WO2019083410A1 - Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования - Google Patents

Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования

Info

Publication number
WO2019083410A1
WO2019083410A1 PCT/RU2018/000668 RU2018000668W WO2019083410A1 WO 2019083410 A1 WO2019083410 A1 WO 2019083410A1 RU 2018000668 W RU2018000668 W RU 2018000668W WO 2019083410 A1 WO2019083410 A1 WO 2019083410A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
fractal
signal generator
programmer
stimulator
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000668
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Марина Владимировна ЗУЕВА
Александр Иванович КАРАНКЕВИЧ
Original Assignee
Марина Владимировна ЗУЕВА
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 Марина Владимировна ЗУЕВА filed Critical Марина Владимировна ЗУЕВА
Publication of WO2019083410A1 publication Critical patent/WO2019083410A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand

Definitions

  • the invention relates to the field of medical instrumentation and can be used in biomedical research and technology to stimulate the brain.
  • the device - a stimulator of complexly structured optical signals - is intended to stimulate the visual system and the brain with fractal optical signals, the structure of which is close in dynamics to the activity of a healthy brain in order to maintain, improve or restore its activity and related cognitive functions.
  • a common disadvantage of these devices is the generation of periodic signals with deterministic dynamics to stimulate the brain.
  • brain stimulation with periodic rhythms or, conversely, with signals that have completely random stochastic dynamics is not able to restore the fractal complexity of the rhythms of healthy physiological functions, and in some cases there is a risk of negative effects.
  • fractal visual stimulation can help improve the efficiency of recovery of brain activity and mental activity in healthy people in stressful situations, with psycho-emotional disorders in individuals suffering from neurological and psychiatric disorders and neurodegenerative diseases.
  • the use of generators of complexly structured signals may be useful in the recovery period after injuries and strokes of the brain through the reactivation of synaptic plasticity.
  • Optical stimulation devices consisting of an optical terminal in the form of glasses with an opaque frame with light sources mounted on the inner (near to the eyes) side of the rim, and a power and control unit connected to the optical terminal by a wired interface [14-18].
  • the formation of signals of a periodic form: "rectangle”, “bell”, “sine”, “asymmetric sine” [15] is provided and complex-structured signals with a fractal dimension from 1.1 to 1.5 are not used.
  • the optical terminal is connected to a wired interface control device, which can be a deterrent when used in hospitals.
  • the known method of fractal stimulation based on the use of the device [19] - a generator of fractal flickering for biomedical research, designed to generate a non-uniformly flashing background - a dynamic light fractal, in which the fluctuations in the intervals between flashes are invariant in time.
  • the disadvantage [19] is the inability to create complex-structured signals of the desired fractal dimension in the range 1 ⁇ D ⁇ 2 (not including 2), which does not allow to approximate the complexity of the stimulating signal to the dynamics of the activity of a healthy brain.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) is the closest to the essence of the proposed technical solution and adopted for the prototype.
  • the stimulating device provides a fractal stimulation mode for optimal treatment of human diseases.
  • the device contains a microprocessor that controls a series of preprogrammed stimuli, including electrical, magnetic stimulation, mechanical, auditory and photostimulation, with adjustable variation of stimulation parameters (amplitude, intensity, wavelength, etc.).
  • the parameters are adjusted to match the fractal pattern, and differ from the periodic, random, or chaotic dynamics in typical stimulation devices.
  • the formula and description of the present invention according to the PatentScope do not regulate the requirements for the structure of stimulating signals and there are no specific conditions that bring it closer to the dynamics of the activity of a healthy brain.
  • the purpose of creating our proposed device is the formation of complex-structured optical signals with specified parameters for brain stimulation, which are close in dynamics to the activity of a healthy brain, increasing flexibility in generating signals and ease of use by increasing the mobility of devices.
  • interface means a channel or means of communication between parts of a device, including a wired channel (wired interface), a wireless channel (wireless interface).
  • FIG. 1 shows the proposed scheme of the stimulator device by complex structured optical signals.
  • the signal source IS1 provides the formation of a light signal acting on the human visual system.
  • the source of the IS1 signal should provide the ability to reproduce an achromatic or color signal with a wavelength of 380 nm (790 THz) to 780 nm (385 THz), with a frequency of up to 10 KHz to provide the necessary fractal dimensions of the signal and the number of levels of self-similarity.
  • the GS2 signal generator consists of an MKZ microcontroller containing an EP4 non-volatile memory for storing the signal program, a power source (standalone or network) IP5, wired (USB) IF6.1 and / or wireless (WiFi, Bluetooth) IFb.2 interfaces for connecting a programmer
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) ⁇ 7.
  • the GS2 generator receives a signal program from the PM7 programmer via wired IFb.1 or wireless IF6.2 interface, stores it in the non-volatile memory of EP4 and ensures reproduction of the signal by the IS1 light source in accordance with the program of the signal recorded in the EP4 generator of the ⁇ 2 generator before overwriting the signal program.
  • the GS2 signal generator can provide for the connection of an external light source IS1 via a wired interface, or it can be combined in one package with a light source.
  • the PM7 programmer is implemented in the form of software operating on a computing device platform in the form of a personal computer, tablet, or smartphone containing wired (USB) and / or wireless (WiFi, Bluetooth) interfaces used to connect to a signal generator.
  • the PM7 programmer consists of a signal program block (BF8) and a signal blocker (ZC9) using wired interfaces IF10.1 or wireless interfaces IF10.2 of the platform used.
  • the signal program is generated by the BF8 block based on the specified signal parameters, including the waveform (mathematical function), fractal dimension, the number of signal self-similarity levels, the repetition rate of the signal pattern.
  • the BF8 block provides the formation of both signals with regular or stochastic dynamics for biomedical research, as well as signals with fractal dynamics.
  • the generated signal program by the signal loader ZS9 is transmitted to the GS2 signal generator via a wired (IF10.1 -> IFb.1) or wireless (IF10.2 -> IF6.2) interface.
  • the programmer provides the formation of programs of fractal signals with a dimension in the range of 1 ⁇ D ⁇ 2 (not including 2), and the number of levels of self-similarity from 2 to 10.
  • the programmer provides signal generation based on the use of software implementation of fractal functions, such as the Bolzano, Weierstrass, Riemann, Hankel, Darboux functions, fractal splines, fractal wavelets and others.
  • fractal functions such as the Bolzano, Weierstrass, Riemann, Hankel, Darboux functions, fractal splines, fractal wavelets and others.
  • the programmer provides the formation of the program signal of a given duration.
  • the device can be implemented in the following versions:
  • a LED emitter, stationary or mobile, combined in one package with a signal generator, is used as a signal source.
  • the programmer is made in the form of a personal computer, tablet or mobile phone (smartphone), which contains software for generating a signal program with the specified parameters and loading the signal program via a wireless or wired interface to the signal generator;
  • the source of the signal is an optical terminal in the form of glasses, which contains a LED emitter and a signal generator.
