Прибор для нормализации ритмов головного мозга

Полезная модель относится к медицине, конкретнее к экспериментальной и лечебной физиологии и может быть использовано для управления изменением функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС). Технической задачей является повышение эффективности воздействия путем получения конкретного направленного воздействия. Данная цель достигается тем, что предлагается прибор для нормализации ритмов головного мозга, содержащий приемные электроды, электроэнцефалограф и индуктор, отличающийся тем, что в него введены малошумящие усилители, коммутатор, устройство выборки и хранения, АЦП, ОЗУ, ЖКИ, МК со схемой управления индуктором и имеет следующие соединения: приемные электроды через электроэнцефалограф соединены с малошумящими усилителями, выходы которых через коммутатор и устройство выборки и хранения соединены' с со входом АЦП, цифровые выходы последнего соединены с ОЗУ, выходы которого через МК и схему управления соединены с индуктором; микроконтроллер первой шиной управления соединен с клавиатурой внешнего управления, второй шиной управления - с ЖКИ, третьей шиной управления - с коммутатором, шиной данных, шинами запись и считывание - с ОЗУ, шинами пуск и готов с АЦП, шиной запись/считывание - с УВХ, шиной управления и шиной обратной связи - со схемой управления; индукция электромагнитного поля при воздействии на пациента лежит в пределах 3-5 MTs; амплитуды гармоник каждого ритма определяют по быстрому преобразованию Фурье с минимальным шагом разрешения.

Полезная модель относится к медицине, конкретнее к экспериментальной и лечебной физиологии и может быть использовано для управления изменением функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС).

Как общеизвестно мозг любого живого индивидуума, в том числе и человека, генерирует н.ч. сигналы на определенных частотах, которые получили название (условно) , , , ритмы (основные ритмы) применительно к человеку. Также было замечено, что при различных патологиях изменяется соотношения этих основных ритмов между собой и особенно по отношению к -ритму, т.е. они определяют состояние ЦНС.

Естественно были сделаны попытки на подопытных животных, в основном на крысах, воздействовать НЧ электромагнитными полями (ЭМП), на головной мозг через индукторы с переменной индукцией (117-264 мкТл), см. Пестряев В.А. «Влияние импульсного сложномодулированного электромагнитного поля на поведение и вегетативные реакции животных», Тезисы докл. науч. конф. ЦНИЛ СГМИ, Свердловск, 1989, стр.43-44.

При этом было выяснено, что более низкие частоты ЭМП порядка 0,5-5 Гц эффективнее работают на торможение, а более высокие (ближе к 20 Гц) - на возбуждение, в большинстве случаев воздействия импульсных ЭМП с одной и той же частотой следования импульсов могут приводить к разнонаправленным изменениям функционального состояния, как к торможению, так и к возбуждению (на уровне ЦНС - как к синхронизации, так и к десинхронизации биоэлектрической активности мозга). Учет функционального состояния ЦНС перед воздействием, также не позволяет сделать предсказание направленности изменений достоверными. В связи с этим невозможно эффективное использование данного режима воздействия для управления функциональным состоянием ЦНС.

Разнонаправленность изменений функционального состояния ЦНС при воздействии объясняется тем, что импульсы ЭМП, появляющиеся через одинаковые

промежутки времени, не коррелированы с биоэлектрической активностью, мозга, носящей апериодический характер и, т.к. действие поля на нейроны, находящиеся в различном функциональном состоянии, различно, то предсказать с высокой вероятностью итоговый результат перераспределения активности нейронов и направленности изменения функционального состояния невозможно. Под изменением функционального состояния здесь понимается переход между состояниями бодрствования, покоя, стадиями сна, каждое из которых характеризуется как преобладающим частотным спектром, так и определенным амплитудным диапазоном (или определенными распределениями мгновенных значений) сигнала электроэнцефалограммы.

Известен прибор по патенту «Способ регуляции функционального состояния центральной нервной системы в цикле «сон-бодрствование» путем воздействия низкоинтенсивным импульсным магнитным полем», см. патент РФ №2089240, в котором предварительно регистрируют электроэнцефалограмму соответствующего функционального состояния ЦНС, определяют уровень средних и максимально возможных амплитудных значений и осуществляют синхронизацию электромагнитного поля с сигналом электроэнцефалограммы из диапазона найденных значений - ПРОТОТИП.

Недостатками данного способа и соответственно прибора являются: низкая физиологичность и эффективность. Это обусловлено тем, что привязка только к фазам «сон-бодрствование» решает частную, хотя и важную задачу, а перехода к воздействию на различные патологии, например, головные боли, высокое артериальное давление, эпилепсии и т.д. из этого способа не следует.

