Способ коррекции нарушений зрения посредством создания биологической обратной связи и аппаратный комплекс для его осуществления
Группа изобретений относится к области медицины и медицинской техники. Регистрируют электроэнцефалограмму (ЭЭГ) во время рассматривания изображений. Выделяют частотный диапазон ЭЭГ от 4 до 30 Гц и разбивают его на полосы с шириной 0.5 Гц, производят в них сравнение уровней сигналов. Выявляют полосы с изменением уровня сигнала в зависимости от типа изображения. В течение лечебного сеанса измеряют амплитуду ЭЭГ в выбранном диапазоне. Используют визуальный и тактильный каналы подкрепления БОС: при положительном - исключают электрокожное раздражение, при отрицательном - ухудшают изображение и усиливают электрокожное раздражение. Указанный способ реализуется аппаратным комплексом. В комплекс введен блок электрокожного воздействия, который реализует тактильный сигнал обратной связи. Средство анализа измеренных данных выполнено с возможностью выделения из частотного диапазона ЭЭГ полос с шириной 0,5 Гц и проведения в них амплитудно-частотного анализа. Средство для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения содержит электроды регистрации ЭЭГ. Способ расширяет арсенал средств для коррекции нарушений зрения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.
Группа изобретений относится к медицине, в частности к офтальмологии, а именно к способу создания биологической обратной связи для коррекции нарушений (дисфункций) зрения и аппаратному комплексу для его осуществления, которые могут найти применение в медицинской практике при лечении патологии зрения путем его коррекции.
Предлагаемый способ можно отнести к функциональным методам улучшения зрения, при которых не исправляют дефект оптической системы глаза, а облегчают адаптацию к нему или к его оптической коррекции.
Следует отметить, что нарушения адаптации имеют место при такой патологии зрения, как аметропия; амблиопии; астенопия; при органической патологии (дистрофия сетчатки и атрофия зрительного нерва); возрастная дальнозоркость вследствие пребиопии; последствия неудовлетворительных результатов рефракционной хирургии. Перечисленные выше виды патологии проявляются в виде снижения остроты зрения как некоррегированной, так и коррегированной (амблиопии), спазма аккомодации и прогрессирования близорукости, а также в виде астенопии.
Как известно, функциональные методы лечения, основанные на использовании компенсаторно-регуляторных возможностей человеческого организма за счет мобилизации резервного потенциала и реализуемые путем различных способов саморегуляции, широко используются в медицине и уже давно доказали свою эффективность. В последнее время использование принципа саморегуляции становится одним из преобладающих направлений методов коррекции психофизиологического состояния человека [Бехтерева, 1980; Демиденко, 1989; Крыжановский, 2002; Basmajan,1989; Swartz, 1995 и др.]
К функциональным методам лечения, используемым в офтальмологической практике, помимо физиотерапевтических и акупунктурных способов относятся и различные виды тренировок, направленные на улучшение управления моторными функциями мышц глаза. К ним относятся и различные способы тренировки с использованием систем обратной связи (biofeedback-training). Принцип обратной связи основан на регистрации параметров той или иной физиологической функции, которая в том или ином виде (визуальная, акустическая либо тактильная обратная связь) предъявляется пациенту с целью коррекции данного параметра самим пациентом (чаще всего путем саморегуляции) в заданном направлении, более близком к норме.