  • the programmer is made in the form of a personal computer, tablet or mobile phone (smartphone) containing the software for the formation of the program
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) a signal with specified parameters and loading a signal program via a wireless or wired interface into a signal generator;
  • the source of the signal and the signal generator is an optical terminal containing a LED emitter, a diffuser, and a signal generator.
  • the specified device is installed in the glasses of virtual reality for the perception of the signal.
  • the programmer is made in the form of a personal computer, tablet or mobile phone (smartphone) containing software for generating a signal program with specified parameters and loading a signal program via a wireless or wired interface to a signal generator; in the particular case, the estimated size of the optical terminal may have such parameters (dimensions) as 80 x 160 x 10 mm (height x length x depth), preferably rectangular in shape and weight up to 200 grams;
  • the optical terminal in the form of a mobile phone (smartphone) containing the signal generator software is used as a signal source and signal generator.
  • the programmer is made in the form of a personal computer, a tablet containing software for generating a signal program with specified parameters and downloading a signal program via a wireless or wired interface to a signal generator.
  • the programmer may be located in a separately located electronic computer connected to a signal source via the Internet.
  • the proposed device works as follows
  • a set of signal programs with the specified parameters is generated.
  • the parameters used are the type of fractal function (Bolzano, Weierstrass, Riemann, Hankel, Darboux, fractal splines, fractal wavelets and others), fractal dimension (in the range from 1 to 2, not including 2), the number of levels of self-similarity (from 2 to 10 ), the duration of the signal (from 1 to 60 minutes).
  • the signal program may contain background areas that provide, for example, the preparation of the recipient for signal perception. As a result, a set of generated signal programs is stored in the programmer’s memory.
  • the signal is selected to be loaded into the signal generator.
  • the signal generator is turned on, connected via a wired or wireless interface to the programmer, after
  • the Internet connects to the computer where the programmer is located and loads the selected signal program into the signal generator.
  • the specified signal After loading the signal program into the non-volatile memory of the signal generator, the specified signal can be reproduced repeatedly. To play another signal, it is necessary to load its program into the signal generator using the programmer.
  • the room should be provided with comfortable illumination in the range from 50 to 500 Lx.
  • the optical terminal in the form of glasses must be attached to the head of the recipient.
  • the signal source must be installed in the holder, for example, the case of virtual reality glasses. Glasses-holders with a fixed signal source are fixed on the recipient's head to act.
  • the smartphone is installed in the holder and is located at a distance of no more than 30 cm from the recipient.
  • the presence of a power source in the generator allows the generator to be used separately from the programmer.
  • the presence of a programmer allows you to flexibly form programs of signals and control the loading of programs of signals into a signal generator.
  • the presence of wireless interfaces allows to increase the comfort of using the device due to the lack of connecting cables that limit the freedom of movement of the recipient.
  • Example 1 Demonstrates the effect of single-fractal optical stimulation on the psycho-physiological parameters of healthy individuals, mental and physical performance of athletes involved in table tennis.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) research and assessment of the accuracy of hitting the ball in motor tests before and after a 10-minute break.
  • the brain was trained by stimulating low-intensity fractal flashes, and in the control group the break included normal rest.
  • an improvement in the speed of a simple visual-motor reaction (PZMR) (6.48%), a decrease in the frequency (22.3%) and the duration of touches (25.37%) in contact tremimetry, improvement of the mobility of the nervous processes in the cortical part of the visual analyzer (14.77% and 9.25%) in the critical flicker fusion frequency test (ccsm).
  • athlete A was conveniently seated sitting in a chair and wearing a virtual reality glasses device on his head, in place of the screen of which an optical terminal was built, generating complexly structured flashes.
  • the device was turned on and the training program of fractal stimulation with the fractal dimension of Hausdorff-Bezikovitch equal to 1.4 and the level of self-similarity 3, the maximum signal brightness was 12 lux, was chosen.
  • Athlete A. brain training session by fractal stimulation of the visual system was performed once. The duration of the training was 10 minutes.
  • the PZMR and KChSM time for athlete A. was 210 ms and 25 Hz and for athlete B. - 207 ms and 24 Hz, respectively.
  • the PZMR time was reduced to 195 ms
  • CFFF increased to 30 Hz
  • these figures were 208 ms and 25 Hz. That is, the athlete of the control group did not improve the speed of the visual reaction, and the CFFF rate increased slightly after a short rest.
  • a single session of brain training with the help of fractal visual stimulation significantly reduced the time of PZMR and increased CFFF.
  • the positive dynamics of these indicators indicates not only an increase in visual functions, but also an increase in the mobility of the nervous processes in the visual cortex.
  • Example 2 In limited clinical trials, the positive effect of a 2-week course of therapy, consisting of 10-12 sessions of fractal photostimulation, on the light sensitivity in the visual field in patients with primary open-angle glaucoma (POAG) has been proven.
  • POAG primary open-angle glaucoma
  • Glaucoma is a neurodegenerative disease involving the pathological
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the process is not only the retina, but also the brain and causing dysfunction and morphological changes in neural networks in the central parts of the visual system (lateral articular body and visual cortex) (Gupta N, Yiicel YH, 2007; Glaucoma as a neurodegenerative disease. Curr. Opin. Ophthalmol. 2007 Mar; 18 (2): 110-114; Ly T. et al. Dendrite Plasticity in the Lateral Geniculate Nucleus in Primate Glaucoma. Vision Res. 2011 January 28; 51 (2): 243-250. Doi: 10.1016 / j .resres .2010.08.003.; Calkins DJ, Horner PJ.
  • Glaucoma Axonopathy and the Brain. IOVS. 2012; 53 (5): 2482-2484; Lawlor M., Danesh-Meyer H., Levin LA, Davagnanam I., De Vita E., Glaucoma Plant GT and the brain: Transjaptic degeneration, structural change, and implications for neuroprotection. Surv. Opthalmol. 2018; 63: 296-3 06).
  • CP computer-assisted automated perimetry
  • the following example includes the results of the examination of patient L. with distant glaucoma (POAG II 1a) before applying phototherapy, in the middle of the course and one week after the end of the course of treatment.
  • POAG II 1a distant glaucoma
  • the patient was comfortably seated, sitting in a chair and wearing a device in the form of virtual reality goggles, in which an optical terminal was built, generating complexly structured flashes.
  • the device was turned on and a fractal stimulation program with a Hausdorff-Bezikovich dimension of 1.4 and a self-similarity level of 4 was selected, the maximum signal brightness was 12 lux.
  • the duration of one session was 10 minutes.
  • a two-week course of treatment comprised 10 sessions of fractal optical stimulation of 10 minutes duration, conducted in the first half of the day (from 8 to 11 hours). On weekends, sessions were not conducted.
  • MD indices mean deviation
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) there is a significant percentage of cells that are still in the plastic phase of reversible functional changes and are able to respond positively to adequate therapy.
  • the clinical significance of the results of this study is that fractal stimulation can be considered as a new non-pharmacological (physiotherapeutic) approach to neuroprotective therapy.
  • fig. 1 shows a table with a statistical analysis of the research results for MD and PSD (standard deviation pattern).

