RU2123802C1

RU2123802C1 - Device for correction of man's functional state

Info

Publication number: RU2123802C1
Application number: RU97118236A
Authority: RU
Inventors: Я.И. Левин; Д.Г. Гаврилов
Original assignee: Левин Яков Иосифович; Гаврилов Дмитрий Георгиевич
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 1998-12-27

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: device has series-connected biopotential transducer, amplifier, harmonic conversion unit, integrator, multichannel analyzer, and psychological action forming unit. The latter consists of series-connected relation unit, ranging unit, sound parameter scale former, translator, and sonication unit (synthesizer). Auxiliary input of translator is connected to second output of relation unit, and time interval unit is connected to second input of harmonic transducer unit. It addition, auxiliary inputs of former of sound parameter scale are connected to setting devices of frequency, duration and sound intensity. Tape recorder is connected to sonification unit output. Correction of man's functional state is provided by external sound effect. EFFECT: improved design. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для психофизиологического воздействия на организм человека. The invention relates to medicine and can be used for psychophysiological effects on the human body.

Из уровня техники известны устройства для коррекции функционального состояния человека с помощью биологической обратной связи, содержащие датчики биопотенциалов физиологических параметров, в основном биоэлектрической активности головного мозга или мышц работающего сердца, блоки регистрации электроэнцефалограммы - ЭЭГ или электрокардиограммы - ЭКГ, блоки измерения и преобразования биосигналов и блок управления психофизиологическим воздействием внешней средой в виде звуковых и/или световых сигналов (см. авт.св. СССР 1745204 кл. A 61 B 5/04, 1992 г.; патент США 3896790, кл. A 61 B 5/04, 1975 г. ; патент США 3913567, кл. A 61 B 5/04, 1975 г.). Однако, несмотря на различие в конструктивном выполнении, в этих известных устройствах сигналы воздействия выбирают, как правило, путем предварительного подбора по оптимизации отклонения регистрируемого параметра биосигнала от заданной величины без взаимосвязи с психофизиологическими особенностями конкретного организма, что снижает эффективность коррекции функционального состояния человека. The prior art devices for correcting the functional state of a person using biological feedback, containing sensors of biopotentials of physiological parameters, mainly bioelectric activity of the brain or muscles of the working heart, blocks of registration of electroencephalograms - EEG or electrocardiograms - ECG, blocks of measurement and conversion of biosignals and block control of the psychophysiological impact of the external environment in the form of sound and / or light signals (see ed. St. USSR 1745204 cl. A 61 B 5/04, 1992 g .; US patent 3896790, class A 61 B 5/04, 1975; US patent 3913567, class A 61 B 5/04, 1975). However, despite the difference in the design, in these known devices, exposure signals are selected, as a rule, by preliminary selection to optimize the deviation of the recorded parameter of the biosignal from a given value without interrelation with the psychophysiological characteristics of a particular organism, which reduces the efficiency of correction of a person’s functional state.

Наиболее близким к изобретению является устройство для психофизиологического воздействия на организм, содержащее последовательно включенные датчики биопотенциалов, усилитель с блоком гармонического преобразования сигнала электроэнцефалограммы в частотный спектр с выделением полосы частот, соответствующей альфа-ритму, интегратор, формирующий сигнал, пропорциональный мощности альфа-ритма, и блок формирования психофизиологического воздействия (см. авт. св. СССР 1780716, кл. A 61 B 5/04, 1992 г.). При этом на выходе звукового индикатора формируется сигнал психологического воздействия в виде "шума дождя" с уровнем, пропорциональным мощности альфа-ритма, что достаточно однозначно представляет информацию о биологической обратной связи, но не отображает в полной мере индивидуальные особенности функционального состояния организма и соответственно не позволяет эффективно корректировать психофизиологические расстройства, нарушение сна и т.п. Closest to the invention is a device for psychophysiological effects on the body, containing sequentially connected biopotential potential sensors, an amplifier with a unit for harmoniously converting the electroencephalogram signal into a frequency spectrum with a frequency band corresponding to the alpha rhythm, an integrator generating a signal proportional to the alpha rhythm power, and unit for the formation of psychophysiological effects (see ed. St. USSR 1780716, class A 61 B 5/04, 1992). At the same time, a psychological impact signal is generated at the output of the sound indicator in the form of “rain noise” with a level proportional to the alpha rhythm power, which quite unambiguously presents information about biological feedback, but does not fully reflect the individual characteristics of the functional state of the body and therefore does not allow effectively correct psychophysiological disorders, sleep disturbance, etc.