Методы биологической обратной связи (далее - БОС) предполагают создание внешних каналов информации обратной связи, посредством которых пациент получает возможность контролировать параметры той или иной собственной физиологической функции. В основе современной концепции клинического применения методов БОС лежат идеи произвольного (когнитивного) управления функциями организма [Черниговская, 1982; Вартанова, 1993; Ивановский, Сметанкин, 2000; Сороко, Трубачев, 2010]. В условиях мониторинга параметров различных физиологических функций у пациента вырабатываются навыки регуляции той или иной физиологической функции. Это позволяет изменять те или иные неудовлетворительные физиологические показатели в направлении, более близком к норме [Сохадзе и соавт., 1988]. Доказана возможность выработки навыков произвольной регуляции любого физиологического параметра, в том числе вегетативных, и электроэнцефалограммы (далее - ЭЭГ), что является основой для применения методов БОС в медицине и психофизиологии [Черниговский, 1978; Сороко, Трубачев, 2010]. Эффективность выработки навыков произвольной регуляции зависит от адекватности выбора условий тренинга, которые не должны приводить к быстрому истощению адаптационно-компенсаторных резервов человеческого организма и в то же время не должны быть излишне простыми, снижающими мотивацию к достижению поставленной цели [Анохин, 1968]. Поэтому скорость и эффективность выработки навыков произвольной регуляции того или иного физиологического параметра практически полностью зависит от качества и адекватности сигналов БОС, предъявляемых пациенту [Богданов, Пинчук, Михайленок, 1990].
Известны способы создания БОС, основанные на измерении электрических потенциалов на поверхности головы пациента (электроэнцефалограммы - далее ЭЭГ), математической обработке измеренных данных и предъявлении пациенту результатов этой обработки [патент US №4928704; патент US №5007430] с целью дальнейшей коррекции отклонений этого показателя в направлении, более близком к нормальному.
Известен способ коррекции амблиопии у детей [а.с. СССР №1688867, 1991]. Способ заключается в проведении сеансов коррекции амблиопии путем аутотренинга. Для этого ребенку предъявляют предметное изображение при одновременной регистрации биоэлектрической активности затылочных областей мозга, измеряют интегральную огибающую биоэлектрической активности, в зависимости от ее величины подают сигнал помехи на изображение и проводят аутотренинг, направленный на устранение помехи. Такие сеансы проводят не реже 2 раз в неделю по 15-20 мин каждый, общим числом 10-20.
К недостаткам способа, описанного в а.с. №1688867, можно отнести то, что способ оказывается не всегда эффективным в силу того, что не учитываются индивидуальные частотные характеристики биоэлектрической активности (далее - БЭА) мозга конкретного пациента и, кроме того, порог БЭА устанавливают в зависимости от интегральной огибающей только одного полушария, что нередко вызывает дополнительно искусственную межполушарную асимметрию.
Известен способ коррекции зрительных функций [патент RU №2070011,1996], характеризующийся последовательностью действий, согласно которой вначале регистрируют биоэлектрическую активность одновременно с обоих полушарий мозга сначала в состоянии покоя с закрытыми глазами, с выбором доминирующих частот в полосе альфа-ритма, а затем при демонстрации предметного изображения выделяют сигнал на ранее выбранных частотах и проводят аутотренинг с модуляцией яркости изображения в зависимости от величин этих сигналов. Способ, описанный в патент RU №2070011, эффективен при лечении широкого круга нарушений зрения. Однако аутотренинг в узкой полосе альфа-ритма, который и в норме еще не сформирован у детей до 7-8 летнего возраста, а в условиях патологии его формирование затягивается и до 9-10 летнего возраста. Кроме того, и у значительной части (до 30%) здоровых взрослых альфа-ритм может отсутствовать [Жирмунская, 1989], что в значительной степени сужает возможности применения способа.
Известен способ коррекции расстройств аккомодации [патент RU №2061508, 1996], согласно которому пациенту предъявляют предметное изображение, в качестве которого используют графику компьютерной игры; регистрируют биоэлектрическую активность, определяют ее интегральную огибающую; в зависимости от амплитуды огибающей в сравнении с порогом биоэлектрической активности управляют предметным изображением. Управление пуском и остановом предметного изображения на экране компьютера осуществляют в зависимости от соотношения биоэлектрической активности, регистрируемой у пациента, и установленного порога, при этом порог биоэлектрической активности выбирают таким образом, чтобы амплитуда огибающей превышала порог в течение 60% времени предъявления предметного изображения.
К недостаткам известного способа следует отнести его ограниченную применимость.
