RU2061406C1 - Способ пробуждения человека в фиксированную фазу сна и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к бытовой медицинской технике. Разработаны способ и устройство для ежедневного естественного пробуждения человека в оптимальную для психофизиологического состояния в соответствии с заранее установленным временем. Способ основан на регистрации электроэнцефалограммы и выявлении определенной фазы сна, которую индивидуально подбирают и устанавливают и с которой синхронизировано включение звукового сигнала в заданный определенный интервал времени, фиксированного для включения пробуждающего сигнала. Изобретение может быть использовано для создания оптимального психоэмоциального состояния, организации здорового образа жизни, поддержания работоспособности и профилактики невротических и психосоматических расстройств. Предназначен для широкого практического использования. 1 ил.

Description

Изобретение относится к бытовой медицинской технике. Оно может быть использовано для создания оптимального психоэмоционального состояния, организации здорового образа жизни, поддержания работоспособности и профилактики невротических и психосоматических расстройств.

Как известно, сон имеет огромное значение в жизнедеятельности и здоровья человека [1,2] С ним связано общее психоэмоциональное состояние человека, интеллектуальная и физическая деятельность, восстановление физических сил, работоспособности, снятие утомления. Во время сна происходит избирательный отбор информации и формирование долговременной памяти. Во сне эмоциогенные зоны мозга освобождаются от избыточных эмоциональных возбуждений, накопившихся в течение бодрствования, происходит эмоциональная релаксация. Сон влияет на вегетативные функции, снижает уровень метаболических процессов в организме. Во время сна в мозге происходит выработка биологически активных веществ эндогенных пептидов, гормонов (например, пропактина), от которых зависит психоэмоциональное состояние, биологическая регуляция жизненно-важных функций, и уровень которых снижается при бодрствовании [3]
По своей электроэнцефалографической структуре сон неоднороден. Во время ночного сна регистрируются 5 стадий, которые периодически повторяются и имеют свою физиологическую специфику [1,3] 1-я дремота или стадия засыпания, 2-я стадия неглубокого, медленного сна, 3-я и 4-я стадии дельта-сна, 5-я стадия "быстрый сон" или "парадоксальная стадия сна".

В настоящее время детально изучены фазы сна и описаны различные нарушения ЭЭГ структуры сна при психоневротических и других заболеваниях. Сон является антистрессорным фактором и вместе с тем психоэмоциональное напряжение стресс вызывают в числе невротических расстройств нарушения сна и его структуры.

Важнейшим компонентом в цикле сон-бодрствование является пробуждение. Этот процесс сопряжен с резким изменением функции мозга и всего организма. У многих людей состояние пробуждения вызывает психоэмоциональное напряжение и сопровождается подавленным настроением, головной болью, слабостью и т.д. Особенно это проявляется при насильственном подъеме у детей и связано с психофизиологическим статусом личности ("совы и жаворонки"). Многие дети - школьники, студенты испытывают огромное психоэмоциональное напряжение при фиксированном утреннем подъеме и как следствие, на первых уроках или занятиях, проявляют снижение внимания и интеллектуальных способностей. К сожалению, этот вид эмоционального напряжения, вызванный систематическим, неадекватным, насильственным пробуждением до сих пор серьезно не рассматривался.

Однако с ним могут быть связаны психоневротические расстройства, снижение интеллектуальных способностей, повышение утомляемости, сонливость, плохое настроение, предрасположенность к эмоциональному стрессу и вегетативным нарушениям и в конечном счете, ухудшение здоровья.

Очевидно, что при внешнем насильственном пробуждении с помощью будильника или других лиц не может быть учтена оптимальная фаза сна и сон может внезапно прерваться в неподходящий момент. Вместе с тем от того, в какой именно фазе сна проснется человек, может существенно зависеть его психоэмоциональное состояние, настроение, работоспособность в течение дня, устойчивость к стрессу. Систематическое пробуждение в неоптимальную фазу сна может стать причиной невротических расстройств и прочих нарушений.

Психологические наблюдения показывают, что самостоятельно проснувшись рано утром, человек испытывает хорошее самочувствие и настроение, но если он заснул вновь и проснулся через несколько часов в результате уже внешнего сигнала, то он может испытывать усталость, вялость, подавленное настроение и т. д. Это же подчеркивает житейский общечеловеческий опыт, когда мы говорим: "встал не с той ноги". Поэтому, если невозможно исключить из жизни фиксированное, насильственное пробуждение, то по крайней мере, необходимо обеспечить пробуждение в оптимальную для психофизиологического состояния человека фазу сна. Ни один из известных в настоящее время способов и устройств эту задачу не решают.

Уровень техники.

В повседневной жизни обычным способом фиксированного пробуждения является использование часов ("будильника") с предварительной установкой назначенного времени для подачи пробуждающего звукового сигнала.

