RU2549150C1 - Fractal flicker generator for biomedical investigations - Google Patents

Fractal flicker generator for biomedical investigations Download PDF

Info

Publication number
RU2549150C1
RU2549150C1 RU2014107497/08A RU2014107497A RU2549150C1 RU 2549150 C1 RU2549150 C1 RU 2549150C1 RU 2014107497/08 A RU2014107497/08 A RU 2014107497/08A RU 2014107497 A RU2014107497 A RU 2014107497A RU 2549150 C1 RU2549150 C1 RU 2549150C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fractal
generator
legs
microcontroller
pattern
Prior art date
Application number
RU2014107497/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марина Владимировна Зуева
Игорь Николаевич Спиридонов
Наталия Алексеевна Семёнова
Сергей Владиславович Резвых
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Московский научно-исследовательский институт глазных болезней имени Гельмгольца" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Московский научно-исследовательский институт глазных болезней имени Гельмгольца" Министерства здравоохранения Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Московский научно-исследовательский институт глазных болезней имени Гельмгольца" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Priority to RU2014107497/08A priority Critical patent/RU2549150C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2549150C1 publication Critical patent/RU2549150C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: generator comprises an external power supply with a connected microcontroller to two legs of which two n-channel field transistors are connected through L-shaped limiting ground resistors. Two or three light diodes and limiting resistors are connected to the above. Transistor drain circuits are grounded, whereas the generator is directly connected to a personal computer. Through it, pulse-width modulation legs of the microcontroller being integrated into the generator are programmed to vary the voltage by switching in and out the diodes at a required average brightness from 0.1 to 100 cd/m2 for producing a fractal "sweep" pattern or a dichotomous pattern of doubled flicker packs. A flash length makes from 0.1 to 1 ms; a flash interval makes 0.1-1 ms; a flash number in one enclosure is from 3 to 7, and an enclosure number is from 2 to 6.
EFFECT: enables studying of the exposure on the living body parameters, including its visual functions, of a non-uniform light medium characterised by scaling time invariance.
1 tbl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области медицинского приборостроения и может быть использовано в биомедицинских исследованиях.The invention relates to the field of medical instrumentation and can be used in biomedical research.

Устройство предназначено для генерации неоднородно мелькающего фона - динамического светового фрактала, в котором инвариантными во времени являются флуктуации интервалов между вспышками.The device is designed to generate a nonuniformly flickering background - a dynamic light fractal, in which fluctuations of the intervals between flashes are time-invariant.

Известны генераторы случайных сигналов, основанные на преобразовании естественных флуктуаций внешнего или внутреннего источника в электрический сигнал [Бобнев М.П. Генерирование случайных сигналов. М.: Энергия, 1971], недостатком которых является то, что случайный сигнал не является фрактальным.Known random signal generators based on the conversion of natural fluctuations of an external or internal source into an electric signal [Bobnev MP Random signal generation. M .: Energy, 1971], the disadvantage of which is that the random signal is not fractal.

Известен генератор фрактального сигнала [Кузнецов А.П., Кузнецов В.П. Генератор фрактального сигнала. Письма в ЖТФ, 1992, т.18, N24, с.19], содержащий последовательную цепочку счетчиков, связанных со своим двухполюсником, принцип действия которого основан на пересчете итерационной последовательности определенного типа, в результате чего на его выходе появляется сигнал с дробной размерностью Хаусдорфа. Недостатком данного генератора фрактального сигнала является тот факт, что в нем нельзя получить сигналы с размерностью Хаусдорфа (D) больше 1.The known fractal signal generator [Kuznetsov A.P., Kuznetsov V.P. Fractal signal generator. Letters to ZhTF, 1992, v.18, N24, p.19], containing a sequential chain of counters associated with its bipolar, the principle of operation of which is based on recalculation of an iterative sequence of a certain type, as a result of which a signal with a fractional Hausdorff dimension appears at its output . The disadvantage of this fractal signal generator is the fact that it cannot receive signals with a Hausdorff dimension (D) greater than 1.

Известен генератор фрактального сигнала, отличающийся тем, что в него введены генератор сигнала типа "меандр" с коэффициентом заполнения 0,5, N полосовых фильтров, N усилителей с регулируемым коэффициентом усиления и аналоговый сумматор сигналов [Кудасов Ю.Б.; Макарова Н.Н.; Дубинов А.Е. Генератор фрактального сигнала. Патент RU 2168848, 10.06.2001]. В этом генераторе решена техническая задача по созданию генератора фрактального сигнала с D>1, который можно использовать для генерирования тестовых сигналов, моделирующих фрактальные сигналы природного происхождения, например сигналы с ленгмюровских зондов в плазме со структурной турбулентностью.A known fractal signal generator, characterized in that a meander type signal generator with a fill factor of 0.5, N band-pass filters, N amplifiers with an adjustable gain and an analog signal adder [Kudasov Yu.B.; Makarova N.N .; Dubinov A.E. Fractal signal generator. Patent RU 2168848, 06/10/2001]. This generator solved the technical problem of creating a fractal signal generator with D> 1, which can be used to generate test signals simulating natural fractal signals, for example, signals from Langmuir probes in a plasma with structural turbulence.