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области медицинского приборостроения и может применяться в биомедицинских исследованиях и технологиях стимуляции головного мозга. Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами предназначен для стимулирования зрительной системы и головного мозга фрактальными оптическими сигналами, структура которых приближена по динамике к активности здорового головного мозга. Стимулятор формирует фрактальные оптические сигналы с заданными параметрами, и имеет форму переносного устройства, состоящего из источника светового сигнала, генератора сигнала, состоящего из микроконтроллера, памяти программы сигнала, источника питания, проводных и беспроводных интерфейсов, программатора в форме вычислительного устройства в форме персонального компьютера, содержащего беспроводные интерфейсы для подключения к генератору сигнала, а также программный блок формирования программы сигнала, а также загрузчик сигнала через интерфейсы в генератор сигнала. Предлагаются также оптимальные способы использования такого устройства. Техническим результатом является возможность использования генератора отдельно от программатора, гибкое формирование программы сигналов и управление загрузкой программ сигналов в генератор сигналов, комфорт использования устройства за счет отсутствия соединительных кабелей.

Description

Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования
Изобретение относится к области медицинского приборостроения и может применяться в биомедицинских исследованиях и технологиях стимуляции головного мозга.
Устройство - стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами - предназначено для стимулирования зрительной системы и головного мозга фрактальными оптическими сигналами, структура которых приближена по динамике к активности здорового головного мозга с целью поддержания, улучшения или восстановления его активностии связанных с ней когнитивных функций.
Уровень техники
Известны стационарные устройства и мобильные приложения для светостимуляции, создающие ахроматические или цветовые мелькание, которые генерируются, как правило, с постоянной частотой альфа или бета ритма, которые ассоциируют с релаксацией и состоянием покоя, или, соответственно, работоспособностью и концентрацией внимания.
Общим недостатком этих устройств является генерация для стимулирования мозга периодических сигналов с детерминированной динамикой.
Учитывая современные научные представления, стимуляция головного мозга периодическими ритмами или, наоборот, сигналами, имеющими полностью случайную, стохастическую динамику, не способна восстановить фрактальную сложность ритмов здоровых физиологических функций, а в некоторых случаях возможен риск получения негативных эффектов.
Основанием для такого вывода служат результаты научных исследований, показавшие, что ритм здоровых функций организма, включая корковую активность, имеет высоко-коррелированную детерминировано-хаотическую (фрактальную) динамику со спектральной плотностью мощности, приближенной к 1/f1 [1-4]. В то же время, старение человека, воздействие стрессовых факторов и болезней приводят к потере дальних корреляций и возникновению полностью некоррелированной стохастической динамики (приближенной к белому шуму, l/f°) или детерминированному процессу (физиологический ритм, близкий к периодическим или квазипериодическим колебаниям) [5-7] . Нарушение сложности ЭЭГ документировано у больных шизофренией и при депрессивных расстройствах [8].
В работах [9-13] постулируется, что фрактальная зрительная стимуляция может способствовать повышению эффективности восстановления активности головного мозга и умственной деятельности у здоровых людей в стрессовых ситуациях, при психоэмоциональных расстройствахи у лиц, страдающих неврологическими и психиатрическими расстройствами и нейродегенеративными заболеваниями. В том числе, применение генераторов сложноструктурированных сигналов может быть полезным в восстановительный период после травм и инсультов головного мозга через реактивацию синаптической пластичности.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) W
2
С другой стороны, использование фрактальной оптической или звуковой стимуляции перспективно также в качестве способа тренировки когнитивных функций [13].
Для разработки технологий и различных способов тренировки, восстановленияи усиления активности головного мозга, его сенсорных систем и повышения когнитивных функций необходимо создание устройств - стимуляторов, которые обеспечивают генерацию сложноструктурированных сигналов, приближенных по своей структуре динамике активности здорового головного мозга. Анализ данных литературы позволил нам заключить, что для повышения когнитивных функций и улучшения активности мозга особенно перспективно использование сложноструктурированных сигналов с фрактальной размерностью от 1,1 до 1,5.
Известны устройства оптической стимуляции, состоящие из оптического терминала в форме очков с непрозрачной оправой с источниками света, установленными на внутренней (ближней к глазам) стороне оправы, и блока питания и управления, соединенного с оптическим терминалом проводным интерфейсом [14-18]. В указанных устройствах обеспечивается формирование сигналов периодической формы: «прямоугольник», «колокол», «синус», «ассиметричный синус» [15] и не используются сложноструктурированные сигналы с фрактальной размерностью от 1,1 до 1,5. Кроме того, оптический терминал связан с устройством управления проводным интерфейсом, что может быть сдерживающим фактором при применении в лечебных учреждениях .
Известны устройства, обеспечивающие оптическую стимуляцию, в форме очков с автономным источником питания [14,18]; в результате уменьшения количества проводов такие устройства менее ограничивают пользователя. Указанные устройства содержат микроконтроллер с памятью для программ сигналов и обеспечивают их воспроизведение с помощью светодиодов. Недостатком указанных устройств является ограниченный (фиксированный) набор сигналов, записанных в память контроллера, а также сложноеперепрограммирование сигнала в микроконтроллере путем нажатия кнопок на оптическом терминале, имеющим небольшой размер и прочность. Указанные устройства также не обеспечивают формирования сложноструктурированных оптических сигналов с заданной фрактальной динамикой.
