RU2166280C2

RU2166280C2 - Способ оценки состояния вегетативной нервной системы

Info

Publication number: RU2166280C2
Application number: RU99114287/14A
Authority: RU
Inventors: П.В. Жуков; В.Г. Богданов; А.Б. Семенюта; А.А. Момот
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Группа ЭПОС"
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2001-05-10

Abstract

Изобретение относится к медицине, в частности к психофизиологии, и может быть использовано для психологического контроля состояния биологических объектов. Техническим результатом является повышение точности оценки. Сущность способа оценки состояния вегетативной нервной системы состоит в том, что производится оценка состояния вегетативной нервной системы путем совместного анализа характеристик электродермальной и двигательной физиологических компонент. В качестве физиологических показателей используют сигнал электродермального состояния и сигнал мышечной активности тела человека, проводят одновременное измерение значений сигналов указанных показателей, усиливают их, затем разделяют электродермальный сигнал на две составляющие - сигнал электрокожной проводимости и сигнал кожно-гальванической реакции, после чего проводят обработку трех полученных сигналов путем их преобразования в соответствующие цифровые значения, совместной оценки их параметров, стандартизации полученных результатов, их статистического взвешивания и определения уровня стресса, причем при превышении сигналом мышечной активности определенного порогового значения сигналы электродермального состояния блокируются. Это позволяет повысить точность оценки вегетативной нервной системы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области медицины, в частности к психофизиологии, и может быть использовано для психологического контроля состояния биологических объектов.

Известен способ оценки эмоциональной и стрессовой напряженности, заключающийся в оценке динамики кожно-гальванической реакции на повторяемые значимые и незначимые вопросы (патент РФ N 2068653, кл. A 61 B 5/16, 1995 г.). Недостатком известного способа является недостаточная точность полученного результата в связи с использованием одного физиологического показателя и сложность применяемого оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ оценки психофизиологического состояния человека, заключающийся в определении изменений физиологических показателей во времени, вычислении значений числовых характеристик изменчивости этих показателей и оценке состояния по близости совокупностей величин этих характеристик к эталонам (авторское свидетельство СССР N 1814875, кл. A 61 B 5/16, 1981 г.). Недостатком известного способа является необходимость применения стационарного оборудования.

Техническим результатом предложенного способа оценки состояния вегетативной нервной системы является повышение точности оценки.

Технический результат в предложенном способе оценки состояния вегетативной нервной системы достигается тем, что в качестве физиологических показателей используют сигнал электродермального состояния и сигнал мышечной активности тела человека, проводят одновременное измерение значений сигналов указанных показателей, усиливают их, затем разделяют электродермальный сигнал на две составляющие - сигнал электрокожной проводимости и сигнал кожно-гальванической реакции, после чего проводят обработку трех полученных сигналов путем их преобразования в соответствующие цифровые значения, совместной оценки их параметров, стандартизации полученных результатов, их статистического взвешивания и определения уровня стресса, причем при превышении сигналом мышечной активности определенного порогового значения, сигналы электродермального состояния блокируют.

Перечень фигур чертежей.

Фиг. 1 - пример реализации способа оценки состояния вегетативной нервной системы.

Фиг. 2 - алгоритм обработки сигналов.

Современные наиболее точные измерения стресса базируются на анализе физиологических сигналов, поступивших от датчиков, закрепленных на человеке. Стресс, вызванный определенным событием, отражается прежде всего на вегетативной нервной системе. Изменения вегетативной системы отражаются на физиологической сигнальной системе человека, главными наблюдаемыми компонентами которой являются дыхательная, электродермальная, сердечно-сосудистая, двигательная, аудиальная, нервно-церебральная и др.

Определение характеристик, по которым можно судить о состоянии каждой физиологической компоненты, имеет свои специфические особенности. Кроме того, характеристики компоненты имеют различную информационную важность, зависящую от свойств физиологии субъекта реагировать на стресс. В связи с этим при отборе тех или иных способов измерения стресса с точки зрения их информативности и простоты исходят из небольшого числа способов.

