RU2124370C1

RU2124370C1 - Method of training of physiological parameter self- control based on biological feedback

Info

Publication number: RU2124370C1
Application number: RU96121962A
Authority: RU
Inventors: М.Б. Штарк; Е.И. Шульман; О.Г. Донская; В.С. Иутин
Original assignee: Институт медицинской и биологической кибернетики СО РАМН; Штарк Маркс Борисович; Шульман Ефим Иосифович
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 1999-01-10

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: value of physiological parameter is shown on monitor screen as motion speed of one of figures participating in distance overcoming competition. At the same time figure of competitor who must be left behind at distance is shown to person being taught. In this case, motion speed of figure demonstrated to person to be taught is set depending on degree of approach of his physiological parameter to desired value. Motion speed of competitor's figure, in case taught person's figure lags behind by more than 0.6 per cent of distance length, is reduced. If competitor's figure lags behind by the same value, its motion speed is increased by 0.1 the difference value between motion speeds of figures of person being taught and competitor. Training is performed in several steps. In every step person being taught chooses competitor from list of competitors by their "sporting indices". If figure of taught person wins at distance subsequent choice is made by him from number of stronger competitors. In case of defeat training is started with first step. EFFECT: enhanced efficiency of training. 1 dwg

Description

Изобретение относится к профилактической медицине и предназначено для обучения саморегуляции физиологических параметров, например релаксации, контингента людей с синдромом напряжения, а также для подготовки к поведению в стрессовых ситуациях, позволяющему избежать отрицательные последствия для здоровья. The invention relates to preventive medicine and is intended to teach self-regulation of physiological parameters, such as relaxation, the contingent of people with stress syndrome, as well as to prepare for behavior in stressful situations, avoiding negative health effects.

Известен способ обучения саморегуляции физиологических параметров [1], включающий непрерывное измерение физиологического параметра у обучающегося, предъявление ему значения данного параметра в реальном масштабе времени в виде звука, тон которого зависит от степени приближения измеряемого параметра к желаемому значению, выполнение обучающимся действий, направленных на достижение им желаемого значения физиологического параметра. A known method of teaching self-regulation of physiological parameters [1], including continuous measurement of the physiological parameter of the student, presenting the value of this parameter in real time in the form of sound, the tone of which depends on the degree of approximation of the measured parameter to the desired value, the student performing actions aimed at achieving them the desired value of the physiological parameter.

Недостатком известного способа является его монотонность, которая приводит к быстрому утомлению и понижению уровня мотивации к обучению. Другими недостатками известного способа является его низкая разрешающая способность, обусловленная тем, что пациент различает по звуку незначительные, но с физиологической точки зрения важные изменения значения параметров, а также невозможность для пациента количественно отследить динамику изменения физиологического параметра в процессе обучения. The disadvantage of this method is its monotony, which leads to rapid fatigue and lower levels of motivation to learn. Other disadvantages of the known method is its low resolution, due to the fact that the patient distinguishes sound insignificant, but from a physiological point of view, important changes in the parameter values, as well as the inability for the patient to quantitatively track the dynamics of changes in the physiological parameter in the learning process.

Наиболее близким к заявленному является способ обучения саморегуляции физиологических параметров [2], принятый за прототип, включающий непрерывное измерение физиологического параметра у обучающегося, предъявление ему его значения на экране дисплея в реальном масштабе времени в виде графика динамики регистрируемого параметра с указанием желаемого значения, которое необходимо достичь в процессе обучения, выполнение обучающимся действий, направленных на достижение последнего. Closest to the claimed is a method of training self-regulation of physiological parameters [2], adopted as a prototype, which includes continuous measurement of the physiological parameter of the student, presenting him his value on the display screen in real time in the form of a graph of the dynamics of the recorded parameter indicating the desired value, which is necessary to achieve in the learning process, the implementation of learner actions aimed at achieving the latter.