Известен способ лечения амблиопии [патент RU №2080845, 1997], согласно которому пациенту предъявляют предметное изображение, регистрируют биоэлектрическую активность мозга, определяют амплитуду ее огибающей; используют полученные значения для определения величины порогового сигнала, включающего биологическую обратную связь, управляющую появлением или исчезновением предметного изображения на мониторе, в зависимости от порогового значения, рассчитывамого каждые 10 с.
При амблиопии на фоне близорукости, близоруком и смешанном астигматизме лечение проводят в состоянии релаксации БЭА мозга пациента, а при амблиопии на фоне дальнозоркости, дальнозоркого астигматизма и афакии лечение проводят в состоянии активации БЭА мозга пациента. К недостаткам данного способа можно отнести недостаточную степень учета индивидуальных особенностей ЭЭГ, что снижает клинические возможности применения способа.
Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ коррекции зрения, описанный в патенте US №6033073, согласно которому пациенту предъявляют предметное изображение, при демонстрации предметного изображения пациенту измеряют мозговые волны ά альфа, β бета и θ тета диапазонов ЭЭГ, на основе которых и проводится лечебный сеанс; наблюдают за структурированными и неструктурированными картинками на экране монитора в течение определенного периода времени, одновременно измеряют электромиограмму (ЭМГ) и электроокулограмму (ЭОГ); посредством контрольного механизма анализируют данные измеренных показателей ЭМГ и ЭОГ, которые удаляются из регистрируемой ЭЭГ.
Способ, описанный в патенте US №6033073, реализован с помощью прибора, описанного там же.
Наиболее близким аналогом предлагаемого аппаратного комплекса является описанный в патенте US №6033073 прибор, включающий механизм для наблюдения за зрительной активностью пользователя и ее измерением, механизм анализа измеренных данных и включающий механизм для просмотра изображений, управляемый в соответствии с сигналами, генерируемыми прибором, и устройство для сохранения данных об измерениях.
Способ, описанный в патенте US №6033073, имеет следующие общие признаки с предлагаемым способом:
при рассматривании на экране монитора структурированных и неструктурированных изображений осуществляют регистрацию ЭЭГ;
на основании результатов математической обработки зарегистрированной ЭЭГ определяют пороговые значения включения сигналов визуальной обратной связи.
К недостаткам наиболее близкого аналога можно отнести жесткую привязку к начальным параметрам показателей ЭЭГ (волны 
, β и θ диапазонов), полученных при тестовом просмотре структурированных и неструктурированных картинок, на основе которых и проводится лечебный сеанс (с учетом поправочных коэффициентов рассчитанных также на основе начальных тестовых параметров).
Быстро меняющиеся в ходе лечебного сеанса величины всех этих параметров, особенно при просмотре повышающих мотивацию стимулов (в данном случае изменение четкости и яркости изображения интересного фильма), в значительной степени сводит на нет результаты предварительного тестирования. Уже к середине тренировочного сеанса включение и выключение сигналов ОС, отражающих связь между изменениями БЭА головного мозга (собственно ЭЭГ) и визуальной картиной на экране монитора, информирующей пациента о текущем состоянии регуляторных систем мозга, обеспечивающих зрительную регуляцию, перестает отражать реальную картину их состояния.
Кроме того, жесткие начальные режимы тренировочных сеансов несмотря на вводимые поправочные коэффициенты (также рассчитываемые исходя из состояния физиологических функций на момент начала сеанса) не позволяют эффективно использовать все преимущества метода как в силу быстро наступающего истощения резервно-компенсаторных возможностей пациента (при использовании слишком сложных режимов тренировки), так и выбора слишком легких режимов тренировки, в ходе которых выработка стабильных навыков регуляции практически не происходит. Как следствие, это значительно удлиняет процесс обучения и снижает его эффективность.
К существенным недостаткам наиболее близкого аналога можно также отнести регистрацию ЭЭГ в достаточно широком диапазоне ритмов ЭЭГ, которые отражают не только состояние регуляторных систем мозга, обеспечивающих зрительные функции, но и отражающих текущее состояние других систем обеспечения различных функций организма, что снижает качество выработки целенаправленных навыков регуляции именно зрительных функций.
