PL198204B1 - Sposób biologicznego sprzężenia zwrotnego do wykrywania sygnałów biologicznych użytkownika, zwłaszcza do wykrywania i samoregulacji stanów neurologicznych i psychofizjologicznych - Google Patents

Abstract

1. Sposób biologicznego sprz ezenia zwrotnego do wykrywania sygna lów biologicznych u zytkownika, zw laszcza do wykrywania i samoregulacji stanów neurologicznych i psychofizjologicznych, w którym w jednostce centralnej, zaopatrzonej w system wspoma- gania decyzji, tworzy si e profil okre slony dla danego u zytkownika dla wyboru indywidualnego protoko lu cwicze n, a towarzysz ace sk ladniki softwarowe konfiguruje si e i przenosi do modularnej jednostki przeno snej, znamienny tym, ze sk lada si e z nast epuj a- cych kroków - okre sla si e i ocenia stany neurologiczne i neuropsychologiczne i wzajemne oddzia lywania pomi edzy stanami neuropsychologicznymi a innymi systemami w oparciu o elektroencenfalogramy (EEG) i wywo lan a aktywno sc mózgu, jak równie z za pomoc a pionowych elektrokulogramów (VEOG) lub poziomych elektrokulogramów (HEOG), elektrokardiogramów (EKG) lub krzywych oddechowych, - ustala si e profil specyficzny dla danego u zytkownika oraz pro- tokó l treningu, przy czym na podstawie tego profilu konfiguruje si e jednostk e centraln a i przygotowuje jednostk e przeno sna - przeprowadza si e treningi aktywno sci u zytkownika albo przy pomocy jednostki centralnej albo przeno snej oraz - wykorzystuje si e wyniki wyliczenia potencja lów za pomoc a metod analizy sygna lów i porówna n statystycznych ze stanem wyj sciowym lub grup a wzorcow a do prezentacji wyników przez trenera i monitoringu. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu biologicznego sprzężenia zwrotnego do wykrywania sygnałów biologicznych użytkownika, zwłaszcza do wykrywania i samoregulacji stanów neurologicznych i psychofizjologicznych, w którym to sposobie określa się i ocenia sygnały pobierane na użytkowniku.

W szczególności wynalazek umożliwia realizację określonego dla danego użytkownika systemu biologicznego sprzężenia zwrotnego dla spontanicznej i wywoływanej aktywności mózgu oraz jej wpływu przy wzajemnych oddziaływaniach z innymi systemami fizjologicznymi i jest realizowany na bazie zespołu centralnego i zespołu przenośnego.

W dziedzinie biologicznego sprzężenia zwrotnego, a zwłaszcza elektroencefalograficznego biologicznego sprzężenia zwrotnego lub neurologicznego sprzężenia zwrotnego istnieją różne systemy, urządzenia i sposoby do stosowania w praktyce klinicznej, na przykład opisane w następujących opisach patentowych:

Patent USA nr 5.740.812 zawiera metodykę i urządzenie do biologicznego sprzężenia zwrotnego z elektroencefalografem podczas przeprowadzania określonych zadań, takich jak na przykład praca przy komputerze, zabawa itd. Należące do tego wynalazku urządzenie złożone jest ze słuchawek nagłownych, na którym zamocowane są czujniki elektroencefalograficzne. Wychwycone sygnały elektroencefalograficzne są następnie oceniane za pomocą komputera, przy czym za pomocą akustycznego i wizyjnego sprzężenia zwrotnego pokazywana jest koncentracja i czujność człowieka.

W patentach USA nr 5.465.729 i 5.343.871 opisane są urządzenia do akustycznego i wizyjnego sprzężenia zwrotnego, przy czym sekwencje fonii i wizji odwzorowują rzeczywiste sceny, tak że można wywoływać żądane stany psychiczne. Uaktywnienie pożądanych parametrów fizjologicznych jest nagradzane. Kontrolowanie tych parametrów jest przy tym umożliwione przez przypominanie pokazanych scen.

Według patentu USA nr 5.406.957 opracowano urządzenie z biologicznym sprzężeniem zwrotnym w pewnych pasmach częstotliwości, wykrywanych przez szybką transformację fourierowską. Sprzężenie zwrotne realizowane jest za pomocą sygnałów akustycznych lub wypowiadanych wyrazów.