Однако совершенно очевидно, что фиксированная во времени подача пробуждающего сигнала может попадать в разные фазы сна, а значит при внешнем насильственном пробуждении человек может проснуться в неоптимальную для его психофизиологического состояния и здоровья фазу сна. В утреннем пробуждении после ночного сна отсутствует какая-либо связь с физиологическими стадиями сна.

В качестве прототипа использован известный способ пробуждения человека в различные стадии сна (4), основанный на регистрации ЭЭГ человека во время ночного сна, распознавании фаз сна по разработанным критериям и подаче пробуждающего сигнала при появлении в ЭЭГ активности, соответствующей определенной фазе сна.

Сущность изобретения.

Цель изобретения создание условий для ежедневного естественного пробуждения человека в оптимальную для психоэмоционального состояния фиксированную фазу сна в соответствии с заранее установленным временем.

Пробуждение в определенную фазу сна необходимо для снижения психоэмоционального напряжения, профилактики невротических психосоматических заболеваний, повышения интеллектуальной и физической работоспособности, улучшения настроения, восприятия памяти и в конечном счете сохранения здоровья.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью датчиков электродов регистрируют в одном или двух отведениях электроэнцефалограмму (ЭЭГ), по которой определяют и устанавливают фазу сна. Миниатюрные электроды, не причиняющие неудобство во время сна, фиксируют на голове. Регистрируемый сигнал поступает в портативный прибор, который находится вблизи со спящим человеком. Датчики и прибор не причиняют неудобств и не связывают движения спящего человека.

Предварительно, как это делают с обычными часами-будильником, устанавливают время, в которое включается звуковой сигнал, вызывающий пробуждение спящего человека, также предварительно каждый человек, использующий прибор, устанавливает для себя определенную фазу сна, в которую он хотел бы проснуться. С помощью микропереключателей, имеющихся в приборе, он заранее устанавливает выбранную фазу сна. Пробуждающий сигнал (звонок) возникает в пределах установленного для пробуждения времени в выбранную фазу сна.

В настоящее время разработана классификация стадий ночного сна человека, даны количественные и качественные методы их оценки (3). По классификации выделяют 5 стадий ночного сна человека:
1-я дремота или стадия засыпания,
2-я стадия неглубокого, медленного сна,
З-я и 4-я стадии дельта-сна,
5-я стадия "быстрый сон" или "парадоксальная стадия сна".

Анализ стадий сна производится по 20-30 сек интервалами записи электроэнцефалограммы (ЭЭГ). 1-я стадия характеризуется относительно низковольтной ЭЭГ со смешанной частотой колебаний, 1-я стадия является переходной от состояния бодрствования ко сну, что проявляется уменьшением альфа-активности (8-12 Гц). Длительность 1-й стадии обычно невелика и у здоровых людей редко бывает больше 10-15 мин. В конце 1-й стадии могут начать появляться короткие веретена сна ритмическая активность частотой 12-14 Гц, хорошо выделяющиеся из фоновой ритмики. Когда веретена сна превысят по длительности 0,5 сек, наступит вторая стадия сна.

2-я стадия сна занимает чуть меньше половины всего времени ночного сна и получила название "сонных веретен", т.к. наиболее яркой ее чертой является наличие в ЭЭГ феноменов веретенообразной, обычно билатеральной синхронной ритмической активности с частотой колебаний 12-16 Гц, которую обозначают, как "сигма-ритм". Между сонными веретенами регистрируется смешанная активность различной частоты, среди которой преимущественно тетра-ритм (4-8 Гц) и дельта-ритм (0,5-4 Гц).

3-я стадия сна характеризуется всеми чертами 3-й стадии, в которой добавляется наличие на ЭЭГ медленных дельта колебаний no амплитуде не менее 50 мкВ и частотой менее 2 Гц, занимающих от 20-50% времени записи.

4-я стадия сна характеризуется возникновением на ЭЭГ медленных дельта колебаний с амплитудой не менее 50 мкВ и частотой менее 2 Гц, занимающих более 50% времени записи.

Дельта-сон очень синхронизирован в детском возрасте. Глубокие стадии дельта-сна более выражены в начале и постепенно уменьшаются к концу сна.

5-я стадия сна "быстрый или парадоксальный" сон характеризуется на ЭЭГ десинхронизацией с появлением бетта-ритма 18- 32 Гц и низкоамплитудной смешанной активностью с присутствием тета-ритма.

Первые четыре фазы сна в норме занимают 75-80% всего времени сна, а на фазу "быстрого сна" приходится в общей сложности 20-25% Сон человека имеет правильную атипическую организацию. Завершенным циклом считается отрезок сна, в котором происходит последовательная смена стадий медленного сна, заканчивающаяся фазой "быстрого сна".

