Способ прогнозирования результативности деятельности у практически здоровых лиц на основе комплекса электрофизиологических показателей

Изобретение относится к области медицины, а именно к физиологии и гигиене труда. Распределяют исследуемых на группы с известными характеристиками результативности моделируемой деятельности по показателям анализа результатов выполнения теста Горбова-Шульте. Во время выполнения теста регистрируют электрофизиологические показатели параметров: электроэнцефалограммы, когнитивных вызванных потенциалов Р300, электрокардиограммы (ВСР). При этом в качестве нейронной сети используют сеть, представляющую собой многослойный персептрон с 21 входными нейронами, 24 нейронами в промежуточном слое и выходным нейроном. Способ позволяет повысить достоверность прогноза, что достигается за счет использования нейронной сети и оптимального комплекса нейрофизиологических показателей. 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области медицины, а именно к физиологии и гигиене труда.

Одним из факторов, определяющих результативность целенаправленной деятельности человека, является взаимодействие физиологических механизмов, таких как деятельность неспецифических модулирующих стволовых структур головного мозга [5, 7, 9], функционирование ассоциативных корковых структур, обеспечивающее распознавание и дифференцированный ответ на стимул [1, 2], а также вегетативное обеспечение деятельности [3, 6]. Функционирование механизмов, определяющих результативность деятельности у практически здоровых лиц с позиции системной физиологии, связано со «структурой» и «физиологической стоимостью» результата деятельности [5, 8], как одной из сторон эффективности деятельности.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ, описанный в статье Зорина Р.А., Жаднова В.А., Лапкина М.М. Опыт практического использования технологии искусственных нейронных сетей в физиологии и клинической неврологии (Материалы ежегодной научной конференции, посвященной 70-летию основания Рязанского государственного медицинского университета имени академика И.П. Павлова. - Рязань: РИО Ряз-ГМУ, 2013. - С. 25-28) (ПРОТОТИП) [4], в котором на основе электроэнцефалографических (ЭЭГ) показателей, характеристик вариабельности сердечного ритма (ВСР) при помощи технологии искусственных нейронных сетей распределяют испытуемых на подгруппы с различной результативностью деятельности по показателям теста «количественные отношения», а на основе показателей зрительных вызванных потенциалов, когнитивных вызванных потенциалов и ВСР распределяют испытуемых на подгруппы с различной результативностью деятельности по показателям «Физиотеста».

К причинам, препятствующим достижению результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится небольшой объем выборки, используемой как для обучения нейронной сети, так для ее тестирования; ограниченный набор показателей (ЭЭГ и ВСР показатели или характеристики вызванных потенциалов и ВСР как отдельные наборы параметров), используемый для создания отдельных нейронных сетей, специфический характер моделируемой тестом «количественные отношения» деятельности.

Целью изобретения является прогнозирование результативности целенаправленной деятельности у практически здоровых лиц на основе показателей ЭЭГ, когнитивного вызванного потенциала Р300 и характеристик ВСР путем распределения исследуемых в подгруппы, выделенные исходно методом кластерного анализа по показателям результативности теста Горбова-Шульте.

Цель достигается тем, что на основе показателей моделируемой при помощи теста Горбова-Шульте целенаправленной деятельности испытуемые распределяются на подгруппы с различной результативностью методом кластерного анализа. На основе данных спектрального анализа, исследования функции когерентности и кросскорреляционного анализа ЭЭГ, показателей когнитивного вызванного потенциала Р300, а также характеристик ВСР программным путем создается искусственная нейронная сеть, реализующая решение задачи распределения испытуемых на соответствующие кластеры.

Способ прогнозирования результативности деятельности у практически здоровых лиц осуществляется следующим образом. Программным путем на входные нейроны созданной и обученной искусственной нейронной сети подается определенный комплекс показателей ЭЭГ, когнитивного вызванного потенциала Р300 и характеристик ВСР исследуемого, реализуется запуск работы нейронной сети для данного случая, в результате чего с выходного нейрона получаются данные о номере подгруппы, к которой относится исследуемый.