W patencie USA nr 5.036.858 przedstawiono urządzenie do akustycznego i wizyjnego sprzężenia zwrotnego, przy którym równocześnie z obliczoną częstotliwości elektroencefalograficzną prezentowana jest również różnica względem żądanej częstotliwości.

Z patentu USA nr 5.024.235 znane jest urządzenie do akustycznego i wizyjnego sprzężenia zwrotnego, w którym określa się amplitudę pasma częstotliwości sygnałów elektroencefalograficznych i porównuje z wartością progową.

Patent USA nr 3.890.957 opisuje urządzenie do akustycznego sprzężenia zwrotnego, w którym na podstawie określonego w wykrywanym sygnale przejścia przez zero wytwarzany jest sygnał stałoprądowy, który jest wykorzystywany do modulowania akustycznych sygnałów wyjściowych.

W przypadku znanego z patentu USA nr 3.821.949 urządzenia do biologicznego sprzężenia zwrotnego w wielu kanałach wykrywa się określone częstotliwości sygnału, a po osiągnięciu wartości zadanej wytwarza się na wyjściu odpowiednie sygnały akustyczne.

Najbardziej rozpowszechnione, w dziedzinie urządzeń, rozwiązania techniczne stwarzają możliwość sprzęgania zwrotnego większej liczby sygnałów fizjologicznych, takich jak EMG, temperatura, oddychanie, przewodność skóry, i EEG. W dziedzinie sprzężenia zwrotnego aktywności mózgu człowieka istnieją urządzenia, które realizują sprzężenie zwrotne różnych składowych EEG, takich jak rytmy θ, α i β, rytm SMR lub stosunki tych aktywności mózgu. Istniejące urządzenia dają trenerowi ograniczony wybór ustalonych protokółów neurologicznego sprzężenia zwrotnego, przy czym stosuje się z góry przewidziane położenia elektrod. Metoda biologicznego sprzężenia zwrotnego stosowana bardzo często przy całkowicie różnych schorzeniach neurologicznych bazuje przykładowo na rytmie SMR. Jednakże postępuje się przy tym przeważnie bez uwzględnienia specyfiki określonego pacjenta, ponieważ istniejąca technika nie zapewnia wystarczającej elastyczności i miejsca dla indywidualnego kształtowania leczenia.

Problemy w odniesieniu do wymagań skutecznej strategii wynikają z ograniczeń techniki urządzeń elektroencefalograficznych, jaką dysponuje rynek. Sprzęt pomiarowy przeważnie nie zapewnia zadowalającego ujmowania określonych składowych sygnałów, dostarczane oprogramowanie jest przeważnie nakierowane na rutynowe badania elektroencefalograficzne i realizują tylko konwencjonalne sposoby opracowywania danych. Do sterowania sprzężenia zwrotnego przy elektroencefalograficznych procesach uczenia się potrzebne jest ciągłe nadzorowanie w trybie bezpośrednim zmian

PL 198 204 B1 częstotliwości i amplitudy rytmów podstawowych. Znane sposoby sterowania elektroencefalograficznego sprzężenia zwrotnego bazują na analizach danych z dłuższych okienek czasu lub odcinków czasowych. Możliwa jest przy tym sygnalizacja zwrotna poprzez skutek sterowania rytmem tylko w odstępach kilkusekundowych. Nie ma zwłaszcza metod topograficznych o wysokiej rozdzielczości w czasie i częstotliwości, za pomocą których można by w trybie bezpośrednim badać dynamikę procesów mózgowych z uwzględnieniem stochastycznego charakteru elektroencefalografii. Nie ma zatem warunków do zrozumienia dokładnej czasowej mikrostruktury fizjologicznych i patologicznych zdarzeń w mózgu.

Ponadto praktyka wykazuje, że przykładowo przy trenowaniu użytkowników epileptycznych na bazie powolnych potencjałów sesje biologicznego sprzężenia zwrotnego powinny być przeprowadzane z częstością, co najmniej 2-3 sesje na tydzień przez kilka miesięcy. Szczególnie dla użytkowników czynnych zawodowo lub mających odległe miejsce zamieszkania wydaje się to trudne do realizacji, w związku, z czym często rezygnują z tego rodzaju leczenia. Trudności stwarza również faza późniejsza, w której użytkownik ze względu na brak urządzeń nie ma możliwości kontrolowania prawidłowości ćwiczeń.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu, za pomocą, którego otrzymuje się określone wskazania do wielokrotnego, indywidualnego stosowania przez użytkownika profilu, wykorzystywanego przy nadzorowanym treningu początkowym, jak również poza praktycznym treningiem.