Недостатком известного способа, как и для указанного выше аналога является его монотонность, снижающая уровень мотивации к обучению. Это обусловлено тем, что значения физиологического параметра предъявляются пациенту в графическом виде, что при необходимости многократного повторения сеансов обучения приводит к быстрому утомлению. The disadvantage of this method, as for the above analogue is its monotony, reducing the level of motivation to learn. This is due to the fact that the physiological parameter values are presented to the patient in a graphical form, which, if necessary, repeated repetition of training sessions leads to rapid fatigue.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности обучения путем повышения уровня мотивации к обучению. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что на экране дисплея обучающемуся предъявляют значения его физиологического параметра в виде фигуры одного из участников соревнования по преодолению дистанции, скорость движения которой тем выше, чем ближе значения физиологических показателей обучающегося (участника) к желаемым величинам, которых надо достичь в процессе "соревнования" (обучения). Одновременно на экране обучающемуся демонстрируют движущуюся фигуру "соперника", при этом скорость движения фигуры "соперника" при отставании от нее фигуры обучающегося более чем на 0,6 процента от длины дистанции снижают, а при "отставании" "соперника" увеличивают на 0,1 величины разности между скоростями обучающегося (участника) и "соперника". The task to which the invention is directed is to increase the effectiveness of training by increasing the level of motivation to learn. The solution to this problem is ensured by the fact that on the display screen the student is presented with the values of his physiological parameter in the form of a figure of one of the participants in the competition to overcome the distance, the speed of which is higher, the closer the physiological parameters of the student (participant) to the desired values that must be achieved in the process of "competition" (training). At the same time, the learner is shown the moving figure of the “opponent” on the screen, while the speed of the “opponent ”’s figure is reduced by more than 0.6 percent of the distance from the distance of the student’s figure, and when the“ opponent ”is“ lagged ”it is increased by 0.1 the magnitude of the difference between the speeds of the student (participant) and the "opponent".

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Перед началом обучения каждый испытуемый получает инструкцию, согласно которой он должен удобно расположиться в кресле перед экраном монитора и по возможности расслабиться. На указательном пальце руки ему прикрепляют фотодатчик, регистрирующий длительность межпульсового интервала и входящий в состав детектора пульса, подключенного к последовательному порту микрокомпьютера, который производит преобразование в реальном масштабе времени цифрового сигнала в скорость движения участника соревнования, в данном случае лодки в спортивных соревнованиях по заплыву на гребном канале. Скорость движения лодки участника (обучающегося) зависит от степени релаксации обучающегося и соответствует степени достижения желаемого значения межпульсового интервала при оптимальном уровне релаксации. Движение лодки обучающегося как участника соревнования представляется на экране дисплея одновременно с лодкой "соперника", которого он может выбрать себе из предложенного перечня "соперников" по их "спортивным показателям", соразмерив их со своими возможностями. Для имитации реальности соревнований обучающемуся могут быть предъявлены имена, страны и личные рекорды "соперников". Далее обучающийся производит произвольные или рекомендуемые инструкцией действия, направленные на максимальное расслабление, начало этих действий соответствует старту участника и "соперника" в гонке на дистанцию, при этом действия обучающегося (участника) в реальном масштабе времени отражаются на скорости движения его лодки. Скорость лодки соперника определяется его личным рекордом на данной дистанции и может быть фиксированной лишь до того времени, пока расстояние между двумя лодками не превысит 0,6% длины дистанции. Если "соперник" опережает, то его скорость уменьшается, пока не сравняется со средним значением скорости участника (обучающегося) за последние 30 секунд. Если "соперник" отстает, то его скорость увеличивается по такому же алгоритму. Скорость соперника увеличивается или уменьшается за одну секунду на 0,1 величины разности между скоростями участника и соперника. Таким образом, с улучшением результатов участника, улучшаются и результаты соперника. Для победы в гонке обучающегося (участника) требуется, чтобы средняя скорость его лодки была выше средней скорости лодки соперника. В случае победы в последующих заплывах обучающийся (участник) может выбрать себе "соперника" только с более лучшими спортивными результатами, чем у предыдущего "соперника". Таким образом, на всех этапах обучения, кроме первого, для достижения побед участнику необходимо улучшать свой собственный результат на предыдущем этапе. В случае поражения на любом этапе соревновании участие в нем можно продолжать, начиная с первого этапа. Число этапов можно варьировать в зависимости от результативности обучения, но как правило не превышает шести. Before starting training, each subject receives instructions according to which he should comfortably sit in a chair in front of the monitor screen and, if possible, relax. On the index finger of his hand, a photo sensor is attached to him, recording the duration of the interpulse interval and included in the pulse detector connected to the serial port of the microcomputer, which converts the digital signal in real time into the speed of the participant, in this case, boats in sports by swimming in rowing channel. The speed of the boat of the participant (student) depends on the degree of relaxation of the student and corresponds to the degree to which the desired value of the interpulse interval is achieved at the optimum level of relaxation. The movement of the student’s boat as a competitor is presented on the display screen at the same time as the rival’s boat, which he can choose from the proposed list of “rivals” according to their “sports indicators”, comparing them with his abilities. To imitate the reality of the competition, the student may be presented with the names, countries and personal records of “rivals”. Further, the student produces arbitrary or recommended by the instruction actions aimed at maximum relaxation, the beginning of these actions corresponds to the start of the participant and the “opponent” in the distance race, while the actions of the student (participant) in real time are reflected in the speed of his boat. The speed of the opponent’s boat is determined by his personal record at a given distance and can only be fixed until the distance between the two boats exceeds 0.6% of the distance. If the "opponent" is ahead, then his speed decreases until he compares with the average value of the speed of the participant (student) over the past 30 seconds. If the "opponent" is behind, then its speed increases according to the same algorithm. The opponent’s speed increases or decreases in one second by 0.1 of the difference between the speeds of the participant and the opponent. Thus, with the improvement of the participant’s results, the opponent’s results also improve. To win the race of the student (participant), the average speed of his boat should be higher than the average speed of the opponent’s boat. In case of victory in the subsequent heats, the student (participant) can choose his “opponent" only with better sports results than the previous "opponent". Thus, at all stages of training, except the first, to achieve victories, the participant needs to improve his own result at the previous stage. In case of defeat at any stage of the competition, participation in it can continue, starting from the first stage. The number of stages can vary depending on the effectiveness of training, but as a rule does not exceed six.