Предложенный способ оценки состояния вегетативной нервной системы основан на совместном анализе характеристик электродермальной и двигательной физиологических компонент. Сигнал электродермального состояния можно оценить по следующим параметрам:
а) амплитуда;
б) частота;
в) скорость изменения;
г) ускорение изменения.

Для того, чтобы получить указанные параметры, необходимо исходный сигнал разделить (например, с помощью режекторного фильтра) на две составляющие: сигнал электрокожной проводимости (параметры "а" и "б") и сигнал кожно-гальванической реакции (параметры "в" и "г"). Сигнал мышечной (двигательной) активности оценивается по амплитуде и частоте и разделения не требуют. Конструкция датчиков предполагает не фиксацию на теле, а касание их двумя пальцами, поскольку известно, что для повышения точности датчики электродермальной реакции должны располагаться на пальцах конечностей рук или ног дистально (т. е. на концах пальцев), где нервные окончания наиболее близко подходят к поверхности кожи (Хэссет Дж. "Введение в психофизиологию", 1981 г. , Москва, "Мир", стр. 246; Симонов В.В., "Теория отражения и психофизиология эмоций", 1980 г., Москва, "Наука", стр. 140). Поскольку электродермальная компонента является с одной стороны одной из самых информационных при оценке стресса, а с другой стороны - самой помехонеустойчивой, то для компенсации этого отрицательного фактора используется информация от компоненты двигательной активности, что позволяет эффективно защитить характеристики электродермальной компоненты от помех. Так, например, в случае нарушения неподвижности пальцев руки, касающихся датчиков, возникает тремор, который резко снижает точность измерения характеристик электродермальной компоненты. В этом случае сигналы от электродермальной компоненты блокируют и информация о стрессе поступает от датчика двигательной активности.

Реализация предложенного способа оценки состояния вегетативной нервной системы может быть осуществлена, например, с помощью устройства, функциональная схема которого представлена на фиг. 1.

Устройство содержит первый и второй датчики 1, 2, выходы которых соединены с первым биоусилителем 3, третий и четвертый датчики 4, 5, выходы которых соединены со вторым биоусилителем 6, режекторный фильтр 7, высокочастотный фильтр 8, аналого-цифровой преобразователь 9, микроконтроллер 10 с подключенным к нему блоком 11 календаря и часов реального времени и блок 12 индикации, причем выход первого биоусилителя 3 соединен с входом режекторного фильтра 7, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами аналого-цифрового преобразователя 9, выход второго биоусилителя 6 соединен с входом высокочастотного фильтра 8, выход которого соединен с третьим информационным входом аналого-цифрового преобразователя 9, выход которого соединен с информационным входом микроконтроллера 10, выход которого соединен с входом блока 12 индикации, выполненного в виде жидкокристаллического дисплея.

Устройство работает следующим образом. В качестве датчиков 1, 2 сигналов электродермальной компоненты используются пластины из нержавеющей стали. В качестве датчиков 4, 5 сигналов компоненты двигательной активности используются гибкие пластины с пьезоэлектрическим напылением, конструктивно установленные под датчиками 1, 2. При касании пальцами руки датчики 1, 2, 4, 5 формируют сигналы, характеризующие состояние двух компонент физиологической системы, которые поступают на соответствующие биоусилители 3, 6, после чего усиленные сигналы передаются на соответствующие фильтры 7, 8, которые обеспечивают дальнейшую передачу сигнала в том диапазоне частот, где стрессовая составляющая сигнала проявляет себя в наибольшей степени. Так для канала компоненты двигательной активности (AM) эта полоса лежит выше определенной границы, поэтому фильтр 8 является высокочастотным. Электродермальный сигнал содержит стрессовые составляющие как в низкочастотной, так и в высокочастотной своей части, поэтому электродермальный сигнал разделяется режекторным фильтром 7 на две составляющие: медленную - электрокожную проводимость (GSC) и быструю - кожно-гальваническую реакцию (GSR). Таким образом, после фильтрации двух сигналов формируются три сигнала: стрессовую составляющую компоненты двигательной активности и две стрессовые составляющие электродермальной компоненты в разных диапазонах частот.