Предлагаемый способ коррекции нарушений зрения (дисфункций) посредством создания биологической обратной связи и аппаратный комплекс для его осуществления позволяют устранить указанные выше недостатки.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа коррекции нарушений зрения (дисфункций) посредством создания биологической обратной связи и аппаратного комплекса для его осуществления, которые позволяют не только получить достоверную информацию о текущем физиологическом состоянии зрительной функции, представить результаты измерений в наглядном, понятном для пациента виде, но и выработать в процессе лечебных сеансов навыки устойчивой произвольной коррекции нарушенных зрительных функций при той или иной патологии зрения (миопии, амблиопии, гиперметропии и т.д.).
Технический результат, достигаемый при использовании группы изобретений, заключается в нормализации состояния нейрогенных механизмов зрительной патологии путем направленного изменения биоэлектрической активности зрительных областей головного мозга, отражающей данные расстройства функций зрения за счет проведения оперантного обучения (обусловливания). Оперантное обучение включает в себя изменение вероятности связывания ответа (изменение БЭА в регистрируемых зонах головного мозга) с положительным или отрицательным подкреплением в виде тех или иных сигналов обратной связи. В ходе тренировочного сеанса проявление той или иной реакции в виде изменение БЭА в первичных зрительных областях положительно подкрепляется улучшением качества изображения (визуальный канал обратной связи) и избавлением от неприятного ощущения в виде электрокожного воздействия (тактильный сигнал обратной связи) или подкрепляется отрицательно в виде ухудшения изображения и усилении неприятных ощущений от электрокожного воздействия.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложена группа изобретений, объединенных общим изобретательским замыслом.
Одним из аспектов предлагаемой группы изобретений является способ коррекции нарушений зрения посредством создания биологической обратной связи, включающий предъявление пациенту предметного изображения, регистрацию электроэнцефалограммы при рассматривании на экране монитора структурированных и неструктурированных изображений, математическую обработку зарегистрированной электроэнцефалограммы, на основании которой определяют пороговые значения включения сигналов визуальной обратной связи, характеризующийся тем, что во время рассматривания предъявленных пациенту структурированных и неструктурированных изображений определяют остроту зрения, используя эталонные таблицы, одновременно регистрируют электроэнцефалограмму в первичных зрительных проекционных зонах, причем временной интервал измерения амплитуд при использовании эталонных таблиц находится в пределах 5 секунд;
в процессе тестирования выделяют частотный диапазон электроэнцефалограммы от 4 до 30 Гц и разбивают его на полосы с шириной 0.5 Гц, в этих полосах производят сравнение уровней сигналов в течение первых 5 секунд с момента предъявления изображения;
предъявляют в случайном порядке не менее 10 как структурированных, так и неструктурированных изображений,
затем выявляют те полосы спектра, в которых фиксируют наиболее значительное изменение уровня сигнала в зависимости от типа предъявляемого изображения;
во время демонстрации видеоизображений у пациента постоянно в течение лечебного сеанса измеряют амплитуду электроэнцефалограммы в диапазоне, выбранном в ходе тестирования;
в ходе тренировочного сеанса используют визуальный и тактильный каналы подкрепления биологической обратной связи, при положительном подкреплении улучшают качество изображения и исключают электрокожное раздражение, а при отрицательном - ухудшают изображение и усиливают отрицательные ощущения от электрокожного раздражения.
