СПОСОБ ОЦЕНКИ СООТНОШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ

СПОСОБ ОЦЕНКИ СООТНОШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ


RU (11) 2322187 (13) C1

(51) МПК
A61B 5/16 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 30.01.2009 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2007120492/14 
(22) Дата подачи заявки: 2007.06.04 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2007.06.04 
(45) Опубликовано: 2008.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: МАСЛОВА О.И. Применение тестовых компьютерных систем в диагностике когнитивных нарушений при синдроме дефицита внимания с гиперактивностью у детей школьного возраста - Медицинская техника, М., Медицина, 2005, с.8-12. RU 2103722 С1, 27.01.1998. US 2134062 C1, 10.08. 1999. DE 102005125977, 07.12.2006. САВОКИНА О.В. Особенности реакции на движущийся
объект как показатель оптимального функционального состояния, Морской медицинский журнал, 1996, 3, с.19-25. LIBERMAN HR et al. Cognition during sustained operations: comparison of a laboratory simulation to field studies - Aviat Space Envoron Med. 2006 Sep; 77(9): 929-935.

(72) Автор(ы): Посошин Андрей Валерьевич (RU); Петухов Игорь Валерьевич (RU); Роженцов Валерий Витальевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (RU) 
Адрес для переписки: 424000, Республика Марий Эл, г.Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, технический университет, отдел интеллектуальной собственности 

(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ СООТНОШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ

Изобретение относится к области медицины, а именно к психофизиологии. Предъявляется на экране видеомонитора окружность, на которой помещены метка и движущийся по окружности с заданной скоростью точечный объект. В момент предполагаемого совпадения положения точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Фиксация» фиксирует положение точечного объекта относительно метки, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки. В момент нажатия кнопки «Фиксация» вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания или упреждения, а описанную процедуру повторяют заданное число раз. После чего определяют среднюю величину ошибок запаздывания, подсчитанную как сумму отклонений с положительным знаком, деленную на их количество, и среднюю величину ошибок упреждения, подсчитанную как сумму отклонений с отрицательным знаком, деленную на их количество. По сопоставлению рассчитанных средних величин оценивают соотношение процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе. Способ повышает достоверность оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе. 3 табл., 2 ил.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к медицине и предназначено для оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Одним из методов повышения надежности и эффективности профессиональной деятельности человека являются диагностика и прогнозирование его функционального состояния на основе оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе [1, 2].

Простым и достаточно точным способом оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе является оценка времени реакции на движущийся объект [1], которое является сложным пространственно-временным рефлексом.

Известен способ оценки времени реакции человека на движущийся объект с использованием обычного стрелочного секундомера, одно деление которого равно 0,01 сек. Испытуемые по команде «Можно» нажатием кнопки пускают секундомер и останавливают его в момент достижения стрелкой заданного деления на циферблате. Проводятся 13 измерений, три из которых считаются ориентировочными и при оценке времени реакции на движущийся объект не учитываются. Индикатором реакции на движущийся объект является средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения. Для оценки средней величины ошибок запаздывания подсчитываются сумма отклонений с положительным знаком и количество ошибок такого рода. Деление суммарной величины ошибок на их количество дает искомую величину. Аналогичным образом вычисляется критерий, характеризующий среднюю величину ошибок упреждения. Сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о преобладании средней величины ошибок запаздывания или упреждения, то есть об оценке реакции на движущийся объект [3], что позволяет оценить соотношение процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Недостатком способа является необходимость многократного нажатия кнопки для пуска и останова секундомера, что приводит к усталости пальцев руки и, как следствие, к снижению точности останова стрелки секундомера при достижении ею заданного деления на циферблате.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе, при проведении которого испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены курсор и метка, обозначающая «Стоп». Для обеспечения движения курсора по окружности испытуемый удерживает кнопку пульта в нажатом состоянии. В момент предполагаемого совпадения курсора с меткой испытуемый отжимает кнопку пульта. По количеству опережающих, отстающих и точных реакций судят о соотношении процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе [4]. В данном способе оценка соотношения процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе выносится на основе оценки реакции на движущийся объект.

Недостатком известных способов является недостоверное определение истинного уровня взаимоотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе. Задача испытуемого, пытающегося точно остановить движущийся объект в указанной точке, состоит в нахождении некоторой величины упреждения с учетом оставшегося расстояния и скорости своей двигательной реакции. При этом учитывается результат предыдущей попытки останова движущегося объекта, то есть испытуемый ошибки упреждения корректирует увеличением пути движения объекта, а ошибки запаздывания корректирует сокращением пути движения объекта [4].

