Xenon (Ксенон) (c) Kузьмин Д.И. Ходакова М. А. октябрь 2002 (095)924-3858р. Dima@extech.ru Компьютерный аппаратно-программный биоизмерительный диагностический комплекс с возможностями саморегуляции человеком своего функционального состояния в режиме биологической обратной связи. ========================================================= Что такое БОС Современный человек находится под воздействием ежедневного стресса. Постепенно организм перестает справляться с перегрузками, его защитные силы ослабевают, появляется хроническая усталость, появляются болезни. Чтобы сбросить накопленное напряжение и стресс, необходимо уметь расслабляться, достигать состояния релаксации. Одним из методов, позволяющих достичь этого и других состояний является аутогенная тренировка(AT). Что такое аутотренинг? Человек, владеющий его навыками, может заменять восьмичасовой сон 40-минутным отдыхом. Это и феноменальная память, и исключительное внимание, и способность остановить кровотечение, и не чувствительность к боли, и легксть переносить жару и лютый мороз. Но овладеть приемами аутогенной тренировки можно лишь под руководством профессиональных учителей, отдавая напряженной работе многие месяцы и годы. Постоянно развивая железный сомоконтроль, самонаблюдение, яркое воображение, практикующий овладевает способами концентрации внимания и активного расслабления, учиться пользоваться формулами самовнушения и осознанно управлять сновидениями. В конце концов психические возможности изучающего аутотренинг возрастает настолько, что многие его способности начинают казаться чудесами. Еще более впечатляющие результаты дают занятия йогой. Известен такой факт, зарегистрированной наукой: в 1926г в Бомбее в присутствии экспертов, некто Десабандху, демонстрировал сознательную регуляцию сердечной деятельности, уменьшив число сокращений до двух в минуту. Другой пример - Наполеон, известно, что благодаря совершенному владению активным расслаблением мог засыпать и прекрасно отдыхать во время сражений под свист картечи и гром пушек . И еще - наш современник французский ныряльщик Жак Майоль умеет задерживать дыхание более чем на пять минут. Вот почему аутотренинг привлекает всех. Но из-за того, что затраты времени и сил на обучение значительны, не всякий человек может позволить себе это. Вот здесь электроника и компьютерные технологии приходят на помощь. Устройства для регистрации электрокардиограммы, температуры кожи, электрической активности мышц стали общедоступны, а с массовым распространением компьютеров в быту стало возможным применить методы биологической обратной связи (БОС) в широких масштабах, а эффективность АТ повысить на порядок. Под биологической обратной связью (Biofeedback & Self-Control) будем понимать технологию, позволяющую человеку в реальном масштабе времени получать информацию о параметрах своего психофизиологического состояния и сознательно изменять этот статус. Первые эксперименты по БОС, насколько можно судить из прессы, начали проводить в конце 60-х начале 70-х годов. Схема опыта выглядела следующим образом: С испытуемого в реальном масштабе времени снимались потенциалы сокращений сердца. Они развертывались в различных режимах на экране осциллографа. Пациент наблюдал различные функции и пытался волевым усилием их изменить. В основе современных методик биологической обратной связи реализовано непосредственное взаимодействие человека с чувствительными приборами, устройство отображения которых информирует испытуемого о состоянии его биологических функций в каждый момент времени. Принцип обратной связи можно применять как к частично-контролируемым сознанием процессам(дыхание, сон), так и к так называемым непроизвольным реакциям (частота сердечных сокращений, электрокожное сопротивление, кожная температура и др.). В результате испытуемый, получая срочную информацию о подсознательных физиологических процессах, обретает способность их регулировать. Биологическая обратная связь (БОС) может применяется при лечении гипертонии и гипотонии, сердечной аритмии, головных болей, мигрени; при обучении спортсменов преодолению общей и ситуативной тревожности, релаксации и др. Наиболее часто применяются методы биологической обратной связи на основе управления электрокожного сопротивления, текущей частотой сердечных сокращений, температуры тела, электрической активности мышц, частоты и глубине дыхания. Для управления частотой сердечных сокращений (ЧСС) врачом предварительно определяется для каждого пациента тактика управления ЧСС в сторону его увеличения, уменьшения или стабилизации. Затем сам пациент изменяет ЧСС до заданного врачом уровня, ориентируясь на сигналы внешней обратной связи, информирующие о правильности (положительное подкрепление) или неправильности (отрицательное подкрепление) выполняемого действия. В результате систематической тренировки у пациента условно-рефлекторным путём вырабатывается новый устойчивый навык на стабилизацию ЧСС в нужном диапазоне, что приводит к нормализации деятельности организма. Например, блокировать аритмические выбросы. Таким образом, в результате применения метода биологической обратной связи по ЧСС у человека формируется навык произвольной коррекции своего функционального состояния. Реализация этого навыка в нужный отрезок времени позволяет человеку, например страдающему нейроциркулярной дистонией, купировать приступ. Важно, что направленная коррекция проводится индивидуально с учётом верхних и нижних пределов величин ЧСС соответственно оптимальному состоянию, при котором приступ обычно не возникает. В результате тренировок с использованием БОС у большинства больных появляется уверенность в своих силах, улучшается настроение, самочувствие. Всё это способствует уменьшению невротизации пациентов, меньшей выражённости отрицательных эмоций. Многие знают или видели как знаменитые психотерапевты (например, Кашпировский) снимают приступы острейшей боли или даже проводят операции без использования наркоза. Используя БОС технологии можно обучить огромное число заинтересованных людей «психологическому наркозу» . Как показали опыты, абсолютное большинство испытуемых в той или иной степени могут освоить БОС. Некоторым даже удавется замедлить ритм сердца до 10-20 ударов в минуту. Есть опыт использования ее для изменения температуры тела, глубокой мышечной релаксации, снижения артериального давления, изменения кислотности желудочного сока, изменения состояния сознания (сверхпамять) и т.д. Дальнейшим результатом этих исследований может быть создание технойоги. Человек, достаточно долго тренировавший себя на приборе с БОС обязательно научиться работать с вегетативными процессами организма и без прибора. При этом становиться возможным достижения феноменов возможных только йогам - вплоть до временной остановки сердца. В настоящее время разработчики для усиления взаимодействия стараются усиливать глубину обратной связи. Для этого необходимо отказаться от идеи прямого вывода спектров активности на монитор. Это может быть как и введение промодулированного соответствующими ритмами сигнала, так и задействование максимально возможного числа органов восприятия человека (аудио, видео, тактильного и возможно других). Отсюда следует, что оптимальным в настоящее время для профессионального применения методов БОС являются шлем и костюм виртуальной реальности. Функционально-логическая схема комплекса Основное назначение создаваемого комплекса - массовое применение БОС в быту Цель разработки - создать такой аппаратно-программный комплекс на котором рядовой человек сможет научиться, используя БОС технологии, регулировать свое психофизиологическое состояния. Тренировки будут приводить к тому, что эта связь закрепляется, и даже в обычной обстановке, получив соответствующие сигналы от рецепторов, мозг автоматически начинает "нормализовать" эти функции организма. К немалым достоинствам этого безболезненного метода лечения относиться его простота(освоить его может практически каждый), индивидуальная направленность, а также привлечение самого пациента к процессу коррекции настолько, что тот буквально видит и слышит результаты своих усилий. Критерии построения системы. Возможность широкого применения и обширный спектр пользователей; надежность и электробезопасность; наличие модуля обратной биологической связи; простота настройки и использования; Максимальное использование промышленных стандартных разработок; открытость системы; модульный принцип построения; возможность каскадирования; возможность расширения системы посредствам включения программных и аппаратных модулей; автоматизация однотипных действий, наличие пакетной обработки; возможность автоматизации массового обследования; Гибкость и перестраиваемость системы; несколько вариантов системы; Наличие дружественного интерфейса; Возможность удаленного доступа средствами телекоммуникационной