Według wynalazku zadanie to zostało rozwiązane przez sposób biologicznego sprzężenia zwrotnego do wykrywania sygnałów biologicznych użytkownika, w którym w jednostce centralnej, zaopatrzonej w system wspomagania decyzji tworzy się, określony dla danego użytkownika profil dla wyboru indywidualnego protokołu ćwiczeń, a towarzyszące składniki softwarowe konfiguruje się i przenosi do modularnej jednostki przenośnej, charakteryzuje się tym, że składa się z następujących kroków - określa się i ocenia stany neurologiczne i neuropsychologiczne i wzajemne oddziaływania pomiędzy stanami neuropsychologicznymi a innymi systemami w oparciu o elektroencenfalogramy (EEG) i wywołaną aktywność mózgu, jak również za pomocą pionowych elektrokulogramów (VEOG) lub poziomych elektrokulogramów (HEOG), elektrokardiogramów (EKG) lub krzywych oddechowych,

- ustala się profil specyficzny dla danego użytkownika oraz protokół treningu, przy czym na podstawie tego profilu konfiguruje się jednostkę centralną i przygotowuje jednostkę przenośną

- przeprowadza się treningi aktywności użytkownika albo przy pomocy jednostki centralnej albo przenośnej oraz

- wykorzystuje się wyniki wyliczenia potencjałów za pomocą metod analizy sygnałów i porównań statystycznych ze stanem wyjściowym lub grupą wzorcową do prezentacji wyników przez trenera i monitoringu.

Korzystnie wywołane potencjały wykrywa się lub steruje się nimi za pomocą stymulacji wizualnej, akustycznej i poznawczej.

Sprzęganie jednostki centralnej i urządzenia przenośnego przy nadzorowaniu, kontroli i ocenie sesji oraz przy uaktualnianiu protokołów biologicznego sprzężenia zwrotnego przeprowadza się korzystnie przez przekazywanie przez Internet lub za pomocą protokółów łączności.

Wynalazek umożliwia realizację elastycznego, zintegrowanego, wielokanałowego systemu zawierającego części składowe do indywidualnych wskazań wielokrotnego, wykorzystywanego indywidualnie profilu oraz do nadzorowanego treningu początkowego. Na podstawie protokółu dostosowanego do tego systemu centralnego można opracować zbudowany modułowo, indywidualnie dostosowany aparat ruchomy do użytku domowego lub poza praktycznym treningiem, np. do stosowania w późniejszej fazie. Można, zatem również zrealizować nadzorowanie, kontrolę i ocenę wielu odbywających się równocześnie, niekoniecznie w jednym miejscu, sesji i uaktualnianie protokółu biologicznego sprzężenia zwrotnego poprzez Internet lub protokóły komunikacyjne.

Wynalazek ma w szczególności następujące zalety:

- Realizacja następuje z jednym systemem centralnym i sprzęganym z nim przenośnym systemem miniaturowym.

- Zintegrowany z zespołem centralnym Profiler służy jako system wspomagania decyzjj przy tworzeniu wykorzystywanego indywidualnie dla użytkownika profilu na podstawie wyboru trenowanych aktywności, przy czym następuje obiektywne nadanie ważności strategii biologicznego sprzężenia zwrotnego za pomocą metod analizy sygnałów i badań statystycznych w odniesieniu do stanu wyjściowego i w odniesieniu do grupy normalnej.

PL 198 204 B1

- Możliwe jest swobodne interaktywne kształtowanie protokółów biologicznego sprzężenia zwrotnego przez trenera wykorzystując dane w postaci wyrażeń i funkcji matematycznych, jak na przykład:

(Αα01) + AaOz) + ΑαΟ2))/Αθ(Οζ) - suma amplitud czynności α pod elektrodami O1, Oz, O2 podzielona przez amplitudę czynności θ pod elektrodą Oz (P[10-12](Oz))/(P[8-10](Oz)) - stosunek chwilowej mocy (elektroda Oz) aktywności w zakresie częstotliwości 10 < f < 12 Hz do chwilowej mocy w zakresie częstotliwości 8 < f < 10 Hz.

