Визуализация экстремумов вызванной активности головного мозга | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 7 марта, печатный экземпляр отправим 11 марта.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №52 (290) декабрь 2019 г.

Дата публикации: 31.12.2019

Статья просмотрена: 9 раз

Библиографическое описание:

Хрячков М. В. Визуализация экстремумов вызванной активности головного мозга // Молодой ученый. — 2019. — №52. — С. 70-73. — URL https://moluch.ru/archive/290/65933/ (дата обращения: 23.02.2020).



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:

  1. Увеличивается количество регистрируемых параметров.
  2. Создается возможность всесторонней оценки испытуемого.
  3. Повышается уровень достоверности результата.
  4. Сокращается время обследования.
  5. 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.

Baklanova1.jpg

Рис. 1. Зарегистрированные сигналы

Алгоритм реализации способа (результат на рис.2):

  1. Получение записи ЭЭГ
  2. Выбор эпохи визуализации
  3. Выбор активных каналов
  4. Выбор момента времени
  5. Определение значений сигналов на границах зоны анализа методом линейной интерполяции
  6. Построение кривой изменения потенциала методом интерполяции по четырем точкам
  7. Нахождение максимума сигнала и его координаты на анализируемой плоскости
  8. Переход к следующей плоскости и повторение пунктов 5,6,7
  9. Определение экстремума по всем плоскостям для данного момента времени
  10. Переход к следующему моменту времени, повторение пунктов 5, 6, 7, 8, 9.

Рис. 2. Визуализация доминанты

Литература:

  1. Рутман Э. М. Вызванные потенциалы в психологии и психофизиологии. М., «Наука», 1979. — 213 с.
  2. Гнездицкий В. В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. Таганрог, из-во ТРТУ. — 1997.
  3. 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.
  4. 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.
Основные термины (генерируются автоматически): время, голова испытуемого, момент времени, параметр, повторение пунктов, разрабатываемая система, регистрация, система.


Похожие статьи

Анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности

Такой способ не ограничивает движения головы, а время регистрации увеличивается на 10–15 минут.

Первые вариации этого метода основывались на киносъёмке глаз испытуемого, покадровом анализе плёнки и совмещении траектории перемещения взгляда с тестовым...

Системы электронного хронометража | Статья в журнале...

Системы электронного измерения времени или системы электронного хронометража применяются для фиксирования результатов участников массовых соревнований в циклических видах спорта. Система регистрирует время спортсменов на старте и финише.

Психологические факторы повышения результативности...

Показано, что для повышения результативности в стендовой стрельбе в тренировочный процесс спортсмена необходимо включать визуализацию или зрительно-мысленную репетицию выстрела. Описаны принципы и техника визуализации, а также критерии эффективности...

Функциональное моделирование процесса проведения...

В настоящее время большинство испытательных лабораторий пищевой продукции и

Кроме того, необходимо постоянно контролировать параметры микроклимата в помещениях, в

В рамках данной работы разработана функциональная модель процесса проведения...

Система синхронизации по абсолютному точному времени

Спутниковая система распределяет всемирное координированное время (UTC), частоту всем местным

4. Кадровая (определяет моменты времени начала и конца групповых пакетов)

Это сокращает время передачи и предохраняет от возможных ошибок систем синхронизации.

Облик перспективной навигационной системы для подвижного...

К настоящему времени в навигационных системах применяется комплексирование устройств и систем на уровне вторичной обработки.

Пропадание сигналов данной системы приводит к значительному росту погрешностей при определении необходимых параметров.

Разработка системы автоматизированного тестирования

Цель данной работы — разработка системы автоматизированного тестирования, в качестве предметной области взята дисциплина «Управление проектами», которую изучают студенты факультета среднего профессионального образования по специальности «информационные...

Эффективность использования мнемонических приёмов

Проблема улучшения памяти была актуальна во все времена.

– Четверо испытуемых проговаривали пары слов про себя, двигая при этом губами.

– Запоминание пар слов также зависит от времени суток, в которое проводилось исследование.

Управление в системах реального времени | Статья в журнале...

Статья посвящена системам реального времени, их классификации, месту и роли в управлении. Ключевые слова: автоматизированные системы управления, системы реального времени, принятие и реализация решений.

Похожие статьи

Анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности

Такой способ не ограничивает движения головы, а время регистрации увеличивается на 10–15 минут.

Первые вариации этого метода основывались на киносъёмке глаз испытуемого, покадровом анализе плёнки и совмещении траектории перемещения взгляда с тестовым...

Системы электронного хронометража | Статья в журнале...

Системы электронного измерения времени или системы электронного хронометража применяются для фиксирования результатов участников массовых соревнований в циклических видах спорта. Система регистрирует время спортсменов на старте и финише.

Психологические факторы повышения результативности...

Показано, что для повышения результативности в стендовой стрельбе в тренировочный процесс спортсмена необходимо включать визуализацию или зрительно-мысленную репетицию выстрела. Описаны принципы и техника визуализации, а также критерии эффективности...

Функциональное моделирование процесса проведения...

В настоящее время большинство испытательных лабораторий пищевой продукции и

Кроме того, необходимо постоянно контролировать параметры микроклимата в помещениях, в

В рамках данной работы разработана функциональная модель процесса проведения...

Система синхронизации по абсолютному точному времени

Спутниковая система распределяет всемирное координированное время (UTC), частоту всем местным

4. Кадровая (определяет моменты времени начала и конца групповых пакетов)

Это сокращает время передачи и предохраняет от возможных ошибок систем синхронизации.

Облик перспективной навигационной системы для подвижного...

К настоящему времени в навигационных системах применяется комплексирование устройств и систем на уровне вторичной обработки.

Пропадание сигналов данной системы приводит к значительному росту погрешностей при определении необходимых параметров.

Разработка системы автоматизированного тестирования

Цель данной работы — разработка системы автоматизированного тестирования, в качестве предметной области взята дисциплина «Управление проектами», которую изучают студенты факультета среднего профессионального образования по специальности «информационные...

Эффективность использования мнемонических приёмов

Проблема улучшения памяти была актуальна во все времена.

– Четверо испытуемых проговаривали пары слов про себя, двигая при этом губами.

– Запоминание пар слов также зависит от времени суток, в которое проводилось исследование.

Управление в системах реального времени | Статья в журнале...

Статья посвящена системам реального времени, их классификации, месту и роли в управлении. Ключевые слова: автоматизированные системы управления, системы реального времени, принятие и реализация решений.

Задать вопрос