Опубликовать ОпубликоватьРеферат на тему:
Биологическая обратная связь (англ. Biofeedback) — технология, включающая в себя комплекс исследовательских, лечебных и профилактических физиологических процедур, в ходе которых пациенту посредством внешней цепи обратной связи, организованной преимущественно с помощью микропроцессорной или компьютерной техники, предъявляется информация о состоянии и изменении тех или иных собственных физиологических процессов.
Используются зрительные, слуховые, тактильные и другие сигналы-стимулы, что позволяет развить навыки саморегуляции за счет тренировки и повышения лабильности регуляторных механизмов.
Согласно определению Американской Ассоциации Прикладной Психофизиологии и Биологической Обратной Связи (AAPB),
Биологическая обратная связь является нефармакологическим методом лечения с использованием специальной аппаратуры для регистрации, усиления и „обратного возврата“ пациенту физиологической информации. Основной задачей метода является обучение саморегуляции, обратная связь облегчает процесс обучения физиологическому контролю так же, как процесс обучения любому искусству. Оборудование делает доступной для пациента информацию, в обычных условиях им не воспринимаемую.
[1]
Основой для создания метода БОС послужили фундаментальные исследования механизмов регуляции физиологических и развития патологических процессов, а также результаты прикладного изучения рациональных способов активации адаптивных систем мозга здорового и больного человека. В связи с этим нужно упомянуть великих русских физиологов И.М. Сеченова и И.П. Павлова — авторов теории условных рефлексов. В ХХ веке идейными продолжателями исследований И.М. Сеченова и И.П. Павлова стали К.М. Быков (теория кортико-висцеральных связей), П.К. Анохин (теория функциональных систем), Н.П. Бехтерева (теория устойчивых патологических состояний). Активное изучение метода началось в конце 50-х годов XX века.[2] Пионерами в разработке методов БОС в нашей стране стали ученые Института экспериментальной медицины Российской Академии Медицинских Наук (Санкт-Петербург), в котором свыше 30 лет проводятся систематические исследования в этом направлении. С Институтом экспериментальной медицины связано и начало работы над технологией БОС А.А. Сметанкина, ныне — Президента Российской Ассоциации БОС. Применению метода БОС в клинической практике посвящены многочисленные работы школы Н.Н. Василевского — Н.В. Черниговской, О.В. Богданова, Н.М. Яковлева, Д.Ю. Пинчука и др. Эти исследования продолжаются и в настоящее время: в рамках Санкт-Петербургской физиологической школы, в Москве под руководством члена-корреспондента РАМН А.М. Вейна, в МГУ им. Ломоносова под руководством С.А. Исаичева, в Научном Центре Психического Здоровья РАМН, в Новосибирске под руководством академика РАМН М.Б. Штарка и ряде других научных центров. Примерно с середины XX века стали разрабатываться и использоваться методы, в которых устанавливалась биологическая обратная связь с организмом на основе изменения различных параметров (пульсовой волны, мышечной силы, артериального давления).
Наибольший вклад в его развитие внесли:
В 70-е годы значительное внимание уделялось изучению так называемого альфа-обучения и альфа-состояний, обусловленным усиленным альфа-ритмом в ЭЭГ человека.
В настоящее время расширяется сфера применения метода биологической обратной связи в России. Метод внедрен в многие клиники, и используется в рамках реабилитационного комплекса, успешно применяется для коррекции синдрома дефицита внимания, а так же для развития произвольности высших психических функций. Происходит постепенное внедрение метода образовательную систему, так исследования проведенные к. псх. н. О.С. Заюнчковским и к. псх. н. Н.В. Зверевой показали эффективность метода для развития внимания школьников в различных образовательных условиях.
БОС-процедура заключается в непрерывном мониторинге в режиме реального времени определенных физиологических показателей и сознательном управлении ими с помощью мультимедийных, игровых и других приемов в заданной области значений. Другими словами, БОС-интерфейс представляет для человека своего рода «физиологическое зеркало», в котором отражаются его внутренние процессы. Таким образом в течение курса БОС-сеансов возможно усилить или ослабить данный физиологический показатель, а значит, уровень тонической активации той регуляторной системы, чью активность данный показатель отражает. Например, обучение с помощью БОС-метода произвольно повышать температуру кончиков пальцев приводит к снижению симпатикотонии и купированию спазма периферических сосудов.
Клиническая — психология, неврология, кардиология, гастроэнтерология, урология, педиатрия, гериатрия, восстановительная медицина, превентивная медицина. Неклиническая — в эффективном стрессменеджменте, позволяющем повысить показатели эффективности в большом спорте, искусстве, а также в любой деятельности, требующей длительных усилий и большой ответственности, для коррекции так называемых пограничных состояний, вызванных неконтролируемым влиянием хронического стресса, в педагогике, где с помощью БОС-технологий решаются вопросы повышения эффективности обучения, развития творческих способностей и др.[6]
Категории: Физиология, Обратная связь.
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.wreferat.baza-referat.ru
Для некоторых стресс является стимулятором эффективной деятельности, но для большинства это барьер для самореализации. Секрет заключается в распознавании своей реакции на стресс, вот тогда мы можем реализовать весь огромный потенциал своего мозга для достижения успеха в жизни и поддержания хорошего здоровья и настроения.
Не так давно в нашей школе мы опробовали новый метод — биологическую обратную связь (БОС). Это новый «безлекарственный метод исправления нарушенных функций организма с использованием электронных приборов, регистрирующих и преобразующих информацию о состоянии органов и систем человека в доступные пониманию зрительные и слуховые сигналы».
Проще говоря, человек учится выполнять расслабляющее, релаксационное дыхание, а если он в процессе обучения допускает ошибку, компьютер ему об этом красиво напоминает — все приборы настроены на конкретного человека, с которым идет работа.
Основная задача метода БОС — обучение саморегуляции, а «обратная связь» облегчает процесс физиологического контроля.
Как это происходит? Во время работы на компьютерном тренажере через датчики на экране монитора отражается внутреннее состояние человека (мышечное напряжение, частота пульса, ритмы головного мозга и др.) в виде звуков, графиков, музыки. Благодаря такой наглядности человеку дается возможность управлять своим организмом. Для этого необходимо расслабиться, а чуткие датчики будут фиксировать все изменения и при успешном достижении цели информировать об этом музыкой и изменяющимся изображением. В это время человек старается запомнить свое состояние.
Но если упражнение выполнено неправильно, на экране монитора исчезают картинки, прекращается звучание музыки, и тогда человеку приходится самому пытаться продолжить выполнять упражнение правильно, оставаясь при этом полностью расслабленным.
Путем неоднократного повторения, то есть тренировки, в центральной нервной системе формируется и закрепляется новая стратегия поведения, обеспечивающая защиту, дающая возможность самостоятельно, без помощи лекарственных препаратов справиться с болью, стрессом, страхом, усталостью, тревожностью, обрести уверенность в себе и в результате улучшить качество жизни. Навык оздоровления через некоторое время закрепляется, и потом уже не требуется помощь компьютера.
Кроме этого, в процессе тренировки происходит постоянное общение с педагогом-инструктором, который становится большим помощником на пути к гармонии с самим собой.
Методики биологической обратной связи позволяют развить внимание, улучшить память (это не только в подростковом возрасте важно, но полезно и взрослым людям), развить воображение и получить доступ к тем состояниям между сном и бодрствованием, в которых таится фантастический творческий потенциал, доступный каждому.
На базе нашей школы кабинет биологической обратной связи открыт с 2007-2008 учебного года. Руководит им учитель-инструктор Зюма Т.А., прошедшая специальное курсовое обучение в НОУ «Институт биологической обратной связи» г. Санкт-Петербурга.
Уроками «БОС-Здоровья» были охвачены учащиеся 8а, 3а, 2а классов. Имеется всё необходимое оборудование (компьютеры, приборы БОС, датчики измерения частоты пульса и сердечных сокращений), методическое обеспечение для учителя, видеофильм «Есть такой школьный предмет», учебники «Уроки здоровья» для начальной школы, среднего и старшего звена. В декабре 2008г. кабинет пополнился книгами «Учись здоровью» и учебными дисками «Я познаю мир», использующимися в момент релаксации.
