основе метода лежит относительно точная физическая модель процесса. При анализе ЭФС такой модели практически никогда не бывает. Например, достаточно подробно изучена электрическая активность отдельного нейрона (форма импульсов, амплитуда, задержки проведения и т.п.), однако процесс формирования сигнала электроэнцефалограммы (ЭЭГ) разработанной модели не имеет. При анализе ЭЭГ врач- эксперт анализирует кривые, больше опираясь на критерии подобия и ранее встречавшиеся прецеденты, чем на физику процессов, происходящих в мозге.
Первоначально применение того или иного метода обработки сигнала подсказывал сам характер соответствующих ЭФС. Так, например, хорошо детерминированный характер элеткрокардиографического сигнала (ЭКС) предопределил его обработку во временной области (анализ амплитуд и длительности зубцов) а наличие достаточно мощной случайной компоненты в сигнале ЭЭГ подтолкнуло исследователей на применение спектральных и корреляционных методов.
Характеристика ЭФС экспертами-врачами используется не как конкретные числовые величины, а как символьные сообщения на некотором языке описания ЭФС. Весь процесс формирования экспертного заключения по ЭФС подобен трансляции строки на одном языке (описание ЭФС) в строку на другом (врачебное заключение). Собственно для практического применения используется не результат цифровой обработки ЭФС, а его словесная интерпретация экспертом. Исходя из этого, процесс анализа ЭФС следует всегда рассматривать с точки зрения удобства и возможности его дальнейшей интерпретации. В связи с этим выбор алфавита, то есть основных элементов входного языка описания ЭФС и синтаксиса этого языка, представляет особое значение.
ЭФС как и любой другой сигнал может быть представлен в различной форме и различными способами: во временной области, в частной области, на фазовой плоскости, автокорреляционной функцией, разложением по определенному функциональному базису. Каждый метод имеет определенные преимущества и