Технической задачей является повышение эффективности воздействия путем получения конкретного направленного воздействия.

Данная цель достигается тем, что предлагается прибор для нормализации ритмов головного мозга, содержащий приемные электроды, электроэнцефалограф и индуктор, отличающийся тем, что в него введены малошумящие усилители, коммутатор, устройство выборки и хранения, АЦП, ОЗУ, ЖКИ, МК со схемой управления индуктором и имеет следующие соединения: приемные электроды

через электроэнцефалограф соединены с малошумящими усилителями, выходы которых через коммутатор и устройство выборки и хранения соединены с со входом АЦП, цифровые выходы последнего соединены с ОЗУ, выходы которого через МК и схему управления соединены с индуктором; микроконтроллер первой шиной управления соединен с клавиатурой внешнего управления, второй шиной управления - с ЖКИ, третьей шиной управления - с коммутатором, шиной данных, шинами запись и считывание - с ОЗУ, шинами пуск и готов с АЦП, шиной запись/считывание - с УВХ, шиной управления и шиной обратной связи - со схемой управления; индукция электромагнитного поля при воздействии на пациента лежит в пределах 3-5 мTs; амплитуды гармоник каждого ритма определяют по быстрому преобразованию Фурье с минимальным шагом разрешения.

На фиг.1 изображена структурная схема прибора, на фиг.2 - режимы оцифровки сигнала ЭЭГ и генерации импульсов, на которых изображено: 1 - приемные электроды ПЭЛ), 2 - электроэнцефалограф (ЭЭГ), 3 - малошумящие усилители, 4 - коммутатор, 5 - принтер, 6 - жидкокристаллический дисплей, 7 - устройство выборки и хранения, 8 - индуктор, 9 - схема управления индуктором, 10 - микроконтроллер (МК), 11 - АЦП, 12 - внешнее управление, 13 - ОЗУ; фиг.2а - режим оцифровки сигнала ЭЭГ через равные промежутки времени, фиг.2б - режим управляемого воздействия, т.е. оцифровка сигнала до достижения последним порогового значения П, генерация импульса ЭМП, время задержки Т ₃ оцифровки, снова оцифровка сигнала до порогового значения; фиг.2в - режим неуправляемого воздействия, т.е. пороговое значение (П) ниже минимально возможного значения сигнала ЭЭГ, и, вследствие этого, генерация импульсов ЭМП происходит через равные (Т ₃) промежутки времени (с частотой следования импульсов равной 1 с/Т₃) без синхронизации с биоэлектрической активностью мозга.

Технический результат достигается следующим образом. Биоэлектрическая активность мозга носит апериодический характер. Поэтому некоррелированное с биологической активностью мозга воздействие ЭМП приводит к разнонаправленным и непредсказуемым изменениям функционального состояния ЦНС. Известно, что функциональное состояние ЦНС характеризуется как преобладающим частотным

спектром, так и определенным амплитудным диапазоном сигнала ЭЭГ. В предлагаемом приборе предварительная регистрация электроэнцефалограммы (ЭЭГ) позволяет фиксировать функциональное состояние ЦНС перед воздействием. Для этого определяют средний и максимально возможный уровни мгновенных значений ЭЭГ - сигнала, вычисляют гармоники основных ритмов и среднее амплитудное значение гармоник каждого ритма.

Рассмотрим на примере -ритма.

Привязка временных характеристик воздействия к характеристикам частотного спектра -ритма объясняется следующим образом. -ритм является вторым, после альфа-ритма, ритмом, играющим роль «функционального ядра». -ритм играет существенную роль в механизмах внутрицентральной регуляции и, предположительно, усиливается его функциональное значение в тех с случаях патологических нарушений, когда регулирующая роль альфа-ритма по каким-то причинам оказывается несостоятельной. Для подкорковых структур, отличающихся большей инертностью, -ритм играет, по видимому, ту же роль, которую играет альфа-ритм для коры, т.е. является регулятором, обеспечивающим попеременное открытие и закрытие нервных клеток для информационных потоков. Существуют данные о синхронизирующей роли -ритма, способствующей установлению связи между отдельными структурами мозга. -ритм тесно связан с механизмами регуляции подкорковых структур (прежде всего, структур лимбической системы и гипоталамуса), обеспечивающих регуляцию эмоциональных реакций, тонуса вегетативной нервной системы, центральных механизмов регуляции деятельности сердечнососудистой системы. Есть данные, что отдельные частотные составляющие ЭЭГ являются теми ритмическими регуляторами, которые обеспечивают координацию внутрицентральных взаимоотношений. Это касается и отдельных частотных составляющих -ритма. Наличие на ЭЭГ гиперсинхронизированного ритма с частотой 7 Гц в проекционной зоне неспецифических таламических систем (в центрально-лобных областях) является прогностически благоприятным для последующего формирования альфа-ритма у больных, находящихся в коме после нейрохирургических операций, а возникновение низкочастотной -активности (5 Гц),

распространяющейся на все отделы коры, является, наоборот, прогностически неблагоприятным признаком, свидетельствующим о том, что филогенетически более древние системы мозга вовлекают в свой ритм электрическую активность всего мозга.