Анализировалась заболеваемость по гриппу и ОРЗ. Уровень заболеваемости оценивался следующим образом: вычислялось общее количество пропущенных по болезни дней отдельно за временные периоды сентябрь-октябрь и ноябрь-декабрь с вычислением среднего количества пропущенных по болезни дней на 1 человека.
Результаты наблюдений показали, что до проведения курса уроков «БОС - Здоровье» в сентябре-октябре 2008 г. уровень заболеваемости в основных и контрольных группах достоверно не отличался и составил 2,37 и 2,76 дн. / чел соответственно.
После получения полного курса уроков «БОС - Здоровье» в период с ноября по декабрь среднее количество пропущенных по болезни дней у детей основных групп было в несколько раз меньше по сравнению с детьми контрольных групп. В среднем уровень заболеваемости у детей основных групп составил 1,40 дн. /чел, а в контрольных-4,56 дн/чел, т.е. в 3,26 ниже по сравнению с детьми контрольных групп.
При анализе изменения поведения детей после проведения уроков «БОС - Здоровье» отмечено, что у 80% детей поведение стало более спокойным, незначительные изменения отмечены у 11,5% и без изменений -8,5% детей.
Комиссия отметила, что у 72% детей повысилось внимание на уроках.
Считаем, что уроки «БОС - Здоровье» помогают учащимся предупреждать и преодолевать:
состояние соматического дискомфорта,
состояние физического дискомфорта и гиперактивности,
состояние утомления и переутомления,
астеноневротические состояния эмоционального дистресса и дидактогении.
Таким образом, за счет снижения заболеваемости, преодоления дезадаптационных состояний, повышения внимания и коррекции поведения создаются предпосылки для улучшения успеваемости. Следовательно, можно сделать вывод о том, что метод БОС стал не дополнительной учебной нагрузкой, а помощником в учебном процессе. Парадокс заключается в том, что чем выше основная учебная нагрузка на ребенка, тем более необходимы ему оздоровительные БОС - тренинги.
Успеваемость в основной группе стала несколько выше, в контрольной – осталась на прежнем уровне.
При проведении опросов родителей и учащихся подавляющее большинство высказались за необходимость проведения уроков «БОС - Здоровье» - 96%.
^ Вот мнение детей и подростков о методе БОС
«Мне очень понравилось! Сеансы БОС-тренинга очень полезны, и я научилась правильно дышать и восстанавливать свое дыхание. И не только успокаиваться, но и использовать правильное дыхание в повседневной жизни. Я думала, что это пустая трата времени, но оказалось, что это не так. Это полезно! Надеюсь, не я одна поняла, как важно для своего здоровья правильно дышать».
Надя, 10 лет
«Мне очень понравилось на занятиях. БОС — это лечебный процесс, который превращается в интересную игру. Я думаю, что такие занятия нужны любому человеку, даже здоровому. Ребята, я думаю, что здесь на занятиях нужно не лениться, стараться изо всех сил, ведь это необходимо вам самим».
Аня, 12 лет
«Мне очень понравилась методика БОС. За счет нее я научилась правильно дышать. Хорошо, что в эту методику включены забавные картинки и расслабляющая музыка».
^ Настя, 14 лет
«Я научилась справляться со своими негативными эмоциями и подавлять волнение в стрессовых ситуациях. Эти сеансы помогают не только здоровью организма, но и для жизни, чтобы постараться меньше переживать и быстрее концентрировать свое внимание на главном».
Поля, 14 лет
«Занятия БОС понравились очень сильно, можно сказать, что когда я уходил с занятия, то сразу начинал с нетерпением ждать следующего. После сеансов настроение у меня прекрасное, хочется совершать только добрые поступки».
Дима, 14 лет
«На первое занятие я пришла убитая и расстроенная. Сегодня у меня последнее занятие, и я вполне счастливый и довольный человек. Думаю, что эта методика создана именно для молодежи. Она помогает задуматься о жизни, о своих нехороших поступках, подумать о людях, которыми ты дорожишь, помогает обрести покой, избавиться от тревоги».
^ Евгения, 14 лет
Экспресс-опрос для учителей по результатам проведения уроков БОС зафиксировал улучшение успеваемости большинства учащихся, повышение коммуникативности в группе. Учителя (Т.А.Дубова, Е.В.Жихарева) увидели конкретные результаты у учащихся в развитии речи, психических познавательных процессах (внимание, память и т.д.), эмоционально-волевой сфере (эмоциональный настрой, уравновешенность, доброжелательность, позитив по отношению к другим людям, друзьям, учителям, к предметам школьной программы). Ответили, что учащиеся стали более усидчивые, аккуратные и менее утомляемые.
Вывод по результатам проверки эффективности применения здоровьесберегающей технологии «БОС - Здоровье» однозначен: необходимо продолжать внедрение в практику работы школы новой здоровьесберегающей технологии.
Уроки «БОС-здоровье» не только целесообразны, но и необходимы. Они способствуют ускорению процесса оздоровления детей. Данную технологию можно определить как метод, развивающий здоровье человека; как средство обучения индивидуальному способу оздоровления; как инструмент, позволяющий полноценно готовить к жизни здоровое поколение; как совокупность приемов, форм и методов обучения школьников без ущерба для индивидуального здоровья; как качественную характеристику наиболее эффективной педагогической технологии по критерию ее воздействия на учащихся и педагогов.
Отмечаем, что в процессе взаимодействия учителя и учащегося с помощью технологии «БОС-Здоровье» меняется и сам педагог: он приобретает новое качество - учитель-исследователь. Именно данное качество необходимо для решения задач модернизации образования, повышения мотивации к ведению здорового образа жизни.
www.ronl.ru
Министерство образования и науки Р.Ф
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Костромской государственный университет им. Н. А Некрасова»
Факультет Технологии и сервиса
РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:
«БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ»
Выполнила:
студентка 1 курса
факультета технологии и сервиса
Ютанова Вера
Кострома
2013
Биологическая обратная связь (БОС) — это лечебная психологическая техника, в процессе овладения которой пациент обучается понимать и контролировать реакции своего тела, такие как артериальное давление, напряжение мышц, сердцебиение и нервные импульсы. Физиотерапевты используют эту технику, чтобы помочь пациентам восстановить чувствительность тканей после инсульта, психологи — для снятия стрессов и расслабления пациентов, другие специалисты — для лечения различных видов боли. |
Технике БОС обучают с помощью прибора БОС, который обладает высокой чувствительностью и улавливают малейшие сигналы тела, которые человек не может распознать самостоятельно. БОС играет роль «шестого чувства». Он позволяет человеку «увидеть» и «услышать» внутренние процессы своего тела, но главное — учит его управлять своим организмом. Один из наиболее распространённых типов этих приборов улавливает малейшие электрические импульсы мышц и трансформирует их в световой или звуковой сигнал, который меняет свою интенсивность в зависимости от силы напряжения мышц. Современные приборы БОС превращают управление сигналами собственного тела в увлекательную компьютерную игру, в которой пациент получает очки, если ему удаётся поднять или опустить показания датчиков до необходимого уровня. Для снятия напряжения мышц головы большей популярностью пользуются звуковые приборы БОС. Они позволяют пациенту закрыть глаза и сконцентрировать внимание на внутренних ощущениях во время мысленных попыток уменьшить интенсивность звукового сигнала.
Сеансы БОС длятся около часа и состоят из 4-х этапов: адаптации, ознакомления, тренинга и саморегуляции. В среднем пациенту требуется от 5 до 25 сеансов с прибором БОС, чтобы научиться управлять сигналами своего организма. Во время обучения рекомендуется ежедневно выполнять 30-минутную релаксацию в домашних условиях. Как показали исследования, в лечении головной боли сочетание БОС и релаксации даёт наивысшие результаты.
