CC BY
87
УДК: 615.849.11
Д. В. Белик, Н. А. Дмитриев, С. А. Пустовой, М. С. Зиневская
Техническая система для стимуляции полей памяти мозга и гиппокампа в целях реабилитации в послеинсультный период
Ключевые слова: стимуляция гиппокампа, восстановление кратковременной памяти, восстановление долговременной памяти, восстановление пространственной памяти, послеинсультный период, аудиоцветосветовоздействия. Keywords: stimulation of hippocamp, restore the short-time memory, restore the long-time memory, restore the spatial memory, period after stroke, auditory-color-visual stimulation.
В статье предложены технические средства и способы стимуляции полей памяти мозга и его гиппокампа для восстановления систем накопления новой информации, долговременной памяти в послеинсультный период и возможного лечения рисков развития болезни Альцгеймера светоцветоаудиовоздействием.
Введение
Как известно, долговременная память распределена в объединенных нейронах коры головного мозга. Качественные характеристики объединений нейронов отличаются от характеристик отдельных нейронов. Это позволяет предполагать, что от таких объединений нейронов зависит долговременная и пространственная память.
Кратковременная память, т. е. запоминание череды объектов, слов, ощущений, трансформируется в долговременную через гиппокамп. При инсультах или болезни Альцгеймера часто поражаются нейронные поля коры головного мозга и нейроны гиппокампа. Поэтому для восстановления полей памяти и снижения риска поражения нейронов в гиппокампе были предложены техническая система и способы воздействия на системы мозга свето-цветоаудиовоздействием с частотой приближенной к а, в, А, в-ритмам.
Постановка задачи
Учитывая актуальность восстановления памяти в послеинсультный период и оценки динамики при болезни Альцгеймера и основываясь на теоретических предпосылках, о которых было сказано выше, возникла необходимость разработки технической
системы для стимуляции полей памяти мозга и гиппокампа в целях реабилитации в послеинсульт-ный период и лечения болезни Альцгеймера.
Теория
Возможность стимуляции объединений нейронов в коре головного мозга и нейронов гиппокам-па в целях поэлементного восстановления образов долговременной памяти, корректировки системы накопления новой информации в послеинсульт-ный период и лечения рисков болезни Альцгеймера в начальной стадии светоцветоаудиовоздействием обусловлена тем, что около 60 % нейронов гиппо-кампа и нейронов коры головного мозга восприимчивы к светоцветоаудиовоздействиям определенной частоты и интенсивности. Для большей восприимчивости систем головного мозга частоты светоц-ветоаудиовоздействия должны быть приближены к а, в, А, в-ритмам. При этом благодаря бинарности рецепторных систем восприятия через глаза, уши можно применить систему бинауральных воздействий с разницей частот приближенности к вышеуказанным ритмам. Цветовоздействие должно подаваться одной частоты и интенсивности на оба глаза.
Как известно, нейроны мозга настроены на ряд определенных частот, подобно резонансным, и интенсивность звука. Нейрон зрительной системы через зрительный перекрест формирует в каждом полушарии зрительный образ с обоих глаз. Цвето-воздействие затрагивает глубинные процессы в коре головного мозга, что позволяет стимулировать восстановление образов памяти по небольшому количеству выборок спектров цвета.
Из четырех видов памяти — сенсорной, словесно-логической, эмоциональной и образной, — были выбраны образная и словесно-логическая. По ним
можно оценить тенденции положительного восстановления полей памяти коры головного мозга после воздействий с оценкой по таблицам сочетаний цифр, слов, сочетаний слов. Особо нужно отметить возможности оценки восстановления памяти больного в послеинсультный период и оценки динамики развития заболевания при болезни Альцгеймера.
Реализация
Для проведения исследований по возможности стимуляции объединений нейронов коры головного мозга была разработана система, схема которой изображена на рис. 1.