Из выше изложенного следует, что использование управляемого воздействия импульсами ЭМП, временные параметры последовательности которых привязаны к -ритму, обеспечивают интегративные системные изменения функционирования подкорковых структур, отвечающих в том числе и за тонус нейронов сосудодвигательного центра. Это повышает физиологичность и эффективность прибора.

Выбор момента включения для воздействия последовательностью импульсов низкоинтенсивного ЭМП характеристик частотного диапазона спектра -ритма формирует направленное воздействие на ЦНС, а именно: позволяют получить адаптивные изменения суммарной биоэлектрической активности (ЭЭГ), связанных с изменением функциональной активности подкорковых структур. Это и приводит, в частности, к нормализации среднего артериального давления (понижение систолического и диастолического давления). Иначе говоря, ЦНС формирует адаптационную реакцию организма на воздействие, но, в отличие от прототипа, в предлагаемом способе адаптацию организма к воздействию используют для направленного адаптивного биоуправления организмом, что исключает отрицательное влияние адаптации организма на процесс лечения. В результате повышается как физиологичность способа, так и эффективность. Кроме того, поскольку в предлагаемом приборе каждый раз используют индивидуальную ЭЭГ, это исключает формирование ЦНС адаптационной реакции организма к усредненным режимам и условиям воздействия, в отличие от прототипа, что так же повышает физиологичность и эффективность заявленного прибора.

Воздействие низкоинтенсивным ЭМП не оказывает, в отличие от прототипа, ударного действия на ЦНС, а действует мягко, что делает адаптационную реакцию организма на воздействие более физиологичной и повышает эффективность способа. Использование для воздействия импульсов низкоинтенсивного ЭМП позволяет максимально сократить продолжительность взаимодействия организма с

электромагнитным полем, что повышает физиологичность и эффективность заявленного прибора.

Прибор работает следующим образом. Сигналы с приемных электродов 1, соответствующие четырем основным ритмам через ЭЭГ2 поступают каждый на свой малошумящий усилитель 3, с выхода которых через коммутатор 4 поочередно через УВХ 7 поступают на АЦП 11, где оцифровываются и запоминаются в ОЗУ 13. С выхода ОЗУ 13 сигналы запрашиваются МК 10, где и проводится их обработка по специальному алгоритму, а именно: рассчитывается среднеквадратичное значение сумм амплитуд , , и ритмов, выбирается среднее значение гармоник каждого ритма и сравнивается со среднеквадратичным всех ритмов и, если эта разница превышает среднеквадратичное, то воздействуют частотой этого ритма через схему управления 9 и индуктор 8 на верхнюю часть головы пациента. При этом индукция электромагнитного поля лежит в пределах 3-5 мТs, а длительность воздействия равна 100-110 сек. После чего снова проводится цикл измерения и при необходимости воздействия повторяется. Данные измерений отображаются на ЖКИ 6, а со схемы внешнего управления 12 режимы измерений и воздействий можно задавать вручную.

1. Прибор для нормализации ритмов головного мозга, содержащий приемные электроды, электроэнцефалограф и индуктор, отличающийся тем, что в него введены малошумящие усилители, коммутатор, устройство выборки и хранения, АЦП, ОЗУ, ЖКИ, МК со схемой управления индуктором и имеет следующие соединения: приемные электроды через электроэнцефалограф соединены с малошумящими усилителями, выходы которых через коммутатор и устройство выборки и хранения соединены с входом АЦП, цифровые выходы последнего соединены с ОЗУ, выходы которого через МК и схему управления соединены с индуктором.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что микроконтроллер первой шиной управления соединен с клавиатурой внешнего управления, второй шиной управления - с ЖКИ, третьей шиной управления - с коммутатором, шиной данных, шинами запись и считывание - с ОЗУ, шинами пуск и готов с АЦП, шиной запись/считывание - с УВХ, шиной управления и шиной обратной связи - со схемой управления.

3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что индукция электромагнитного поля при воздействии на пациента лежит в пределах 3-5 мТs.

4. Прибор по п.1, отличающийся тем, что амплитуды гармоник каждого ритма определяют по быстрому преобразованию Фурье с минимальным шагом разрешения.