Сегодня БОС используется для лечения следующих заболеваний:
Учёные не могут дать точного объяснения механизму биологической обратной связи. Однако большинство исследователей предполагают, что ключевым компонентом в процессе лечения является расслабление. Известно, что поток отрицательных эмоций, который влечёт за собой стресс, негативно отражается на физическом состоянии человека. Негативные эмоции воспринимаются симпатической нервной системой, которая, в свою очередь, напрягает организм, подготавливая его к обороне. |
Вероятно, модель реагирования на чрезвычайные ситуации сформировалась у человека в древние времена, когда любая опасность угрожала жизни. Сегодня «угрозы», с которыми ежедневно сталкивается человек, редко представляют опасность для жизни и здоровья, однако организм реагирует на них по-прежнему. Тело покрывается потом, чтобы уменьшить вероятность ран и порезов. Кровеносные сосуды, расположенные на поверхности тела, сужаются, чтобы уменьшить возможное кровотечение, а сосуды, питающие мозг и мышечную ткань, расширяются, чтобы обеспечить достаточный приток кислорода. Работа желудочно-кишечного тракта замедляется — уменьшаются энергетические затраты. Сердце бьётся быстрее, повышается кровяное давление. Обычно через некоторое время после переживания стрессовой ситуации, человек успокаивается. Но жизненные обстоятельства бывают разными.
В настоящее время люди живут в состоянии постоянного стресса. На работе — строгий начальник и груды невыполненных задач. Вечером — многочасовые пробки и домашние ссоры. Изо дня в день количество стрессовых факторов не уменьшается. Организм человека находится в постоянной готовности «отражать угрозы» окружающей среды: мышцы тела напряжены, сердце учащённо перегоняет кровь, пищеварительная система замедляет свою работу. Организм лишается возможности нормально функционировать, поэтому появляется боль — реакция на длительное напряжение. Со временем, если в жизни человека ничего не меняется, боль переходит в хроническую форму, которая с трудом поддаётся лечению лекарственными препаратами.
Биологическая обратная связь позволяет изменять реакцию человека на стресс. Многие врачи считают, что, находясь в состоянии постоянного напряжения, организм человека «забывает», как надо расслабляться. Приборы БОС помогают человеку «вспомнить», что такое расслабление. Здесь прибор выступает в роли тренера, который ставит цели и даёт указания, в каком направлении действовать.
Однако в ряде исследований было показано, что эффективность лечения с использованием БОС не зависит от степени расслабления мышц. На основании этого ученые предположили, что эффект БОС может быть обусловлен ощущением достижения контроля над ситуацией, которому пациент обучается на сеансах БОС.
БОС, основанная на измерении мышечного напряжения (Электромиограмма или ЭМГ). Для измерения мышечного напряжения в электромиограмме используют электроды или другие сенсорные элементы. Этот прибор позволяет пациенту отслеживать нарастание напряжения в мышцах и снимать его при появлении первых сигналов. ЭМГ обычно используется для ослабления боли в области спины, головы и шеи, а также для снятия напряжения при заболеваниях, симптомы которых усиливаются из-за стрессов, таких как бронхиальная астма или язва желудка. |
БОС, основанная на измерении температуры кожи. Сенсорные элементы прикрепляются к пальцам рук или ступням и измеряют колебания температуры кожи. Так как температура тела изменяется во время стресса, этот прибор даёт сигнал для расслабления на самом раннем этапе нарастания напряжения. Прибор используется для лечения заболеваний систем кровообращения, а также для снижения интенсивности приступов мигрени.
БОС, основанная на измерении электрического сопротивления кожи (кожно-гальваническая реакция, или КГР). Сенсорные элементы измеряют активность потовых желез и количество выделяющегося пота. Позволяет контролировать эмоциональное состояние и применяется для лечения эмоциональных расстройств — различных фобий, тревожных состояний и заиканий.
БОС, основанная на измерении качества биоэлектрической волновой активности мозга (электроэнцефалограмма или ЭЭГ) — электроды устанавливаются на голове и, измеряя активность мозга, выводят картинку на экран. Благодаря этому прибору пациент может достичь глубокого расслабления. Прибор фиксирует такие состояния как бодрствование, расслабление, спокойствие, лёгкий сон и глубокий сон.
БОС, основанная на измерении вариабельности сердечного ритма. Сенсор одевается на палец пациента и выводит на экран изменения сердечного ритма. Такой прибор ориентирован на снятие напряжения сердечно-сосудистой системы.
Метод биологической обратной связи имеет следующие преимущества:
Недостатком метода можно назвать его слабую изученность, что не позволяет прогнозировать результаты. При использовании приборов БОС в домашних условиях необходимо консультироваться с врачом, так как он может оказывать влияние на действие некоторых лекарств.
myunivercity.ru
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ТЕРАПИИ С БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ»
МИНСК, 2008
В настоящее время для управления функциями живого организма стали широко применять термин «биологическая обратная связь» (БОС). Понятие БОС используется для обозначения управления внутренними органами: активностью мышц, висцеральными и вегетативными функциями и другими проявлениями жизнедеятельности организма. Принцип обратной связи, как основы организации физиологических функции, разработан в виде развернутой теории функциональных систем, развитие которой позволяет дифференцировать различные обратные связи, участвующие в организации физиологических функций и по-новому подойти к созданию приборов на основе принципа обратной связи.
Для реализации методов и приложений БОС создаются два типа систем:
1. Автономные специализированные приборы, как правило, со слабой обратной связью (ОС).
Стационарные исследовательские приборы и терапевтические системы, снабженные средствами ввода физиологический сигналов, которые характеризуются сильной ОС.
Стационарная система БОС, как правило, представляет собой систему реального времени, настроенную одну из нескольких методик. Исходя из теории функциональных систем, принципы использования БОС для управления функциями организма должны учитывать следующие положения:
1. БОС должна быть ориентирована на полезный приспособительный результат и его прогнозировании в организме согласно теории функциональных систем.
При построении БОС необходимо учесть параметризацию результата в функциональной системе. Задаваемый с помощью БОС полезный результат в организме должен быть параметризован, т.е. должны быть сформированы сигналы для оценки полезного результата.
Необходимо учитывать несколько обратных связей, представленных в функциональной системе, различающихся временными и энергетических характеристиками в зависимости от уровня и параметров ОС.
Построение математической модели, учитывающей параметры входящих в БОС функциональных систем. Проверка соответствия модели исследуемому поведению.
Указанные принципы используются для построения медицинских электронных приборов с БОС. Принцип большинства приборов заключается в том, что некоторый физиологический параметр, недоступный для прямого сознательного восприятия, может быть измерен и преобразован в световой, звуковой и т.п. сигнал, воспринимая который, человек может сознательно управлять этим параметром. Другой разновидностью являются те приборы, в которых выбирается регулируемый физиологический параметр вне зависимости от того, какую роль он играет в естественной регуляции функций организма. Подобные приборы могут быть использованы для управления артериальным давлением — температурой конечностей, кожно-гальванической реакцией, уровнем кожного давления и т.д.
Идея использования биологической обратной связи в диагностических и терапевтических медицинских приборах имеет большую перспективу создания с ее использованием новых медико-технических технологий в диагностике, терапии и реабилитации нарушений в работе различных систем человеческого организма:
Сердечно-сосудистая система-регистрация частоты сердечных сокращений.
Нервная система — регистрация электрической активности мозга.
Дыхательная система — регистрация показателей функции дыхания.
Мышечная система — регистрация электрической активности мышц.
Биомеханическая система в динамике — регистрация скорости, ритма перемещения субъекта и т.д.
Комплексные системы — одновременная регистрация нескольких физиологических параметров.
В последнее время появляются новые области практического применения БОС. Разработаны приборы для управления функциями желудочно-кишечного тракта при различных заболеваниях, управлению неконтролируемой сознательно мышечной активностью (например, при параличах и различных нарушениях опорно-двигательного аппарата), для контроля за деятельностью сердечно-сосудистой системы (слежение за пульсом, измерение частоты сердцебиений), для регулировки дыхательной системы. В этих приборах регулируемый параметр непосредственно связан с полезным для организма результатом. Вхождение регулируемого с помощью БОС параметра в определенную функциональную систему организма, его непосредственная связь с жизненно-важными функциями организма, с полезным для организма результатом является важнейшим принципом успешности применения БОС и построения на ее основе новых приборов.
Рассмотрим приборы, в которых воплощены принципы обратной связи.
