УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФРАКТАЛЬНОЙ ФОТОСТИМУЛЯЦИИ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к области медицинского приборостроения и офтальмологии и может быть использована для фотостимуляции зрительной системы в биомедицинских исследованиях как человека, так и средних и мелких лабораторных животных, глаза которых расположены афронтально.
Известно устройство - генератор фрактальных мельканий для биомедицинских исследований [1], который обеспечивает возможность изучения воздействия на активность мозга и зрительной системы как человека, так и животных неоднородной световой среды, имеющей свойство масштабной инвариантности во времени [2, 3]. В этом устройстве, путем программирования включения и выключения локальных источников светового излучения, обеспечивается формирование динамического фрактального «sweep» паттерна или дихотомического паттерна сдвоенных пар мельканий, но не реализуется изменение интенсивности излучения, например, с помощью фрактальной функции Вейерштрасса-Мандельброта, применение которой обеспечивает получение сигнала с фрактальной динамикой, близкой к естественным природным фракталам [3-6], оказывающего терапевтический эффект на зрительную систему реципиента [7-9]. Кроме того, конструкция этого устройства не позволяет выполнять стимуляцию оптическим сигналом средних (козы, овцы) и мелких (крысы, мыши) лабораторных животных с выраженным афронтальным расположением глазных яблок.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является устройство для стимуляции зрительной системы фрактальными оптическими сигналами (патент RU 2680185, [10]), состоящее из последовательно соединенных программатора, формирователя сигнала и источника светового излучения, причем формирователь сигнала и источник светового излучения образуют оптический терминал, в котором создаются нелинейные колебания яркости сигнала с фрактальной размерностью Хаусдорфа-Базиковича в диапазоне от 1 до 2, не включая 2 и уровень самоподобия от 2-х до 10-ти.
Положительный эффект воздействия фрактальных сигналов с такими параметрами продемонстрирован у больных глаукомой (повышение светочувствительности в поле зрения) [7], у спортсменов, занимающихся настольным теннисом (сокращение времени реакции, улучшение психофизиологических характеристик и техники движений) [8, 9]. Учитывая это, перспективным является дальнейшее изучение возможностей фрактальной фототерапии в коррекции зрительных и когнитивных функций в офтальмологии и неврологии, включая экспериментальные исследования на моделях заболеваний сетчатки у средних и мелких лабораторных животных для определения оптимальных доз и режимов стимуляции и механизмов терапевтических воздействий фрактальной оптической стимуляции.
Конструкция ближайшего аналога не позволяет выполнять стимуляцию фрактальным оптическим сигналом лабораторных животных с выраженным афронтальным расположением глазных яблок и у пациентов при невозможности использования известных средств отображения.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является возможность выполнения оптической стимуляции при невозможности использования известных средств отображения - очков, плоских экранов или устройств на их основе у свободно передвигающихся объектов с афронтальным расположением глазных яблок.
Технический результат достигается за счет того, что оптический терминал содержит дополнительно два гибких световода и фиксатор выходных апертур этих световодов с возможностью изменения пространственного положения в полях зрения каждого из двух глаз реципиента, причем световоды соединены с источником светового излучения, формирующим независимые световые потоки.
Устройство представляет собой совокупность конструктивных элементов: последовательно соединенные программатор, формирователь сигнала и источник светового излучения, причем формирователь сигнала и источник светового излучения образуют оптический терминал, при этом оптический терминал содержит дополнительно два гибких световода и фиксатор выходных апертур этих световодов с возможностью изменения пространственного положения апертур в полях зрения каждого из двух глаз реципиента, причем световоды соединены с источником светового излучения, формирующим независимые световые потоки.
Такая конструкция обеспечивает формирование и передачу потока светового излучения от одного канала источника светового излучения к левому глазу, а другого канала к правому глазу реципиента. Световые потоки в каждом световоде могут формироваться независимо как во времени, так и в пространстве, что позволяет воспроизводить паттерны, как в серой шкале, так и цветные, цветовая гамма и частота изменения которых определяются программатором.
Выходные апертуры гибких световодов ориентируются в пространстве и закрепляются фиксатором. Гибкие световоды и фиксатор, размеры которого позволяют изменять пространственное положение выходных апертур в соответствии с размерами реципиента, расположением его глаз, допустимыми перемещениями в ограниченном клеткой пространстве (для реципиентов - животных).
В предлагаемой полезной модели фрактальный оптический сигнал формируется аналогично сигналу ω(t), генерируемому в ближайшем аналоге [4], с помощью самоподобной функции Вейерштрасса-Мандельброта
где а - нечетное число, не равное 1, b - число, меньше 1, n - нечетное число, не равное 1, t - время. Величины n, b представляют собой параметры пространственно-частотного масштабирования.
Конструкция полезной модели поясняется функциональной схемой устройства (Фиг. 1), где 1 - программатор; 2 - формирователь сигнала, управляющий источником излучения; 3 - источник светового излучения; 4 - оптический терминал, 5 - световод; 6 - световод; 7 - фиксатор.
Использование устройства поясняется на примерах.