У здоровых людей за ночь отмечаются 4-5 завершенных циклов сна, т.е. каждый цикл в среднем, составляет 1,5-2 часа. В первых циклах отмечается большее количество дельта-сна, чем в последующих циклах сна. Последние циклы обычно состоят в основном, из второй стадии и фазы "быстрого она". Энцефаллографическое исследование ночного сна является объективным и высокоинформативным способом оценки эффективности и качества ночного сна человека (3).

Электроэнцефаллографическая структура сна зависит от многих факторов: индивидуальных психофизиологических особенностей личности, возраста, пола, продолжительности сна, характера деятельности, умственного и физического утомления, эмоционального перенапряжения, состояния вегетативной и эндокринной систем, депринация сна, приема алкоголя и сон может быть различным в различные дни недели.

На сон влияют многочисленные экзогенные (внешние) и эндогенные (внутренние) факторы. Среди внешних факторов смена часового пояса, сменная работа, нарушающие цикл сна и бодрствования и т.д. Многочисленным факторы внешние, вызывающие нарушения сна. Одним из наиболее часто проявляющимися в повседневной жизни являются невротические расстройства сна.

Таким образом, по своим физиологическим характеристикам сон весьма индивидуален и изменчив. Поэтому каждый человек может иметь свою определенную фазу сна, которая будет оптимальной для пробуждения.

В силу перечисленных многочисленных особенностей личности и разнообразных внешних обстоятельств, даже у одного человека оптимальная для пробуждения фаза сна может быть не постоянной и тем более, она может отличаться у разных людей. Этим определяется то, что в разработанном способе человек сам выбирает для себя определенную фазу сна, предназначенную для пробуждения, а затем на основании самооценки и объективного анализа психофизиологического состояния определяется оптимальность выбранной для пробуждения фазы сна.

В настоящее время имеются и широко используются методы комплексного психофизиологического тестирования с целью определения статуса здоровья человека. Естественно под влиянием многих причин может произойти смена оптимальной для пробуждения фазы сна. Например, это может быть связано с выходом из невротического состояния, исключением из употребления лекарственных средств, перехода на новый режим активной деятельности, сменой сезона и т.д. Ясно, что в каждом конкретном случае человек имеет возможность подобрать для себя и субъективно и объективно проконтролировать оптимальную для психофизиологического выбранной им для пробуждения фазы сна.

Для осуществления способа нами разработано и предложено устройство. Известное устройство портативный электроэнцефаллограф с анализатором ритма, с помощью которого осуществляется регистрация ЭЭГ человека, и в частности, во время сна с одновременным автоматическим анализом ЭЭГ-ритмов и выделением фаз сна (2,4,8).

Также известны разнообразные виды часов-будильников: механические, электронные, которые обеспечивают в заранее установленное время подачу сигнала, обычно звукового, воздействующего пробуждающим образом на человека.

Однако среди известных устройств, используемых для пробуждения, нет приборов, которые обеспечивали бы пробуждение человека путем подачи сигнала в заранее установленное время и в фиксированную фазу сна. Тем более, нет приборов, в которых эта фаза сна предварительно индивидуально устанавливалась и при необходимости могла бы быть путем повторного программирования изменена на другую.

Цель и существенные признаки изобретения изложены при описании способа.

Устройство является портативным переносным прибором, во время использования находящееся рядом со спящим (на столе или под подушкой).

Разработанное устройство позволяет регистрировать электроэнцефалограмму (ЭЭГ), не создавая неудобств спящему человеку, заранее устанавливать время для включения пробуждающего звукового сигнала, индивидуально подбирая для пробуждения фазу сна, оптимальную для психофизиологического состояния человека. Для этой цели в приборе предусмотрено предварительное программирование выбираемой для пробуждения фазы сна.

Структурная схема устройства представлена на чертеже.

Для регистрации сигнала ЭЭГ используют стандартные миниатюрные датчики (1) контактные электроды в виде двух тонких круглых пластинок диаметром не более 1 см, которые фиксируют на поверхности головы. С помощью тонких эластичных проводов электроды подключены и выходу блока усилителя (2), выполненного на стандартных интегральных схемах. Выходной сигнал с блока усилителя поступает на вход стандартного частотного анализатора ЭЭГ (З), который производит частотный анализ ЭЭГ по заданным частотам, соответствующим известным ритмам ЭЭГ: альфа-ритм, бета-ритм, дельта-ритм, тета-ритм. Выход блока частотного анализатора соединен со входом частотного дискриминатора (4) с задаваемой фиксированной полосой частотной дискриминации (а,б,в).

Блок частотного дискриминатора (4) может быть выполнен в виде двух функционально равноценных вариантов: первом в аналоговом варианте или во втором цифровом (кодовом) варианте.