Многоканальное устройство биоэлектрического управления движениями человека предназначено для возбуждения каждой нервно-мышечной группы пациента пропорционально возбуждению соответствующей группы донора синусоидальными стимулирующими сигналами. На рис.1 приведена структурная схема этого устройства.
Устройство содержит цепь стимуляции, состоящею из электродов донора и стимулирующих электродов, усилителя биопотенциалов 1, интегратора 1, модулятора, один из входов которого соединен с генератором стимулирующего сигнала, а выход — с усилителем мощности, цепь обратной связи, состоящею из последовательно соединенных усилителя биопотенциалов 2 и интегратора 2.
Рисунок 1 – Структурная схема многоканального устройства биоэлектрического управления движениями человека.Выход цепи обратной связи соединен с одним из входов блока сравнения, к другому входу которого подключен выход интегратора цепи стимуляции, выход блока сравнения соединен с другим входом модулятора, а стимулирующие электроды соединены с выходом усилителя мощности через фильтр ВЧ и со входом обратной связи через фильтр НЧ.
Устройство работает следующим образом. Программный сигнал в виде электромиограммы, снятой с помощью электродов с нервно-мышечных групп донора через усилитель биопотенциалов 1, подается на интегратор 1, выполняющий усреднение электромиограммы нервно-мышечных групп донора во времени. Далее программный сигнал через блок сравнения поступает на один из входов модулятора. На второй его вход поступает стимулирующий сигнал, например, в виде синусоиды 5кГц от генератора стимулирующих сигналов. Назначение модулятора заключается в преобразовании стимулирующего сигнала так, что на его выходе появляется управляющий сигнал, по форме совпадающий со стимулирующим сигналом (синусоида 5кГц), но оп амплитуде пропорциональной величине среднего значения электромиограммы нервно-мышечных групп донора.
После модулятора через усилитель мощности и фильтр управляющий сигнал поступает стимулирующие электроды, наложенные соответствующие нервно-мышечные группы пациента. Назначение фильтра ВЧ (частота среза 3кГц) состоит в том, чтобы собственные шумы усилителя мощности не попадали в состав электромиограммы пациента. Вызванная электромиограмма нервно-мышечных групп пациента снята при помощи стимулирующий электродов, которые в данном случае выполняют функцию и отводящих электродов, через фильтр НЧ (частота среза 1кГц) и усилитель биопотенциалов 2 поступают на интегратор 2, выполняющий усреднение вызванной электромиограммы пациента во времени. От интегратора 2 цепи обратной связи усредненная электромиограмма нервно-мышечных групп пациента поступает на один из входов блока сравнения, на второй вход которого поступает усредненная электромиограмма нервно-мышечных групп донора (от интегратора 1). В блоке сравнения производится сравнение средних значений электромиограмма нервно-мышечных групп донора с вызванной электромиограммой соответствующих нервно-мышечных групп пациента, и сигнал рассогласования используется для коррекции одного или нескольких параметров управляющего сигнала. Таким образом, параметры управляющего сигнала автоматически изменяются так, чтобы в каждый момент времени возбуждение нервно-мышечных групп пациента было пропорционально возбуждению соответствующих нервно-мышечных групп донора.
В основе прибора 'Теплотрон" лежит предположение, что действие на человека пульсирующего потока теплого воздуха, направляемого на его кожу, будет сопровождаться положительной эмоцией, если параметры этого воздействия соответствуют ожидаемому положительному эффекту, созданному с помощью обратной связи от результата воздействие. Схема воздействия на человека приведена на рис.2.
Теплый воздух
Рисунок 2 – Схема тепловоздушного воздействия на человека
с помощью прибора «Теплотрон».На спину испытуемого направляют пульсирующий поток тезиюго воздуха Частоту пульсации, а также температуру потока может регулировать как экспериментатор, так и испытуемый.
Процедуру тепловоздушного воздействия разделяют на два периода. Первый период основан на использовании БОС по положительному эмоциональному результату. Перед началом воздействия испытуемому дается следующая инструкция: «Тепловоздушное воздействие предназначено для релаксации — снятия избыточного нервно-эмоционального напряжения. Релаксация достигается в том случае, если это воздействие вызовет у Вас приятное ощущение тепла и комфорта Ваша задача в первом сеансе добиться приятного ощущения, подбирая температуру и ритм воздействия».
Первый сеанс заканчивался после того, как испытуемый сообщал о достижении приятного чувства комфорта Обычно испытуемому требовалось от 5 до 10 мин, чтобы, оценивая свои ощущения и пробуя несколько раз разные режимы воздействия, подобрать наиболее приятный. Таким образом, в первом сеансе у испытуемого формировался акцептор результатов действия, настроенный на получение положительной эмоции от тепловоздушного воздействия. При этом выбор параметров воздействия — температуры, интенсивности, ритма — оказался различным для каждого испытуемого.
Во втором сеансе экспериментатор сразу устанавливал выбранные испытуемым в первом сеансе параметры воздействия. Проверяли наличие у испытуемого приятной эмоции. До сеанса и после него измеряли частоту сердечных сокращений (ЧСС), артериальное давление, частоту дыхания, а также регистрировали электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с открытыми и закрытыми глазами во фронтальных и затылочных монополярных отведениях.
Прибор «Теплотрон», в котором применяется обратная связь по параметрам будущего результата, связанным с положительным эмоциональным настроем испытуемого, показал существенно более высокую эффективность в достижении релаксации и снятии нервно-эмоционального напряжения, чем эффективность других известных методов релаксации.
Электронное устройство гимнастических упражнений с ОС по биологическим факторам предназначено для обучения упражнениям и восстановления физической активности конечностей пациента путем ритмичных движений. Оно содержит один или несколько датчиков, прикрепленных к ступням или рукам пациента Датчики вырабатывают импульсные сигналы; когда тренируемые конечности прекращают движение в — заданном направлении. Для генерации музыкальных звуков, создающих ритм, используется электронный синтезатор звуков, содержащий блок управления ритмом. Импульсные сигналы, выработанные датчиками, подаются на блок управления ритмом для синхронизации музыкальных звуков с задаваемым ритмом выполняемых упражнений. Контроль за выполнением движений в заданном ритме осуществляется пациентом, который одевает наушники, воспроизводящие звук, подключенные к электронному синтезатору Структурная схема такого устройства показана на рисунке 3.Рисунок 3 – Структурная схема электронного устройства гимнастических упражнений с ОС по биологическим факторам .
Методика исследования качественных и количественных характеристик усвоения воспроизведения темпа ритмического раздражителя, реализованная в приборе «Ритмотест» содержит возможность индикации количественной оценки каждого двигательного акта испытуемого в виде отклонения (пропорционального величине отставания или опережения) момента его действия от момента появления ритмического раздражителя. При формировании программы и акцептора действия используется не только информация о рассогласовании, получаемая при восприятии трудноразличимых интервалов между появлением раздражителя и действием испытуемого, но и дополнительная информация по каналу ОС, содержание которой прямо указывает испытуемому на необходимость корректировки его поведения: увеличение или уменьшение темпа его действий. В данном случае идея ОС позволяет поставить под контроль влияние восприятия рассогласования на поведение испытуемого. Различия в выполнении этого теста с ОС и без нее дает возможность получения принципиально новой информации об адаптивных возможностях пациента использовать получаемую им дополнительную информацию дня коррекции своего поведения на последующем кванте поведения. Возможность использования методики усвоения и воспроизведения темпа ритмических раздражителей для тренировки и развития двигательных навыков (например, у детей и лиц с нарушениями ВИД) с подключением канала ОС повышает эффективность использования этой методики за счет дополнительных возможностей коррекции темпа действий в соответствии с наблюдаемой величиной рассогласования. Другим примером использования ОС в приборе «Ритмотест» является режим воспроизведения запомненного темпа ранее предъявляемых сигналов. Если в этом режиме испытуемый воспроизводит темп, отличающийся от эталонного, но сигнал ОС соответствует «идеальному» воспроизведению с нулевым отклонением, то на фоне ритмических световых (звуковых) сигналов отмечается улучшение настроения и состояния испытуемых, что говорит о возможности использования такого типа процедур для восстановления функционального состояния при утомлении и т.п.