F(P3) - chwilowa częstotliwość aktywności pod elektrodą P3

ASMR(C3) - amplituda SMR - pozycja C3

SCP(Cz) - powolny potencjał kory mózgowej pod Cz

C(C4) - lokalna koherencja - pozycja C4

- Konfigurację oprogramowania systemu przenośnego realizuje się przez zestawienie poszczególnych części składowych oprogramowania przy ustawieniu protokołu na systemie centralnym i przekazaniu go z systemu centralnego na system przenośny.

- Nadzorowanie, kontrola i ocena sesji oraz uaktualnianie protokołów biologicznego sprzężenia zwrotnego można przeprowadzać poprzez Internet (przykładowo stosując zintegrowane internetowe układy scalone (Web-Chips)) lub za pomocą protokołów komunikacyjnych.

- Nadzorowanie i kontrola wielu sesji przeprowadzanych równocześnie, niekoniecznie w jednym miejscu, za pomocą systemu przenośnego umożliwione są przez system centralny poprzez urządzenie monitorowania biologicznego sprzężenia zwrotnego w przychodniach, szpitalach i studiach, albo za pomocą telemonitoringu biologicznego sprzężenia zwrotnego przy trenowaniu przykładowo w domu.

- Swobodny wybór kanału sprzężenia zwrotnego lub lokalizacji na korze mózgowej (np. ośrodek mowy, ośrodek muzyki itd.) możliwy jest przy równoczesnym monitorowaniu sygnałów rzeczywistych i parametrów sprzężenia zwrotnego wszystkich ujmowanych kanałów w systemie centralnym.

- Istnieje możliwość równoczesnego ujmowania składowych elektroencefalogramu, takich jak rytmy 6, a, (3 i podobne rytmy elektroencefalograficzne wolniejszych składowych (SCP) i innych sygnałów poligraficznych.

- Istnieje również możliwość integrowania wzajemnych oddziaływań z innymi systemami fizjologicznymi, których procesy mogą być wspomagające trenowane, przy czym przeprowadza się stałą kontrolę tych oddziaływań i korelacyjnych oraz funkcjonalnych współzależności z głównym procesem sprzężenia zwrotnego (przykład: monitorowanie lub sprzężenie zwrotne zależności pomiędzy powolnymi potencjałami mózgowymi a oddychaniem).

- Istnieje możliwość wykrywania nienormalnych aktywności mózgu, zwłaszcza epileptycznych elementów wykresowych i wzywania do treningu z biologicznym sprzężeniem zwrotnym.

- Istnieje ponadto możliwość ujmowania i zwrotnego sprzęgania wywoływanych potencjałów przez zastosowanie licznych wizualnych, akustycznych i łącznych stymulacji w systemie centralnym, przykładowo przez sprzężenie z wizualnym lub akustycznym perymetrem lub innymi wizualnymi, akustycznymi, somatosensorycznymi jednostkami stymulacji.

-W systemie centralnym możliwy jest zmienny czas trwania i łączenie sesji sprzężenia zwrotnego, odstępów pomiędzy bodźcami i przerw.

- Wybieranie różnych sposobów przetwarzania sygnałów lub parametrów dla tego samego kanału, albo dla różnych kanałów i ich równoczesne zobrazowanie w celu optymalizowania protokółu sprzężenia zwrotnego w systemie centralnym.

- Stosowanie adaptacyjnych rekursywnych szacunków na podstawie ciągłego sterowania sprzężenia zwrotnego w trybie bezpośrednim.

- System zawiera multimedialne moduły sprzężenia zwrotnego, które dają się indywidualnie konfigurować przez wybieranie lub importowanie plików muzycznych, filmowych, obrazów lub drgań przez trenera, ewentualnie również przez użytkownika. Czułość sprzężenia zwrotnego można również ustawiać indywidualnie.

- Sterowanie filmów poprzez sprzężenie zwrotne; przykładowo odtwarzanie filmu trwa tylko tak długo, jak długo odpowiednia aktywność jest sterowana w żądanym kierunku. W przeciwnym razie odtwarzanie filmu zostaje zatrzymane.

