СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ЦНС

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ЦНС


RU (11) 2297790 (13) C2

(51) МПК
A61B 5/0452 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 30.01.2009 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005114251/14 
(22) Дата подачи заявки: 2005.05.11 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.05.11 
(43) Дата публикации заявки: 2006.11.20 
(45) Опубликовано: 2007.04.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: ИВАНОВ В.В. и др. Сердечный ритм шимпанзе при различных эмоциональных состояниях в процессе целенаправленной деятельности - Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова, 2002, 88, 9, с.1225-1229. RU 1630028 A1, 20.09.1995. RU 2233616 С2, 10.08.2004. US 6026320 А, 15.02.2000. КУЗНЕЦОВА Т.Г. Объективизация оценки целеустремленности у детей как проблема валеологии - Здоровье и образование, С-Пб., 1999, с.115-117. 
(72) Автор(ы): Иванов Вячеслав Васильевич (RU); Кузнецова Тамара Георгиевна (RU); Корнюшина Наталия Михайловна (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ГНЦ РФ-ААНИИ) (RU); Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН (RU) 
Адрес для переписки: 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6, ФИН, Н.М. Корнюшиной 

(54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ЦНС

Изобретение относится к медицине, а именно к психофизиологии. Осуществляют непрерывную регистрацию ЭКГ и сопоставляют длительности интервалов R-R с помощью скатерограмм в процессе нагрузки. При расположении скатерограммы в виде плотного облака, окруженного размытостью, которое примыкает к центру плоскости координат между 650-860 мс, диагностируют состояние ориентировочной реакции. При расположении скатерограммы в виде облака, которое смещено вверх, вытянуто вдоль биссектрисы и перекрывает центр плоскости координат на площади между 580-790 мс, диагностируют состояние сосредоточения. При регистрации растянутой вдоль биссектрисы скатерограммы в виде плотного в верхней части облака с размытостью его в нижней части на площади 300-825 мс диагностируют начало утомления. При регистрации скатерограммы в виде плотного растянутого вдоль биссектрисы облака, смещенного вниз от центра плоскости координат, диагностируют отрицательную эмоциональную реакцию. При расположении скатерограммы в виде плотного облака, растянутого вдоль биссектрисы, которое смещено вверх от центра плоскости координат, диагностируют положительную эмоциональную реакцию. Способ расширяет арсенал средств, которые могут быть использованы для диагностики состояния ЦНС. 3 табл., 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к медицине, эргономике и может быть использовано дли диагностики состояния центральной нервной системы (ЦНС).

Известен способ диагностики состояния ЦНС, включающий непрерывную регистрацию электрокардиограммы (ЭКГ), сравнение изменений регистрируемых параметров на раздражение и последующую диагностику по характеру реакций на него (см. авт. свид. СССР №1274679, А 61 В 5/00).

Однако на практике часто стоит задача диагностирования текущего изменения состояния ЦНС в процессе нагрузки.

Цель - экстренная визуализация изменения состояния ЦНС в процессе обследования под нагрузкой.

Сущность предложенного способа диагностики состояния ЦНС, включающего непрерывную регистрацию ЭКГ под нагрузкой и диагностику ЦНС по характеру изменений регистрируемых параметров на нагрузку, заключается в том, что сопоставляют с помощью скатерограмм, т.е. длительностей интервалов R-R в процессе нагрузки и по сочетанию изменений на нагрузку размеров, плотности и расположения скатерограмм на биссектрисе диагностируют изменения состояния ЦНС

По результатам их изменений на нагрузку, отражающих включение как вегетативных, так центральных механизмов регуляции сердечным ритмом определяются характер и положение скатерограммы на плоскости, т.е. смещение ее относительно биссектрисы и центра плоскости в ответ на нагрузку, что связано с перестройкой центральных и собственных механизмов регуляции сердечным ритмом под нагрузкой в зависимости от степени их напряженности, диагностируют текущие функциональные изменения состояния ЦНС.

Чертежи. Скатерограммы сердечного ритма при различных состояниях у взрослого человека, ребенка и шимпанзе

Пример 1. Реализация рефлекса цели взрослым человеком.

Пример 2. Собирание простых и трудных пазлов здоровым ребенком в возрасте 4-5 лет.