Изобретение направлено на создание устройства, обеспечивающего коррекцию функционального состояния человека путем внешнего звукового воздействия, адекватно отображающего биоэлектрическую активность физиологической жизнедеятельности конкретного индивидуума. The invention is directed to the creation of a device that provides correction of the functional state of a person by external sound exposure, adequately reflecting the bioelectric activity of the physiological life of a particular individual.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве для коррекции функционального состояния человека, содержанием последовательно включенные датчики биопотенциалов, усилитель, блок гармонического преобразования, интегратор и блок формирования психологического воздействия с генератором звуковых колебаний, согласно изобретению между блоком гармонического преобразования и интегратором включен многополосный анализатор, а ко второму входу блока гармонического преобразования дополнительно подключен блок временного интервала, при этом блок формирования психофизиологического воздействия состоит из последовательно включенных блока отношений, блока ранжирования, формирователя шкалы параметров звука, транслятора и блока озвучивания, например, в виде синтезатора, при этом дополнительный вход транслятора связан со вторым выходом блока отношений. The solution of this problem is ensured by the fact that in the device for correcting the functional state of a person, the content includes biopotential sensors, an amplifier, a harmonic transformation unit, an integrator and a psychological impact generation unit with a sound vibration generator, according to the invention, a multiband analyzer is connected between the harmonic transformation unit and the integrator, and to the second input of the harmonic transform block an additional temporal int block is connected tearing, thus forming unit psychophysiological effects consists of series-connected unit relationships ranking unit scale sound generator parameters of the translator and scoring unit, such as a synthesizer, wherein the additional input of the translator is connected to the second output unit relations.

Кроме того, дополнительные входы формирователя шкалы параметров звука соединены с задатчиком шкалы частоты звука, задатчиком шкалы длительности звука и задатчиком шкалы силы звука, а к выходу блока озвучивания может быть подключено средство для записи звука, например магнитофон. In addition, the additional inputs of the shaper of the scale of sound parameters are connected to the dial of the scale of the frequency of sound, the dial of the scale of the duration of sound and the dial of the scale of sound strength, and sound recording means, such as a tape recorder, can be connected to the output of the scoring unit.

На чертеже представлена блок-схема заявленного устройства для коррекции функционального состояния. The drawing shows a block diagram of the claimed device for correcting a functional state.

Устройство содержит последовательно включенные датчики 1 биопотенциалов (ДП) в виде электродов для снятия, например, электроэнцефалограммы, усилитель 2 биопотенциалов (УБ), блок 3 гармонического преобразования (БГП), многополосный анализатор (МП) 4, интегратор (И) 5, блок 6 отношений (БОт), блок 7 ранжирования (БР), формирователь 8 шкалы параметров звука (ФШПЗ), транслятор (Т) 9 и блок 10 озвучивания (БОз). При этом ко второму входу блока 3 гармонического преобразования подключен блок 11 временного интервала (БВИ), второй выход блока 6 отношений (БО) соединен со вторым входом транслятора (Т) 9, к дополнительным входам формирователя 8 шкалы параметров звука (ФШПЗ) подключены задатчик 12 шкалы частоты звука (V), задатчик 13 шкалы длительности звука (τ) и задатчик 14 шкалы силы звука (I). Блок 9 озвучивания (БО) выполнен в виде синтезатора, к выходу которого может быть подключен магнитофон 15 для записи звуковых сигналов, отображающих индивидуальное психофизиологическое состояние человека. The device contains sequentially connected sensors 1 biopotentials (DP) in the form of electrodes for taking, for example, electroencephalograms, amplifier 2 biopotentials (UB), block 3 harmonic conversion (BHP), multi-band analyzer (MP) 4, integrator (I) 5, block 6 relations (BOT), block 7 ranking (BR), shaper 8 scale sound parameters (FSHP), translator (T) 9 and block 10 scoring (BOS). At the same time, a time interval block (BVI) 11 is connected to the second input of the harmonic transformation unit 3, the second output of the relationship unit 6 (BO) is connected to the second input of the translator (T) 9, the setter 12 is connected to the additional inputs of the shaper 8 of the sound parameter scale (FSB) scales of sound frequency (V), dial 13 of sound duration scale (τ) and dial 14 of sound strength scale (I). Block 9 scoring (BO) is made in the form of a synthesizer, to the output of which a tape recorder 15 can be connected to record sound signals that reflect the individual psychophysiological state of a person.

Устройство для коррекции функционального состояния человека работает следующим образом. A device for correcting the functional state of a person works as follows.