Таким образом, идея ОС на экспериментальной модели усвоения и воспроизведения темпа ритмических раздражителей позволила получить новое качество — применение этой методики для диагностики и тренировки адаптивных возможностей.
Наиболее проработанной областью применения БОС является стимуляция нервно-мышечных групп мышц, а также восстановление нормальной работоспособности сердечно-сосудистой системы, дыхательной системы, нервной системы Метод электростимуляции является одним из эффективных методов восстановительной терапии. Он применяется при лечении наряду с другими методами терапии: массаж, лечебная гимнастика, медикаментозная терапия. В связи с этим наиболее целесообразным является разработка приборов электростимуляции различных групп мышц с биологической обратной связью.
Электростимуляторы с ОС. Под БОС понимается представление пациенту в наглядном виде состояния и динамики изменений каких-либо его физиологических параметров с целью их регулирования путем волевых усилий.
Биоуправление – это системы, в которых терапевтическое воздействие вырабатывается на основе параметров о физиологическом состоянии пациента, которые поступают по контуру ОС в реальном масштабе времени.
При биотехнической ОС считываются электрические характеристики биотканей и органов.
Система электростимуляции с биотехнической ОС. Процесс согласования параметров стимула с параметрами биообъекта очень важен при электростимуляции.
Рисунок 4 – Структурная схема устройства гимнастических упражнений с БОС по биофакторам.
1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И. Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с.
2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И. Утямышева и М. Враны — М.: Энергоатомиздат, 2003.384с.
3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура.: [Учебн. пособие] — Мн.: Медицина, 2001. — 344с.
www.ronl.ru
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
"СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ТЕРАПИИ С БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ"
МИНСК, 2008
В настоящее время для управления функциями живого организма стали широко применять термин "биологическая обратная связь" (БОС). Понятие БОС используется для обозначения управления внутренними органами: активностью мышц, висцеральными и вегетативными функциями и другими проявлениями жизнедеятельности организма. Принцип обратной связи, как основы организации физиологических функции, разработан в виде развернутой теории функциональных систем, развитие которой позволяет дифференцировать различные обратные связи, участвующие в организации физиологических функций и по-новому подойти к созданию приборов на основе принципа обратной связи.
Для реализации методов и приложений БОС создаются два типа систем:
1. Автономные специализированные приборы, как правило, со слабой обратной связью (ОС).
Стационарные исследовательские приборы и терапевтические системы, снабженные средствами ввода физиологический сигналов, которые характеризуются сильной ОС.
Стационарная система БОС, как правило, представляет собой систему реального времени, настроенную одну из нескольких методик. Исходя из теории функциональных систем, принципы использования БОС для управления функциями организма должны учитывать следующие положения:
1. БОС должна быть ориентирована на полезный приспособительный результат и его прогнозировании в организме согласно теории функциональных систем.
При построении БОС необходимо учесть параметризацию результата в функциональной системе. Задаваемый с помощью БОС полезный результат в организме должен быть параметризован, т.е. должны быть сформированы сигналы для оценки полезного результата.
Необходимо учитывать несколько обратных связей, представленных в функциональной системе, различающихся временными и энергетических характеристиками в зависимости от уровня и параметров ОС.
Построение математической модели, учитывающей параметры входящих в БОС функциональных систем. Проверка соответствия модели исследуемому поведению.
Указанные принципы используются для построения медицинских электронных приборов с БОС. Принцип большинства приборов заключается в том, что некоторый физиологический параметр, недоступный для прямого сознательного восприятия, может быть измерен и преобразован в световой, звуковой и т.п. сигнал, воспринимая который, человек может сознательно управлять этим параметром. Другой разновидностью являются те приборы, в которых выбирается регулируемый физиологический параметр вне зависимости от того, какую роль он играет в естественной регуляции функций организма. Подобные приборы могут быть использованы для управления артериальным давлением - температурой конечностей, кожно-гальванической реакцией, уровнем кожного давления и т.д.
Идея использования биологической обратной связи в диагностических и терапевтических медицинских приборах имеет большую перспективу создания с ее использованием новых медико-технических технологий в диагностике, терапии и реабилитации нарушений в работе различных систем человеческого организма:
Сердечно-сосудистая система-регистрация частоты сердечных сокращений.
Нервная система - регистрация электрической активности мозга.
Дыхательная система - регистрация показателей функции дыхания.
Мышечная система - регистрация электрической активности мышц.
Биомеханическая система в динамике - регистрация скорости, ритма перемещения субъекта и т.д.
Комплексные системы - одновременная регистрация нескольких физиологических параметров.
В последнее время появляются новые области практического применения БОС. Разработаны приборы для управления функциями желудочно-кишечного тракта при различных заболеваниях, управлению неконтролируемой сознательно мышечной активностью (например, при параличах и различных нарушениях опорно-двигательного аппарата), для контроля за деятельностью сердечно-сосудистой системы (слежение за пульсом, измерение частоты сердцебиений), для регулировки дыхательной системы. В этих приборах регулируемый параметр непосредственно связан с полезным для организма результатом. Вхождение регулируемого с помощью БОС параметра в определенную функциональную систему организма, его непосредственная связь с жизненно-важными функциями организма, с полезным для организма результатом является важнейшим принципом успешности применения БОС и построения на ее основе новых приборов.
Рассмотрим приборы, в которых воплощены принципы обратной связи.
Многоканальное устройство биоэлектрического управления движениями человека предназначено для возбуждения каждой нервно-мышечной группы пациента пропорционально возбуждению соответствующей группы донора синусоидальными стимулирующими сигналами. На рис.1 приведена структурная схема этого устройства.
Устройство содержит цепь стимуляции, состоящею из электродов донора и стимулирующих электродов, усилителя биопотенциалов 1, интегратора 1, модулятора, один из входов которого соединен с генератором стимулирующего сигнала, а выход - с усилителем мощности, цепь обратной связи, состоящею из последовательно соединенных усилителя биопотенциалов 2 и интегратора 2.
Р
исунок 1 – Структурная схема многоканального устройства биоэлектрического управления движениями человека.
Выход цепи обратной связи соединен с одним из входов блока сравнения, к другому входу которого подключен выход интегратора цепи стимуляции, выход блока сравнения соединен с другим входом модулятора, а стимулирующие электроды соединены с выходом усилителя мощности через фильтр ВЧ и со входом обратной связи через фильтр НЧ.
Устройство работает следующим образом. Программный сигнал в виде электромиограммы, снятой с помощью электродов с нервно-мышечных групп донора через усилитель биопотенциалов 1, подается на интегратор 1, выполняющий усреднение электромиограммы нервно-мышечных групп донора во времени. Далее программный сигнал через блок сравнения поступает на один из входов модулятора. На второй его вход поступает стимулирующий сигнал, например, в виде синусоиды 5кГц от генератора стимулирующих сигналов. Назначение модулятора заключается в преобразовании стимулирующего сигнала так, что на его выходе появляется управляющий сигнал, по форме совпадающий со стимулирующим сигналом (синусоида 5кГц), но оп амплитуде пропорциональной величине среднего значения электромиограммы нервно-мышечных групп донора.
После модулятора через усилитель мощности и фильтр управляющий сигнал поступает стимулирующие электроды, наложенные соответствующие нервно-мышечные группы пациента. Назначение фильтра ВЧ (частота среза 3кГц) состоит в том, чтобы собственные шумы усилителя мощности не попадали в состав электромиограммы пациента. Вызванная электромиограмма нервно-мышечных групп пациента снята при помощи стимулирующий электродов, которые в данном случае выполняют функцию и отводящих электродов, через фильтр НЧ (частота среза 1кГц) и усилитель биопотенциалов 2 поступают на интегратор 2, выполняющий усреднение вызванной электромиограммы пациента во времени. От интегратора 2 цепи обратной связи усредненная электромиограмма нервно-мышечных групп пациента поступает на один из входов блока сравнения, на второй вход которого поступает усредненная электромиограмма нервно-мышечных групп донора (от интегратора 1). В блоке сравнения производится сравнение средних значений электромиограмма нервно-мышечных групп донора с вызванной электромиограммой соответствующих нервно-мышечных групп пациента, и сигнал рассогласования используется для коррекции одного или нескольких параметров управляющего сигнала. Таким образом, параметры управляющего сигнала автоматически изменяются так, чтобы в каждый момент времени возбуждение нервно-мышечных групп пациента было пропорционально возбуждению соответствующих нервно-мышечных групп донора.