Известен способ фрактальной стимуляции, основанный на использовании устройства [19] - генератора фрактальных мельканий для биомедицинских исследований, предназначенного для генерации неоднородно мелькающего фона - динамического светового фрактала, в котором инвариантными во времени являются флуктуации интервалов между вспышками. Недостатком [19] является невозможность создавать сложноструктурированные сигналы нужной фрактальной размерности в диапазоне 1<D<2 (не включая 2), что не позволяет приблизить сложность стимулирующего сигнала к динамике активности здорового мозга .
Устройство по изобретению Cheng W. «Способ и устройство фрактальной стимуляции» (WO/2015/131770 Fractal stimulation method and device PCT/CN2015/073241 , Cheng, Weyland) [20]
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) является наиболее близким по существу заявляемого технического решения и принято за прототип.
В прототипе заявлено, что стимулирующее устройство обеспечивает фрактальный режим стимуляции для оптимального лечения болезней человека. Устройство содержит микропроцессор, управляющий серией предварительно запрограммированных стимулов, включая электрическую, магнитную стимуляцию, механическую, слуховую и фотостимуляцию, с регулируемым изменением параметров стимуляции (амплитуды, интенсивности, длины волны и пр.). Параметры настраиваются так, чтобы они соответствовали фрактальной схеме, и отличались от периодической, случайной или хаотичной динамики в типичных устройствах стимуляции. Таким образом, формула и описание данного изобретения по данным PatentScope не регламентируют требования к структуре стимулирующих сигналов и отсутствуют конкретные условия, приближающие ее к динамике активности здорового головного мозга.
Целью создания предлагаемого нами устройства является формирование сложноструктурированных оптических сигналов с заданными параметрами для стимуляции головного мозга, приближенных по динамике к активности здорового головного мозга, повышение гибкости при формировании сигналов и удобства применения за счет повышения мобильности устройств.
Поставленные цели достигается за счет сочетания:
- излучателей оптических сигналов;
- генераторов, обеспечивающих формирование сложноструктурированных сигналов в соответствии с заданной программой;
- программаторов, обеспечивающих формирование программ сложноструктурированных сигналов, приближенными по динамике к активности здорового головного мозга,
которые могут соединяться между собой как с использованием проводных, так и с использованием беспроводных интерфейсов .
Для целей настоящей заявки под термином «интерфейс» понимается канал или средство связи между частями устройства, в том числе проводной канал (проводной интерфейс) , беспроводной канал (беспроводной интерфейс) .
На рисунке (фиг. 1) приведена предлагаемая схема устройства стимулятора сложноструктурированными оптическими сигналами .
Источник сигнала ИС1 обеспечивает формирование светового сигнала, воздействующего на зрительную систему человека. Источник сигнала ИС1 должен обеспечивать возможность воспроизведения ахроматического или цветного сигнала длиной волны от 380 нм (790 ТГц) до 780 нм (385 ТГц) , с частотой до 10 КГц для обеспечения необходимых фрактальных размерностей сигнала и количества уровней самоподобия.
Генератор сигнала ГС2 состоит из микроконтроллера МКЗ, содержащего энергонезависимую память ЭП4 для хранения программы сигнала, источника питания (автономного или сетевого) ИП5, проводных (USB) ИФ6.1 и/или беспроводных (WiFi, Bluetooth) ИФб.2 интерфейсов для подключения программатора
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) ΠΜ7. Генератор ГС2принимает от программатора ПМ7 программу сигнала по проводному ИФб.1 или беспроводному ИФ6.2 интерфейсу, сохраняет ее в энергонезависимой памяти ЭП4 и обеспечивает воспроизведение сигнала источником света ИС1 в соответствии с программой сигнала, записанного в памяти ЭП4 генератора ГС2, до перезаписи программы сигнала.
Генератор сигнала ГС2 может обеспечивать подключение внешнего источника света ИС1 по проводному интерфейсуили совмещается в одном корпусе с источником света.
Программатор ПМ7 реализован в форме программных средств, функционирующих на платформе вычислительного устройства в виде персонального компьютера, планшета, или смартфона, содержащего проводные (USB) и/или беспроводные (WiFi, Bluetooth) интерфейсы, используемые для подключения к генератору сигнала. Программатор ПМ7 состоит из блока формирования программы сигнала (БФ8) и блоказагрузчика сигнала (ЗС9) , использующего проводные интерфейсы ИФ10.1 или беспроводные интерфейсы ИФ10.2 используемой платформы. Программа сигнала формируется блоком БФ8 на основе заданных параметров сигнала, включающих форму сигнала (математическая функция), фрактальную размерность, количество уровней самоподобия сигнала, частоту повторения паттерна сигнала. Блок БФ8 обеспечивает формирование как сигналов с регулярной или стохастической динамикой для биомедицинских исследований, так и сигналов, имеющих фрактальную динамику. Сформированная программа сигнала загрузчиком сигнала ЗС9 передается в генератор сигнала ГС2 через проводной (ИФ10.1 -> ИФб.1) или беспроводной (ИФ10.2 - >ИФ6.2) интерфейс.
Программатор обеспечивает формирование программ фрактальных сигналов с размерностью в диапазоне 1<D<2 (не включая 2), и количеством уровней самоподобия от 2 до 10.
Программатор обеспечивает формирование сигнала на основе использования программной реализации фрактальных функций, таких, как функции Больцано, Вейерштрасса, Римана, Ханкеля, Дарбу, фрактальные сплайны, фрактальные вейвлеты и другие.
Программатор обеспечивает формирование программы сигнала заданной длительности.
Устройство может быть реализовано в следующих исполнениях :
1. В качестве источника сигнала используется светодиодный излучатель, в стационарном или мобильном исполнении, объединенный в одном корпусе с генератором сигнала. Программатор выполнен в форме персонального компьютера, планшета или мобильного телефона (смартфона) , содержащего программное обеспечение для формирования программы сигнала с заданными параметрами и загрузки программы сигнала по беспроводному или проводному интерфейсу в генератор сигнала;