Технические характеристики биотехнической системы Частотный диапазон световоздействий, Гц . . 1 до 60
Частотный диапазон аудиовоздействий, Гц..... 100—2000
Интенсивность аудиовоздействия, не более, дБ. . . 70
Цветовоздействие....................... Красный,
зеленый и синий цвета
Интенсивность, не менее, люкс ............ 300—350
Рис. 1
Результаты экспериментов
С помощью технической системы для стимуляции полей памяти мозга и его гиппокампа был проведен ряд экспериментов. Нужно отметить, что все добровольцы — это относительно здоровые люди.
Изначально у 5 добровольцев-испытуемых с помощью энцефалографа были сняты энцефалограммы, зарегистрированы в-ритмы у 2 человек, а-ритмы — у 2 человек, Д-ритмы — у 1 человека, (табл. 1).
Далее с помощью блока генераторов 2 (см. рис. 1) технической системы через излучатели 6 и 7 выставлялись аудиовоздействия на оба уха с разницей частот /2' — /{ для получения бинаурального эффекта 0, 1 и 2 Гц, относительно замеренного в таблице Р-ритма конкретного испытуемого (табл. 2).
Дополнительно выставлялись частоты свето-цветовоздействий с разницей частоты на 0, 1 и 2 Гц, с определенным цветом. Все варианты комбинированного воздействия разделены по трем параметрам. Первый — это частота аудиовоздействия, где /2 — частота воздействия звуком на правое ухо, /1 — частота воздействия звуком на левое ухо. Второй — это частота световоз действия, где /2 — частота воздействия светом на правый глаз, /' — частота воздействия светом на левый глаз. Третий — это цвет воздействия. Все параметры отображены в табл. 3—17.
Таблица 1 1
Испытуемый Ритм Частота, Гц
1 в 15,9
2 16,2
3 а 10,50
4 10,7
5 Д 1,8
Таблица 2 1
Испытуемый Частоты аудиовоздействий, Гц
1 440-455,9 440-456,9 440-457,9
2 440-456,2 440-457,2 440-458,2
3 440-450,5 440-451,5 440-452,5
4 440-450,7 440-451,7 440-452,7
5 440-441,8 440-442,3 440-442,8
Техническая система стимуляции полей памяти: 1 — блок генераторов свето- и цветовоздействий; 2 — блок генераторов аудиовоздействий; 3 — блок управления и синхронизации воздействий; 4, 5 — излучатели свето-и цветовоздействия; 6, 7 — излучатели аудиовоздействия
Таблица 31
Частоты аудио-воздействий /2- /1, Гд Частоты световоздействий /2 - /1, Гц Цвет воздействия
440-455,9 4-19,9 Красный
440-456,9 4-20,9
440-457,9 4-21,9
биотехносфера
| № Б(42)/2015
Таблица 41
Частоты аудио-воздействий /2'-/1, Гц Частоты световоз-действий / -/, Гц Цвет воздействия
440-455,9 4-19,9 Синий
440-456,9 4-20,9
440-457,9 4-21,9
Таблица 5 Щ
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1, Гц Цвет воздействия
440-455,9 4-19,9 Зеленый
440-456,9 4-20,9
440-457,9 4-21,9
Таблица 61
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-456,2 4-20,2 Красный
440-457,2 4-21,2
440-458,2 4-22,2
Таблица 7 Щ
Частоты аудио-воздействий /2'- /{, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-456,2 4-20,2 Синий
440-457,2 4-21,2
440-458,2 4-22,2
Таблица 81
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-456,2 4-20,2
440-457,2 4-21,2 Зеленый
440-458,2 4-22,2
Таблица 91
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-450,5 4-14,5
440-451,5 4-15,5 Красный
440-452,5 4-16,5
Таблица 111
Частоты аудио-воздействий /2- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-450,5 4-14,5 Зеленый
440-451,5 4-15,5
440-452,5 4-16,5
Таблица 12 Ж
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-450,7 4-14,7 Красный
440-451,7 4-15,7
440-452,7 4-16,7
Таблица 131
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-450,7 4-14,7 Синий
440-451,7 4-15,7
440-452,7 4-16,7
Таблица 141
Частоты аудио-воздействий /2- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-450,7 4-14,7 Зеленый
440-451,7 4-15,7
440-452,7 4-16,7
Таблица 151
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-441,8 4-5,8
440-442,3 4-6,3 Красный
440-442,8 4-6,8
Таблица 161
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-441,8 4-5,8
440-442,3 4-6,3 Синий
440-442,8 4-6,8
Таблица 101
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-450,5 4-14,5 Синий
440-451,5 4-15,5
440-452,5 4-16,5
Таблица 171
Частоты аудио-воздействий /2'- /1, Гц Частоты световоз-действий /2 - /1 , Гц Цвет воздействия
440-441,8 4-5,8 Зеленый
440-442,3 4-6,3
440-442,8 4-6,8
В итоге были сняты топограммы с помощью энцефалографа при комбинированных воздействиях. Всего было получено 45 топограмм. Характерные из них показаны на рис. 2-10.