В основе прибора 'Теплотрон" лежит предположение, что действие на человека пульсирующего потока теплого воздуха, направляемого на его кожу, будет сопровождаться положительной эмоцией, если параметры этого воздействия соответствуют ожидаемому положительному эффекту, созданному с помощью обратной связи от результата воздействие. Схема воздействия на человека приведена на рис.2.
Теплый воздух
Рисунок 2 – Схема тепловоздушного воздействия на человека
с
помощью прибора "Теплотрон".
На спину испытуемого направляют пульсирующий поток тезиюго воздуха Частоту пульсации, а также температуру потока может регулировать как экспериментатор, так и испытуемый.
Процедуру тепловоздушного воздействия разделяют на два периода. Первый период основан на использовании БОС по положительному эмоциональному результату. Перед началом воздействия испытуемому дается следующая инструкция: "Тепловоздушное воздействие предназначено для релаксации - снятия избыточного нервно-эмоционального напряжения. Релаксация достигается в том случае, если это воздействие вызовет у Вас приятное ощущение тепла и комфорта Ваша задача в первом сеансе добиться приятного ощущения, подбирая температуру и ритм воздействия".
Первый сеанс заканчивался после того, как испытуемый сообщал о достижении приятного чувства комфорта Обычно испытуемому требовалось от 5 до 10 мин, чтобы, оценивая свои ощущения и пробуя несколько раз разные режимы воздействия, подобрать наиболее приятный. Таким образом, в первом сеансе у испытуемого формировался акцептор результатов действия, настроенный на получение положительной эмоции от тепловоздушного воздействия. При этом выбор параметров воздействия - температуры, интенсивности, ритма - оказался различным для каждого испытуемого.
Во втором сеансе экспериментатор сразу устанавливал выбранные испытуемым в первом сеансе параметры воздействия. Проверяли наличие у испытуемого приятной эмоции. До сеанса и после него измеряли частоту сердечных сокращений (ЧСС), артериальное давление, частоту дыхания, а также регистрировали электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с открытыми и закрытыми глазами во фронтальных и затылочных монополярных отведениях.
Прибор "Теплотрон", в котором применяется обратная связь по параметрам будущего результата, связанным с положительным эмоциональным настроем испытуемого, показал существенно более высокую эффективность в достижении релаксации и снятии нервно-эмоционального напряжения, чем эффективность других известных методов релаксации.
Э
лектронное устройство гимнастических упражнений с ОС по биологическим факторам предназначено для обучения упражнениям и восстановления физической активности конечностей пациента путем ритмичных движений. Оно содержит один или несколько датчиков, прикрепленных к ступням или рукам пациента Датчики вырабатывают импульсные сигналы; когда тренируемые конечности прекращают движение в - заданном направлении. Для генерации музыкальных звуков, создающих ритм, используется электронный синтезатор звуков, содержащий блок управления ритмом. Импульсные сигналы, выработанные датчиками, подаются на блок управления ритмом для синхронизации музыкальных звуков с задаваемым ритмом выполняемых упражнений. Контроль за выполнением движений в заданном ритме осуществляется пациентом, который одевает наушники, воспроизводящие звук, подключенные к электронному синтезатору Структурная схема такого устройства показана на рисунке 3.
Рисунок 3 – Структурная схема электронного устройства гимнастических упражнений с ОС по биологическим факторам.
Методика исследования качественных и количественных характеристик усвоения воспроизведения темпа ритмического раздражителя, реализованная в приборе "Ритмотест" содержит возможность индикации количественной оценки каждого двигательного акта испытуемого в виде отклонения (пропорционального величине отставания или опережения) момента его действия от момента появления ритмического раздражителя. При формировании программы и акцептора действия используется не только информация о рассогласовании, получаемая при восприятии трудноразличимых интервалов между появлением раздражителя и действием испытуемого, но и дополнительная информация по каналу ОС, содержание которой прямо указывает испытуемому на необходимость корректировки его поведения: увеличение или уменьшение темпа его действий. В данном случае идея ОС позволяет поставить под контроль влияние восприятия рассогласования на поведение испытуемого. Различия в выполнении этого теста с ОС и без нее дает возможность получения принципиально новой информации об адаптивных возможностях пациента использовать получаемую им дополнительную информацию дня коррекции своего поведения на последующем кванте поведения. Возможность использования методики усвоения и воспроизведения темпа ритмических раздражителей для тренировки и развития двигательных навыков (например, у детей и лиц с нарушениями ВИД) с подключением канала ОС повышает эффективность использования этой методики за счет дополнительных возможностей коррекции темпа действий в соответствии с наблюдаемой величиной рассогласования. Другим примером использования ОС в приборе "Ритмотест" является режим воспроизведения запомненного темпа ранее предъявляемых сигналов. Если в этом режиме испытуемый воспроизводит темп, отличающийся от эталонного, но сигнал ОС соответствует "идеальному" воспроизведению с нулевым отклонением, то на фоне ритмических световых (звуковых) сигналов отмечается улучшение настроения и состояния испытуемых, что говорит о возможности использования такого типа процедур для восстановления функционального состояния при утомлении и т.п.
Таким образом, идея ОС на экспериментальной модели усвоения и воспроизведения темпа ритмических раздражителей позволила получить новое качество - применение этой методики для диагностики и тренировки адаптивных возможностей.
Наиболее проработанной областью применения БОС является стимуляция нервно-мышечных групп мышц, а также восстановление нормальной работоспособности сердечно-сосудистой системы, дыхательной системы, нервной системы Метод электростимуляции является одним из эффективных методов восстановительной терапии. Он применяется при лечении наряду с другими методами терапии: массаж, лечебная гимнастика, медикаментозная терапия. В связи с этим наиболее целесообразным является разработка приборов электростимуляции различных групп мышц с биологической обратной связью.
Электростимуляторы с ОС. Под БОС понимается представление пациенту в наглядном виде состояния и динамики изменений каких-либо его физиологических параметров с целью их регулирования путем волевых усилий.
Биоуправление – это системы, в которых терапевтическое воздействие вырабатывается на основе параметров о физиологическом состоянии пациента, которые поступают по контуру ОС в реальном масштабе времени.
При биотехнической ОС считываются электрические характеристики биотканей и органов.
Система электростимуляции с биотехнической ОС. Процесс согласования параметров стимула с параметрами биообъекта очень важен при электростимуляции.
Рисунок 4 – Структурная схема устройства гимнастических упражнений с БОС по биофакторам.
Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И. Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с.
Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И. Утямышева и М. Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с.
Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура.: [Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с.