Пример 3. Реализация рефлекса цели подростком шимпанзе (достижение цели, приближающейся с различными скоростями).

Обозначения: по оси Х - последующий интервал R-R, мс, по оси Y - текущий интервал R-R, мс, А - величина аритмии, В - величина вариабельности.

Сущности предложения иллюстрируются скатерограммами, на которых по оси Х и по оси Y отложены значения величин R-R в мсек. Причем фиг.1 а, b, с, d, e, f иллюстрируют пример 1, фиг.2 а, b, с, d, e, f относятся к примеру 2, фиг.3 а, b, с, d - относятся к примеру 3.

Способ осуществляется следующим образом. Сначала регистрируют исходное состояние и анализируют общий вид, характер и форму скатерограммы, определяют ее расположение на плоскости координат относительно центра плоскости координат и биссектрисы.

Для изменения и анализа функционального состояния ЦНС (активация системы положительных и отрицательных (тревожности) эмоций, степени сосредоточения (не устойчивого внимания) и утомления, ориентировочной реакции) предъявляют нагрузку различной длительности и сложности. В качестве нагрузки использовали методику достижения приближающейся цели (А.с. №1410948), состоящую в том, что испытуемому предлагают нажимать на орган управления (кнопку) и приближать к себе цель, двигающуюся со скоростью от 1 до 400 мм/с только при нажатой кнопке или конструировать фигуру по реальному образцу или по памяти с параллельной непрерывной регистрацией пульсограммы и автоматическим построением скатерограмм, анализом их формы, вида и расположения на плоскости координат относительно ее центра и биссектрисы.

В экспериментах, проводимых по одним и тем же методикам и одним тем же экспериментатором, были заняты шимпанзе различных возрастных групп, дети дошкольного возраста и взрослые люди. Во всех случаях при изменении функционального состояния ЦНС у субъекта на экране монитора получали сходные изображения скатерограмм. Все изменения скатерограмм отражают динамику включения вегетативной (симпатической и парасимпатической) и центральной нервной системы (головного мозга).

Так, в исходном состоянии интервалы R-R имели относительно небольшой разброс значений, а скатерограмма имела вытянутую вдоль биссектрисы форму, где ее длина (В) существенно превышала ширину (А). В момент сосредоточения при достижении цели, выполнении задания или в ответ на команду "Внимание" разброс значений интервалов R-R достоверно сокращался и скатерограмма концентрировалась в центре плоскости координат на биссектрисе. При внесении изменении нагрузки (изменение скорости, введение нового элемента при конструировании) скатерограмма смещалась относительно центра плоскости координат вверх или вниз в зависимости от сопровождающей ее положительной (радость) или отрицательной (недовольство, испуг) эмоциональной реакции на фоне увеличения ширины и длины. При доминировании в процессе выполнения задания эмоционально положительной реакции сердечный ритм учащался, и скатерограмма смещалась в правый верхний угол плоскости на фоне увеличения ширины (показатель А), а при возникновении эмоционально отрицательной реакции она смещалась в левый нижний угол плоскости координат при увеличении ее ширины (показатель А). Утомление характеризовалось "размыванием" скатерограммы. Приводимые примеры иллюстрируют сказанное.

Пример 1:

а) начало исследования взрослого человека в исходном состоянии отражает скатерограмма фиг.1а в виде плотного облака, примыкающего к центру плоскости и растянутого вдоль биссектриссы между 615 и 720 мс;

b) состояние ЦНС, характеризующее ориентировочную реакцию на независящие от испытуемого изменения скорости управляемого им объекта, отражает скатерограмма фиг.1b, расположенная на биссектрисе угла ниже предыдущей, но имеющая по сравнению с ней большую площадь и большую "размытость" между 510-610 мс;

с) состояние ЦНС испытуемого на команду "Внимание!" отражает скатерограмма фиг.1с в виде плотного вытянутого облака вдоль биссектрисы, расположенного в центре плоскости координат между 615-740 мс;

d) состояние ЦНС в момент сосредоточения испытуемого под нагрузкой, в частности, сосредоточения на цели, приближающейся со скоростью 50 мм/с отражает скатерограмма фиг.1d, где облако расположено на биссектрисе ниже центра плоскости координат и сконцентрировано между 560 и-630 мс;