Для оценки активности нейронных полей памяти коры головного мозга был введен коэффициент стимуляции Кст как соотношение общей площади
коры головного мозга Й2 и наиболее активной стимулированной части мозга
Кст =
Результаты экспериментов показали, что активность мозга при оценке по коэффициентам
Бета 1
Альфа
Рис. 2
Топограмма, полученная в эксперименте при стимуляцией зеленым цветом с разницей частот 17,9 Гц
Рис. 5
Топограмма, полученная в эксперименте при стимуляцией зеленым цветом с разницей частот 17,9 Гц
Бета 1
Альфа
Рис. 3
Топограмма, полученная в эксперименте при стимуляцией красным цветом с разницей частот 17,2 Гц
Рис. 6 Топограмма, полученная в эксперименте
при стимуляцией зеленым цветом с разницей частот 10,5 Гц
Бета 1
Альфа
Рис. 4
Топограмма, полученная в эксперименте
при стимуляцией синим цветом с разницей частот
16,2 Гц
Рис. 7
Топограмма, полученная в эксперименте при стимуляцией зеленым цветом с разницей частот 11,5 Гц
биотехносфера
| № БС42)/20!5
Клиническая медицина
Дельта
Рис. 8
Топограмма, полученная в эксперименте при стимуляцией красным цветом с разницей частот 10,7 Гц
Дельта
Рис. 9
Топограмма, полученная в эксперименте при стимуляцией красным цветом с разницей частот 1,8 Гц
Дельта
Рис. 10
Топограмма, полученная в эксперименте при стимуляцией красным цветом с разницей частот 2,3 Гц
стимуляции изменяется индивидуально для каждого участника (табл. 18—22)
В результате экспериментов получены следующие результаты.
1. Максимальное стимулирование достигается при разнице частот аудио- и световоздействий, равной частоте Р-ритма со значениями 17,9, 18,2, 17,2,
Таблица 191 Испытуемый 2
Разность частот, Гц Цвет Кст, %
16,2 Красный 5
17,2 Красный 20
18,2 Красный 26
16,2 Синий 11
17,2 Синий 22
18,2 Синий 20
16,2 Зеленый 10
17,2 Зеленый 8
18,2 Зеленый 18
Таблица 201 Испытуемый 3
Разность частот, Гц Цвет Кст, %
10,5 Красный 7
11,5 Красный 7
12,5 Красный 8
10,5 Синий 1
11,5 Синий 2
12,5 Синий 3
10,5 Зеленый 7
11,5 Зеленый 7
12,5 Зеленый 5
Таблица 211 Испытуемый 4
Разность частот, Гц Цвет Кст, %
10,7 Красный 7
11,7 Красный 14
12,7 Красный 16
10,7 Синий 8
11,7 Синий 12
12,7 Синий 21
10,7 Зеленый 7
11,7 Зеленый 8
12,7 Зеленый 9
Таблица 181 Испытуемый 1
Разность частот, Гц Цвет Кст, %
15,9 Красный 8
16,9 Красный 14
17,9 Красный 16
15,9 Синий 8
16,9 Синий 12
17,9 Синий 15
15,9 Зеленый 3
16,9 Зеленый 22
17,9 Зеленый 36
Таблица 221 Испытуемый 5
Разность частот, Гц Цвет Кст, %
1,8 Красный 9
2,3 Красный 5
2,8 Красный 7
1,8 Синий 5
2,3 Синий 6
2,8 Синий 9
1,8 Зеленый 6
2,3 Зеленый 8
2,8 Зеленый 28
16,9 Гц, при зеленом, красном и синем цветах воздействия, Кст = 20—36 %.
