В статье предлагается новый способ визуализации вызванной активности мозга.
Ключевые слова: биоэлектрическая активность, сенсомоторная реакция.
Психофизиология (ПФЛ) как научная дисциплина изучает проявления психики в физиологии организма человека, то есть механизмы воплощения мысли в физическом мире.
Человек-оператор (ЧО) наиболее реально и наглядно осуществляет эти процессы: на уровне восприятия его сенсорные системы получают информацию о состоянии, чаще всего, технической системы; он осознает ситуацию (когнитивный процесс), сопоставляет ее с имеющимися в памяти данными о требуемом положении, представляет варианты возможных действий, осуществляет выбор наилучшего (оптимального) — принимает решение, и реализует это решение, осуществляет моторные действия.
Простейшим случаем воплощения триады «восприятие — осознание — действие», реализуемым, например, в приборе для определения времени сенсомоторной реакции (ЧО нажимает на кнопку в ответ на вспышку света) занимается несколько разделов ПФЛ: ПФЛ сенсорная — ПФЛ органов чувств, ощущений и восприятий, ПФЛ организации движений, ПФЛ активности, ПФЛ произвольных действий, ПФЛ внимания, памяти и обучения.
На этом простом примере видно, как важны инструментальные средства психофизиологической диагностики (ПФД), и в то же время как много можно получить информации о ЧО при правильном методическом подходе. Чтобы ответить на вопросы всех перечисленных разделов ПФЛ, кроме упомянутого прибора возможно применение методик электроэнцефалографии (ЭЭГ) и вызванных потенциалов (ВП) [1], компьютерной томографии, методов оценки вегетативной нервной системы и сенсомоторики, нейропсихологического тестирования, тестирования уровней развития познавательной деятельности.
Логическими продолжениями диагностики являются прогнозирование, профилактика, оптимизация, коррекция (в медицине — лечение), программы развития.
В настоящее время ПФД наиболее широко применяется для тестирования профессиональной пригодности ЧО. Системообразующие отрасли экономики — Росатом, Газпром, РЖД уделяют большое внимание профессиональным качествам работников — слишком велика стоимость ошибки ЧО.
Арсенал технических средств ПФД может очень широким, но необходимо думать и соотношении цена/качество. Один из основных принципов проектирования биотехнических систем — обеспечение оптимального набора регистрируемых параметров для достижения целей диагностики. Кроме вопроса цены обследования, которая при большом потоке кандидатов должна быть минимальной, следует учитывать и фактор времени — время процедуры тоже следует минимизировать. Еще одним важным параметром является способ получения результата. Квалифицированный специалист, принимая во внимание множество факторов, даст исчерпывающее заключение, однако использовать ученого — физиолога для отбора кандидатов нерационально. Правильнее было бы провести предварительный (ускоренный) отбор силами менее опытных специалистов, оснащенных «умным» автоматизированным прибором.
В основу разрабатываемой системы положен новый способ регистрации сенсомоторной реакции, под которой традиционно понимается одиночное дискретное движение ЧО на появление (прекращение действия) того или иного стимула. В существующих системах определяется интервал времени между подачей стимула и прикосновением ЧО к контакту. При этом не фиксируется время восприятия (сенсорный момент реакции), время принятия решения (центральный момент реакции, который отражает процессы переработки информации) и время собственно моторного момента реакции. Регистрация указанных параметров (каждого по отдельности) предусматривается в электрофизиологических диагностических методиках — сенсорные ВП, когнитивные ВП, соматосенсорные ВП [2]. В настоящее время эти методики реализуются методически и аппаратурно по-разному — подаются разные стимулы, по-разному происходит усреднение, разные характеристики усилителей. Принципиально также то, что регистрация всех перечисленных ВП требует многократной подачи стимулов, и процедура может быть достаточно продолжительной, например, регистрация слуховых ВП может занимать более часа.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом: у испытуемого регистрируется ЭЭГ, причем используются только каудальные активные электроды стандартной системы 10–20 %. Регистрация осуществляется с открытыми глазами.
