CC BY
18
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2021 - V. 28, № 1 - P. 75-77
УДК: 61 DOI: 10.24412/1609-2163-2021-1-75-77
ГИПОТЕЗА W.WEAVER ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРОИЗВОЛЬНЫХ И НЕПРОИЗВОЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ Л.С. ЧЕМПАЛОВА*, Т.А. ЯХНО**, Е.А. МАНИНА***, А.П. ИГНАТЕНКО***, Ж.А. ОРАЗБАЕВА***
*ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет», ул. Молодогвардейская, д. 244, г. Самара, 443100, Россия **ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук»,
ул. Ульянова, д. 46, г. Нижний Новгород, 603950, Россия ***БУ ВО ХМАО-Югры «Сургутский государственный университет», ул. Ленина, д. 1, г. Сургут, 628400, Россия
Аннотация. После того, как в 1947 году Н.А. Бернштейн выдвинул гипотезу о «повторении без повторений», в биомеханике возникает проблема идентификации различий между непроизвольными и произвольными движениями - это составило цель наших исследований. Объекты и методы исследования. Обследовалась группа мужчин (средний возраст <T>=27±1,8 года) по параметрам теппинга (произвольные движения) и тремора (непроизвольные движения). Движение пальца испытуемого при теппинге и треморе регистрировалась в виде набора точек, для которых строились матрицы парных сравнений 15-ти выборок. Результаты и их обсуждение. Для каждого испытуемого рассчитаны матрицы таких парных сравнений ТМГ (треморограмм) и ТПГ (теппинграмм). Было установлено: тремор в этих матрицах по числу пар k выборок (они статистически совпадали) не превышает Ьк«5%, для теппинга krPH2%. Выводы. Все матрицы для всех испытуемых в итоге показали отсутствие статистической устойчивости выборок ТМГ и ТПГ. Это доказывает гипотезу Н.А. Бернштейна и эффект Еськова-Зинченко. Однако число kTP для ТПГ всегда в 2-3 раза больше, чем число km для ТМГ. Это является объективным доказательством различий между теппингом (произвольным движением) и тремором (непроизвольным движением).
Ключевые слова: тремор, теппинг, хаос, эффект Еськова-Зинченко.
W.WEAVER HYPOTHESIS IN VOLUNTARY AND INVOLUNTARY MOVEMENT'S STUDYING L.S. CHEMPALOVA*, T.A. YAKHNO**, E.A. MANINA***, A.P. IGNATENKO***, J.A. ORAZBAEVA***
*Samara State Technical University, Molodogvardeyskaya Str., 244, Samara, 443100, Russia "Federal Research Center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences (IAP RAS) 46 Ul'yanov Street, Nizhny Novgorod, 603950, Russia ***Surgut State University, Lenin Ave., 1, Surgut, 628400, Russia
Abstract. In 1947 since N.A. Bernstein put forward the hypothesis of "repetition without repetition" in biomechanics. The problem of identifying the differences between involuntary and voluntary movements arises. It determines the purpose of our research. Object and methods. A group of men (aged <T> = 27 ± 1.8 y.o) was examined according to tapping (voluntary movement) and tremor (involuntary movement) parameters. The subject's finger movement was recorded as a set of points during tapping and tremor, for which pairwise comparison matrices of 15 samples were constructed. Results. For each subject, pairwise comparison matrices of TMG (tremorograms) and TPG (tappingram) were calculated. It was found that the tremor in these matrices according to the pairs number of k samples (they statistically coincided) does not exceed kn;i5%, for tapping kTP^12%. Conclusions. All matrices for all subjects ultimately showed the absence of statistical stability of the tremorogram and tappingram samples. This proves the hypothesis of N.A. Bernstein and the Eskov-Zinchenko effect. However, the kiP number for TPG is always 2-3 times higher than the km number for TMG. This is objective evidence of the difference between tapping (voluntary movement) and tremor (involuntary movement).
Keywords: tremor, tapping, chaos, Eskov-Zinchenko effect.