- Realizacja centralnego systemu przeprowadzana jest korzystnie w układzie z dwoma monitorami (monitor użytkownika i monitor trenera) albo z dwoma komputerami osobistymi (łączność np.

PL 198 204 B1 poprzez RS 232 lub TCP/IP), albo w układzie z jednym komputerem osobistym z wykorzystaniem łączności wewnętrznej (np. DDE, TCP/IP).

- System taki umożliwia kompatybilność z pospolitymi systemami poligraficznymi i elektroencefalograficznymi, a przez to realizację na bazie urządzeń dostępnych na rynku i nie wymaga żadnych specjalnych rozwiązań sprzętowych.

- Możliwe jest zastosowanie do sprzężenia zwrotnego monitora, panelu wizyjnego, wideookularów lub wyświetlacza nagłownego.

- Miniaturowy system przenośny można zrealizować na bazie przenośnego komputera, komputera noszonego na ciele, komputera typu palmtop lub konsoli do gier.

Dzięki wysokiej funkcjonalności, elastyczności i możliwościom indywidualnego optymalizowania nie tylko zwiększono skuteczność treningów z neurologicznym sprzężeniem zwrotnym, ale stworzono nowe perspektywy leczenia przez kształtowanie nowych protokółów biologicznego sprzężenia zwrotnego. Rozwiązanie przenośne oferuje użytkownikowi tanią alternatywę, pozwalającą na niezależność terminową i przez to swobodne planowanie. Ponadto przez połączenie systemu centralnego z wieloma systemami przenośnymi można do kontrolowania użytkowników stworzyć przestrzenie monitorowania biologicznego sprzężenia zwrotnego i zmniejszyć przez to personel.

Wynalazek jest poniżej opisany dokładniej na podstawie przykładu wykonania, w którym figury na załączonym rysunku przedstawiają:

figura 1 - metodyczny przebieg sposobu według wynalazku z biologicznym sprzężeniem zwrotnym, figura 2 - schemat przebiegu treningu z neurologicznym sprzężeniem zwrotnym, figura 3 - schematyczny obraz systemu neurologicznego sprzężenia zwrotnego, figura 4 - schemat działania systemu neurologicznego sprzężenia zwrotnego, a figura 5 - schemat blokowy zminiaturyzowanego zespołu przenośnego.

Jak pokazano na fig. 1, kwantyfikacja elektroencefalogramu (QEEG), uzyskana za pomocą długotrwałego monitorowania, stanowi punkt wyjściowy tego sposobu. Dzięki temu z elektroencefalogramu zdjętego w spoczynku lub, w zależności od przeznaczenia, podczas różnych metod prowokacji, można uzyskać parametry, które opisują stan użytkownika. Za pomocą zdefiniowanego uprzednio wektora parametrów określa się profil określony dla indywidualnego użytkownika. W profilu tym oprócz wielkości uzyskanych przez kwantyfikację zdejmowane są również indywidualne dane użytkownika, takie jak przykładowo informacje o chwilowym stanie emocjonalnym i o otoczeniu, zdarzeniach z przeszłości, wynikach badań psychologicznych lub badań ilorazu inteligencji. Określony dla użytkownika profil wykorzystuje się następnie do ustalenia strategii przy terapii neurologicznej lub przy biologicznym sprzężeniu zwrotnym. Podczas pierwszych sesji biologicznego sprzężenia zwrotnego, które należy traktować jako początkowe, dodatkowo przeprowadza się monitorowanie rzeczywistych sygnałów oraz parametrów sprzężenia zwrotnego poprzez wszystkie kanały. Możliwy jest również wybór różnych sposobów przetwarzania sygnałów dla jednego lub różnych kanałów. Przy ustalaniu sposobu optymalnego dla użytkownika, to znaczy przy wybieraniu aktywności, lokalizacji na korze mózgowej, sposobu obliczania, wyzwalania rozpoczęcia sprzężenia zwrotnego i modalności paradygmatów stymulacji w przypadku wywoływania można albo w systemie scentralizowanym, albo w systemie domowym (po dowiezieniu odpowiednich modułów) przeprowadzić określoną liczbę procedur treningowych. Później można ponownie przeprowadzić monitorowanie długotrwałe z dołączoną kwantyfikacją. Profil stale rozszerza się świeżo uzyskanymi parametrami. Na podstawie wybranego sposobu statystycznego i według wstępnie określonych kryteriów można przeprowadzać porównanie pomiędzy wektorami stanu. Wynik służy do ocenienia skutku zastosowanej terapii z neurologicznym sprzężeniem zwrotnym. Wyniki oceny służą do dostosowywania metod leczenia. Oznaczałoby to, że przy nieskutecznym sterowaniu pewnej aktywności można by ją zastąpić w przyszłych sesjach terapeutycznych sterowaniem innej aktywności lub przez kombinację kontroli różnych parametrów elektroencefalogramu.