topref.ru
В настоящее время для управления функциями живого организма стали широко применять термин "биологическая обратная связь" (БОС). Понятие БОС используется для обозначения управления внутренними органами: активностью мышц, висцеральными и вегетативными функциями и другими проявлениями жизнедеятельности организма. Принцип обратной связи, как основы организации физиологических функции, разработан в виде развернутой теории функциональных систем, развитие которой позволяет дифференцировать различные обратные связи, участвующие в организации физиологических функций и по-новому подойти к созданию приборов на основе принципа обратной связи. Для реализации методов и приложений БОС создаются два типа систем: 1. Автономные специализированные приборы, как правило, со слабой обратной связью (ОС). Стационарные исследовательские приборы и терапевтические системы, снабженные средствами ввода физиологический сигналов, которые характеризуются сильной ОС. Стационарная система БОС, как правило, представляет собой систему реального времени, настроенную одну из нескольких методик. Исходя из теории функциональных систем, принципы использования БОС для управления функциями организма должны учитывать следующие положения: 1. БОС должна быть ориентирована на полезный приспособительный результат и его прогнозировании в организме согласно теории функциональных систем. При построении БОС необходимо учесть параметризацию результата в функциональной системе. Задаваемый с помощью БОС полезный результат в организме должен быть параметризован, т.е. должны быть сформированы сигналы для оценки полезного результата. Необходимо учитывать несколько обратных связей, представленных в функциональной системе, различающихся временными и энергетических характеристиками в зависимости от уровня и параметров ОС. Построение математической модели, учитывающей параметры входящих в БОС функциональных систем. Проверка соответствия модели исследуемому поведению. Указанные принципы используются для построения медицинских электронных приборов с БОС. Принцип большинства приборов заключается в том, что некоторый физиологический параметр, недоступный для прямого сознательного восприятия, может быть измерен и преобразован в световой, звуковой и т.п. сигнал, воспринимая который, человек может сознательно управлять этим параметром. Другой разновидностью являются те приборы, в которых выбирается регулируемый физиологический параметр вне зависимости от того, какую роль он играет в естественной регуляции функций организма. Подобные приборы могут быть использованы для управления артериальным давлением - температурой конечностей, кожно-гальванической реакцией, уровнем кожного давления и т.д. Идея использования биологической обратной связи в диагностических и терапевтических медицинских приборах имеет большую перспективу создания с ее использованием новых медико-технических технологий в диагностике, терапии и реабилитации нарушений в работе различных систем человеческого организма: Сердечно-сосудистая система-регистрация частоты сердечных сокращений. Нервная система - регистрация электрической активности мозга. Дыхательная система - регистрация показателей функции дыхания. Мышечная система - регистрация электрической активности мышц. Биомеханическая система в динамике - регистрация скорости, ритма перемещения субъекта и т.д. Комплексные системы - одновременная регистрация нескольких физиологических параметров. В последнее время появляются новые области практического применения БОС. Разработаны приборы для управления функциями желудочно-кишечного тракта при различных заболеваниях, управлению неконтролируемой сознательно мышечной активностью (например, при параличах и различных нарушениях опорно-двигательного аппарата), для контроля за деятельностью сердечно-сосудистой системы (слежение за пульсом, измерение частоты сердцебиений), для регулировки дыхательной системы. В этих приборах регулируемый параметр непосредственно связан с полезным для организма результатом. Вхождение регулируемого с помощью БОС параметра в определенную функциональную систему организма, его непосредственная связь с жизненно-важными функциями организма, с полезным для организма результатом является важнейшим принципом успешности применения БОС и построения на ее основе новых приборов. Рассмотрим приборы, в которых воплощены принципы обратной связи. Многоканальное устройство биоэлектрического управления движениями человека предназначено для возбуждения каждой нервно-мышечной группы пациента пропорционально возбуждению соответствующей группы донора синусоидальными стимулирующими сигналами. На рис.1 приведена структурная схема этого устройства. Устройство содержит цепь стимуляции, состоящею из электродов донора и стимулирующих электродов, усилителя биопотенциалов 1, интегратора 1, модулятора, один из входов которого соединен с генератором стимулирующего сигнала, а выход - с усилителем мощности, цепь обратной связи, состоящею из последовательно соединенных усилителя биопотенциалов 2 и интегратора 2.
| Генератор стимулирующих сигналов |
| Блок сравнения |
| Усилитель биопотенциалов 1 |
| Усилитель биопотенциалов 1 |
| Электроды донора |
| Усилитель биопотенциалов 2 |
| Стимулирующие электроды |
 |
| Прибор «Теплотрон» |
| Объект воздействия (человек) |
| Регулятор частоты пульсации и температуры воздуха |
| Изменение ЧСС и ЭЭГ |
 |
| Блок управления ритмом |
| Музыкальный синтезатор |
| Датчики, подключаемые к рукам или ногам пациента |
| Усилитель мощности |
 |
Рисунок 4 – Структурная схема устройства гимнастических упражнений с БОС по биофакторам. 1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И. Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с. 2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И. Утямышева и М. Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с. 3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура.: [Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с. bukvasha.ru
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
"СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ТЕРАПИИ С БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ"
МИНСК, 2008
В настоящее время для управления функциями живого организма стали широко применять термин "биологическая обратная связь" (БОС). Понятие БОС используется для обозначения управления внутренними органами: активностью мышц, висцеральными и вегетативными функциями и другими проявлениями жизнедеятельности организма. Принцип обратной связи, как основы организации физиологических функции, разработан в виде развернутой теории функциональных систем, развитие которой позволяет дифференцировать различные обратные связи, участвующие в организации физиологических функций и по-новому подойти к созданию приборов на основе принципа обратной связи.
Для реализации методов и приложений БОС создаются два типа систем:
1. Автономные специализированные приборы, как правило, со слабой обратной связью (ОС).
Стационарные исследовательские приборы и терапевтические системы, снабженные средствами ввода физиологический сигналов, которые характеризуются сильной ОС.
Стационарная система БОС, как правило, представляет собой систему реального времени, настроенную одну из нескольких методик. Исходя из теории функциональных систем, принципы использования БОС для управления функциями организма должны учитывать следующие положения:
1. БОС должна быть ориентирована на полезный приспособительный результат и его прогнозировании в организме согласно теории функциональных систем.
При построении БОС необходимо учесть параметризацию результата в функциональной системе. Задаваемый с помощью БОС полезный результат в организме должен быть параметризован, т.е. должны быть сформированы сигналы для оценки полезного результата.
Необходимо учитывать несколько обратных связей, представленных в функциональной системе, различающихся временными и энергетических характеристиками в зависимости от уровня и параметров ОС.
Построение математической модели, учитывающей параметры входящих в БОС функциональных систем. Проверка соответствия модели исследуемому поведению.
Указанные принципы используются для построения медицинских электронных приборов с БОС. Принцип большинства приборов заключается в том, что некоторый физиологический параметр, недоступный для прямого сознательного восприятия, может быть измерен и преобразован в световой, звуковой и т.п. сигнал, воспринимая который, человек может сознательно управлять этим параметром. Другой разновидностью являются те приборы, в которых выбирается регулируемый физиологический параметр вне зависимости от того, какую роль он играет в естественной регуляции функций организма. Подобные приборы могут быть использованы для управления артериальным давлением - температурой конечностей, кожно-гальванической реакцией, уровнем кожного давления и т.д.
Идея использования биологической обратной связи в диагностических и терапевтических медицинских приборах имеет большую перспективу создания с ее использованием новых медико-технических технологий в диагностике, терапии и реабилитации нарушений в работе различных систем человеческого организма:
Сердечно-сосудистая система-регистрация частоты сердечных сокращений.
Нервная система - регистрация электрической активности мозга.
Дыхательная система - регистрация показателей функции дыхания.
Мышечная система - регистрация электрической активности мышц.
Биомеханическая система в динамике - регистрация скорости, ритма перемещения субъекта и т.д.
Комплексные системы - одновременная регистрация нескольких физиологических параметров.
В последнее время появляются новые области практического применения БОС. Разработаны приборы для управления функциями желудочно-кишечного тракта при различных заболеваниях, управлению неконтролируемой сознательно мышечной активностью (например, при параличах и различных нарушениях опорно-двигательного аппарата), для контроля за деятельностью сердечно-сосудистой системы (слежение за пульсом, измерение частоты сердцебиений), для регулировки дыхательной системы. В этих приборах регулируемый параметр непосредственно связан с полезным для организма результатом. Вхождение регулируемого с помощью БОС параметра в определенную функциональную систему организма, его непосредственная связь с жизненно-важными функциями организма, с полезным для организма результатом является важнейшим принципом успешности применения БОС и построения на ее основе новых приборов.
Рассмотрим приборы, в которых воплощены принципы обратной связи.
Многоканальное устройство биоэлектрического управления движениями человека предназначено для возбуждения каждой нервно-мышечной группы пациента пропорционально возбуждению соответствующей группы донора синусоидальными стимулирующими сигналами. На рис.1 приведена структурная схема этого устройства.