Полученные три аналоговых сигнала поступают на аналого-цифровой преобразователь 9 и далее на микроконтроллер 10, который по заданной программе обеспечивает обработку сигнала, сохраняя необходимые промежуточные данные в своей оперативной памяти, а также передачу результатов анализа измерений и данных отсчета времени на блок 12 индикации.

Алгоритм обработки сигналов микроконтроллером 10 представлен на фиг. 2. Сигналы, поступающие в микроконтроллер, фильтруются и стандартизируются. Стандартизация сигналов необходима для того, чтобы алгоритм обработки не зависел от величины и характера сигнала, т.е. свойств электронной части. Кроме того, сигнал GSC подвергается процедуре снятия тренда, обусловленному, например, изменению давления пальцев испытуемого на датчики. Далее производится оценка параметров сигналов. Для оценки состояния электродермальной компоненты используют четыре параметра, а для компоненты двигательной активности - два. Полученные параметры стандартизируются и передаются процедуре статистического взвешивания. Процедура стандартизации заключается в перемножении полученных значений параметров (P_i) на весовые коэффициенты параметров (W_i) с целью получения интегрального значения стандартного счета по формуле:

где P_i - физиологический параметр;
W_i - вес параметра;
W_o - общий вес параметра.

Процедура взвешивания определяет диапазон выбранной шкалы стресса. Весовые коэффициенты параметров определяются на основе предварительно собранных статистических данных. Значения весовых коэффициентов определяются с использованием метода максимального правдоподобия и показывают высокую точность дискриминации нормального состояния субъекта от состояния стресса.

Предложенный способ предполагает индивидуальный набор статистики, по которой принимается решение (весовые коэффициенты W_i). Более того, сама статистика может набираться для тех двух полярных физиологических состояний организма, которые наиболее интересны субъекту. Пространство этих двух полярных состояний и будет являться шкалой измерения стресса. Преимущества такого подхода очевидны, так как настройка устройства будет осуществляться под индивидуума и под конкретную бытовую ситуацию, которая его интересует. Такими двумя полярными состояниями могут быть:
"Не лгать" - "Лгать"
"Спокойствие" - "Тревога"
"Мышление с приятными образами" - "Мышление с неприятными образами" и так далее.

Таким образом, применение предложенного позволяет достаточно точно измерять уровень стресса в оценках трех видов:
- в стандартном счете, который изменяется в пределах ±5 единиц (положительному значению соответствует стресс, отрицательному - норма);
- во взвешенном стандартном счете от 0 до 100 единиц (0 - 49 - норма, 50 - 100 - стресс);
- в вероятности стресса от 0 до 1 (0 - 0,5 - норма, 0,5 - 1- стресс).

Claims

1. Способ оценки состояния вегетативной нервной системы путем определения изменений величин физиологических показателей во времени и сравнении их с эталонами, отличающийся тем, что в качестве физиологических показателей используют сигнал электродермального состояния и сигнал мышечной активности тела человека, проводят одновременное измерение значений сигналов указанных показателей, усиливают их, затем разделяют электродермальный сигнал на две составляющие - сигнал электрокожной проводимости и сигнал кожно-гальванической реакции, после чего осуществляют обработку трех полученных сигналов путем их преобразования в соответствующие цифровые значения, совместной оценки их параметров, стандартизации полученных результатов, их статистического взвешивания и определения уровня стресса, причем при превышении сигналом мышечной активности определенного порогового значения сигналы электродермального состояния блокируют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уровень стресса определяют в стандартном счете в пределах от минус 5 до плюс 5 единиц с оценкой: отрицательное значение - норма, положительное значение - стресс.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень стресса определяют во взвешенных значениях стандартного счета от 0 до 100 единиц с оценкой: 0-49 - норма, 50-100 - стресс.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень стресса определяют в вероятности от 0 до 1 с оценкой: 0-0,5 - норма, 0,5-1 - стресс.