Na fig. 2 przedstawiono przebieg treningu z neurologicznym sprzężeniem zwrotnym.

Centralny układ biologicznego sprzężenia zwrotnego złożony jest, jak to pokazano na fig. 3, z następujących członów składowych: sterowanie pomiarami i stymulacją przyjmowanie sygnałów, przetwarzanie sygnałów, zobrazowanie sygnałów, sprzężenie zwrotne oraz (ewentualnie) stymulowanie.

Dla fazy początkowej ważne jest stosowanie wielokanałowych odprowadzeń przy badaniach neurologicznego sprzężenia zwrotnego. Umożliwia to stopniowo wyraźnie coraz lepsze traktowanie korelacji stwierdzeń funkcjonalnych i morfologicznych. Należy oczekiwać, że przez uwzględnianie szczegółów topograficznych patologicznych sygnałów elektroencefalograficznych i przez skuteczne monitorowanie w trybie bezpośrednim można wykoncypować indywidualną dla danego użytkownika

PL 198 204 B1 i skuteczną terapię poprzez neurologiczne sprzężenie zwrotne. Ponadto można równocześnie wyprowadzać inne sygnały biologiczne. W ten sposób można podejmować wartościowe konkluzje dotyczące skorelowanych w czasie zjawisk towarzyszących lub innych przebiegów fizjologicznych lub patologicznych i uwzględniać je przy biologicznym sprzężeniu zwrotnym.

Aby otrzymać pełne informacje o przebiegającym procesie fizjologicznym można zdejmować dane poligraficzne, obejmujące np. EEG, VEOG, HEOG, EKG i krzywą oddychania. Do tworzenia elektroencefalogramu wykorzystuje się położenia zainstalowanych systemów przeprowadzania pomiarów elektroencefalograficznych. Zdejmowanie sygnałów przeprowadza się w odniesieniu do połączonych wyrostków sutkowatych. Możliwe są również inne sposoby montażu, takie jak poprzeczny, wzdłużny i skroniowy. Impedancje przejścia ustawia się na wartość mniejszą niż 3 kom. Potrzebne jest ustawienie filtru w zakresie 0-70 Hz, przy czym składowa stała (0 Hz) potrzebna jest przeważnie przy zdejmowaniu powolnych potencjałów (SCP). Częstotliwość odczytywania wynosi 100-500 Hz. Zdejmowanie pozostałych sygnałów przeprowadzane jest dwubiegunowo. Badanie EEG i EOG przeprowadza się przy zastosowaniu elektrod zmniejszających przesunięcie i dryft. Krzywą oddychania zdejmuje się za pomocą pasa oddechowego. Trening z biologicznym sprzężeniem zwrotnym po początkowym badaniu i sesji sprzężenia zwrotnego przeprowadza się przy użyciu silnie zmniejszonej liczby elektrod, która jest zależna od wyboru aktywności.

System neurologicznego sprzężenia zwrotnego powinien być stosowany elastycznie i dawać przy tym przeprowadzającemu trening możliwość badań eksperymentalnych. Z tego powodu założenia wstępne dla kontroli powinny być tworzone przez aktywność wywoływaną jak również przez aktywność spontaniczną. W pierwszym przypadku obok metod prowokacji stosowanych rutynowo w neurologii konieczne są liczne procedury stymulowania. Przykładami są paradygmat S1-S2, paradygmat odd-ball, stymulacje wizualne za pomocą karty Checkera lub perymetru itp.