Устройство содержит цепь стимуляции, состоящею из электродов донора и стимулирующих электродов, усилителя биопотенциалов 1, интегратора 1, модулятора, один из входов которого соединен с генератором стимулирующего сигнала, а выход - с усилителем мощности, цепь обратной связи, состоящею из последовательно соединенных усилителя биопотенциалов 2 и интегратора 2.
 |
Выход цепи обратной связи соединен с одним из входов блока сравнения, к другому входу которого подключен выход интегратора цепи стимуляции, выход блока сравнения соединен с другим входом модулятора, а стимулирующие электроды соединены с выходом усилителя мощности через фильтр ВЧ и со входом обратной связи через фильтр НЧ.
Устройство работает следующим образом. Программный сигнал в виде электромиограммы, снятой с помощью электродов с нервно-мышечных групп донора через усилитель биопотенциалов 1, подается на интегратор 1, выполняющий усреднение электромиограммы нервно-мышечных групп донора во времени. Далее программный сигнал через блок сравнения поступает на один из входов модулятора. На второй его вход поступает стимулирующий сигнал, например, в виде синусоиды 5кГц от генератора стимулирующих сигналов. Назначение модулятора заключается в преобразовании стимулирующего сигнала так, что на его выходе появляется управляющий сигнал, по форме совпадающий со стимулирующим сигналом (синусоида 5кГц), но оп амплитуде пропорциональной величине среднего значения электромиограммы нервно-мышечных групп донора.
После модулятора через усилитель мощности и фильтр управляющий сигнал поступает стимулирующие электроды, наложенные соответствующие нервно-мышечные группы пациента. Назначение фильтра ВЧ (частота среза 3кГц) состоит в том, чтобы собственные шумы усилителя мощности не попадали в состав электромиограммы пациента. Вызванная электромиограмма нервно-мышечных групп пациента снята при помощи стимулирующий электродов, которые в данном случае выполняют функцию и отводящих электродов, через фильтр НЧ (частота среза 1кГц) и усилитель биопотенциалов 2 поступают на интегратор 2, выполняющий усреднение вызванной электромиограммы пациента во времени. От интегратора 2 цепи обратной связи усредненная электромиограмма нервно-мышечных групп пациента поступает на один из входов блока сравнения, на второй вход которого поступает усредненная электромиограмма нервно-мышечных групп донора (от интегратора 1). В блоке сравнения производится сравнение средних значений электромиограмма нервно-мышечных групп донора с вызванной электромиограммой соответствующих нервно-мышечных групп пациента, и сигнал рассогласования используется для коррекции одного или нескольких параметров управляющего сигнала. Таким образом, параметры управляющего сигнала автоматически изменяются так, чтобы в каждый момент времени возбуждение нервно-мышечных групп пациента было пропорционально возбуждению соответствующих нервно-мышечных групп донора.
В основе прибора 'Теплотрон" лежит предположение, что действие на человека пульсирующего потока теплого воздуха, направляемого на его кожу, будет сопровождаться положительной эмоцией, если параметры этого воздействия соответствуют ожидаемому положительному эффекту, созданному с помощью обратной связи от результата воздействие. Схема воздействия на человека приведена на рис.2.
Теплый воздух
Рисунок 2 – Схема тепловоздушного воздействия на человека
 |
На спину испытуемого направляют пульсирующий поток тезиюго воздуха Частоту пульсации, а также температуру потока может регулировать как экспериментатор, так и испытуемый.
Процедуру тепловоздушного воздействия разделяют на два периода. Первый период основан на использовании БОС по положительному эмоциональному результату. Перед началом воздействия испытуемому дается следующая инструкция: "Тепловоздушное воздействие предназначено для релаксации - снятия избыточного нервно-эмоционального напряжения. Релаксация достигается в том случае, если это воздействие вызовет у Вас приятное ощущение тепла и комфорта Ваша задача в первом сеансе добиться приятного ощущения, подбирая температуру и ритм воздействия".
Первый сеанс заканчивался после того, как испытуемый сообщал о достижении приятного чувства комфорта Обычно испытуемому требовалось от 5 до 10 мин, чтобы, оценивая свои ощущения и пробуя несколько раз разные режимы воздействия, подобрать наиболее приятный. Таким образом, в первом сеансе у испытуемого формировался акцептор результатов действия, настроенный на получение положительной эмоции от тепловоздушного воздействия. При этом выбор параметров воздействия - температуры, интенсивности, ритма - оказался различным для каждого испытуемого.
Во втором сеансе экспериментатор сразу устанавливал выбранные испытуемым в первом сеансе параметры воздействия. Проверяли наличие у испытуемого приятной эмоции. До сеанса и после него измеряли частоту сердечных сокращений (ЧСС), артериальное давление, частоту дыхания, а также регистрировали электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с открытыми и закрытыми глазами во фронтальных и затылочных монополярных отведениях.
Прибор "Теплотрон", в котором применяется обратная связь по параметрам будущего результата, связанным с положительным эмоциональным настроем испытуемого, показал существенно более высокую эффективность в достижении релаксации и снятии нервно-эмоционального напряжения, чем эффективность других известных методов релаксации.
 |
Рисунок 3 – Структурная схема электронного устройства гимнастическихупражнений с ОС по биологическим факторам.
Методика исследования качественных и количественных характеристик усвоения воспроизведения темпа ритмического раздражителя, реализованная в приборе "Ритмотест" содержит возможность индикации количественной оценки каждого двигательного акта испытуемого в виде отклонения (пропорционального величине отставания или опережения) момента его действия от момента появления ритмического раздражителя. При формировании программы и акцептора действия используется не только информация о рассогласовании, получаемая при восприятии трудноразличимых интервалов между появлением раздражителя и действием испытуемого, но и дополнительная информация по каналу ОС, содержание которой прямо указывает испытуемому на необходимость корректировки его поведения: увеличение или уменьшение темпа его действий. В данном случае идея ОС позволяет поставить под контроль влияние восприятия рассогласования на поведение испытуемого. Различия в выполнении этого теста с ОС и без нее дает возможность получения принципиально новой информации об адаптивных возможностях пациента использовать получаемую им дополнительную информацию дня коррекции своего поведения на последующем кванте поведения. Возможность использования методики усвоения и воспроизведения темпа ритмических раздражителей для тренировки и развития двигательных навыков (например, у детей и лиц с нарушениями ВИД) с подключением канала ОС повышает эффективность использования этой методики за счет дополнительных возможностей коррекции темпа действий в соответствии с наблюдаемой величиной рассогласования. Другим примером использования ОС в приборе "Ритмотест" является режим воспроизведения запомненного темпа ранее предъявляемых сигналов. Если в этом режиме испытуемый воспроизводит темп, отличающийся от эталонного, но сигнал ОС соответствует "идеальному" воспроизведению с нулевым отклонением, то на фоне ритмических световых (звуковых) сигналов отмечается улучшение настроения и состояния испытуемых, что говорит о возможности использования такого типа процедур для восстановления функционального состояния при утомлении и т.п.
Таким образом, идея ОС на экспериментальной модели усвоения и воспроизведения темпа ритмических раздражителей позволила получить новое качество - применение этой методики для диагностики и тренировки адаптивных возможностей.
Наиболее проработанной областью применения БОС является стимуляция нервно-мышечных групп мышц, а также восстановление нормальной работоспособности сердечно-сосудистой системы, дыхательной системы, нервной системы Метод электростимуляции является одним из эффективных методов восстановительной терапии. Он применяется при лечении наряду с другими методами терапии: массаж, лечебная гимнастика, медикаментозная терапия. В связи с этим наиболее целесообразным является разработка приборов электростимуляции различных групп мышц с биологической обратной связью.
Электростимуляторы с ОС. Под БОС понимается представление пациенту в наглядном виде состояния и динамики изменений каких-либо его физиологических параметров с целью их регулирования путем волевых усилий.
Биоуправление – это системы, в которых терапевтическое воздействие вырабатывается на основе параметров о физиологическом состоянии пациента, которые поступают по контуру ОС в реальном масштабе времени.
При биотехнической ОС считываются электрические характеристики биотканей и органов.
Система электростимуляции с биотехнической ОС. Процесс согласования параметров стимула с параметрами биообъекта очень важен при электростимуляции.
Рисунок 4 – Структурная схема устройства гимнастических упражнений с БОС по биофакторам.
1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И. Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с.
2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И. Утямышева и М. Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с.
3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура.: [Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с.
superbotanik.net