связи; работа в локальном и сетевом режимах; стандартные протоколы обмена информацией и форматы данных; наличие пополняемой БД, (как с данные полученные от обследования, так и информационно-справочный материалы); Экономичность системы и минимизация затрат; возможность непрерывного мониторинга состояния здоровья; Cоставляющие комплекса. С технической точки зрения, разрабатываемая система включает аппаратную и программную составляющие. Первая - Плата АЦП вставляемая в компьютер /как стационарная ПЭВМ, так и портативная - NOTEBOOK, PALM.../ или подключаемая к разъемам/COM, LPT, USB../, набор датчиков и вспомогательных аксессуаров(оборудование отвечает всем требованиям электробезопасности пациента). Вторая - CD-ROM с программным обеспечением и информационно-справочной БД для установки на ПЭВМ, имеющую ОС реального времени. Выбор параметров АЦП. Рассмотрим выбор частоты дискретизации и разрядности для одного канала АЦП. Наиболее высокочастотными и наименее мощными являются сигналы головного мозга, поэтому для максимальной оценки надо рассчитывать на них. Амплитуды регистрируемых потенциалов варьируются от десятых долей микровольта до десятков микровольт, а для регистрации известных на данный момент наиболее высокочастотных потенциалов достаточно частоты опроса датчиков порядка 10кГц. Отсюда следует, что для регистрации подобных сигналов возможно применение 16-разрядных АЦП с управляемым коэффициентом усиления(причем диапазон градаций уровня усиления должен составлять 1-2 порядка) и частота дискретизации до 20кГц. Рассчитаем максимальную необходимую пропускную способность канала ввода для ПЭВМ для 64 датчиков 2(байта)*20(кГц)*64(канала)=2560 Кбайт/с, что вполне достижимо для системной шины любого современного персонального компьютера(пропускная способность шины ISA - 8 Мбайт/с). В случае регистрации только медленных показателей организма(ЭКГ, КГР, дыхание и др) и уменьшения числа датчиков пропускная способность снижается на 1-2 порядка, что помимо снижения требований к аппаратуре, еще и позволяет одновременно регистрировать показатели нескольких обследуемых пациентов. Назначение и состав комплекса Комплекс планируется использовать для диагностики состояния пациента, обеспечения возможности саморегуляции человеком своего функционального состояния в режиме биологической обратной связи, оказания лечебного психосоматического воздействия, получения информационно-справочной медицинской информации. Медицинский комплекс разрабатывается в нескольких вариантах: 1. Вариант для массового и бытового применения. Электронная плата АЦП для съема параметров и управления системами воздействия(при необходимости). Датчики съема параметров (ЭКГ, КГР, дыхания и т.д.) Устройства лечебного воздействия на пациента (при необходимости) CD-ROM диск, содержащий программы для работы на прилагаемом оборудовании и медицинские справочные базы данных. 2. Профессиональный вариант. Электронная плата АЦП для съема параметров с обследуемого и ввода их в персональный компьютер. Она также служит для управления системами воздействия на пациента и другими внешними медицинскими устройствами. Расширенный набор датчиков Наличие специальных программ воздействия(для применения методов гипноза, нейро-лингвистической психологии под контролем опытных психотерапевтов и психологов). Профессиональное программное обеспечение, включающее дополнительные диагностические программы и специализированные справочные базы данных, а также расширенные средства для научно-исследовательской деятельности. Дополнительное оборудование (начиная от сенсорного экрана и шлема виртуальной реальности, кончая специализированным мед. оборудованием) Требования к аппаратной конфигурации компьютера. Бытовой вариант: ПК с процессором P-166 и выше, оперативная память 64mb и более, Жесткий диск более 10Gb , видеокарта 1Mb, звуковая плата типа Sound Blaster, CD-ROM speakers, цветной 14” монитор Профессиональный вариант: ПК с процессором PIII-700 и выше, оперативная память 64mb и более, Жесткий диск более 10Gb , видеокарта-акселератор 16Mb, звуковая плата типа Sound Blaster Gold, CD-RW, speakers, цветной 17” монитор, принтер, Шлем виртуальной реальности типа VFX-1 Области применения: Применение в домашних условиях Медико-прихологический анализ текущего состояния; Работа с базой данных сохраненных параметров состояния здоровья, накопленных за месяцы и годы. Анализ их изменения, вероятностный прогноз; Снятие стрессов, усталости, настрой на работу; Обучение методам самостоятельной психокоррекции (аутогенная тренировка); Развитие сенсоромоторных и психических навыков (внимание, скорости реакции, объем памяти и т.