2. В качестве источника сигнала используется оптический терминал в форме очков, содержащий светодиодный излучатель и генератор сигнала. Программатор выполнен в форме персонального компьютера, планшета или мобильного телефона (смартфона) , содержащего программное обеспечение для формирования программы
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) сигнала с заданными параметрами и загрузки программы сигнала по беспроводному или проводному интерфейсу в генератор сигнала;
3. В качестве источника сигнала и генератора сигнала используется оптический терминал, содержащий светодиодный излучатель, рассеиватель , генератор сигнала. Указанное устройство устанавливается в очки виртуальной реальности для восприятия сигнала. Программатор выполнен в форме персонального компьютера, планшета или мобильного телефона (смартфона) , содержащего программное обеспечение для формирования программы сигнала с заданными параметрамии загрузки программы сигнала по беспроводному или проводному интерфейсу в генератор сигнала; при этом в частном случае предполагаемый размер оптического терминала может иметь такие параметры (габариты), как 80 х 160 х 10 мм(высота х длина х глубина) , предпочтительна прямоугольная форма и вес до 200 граммов;
4. В качестве источника сигнала и генератора сигнала используется оптический терминал в форме мобильного телефона (смартфона) содержащего программное обеспечение генератора сигнала. Программатор выполнен в форме персонального компьютера, планшета, содержащего программное обеспечение для формирования программы сигнала с заданными параметрами и загрузки программы сигнала по беспроводному или проводному интерфейсу в генератор сигнала.
5. Программатор может находиться в отдельно расположенной электронно-вычислительной машине, связанной с источником сигнала через сеть Интернет.
При таком исполнении программатора возможно осуществление способа использования устройства, при котором пользователь даёт команды программатору через сеть Интернет, а программатор осуществляет передачу программы сигнала на генератор сигнала по запросу через сеть Интернет.
Предлагаемое устройство работает следующим образом
С использованием программного обеспечения программатора производится формирование набора программ сигналов с заданными параметрами. В качестве параметров используются тип фрактальной функции (Больцано, Вейерштрасса, Римана, Ханкеля, Дарбу, фрактальные сплайны, фрактальные вейвлеты и другие) , фрактальная размерность (в диапазоне от 1 до 2, не включая 2), количество уровней самоподобия (от 2 до 10) , длительность воспроизведения сигнала (от 1 до 60 минут) . Программа сигнала может содержать фоновые участки, обеспечивающие, например, подготовку реципиента к восприятию сигнала. В результате в памяти программатора сохраняется набор сформированных программ сигналов .
На основе особенностей реципиента, цели оказываемого воздействия (тренировка мозга, лечение, биомедицинские исследования) выбирается сигнал для загрузки в генератор сигнала. Генератор сигнала включается, подключается по проводному или беспроводному интерфейсу к программатору, после
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) б
чего выполняется загрузка программы сигнала в энергонезависимую память генератора сигнала.
В случае использования стимулятора сложноструктурированными оптическими сигналами в исполнении 5 производится подключение по сети Интернет к электронно- вычислительной машине, на которой находится программатор, и выполняется загрузка выбранной программы сигнала в генератор сигнала .
После загрузки программы сигнала в энергонезависимую память генератора сигнала указанный сигнал может быть воспроизведен неоднократно. Для воспроизведения другого сигнала необходимо произвести загрузку его программы в генератор сигнала с помощью программатора.
Для воздействия на реципиента необходимо:
- включить генератор сигнала;
- обеспечить взаиморасположение реципиента, источника сигнала и генератора сигнала в соответствии с исполнением устройства ;
- дождаться завершения программы стимуляции;
- выключить генератор сигнала, завершить процедуру.
В помещении должна быть обеспечена комфортная освещенность в диапазоне от 50 до 500 Лк.
В случае использования исполнения 1 необходимо разместить реципиента вблизи устройства в сидячем или лежачем положении таким образом, чтобы устройство находилось на расстоянии не более 1 метра.
В случае использования исполнения 2 оптический терминал в форме очков должен быть закреплен на голове реципиента.
В случае использования исполнения 3 источник сигнала должен устанавливаться в держатель, например, корпус очков виртуальной реальности. Очки-держательс установленным источником сигнала закрепляются на голове реципиента для оказания воздействия.
В случае использования исполнения 4 смартфон устанавливается в держатель и располагается на расстоянии не более 30 см от реципиента.
Наличие в генераторе источника питания позволяет использовать генератор отдельно от программатора. Наличие программатора позволяет гибко формировать программы сигналов и управлять загрузкой программ сигналов в генератор сигналов. Наличие беспроводных интерфейсов позволяет повысить комфорт использования устройства за счет отсутствия соединительных кабелей, ограничивающих свободу движений реципиента.
Примеры, подтверждающие реализацию назначения
Пример 1. Демонстрирует влияние однократной фрактальной оптической стимуляции на психофизиологические параметры здоровых лиц, умственную и физическую работоспособность спортсменов, занимающихся настольным теннисом.
В двух группах студентов с базовым уровнем подготовки по настольному теннису выполняли комплекс психофизиологических