Перед испытуемым экран, который в фиксированные моменты времени становится красным или зеленым. Испытуемый должен мысленно называть наблюдаемые цвета [4].
Известно, что внешний стимул вызывает последовательный отклик в различных зонах коры головного мозга: сенсорной, когнитивной, моторной (управляющей мускулами языка). Амплитуда отклика достаточно мала, однако существуют способы выделения таких сигналов [3].
При таком подходе в ходе кратковременного обследования определяются параметры сенсорного ответа (которые должны соответствовать нормативам по амплитуде и латентности), степень осознания ситуации (аналогичные нормативы когнитивного ответа) и качество мускульного ответа (моторная реакция). Полученные параметры дают гораздо более полную картину о пригодности испытуемого к деятельности ЧО.
Другим аспектом разрабатываемой системы является преодоление субъективизма исследователя. При регистрации ВП существующие системы оставляют на усмотрение врача/биолога определение моментов наступления отклика нервной системы на стимул, что не всегда просто в условиях присутствующих помех (в соответствии с международными рекомендациями выбирается среднее значение по результатам двух экспериментов).
Если применить методы обработки сигналов, одинаковые для всех испытуемых, можно получить единую точку отсчета и накапливать соответствующую нормативную базу, тем более, что разработчики нового оборудования идут именно таким путем.
Для снижения требований к квалификации специалиста, проводящего обследование, ему предлагается не традиционная экспериментальная кривая, а некоторый зрительный образ, который в случае положительного результата испытуемого должен находиться в определенной зоне.
В результате предлагаемой разработки система ПФД ЧО приобретает новые свойства:
- Увеличивается количество регистрируемых параметров.
- Создается возможность всесторонней оценки испытуемого.
- Повышается уровень достоверности результата.
- Сокращается время обследования.
- Обследование становится скрининговым.
Описание проведенного опыта.
На голову испытуемого крепятся 8 электродов по 4 с каждой стороны симметрично: О1 и О2 на затылочном отведении, Р3 и Р4 на теменном отведении, Т5 и Т6 на височном отведении, С3 и С4 на центральном отведении.
Стоит отметить, что электроды расположены на голове испытуемого по системе «10–20 %», которая, в данное время, является стандартной системой размещения электродов на поверхности головы и рекомендована Международной федерацией электроэнцефалографии и клинической нейрофизиологии. Но в рассмотрение мы берем только сигналы, снятые с вышеуказанных восьми электродов.
Пример полученной ЭЭГ представлен на рис.1.
Рис. 1. Зарегистрированные сигналы
Алгоритм реализации способа (результат на рис.2):
- Получение записи ЭЭГ
- Выбор эпохи визуализации
- Выбор активных каналов
- Выбор момента времени
- Определение значений сигналов на границах зоны анализа методом линейной интерполяции
- Построение кривой изменения потенциала методом интерполяции по четырем точкам
- Нахождение максимума сигнала и его координаты на анализируемой плоскости
- Переход к следующей плоскости и повторение пунктов 5,6,7
- Определение экстремума по всем плоскостям для данного момента времени
- Переход к следующему моменту времени, повторение пунктов 5, 6, 7, 8, 9.
Рис. 2. Визуализация доминанты
Литература:
- Рутман Э. М. Вызванные потенциалы в психологии и психофизиологии. М., «Наука», 1979. — 213 с.
- Гнездицкий В. В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. Таганрог, из-во ТРТУ. — 1997.
- Жеребцова В. А., Индюхин А. А., Соколов Э. М., Хадарцев А. А., Индюхин А. Ф. Способ регистрации длиннолатентного вызванного потенциала мозга при электрокожной стимуляции и устройство для его осуществления. Патент на изобретение № 2199947 от 10.03.2003 г.
- Томашвили А. В., Михеева М. В., Макеева Т. С. Экспериментальная отработка нейроинтерфейса. Актуальные вопросы биомедицинской инженерии: сборник материалов III Всероссийской заочной научной конференции для молодых ученых, студентов и школьников. 21 октября — 15 декабря 2013 г. — Саратов: ООО «Издательский Центр «Наука», 2013. — С. 432–437.