Наиболее универсальной и адекватно отражающей функциональное и психофизиологическое состояние индивидуума является электроэнцефалограмма - ЭЭГ, которую заявленное устройство преобразует во внешнее звуковое воздействие в виде "музыки мозга". При этом электроды датчика 1 снимают биопотенциалы, возникающие в результате биоэлектрической активности, сопровождающей работу головного мозга, сигнал ЭЭГ усиливается и очищается от артефактов в усилителе 2 и поступает на вход в блок 3 гармонического преобразования, на второй вход которого поступает сигнал с блока 11 временного интервала. В блоке 3 гармонического преобразования зарегистрированную, например, в течение 10 с ЭЭГ, разделяют на равные временные интервалы, длительностью, например, в 1 секунду, и преобразуют в частотный спектр ЭЭГ. На выходе блока 3 гармонического преобразования формируются сигналы спектральных интервалов, которые в зарегистрированной последовательности поступают в многополосный анализатор 4, где из каждого спектрального интервала ЭЭГ выделяют по меньшей мере две стандартные частотные полосы, соответствующие, например, θ- диапазону (4,0 - 7,9 Гц) и β- диапазону (13,0 - 32,0 Гц). The most universal and adequately reflecting the functional and psychophysiological state of an individual is an electroencephalogram - EEG, which the claimed device converts into an external sound effect in the form of “brain music”. In this case, the electrodes of the sensor 1 remove the biopotentials arising as a result of bioelectric activity accompanying the brain, the EEG signal is amplified and cleared of artifacts in the amplifier 2 and fed to the input of the harmonic transformation unit 3, the second input of which receives the signal from the block 11 of the time interval . In the harmonic conversion unit 3, an EEG recorded, for example, for 10 s, is divided into equal time intervals, for example, lasting 1 second, and converted to an EEG frequency spectrum. At the output of the harmonic transformation unit 3, signals of spectral intervals are generated, which in a recorded sequence are fed to a multi-band analyzer 4, where at least two standard frequency bands corresponding, for example, to the θ-band (4.0 - 7, 9 Hz) and β-range (13.0 - 32.0 Hz).

Выделенные частотные полосы поступают в интегратор 5, формирующий цифровые сигналы, пропорциональные спектральной плотности мощности θ- и β- интервалов (Piθ и Piβ), которые поступают в блок 6 отношений, где для каждого интервала во временной последовательности формируются сигналы (Ki), пропорциональные отношению спектральных плотностей мощности θ- и β- интервалов, которые поступают в блок 7 ранжирования, формирующий граничные значения промежутка (ΔK) между минимальным (K_min) и максимальным (K_max) значениями отношений плотностей мощности θ- и β- интервалов. Эти сигналы поступают на вход формирователя 8 шкалы, параметров звука, в который также подаются числовые граничные значения от задатчика 12 шкалы частоты звука, соответствующие 36 нотам трех октав для фортепьяно (малой, первой и второй), граничные значения от задатчика 13 шкалы длительности звука, соответствующие 8 долям длительности, и граничные значения от задатчика 14 шкалы силы звука, соответствующие 8 градациям громкости. Формирователь 8 шкалы параметров звука осуществляет запоминание введенных граничных значений параметров звука (V, τ, I) и их соответствующее последовательное распределение в равномерный ряд по введенному промежутку ΔK и формирует дискретно-кодовые значения пропорционально образованным шкалам параметров музыкального звука (Av, Bτ, CI). На вход транслятор 9 с выхода блока 6 отношений поступают в первоначально зарегистрированной последовательности временных интервалов текущие значения (Ki), по которым на основании введенных из формирователя 8 шкалы параметров звука дискретно-кодовых значений шкал музыкального звука определяется числовая музыкальная последовательность, поступающая на вход блока 10 озвучивания (синтезатор), где посредством звуковой карты она преобразуется во внешнее звуковое воздействие - в музыкальный звук, названный нами "музыкой мозга".The selected frequency bands enter the integrator 5, which generates digital signals proportional to the power spectral density of the θ and β intervals (Piθ and Piβ), which enter the relationship unit 6, where signals (Ki) are generated for each interval in the time sequence, proportional to the ratio power spectral density θ- and β- slots that arrive at ranking unit 7 forming boundary values gap (ΔK) between the minimum (K _min) and maximum (K _max) values of density ratio and power θ- yn β- ervalov. These signals are input to the shaper 8 of the scale, sound parameters, which also receive numerical boundary values from the dial 12 of the sound frequency scale, corresponding to 36 notes of three octaves for the piano (small, first and second), boundary values from the dial 13 of the sound duration scale, corresponding to 8 fractions of duration, and boundary values from the setter 14 of the scale of sound power, corresponding to 8 gradations of volume. Shaper 8 of the sound parameters scale stores the entered boundary values of sound parameters (V, τ, I) and their corresponding sequential distribution in a uniform row over the entered interval ΔK and generates discrete-code values proportionally to the formed scales of musical sound parameters (Av, Bτ, CI) . At the input of the translator 9, from the output of the relationship unit 6, the current values (Ki) are received in the initially recorded sequence of time intervals, according to which, based on the sound parameters of the discrete code values of the musical sound scales, the numeric musical sequence is determined at the input of block 10 scoring (synthesizer), where by means of a sound card it is converted into an external sound effect - into a musical sound, which we called "brain music".