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) исследований и оценку точности удара по мячу в моторных тестах до и после 10 -минутного перерыва. В течение перерыва в основной группе выполняли тренировку головного мозга путем стимуляции фрактальными мельканиями слабой интенсивности, а у контрольной группы перерыв включал обычный отдых. После однократного 10 -минутного сеанса фрактальной стимуляции слабыми световыми мельканиями установлено улучшение скорости простой зрительно-моторной реакции (ПЗМР) (6,48%), снижение частоты (22,3%) и длительности касаний (25,37%) в контактной тремометрии, улучшение подвижности нервных процессов в корковом отделе зрительного анализатора (14,77% и 9,25%) в тесте критической частоты слияния мельканий (КЧСМ) . Однократная фрактальная фото- стимуляция в процессе перерыва на отдых вызвала улучшение точности при выполнении наката слева (13%) и оставалась стабильной техника накатом справа (0%). Эти результаты свидетельствуют о положительном влиянии фрактальной оптической стимуляции на физическую и умственную работоспособность спортсменов. В приведенном ниже примере мы сравниваем результаты исследований ПЗМР и КЧСМ у студента А. (основная группа) и студента Б. (контрольная группа).
Во время перерыва на отдых спортсмен А. удобно располагался сидя в кресле и надев на голову устройство в форме очков виртуальной реальности, на месте экрана которого вмонтирован оптический терминал, генерирующий сложноструктурированные мелькания. Включали устройство и выбирали тренировочную программу фрактальной стимуляции с фрактальной размерностью Хаусдорфа-Безиковича, равной 1.4 и уровень самоподобия 3, максимальная яркость сигнала составляла 12 люкс. У спортсмена А. сеанс тренировки головного мозга путем фрактальной стимуляции зрительной системы выполнялся однократно. Длительность тренировки составляла 10 -минут.
До перерыва в тренировках время ПЗМР и КЧСМ у спортсмена А. составляли 210 мс и 25 Гц и у спортсмена Б. - 207 мс и 24 Гц, соответственно. После 10-минутного перерыва с фото- стимуляцией у теннисиста А. время ПЗМР сократилось до 195 мс, и КЧСМ возросла до 30 Гц, а у теннисиста Б. после обычного 10- минутного отдыха эти показатели равнялись 208 мс и 25 Гц. То есть, у спортсмена контрольной группы скорость зрительной реакции не улучшалась, а КЧСМ возрастала незначительно после кратковременного отдыха. С другой стороны, у спортсмена основной группы однократный сеанс тренировки головного мозга с помощью фрактальной зрительной стимуляции существенно уменьшал время ПЗМР и повышал КЧСМ. Положительная динамика этих показателей указывает не только на возрастание зрительных функций, но и на повышение подвижности нервных процессов в зрительной коре.
Пример 2. В ограниченных клинических испытаниях доказано положительное влияние 2-х недельного курса терапии, состоящего из 10-12 сеансов фрактальной фотостимуляции, на световую чувствительность в поле зрения у больных первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ) .
Глаукома, как сегодня хорошо доказано, является нейродегенеративным заболеванием, вовлекающим в патологический
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) процесс не только сетчатку, но и мозг и вызывая дисфункцию и морфологические изменения нейронных сетей в центральных отделах зрительной системы (латеральное коленчатое тело и зрительная кора) (Gupta N, Yiicel YH , 2007; Glaucoma as a neurodegenerative disease. Curr. Opin. Ophthalmol. 2007 Mar; 18 (2) : 110-114 ; Ly T. et al . Dendrite Plasticity in the Lateral Geniculate Nucleus in Primate Glaucoma. Vision Res. 2011 January 28; 51(2): 243-250. doi : 10.1016/j . visres .2010.08.003. ; Calkins DJ, Horner PJ. The Cell and Molecular Biology of Glaucoma: Axonopathy and the Brain. IOVS. 2012; 53(5): 2482-2484; Lawlor M . , Danesh-Meyer H . , Levin L.A., Davagnanam I., De Vita E . , Plant G.T. Glaucoma and the brain: Trans- synaptic degeneration, structural change, and implications for neuroprotection. Surv. Opthalmol . 2018; 63 : 296-306) .
Более того, развивающиеся при глаукоме изменения имеют некоторые сходные признаки с проявлениями других нейродегенеративных заболеваний головного мозга, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона (Gupta N, Yiicel YH, 2007; Glaucoma as a neurodegenerative disease. Curr. Opin. Ophthalmol. 2007 Mar ; 18 (2 ) : 110 - 114 ) .
Широко применяемый метод компьютерной автоматизированной периметрии (КП) , называемый «золотым стандартом» при диагностике глаукомы, оценивает сохранность всего зрительного пути, от третьего нейрона сетчатки (ганглиозных клеток) и его аксонов, составляющих зрительный нерв, до зрительных центров в головном мозге. Таким образом, показатели КП отражают изменения зрительных функций и функциональной активности сетчатки и головного мозга.
Приводимый ниже пример включает результаты обследования пациента Л. с далекозашедшей глаукомой (ПОУГ II 1а) до применения фототерапии, в середине курса и через неделю после окончания курса лечения.
Во время сеансов пациент удобно располагался, сидя в кресле и надев на голову устройство в форме очков виртуальной реальности, в который вмонтирован оптический терминал, генерирующий сложноструктурированные мелькания. Включали устройство и выбирали программу фрактальной стимуляции с размерностью Хаусдорфа-Безиковича, равной 1.4 и уровнем самоподобия 4, максимальная яркость сигнала составляла 12 люкс. Длительность одного сеанса составляла 10 -минут. Курс двухнедельного лечения составил 10 сеансов фрактальной оптической стимуляции длительностью по 10 минут, проводимой в первой половине дня (в период с 8 до 11 часов) . В выходные дни сеансы не проводили.
Для правого и левого глаз, показатели MD (среднего отклонения - Mean Deviation) составляли до лечения -19.87 и -24.91, в середине курса -16.78 и -23.54 и через неделю после окончания курса фрактальной терапии -13.82 и -16.9, соответственно .
Выраженный положительный эффект фрактальной стимуляции для глаз с ПОУГ Ша свидетельствует о том, что даже на развитых стадиях глаукомы в общей популяции ганглиозных клеток
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) имеется значительный процент клеток, которые еще находятся на пластической фазе обратимых функциональных изменений и способны позитивно реагировать на адекватную терапию. Клиническая значимость результатов этого исследования состоит в том, что фрактальная стимуляция может рассматриваться как новый нефармакологический (физиотерапевтический) подход к нейропротекторной терапии. На рис. 1 представлена таблица со статистическим анализом результатов исследования для MD и PSD (паттерн стандартного отклонения) .
Figure imgf000011_0001
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