Действие человека в подобной ситуации соответствует управлению в следящих системах, основанному на непрерывных коррекциях, которые осуществляются после каждого очередного акта и базируются на текущей информации [4], что не позволяет определить истинный уровень взаимоотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Модель процесса тестирования, в которой испытуемый получает информацию о результатах исследования - ошибках запаздывания или ошибках упреждения, согласно теории автоматического управления, представляет собой информационную систему с обратной связью, как показано на фиг.1, где x(t) - входная величина (информация о движении точечного объекта), y(t) - выходная величина (результат совмещения точечного объекта и метки), x1(t) - воздействие обратной связи (коррекция времени останова движения точечного объекта, основанная на текущей информации об ошибке совмещения точечного объекта и метки) [5, 6, 7].

Для исследования исходной системы согласно теории автоматического управления необходимо разомкнуть следящую систему, то есть устранить обратную связь x1(t) [5, 6, 7].

Для того чтобы достоверно оценить соотношение процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе, необходимо устранить обратную связь в процессе тестирования, то есть исключить получение испытуемым информации о величине ошибки несовпадения положений точечного объекта и метки.

Технический результат предлагаемого способа оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе заключается в повышении достоверности оценки за счет устранения текущей информации о величине ошибки несовпадения положений точечного объекта и метки.

Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены метка и точечный объект, причем новым является то, что в момент предполагаемого совпадения движущегося по окружности точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Фиксация» фиксирует положение точечного объекта относительно метки, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки, в момент нажатия кнопки «Фиксация» вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания или упреждения, описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего определяют среднюю величину ошибок запаздывания, подсчитанную как сумму отклонений с положительным знаком, деленную на их количество, и среднюю величину ошибок упреждения, подсчитанную как сумму отклонений с отрицательным знаком, деленную на их количество, сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о соотношении процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

На фиг.2 представлена окружность, предъявляемая испытуемому на экране видеомонитора, где 1 - метка, 2 - точечный объект, движущийся с заданной скоростью по окружности.

Предлагаемый способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены метка и точечный объект, движущийся по окружности с заданной скоростью.

Испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта, в момент предполагаемого совпадения точечного объекта с меткой фиксирует положение точечного объекта относительно метки нажатием кнопки «Фиксация», при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки. В момент нажатия кнопки «Фиксация» вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания или упреждения.

Описанную процедуру повторяют заданное число раз.

На основе полученных значений ошибок несовпадения вычисляют среднюю величину ошибок запаздывания и среднюю величину ошибок упреждения, средняя величина ошибок запаздывания подсчитывается как сумма отклонений с положительным знаком, деленная на их количество, средняя величина ошибок упреждения подсчитывается как сумма отклонений с отрицательным знаком, деленная на их количество.

Сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о соотношении процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Таким образом, заявляемый способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе обладает новыми свойствами, обуславливающими получение положительного эффекта.

Пример 1.

Испытуемому А., 20 лет, на экране видеомонитора персонального компьютера, совместимого с IBM PC, предъявили окружность, на которой помещена метка и точечный объект, который движется по окружности с заданной скоростью. Испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения точечного объекта с положением метки нажимал клавишу клавиатуры компьютера «Пробел», выполняющую функцию кнопки «Фиксация», при этом движение точечного объекта по окружности продолжалось без остановки.

Компьютер в момент нажатия клавиши «Пробел» вычислял ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, заносил значение времени ошибки в запоминающее устройство.

Испытуемый в соответствии с рекомендациями [4] выполнил 13 попыток фиксации положения точечного объекта с положением метки в момент предполагаемого совпадения их положения, результаты первых трех из которых считались пробными и при оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе не учитывались.

В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта с положением метки: -11, -8, -22, -50, -33, -33, -61, -2, -72, -39.

В результате тестирования по оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по известному способу [4] получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта с положением метки: -56, +3, -17, -3, +25, -50, +19, -28, +3, +28.

По результатам тестирования вычислены средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1 
Результаты статистической обработки данных тестирования по оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе, мс 
Вид оценки испытуемых Способ оценки 
предлагаемый известный 
Средняя величина ошибок запаздывания 0 +15,6 
Средняя величина ошибок упреждения -33,1 -30,8 


Таким образом, оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по предложенному способу при исключении обратной связи - отсутствии информации о предыдущем значении ошибки несовпадения положения точечного объекта с положением метки свидетельствует о преобладании процессов возбуждения над процессами торможения в центральной нервной системе испытуемого.

Оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по известному способу [4] при наличии информации о предыдущем значении ошибки несовпадения положения точечного объекта с положением метки также свидетельствует о преобладании процессов возбуждения над процессами торможения в центральной нервной системе испытуемого.

Следовательно, в данном примере оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по предложенному и известному способам [4] совпадают.