Экспериментальное обоснование предлагаемого способа проведено на 52 практически здоровых лицах, средний возраст составил 33,1 года, из них 39 мужчин и 13 женщин. Исследуемые на основе кластерного анализа разделены на 2 группы по показателям выполненного теста Горбова-Шульте, позволяющего смоделировать целенаправленную деятельность. Характеристики выполнения теста Горбова-Шульте в подгруппах, оцененные как показатели результативности деятельности, представлены в таблице 1. В первую подгруппу вошло 29 человек, во вторую - 23 человека; группы достоверно различались по среднему числу ошибок; среднему времени выбора после ошибки и до ошибки; в связи с этим группу 1 предложено обозначить как «высокорезультативную», группу 2 как «низкорезультативную».

Регистрировались ЭЭГ показатели по 16-каналам по монополярной схеме с референтными электродами на ушах, показатели когнитивного вызванного потенциала Р300 и показатели ВСР в положении сидя в течении 5 минут в исходном состоянии, а также показатели ВСР во время выполнения теста Горбова-Шульте. В качестве показателей оценивались данные спектрального анализа ЭЭГ, в том числе средняя мощность, средняя частота колебаний в основных частотных диапазонах (тета, альфа, бета1 и бета2), данные кросскорреляционного анализа с расчетом межполушарных и внутриполушарных показателей корреляции, а также средней частоты кросскорреляционной функции; характеристики функции когерентности с определением средней мощности и средней частоты функции когерентности в тета-, альфа-, бета-1 и бета-2 диапазонах; показатели когнитивного вызванного потенциала Р300 (латентность компонентов N2 и Р3; амплитуда компонентов, измеренная от изолинии (0N2, 0Р3), а также статистические показатели вариабельности динамического ряда кардиоинтервалов, данные спектрального анализа ВСР.

Для создания, обучения и тестирования нейронных сетей нами использовался программный пакет Statistica Artificial Neural Networks 10.0. Реализовывался автоматический расширенный алгоритм создания и обучения искусственных нейронных сетей в режиме для решения задач классификации. 110 переменных, включенные в анализ, представляли собой непрерывные числовые данные. В качестве возможных типов нейронных сетей были выбраны сети, основанные на радиальных базисных функциях, многослойные персептроны. Было проанализировано 20 нейронных сетей. Оптимальными характеристиками обладала обученная нейронная сеть, представляющая собой многослойный персептрон с 21 входным нейронами, 24 нейронами в промежуточном слое и выходным нейроном, которая характеризуется определенной архитектурой и набором синаптических весов ее элементов (рис. 1).

Показатели, используемые нейронной сетью в качестве входных, представлены в таблице 2.

В таблице 3 представлены результаты работы нейронной сети на обучающей и тестирующей выборке. При решении задачи распределения пациентов по подгруппам в обучающей выборке ошибок допущено не было; обученная искусственная нейронная сеть допустила по 1 ошибке в каждой подгруппе тестирующей выборки (5,8% ошибок в подгруппе 1, 8,3% в подгруппе 2).

Предложенный способ позволяет определить результативность моделируемой целенаправленной деятельности, что может быть использовано в физиологии и гигиене труда.

Источники информации

1. Гнездицкий В.В. Атлас по вызванным потенциалам мозга (практическое руководство, основанное на анализе конкретных клинических наблюдений) / В.В. Гнездицкий, О.С. Корепина. - Иваново: ПресСто, 2011. - 532 с.

2. Данилова Н.Н. Физиология высшей нервной деятельности / Н.Н. Данилова, А.Л. Крылова. - Ростов на Дону: Феникс, 2005. - 478 с.

3. Димитриев Д.А. Вариабельность сердечного ритма и артериальное давление при ментальном стрессе / Д.А. Димитриев, Е.В. Саперов // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - 2015. - Т. 101, №1. - с. 98-107.

4. Прототип Зорин Р.А. Опыт практического использования технологии искусственных нейронных сетей в физиологии и клинической неврологии / Р.А. Зорин, В.А. Жаднов, М.М. Лапкин // Материалы ежегодной научной конференции, посвященной 70-летию основания Рязанского государственного медицинского университетат имени академика И.П. Павлова; под общ. ред. заслуженного работника высшей школы Российской Федерации, проф. В.А. Кирюшина. - Рязань: РИО РязГМУ, 2013. - С. 25-28.

5. Под ред. Ю.И. Александрова. Психофизиология. - СПб: Питер, 2007. - 464 с.