Для ощущения у обучающегося реальности происходящих соревнований ему могут предлагаться, например, гонки на короткую, среднюю или длинную дистанцию. В реальном процессе обучения релаксации это означает регулирование времени обучения, когда участнику (обучающемуся) предлагают достичь желаемого значения межпульсового интервала в соревнованиях с соперником за 2-2,5 минуты, 4-5 минут или 8-10 минут соответственно. Этапы соревнования могут быть представлены как заплывы на разных каналах в 1/32, 1/16 финала и т.д. вплоть до финальной гонки. To feel the student’s reality of the ongoing competitions, they can be offered, for example, short, medium or long races. In the real process of learning relaxation, this means regulating the learning time when the participant (student) is asked to achieve the desired interpulse interval in competition with an opponent in 2-2.5 minutes, 4-5 minutes or 8-10 minutes, respectively. The stages of the competition can be represented as swims on different channels in the 1/32, 1/16 finals, etc. all the way to the final race.

Реализация способ обучения в описанном выше виде позволяет обучающемуся в процессе сеанса обучения наблюдать за "прямой телевизионной трансляцией" спортивного соревнования на гребном канале, а сигнал обратной связи позволяет ему представить себя в виде одного из участников соревнования, что способствует формированию у обучающегося мотивации к обучению. The implementation of the training method in the form described above allows the student to observe the “live television broadcasting” of the sporting event on the rowing channel, and the feedback signal allows him to imagine himself as one of the participants in the competition, which helps to motivate the student to learn.

Результаты каждой гонки выводятся на экран дисплея в ходе "заплыва", результаты всех соревнований (время участника на дистанции, длительность межимпульсового интервала во время гонки) заносятся в базу данных и могут быть просмотрены после окончания последней гонки. The results of each race are displayed on the display during the "swim", the results of all competitions (time of the participant at a distance, the duration of the inter-pulse interval during the race) are entered into the database and can be viewed after the end of the last race.