Предлагаемый способ коррекции нарушений зрения посредством создания биологической обратной связи отличается от наиболее близкого аналога - способа, описанного в патенте US №6033073, тем, что содержит следующую последовательность действий:
в начале сеанса производят тестирование состояния зрительных функций при помощи эталонных таблиц, применяемых в офтальмологии для проверки остроты зрения, с параллельной регистрацией ЭЭГ в первичных зрительных проекционных зонах, отражающей качество состояния регуляторных систем зрения во время рассматривания изображений этих таблиц;
в процессе тестирования выделяют частотный диапазон ЭЭГ (от 4 до 30 Гц, с шагом 0.5 Гц), средняя амплитуда ЭЭГ в котором за 5 секунд регистрации наилучшим образом коррелирует с результатами, полученными при правильном распознавании эталонных таблиц, при этом амплитуда за 5 секунд регистрации принимается за исходный пороговый уровень, превышение либо снижение которого в выбранном частотном диапазоне (в зависимости от патологии зрения) приводит соответственно к градуальному улучшению видеоизображения и снижению электрокожного воздействия (положительное подкрепление) либо к снижению качества изображения и усилению электрокожного воздействия (отрицательное подкрепление);
в ручном режиме выявляют диапазон величин тока электрокожного воздействия, в дальнейшем используемый в качестве сигналов обратной связи (тактильная ОС), от вызывающего появление тактильного ощущения до вызывающего неприятные ощущения пощипывания, но не вызывающий появления боли. Для этого осуществляют электрокожное воздействие внутренней поверхности предплечья путем постепенного увеличения силы импульсного тока, подаваемого через биполярный электрод с межэлектродным расстоянием не менее 3 см, от блока электрокожного воздействия. Данные параметры используют во время тренировочных сеансов как дополнительный канал ОС, резко повышающий мотивационную составляющую тренировок;
во время демонстрации мотивационных образов (видеофильмов) у пациента постоянно измеряют амплитуду мозговых волн в диапазоне, выбранном в ходе предварительного тестирования, и постоянно анализируют данные измерений в течение сеанса посредством блока анализа и обработки входных данных;
постоянно осуществляют формирование и корректировку сигналов ОС в зависимости от изменения характера БЭА путем постепенного изменения яркости предъявляемых мотивационных образов и силы электрокожного воздействия, побуждающих пациента к самокоррекции параметров ЭЭГ путем изменения активности первичных зрительных зон в затылочных областях коры головного мозга;
в автоматическом режиме постоянно производят корректировку управляющего воздействия (плавающий порог). При ухудшении качества регуляции (длительное превышение порогового уровня более 50% времени 2-минутного цикла тренировки, что означает легкое, неэффективное для выработки навыка саморегуляции задание) или невозможности поддержания заданных условий тренинга (процент правильного выполнения менее 30% времени 2-минутного тренировочного цикла) соответственно производится либо повышение порогового уровня срабатывания сигналов ОС на 10% от исходного, либо его снижение на 10%. Этим достигается соблюдение оптимальных режимов адаптивной тренировки регуляторных структур, ответственных за реализацию зрительных функций.
При этом важно отметить наличие таких действий, как:
- выбор оптимального амплитудно-частотного диапазона БЭА головного мозга, коррелирующего с различением предъявляемого изображения,
- формирование управляющего сигнала, от которого зависит как четкость и яркость изображения, так и наличие или отсутствие тактильного электрокожного воздействия, являющегося дополнительным каналом ОС, который отсутствует в наиболее близком аналоге,
- постоянную подстройку порогов включения сигналов ОС, чем обеспечивается адаптивный характер тренировки к индивидуальным особенностям пациента, и постоянное поддержание оптимальных режимов для выработки навыков обучения и автоматическая регуляция сложности тренировки.
Другим аспектом предлагаемой группы изобретений является аппаратный комплекс для коррекции нарушений зрения, включающий средство для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения, средство анализа измеренных данных, средство просмотра изображений, управляемое средством анализа измеренных данных, устройство хранения данных об измерениях, при этом
комплекс дополнительно содержит блок электрокожного воздействия, реализующий тактильный сигнал обратной связи, а
средство анализа измеренных данных выполнено с возможностью выделения из частотного диапазона электроэнцефалограммы полос с шириной 0.5 Гц и проведения амплитудно-частотного анализа в этих полосах, а
средство для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения содержит электроды регистрации ЭЭГ, соединенные с входом усилителя биопотенциалов, выход которого соединен с входом блока предварительной фильтрации, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с управляющим микроконтроллером,
при этом средство для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения соединено с входом средства анализа измеренных данных, выходы которого соединены с входом блока электрокожного воздействия, с входом устройства хранения данных об измерениях и с входом средства просмотра изображений.