Введение. За последние 50-60 лет неоднократно возникала дискуссия об объективной оценке произвольных и непроизвольных движений в биомеханике [1-3]. Эта проблема еще более обострилась после доказательства гипотезы Н.А. Бернштейна о «повторении без повторений» [8] и эффекта Еськова-Зинченко (ЭЕЗ) в виде статистической неустойчивости выборок треморограмм (ТМГ) и теппинграмм (ТПГ). Этот ЭЕЗ поставил под сомнение дальнейшее использование методов традиционной статистики в биомеханике [46,9,13,15,16].
Очевидно, что в свете ЭЕЗ сейчас необходимо разрабатывать новые методы и модели при описании как произвольных движений (например, ТПГ), так и непроизвольных движений (ТМГ). Это объясняется тем, что любая выборка ТПГ или ТМГ может быть
уникальной, т.е. она имеет разовую информацию (без повторений) в биомеханике [3,6,10,12,14].
Одним из таких перспективных методов оценки движений является метод расчета матриц парных сравнений выборок, описывающих движения. В этом случае в таких матрицах находятся числа k пар (ТПГ или ТМГ), которые могут иметь одну (общую) генеральную совокупность. Оказалось, что эти числа ^ могут характеризовать физиологическое состояние испытуемого.
Цель исследования - применение метода расчета матриц для объективной оценки различий ТМГ и ТПГ.
Объекты и методы исследования. Группа мужчин из 15-ти человек (средний возраст <Г>=27±1,8 лет) многократно (по 15 раз для каждого
ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2021 - Т. 28, № 1 - С. 75-77 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2021 - V. 28, № 1 - P. 75-77
испытуемого) подвергалась регистрации треморо-грамм (в спокойном состоянии, сидя) и теппинграмм для указательного пальца.
При этом использовался запатентованный регистратор [2] на базе токовихревых датчиков, который обеспечивал точность регистрации положения пальца по вертикали не менее 0,1 мм (Дх^0,1 мм). Регистрация ТМГ и ТПГ производилась за интервал времени Д*=5 сек., а полученный аналоговый сигнал квантовался (период квантования т=10 мсек.) так, что в каждой выборке ТМГ (или ТПГ) было не менее 500 точек (координат Х1ф положения пальца по вертикали).
Для каждого испытуемого было получено по 15 выборок для ТМГ (и 15 для ТПГ). В итоге, были построены матрицы парных сравнений этих выборок, в которых были определены числа к пар выборок, для которых критерий Вилкоксона р был р>0,05. В этом случае такая пара могла иметь одну (общую) генеральную совокупность. Эти пары (ктп для ТМГ и ктр для ТПГ) сравнивались (для каждого испытуемого).
Результаты и их обсуждение. Построение матриц парных сравнений выборок ТМГ показало, что числа ктп пар статистических совпадений выборок для всех 15-ти испытуемых весьма невелико, обычно ктп^5% (для всех 105-ти независимых пар в каждой матрице). Это доказывает гипотезу Н.А. Бернштейна о «повторении без повторений». Из всех 105 разных пар сравнения ТМГ доля стохастики крайне мала. Остальные 95% пар не имеют общую генеральную совокупность, т.е. они статистически не совпадают. Это доказывает и эффект Еськова-Зинченко (ЭЕЗ). Для ЭЕЗ мы имеем отсутствие статистической устойчивости выборок, каждая выборка ТМГ уникальна. Подчеркнем, что возможность статистического совпадения пар (подряд зарегистрированных) вообще ничтожна. Вероятность ртп2 такого совпадения обычно ртп2^0,01. Любая выборка ТМГ уникальна, а доля стохастики крайне мала [3,6,10,12,14]. Для сравнения мы представляем характерную табл. 1, где число ктп=3, т.е. доля стохастики здесь менее 3%.
Несколько иная картина у нас получается для произвольных движений. В табл. 2 мы представляем характерную матрицу парных сравнений выборок ТПГ. Здесь уже число пар ктр выборок ТПГ, которые могут иметь одну (общую) генеральную совокупность существенно больше, чем число ктп в табл. 1. Обычно величина ктр в 2-3 раза больше, чем для ТМГ.