Техническим результатом этого известного генератора фрактального сигнала является возможность получения с его помощью фрактальных сигналов с заданной размерностью Хаусдорфа из диапазона 1<D<2. Данное устройство предназначено для разработки тестовых генераторов в метрологии фрактальных сигналов в области прикладной физики.The technical result of this well-known fractal signal generator is the possibility of using it to obtain fractal signals with a given Hausdorff dimension from the range 1 <D <2. This device is intended for the development of test generators in the metrology of fractal signals in the field of applied physics.

Существующие генераторы фрактальных сигналов не предназначены для генерации фрактальных световых сигналов (мельканий), в частности, для биомедицинских исследований.Existing generators of fractal signals are not intended to generate fractal light signals (flickers), in particular, for biomedical research.

В то же время отсутствие подобных устройств является основной причиной того, что до настоящего времени остается неисследованной роль динамических световых фракталов в биомедицине, в том числе в физиологии зрения и офтальмологии, что ограничивает получение знаний о динамике физиологических процессов, определяющих зрительные функции.At the same time, the absence of such devices is the main reason why the role of dynamic light fractals in biomedicine, including in the physiology of vision and ophthalmology, remains unexplored, which limits the knowledge about the dynamics of physiological processes that determine visual functions.

М.В. Зуевой выдвинута гипотеза о зависимости функциональной активности сетчатки и зрительной коры от воздействия фрактальной световой среды в норме и патологии, и впервые предложено использовать для изучения динамики зрительной системы мелькающего светового фона со строго заданной нелинейной динамикой флуктуации межстимульного интервала (динамический световой фрактал) [Zueva M.V. The dynamic fractal flickering as a tool in research of nonlinear dynamics of the evoked responses of a visual system and as the possible basis for new diagnostics and treatment of neurodegenerative disorders of the retina and brain. World Applied Sciences Journal (WASJ) 2013; 27 (4): 462-468].M.V. Zueva put forward a hypothesis about the dependence of the functional activity of the retina and the visual cortex on the effects of fractal light in normal and pathological conditions, and it was proposed for the first time to study the dynamics of the visual system of flickering light background with strictly defined nonlinear dynamics of interstimulus interval fluctuations (dynamic light fractal) [Zueva M.V. The dynamic fractal flickering as a tool in research of nonlinear dynamics of the evoked responses of a visual system and as the possible basis for new diagnostics and treatment of neurodegenerative disorders of the retina and brain. World Applied Sciences Journal (WASJ) 2013; 27 (4): 462-468].

Задачей предлагаемого изобретения является создание генератора фрактальных мельканий (ГФМ) для биомедицинских исследований.The objective of the invention is the creation of a fractal flicker generator (GFM) for biomedical research.

Техническим результатом предлагаемого устройства является возможность изучения воздействия на параметры живого организма (и любого биообъекта), в том числе на зрительные функции, неоднородной световой среды, имеющей свойство масштабной инвариантности во времени.The technical result of the proposed device is the ability to study the effects on the parameters of a living organism (and any biological object), including visual functions, of an inhomogeneous light medium having the property of scale invariance in time.

Технический результат достигается за счет генерации фрактальной последовательности вспышек заданной структуры с помощью устройства, состоящего из внешнего источника питания с подключенным к нему микроконтроллером, к двум ножкам которого через соединенные Г-образно токоограничивающие заземляющие резисторы подключены два n-канальных полевых транзистора, к которым последовательно подключены два и три светодиода и ограничительные резисторы, цепи стока транзисторов заземлены, генератор подключен напрямую к персональному компьютеру, через который ШИМ-ножки входящего в генератор микроконтроллера программируются с возможностью изменения напряжения посредством включения и выключения диодов с обеспечением необходимой средней яркости для получения динамического фрактального "sweep" паттерна или дихотомического паттерна сдвоенных пачек мельканий при заданных параметрах вспышек, их количестве в одном вложении и количестве вложений.The technical result is achieved by generating a fractal sequence of flashes of a given structure using a device consisting of an external power source with a microcontroller connected to it, to two legs of which are connected two n-channel field-effect transistors connected to an L-shaped current-limiting grounding resistor, to which they are connected in series two and three LEDs and limiting resistors, the drain circuit of the transistors is grounded, the generator is connected directly to a personal computer, h the result of which the PWM legs of the microcontroller included in the generator are programmed with the possibility of changing the voltage by turning the diodes on and off to provide the necessary average brightness to obtain a dynamic fractal "sweep" pattern or dichotomous pattern of double flicker packs at specified flash parameters, their number in one attachment and the number attachments.

