Обнаружение бдг фазы сна Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция «Информационно-управляющие системы»

УДК 57.084

ОБНАРУЖЕНИЕ БДГ ФАЗЫ СНА

С. И. Рыбаков, С. В. Тананыкин, Н. О. Егоров Научный руководитель - А. Н. Бочаров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

Рассмотрены особенности парадоксальной фазы сна и ее характеристики. Перечислены различные способы обнаружения этой фазы сна, проанализированы их преимущества и недостатки. Выбран наиболее подходящий из перечисленных методов.

Ключевые слова: парадоксальный сон, осознанное сновидение, ЭЭГ, ЭМГ, ЭОГ.

REM SLEEP DETECTION

S. I. Rybakov, S. V. Tananykin, N. O. Egorov Scientific supervisor - A. N. Bocharov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Features of paradoxical sleep phase and its characteristics are considered. Various methods for detecting this sleep phase are listed, their advantages and disadvantages are analyzed. The most appropriate method of these has been selected.

Keywords: REM sleep, lucid dreaming, EEG, EMG, EOG.

Парадоксальный сон (фаза быстрого движения глаз (БДГ)) характеризуется повышенной активностью головного мозга. На электроэнцефалограмме преобладает частота, соответствующая бодрствующему состоянию (бета-ритм). Во время БДГ сна скелетная мышечная активность полностью блокирована и тонус скелетных мышц значительно снижен (сонный паралич). Именно поэтому фазу сна и называют парадоксальной. Однако во время этой фазы сна сохраняется активность глазных мышц. Глазные яблоки совершают быстрые движения при закрытых веках. Также, во время парадоксального сна, обычно, наблюдаются сновидения. Самое интересное, что движения глазных яблок, как правило, связано с изменением направления взгляда во сне.

Обычно, во время сновидения человек не отдает себе отчет о том, что спит. Все действия во сне носят бессознательный характер. Однако существует второй вид сновидений, который называют осознанным сновидением. Во время осознанного сновидения человек действует сознательно, отдает себе отчет в своих действиях и может их объяснить. Для того чтобы узнать, что человек находится в осознанном сновидении можно использовать тот факт, что движение глазных яблок связано с изменением направления взгляда во сне.

Возникает вопрос: для чего можно использовать осознанные сновидения? В основном, осознанные сновидения носят развлекательный, а в некоторых случаях и терапевтический характер. Терапевтический эффект заключается в избавлении от ночных кошмаров, разрешении конфликтов, устранении страхов и комплексов [1].

Для инициирования осознанных сновидений есть несколько способов. Первый способ основан на постоянной тренировке, которая приводит к повышению уровня критичности. Этот способ может занять довольно много времени. Второй способ основан на том, что события из реального мира (свет, звук) могут встраиваться в картину сна. Для этого, во время БДГ фазы сна необходимо использовать звуковые, световые или другого рода сигналы. Считается, что второй способ проще первого.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1

Для того чтобы использовать второй метод необходимо разработать устройство, которое будет определять БДГ фазу сна, а затем будет инициировать различного рода события.

На данный момент существуют различные методики для определения фазы сна [2-6]. Например, можно использовать электроэнцефалографию, электромиографию, электрокардиографию\ фотоплетизмографию, электроокулографию\ инфракрасный датчик движения глаз. Проанализируем перечисленные методы, и отмети их достоинства и недостатки.

Электроэнцефалография (ЭЭГ) - регистрация электрической активности мозга с помощью электродов, размещенных на поверхности головы [2]. Преимущество данного метода заключается в том, что с его помощью можно достаточно точно определить БДГ фазу сна, так как каждой фазе на соответствует определенная частота. Однако недостатков больше, чем преимуществ. Во-первых, это необходимость использовать влажные электроды, что весьма неудобно. Второй недостаток вытекает из того, что ЭЭГ сигнал очень слабый, его необходимо усиливать обычно в 1000 раз. Однако эти приводит к усилению сетевого шума (50 Гц). Для его устранения необходимо использовать дорогостоящие усилители с высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала. И, в-третьих, ЭЭГ не отображает движение глазных яблок, что исключает возможность определить, находится ли человек в осознанном сне.

Электромиография (ЭМГ) - метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах. Метод основан на том, что во время БДГ фазы сна тонус мышц ослабляется. Этот метод имеет недостатки, присущие ЭЭГ. Стоит отметить, что ЭМГ редко используется отдельно, обычно вместе с ЭЭГ.

Электрокардиография (ЭКГ) - методика регистрации электрических полей, образующихся при работе сердца. С помощью ЭКГ можно определить частоту сердечных сокращений (ЧСС). В [3] отмечено, что частота сердечных сокращений коррелирует с фазой сна. Метод имеет те же недостатки, которые присуще ЭЭГ.

Фотоплетизмография - основана на использовании инфракрасного излучения и фотоприемника для регистрации кровяного потока [4]. Метод позволяет оценить ЧСС. Преимущество данного метода по сравнению с ЭКГ заключается в том, что не используются электроды и дорогостоящие усилители. Однако движение глазных яблок остается без контроля.

Электроокулография (ЭОГ) - регистрация изменения биопотенциалов во время движения глаз. При использовании данного метода необходимо использовать электроды и усилители, однако этот метод напрямую связан с регистрацией движения глазных яблок [5].

Инфракрасный датчик движения глаз - метод основан на регистрации изменения отраженного инфракрасного излучения, которое происходит при движении глазных яблок [6]. Этот метод удобнее в использовании по сравнению с ЭОГ, потому что не использует электроды.

Проанализировав достоинства и недостатки перечисленных методов, можно заключить, что для определения БДГ фазы сна наиболее оправданным с точки зрения удобства и дешевизны будет использование инфракрасного датчика. Стоит отметить, что при сравнении ЭОГ и инфракрасного датчика разрешающая способность методов не учитывалась, поскольку для определения БДГ фазы сна этот показатель не особо важен.

Библиографические ссылки

1. Лаберж С. Осознанное сновидение. СПб. : София, 2009. 320 с.

2. Susmakova K. Human Sleep and Sleep EEG. B. : Slovak Academy of Sciences, 2004. С. 59-74.

3. Masao Y. Detection of REM sleep by heart rate. K. : Kagoshima University, 2006. С. 205.

4. Dimitrova, T. Photoplethysmographic detector for peripheral pulse registration. S. : Electronics' 2005, 2005. С. 28-33.

5. Merino, M. A Method of EOG Signal Processing to Detect the Direction of Eye Movements. V. : Sensor Device Technologies and Applications, 2010. С. 100-105.

6. Kelsey, S. REM Sleep Alarm. С. : California Polytechnic State University, 2011. 46 с.

© Рыбаков С. И., Тананыкин С. В., Егоров Н. О., 2015