Для доказательства работоспособности способа на чертеже (а, б ,в) представлены результаты обучения релаксации 10 человек по предложенному способу. Все испытуемые принимали участие в 10 сеансах тренинга, каждый из которых состоял из восьми гонок. Для каждого испытуемого строились графики динамики средних значений длительностей межпульсового интервала, полученных путем усреднения по всем сеансам, по начальной и конечной частям "заплывов". Затем эти графики были усреднены для всех испытуемых. На чертеже (а) показан такой график, усредненный по всем испытуемым. По оси абсцисс отложен номер сессии ("заплыва"), а по оси ординат - изменение средней величины межпульсового интервала в сессии по сравнению с первой сессией в мс (милисекундах). На чертеже (б,в) показаны результаты такого же усреднения по начальной части сеансов (с первого по пятый) и по конечной (с шестого по десятый) соответственно. Приведенные графики отражают динамику длительностей межпульсового интервала от сессии к сессии и от начальных сеансов к конечным. Анализ графиков показывает, что все испытуемые успешно справлялись с поставленной перед ними задачей - увеличением длительности межпульсового интервала. На начальном этапе у большей части испытуемых не происходит плавного увеличения этого показателя от сессии к сессии, а на конечном этапе такое увеличение составляет от 5 до 12%, что позволяет сделать заключение об эффективности предложенного способа. To prove the efficiency of the method in the drawing (a, b, c) the results of the relaxation training of 10 people according to the proposed method are presented. All subjects took part in 10 training sessions, each of which consisted of eight races. For each subject, graphs of the dynamics of the average durations of the interpulse interval obtained by averaging over all sessions, over the initial and final parts of the “heats” were built. Then, these graphs were averaged for all subjects. Figure (a) shows such a graph averaged over all subjects. The abscissa axis represents the session number (“swim”), and the ordinate axis represents the change in the average value of the interpulse interval in the session compared to the first session in ms (milliseconds). The drawing (b, c) shows the results of the same averaging over the initial part of the sessions (first to fifth) and over the final (sixth to tenth), respectively. These graphs reflect the dynamics of the duration of the interpulse interval from session to session and from initial to final sessions. The analysis of the graphs shows that all the subjects successfully coped with the task set for them - an increase in the duration of the inter-pulse interval. At the initial stage, most of the subjects do not have a smooth increase in this indicator from session to session, but at the final stage this increase is from 5 to 12%, which allows us to draw a conclusion about the effectiveness of the proposed method.

Представление на экране монитора сигнала биологической обратной связи в виде движущихся фигур обучающегося и "соперника" реализуется с помощью специальной программы для ЭВМ "Гребной канал". The presentation on the monitor screen of the biological feedback signal in the form of moving figures of the student and the "opponent" is implemented using a special computer program "Rowing Channel".

Источники информации
1. Schwarts M. S. Biofeedback. A Practitioner's Guide. Second Edition. The Guilford Press. New York, London, 1995, 908 p.Sources of information
1. Schwarts MS Biofeedback. A Practitioner's Guide. Second Edition. The Guilford Press. New York, London, 1995, 908 p.

2. Сохадзе Э.М., Штарк М.Б., Шульман Е.И. Микрокомпьютерная система биотехнической обратной связи. Вестник Академии медицинских наук СССР. -1989, No 3, с. 75-83. 2. Sokhadze E.M., Stark MB, Shulman E.I. Microcomputer biotechnological feedback system. Bulletin of the Academy of Medical Sciences of the USSR. -1989, No 3, p. 75-83.

Claims

A method of teaching self-regulation of physiological parameters based on biological feedback, including the continuous measurement of the physiological parameter of the student, presenting him the value of this parameter on the monitor screen in real time along with the desired value that must be achieved in the learning process, the student performing actions aimed at achieving the desired value of the physiological parameter, characterized in that the value of the physiological parameter of the student is presented on a screen in the form of the speed of one of the figures of the participants in the competition to overcome the distance, at the same time the student is shown the figure of the "opponent", which must be "ahead" at a distance, while the speed of the figure of the "opponent" is set in accordance with the desired physiological parameter value; depending on the degree of approximation of the physiological parameter of the student to the desired value (the figure of the "opponent"), the speed of movement of the figure of the "opponent" when the figure of the student is behind it by more than 0.6% of the distance, is reduced, but with the same lag “rival” increase by 0.1 the difference between the speeds of the student and the “opponent”; at each stage of training, the student is offered to choose an "opponent" from
of the proposed list of “rivals” according to their “sports indicators” and in the case of a student winning the distance, they suggest that he make the next choice from among stronger “rivals”, in case of defeat, training begins from the first stage.