Geum.ru

Тезисы докладов

Вид материалаТезисы

Содержание


Использование интерфейса мозг–компьютер
Исследовательский полиграфический комплекс на базе устройства «полиграф-синхронизатор лбми-001»: разработка программного обеспеч
Подобный материал:
1   ...   39   40   41   42   43   44   45   46   ...   96

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА МОЗГ–КОМПЬЮТЕР

ДЛЯ РЕАБИЛИТАЦИИ БОЛЬНЫХ С ДВИГАТЕЛЬНЫМИ НАРУШЕНИЯМИ

А.А.Фролов1), Л.А.Черникова2), В.Ю.Рощин1), А.М.Бадаква3)



1)Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва; 2)Научный центр неврологии РАМН, Москва; 3) ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН, Москва


Известно, что повторяющиеся активные целенаправленные движения значительно способствуют восстановлению двигательных функций. Практически этот подход в течение последних 10 лет реализован в таких эффективных методах реабилитации, как тренировка в условиях виртуальной реальности и в условиях, когда движения облегчаются экзоскелетоном. Однако этот подход требует сохранения возможности совершать активные движения больной рукой или ногой и, следовательно, требует частичного сохранения двигательных функций. Если эти функции не сохранились, то перспективным методом стимулирования пластичности мозга остается только воображение движений. Как показано во многих работах, воображение движений подчиняется тем же принципам двигательного контроля и поэтому может стимулировать те же пластические механизмы мозга, что и их реальное исполнение. Именно на этом основаны ожидания высокой эффективности интерфейса мозг–компьютер (ИМК) как средства двигательной реабилитации. В 2011 г. в экспериментах с использованием ИМК, основанного на классификации паттернов ЭЭГ при воображении движений рук, участвовали 4 здоровых испытуемых в возрасте от 50 до 70 лет и 4 постинсультных больных в возрасте от 40 до 70 лет. Все испытуемые продемонстрировали способность управлять ИМК, сравнимую с показателями исследованной ранее группы испытуемых в возрасте от 20 до 30 лет. По данным ЭЭГ и фМРТ исследований выявлены основные источники активности мозга, обеспечивающие высокую эффективность управления ИМК. Показано, что эти источники расположены в глубине центральной борозды в области представительства рук. У трех из четырех больных тренировка с использованием ИМК в течение 9–12 дней привела к улучшению движений паретичной руки в 3-5 раз по показателю ARAT, что является очень обнадеживающим результатом для оценки эффективности ИМК в реабилитации постинсультных больных.

Другая возможность использования ИМК – социальная реабилитация больных с полной потерей двигательных функций. В этом случае ИМК может оказаться наиболее эффективным средством восстановления их контакта с внешним миром. Естественно, что принципиальные вопросы его разработки и исследования решаются в экспериментах на обезьянах. Исследования 2011 г. проведены на 2 обезьянах Macaca mulatta. Животные были обучены выполнению двигательной задачи управления курсором на экране компьютера с помощью джойстика. В 2011 г. разработано техническое и программное обеспечение многоканальной регистрации нейронных сигналов в полосе 1-10000 Гц и программное обеспечение для классификации паттернов низкочастотной, мультиклеточной и спайковой активности с целью формирования команд управления курсором непосредственно сигналами мозга без использования джойстика. Проведенные экс-перименты позволили приступить к изготовлению действующего макета ИМК, с помощью которого в 2012 г. будет осуществляться тренировка обезьян ментальному управлению курсором и будет проведено сравнение эффективностей классификаторов, настро-енных на анализ разных типов активности мозга.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИГРАФИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ УСТРОЙСТВА «ПОЛИГРАФ-СИНХРОНИЗАТОР ЛБМИ-001»: РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

И ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО РАСПОЗНАВАНИЮ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА

Р.М.Юсупов1), Е.Л.Вассерман1)2)3) О.В.Жвалевский1), Н.К.Карташев1), С.Б.Рудницкий1)



1)Санкт-Петербургский ин-т информатики и автоматизации РАН, Санкт-Петербург; 2)Санкт-Петербургский государственный ун-т, Санкт-Петербург; 3)Российский государственный педагогический ун-т им. А.И.Герцена, Санкт-Петербург


В процессе создания измерительного комплекса для диагности-ки функционального состояния (ФС) человека на основе комп-лексной обработки биометрических данных мы столкнулись с проблемой организации синхронной регистрации физиологической информации с помощью закрытых программно-аппаратных комп-лексов разных производителей и персонального компьютера (ПК), работающего под управлением операционной системы с разделе-нием времени. Преодолеть её удалось, доработав измерительный комплекс и включив в его состав новое, разработанное нами устройство с уникальным набором функций — синхронизатор, фор-мирующий импульсы для подачи на свободные входы медицинской аппаратуры, или, если таких входов нет, для подмешивания к измеряемому аппаратурой сигналу. Готовое устройство получило наименование «Полиграф-синхронизатор ЛБМИ-001»; сейчас мы располагаем тремя экземплярами этого устройства, которых достаточно для параллельно осуществляемых экспериментальных и экспериментально-клинических исследований.

Изначально «Полиграф-синхронизатор ЛБМИ-001» был пред-назначен для синхронизации электроэнцефалографа, видеокамеры и диктофона, однако для расширения возможностей его исполь-зования в набор выходов синхронизации мы включили несколько вакантных каналов с настраиваемыми характеристиками. Кроме этого, в нем теперь реализована оцифровка электрокардиограммы, пульсоксиметрического сигнала, пневмограммы, кожно-галь-ванической реакции и сигнала от кнопок отметки событий. Также в устройстве предусмотрено несколько вакантных входных каналов и канал оцифровки внешнего аудиосигнала. В конструкцию и элек-трическую схему устройства мы заложили возможность каскади-рования с одновременным подключением нескольких экземпляров устройства к одному ПК и обеспечением синхронизации всех экземпляров между собой на аппаратном уровне.

По результатам испытаний устройства «Полиграф-синхро-низатор ЛБМИ-001» было доработано системное программное обес-печение и разработано полнофункциональное пользовательское, в котором все органы управления ходом измерительного экспери-мента сосредоточены в единой программной оболочке. Были также предложены и программно реализованы подходы, позволяющие конечному пользователю самостоятельно задавать план проведения эксперимента и возможные его сценарии. Для проведения экспери-ментов по дихотическому предъявлению звуковых стимулов с синхронной регистрацией электроэнцефалограммы (ЭЭГ) были модифицированы разработанные нами ранее оригинальные программы «Дихотик» [свид. о регистрации ОФАП № 11777] и «EEG Editor» [свид. о регистрации ФИПС № 2011616539], а также техническая реализация стимульного материала.

Была проведена пилотная серия экспериментов по дихоти-ческому предъявлению вербальных звуковых стимулов с синхрон-ной регистрацией ЭЭГ, ответов испытуемого и последующим авто-матическим распознаванием ЭЭГ-паттернов, отражающих стерео-типное кратковременное изменение ФС коры полушарий большого мозга в виде активации слухоречевых зон в процессе распознавания речевых стимулов. Асимметрия паттернов позволяет судить о преи-мущественной латерализации речевых функций у испытуемого. Для распознавания ФС использовался мажоритарный принцип применительно к результатам сопоставления полученного набора ЭЭГ-паттернов с эталонами и алгоритмы ограниченного перебора.