Формула изобретения
1. Стимулятор фрактальными оптическими сигналами, предназначенный для стимулирования зрительной системы и головного мозга, отличающийся тем, что представляет собой переносное устройство, состоящее из:
а) источника сигнала, обеспечивающего воспроизведение ахроматического или цветного сигнала длиной волны от 380 нм до 780 нм, частотой до 10 КГц, подключенного с помощью проводного интерфейса к генератору сигнала,
б) генератора сигнала, состоящего из микроконтроллера, памяти программы сигнала, источника питания, USB интерфейсов для подключения программатора, обеспечивающего воспроизведение сигнала в соответствии с программой сигнала, записанного в памяти генератора, в форме отдельного устройства,
в) программатора в форме вычислительного устройства типа персонального компьютера, содержащего проводные и беспроводные интерфейсы для подключения к генератору сигнала, а также программный блок формирования программы сигнала, а также загрузчик сигнала, обеспечивающий загрузку программы сигнала через интерфейсы в генератор сигнала,
при этом источник сигнала и генератор сигнала конструктивно объединены в оптический терминал, содержащий излучатель, рассеиватель , установленный в очки или мобильный телефон типа смартфон, содержащий программное обеспечение генератора сигнала.
2. Стимулятор фрактальными оптическими сигналами по п. 1, отличающийся тем, что источник сигнала представляет собой светодиодный излучатель .
3. Стимулятор фрактальными оптическими сигналами по п . 1, отличающийся тем, что имеет беспроводные WiFi и/или Bluetooth интерфейсы.
4. Стимулятор фрактальными оптическими сигналами по п. 1, отличающийся тем, что программатор представляет собой мобильное устройство, которое устанавливается в держатель.
5. Стимулятор фрактальными оптическими сигналами по п. 1, отличающийся тем, что оптический терминал представляет собой очки.
6. Стимулятор фрактальными оптическими сигналами по п. 1, отличающийся тем, что оптический терминал представляет собой очки виртуальной реальности.
7. Стимулятор фрактальными оптическими сигналами по п. 5, 6, отличающийся тем, что очки закрепляются на голове реципиента .
8. Стимулятор фрактальными оптическими сигналами по п. 1, отличающийся тем, что программатор находится в отдельно расположенном вычислительном устройстве, связанном с генератором сигнала через сеть Интернет.
9. Способ использования устройства по пунктам 1-8, отличающийся тем, что посредством блока формирования программы сигнала программатора обеспечивается формирование программ
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) сигналов, имеющих периодическую, стохастическую и детерминированно-хаотическую динамику, и программ сигналов фрактальной динамики, при этом загрузчик сигналов программатора обеспечивает загрузку программы сигнала, сформированного блоком формирования программы сигнала программатора, в память генератора сигнала по проводным или беспроводным интерфейсам, а генератор сигнала обеспечивает сохранение и многократное воспроизведение сигнала в соответствии с программой сигнала, загруженной в память генератора сигнала, при этом программатор, генератор сигнала и источник сигнала обеспечивают формирование и воспроизведение сигналов с заданными характеристиками: тип фрактальной функции, фрактальная размерность Хаусдорфа-Безиковича в диапазоне от 1 до 2, не включая 2, уровень самоподобия от 2-х до 10 -ти.
10. Способ использования устройства по п. 8, отличающийся тем, что пользователь даёт команды программатору через сеть Интернет, а программатор осуществляет передачу программы сигнала на генератор сигнала по запросу через сеть Интернет .
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2018/000668 2017-10-23 2018-10-10 Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования WO2019083410A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137151 2017-10-23
RU2017137151A RU2680185C1 (ru) 2017-10-23 2017-10-23 Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019083410A1 true WO2019083410A1 (ru) 2019-05-02