Такая закономерность характерна для всех матриц ТМГ и ТПГ при их сравнении по параметрам к, т.е. чисел пар выборок для которых критерий Вилкоксона р>0,05. Очевидно, что активное вмешательство сознания в выполнении колебательных движений пальца испытуемого (против его непроизвольного дрожания при постураль-ном треморе, (табл. 1) резко изменяет долю стохастики. В ряде матриц ктр доходит до 15% от всех 105-ти пар сравнения выборок ТПГ. Однако в любом случае это все-таки малая величина.
Напомним, что в стохастике статистически сопоставимые выборки получаются при вероятности р>0,95. Например, таковы требования для доверительной вероятности, но у нас р^15% и это весьма малая величина. Отметим, что 15 разных испытуемых (при регистрации их ТМГ или ТПГ) покажут матрицу парных сравнений выборок весьма похожую на табл. 1 (для ТМГ) или табл. 2 (для ТПГ). Иными словами, выборки ТМГ (или ТПГ) разных испытуемых будут статистически не совпадать, т.е. имеем ЭЕЗ (но уже для группы). Фактически - это потеря однородности группы испытуемых [1-6].
Заключение. Любые параметры треморограмм или теппинграмм, как для одного испытуемого в режиме «=15-ти повторений, так и для группы - показывают статистическую неустойчивость выборок ТМГ (или ТПГ). Сейчас это в биомеханике получило название эффекта Еськова-Зинченко. Фактически
Таблица 1
Матрица парного сравнения треморограмм (ТМГ) одного и того же человека, представляющая критерий Вилкоксона (критерий значимости различий р<0,05, число совпадений ктк=3)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 0,00 0,00 0,22 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
4 0,22 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,72 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
6 0,00 0,00 0,00 0,00 0,72 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
7 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
8 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
9 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
11 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
12 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,51 0,00
13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
14 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,51 0,00 0,00
15 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Таблица 2
Матрица парного сравнения теппинграмм (ТПГ) одного и того же человека, представляющая критерий Вилкоксона (критерий значимости различий р<0,05, число совпадений ктр=13)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 0,28 0,00 0,33 0,00 0,88 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,02 0,00 0,01 0,00
2 0,28 0,31 0,00 0,00 0,00 0,52 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,07
3 0,00 0,31 0,00 0,00 0,00 0,32 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,22
4 0,33 0,00 0,00 0,09 0,84 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
5 0,00 0,00 0,00 0,09 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00
6 0,88 0,00 0,00 0,84 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,02 0,00 0,03 0,00
7 0,01 0,52 0,32 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,34
8 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01
9 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
11 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,76 0,00 0,00
12 0,02 0,00 0,00 0,00 0,01 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,26 0,00
13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,76 0,00 0,00 0,00
14 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,26 0,00 0,00
15 0,00 0,07 0,22 0,00 0,00 0,00 0,34 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2021 - V. 28, № 1 - P. 75-77
ЭЕЗ доказывает гипотезу Н.А. Бернштейна о «повторении без повторений» [7,8-11,13-15].
Из-за ЭЕЗ возникает существенная проблема анализа ТМГ и ТПГ в рамках стохастики. Как можно зарегистрировать изменение в состоянии НМС, если в неизменном физиологическом состоянии (при повторных измерениях) выборки ТМГ или ТПГ непрерывно и хаотически изменяются? Для выхода из этой сложной ситуации предлагается рассчитывать матрицы парных сравнений выборок. Оказалось, что число kTR пар выборок (с критерием Вилкоксона p>0,05) для ТМГ всегда меньше, чем kTP для теппинга.
Сознание человека при выполнении произвольных движений увеличивает долю стохастики (kTP>kTR). Однако, в любом случае статистический хаос параметров ТМГ и ТПГ всегда превалирует над стохастикой. Все выборки уникальны, а возможность совпадение соседних выборок (подряд регистрируемых) крайне мала (ptr2^0,01, ptp^0,02). Все это ограничивает возможности дальнейшего применения стохастики в оценке организации движений и физиологии НМС в целом. Необходимы новые модели и новые методы анализа движений.
Литература / References
1. Галкин В.А., Еськов В.В., Пятин В.Ф., Кирасирова Л.А., Кульчицкий В.А. Существует ли стохастическая устойчивость выборок в нейронауках? // Новости медико-биологических наук. 2020. Т. 20, №3. С. 126-132 / Galkin VA, Es'kov VV, Pyatin VF, Kirasirova LA, Kul'chitskiy VA. Sushchestvuet li stokhasticheskaya ustoychivost' vy-borok v neyro-naukakh? [Is there a stochastic stability of samples in the neuro-sciences?]. Novosti mediko-biologicheskikh nauk. 2020;20(3):126-32. Russian.