Биомедицинское заданиеBiomedical Assignment

В соответствии положениями гипотезы М.В. Зуевой [Zueva M.V. The dynamic fractal flickering as a tool in research of nonlinear dynamics of the evoked responses of a visual system and as the possible basis for new diagnostics and treatment of neurodegenerative disorders of the retina and brain. World Applied Sciences Journal (WASJ) 2013; 27(4):462-468] ГФМ должен обеспечивать фрактальную последовательность мельканий. Простейшим примером динамического светового фрактала, по аналогии с дихотомическим ветвлением в геометрическом древовидном фрактале, будут сдвоенные пачки импульсов, каждая из которых состоит в своей очереди из сдвоенной пачки импульсов и т.д. (Фиг.1). Для нелинейных анатомических структур и динамики физиологических процессов биологических объектов, как правило, фрактальная размерность находится в диапазоне 1.2-3.In accordance with the provisions of the hypothesis M.V. Zueva [Zueva M.V. The dynamic fractal flickering as a tool in research of nonlinear dynamics of the evoked responses of a visual system and as the possible basis for new diagnostics and treatment of neurodegenerative disorders of the retina and brain. World Applied Sciences Journal (WASJ) 2013; 27 (4): 462-468] GFM should provide a fractal sequence of flickers. The simplest example of a dynamic light fractal, by analogy with dichotomous branching in a geometric tree-like fractal, will be double bursts of pulses, each of which in its turn consists of a double burst of pulses, etc. (Figure 1). For nonlinear anatomical structures and the dynamics of physiological processes of biological objects, as a rule, the fractal dimension is in the range 1.2-3.

Учитывая, что ранее воздействие фрактального светового фона на зрительную систему и активность головного мозга не изучали, в динамической структуре мельканий, создаваемых ГФМ, следует предусмотреть диапазон количества вложений от 2 до 4-6.Considering that the effect of fractal light background on the visual system and brain activity has not been studied before, the range of the number of attachments from 2 to 4-6 should be provided for in the dynamic structure of flickers created by GFM.

Кроме принципиальной возможности получения с помощью предлагаемого ГФМ дихотомической структуры фрактальных мельканий, для реализации в ГФМ нами предложен более сложный динамический фрактал, в котором последовательность событий подчиняется известному в физике принципу «качания частоты» - его можно назвать динамическим "sweep" фракталом (Фиг.2). Как отмечено на Фиг.2, в первом шаге имеется n вспышек, длительность каждой вспышки есть Tflash, интервал между вспышками последовательно сокращается по линейному закону y=(a-i)*x до минимального значения tmin, где у - величина интервала между вспышками, a - количество вспышек в первом шаге, i - номер интервала, x - минимальное значение интервала (Фиг.3).In addition to the fundamental possibility of obtaining, using the proposed GFM, the dichotomous structure of fractal flickers, for implementation in the GFM we proposed a more complex dynamic fractal in which the sequence of events obeys the principle of “frequency sweep” known in physics - it can be called a dynamic “sweep” fractal (Figure 2 ) As noted in Fig. 2, in the first step there are n flashes, the duration of each flash is Tflash, the interval between flashes is successively reduced according to the linear law y = (ai) * x to the minimum value tmin, where y is the value of the interval between flashes, a - the number of flashes in the first step, i is the interval number, x is the minimum interval value (Figure 3).

Последующие шаги повторяют данную последовательность в других масштабах времени, вместо каждой вспышки размещаем последовательность предыдущего шага. Для соответствия оптимальным физиологическим параметрам световой адаптации, применяемым в исследованиях физиологии зрительной системы [Brigell М., Bach М., Barber С, Moskowitz A., Robson J. Guidelines for calibration of stimulus and recording parameters used in clinical electrophysiology of vision. Doc Ophthalmol. 2003; 107:185-193; Holder G.E., Brigell M.G., Hawlina M., Meigen Т., Vaegan, Bach M. ISCEV standard for clinical pattern electroretinography - 2007 update. Doc. Ophthalmol. 2007; 114:111-116], блок как минимум должен обеспечивать усредненную яркость мелькающего фона 30 кд/м2±10% и иметь возможность в соответствии с задачами исследования изменять ее в любом заданном диапазоне (для биомедицинских исследований - от 0,1 до 100 кд/м2). Однако при этом должна существовать возможность создания также любой другой яркости, последовательности импульсов и управления заданной исследователем средней яркостью мельканий.The subsequent steps repeat this sequence at different time scales, instead of each flash we place the sequence of the previous step. To meet the optimal physiological parameters of light adaptation used in studies of the physiology of the visual system [Brigell M., Bach M., Barber C, Moskowitz A., Robson J. Guidelines for calibration of stimulus and recording parameters used in clinical electrophysiology of vision. Doc Ophthalmol. 2003; 107: 185-193; Holder GE, Brigell MG, Hawlina M., Meigen T., Vaegan, Bach M. ISCEV standard for clinical pattern electroretinography - 2007 update. Doc. Ophthalmol. 2007; 114: 111-116], the unit should at least provide an average brightness of the flickering background of 30 cd / m 2 ± 10% and be able to change it in any given range in accordance with the objectives of the study (for biomedical research - from 0.1 to 100 cd / m 2 ). However, at the same time, it should be possible to create any other brightness, pulse train, and control the average flicker brightness set by the researcher.