Wymaganie elastyczności implikuje uwzględnianie większej liczby spontanicznych i wywoływanych aktów działalności mózgu. W pierwszym rzędzie wybierane są te sygnały, których zastosowanie doświadczalne w ramach procedury neurologicznego sprzężenia zwrotnego łączyło się z pozytywnym rezultatem terapeutycznym. Przykładami takich rytmów elektroencefalograficznych są rytmy θ, α, β, SMR, albo ich kombinacje. Do obszaru ERP zalicza się CNV, CPV, P300, VEP i inne. Dodatkowo uwzględnia się zależności pomiędzy różnymi lokalizacjami na korze mózgowej, takie jak asymetrie dwustronne, koherencje dwustronne i lokalne. Superpozycja odpowiednich sygnałów elektroencefalograficznych z wieloma artefaktami pochodzenia biologicznego i nie biologicznego powoduje, że nie można rezygnować ze skutecznej obróbki wstępnej. Przy wywieraniu metod i algorytmów trzeba w tym miejscu, uwzględniając czas rzeczywisty, zastosować kompromis w sensie optymalnej jakości sygnału.

Programy przetwarzania sygnałów stanowią rdzeń systemu neurologicznego sprzężenia zwrotnego. Wyniki oceny potencjału wykorzystuje się przy tym czterema różnymi sposobami:

- do redukcji artefaktów;

- do prezentacji wyników i kontroli przez trenera lub personel medyczno-techniczny. Można przy tym zestawiać i prezentować kombinację złożoną z wielkości bezpośrednio zmierzonych i obliczonych;

- do sterowania sprzężeniem zwrotnym;

- do późniejszej przeprowadzanej w trybie pośrednim oceny sesji neurologicznego sprzężenia zwrotnego oraz do statystycznego porównania z przeszłymi sesjami lub z istniejącymi danymi przekrojowymi.

W pierwszych trzech przypadkach w grę wchodzą tylko sposoby realizowane w trybie bezpośrednim, albo sposoby, przy których oceny przeprowadza się okresowo (tryb quasi-bezpośredni) w zależności od rodzaju obliczania wprowadza się sposoby należące do następujących grup:

- sposoby okienkowe, np. FFT, obliczanie względem linii podstawowej, uśrednianie, korelowanie, korekcja VEOG, korekcja HEOG;

- sposoby rekursywne, jak np. szacowanie adaptacyjno-rekursywne (ARE).

Ponieważ do sterowania wykorzystuje się wartości wielkości sterujących obliczone z danych zmierzonych, chwilowy stan sprzężenia zwrotnego stanowi określony, zmierzony stan fizjologiczny użytkownika. Właściwe sprzężenie zwrotne polega na tym, że stan ten jest spostrzegany przez użytkownika w multimedialnym zobrazowaniu (np. akustycznym, wizualnym lub audiowizualnym), a poprzez takie zobrazowanie można najpierw uchwycić zmianę tego stanu w ramach procedury treningu, a następnie trenować. Budowa sprzężenia zwrotnego powinna być łatwa i niezbyt skomplikowana. W przedstawionym tu systemie sprzężenie zwrotne realizuje się w postaci wysokojakościowych animacji, filmów, muzyki lub

PL 198 204 B1 drgań, którymi można sterować poprzez RS 323, DDE lub TCP/IP. Stosuje się zarówno rodzaje zorientowane ruchowo jak i rodzaje zorientowane siłowo. Możliwe jest dopasowanie rozwiązania sprzężenia zwrotnego do możliwości użytkownika (w indywidualnym obszarze parametrów sterowanego sygnału). Pliki potrzebne do mechanizmu sterowania (obrazy, muzyka, filmy) mogą być w określonych formatach wprowadzane dowolnie przez trenera lub ewentualnie przez użytkownika.

Podstawę centralnego systemu stanowi poligraficzne urządzenie elektroencefalograficzne (przetwornik prądu stałego na prąd przemienny ze wzmacniaczem). Dzięki temu można elastycznie kształtować układy pomiarowe. Możliwa konfiguracja byłaby przykładowo następująca: 28 jednobiegunowych kanałów elektroencefalograficznych i 4 dwubiegunowe kanały dla VEOG, HEOG, EKG i oddychania.