2. Еськов В.В. Многоканальное устройство для регистрации треморограмм. Свидетельство на полезную модель № 18625. Москва, 2001 / Eskov VV. Mnogokanal'noe ustrojstvo dlya registracii trem-orogramm [Multichannel device for recording tremorograms]. Svi-detel'stvo na poleznuyu model' № 18625. Moscow; 2001.
3. Еськов В.В., Пятин В.Ф., Шакирова Л.С., Мельникова Е.Г. Роль хаоса в регуляции физиологических функций организма / Под ред. А.А. Хадарцева. Самара: ООО «Порто-принт», 2020. 248 с. / Es'kov VV, Pyatin VF, Shakirova LS, Mel'nikova EG. Rol' khaosa v reg-ulyatsii fiziologicheskikh funktsiy organizma [The role of chaos in the regulation of physiological functions of the body]. Edited by AA Khadartseva. Samara: OOO «Porto-print»; 2020. Russian.
4. Еськов В.М., Галкин В.А., Пятин В.Ф., Филатов М.А. Организация движений: стохастика или хаос? / Под. ред. член-корр. РАН, д.биол.н., профессора Г.С. Розенберга. Самара: Издательство ООО «Порто-принт», 2020. 144 с. / Es'kov VM, Galkin VA, Pyatin VF, Filatov MA. Organizatsiya dvizheniy: stokhastika ili khaos? Pod. red. chlen-korr. RAN, d.biol.n., professora G.S. Rozenberga [Organization of movements: stochastics or chaos?. Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Biology, Professor G.S. Rosenberg]. Samara: Izdatel'stvo OOO «Porto-print»; 2020. Russian.
5. Еськов В.М., Пятин В.Ф., Башкатова Ю.В. Медицинская и биологическая кибернетика: перспективы развития // Успехи кибернетики. 2020. Т.1, №1. С. 64-72 / Es'kov VM, Pyatin VF, Bashkatova YuV. Meditsinskaya i biologicheskaya kibernetika: perspektivy razvitiya [medical and biological cybernetics: development prospects]. Uspekhi kibernetiki. 2020;1(1):64-72. Russian.
6. Еськов В.В., Башкатова Ю.В., Шакирова Л.С., Веденеева Т.С., Мордвинцева А.Ю. Проблема стандартов в медицине и физиологии // Архив клинической медицины. 2020. Т. 29, №3. С. 211-216 / Es'kov VV, Bashkatova YuV, Shakirova LS, Vedeneeva TS, Mordvintseva AYu. Problema standartov v meditsine i fiziologii [The problem of standards in medicine and physiology]. Arkhiv klinicheskoy meditsiny. 2020;29(3):211-6. Russian.
7. Филатов М.А., Прохоров С.А., Ивахно Н.В., Головачева Е.А., Игнатенко А.П. Возможности моделирования статистической неустойчивости выборок в физиологии // Вестник новых медицинских технологий. 2020. №2. C. 120-124. DOI: 10.24411/1609-2163-202016668 / Filatov MA, Prochorov SA, Ivakhno NV, Golovacheva EA, Ig-natenko AP. Vozmozhnosti modelirovaniya statisticheskoy neus-toychivosti vyborok v fiziologii [The possibilities of modeling stochastic instability samples in physiology]. Journal of New Medical Technologies. 2020;2:120-4. DOI: 10.24411/1609-2163-2020-16668. Russian.
8. Bernstein N.A. The coordination and regulation of movements. Oxford, New York, Pergamon Press, 1967. 196 p. / Bernstein NA. The coordination and regulation of movements. Oxford, New York, Pergamon Press; 1967.
9. Eskov V.M., Eskov V.V., Vochmina J.V., Gavrilenko T.V. The evolution of the chaotic dynamics of collective modes as a method for the behavioral description of living systems // Moscow university physics bulletin. 2016. Vol. 71(2). P. 143-154 / Eskov VM, Eskov VV, Voch-mina JV, Gavrilenko TV. The evolution of the chaotic dynamics of collective modes as a method for the behavioral description of living systems. Moscow university physics bulletin. 2016;71(2):143-54.