Значение минимального интервала Tmin рассчитывается, исходя из длительности вспышки Tflash, отношения m=Tflash/Tmin, количества вложений n и максимального времени Tmin+2Δt. Примем за максимальное время t=1/25 с=40 мс, где ν=25 Гц (частота киносъемки). Этой частоты достаточно, чтобы создать эффект движения без заметных глазу остановок.The value of the minimum interval Tmin is calculated based on the duration of the flash Tflash, the ratio m = Tflash / Tmin, the number of investments n and the maximum time Tmin + 2Δt. We take for the maximum time t = 1/25 s = 40 ms, where ν = 25 Hz (filming frequency). This frequency is enough to create a motion effect without noticeable stops to the eye.

Длительность вспышки Tflash для начала зададим произвольно равной 1 мс. Изменяя число n, вычисляем значение минимального интервала Tmin для данных параметров. В ходе биомедицинских исследований минимальный интервал Tmin можно варьировать в пределах [0,1; 1] мс (Табл.1). Должна быть заложена возможность изменять длительность и количество вспышек в одном вложении и количество вложений. Блок должен исключать возможность поражения электрическим током биообъекта исследований и персонала в установленном порядке.To begin with, set the Tflash flash duration arbitrarily to 1 ms. Changing the number n, we calculate the value of the minimum interval Tmin for these parameters. During biomedical research, the minimum interval Tmin can vary between [0.1; 1] ms (Table 1). It should be possible to change the duration and number of outbreaks in one attachment and the number of attachments. The unit should exclude the possibility of electric shock of the biological object of research and personnel in the prescribed manner.

Предлагаемое устройство, генерирующее фрактальные мелькания и обеспечивающее управление структурой динамического светового фрактала, состоит из программной и аппаратной части ГФМ. На Фиг.4 приведена электрическая схема ГФМ, динамикой мельканий в которой управляет компьютерная программа.The proposed device, generating fractal flickering and providing control of the structure of the dynamic light fractal, consists of the software and hardware of the HFM. Figure 4 shows the electrical circuit of the GFM, the flicker dynamics in which is controlled by a computer program.

Аппаратная часть ГФМ состоит из микроконтроллера (1), токоограничивающих и заземляющих резисторов (2, 3, 4, 5), двух n-канальных полевых транзисторов (6, 7), пяти светодиодов (8, 9, 10, 11, 12), токоограничивающих резисторов (13, 14) и внешнего источника питания, не указанного на схеме. Детали ГФМ фиксируют на паяльной плате в соответствии со схемой. Микроконтроллер, подключенный к внешнему источнику питания, устанавливают на плате, n-канальные полевые транзисторы подключены к двум ШИМ-ножкам микроконтроллера через соединенные Г-образно токоограничивающие и заземляющие резисторы. В цепи стока транзистора 6 последовательно подключены три светодиода (10, 11, 12). Для ограничения тока и мощности последовательно с диодами установлен ограничительный резистор (13). Два светодиода (8, 9) и ограничивающий резистор (14) подключены последовательно в цепь стока транзистора 7. Обе рабочие ножки микроконтроллера со светодиодами подключены к внешнему источнику питания. Цепи истока транзисторов заземлены. Разрабатываемый блок подключают напрямую к персональному компьютеру (ПК). Встроенный в блок микроконтроллер (МК) программируется через ПК таким образом, чтобы на выходных ножках МК, подключенных к транзисторам, изменялось напряжение, включая и выключая диоды и создавая тем самым фрактальный паттерн. Напряжение на ножках микроконтроллера изменяем, используя генератор широтно-импульсных модуляций (ШИМ), который встроен в таймеры МК. Меняя скважность ШИМ (отношение длительности периода к длительности импульса), можно плавно менять напряжение на выходе, достигая высокого и низкого уровня освещенности заданного фрактала. У таймера есть особый регистр сравнения OCR. Когда значение в счетном регистре таймера достигает значения, находящегося в регистре сравнения, то изменяется состояние внешнего выхода сравнения МК.The HFM hardware consists of a microcontroller (1), current-limiting and grounding resistors (2, 3, 4, 5), two n-channel field effect transistors (6, 7), five LEDs (8, 9, 10, 11, 12), current-limiting resistors (13, 14) and an external power source not indicated in the diagram. Details of the GFM are fixed on the soldering board in accordance with the scheme. A microcontroller connected to an external power source is installed on the board, n-channel field-effect transistors are connected to two PWM legs of the microcontroller through connected L-shaped current-limiting and grounding resistors. In the drain circuit of transistor 6, three LEDs are connected in series (10, 11, 12). To limit the current and power, a limiting resistor (13) is installed in series with the diodes. Two LEDs (8, 9) and a limiting resistor (14) are connected in series to the drain circuit of transistor 7. Both working legs of the microcontroller with LEDs are connected to an external power source. The source circuits of the transistors are grounded. The developed unit is connected directly to a personal computer (PC). The microcontroller (MK) built into the unit is programmed through a PC so that the voltage on the output legs of the MK connected to the transistors changes, turning the diodes on and off and thereby creating a fractal pattern. We change the voltage at the legs of the microcontroller using a pulse-width modulation (PWM) generator, which is built into MK timers. Changing the duty cycle of the PWM (the ratio of the period to the pulse duration), you can smoothly change the output voltage, reaching a high and low level of illumination of a given fractal. The timer has a special OCR comparison register. When the value in the counting register of the timer reaches the value in the comparison register, the state of the external output of the comparison MK changes.