Необходимо отметить, что предлагаемый аппаратный комплекс для реализации способа коррекции нарушений зрения посредством создания биологической обратной связи отличается от наиболее близкого - прибора, описанного в патенте US №6033073, тем, что средство анализа измеренных данных выполнено с возможностью выделения из частотного диапазона электроэнцефалограммы полос с шириной 0,5 Гц и проведения амплитудно-частотного анализа в этих полосах.
Важно отметить, что в предлагаемый комплекс введен блок электрокожного воздействия, реализующий тактильный сигнал обратной связи.
Кроме того, алгоритм работы средства анализа измеренных данных совместно со средством для просмотра изображений позволяет реализовать алгоритм выявления индивидуальных амплитудно-частотных зависимостей ЭЭГ от характера рассматриваемого изображения и адаптивной подстройки параметров работы комплекса в соответствии с ними.
Сущность изобретения иллюстрируется фигурами и примерами предпочтительного варианта осуществления изобретения (примеры коррекции зрительных функций для разных патологий: миопия, амблиопия, гиперметропия и т.д.).
На Фиг.1 представлена блок схема аппаратного комплекса, реализующего способ коррекции нарушений зрения посредством создания биологической обратной связи.
На Фиг.2 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример выполнения аппаратного комплекса (см. Фиг.1), реализующего способ коррекции нарушений зрения посредством создания биологической обратной связи.
На Фиг.3 приведена схема размещения на голове пациента электродов для регистрации ЭЭГ.
На Фиг.4 показан график, иллюстрирующий колебания возбуждения нейронов зрительной коры.
На Фиг.1 представлен аппаратный комплекс, реализующий способ коррекции зрения посредством создания биологической обратной связи, содержащий средство 1 для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения, средство 2 просмотра изображений; блок 3 электрокожного воздействия, средство 4 анализа измеренных данных, устройство 5 хранения данных об измерениях.
На Фиг.2 представлен пример выполнения аппаратного комплекса, в котором средство для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения содержит электроды 6 регистрации ЭЭГ, соединенные с входом усилителя 7 биопотенциалов. Схема размещения электродов 6 на голове пациента приведена на Фиг.3. Выход усилителя 7 биопотенциалов соединен с входом блока 8 предварительной фильтрации, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 9 (АЦП), к выходу которого подключен управляющий микроконтроллер 10. Средство для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения соединено с входом средства анализа измеренных данных, выходы которого соединены с входом блока 3 электрокожного воздействия, с входом устройства 5 хранения данных об измерениях и с входом средства 2 для просмотра изображений.
Выход управляющего микроконтроллера 10 также соединен с входом цифроаналогового преобразователя 11 (ЦАП). К управляющему микроконтроллеру 10 также подключен модуль 12 гальванической развязки, который осуществляет двунаправленную трансляцию данных между управляющим микроконтроллером 10 и блоком 13 анализа и обработки входных данных. Блок 13 анализа и обработки входных данных соединен с блоком 14 визуализации данных оператора и средством 2 для просмотра изображений, а также с устройством 15 хранения мотивационных образов. Блок 14 визуализации данных оператора связан с дисплеем 16 оператора и дисплеем 17 пациента.
Пример 1. Создание биологической обратной связи для коррекции зрения при спазме аккомодации, миопии, миопическом астигматизме слабой, средней и высокой степени.
Физиологической основой лечебного процесса, направленного на восстановление нормальной работы зрительного анализатора, является нормализация функционирования нейронов зрительной коры и ликвидация патологических неврогенных факторов.
С точки зрения физиологии нормализацией активности нейронов головного мозга является снижение возбудимости нейронов при таких патологиях, как:
- спазм аккомодации;
- миопия, миопический астигматизм слабой, средней и высокой степени.
Сигналы электроэнцефалограммы (далее - ЭЭГ) амплитудой 5÷100 мкВ, принимаемые (см. Фиг.2) посредством электродов 6, поступают в усилитель биопотенциалов 7.