Figura 4 wyjaśnia schemat działania systemu neurologicznego sprzężenia zwrotnego. Aby wytworzyć potrzebne sprzężenie zwrotne, trzeba najpierw przenieść strumień danych ze wzmacniacza do komputera pomiarowego. Następnie z tych surowych danych oblicza się parametry służące do sterowania sprzężeniem zwrotnym. Konstrukcja układu sterowania sprzężeniem zwrotnym według opisanych trzech możliwości (przez RS 323, DDE lub TCP/IP) umożliwia realizację centralnego systemu z zastosowaniem dwóch komputerów osobistych i dwóch monitorów, albo też przez zastosowanie jednego komputera osobistego i jednego lub dwóch monitorów. Zespół przenośny realizuje się przy tym na bazie komputerów przenośnych, komputerów noszonych na ciele, komputerów typu palmtop lub konsol do gier. Zarówno w przypadku systemu centralnego jak i w przypadku systemu przenośnego można stosować albo pospolite komputery, np. z wyświetlaczem TFT, jak również specjalne okulary ciekłokrystaliczne ze zintegrowanymi słuchawkami, przykładowo osobisty monitor ciekłokrystaliczny lub wyświetlacz nagłowny. Wymienione możliwości pozwalają na dodatkową miniaturyzację i używanie rozwiązania przenośnego w ruchu. Schemat tego rodzaju układu przedstawiono na fig. 5.

Wykaz oznaczeń

QEEG kwantyfikowany EEG

EEG elektroencefalografii

EKG elektrokardiogram

BF biologiczne sprzężenie zwrotne

NT terapia neurologiczna

NF neurologiczne sprzężenie zwrotne

S1, S2 bodziec

ISI odstęp czasowy pomiędzy bodźcami

SCP powolny potencjał kory mózgowej

DSV cyfrowe przetwarzanie sygnałów

VEOG pionowy elektrookulogram

HEOG poziomy elektrookulogram

DDE dynamiczna wymiana danych

EMG elektromyogram

FFT szybka transformacja fourierowska

VEP potencjał wywoływany wizualnie

ERP potencjał odniesiony do zdarzenia

CNV kontyngentna wariacja ujemna

CPV kontyngentna wariacja dodatnia

TCP/IP protokół sterowania transmisji poprzez protokół internetowy

PC komputer osobisty

EOG elektrookulogram

Claims (3)

1. Sppsóó biolooigcneeg spprzężnia zwrotneegddwykrywania ssynałówbiolooicznyyhuzytkownika, zwłaszcza do wykrywania i samoregulacji stanów neurologicznych i psychofizjologicznych, w którym w jednostce centralnej, zaopatrzonej w system wspomagania decyzji, tworzy się profil określony dla danego użytkownika dla wyboru indywidualnego protokołu ćwiczeń, a towarzyszące składniki softwarowe

PL 198 204 B1 konfiguruje się i przenosi do modularnej jednostki przenośnej, znamienny tym, że składa się z następujących kroków

- określa się i ocenia stany neurologiczne i neuropsychologiczne i wzajemne oddziaływania pomiędzy stanami neuropsychologicznymi a innymi systemami w oparciu o elektroencenfalogramy (EEG) i wywołaną aktywność mózgu, jak również za pomocą pionowych elektrokulogramów (VEOG) lub poziomych elektrokulogramów (HEOG), elektrokardiogramów (EKG) lub krzywych oddechowych,

- ustala się profil specyficzny dla danego użytkownika oraz protokół treningu, przy czym na podstawie tego profilu konfiguruje się jednostkę centralną i przygotowuje jednostkę przenośną

- przeprowadza się treningi aktywności użytkownika albo przy pomocy jednostki centralnej albo przenośnej oraz

- wykorzystuje się wyniki wyliczenia potencjałów za pomocą metod analizy sygnałów i porównań statystycznych ze stanem wyjściowym lub grupą wzorcową do prezentacji wyników przez trenera i monitoringu.

2. Sposób weeług zastrz. 1, znamiennn ttym że wywołane potencjały wykrywa się; I ub steruje się nimi za pomocą stymulacji wizualnej, akustycznej i połączonej.

3. Spooch weełuu zastry. 1 albo 2, znnmieenn że spruęęgriie 1 aenestei centraΙη^ I nuządzenia przenośnego przy nadzorowaniu, kontroli i ocenie sesji oraz przy uaktualnianiu protokołów biologicznego sprzężenia zwrotnego przeprowadza się przez przekazywanie przez Internet lub za pomocą protokołów łączności.