Программная часть ГФМ состоит из двух блоков: основная программа (тело программы) и несколько подпрограмм: подпрограммы инициализации таймеров для их использования в ШИМ-режиме и подпрограмм, написанных в виде рекурсивных функций, описывающих вложения фрактала.The program part of the GFM consists of two blocks: the main program (program body) and several subprograms: timer initialization subroutines for their use in PWM mode and subroutines written in the form of recursive functions describing the fractal embeddings.

Общий принцип работы программы представлен на Фиг.5. Из основной программы в бесконечном цикле вызывается подпрограмма miganie4(), описывающая последнее максимальное вложение. Из этой подпрограммы вызывается подпрограмма miganie3(), так как каждая вспышка четвертой ступени представляет собой последовательность вспышек третьей ступени. Аналогично из подпрограммы miganie3() вызывается подпрограмма меньшего вложения miganie2(), которая ссылается на подпрограмму miganie1(). Поскольку каждое вложение состоит из четырех вспышек, в каждой подпрограмме предыдущее вложение вызывается четыре раза. В основной программе происходит вызов подпрограммы инициализации таймеров, предварительное обнуление счетчиков сравнения, настройка некоторых ножек МК на выход и вызов подпрограммы miganie4() в бесконечном цикле.The general principle of the program is presented in Fig.5. From the main program, the subroutine miganie4 (), which describes the last maximum attachment, is called in an infinite loop. From this subroutine, the miganie3 () subroutine is called, since each fourth-stage flash is a sequence of third-stage flashes. Similarly, from the miganie3 () routine, the smaller attachment routine miganie2 () is called, which refers to the miganie1 () routine. Since each attachment consists of four flashes, in each subprogram the previous attachment is called four times. In the main program, the timer initialization routine is called, the comparison counters are pre-reset, some MK legs are configured to exit, and the miganie4 () routine is called in an infinite loop.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Экспериментальный биообъект располагают на расчетном расстоянии перед ГФМ, вмонтированном в устройстве-держателе любой конструкции, соответствующей задачам конкретного исследования, подключают электроды или иные датчики для регистрации тех или иных физиологических параметров до и после включения ГФМ.The experimental bioobject is placed at a calculated distance in front of the gas filter, mounted in a holder device of any design that meets the objectives of a particular study, electrodes or other sensors are connected to record certain physiological parameters before and after switching on the gas filter.

Включают ГФМ, отрегулированный для получения нужной для каждого эксперимента последовательности интервалов между вспышками, длительности стимула, количества вспышек в одном вложении, количества итераций и заданной средней яркости фрактальных мельканий для создания динамического фрактального "sweep" паттерна или дихотомического паттерна сдвоенных пачек мельканий. Измеряют необходимые физиологические параметры на фоне фрактальных мельканий и/или после выключения ГФМ, анализируют полученные результаты, сравнивая с результатами, полученными в стандартных условиях исследований, по результатам анализа констатируют влияние на них инвариантных во времени фрактальных мельканий.The GFM is adjusted to obtain the sequence of intervals between flashes, the duration of the stimulus, the number of flashes in one attachment, the number of iterations, and the given average brightness of fractal flickers necessary for each experiment to create a dynamic fractal "sweep" pattern or a dichotomous pattern of double flicker packs. The necessary physiological parameters are measured against the background of fractal flickering and / or after turning off the HFM, analyze the results obtained, comparing them with the results obtained under standard research conditions, and according to the analysis results, the effect of time-invariant fractal flickers is established on them.