6. Пшенникова М.Г. Стресс: регуляторные системы и устойчивость к стрессорным повреждениям / М.Г. Пшенникова // Дизрегуляционная патология под ред. Г.Н. Крыжановского. - М.: Медицина, 2002. - С. 307-324.

7. Соколова Л.С. Формирование функциональной организации коры больших полушарий в покое у детей младшего школьного возраста с различной степенью зрелости регуляторных систем мозга. Сообщение I. Анализ спектральных характеристик ЭЭГ в покое / Л.С. Соколова, Р.И. Мачинская // Физиология человека. - 2006. - Т. 15. - С. 1-15.

8. Судаков К.В. Мотивация и подкрепление: системные нейрофизиологические механизмы / К.В. Судаков // Вестник Новгородского государственного университета. - 2006, №35. - с. 77-81

9. Synchrony in normal and focal epileptic brain: the seizure onset zone is functionally disconnected / Warren C.P. et al. // Journal Neurophysiology. - 2010. - Vol. 104, №6. - p. 3530-3539.

Способ прогнозирования результативности деятельности у практически здоровых лиц, включающий регистрацию электроэнцефалограммы ЭЭГ, когнитивных вызванных потенциалов Р300, электрокардиограммы (ВСР), распределение исследуемых на группы с известными характеристиками результативности моделируемой деятельности при помощи обученной нейронной сети,

отличающийся тем, что для определения групп моделируемой деятельности определяют по показателям анализа результатов выполнения теста Горбова-Шульте; во время выполнения теста регистрируют электрофизиологические показатели: амплитуду N2 компонента Р300 в отведении Cz, суммарную мощность спектра ВСР, мощность высокочастотной составляющей спектра ВСР, амплитуду Р3 компонента Р300 в отведении Cz, латентность N2 компонента Р300 в отведении Pz, индекс напряжения ВСР, частоту тета-колебаний ЭЭГ в отведении Т3, корреляцию ЭЭГ в паре отведений С4-Р4, амплитуду Р3 компонента Р300 в отведении Pz, латентность Р3 компонента Р300 в отведении Pz, частоту когерентности в паре отведений Т3-Т4, корреляцию ЭЭГ в паре отведений Р4-02, корреляцию ЭЭГ в паре отведений Р3-01, среднюю частоту корреляции ЭЭГ в паре отведений F3-F4, мощность бета-2 колебаний ЭЭГ в отведении Т3, латентность Р3 компонента Р300 в отведении Cz, латентность N2 компонента Р300 в отведении Cz, когерентность ЭЭГ в паре отведении F4-C4, частоту корреляции в паре отведений Р3-Р4, мощность альфа-колебаний в отведении Т4; при этом в качестве нейронной сети используют сеть, представляющую собой многослойный персептрон с 21 входными нейронами, 24 нейронами в промежуточном слое и выходным нейроном.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к медицине, а именно к оториноларингологии. Динамический диапазон слуха определяют путем регистрации коротколатентных слуховых потенциалов последовательно.

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии. Проводят регистрацию зрительных вызванных потенциалов (ЗВП) на предъявление черно-белого, красно-черного, зелено-черного и сине-черного шахматных паттернов.

Изобретение относится к области медицины, в частности к физиологии, психофизиологии и неврологии. Осуществляют регистрацию эндогенных когнитивных вызванных потенциалов (ВП), выделенных на опознанные значимые отличающиеся стимулы с латентным периодом (ЛП) 300 мс.

Изобретение относится к области медицины, а именно к психиатрии. Регистрируют электрофизиологическую активность мозга субъекта и выявляют реакцию субъекта на сложные звуковые последовательности звуковых раздражителей, при этом раздражители имеют заранее заданные свойства по частоте, времени и амплитуде, состоящих из девяти сложных звуковых тестов.

Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии. Осуществляют стимуляцию зрительного анализатора реверсным шахматным паттерном и регистрацию зрительных вызванных потенциалов (ЗВП).

Изобретение относится к области медицины, а именно к педиатрии и неврологии. Выявляют клинические признаки заболевания при неврологическом осмотре; регистрируют компьютерную электроэнцефалограмму, проводят эмисионно-позитронную томографию; регистрируют коротколатентные вызванные потенциалы: зрительные, слуховые, когнитивные, соматосенсорные (ССВП); проводят нейромиографию.