Пример 1. Реципиент (кролик) неподвижно зафиксирован, оптический терминал установлен так, что в центре поля зрения левого глаза животного находится апертура одного световода, а в центре поля зрения правого глаза животного находится апертура второго световода. После курса воздействия фрактальными световыми сигналами на сетчатку с определенными параметрами выполняется контроль зрительных функций (запись электроретинограммы и пр.) или других физиологических реакций животного, по результатам которого принимается решение о целесообразности коррекции параметров оказанного воздействия.
Пример 2. Реципиент (лабораторная мышь) свободно перемещается в пределах клетки, снаружи которой у левой и правой стенок зафиксированы положения апертур первого и второго световодов так, что на полу клетки формируются освещаемые этими световодами области. Рассеянное излучение с запрограммированными программатором параметрами (цветовая гамма, интенсивность, фрактальная размерность частота паттерна сигнала на первом уровне самоподобия, пространственная информация) воздействует на органы зрения реципиента и вызывает естественные физиологические реакции, результаты которых впоследствии контролируются, и принимается решение о целесообразности коррекции параметров оказанного воздействия.
Пример 3. Пациент удобно располагается в кресле, голову помещают на подбородник лицевого установа (лобного упора), прикрепленного к краю приборного стола, при этом лоб касается налобника фиксирующего устройства. Устройство для фрактальной фотостимуляции зрительной системы располагается на приборном столе перед пациентом. Оптический терминал устанавливается так, что в центре поля зрения левого глаза находится апертура одного световода, а в центре поля зрения правого глаза пациента находится апертура второго световода. Выбираются параметры светового воздействия, при необходимости, раздельные для каждого глаза, и проводится сеанс фотостимуляции, длительностью 20 минут. Сеансы повторяют ежедневно, в одно и то же время, в период от 9:00 до 12:00 часов утра, на протяжении 2-х недель. После курса воздействия фрактальными световыми сигналами на сетчатку с определенными параметрами выполняется контроль зрительных функций (оценка остроты зрения, светочувствительности, запись электроретинограммы и пр.), по результатам которого принимается решение о целесообразности коррекции параметров оказанного воздействия и длительности курса.
Таким образом, устройство обеспечивает возможность выполнения оптической стимуляции через сетчатку отдельно правого и левого глаза, как у пациентов, так и у экспериментальных животных с афронтальным расположением глазных яблок и в условиях свободного перемещения.
Список источников информации
1. Патент RU 2549150. Генератор фрактальных мельканий для биомедицинских исследований. Зуева М.В., Спиридонов И.Н., Семенова Н.А., Резвых С.В. Бюл. №11, 2015.
2. Zueva, M.V. Dynamic fractal flickering as a tool in research of non-linear dynamics of the evoked activity of a visual system and the possible basis for new diagnostics and treatment of neurodegenerative diseases of the retina and brain. World Appl Sci J 27(4), 2013. Pp. 462-468. doi: 10.5829/idosi.wasj.2013.27.04.13657.
3. Zueva, M.V. Fractality of sensations and the brain health: the theory linking neurodegenerative disorder with distortion of spatial and temporal scale-invariance and fractal complexity of the visible world // Front Aging Neurosciency 7, 2015. Pp. 1-24. https://doi.org/10.3389/magi.2015.00135.
4. Taylor R.P., Spehar В., Donkelaar P.V., Hagerhall C.M. Perceptual and physiological responses to Jackson Pollock's fractals // Front. Hum. Neurosci. 2011; 5:60; Pp. 1-13. https://doi.org/10.3389/fnhum.2011.00060.
5. Taylor, R.P. The Potential of Biophilic Fractal Designs to Promote Health and Performance: A Review of Experiments and Applications // Sustainability. 2021; 13, 823. https://doi.org/10.3390/su13020823.
6. Пьянкова С.Д. Фрактально аналитические исследования в психологии: особенности восприятия самоподобных объектов. Психологические исследования // 2016; 9(46):12.
7. Зуева М.В., Ковалевская М.А., Донкарева О.В., Каранкевич А.И., Цапенко И.В., Таранов А.А., Антонян В.В. Фрактальная фототерапия в нейропротекции глаукомы. // Офтальмология, №3. 2019. С. 317-328.
8. Макаренко Н., Беляев Ф.П., Белицкая Л.А., Зуева М.В. Применение фотостимуляции сложноструктурированными оптическими сигналами для повышения работоспособности спортсменов, занимающихся настольным теннисом. Евразийский союз ученых (ЕСУ). №4 (49), ч. 3, 2018. С. 16-20.
9. Zueva M.V, Makarenko N., Belyaev F.P., Karankevich A.I., Belitskaya L.A. Brain Training with Fractal Optical Stimulation to Improve the Performance of Table Tennis Athletes. // J. Phy. Fit. Treatment & Sports, 5(1), 2018. Pp. 555654-555655. DOI:10.19080/JPFMTS.2018.05.555654.
10. Зуева M.B., Каранкевич А.И. Стимулятор сложноструктурированными оптическими сигналами и способ его использования. Патент RU 2680185. Бюл. №5, 2019.