Например, в электрофизиологических (1), лабораторных (2), гистологических (3) исследованиях биомедицинские исследования выполняют следующим образом:For example, in electrophysiological (1), laboratory (2), histological (3) studies, biomedical studies are performed as follows:

(1) При изучении электроретинограммы (ЭРГ) и зрительных вызванных корковых потенциалов (ЗВКП) у кролика, крысы и других экспериментальных животных активный записывающий электрод в форме петли из хлорсеребряной или золотой проволоки или в форме фитилька, пропитанного физиологическим раствором, помещают на роговице глаза, а референтный и заземляющий электроды в форме тонких игл фиксируют подкожно на скальпе, при регистрации ЭРГ и ЗВКП у человека активный электрод размещают на роговице или за нижним веком, референтный электрод помещают у внешнего края орбиты ипсилатерального глаза и заземляющий - на мочке уха, затем подключают записывающие электроды к стандартной регистрирующей электрофизиологической аппаратуре, ГФМ фиксируют в сфере ганцфельд фотостимулятора, включают ГФМ и адаптируют глаза к фону фрактальных мельканий нужной средней яркости, после чего выполняют запись различных видов ЭРГ и ЗВКП до включения, на фоне и после выключения ГФМ, анализируют латентность, амплитуду их компонентов, частотный спектр и другие параметры, выполняют математический анализ и статистическую обработку данных и сравнивают результаты с данными, полученными на фоне стандартной световой адаптации, по результатам сравнения судят о влиянии на функциональную активность сетчатки адаптации к фрактальным мельканиям.(1) When studying electroretinograms (ERGs) and visual evoked cortical potentials (VEC) in a rabbit, rat, and other experimental animals, an active recording electrode in the form of a loop of silver or silver wire or in the form of a wick soaked in saline is placed on the cornea of the eye, and the reference and grounding electrodes in the form of thin needles are fixed subcutaneously on the scalp, when registering ERG and VECP in humans, the active electrode is placed on the cornea or behind the lower eyelid, the reference electrode is placed on the the outer edge of the orbit of the ipsilateral eye and grounding on the earlobe, then connect the recording electrodes to standard recording electrophysiological equipment, the GFM is fixed in the sphere of the ganzfeld photostimulator, turn on the GFM and adapt the eyes to the background of fractal flickers of the desired average brightness, after which they record various types of ERG and ZVKP before turning on, on the background and after turning off the HFM, analyze latency, the amplitude of their components, the frequency spectrum and other parameters, perform mathematical analysis and statistics matic data processing and compare the results with those obtained on a standard background light adaptation, compared to the results judged on the impact on the functional adaptation of retinal activity to fractal flicker.

Динамический фрактал должен иметь структуру "sweep" («качания частоты»), и при воздействии на сетчатку глаза в исследованиях биоэлектрической активности сетчатки и мозга все параметры фрактала, рассчитанные аналитически, и значения освещенности высокого и низкого уровня должны соответствовать стандартам ISCEV, предъявляемым к оптимальной (физиологически адекватной) освещенности фона для фотопической записи ЭРГ L=30 кд/м2±10%. Согласно этому стандарту подбираются светодиоды для электрической схемы, и в программной части необходимо как можно более точно выдерживать заданные структурные параметры фрактала.A dynamic fractal should have a “sweep” structure, and when exposed to the retina in studies of the bioelectric activity of the retina and the brain, all fractal parameters calculated analytically and the high and low illumination values must comply with the ISCEV standards for optimal (physiologically adequate) background illumination for photopic recording of ERG L = 30 cd / m 2 ± 10%. According to this standard, LEDs are selected for the electrical circuit, and in the software part it is necessary to maintain the fractal structural parameters as precisely as possible.

(2) При проведении биохимических, иммунологических и других лабораторных исследований забор крови, слезной жидкости и других биологических жидкостей у животного, человека или иного биообъекта производят до включения ГФМ, в процессе экспозиции биообъекта к фрактальным мельканиям и после выключения ГФМ. Результаты сравнивают с данными, полученными в стандартных условиях исследования и на фоне световой адаптации к однородному световому фону, и по результатам судят о влиянии фрактальных мельканий на изучаемые параметры.(2) When conducting biochemical, immunological and other laboratory tests, blood, tear fluid and other biological fluids are collected from an animal, human or other biological object before the GFM is turned on, during the exposure of the biological object to fractal flickers and after the GFM is turned off. The results are compared with the data obtained under standard research conditions and against the background of light adaptation to a uniform light background, and the results are used to judge the effect of fractal flickers on the studied parameters.