Изобретение относится к области медицины, а именно к функциональной диагностике. С помощью электромиографа определяют латентность моторного ответа и минимальную латентность F-волны при стимуляции большеберцового нерва.

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии. Регистрируют зрительные вызванные потенциалы (ЗВП) на фотостимуляцию, монокулярно, дискретно при условии оптической коррекции зрения.
Изобретение относится к области медицины, а именно оториноларингологии. Регистрируют коротколатентные слуховые вызванные потенциалы (КСВП) на акустический щелчок и визуализацию при этом V пика вызванного ответа.

Изобретение относится к медицине, а именно нейрохирургии, неврологии и лучевой диагностике. Проводят томографию головного мозга.

Изобретение относится к медицине, а именно к психиатрии и нейрофизиологии. При неэффективности психофармакотерапии выполняют электроэнцефалографию (ЭЭГ) и проводят спектральный анализ мощности бета-, тета- и альфа-ритмов ЭЭГ с лобных, центральных, теменных, затылочных, передневисочных, средневисочных и задневисочных областей правого и левого полушарий.

Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии, нейрофизиологии, психиатрии и функциональной диагностике. Регистрируют скальповую электроэнцефалограмму (ЭЭГ) от 19 отведений в монополярном режиме с референтными ипсилатеральными электродами по международной системе «10-20» в состоянии бодрствования.

Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии, нейропсихологии и профессиональной патологии. Пациенту с клинически выявленным синдромом умеренных когнитивных расстройств проводят фоновую регистрацию ЭЭГ с открытыми (фон ОГ) и закрытыми глазами (фон ЗГ) и на фоне предъявления двух вербальных тестов - «Слова» и «Растения».

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, нейрофизиологии и экспериментальной нейробиологии. Трехмерную локализацию источников электроэнцефалограммы (ЭЭГ) осуществляют при решении обратной задачи распределения потенциалов на поверхности скальпа.
Изобретение относится к области медицины, в частности неврологии и сомнологии. Проводят электроэнцефалографию в период бодрствования с наложением электродов в отведениях F, С, О.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к приборам для контроля и оценки состояния системы «мать-плод» в заключительной фазе родов. Устройство контроля и прогнозирования состояния системы «мать-плод» в процессе родовспоможения состоит из электрокардиографического канала (1) плода, электрогистерографического канала (9) матери, эхокардиографического канала (15) плода, электрокардиографического канала (22) матери, электроэнцефалографического канала (28) матери, канала контроля системы дыхания (30) матери, интегрального блока тревожной сигнализации (32) и устройства обработки информации (33).
Изобретение относится к неврологии, в частности к нейродегенеративному заболеванию болезни Гентингтона. Регистрируют электроэнцефалограмму (ЭЭГ) в состоянии спокойного бодрствования при закрытых глазах.

Изобретение относится к области медицины, а именно к электрофизиологии. Регистрируют сигнал ЭЭГ и осуществляют непрерывное вейвлетное преобразование.

Изобретение относится к области биологии и медицины, а именно к нейробиологии, нейрофизиологии, неврологии. Регистрируют электроэнцефалограмму (ЭЭГ).

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам измерения электрической активности головного мозга. Устройство позиционирования сухих электродов на коже головы пользователя содержит множество сухих электродов, установленных на гибких поверхностях, корпус, выполненный с возможностью расположения, по меньшей мере, частично вокруг головы пользователя, по меньшей мере, одну упругую ленту на внутренней стороне корпуса.

Изобретение относится к медицине, а именно к сердечно-сосудистой диагностике. Принимают ЭКГ сигналы от n отведений.

Изобретение относится к области медицины, а именно к физиологии и гигиене труда. Распределяют исследуемых на группы с известными характеристиками результативности моделируемой деятельности по показателям анализа результатов выполнения теста Горбова-Шульте. Во время выполнения теста регистрируют электрофизиологические показатели параметров: электроэнцефалограммы, когнитивных вызванных потенциалов Р300, электрокардиограммы. При этом в качестве нейронной сети используют сеть, представляющую собой многослойный персептрон с 21 входными нейронами, 24 нейронами в промежуточном слое и выходным нейроном. Способ позволяет повысить достоверность прогноза, что достигается за счет использования нейронной сети и оптимального комплекса нейрофизиологических показателей. 1 ил., 3 табл.

Наверх