д.); Электронный справочники по основным медикаментам, "народной медицине" и приемам доврачебной помощи. "Домашний психотерапевт" Профилактика нервнопсихических и психосоматических расстройств; Контроль состояния после выписки из стационара; Передача снятых показателей мониторирования по линиям связи в медицинские учреждение; Лечебные воздействия на организм(метод Фоля и т.д.); Применение в медицинских учреждениях Экспресс-обследование больших групп населения; Статистическая обработка исследуемых групп; Автоматический непрерывный мониторинг за состоянием больных. Усиление воздействия методов гипноза, НЛП и т.д. при лечении алкоголизма, навязчивых состояний и других; Контроль воздействия лекарственных препаратов и физиотерапевтических процедур,а также нетрадиционных и новых методов лечения; Вероятностная постановка предварительного диагноза Проведение нестандартных процедур(воздействие на биологи чески активные точки, ритмо-светотерапия); Сбор, накопление и хранение психофизиологических характеристик пациентов; Наличие обширной электронной справочной базы по медикаментам и заболеваниям (включая аудио и видеоматериалы), возможность ее пополнения; Обеспечение контроля состояния больных в домашних условиях посредством передачи данных о состоянии по линиям связи; Психологическая подготовка к операциям, «психологический наркоз»; Обучение снятию различных приступов посредствам БОС; Средние и высшие учебные учреждения Психико-педагогические обследования детей и подростков(возрастная психология, дефектология). Анализ возрастного развития; Оценка влияния различных методов обучения на психоэмоциональное состояние учеников; Снятие переутомления, стрессов; Обучение начальным методам аутотренинга; Развитие сенсоромоторных и психических навыков (Методики быстрого чтения, увеличение объема памяти, внимания и т.д.); Спорт и военная подготовка, чрезвычайные ситуации. Экспресс обследование больших групп до/после выполнения поставленных задач, определение психоэмоционального индекса готовности, предстартовое обследование; Обучение методам самомобилизации и самоконтроля в критических ситуациях (предстартовый стресс, боевые и чрезвычайные действия) используя БОС; Релаксация и восстановление после пребывания в опасных, напряженных и других стрессовых ситуациях; Обучение концентрации внимания при наличии большого числа внешних помех и раздражителей; Создание малогабаритного переносного комплекса для диагностики и медицинского воздействия (в т.ч. «психологический наркоз»). Контроль состояния здоровья во время тренировок и марш-бросков; Контроль запредельных нагрузок и оптимизация тренировок; "Детектирование лжи" в следственной работе; Контроль действия гормональных и психотропных средств; Справочная база по действию в чрезвычайных ситуациях(c аудио и видео фрагментами); Профессиональный контроль и профессиональная пригодность. Контроль состояния работника перед выходом на линию, смену или вахту.; Выбор оптимального сотрудника на данную должность из группы претендентов; Оценка проф. пригодности и необходимых качеств при приеме на работу; Снятие усталости и повышение работоспособности (с целью предотвращения травм, аварий и повышения производительности труда); Реабилитация инвалидов и лиц временно нетрудоспособных; Построение психологического портрета исследуемого, выявление лидеров; Научно-исследовательская деятельность Возможность подключения дополнительного оборудования к комплексу; Оценка действия новых лекарств, приборов и методов лечения; Обращение к справочным и информационным БД комплекса и возможность ее пополнения; Открытость системы, позволяющая разрабатывать и включать в комплекс новые аппаратные и программные разработки; В настоящее время создан базовый прототип комплекса в состав которого входят примышленная плата АЦП ЛА8 (8 16-и битовых каналов, 4 кВ гальваническая развязка ,данный тип плат прошел успешную проверку и НЦССХ им А.Н. Бакулева), промышленные датчики для снятия ЭКГ, КГР, дыхания. Написаны базовые драйвера в/в, запись снимаемых показателей в БД. Возможна БОС для нескольких режимов. Ведутся дальнейшие работы по наращиванию комплекса. ************************************* dima@extech.ru