(3) При проведении морфологических прижизненных исследований с помощью оптической когерентной томографии или других морфометрических методов визуализации, а также при использовании биопсии первые исследования выполняют до экспозиции к фрактальным мельканиям, затем биообъект фиксируют перед ГФМ, вмонтированном в устройстве-держателе конструкции, соответствующей задачам исследования, включают ГФМ и повторяют тесты в процессе фрактальной адаптации и после выключения ГФМ; при посмертных гистологических исследованиях забор тканей проводится у разных животных, последовательно выводимых из эксперимента в различные сроки до и после экспозиции к фрактальным мельканиям. Результаты сравнивают с данными, полученными в стандартных условиях исследования и на фоне световой адаптации к однородному световому фону, и по результатам судят о влиянии фрактальных мельканий на изучаемые параметры.(3) When carrying out morphological intravital studies using optical coherence tomography or other morphometric imaging methods, as well as using a biopsy, the first studies are performed before exposure to fractal flickers, then the biological object is fixed in front of the GFM mounted in a device-holder of a design that corresponds to the research tasks, turn on the GFM and repeat the tests during the fractal adaptation process and after turning off the GFM; in post-mortem histological studies, tissue sampling is performed in different animals sequentially removed from the experiment at various times before and after exposure to fractal flickers. The results are compared with the data obtained under standard research conditions and against the background of light adaptation to a uniform light background, and the results are used to judge the effect of fractal flickers on the studied parameters.

Таким образом, предложенное устройство дает возможность изучать воздействие на физиологические (морфофункциональные, биохимические, иммунологические и другие) параметры живого организма и динамику физиологических процессов неоднородной световой среды, имеющей свойство масштабной инвариантности во времени.Thus, the proposed device makes it possible to study the effect on the physiological (morphofunctional, biochemical, immunological and other) parameters of a living organism and the dynamics of the physiological processes of an inhomogeneous light medium having the property of scale invariance in time.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Генератор фрактальных мельканий для биомедицинских исследований, состоящий из внешнего источника питания с подключенным к нему микроконтроллером, к двум ножкам которого через соединенные Г-образно токоограничивающие заземляющие резисторы подключены два n-канальных полевых транзистора, к которым последовательно подключены два и три светодиода и ограничительные резисторы, цепи стока транзисторов заземлены, генератор подключен напрямую к персональному компьютеру, через который ШИМ-ножки входящего в генератор микроконтроллера программируются с возможностью изменения напряжения посредством включения и выключения диодов с обеспечением необходимой средней яркости от 0,1 до 100 кд/м2 для получения динамического фрактального "sweep" паттерна качающейся частоты или дихотомического паттерна сдвоенных пачек мельканий при длительности вспышек от 0,1 до 1 мс, интервале между вспышками 0,1-1 мс, количестве вспышек в одном вложении от 3 до 7, количестве вложений от 2 до 6. A fractal flicker generator for biomedical research, consisting of an external power source with a microcontroller connected to it, to two legs of which two n-channel field effect transistors are connected through two connected L-shaped current-limiting grounding resistors, to which two and three LEDs and limiting resistors are connected in series, the transistor drain circuits are grounded, the generator is connected directly to a personal computer, through which the PWM legs of the microcontroller entering the generator miruyutsya able to change the voltage by turning on and off the diodes ensuring the necessary brightness from the average 0.1 to 100 cd / m 2 to obtain dynamic fractal "sweep" sweep pattern or pattern dichotomous twin packs with the flicker duration flashes from 0.1 to 1 ms, the interval between flashes 0.1-1 ms, the number of flashes in one attachment from 3 to 7, the number of attachments from 2 to 6.
RU2014107497/08A 2014-02-27 2014-02-27 Fractal flicker generator for biomedical investigations RU2549150C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014107497/08A RU2549150C1 (en) 2014-02-27 2014-02-27 Fractal flicker generator for biomedical investigations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014107497/08A RU2549150C1 (en) 2014-02-27 2014-02-27 Fractal flicker generator for biomedical investigations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2549150C1 true RU2549150C1 (en) 2015-04-20

Family

ID=53289599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014107497/08A RU2549150C1 (en) 2014-02-27 2014-02-27 Fractal flicker generator for biomedical investigations

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2549150C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2609754C1 (en) * 2015-08-18 2017-02-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения" (СПбГУКиТ) Device for generating random signal with fractal properties
RU2671199C1 (en) * 2017-10-23 2018-10-30 Марина Владимировна Зуева Method of brain training
RU2680185C1 (en) * 2017-10-23 2019-02-18 Марина Владимировна Зуева Stimulator with complex-structured optical signals and method for operation thereof
RU193098U1 (en) * 2019-03-22 2019-10-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения" DEVICE FOR GENERATING A RANDOM SIGNAL WITH ADJUSTABLE FRACTAL DIMENSION
RU2741209C1 (en) * 2020-05-12 2021-01-22 Дмитрий Васильевич Белик Cerebral cortex stimulation system for recovery of short-term and long-term memory in post-stroke period
RU2773684C1 (en) * 2021-10-04 2022-06-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр глазных болезней имени Гельмгольца" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ГБ им. Гельмгольца" Минздрава России) Method for improving the functional activity of the visual system using fractal phototherapy using a stereoscopic display