2. На частоте воздействия альфа-ритма при значении 12,7 Гц синим цветом достигался максимальный коэффициент стимуляции Кст = 21 %.
3. В экспериментах, проводимых с а-ритмом, максимальная активность мозга была зарегистрирована при стимуляции частотой с постепенным сдвигом на 1 и 2 Гц. Максимальную активность вызывают цветовые композиции с преобладанием красного цвета — как для а, так и для Р-стимуляции.
4. На частоте воздействия Д-ритма при значении 2,8 Гц зеленым цветом достигался максимальный коэффициент стимуляции Кст = 28 %.
Выводы и заключения
В результате около 100 проведенных экспериментов можно сделать следующие выводы:
1) постепенное увеличение разницы частот при аудио-, свето- и цветовоздействии увеличивает активность объединений нейронов коры головного мозга;
2) цветовоздействие: наиболее стимулирующими являются зеленый и синий цвета;
3) уровень амплитуды Р-ритма после проведенных экспериментов вырастает на 20—30 %;
4) память после стимуляции улучшается на 15— 20 %.
Дополнительно необходимо отметить, что требуется продолжать эксперименты по работе в лечебном учреждении с добровольцами-больными, пострадавшими от инсульта, а также эксперименты со стимуляцией гиппокампа и объединений нейронов коры головного мозга на частотах, близких к 6-ритмам.
Литература
1. Исследование путей аудиоцветовизуальной стимуляции полей памяти мозга в послеинсультный период / Д. В. Бе-лик, Н. А. Дмитриев, С. А. Пустовой // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП—2014) = Actual problems of electronic instrument engineering (APEIE—2014) : тр. 12-й междунар. конф., Новосибирск, 2-4 окт. 2014 г. : в 7 т. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2014. Т. 5. С. 120-124.
2. Izumi Fukunaga, Jan T. Herb, Mihaly Kollo, Edward S. Boy-den, Andreas T. Schaefer. Nature Neuroscience: published online 6 July 2014; corrected online 22 July 2014.
3. Miles Wischnewski, Dennis J.L.G. Schutter. Brain Stimulation: Received 11 December 2014 published 20 March 2015; http://dx.doi.org/10.1016/j.brs.2015.03.004 — Efficacy and Time Course of Theta Burst Stimulation in Healthy Humans. P. 1-8.
4. Матрусов С. Г., Семенов В. С., Федотчев А. И. Аудиовизуальные воздействия на основе обратной связи от ЭЭГ пациента в лечении стресс-вызванных расстройств //Вестн. новых медицинских технологий. 2007. Т. XIV, № 1. С. 202.
5. DeAnna L. Timmermann, Joel F. Lubar, Howard W. Rasey, Jon A. Frederic. International Journal of Psychophysiology: Received 22 April 1998; received in revised form 1 December 1998; accepted 1 December 1998 — Effects of 20-min audio-visual stimulation AVS at dominant alpha frequency and twice dominant alpha frequency on the cortical EEG. P. 55-61.
6. Jon A. Frederick M.S, Joel F. Lubar, Howard W. Rasey, Sheryl A. Brim & Jared Blackburn B. A. Journal of Neuro-therapy: Investigations in Neuromodulation, Neurofeedback and Applied Neuroscience: published 09 November 2014 — Effects of 18.5 Hz Auditory and Visual Stimulation on EEG Amplitude at the Vertex. P. 23-28.
[7] Методы исследования структуры и функционального состояния головного мозга = Methods for studying of the structure and the functional state of the brain / В. И. Гу-жов, А. А. Винокуров // Автоматика и программная инженерия = Automatics & Software Enginery. 2014. № 3 (9). С. 80-88.
биотехносфера
| № Б(42)/2015