Пример 2.

Испытуемый К., 20 лет, аналогично испытуемому А. выполнил тест по оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта с положением метки: -17, +8, +36, -43, -17, -50, +19, -22, -28, -36.

В результате тестирования по оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по известному способу [4] получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта с положением метки: -28, +19, -6, -3, -14, +8, -14, +31, -28, +22.

По результатам тестирования вычислены средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения, которые приведены в таблице 2.

Таблица 2 
Результаты статистической обработки данных тестирования по оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе, мс 
Вид оценки испытуемых Способ оценки 
предлагаемый известный 
Средняя величина ошибок запаздывания +21,0 +20,0 
Средняя величина ошибок упреждения -30,4 -13,8 


Оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по предложенному способу свидетельствует о преобладании процессов возбуждения над процессами торможения в центральной нервной системе испытуемого.

Оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по известному способу [4] свидетельствует о преобладании процессов торможения над процессами возбуждения в центральной нервной системе испытуемого.

Следовательно, в данном примере оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по предложенному и известному способам [4] не совпадают.

Пример 3.

Испытуемый М., 20 лет, аналогично испытуемому А. выполнил тест по оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта с положением метки: -19, -17, +11, -5, +17, +3, -14, +20, +6, -3.

В результате тестирования по известному способу [4] получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта с положением метки: -13, +28, -7, +25, -17, +19, -3, +8, -18, +14.

По результатам тестирования вычислены средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения, которые приведены в таблице 3.

Таблица 3 
Результаты статистической обработки данных тестирования по оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе, мс 
Вид оценки испытуемых Способ оценки 
предлагаемый известный 
Средняя величина ошибок запаздывания +11,4 +18,8 
Средняя величина ошибок упреждения -11,6 -11,6 


Оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по предложенному способу свидетельствует о незначительном преобладании процессов возбуждения над процессами торможения, то есть состоянии, близком к их сбалансированности.

Оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по известному способу [4] свидетельствует о преобладании процессов торможения над процессами возбуждения в центральной нервной системе испытуемого.

Следовательно, в данном примере оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе по предложенному и известному способам [4] не совпадают.

Таким образом, согласно теории автоматического управления, устранение обратной связи, то есть отсутствие информации о предыдущем значении ошибки несовпадения положения точечного объекта с положением метки, позволяет устранить коррекцию испытуемым времени останова движения точечного объекта, следовательно, позволяет установить истинное взаимоотношение возбуждения и торможения во всех случаях.

Предлагаемый способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе позволяет

- повысить достоверность оценки;

- сделать более правильный вывод о соотношении процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе.

Положительный эффект предлагаемого способа оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе на движущийся объект подтвержден результатами экспериментального исследования на группе из 10 испытуемых.

Таким образом, предлагаемый способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе позволяет повысить достоверность оценки и сделать более правильный вывод о соотношении процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе.

Литература

1. Сурнина О.Е., Лебедева Е.В. Половые и возрастные различия времени реакции на движущийся объект у детей и взрослых // Физиология человека. - 2001. - Т. 27, №4. - С.56-60.

2. Караулова Н.И. Возможности использования реакции на движущийся объект в оценке результатов тренировки // Физиология человека. - 1982. - Т. 8, №4. - С.653-60.

3. Маслова О.И., Горюнова А.В., Гурьева М.Б. и др. Применение тестовых компьютерных систем в диагностике когнитивных нарушений при синдроме дефицита внимания с гиперактивностью у детей школьного возраста // Медицинская техника. - 2005. - №1. - С.7-13.

4. Методы и портативная аппаратура для исследования индивидуально психологических различий человека / Н.М.Пейсахов, А.П.Кашин, Г.Г.Баранов, Р.Г.Вагапов; Под ред. В.М.Шадрина. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1976. - 238 с.

5. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Наука, 1972. - 768 с.

6. Догановский С.А. Параметрические системы автоматического регулирования. - М.: Энергия, 1973. - 168 с.

7. Озерянный Н.А. Системы с параметрической обратной связью. - М.: Энергия, 1974. - 152 с.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ оценки соотношения процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе путем предъявления испытуемому на экране видеомонитора окружности, на которой помещены метка и точечный объект, отличающийся тем, что в момент предполагаемого совпадения движущегося по окружности точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Фиксация» фиксирует положение точечного объекта относительно метки, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки, в момент нажатия кнопки «Фиксация» вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания или упреждения, описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего определяют среднюю величину ошибок запаздывания, подсчитанную как сумму отклонений с положительным знаком, деленную на их количество, и среднюю величину ошибок упреждения, подсчитанную как сумму отклонений с отрицательным знаком, деленную на их количество, сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о соотношении процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.