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168848C2 (en) * 1999-08-27 2001-06-10 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Fracture signal generator
US6460127B1 (en) * 1993-12-12 2002-10-01 Neomagic Israel Ltd. Apparatus and method for signal processing
US20110319958A1 (en) * 2005-11-10 2011-12-29 Electrocore Llc Non-invasive treatment of bronchial constriction

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6460127B1 (en) * 1993-12-12 2002-10-01 Neomagic Israel Ltd. Apparatus and method for signal processing
RU2168848C2 (en) * 1999-08-27 2001-06-10 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Fracture signal generator
US20110319958A1 (en) * 2005-11-10 2011-12-29 Electrocore Llc Non-invasive treatment of bronchial constriction

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2609754C1 (en) * 2015-08-18 2017-02-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения" (СПбГУКиТ) Device for generating random signal with fractal properties
RU2671199C1 (en) * 2017-10-23 2018-10-30 Марина Владимировна Зуева Method of brain training
RU2680185C1 (en) * 2017-10-23 2019-02-18 Марина Владимировна Зуева Stimulator with complex-structured optical signals and method for operation thereof
WO2019083410A1 (en) * 2017-10-23 2019-05-02 Марина Владимировна ЗУЕВА Stimulator using complex-structured optical signals and method for the use thereof
RU193098U1 (en) * 2019-03-22 2019-10-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения" DEVICE FOR GENERATING A RANDOM SIGNAL WITH ADJUSTABLE FRACTAL DIMENSION
RU2741209C1 (en) * 2020-05-12 2021-01-22 Дмитрий Васильевич Белик Cerebral cortex stimulation system for recovery of short-term and long-term memory in post-stroke period
RU2773684C1 (en) * 2021-10-04 2022-06-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр глазных болезней имени Гельмгольца" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ГБ им. Гельмгольца" Минздрава России) Method for improving the functional activity of the visual system using fractal phototherapy using a stereoscopic display

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2549150C1 (en) Fractal flicker generator for biomedical investigations
McCulloch et al. ISCEV Standard for full-field clinical electroretinography (2015 update)
Hill et al. TMS-EEG: A window into the neurophysiological effects of transcranial electrical stimulation in non-motor brain regions
Britz et al. BOLD correlates of EEG topography reveal rapid resting-state network dynamics
Hsu et al. Evaluate the feasibility of using frontal SSVEP to implement an SSVEP-based BCI in young, elderly and ALS groups
Stecher et al. Absence of alpha-tACS aftereffects in darkness reveals importance of taking derivations of stimulation frequency and individual alpha variability into account
Liberati et al. Tonic thermonociceptive stimulation selectively modulates ongoing neural oscillations in the human posterior insula: Evidence from intracerebral EEG
Borys et al. An analysis of eye-tracking and electroencephalography data for cognitive load measurement during arithmetic tasks
Keil Electro-and magnetoencephalography in the study of emotion
Labecki et al. Temporal modulation of steady-state visual evoked potentials
Kim et al. Painful cutaneous laser stimuli induce event-related gamma-band activity in the lateral thalamus of humans
Mushin et al. Visual evoked responses to LED photostimulation in newborn infants
Naghibi Rad et al. Encoding pleasant and unpleasant expression of the architectural window shapes: an ERP study
Kremláček et al. Role of latency jittering correction in motion-onset VEP amplitude decay during prolonged visual stimulation
Kasten et al. Integrating electric field modelling and neuroimaging to explain inter-individual variability of tACS effects
Lindenblatt et al. Electrical phosphenes: on the influence of conductivity inhomogeneities and small-scale structures of the orbita on the current density threshold of excitation
Shibusawa et al. Transcranial alternating current stimulation affects several alpha components depending on their frequencies relative to the stimulation frequency
Albasu et al. OculusGraphy: Description and Time Domain Analysis of Full-Field Electroretinograms Database
Brunette The human electroretinogram during dark adaptation: Implicit time and amplitude studies
Yawale et al. Effect of light illumination factors on brain activity as measure of event related potential using EEGLAB
Galambos et al. Temporal distribution of the ganglion cell volleys in the normal rat optic nerve
RU2556494C2 (en) Method of operative screening diagnostics and correction of person&#39;s functional state by means of hardware-software complex &#34;rofes&#34;
Arora et al. Transcranial electrical stimulation effects on neurovascular coupling
Schatz et al. Assessment of “non-recordable” electroretinograms by 9 Hz flicker stimulation under scotopic conditions
Ludlam et al. The visual evoked response a new tool in vision research