СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИНХРОНИЗАЦИИ И ДЕСИНХРОНИЗАЦИИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА
METHOD OF DETERMINING SYNCHRONISATION AND DESYNCHRONISATION OF BRAIN BIOELECTRIC ACTIVITY

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для исследований биоэлектрической активности мозга и при коррекции функционального состояния человека.
Известен способ определения участков синхронизации биоэлектрической активности мозга при звуковом воздействии, реализованный в программе для анализа зависимости ЭЭГ от звукового воздействия [1]. Программа включает блок генерирования гармонического звука с частотой, изменяющейся по линейному закону в заданном частотном диапазоне, и блок анализа ЭЭГ. Блок анализа ЭЭГ выделяет участки синхронизации биоэлектрической активности мозга по существенному изменению величины биопотенциала.
Однако при использовании данного метода возникают существенные погрешности вследствие нечеткого выделения базового параметра для сравнения.
Известен также способ для автоматизированного обнаружения моментов синхронизации и десинхронизации ЭЭГ [2]. Способ реализуется в программе для ЭВМ, которая включает блок нахождения экстремумов сигнала, блок вычисления длительности участков между экстремумами и амплитуды колебаний, равной половине модуля разности по величине между экстремумами, и блок выделения моментов синхронизации по признаку относительного превышения амплитуды среднего ее значения за время регистрации и относительного снижения частоты колебания по сравнению со средним значением частоты.
Данный способ, по сравнению с предыдущим, позволяет повысить точность, быстродействие и объективность выделения моментов синхронизации и десинхронизации.
Однако в ряде случаев, например при значительном изменении частоты сигнала, выделение моментов синхронизации и десинхронизации становится невозможным.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ анализа вызванной синхронизации и десинхронизации ЭЭГ [3] /Журнал высшей нервной деятельности. 2004, том 54, №4, с.473-481/, включающий регистрацию биопотенциалов, предъявление эмоционального стимула, полосовую фильтрацию биоэлектрического сигнала в частотных диапазонах, соответствующих ритмам ЭЭГ (дельта 2.0-4.0 Гц, тета1 4.0-6.0 Гц, тета2 6.0-8.0, альфа1 8.0-10.0 Гц, альфа2 10.0-12.0 Гц, бета1 12.0-18.0 Гц, бета2 18.0-22.0 Гц, бета3 22.0-30.0 Гц, гамма 30.0-45.0 Гц), расчет относительного увеличения (вызванная синхронизация) и уменьшения (вызванная десинхронизация) квадрата амплитуды фильтрованного сигнала в интервале после предъявления стимула по сравнению с интервалом до начала предъявления стимула.
Недостатком данного способа является то, что не всегда наблюдается достоверное обнаружение явления синхронизации или десинхронизации вызванных именно заданными воздействиями. На фиг.1-9 приведены энцефалограммы, полученные при возбуждении гармоническим звуком с линейным изменением частоты в диапазоне от 157,5 Гц до 162,5 Гц, и обработанные полосовыми фильтрами согласно известному способу.
Из приведенных рисунков видно, что наблюдается большое количество экстремумов максимумов и экстремумов минимумов с некоторым приближением наблюдаются совпадения экстремумов максимумов вблизи частоты звука 160 Гц. Отсюда видно, что определенные выводы о связи возникновения синхронизации с какой-либо определенной частотой звука сделать трудно, и соответственно определенность данного способа невелика.
Целью изобретения является повышение точности определения синхронизации и десинхронизации биоэлектрической активности мозга при периодическом воздействии.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе определения синхронизации и десинхронизации биоэлектрической активности мозга осуществляется регистрация биоэлектрического сигнала, его фильтрация, и определение синхронизации по возрастанию амплитуды полученных фильтрацией сигналов и десинхронизации по снижению амплитуды полученных фильтрацией сигналов.
n
Новым является то, что согласно изобретению предварительно, до воздействия, регистрируется биоэлектрический сигнал. Посредством преобразования Фурье вычисляется частотный спектр биоэлектрического сигнала. В полученном частотном спектре выделяются экстремумы максимумы и экстремумы минимумы и определяются значения частот соответствующих этим экстремумам. Из полученных значений частот экстремумов выбирается частота, кратная частоте периодического воздействия с коэффициентом кратности к=2, где n - целое число. Затем создается периодическое воздействие с одновременной регистрацией биоэлектрического сигнала. Производится фильтрация, полученного при периодическом воздействии, биоэлектрического сигнала узкополосными фильтрами центральные частоты, которых задаются равными частотам экстремумов. Синхронизация определяется по возрастанию амплитуды сигнала, полученного фильтрацией узкополосным фильтром, центральная частота которого задается равной частоте экстремума максимума, а десинхронизации определяются по снижению амплитуды сигнала, полученного фильтрацией узкополосным фильтром, центральная частота которого задается равной частоте экстремума минимума.