Аналоговый вариант. Внешним переключением микропереключателей устанавливают фиксированный диапазон частот, соответствующий одному из поступающих на вход ритму ЭЭГ. Частотный дискриминатор пропускает на выход только тот ритм ЭЭГ, который совпадает с заданным.

Цифровой (кодовый) вариант.

Также с помощью микропереключатели устанавливают заранее определенный ритм ЭЭГ в кодовом переключателе. Выходной сигнал из блока частотного анализатора поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), в котором каждый диапазон частот соответствующих ритму ЭЭГ, преобразовывается в импульсный код. Далее в схеме сравнения блока частотного дискриминатора происходит сравнение с заданной в кодовом переключателе ритма ЗЭГ с поступившим на вход схемы сравнения. При совпадении заданного и текущего ритма происходит срабатывание схемы сравнения и на выходе частотного дискриминатора возникает импульсный сигнал.

Выходной сигнал частотного дискриминатора в виде определенное частоты (аналоговый вариант), или импульсного разряда (цифровой вариант), поступает на вход блока электронного реле (5), который включает пробуждающий звуковой сигнал электронных часов (6). Ко всем блокам подключен вход блока питания, который может быть выполнен в виде автономного питания (батарейного, аккумуляторного) или низковольтного питания (1-5В) от сети.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Перед сном устанавливают миниатюрные электроды (1) за поверхности головы, так как это обычно делают для регистрации ЭЭГ во сне (3). Предусмотрено несколько вариантов для фиксации пары электродов: приклеивание или использование специальной легкой душки, прижимающей электроды к поверхности головы. Перед сном, также как и в обычных часах (будильнике) устанавливают фиксированное время (t) для пробуждающего сигнала, а также с помощью микропереключателей (а,б,в) задают определенную фазу сна. За час до установленного времени автоматически включается питание (7) устройства. С этого момента сигнал регистрируемой электроэнцефалограммы поступает в усилитель (2), а затем в частотный анализатор (3), который выделяет текущее затем в частотный анализатор (3), который выделяет текущее значение ЭЭГ по ритмам, соответствующим фазам сна. С выхода частотного анализатора сигнал, отражающий текущий частотный спектр ЭЭГ, поступает на вход частотного дискриминатора, который выделяет в ЭЭГ, заранее установленный ритм, соответствующей определенной фазе сна. Пробуждающим сигналом может быть обычный звонок или мелодия, создаваемая синтезатором звука в электронных часах (6). В частотном дискриминаторе (4) предусмотрена для контроля визуальная индикация (например, на светодиодах) конкретной фазы сна, в которой раздался пробуждающий сигнал. Такой контроль необходим для проверки действительного соответствия пробуждающего сигнала заранее установленной фазе сна. В случае, если в установленный период времени до момента пробуждения заданная фаза сна не появится в ЭЭГ, то пробуждающий сигнал включится в фиксированное время.

Все блоки устройства выполнены на известных стандартных радиоэлектронных элементах с применением больших интегральных схем, описанных в различных справочниках и руководствах (5,6,7).

Литература.

1. Хессет Дж. Введение в психологию, 1981. М. Мир, с. 247.

2. Войн А.М. Три трети жизни. М. Знание, 1991, с. 240.

3. Войн А.М. Хехт К. Сон человека: физиология и патология, М. Медицина, 1969, с. 272.

4. Данилин В.П. Латаш Л.П. Субъективная оценка длительности и периодов собственного ночного сил при пробуждении и в разных его стадиях, фазах, циклах в журн. Доклады АН СССР, 1972, 204, 3, стр. 748 751.

5. Логическое проектирование СБИС. М. Мир, 1968, с. 309.

6. Савельев Я.Я. Прикладная теория цифрового анализа, 1987, 272 с.

7. Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства. М. Радио и связь, 1964, с. 400.

Claims (3)

1. Способ пробуждения человека в фиксированную фазу сна, включающий регистрацию биоэлектрической активности мозга, определение фаз сна, воздействие пробуждающим сигналом в различные фазы и субъективную оценку качества сна, отличающийся тем, что эмпирически определяют фазу сна, пробуждение в которую связано с оптимальным психофизиологическим состоянием последующего бодрствования, пробуждающий сигнал синхронизируют с электрической активностью мозга найденной фазы сна в заданный интервал времени.
2. 2. Устройство для пробуждения человека в фиксированную фазу сна, содержащее контактные датчики-электроды, подключенные через усилитель к входу частотного анализатора, отличающееся тем, что к выходу частотного анализатора подключен вход частотного дискриминатора, выход которого соединен с входом реле, выход которого подключен к входу электронных часов (будильника).
3. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что частотный дискриминатор выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и блока сравнения, другие входы которого подключены к выходам переключателя частотного регистра памяти, при этом вход АЦП является входом частотного дискриминатора, выходом которого являтся выход блока сравнения.