е) состояние ЦНС, отражающее начало утомления - фиг.1e в процессе испытания под нагрузкой и начавшееся рассеивание внимания (сосредоточения) показывает более, чем предыдущая, размытая скатерограмма с концентрированной зоной, расположенной на биссектрисе выше центра плоскости координат и занимающая площадь между 620-710 мс;

f) состояние ЦНС при доминировании отрицательной эмоциональной реакции отражает скатерограмма на фиг.1f, сконцентрированная в левом нижнем углу плоскости координат между 440-540 мс;

g) состояние ЦНС при доминировании положительной эмоциональной реакции отражает скатерограмма на фиг.1g, сконцентрированная в верхнем правом углу плоскости координат на биссектриссе между 790 и 1000 мс.

Таблица 1 
Характеристики состояния ЦНС на скатерограммах взрослого человека 
Реакция ЦНС Соответствующие скатерограммы 
Локализация на биссектрисе и плоскости координат Плотность - размытость облака Диапазон интервалов R-R, мс 
Начало исследования - исходное состояние Облако, примыкающее к центру плоскости координат Плотное, растянутое вдоль биссектрисы облако 615-720 
Ориентировочная реакция Растянутое вдоль биссектрисы Плотное ядро облака, окруженное размытостью 510-610 
Команда "Внимание" Примыкает к центру плоскости координат Плотное, растянутое вдоль биссектрисы облако 615-740 
Сосредоточение Несколько ниже центра плоскости координат Плотное облако вдоль биссектрисы 560-630 
Начало утомления В центре плоскости координат Плотное облако, растянутое вдоль биссектрисы 620-710 
Отрицательные эмоциональные реакции Смещена вниз от центра плоскости координат Плотное облако, растянутое вдоль биссектрисы 440-540 
Положительные эмоциональные реакции Размещена выше центра плоскости координат Плотное облако, растянутое вдоль биссектрисы 790-1000 


Пример 2.

Испытуемый ребенок

На фигуре 2 приведены скатерограммы, отражающие этапы изменения состояния ЦНС испытуемых здоровых детей в возрасте 4-5 лет, в процессе предъявления им нагрузки - задания, например, собрать простые пазлы, фигуры из отдельных элементов по заданному образцу:

а) исходное состояние ЦНС - скатерограмма в виде плотного облака, вытянутого вдоль биссектрисы, перекрывающего центр плоскости координат, занимающего площадь между 480-720 мс;

b) состояние ЦНС при возникновении ориентировочной реакции скатерограмма в виде плотного облака, окруженного размытостью, примыкает к центру плоскости координат между 650 и 860 мс;

с) состояние ЦНС в процессе сосредоточения при выполнении легкой нагрузки на эмоционально положительном фоне - скатерограмма в виде облака меньшей плотности, чем предыдущее, вытянутого вдоль биссектрисы и перекрывающего центр плоскости координат, заметно выше предыдущего в верхней правой четверти на площади между 580-790 мс;

d) состояние ЦНС при наступлении утомления и невозможности испытуемого продолжить работу отражает скатерограмма на фиг.2d, вверху плотная растянутая вдоль биссектрисы, размытая книзу и занимающая площадь между 300 и 825 мс;

е) состояние ЦНС при отрицательной эмоциональной реакции на не достижение требуемого результата нагрузки показывает скатерограмма 3d, "съехавшая" по биссектрисе угла вниз от центра плоскости координат почти к началу координат и плотная ограниченная 405-460 мс (сравни с предыдущими состояниями доминирования отрицательной эмоциональной реакции);

f) состояние ЦНС при доминировании положительной эмоции в результате достижения требуемого результата нагрузки отражает скатерограмма в виде пятна (облака) с плотной зоной выше центра плоскости координат в верхнем правом квадрате плоскости координат между 790 и 1000 мс;



Пример 3

Испытуемый шимпанзе:

а) исходное состояние ЦНС: скатерограмма размыта и размещается на биссектрисе угла начала координат, примыкая к центру плоскости координат между Х=440 и 650 мс;

b) изменение состояния ЦНС в ответ на изменение нагрузки проявляется в виде ориентировочной реакции, характеризующейся размытостью скатерограммы вдоль биссектрисы, относительным увеличением занимаемой ею площади, ограничиваемой 370 и 930 мс;

с) состояние ЦНС, характеризующее сосредоточение на продуктивной деятельности, отражает скатерограмма, аналогичная предыдущей, но с еще большей концентрацией и уменьшением площади скатерораммы 490 и 570 мс;

d) состояние ЦНС, отражающее реакцию на команду "Внимание", - скатерограмма в виде плотного пятна расположена на биссектрисе рядом с центром плоскости координат, площадь ее минимальна между 580 и 650 мс;

е) состояние ЦНС при отрицательной эмоциональной реакции на нагрузку характеризует скатерограмма в виде плотного пятна, расположенного возле начала координат в левом нижнем углу плоскости, ограниченного между координатами 340 и 440 мс;

f) состояние ЦНС при эмоционально положительной реакции в результате достижения цели (положительного результата) отражает скатерограмма, расположенная на биссектрисе угла в правом вернем углу ее выше центра координат без плотной зоны, в значительной степени размытая, т.е. занимающая значительно большую площадь по сравнению с предыдущей между 580 и 1000 мс;

Таблица 3 
Характеристики состояния ЦНС на скатерограмме шимпанзе 
Реакция ЦНС Соответствующие скатерограммы 
Локализация на биссектрисе и плоскости координат Плотность -размытость облака Диапазон интервалов R-R, мс 
Начало исследования исходное состояние Облако смещено книзу от центра плоскости координат Размытое облако вдоль биссектрисы 440-650 
Ориентировочная реакция Резко растянутое облако с плотным ядром в центре Размытое вдоль биссектрисы 370- 930 
Сосредоточение Облако смещено вниз от центра плоскости Плотное, приближающееся к форме окружности 490-570 
Команда "внимание" Облако растянутое вдоль в центре плоскости координат Плотное облако на биссектрисе 580-650 
Отрицательные эмоциональные реакции Облако смещено вниз от центра плоскости координат Плотное 340-440 
Положительные эмоциональные реакции Облако смещено вверх от центра плоскости координат Размытое 580-1000 


Таким образом, независимо от вида испытуемого (взрослый человек, ребенок, человекообразная обезьяна) и его возраста механизмы, регуляции сердечного ритма оказываются сходными при различных функциональных состояниях.

Приведенные примеры позволяют предположить, что предлагаемый способ диагностики состояния ЦНС с помощью оценки динамики R-R интервалов и построения скатерограмм on lien в процессе деятельности дает возможность своевременно визуализировать и диагностировать изменение функционального состояния испытуемого (от антропоида до взрослого человека) во время любой деятельности, и выявлять повышенную тревожность, неуверенность в возможности решения той или иной задачи.

Предложенный способ характеризуют такие достоинства, как наглядность, объективность, значительно сокращенное время диагностики при одновременном повышении ее точности. Кроме того, при соответствующей программной разработке способ открывает возможность компьютерного анализа, сопоставления и архивации скатерограмм испытуемого, отображающая сбалансированность процессов в центральной и вегетативной нервной системах в момент исследования.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ диагностики состояния ЦНС, включающий непрерывную регистрацию ЭКГ, сопоставление длительности интервалов R-R с помощью скатерограмм в процессе нагрузки и диагностику изменения состояний, отличающийся тем, что при растянутой вдоль биссектрисы скатерограмме

в виде плотного облака, окруженного размытостью, примыкающего к центру плоскости координат между 650-860 мсек, диагностируют состояние ориентировочной реакции;

в виде смещенного вверх облака, перекрывающего центр плоскости координат между 580-790 мс, диагностируют состояние сосредоточения;

в виде плотного в верхней части с размытостью в его нижней части облака между 300-825 мс, диагностируют начало утомления;

в виде плотного облака, смещенного вниз от центра плоскости координат между 405-460 мс, диагностируют отрицательную эмоциональную реакцию;

в виде плотного облака, смещенного вверх от центра плоскости координат между 790-1000 мс, диагностируют положительную эмоциональную реакцию.