Способ может быть реализован с использованием типовой аппаратуры, например электроэнцефалограф, компьютер со звуковой картой, и др.
Способ реализуется следующим образом.
Осуществляется регистрация биоэлектрического сигнала, например, с помощью известных методик и типовой аппаратуры, до звукового воздействия, так называемая фоновая ЭЭГ.
Посредством преобразования Фурье вычисляется частотный спектр биоэлектрического сигнала.
Затем в полученном частотном спектре выделяются экстремумы максимумы и экстремумы минимумы и определяются значения частот, соответствующих этим экстремумам.
Создается периодическое воздействие, например звук заданной частоты, и одновременно производится регистрация биоэлектрического сигнала.
n
Затем из ранее полученных значений частот экстремумов спектра фоновой ЭЭГ выбирается частота, кратная частоте периодического воздействия с коэффициентом кратности к=2, где n - целое число.
Производится фильтрация биоэлектрического сигнала, полученного при периодическом воздействии, узкополосным фильтром, центральная частота которого задается равной частоте экстремума, кратной частоте задаваемого звука.
Если выбранный экстремум - максимум, определяется синхронизация по возрастанию амплитуды полученного сигнала.
Если же выбранный экстремум - минимум, определяется десинхронизация по снижению амплитуды полученного сигнала
Пример.
Перед звуковым воздействием с частотой, изменяющейся линейно в диапазоне 157,5 Гц до 162,5 Гц, получена фоновая ЭЭГ. Посредством преобразования Фурье определен частотный спектр данной фоновой ЭЭГ.
n
Полученный спектр приведен на фиг.10. Затем в полученном частотном спектре выделяются экстремумы максимумы и экстремумы минимумы и определяются значения частот, соответствующих этим экстремумам. Из полученных значений частот экстремумов выбирается частота, кратная частоте периодического воздействия с коэффициентом кратности к=2, где n - целое число.
Полученные значения частот экстремумов сведены в таблицу фиг.11.
Из таблицы видно, что только частоты экстремумов максимумов 2,5 Гц и 5 Гц имеют кратную звуковую частоту 160 Гц из заданного диапазона.
Задается звуковое воздействие с частотой, изменяющейся линейно в диапазоне 157,5 Гц до 162,5 Гц, и регистрируется ЭЭГ.
Затем осуществляется узкополосная фильтрация фильтрами со средними частотами 2,5 Гц и 5 Гц.
На фиг.12 приведены ЭЭГ реакции на звуковое воздействие и ЭЭГ, полученные после фильтраций.
На приведенном рисунке (Фиг.12) видно, что определение синхронизации при использовании фильтрации с точно выбранными средними частотами обеспечивает высокую точность определения искомых моментов синхронизации.
Применение предложенного метода позволяет значительно повысить точность определения синхронизации и десинхронизации, вызванных периодическим воздействием. Данный способ найдет свое применение в нейрофизиологии при проведении исследований и в медицинской практике при создании методик немедикаментозной коррекции состояния организма.
Источники информации
1. Григорьева Е.А. Программа для анализа зависимости ЭЭГ от звукового воздействия / Е.А.Григорьева, А.А.Певзнер, С.С.Шахназаров // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010613540, поступило 01.04.2010. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28.05.2010.
2. Григорьева Е.А. Программа для определения моментов синхронизации и десинхронизации /Е.А. Григорьева, А.А. Певзнер, С.С.Шахназаров // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010615245, поступило 17.06.2010. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 13.06.2010.
3. Афтанс Л.И. Анализ вызванной синхронизации и десинхронизации ЭЭГ при восприятии угрожающей и положительной эмоциональной информации: влияние фактора личностной тревожности / Л.И.Афтанс, С.В.Павлов, Н.И.Рева, А.А.Варламов // Журнал высшей нервной деятельности, 2004, том 54, №4, с.473-481.