Усиленный сигнал поступает в блок 8 предварительной фильтрации с полосой пропускания 4÷30 Гц, где осуществляется подавление электрических помех, возникающих при работе электронной аппаратуры, помех от промышленной сети, радиопередающих устройств и пр.
После этого сигнал с блока 8 предварительной фильтрации поступает в аналого-цифровой преобразователь 9 (АЦП), где производится их оцифровка.
Цифровые сигналы с частотой дискретизации 48000 Гц и глубиной 16 разрядов поступают в управляющий микроконтроллер 10, где производится их предварительная обработка. Кроме того, управляющий микроконтроллер 10 с помощью цифроаналогового преобразователя 11 (ЦАП) управляет работой блока 3 электрокожного воздействия. Обработанный цифровой сигнал поступает в модуль 12 гальванической развязки, который осуществляет двунаправленную трансляцию данных между управляющим микроконтроллером 10 и блоком 13 анализа и обработки входных данных.
В блоке 13 анализа и обработки входных данных производится полная обработка данных ЭЭГ и формируются сигналы для блоков 14 визуализации данных оператора и средства 2 просмотра изображений.
Блок 14 визуализации данных оператора отображает на дисплее 16 оператора данные для оператора - форму сигналов ЭЭГ, их амплитуду и частотные спектры в виде графиков, параметры настройки комплекса в числовом представлении, текущий режим работы и пр. Кроме того, он же отображает информацию из устройства 5 хранения баз данных.
С помощью средства 2 просмотра изображений на дисплее 17 пациента демонстрируют пациенту мотивационные образы (видеофильмы), а также структурированные и неструктурированные изображения, используемые при определении остроты зрения и выявлении индивидуальных амплитудно-частотных зависимостей ЭЭГ от характера наблюдаемого изображения. Результаты, полученные как во время тестирования, так и в ходе каждого лечебного сеанса, обрабатываются в блоке 13 анализа и обработки входных данных. Они служат для индивидуальной настройки цифровых фильтров блока 13 анализа и обработки входных данных и амплитудно-временных характеристик блока 3 электрокожного воздействия.
При демонстрации мотивационных образов (видеофильмов) в ходе лечебного сеанса по командам, вырабатываемым в блоке 13 анализа и обработки входных данных на основании анализа амплитуды и частотного спектра ЭЭГ, производится изменение яркости изображения на дисплее 17 пациента (от 0 до 100%), а также силы тока электрокожного воздействия (от 0 до 2 мА).
Зрительные мотивационные образы (видеофильмов) поступают из устройства 15 хранения мотивационных образов в средство 2 для просмотра изображений. Если активность нейронов увеличивается, то график на дисплее 16 оператора отображается красным цветом, на средство 2 просмотра изображений поступает команда о прекращении демонстрации видеофильма и включается блок 3 электрокожного воздействия.
Если активность нейронов уменьшается, то график на дисплее 16 оператора отображается зеленым цветом, на средство 2 просмотра изображений поступает команда о включении демонстрации видеофильма и выключении блока 3 электрокожного воздействия.
На Фиг.4 показан график, иллюстрирующий колебания возбуждения нейронов зрительной коры, которые характеризуют повышение качества зрения (на графике - зоны зеленого цвета) или его снижения (на графике - зоны красного цвета).
Таким образом, положительное подкрепление получает только фаза снижения активности нейронов головного мозга, что при множественных повторениях приводит к стабильному уменьшению возбуждения зрительной коры и снятию патологического состояния гипервозбуждения, являющемуся причиной ухудшения остроты зрения в данной патологии.
Пример 2. Создание биологической обратной связи для коррекции зрения при гиперметропии, амблиопии, афакиии односторонней и двусторонней с обкурационной амблиопией.
Физиологической основой лечебного процесса, направленного на восстановление нормальной работы зрительного анализатора, является нормализация функционирования нейронов зрительной коры и ликвидация патологических неврогенных факторов.