Таким образом, в заявленном устройстве в блоках 6, 7, 8, 9, 10, которые составляют блок формирования психологического воздействия 16, происходит преобразование частотного спектра электропотенциалов физиологической активности во внешнее звуковое воздействие в виде музыкальной композиции, основанное на аналогии между колебательным характером изменения регистрируемых биосигналов (например, электроэнцефалограммы, электрокардиограммы, электрогастрограммы, электромиограммы, электроретинограммы и т. д.) и колебательной природой звука, которая реализуется как критериальная зависимость между обобщенным характерным параметром (K) биоэлектрической активности, представляющим собой отношение спектральных плотностей мощности двух выделенных из частотного спектра стандартных частотных диапазонов и параметрами генерируемого музыкального звука (Av, Bτ, CI), что наиболее адекватно отражает индивидуальные особенности функционального состояния человека при формировании внешнего звукового воздействия и позволяет эффективно корректировать различные психофизиологические расстройства. Thus, in the claimed device in blocks 6, 7, 8, 9, 10, which make up the psychological impact formation unit 16, the frequency spectrum of the physiological activity electric potentials is converted into an external sound effect in the form of a musical composition, based on the analogy between the oscillatory nature of the changes recorded biosignals (e.g., electroencephalograms, electrocardiograms, electrogastrograms, electromyograms, electroretinograms, etc.) and the vibrational nature of sound, which it is realized as a criterion dependence between the generalized characteristic parameter (K) of bioelectric activity, which is the ratio of the power spectral densities of two standard frequency ranges extracted from the frequency spectrum and the parameters of the generated musical sound (Av, Bτ, CI), which most adequately reflects the individual characteristics of a person’s functional state in the formation of external sound exposure and can effectively correct various psychophysiological disorders a.

Записанная на магнитный носитель посредством магнитофона 15 "музыка мозга" в дальнейшем может наиболее успешно применяться для лечения нарушений сна. Для этого записывают в благополучный момент полигамму сна пациента, включая электроэнцефалограмму, выбирают на ЭЭГ участки 2-ой стадии, дельта-сна и фазы быстрого сна, соответствующие международным критериям, преобразуют зарегистрированную информацию посредством заявленного устройства в "музыку мозга", которую записывают на магнитный носитель. Корректировку функционального состояния пациента осуществляют каждый вечер в течение 15 минут перед сном путем прослушивания своей благополучной, стимулирующей "музыки мозга", в результате чего существенно улучшается субъективная характеристика сна и объективная структура сна. Recorded onto a magnetic medium through a tape recorder 15, “brain music” can then be most successfully used to treat sleep disorders. To do this, record the patient’s sleep polygamma at a favorable moment, including an electroencephalogram, select the 2nd stage, delta sleep, and REM phases that meet international criteria on the EEG, convert the recorded information through the claimed device into “brain music”, which is recorded on magnetic carrier. The correction of the patient’s functional state is carried out every evening for 15 minutes before bedtime by listening to his successful, stimulating “brain music”, as a result of which the subjective characteristic of sleep and the objective structure of sleep are significantly improved.

Аппаратурное оформление блоков заявленного устройства может быть выполнено на основе персонального компьютера с использованием специального программного обеспечения "Музыка мозга". The hardware design of the blocks of the claimed device can be performed on the basis of a personal computer using special software "Music of the brain."

Claims

1. A device for correcting the functional state of a person, containing sequentially connected biopotential sensors, an amplifier, a hormone transformation unit, an integrator and a psychological impact generation unit with a sound vibration generator, characterized in that a multiband analyzer is connected between the harmonic transformation unit and the integrator, and to the second input the harmonic transformation unit, an additional time interval unit is connected, while the formation unit is psychophysiological This exposure consists of a series-connected relationship block, a ranking block, a shaper of the sound parameters scale, a translator, and a scoring block, with the additional input of the translator connected to the second output of the relationship block.

2. The device according to claim 1, characterized in that the additional inputs of the shaper of the sound parameter scale are connected to a sound frequency adjuster, a sound duration adjuster, and a sound adjuster.

3. The device according to claim 1, characterized in that the means for recording sound is connected to the output of the scoring unit.