Family

ID=65442550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000668 WO2019083410A1 (ru) 2017-10-23 2018-10-10 Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2680185C1 (ru)
WO (1) WO2019083410A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168848C2 (ru) * 1999-08-27 2001-06-10 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Генератор фрактального сигнала
RU2549150C1 (ru) * 2014-02-27 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Московский научно-исследовательский институт глазных болезней имени Гельмгольца" Министерства здравоохранения Российской Федерации Генератор фрактальных мельканий для биомедицинских исследований
WO2015131770A1 (zh) * 2014-03-03 2015-09-11 郑伟崙 分形刺激方法及设备

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2242256C2 (ru) * 2002-10-15 2004-12-20 Зао "Мта-Квч" Аппарат для квч-терапии
RU2609754C1 (ru) * 2015-08-18 2017-02-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения" (СПбГУКиТ) Устройство для генерирования случайного сигнала с фрактальными свойствами

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168848C2 (ru) * 1999-08-27 2001-06-10 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Генератор фрактального сигнала
RU2549150C1 (ru) * 2014-02-27 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Московский научно-исследовательский институт глазных болезней имени Гельмгольца" Министерства здравоохранения Российской Федерации Генератор фрактальных мельканий для биомедицинских исследований
WO2015131770A1 (zh) * 2014-03-03 2015-09-11 郑伟崙 分形刺激方法及设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЗУЕВА М.В. И ДР.: "Нарушение физиологических ритмов при нейродегенеративных заболеваниях: проблемы и перспективы световой терапии. ж", Ж КЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА,, vol. 94, no. 6, 2016, pages 427 - 430 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2680185C1 (ru) 2019-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6717824B2 (ja) 様々な刺激系列による効果的な非侵襲性神経刺激のためのデバイスおよびソフトウェア
JP5491676B2 (ja) 条件付けを用いて脱同期化をもたらす非侵襲性刺激の装置および方法
ES2608929T3 (es) Dispositivo para la calibración de una estimulación cerebral desincronizadora no invasiva
US10722678B2 (en) Device and method for effective non-invasive two-stage neurostimulation
ES2643045T3 (es) Aparato para calibrar una neuroestimulación invasiva, eléctrica y desincronizadora
WO2019152136A1 (en) Devices and methods for treatment of anxiety and related disorders via delivery of mechanical stimulation to nerve, mechanoreceptor, and cell targets
KR20160018660A (ko) 경두개 펄스 전류 자극
US20090005837A1 (en) Method and apparatus for stimulating the neurochemistry of the brain resulting in increased overall brain function, cognitive performance, and intelligence quota
JP2013519400A (ja) 振動刺激、触覚刺激、温度刺激によって患者を治療する装置
US8046083B2 (en) Device for influencing brain functions of a human being
KR20190127490A (ko) 거울신경세포의 활성화를 극대화하는 뇌 자극과 뇌-컴퓨터 인터페이스(bci) 기술을 결합한 게임 방식의 재활 시스템 및 그 제어방법
Danilov et al. Emerging noninvasive neurostimulation technologies: CN-NINM and SYMPATOCORECTION
CN109745216A (zh) 一种远程智能视觉理疗仪与系统
US20210316110A1 (en) Medical Treatment Device and Method for Stimulating Neurons of a Patient to Suppress a Pathologically Synchronous Activity of the Neurons
JP6779868B2 (ja) 効果的な侵襲性の脱同期化神経刺激の装置
US20170333711A1 (en) Device for effective non-invasive desynchronizing neurostimulation
CN112955944B (zh) 用于人脑诱导和训练的装置、系统和方法
CN204767043U (zh) 一种生物电刺激治疗仪
CN103957977A (zh) 照明信号、系统和方法
WO2019083410A1 (ru) Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования
RU2266144C2 (ru) Устройство для изменения уровня мозговой активности подачей сенсорных раздражителей
RU2671199C1 (ru) Способ тренировки головного мозга
RU2744051C1 (ru) Устройство для лечения нарушений работы вестибулярного аппарата
RU2753214C1 (ru) Способ лечения нарушений работы вестибулярного аппарата
EA035247B1 (ru) Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18870235

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18870235

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1