10. Eskov V.M., Eskov V.V., Vochmina Y.V., Gor-bunov D.V., Ilyashenko L.K. Shannon entropy in the research on stationary regimes and the evolution of complexity // Moscow university physics bulletin. 2017. Vol. 72(3). P. 309-317 / Eskov VM, Eskov VV, Vochmina YV, Gorbunov DV, Ilyashenko LK. Shannon entropy in the research on stationary regimes and the evolution of complexity. Moscow university physics bulletin. 2017;72(3):309-17.
11. Eskov V.M., Gudkov A.B., Filatov M.A., Eskov V.V. Principles of homeostatic regulation of functions in human ecology // Human Ecology. 2019. №10. P. 41-49 / Eskov VM, Gudkov AB, Filatov MA, Eskov VV. Principles of homeostatic regulation of functions in human ecology. Human Ecology. 2019;10:41-9.
12. Eskov V.V., Filatova D.Y., Ilyashenko L.K., Vochmina Y.V. Classification of Uncertainties in Modeling of Complex Biological Systems // Moscow university physics bulletin. 2019. Vol. 74(1). P. 57-63 / Eskov VV, Filatova DY, Ilyashenko LK, Vochmina YV. Classification of Uncertainties in Modeling of Complex Biological Systems. Moscow university physics bulletin. 2019;74(1):57-63.
13. Khadartseva K.A., Filatov M.A., Melnikova E.G. The problem of homogenous sampling of cardiovascular system parameters among migrants in the Russian North // Human Ecology. 2020. №7. P. 27-31 / Khadartseva KA, Filatov MA, Melnikova EG. The problem of homogenous sampling of cardiovascular system parameters among migrants in the Russian North. Human Ecology. 2020;7:27-31.
14. Zilov V.G., Khadartsev A.A., Ilyashenko L.K., Eskov V.V., Minenko I.A. Experimental analysis of the chaotic dynamics of muscle biopotentials under various static loads // Bulletin of experimental biology and medicine. 2018. Vol. 165, N. 4. P. 415-418 / Zilov VG, Khadartsev AA, Ilyashenko LK, Eskov VV, Minenko IA. Experimental analysis of the chaotic dynamics of muscle biopotentials under various static loads. Bulletin of experimental biology and medicine. 2018;165(4):415-8.
15. Zilov V.G., Khadartsev A.A., Eskov V.M., Ilyashenko L.K. New effect in physiology of human nervous muscle system // Bulletin of experimental biology and medicine. 2019. Vol. 167(4). P. 419-423 / Zilov VG, Khadartsev AA, Eskov VM, Ilyashenko LK. New effect in physiology of human nervous muscle system. Bulletin of experimental biology and medicine. 2019;167(4):419-23.
16. Zilov V.G., Khadartsev A.A., Eskov V.V., Ilyashenko L.K., Kitanina K.Yu. Examination of statistical instability of electroencephalograms // Bulletin of experimental biology and medicine. 2019. Vol. 168(7). P. 5-9 / Zilov VG, Khadartsev AA, Eskov VV, Ilyashenko LK, Kitanina KYu. Examination of statistical instability of electroencephalograms. Bulletin of experimental biology and medicine. 2019;168(7):5-9.
Библиографическая ссылка:
Чемпалова Л.С., Яхно Т.А., Манина Е.А., Игнатенко А.П., Оразбаева Ж.А. Гипотеза W. Weaver при изучении произвольных и непроизвольных движений // Вестник новых медицинских технологий. 2021. №1. С. 75-77. DOI: 10.24412/1609-2163-2021-1-75-77.
Bibliographic reference:
Chempalova LS, Yakhno TA, Manina EA, Ignatenko AP, Orazbaeva JA. Weaver pri izuchenii proizvol'nykh i neproizvol'nykh dvizheniy [W. Weaver hypothesis in voluntary and involuntary movement's studying]. Journal of New Medical Technologies. 2021;1:75-77. DOI: 10.24412/1609-2163-2021-1-75-77. Russian.