Нормализацией активности нейронов головного мозга является их активация при таких патологиях, как:
- гиперметропия;
- амблиопия;
- афакиии односторонняя и двусторонняя с обкурационной амблиопией.
Способ осуществляется по примеру 1, при этом зрительные мотивационные образы (видеофильмов) также поступают из устройства 15 хранения мотивационных образов в средство 2 просмотра изображений. Но если активность нейронов уменьшается, то график на дисплее 16 оператора отображается красным цветом, на средство 2 просмотра изображений поступает команда о прекращения демонстрации видеофильма и включении блока 3 электрокожного воздействия. Если активность нейронов увеличивается, то график на дисплее 16 оператора отображается зеленым цветом, на средство 2 просмотра изображений поступает команда о включении демонстрации видеофильма и выключении блока 3 электрокожного воздействия.
Таким образом, положительное подкрепление получает только фаза повышения активности нейронов головного мозга, что при множественных повторениях приводит к стабильному увеличению возбуждения зрительной коры и снятию патологического состояния торможения, являющемуся причиной ухудшения остроты зрения в данной патологии.
Примеры, иллюстрирующие изобретение, наглядно демонстрируют, что технический результат, заключающийся в нормализации состояния нейрогенных механизмов зрительной патологии, достигается путем направленного изменения биоэлектрической активности зрительных областей головного мозга, отражающей расстройства функций зрения, за счет проведения оперантного обучения.
1. Способ коррекции нарушений зрения посредством создания биологической обратной связи, включающий предъявление пациенту предметного изображения, регистрацию электроэнцефалограммы при рассматривании на экране монитора структурированных и неструктурированных изображений, математическую обработку зарегистрированной электроэнцефалограммы, на основании которой определяют пороговые значения включения сигналов визуальной обратной связи, отличающийся тем, что во время рассматривания предъявленных пациенту структурированных и неструктурированных изображений определяют остроту зрения, используя эталонные таблицы, одновременно регистрируют электроэнцефалограмму в первичных зрительных проекционных зонах, причем временной интервал измерения амплитуд при использовании эталонных таблиц находится в пределах 5 с; в процессе тестирования выделяют частотный диапазон электроэнцефалограммы от 4 до 30 Гц, и разбивают его на полосы с шириной 0,5 Гц, в этих полосах производят сравнение уровней сигналов в течение первых 5 с с момента предъявления изображения; предъявляют в случайном порядке не менее 10 как структурированных, так и неструктурированных изображений, затем выявляют те полосы спектра, в которых фиксируют наиболее значительное изменение уровня сигнала в зависимости от типа предъявляемого изображения; во время демонстрации видеоизображений у пациента постоянно в течение лечебного сеанса измеряют амплитуду электроэнцефалограммы в диапазоне, выбранном в ходе тестирования; в ходе тренировочного сеанса используют визуальный и тактильный каналы подкрепления биологической обратной связи, при положительном подкреплении улучшают качество изображения и исключают электрокожное раздражение, а при отрицательном - ухудшают изображение и усиливают отрицательные ощущения от электрокожного раздражения.
2. Аппаратный комплекс для коррекции нарушений зрения, осуществляющий способ по п.1, включающий средство для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения, средство анализа измеренных данных, средство просмотра изображений, управляемое средством анализа измеренных данных, устройство хранения данных об измерениях, отличающийся тем, что комплекс дополнительно содержит блок электрокожного воздействия, реализующий тактильный сигнал обратной связи, а средство анализа измеренных данных выполнено с возможностью выделения из частотного диапазона электроэнцефалограммы полос с шириной 0,5 Гц, и проведения амплитудно-частотного анализа в этих полосах, при этом средство для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения содержит электроды регистрации ЭЭГ, соединенные с входом усилителя биопотенциалов, выход которого соединен с входом блока предварительной фильтрации, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с управляющим микроконтроллером, причем средство для наблюдения за зрительной активностью пациента и ее измерения соединено с входом средства анализа измеренных данных, выходы которого соединены с входом блока электрокожного воздействия, с входом устройства хранения данных об измерениях и с входом средства просмотра изображений.
