УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МОТОРНЫЙ АВТОМАТИЗМ ЧЕЛОВЕКА
DEVICE AND METHOD OF IMPACT ON MOTOR AUTOMATISM OF PERSON

Область техники
Настоящее изобретение относится к области акустики и предназначено для воздействия на работу мозга. Более конкретно, изобретение относится к устройству, позволяющему воздействовать на моторный автоматизм человека.
Уровень техники
Чтобы выполнять движения с целью достижения заданной цели, каждый человек подсознательно вырабатывает моторные автоматизмы, чтобы разгрузить сознательную умственную деятельность.
Например, количество и сложность механизмов, необходимых для участия в забеге или совершении броска, быстро начинают превосходить возможности мозга в отношении сознательного контроля.
Было обнаружено, что некоторые из запрограммированных автоматизмов не позволяют правильно выполнить определенное движение, а программирование некоторых автоматизмов оказывается деактивированным. Приобретение, коррекция и/или реактивация запрограммированных автоматизмов могут оказаться весьма проблематичными, очень длительными или даже практически невозможными.
Современные знания в области нейрологии позволяют сделать следующие утверждения:
- Волевое сознание (продукт деятельности кортикальной зоны мозга) не способно контролировать и, следовательно, мгновенно, в процессе выполнения действия, модифицировать активность церебральных (субкортикальных) областей, отвечающих за активацию запрограммированных моторных автоматизмов. Это означает, что нельзя только за счет волевого намерения мгновенно преобразовать "неправильный" жест в "правильный".
- Следовательно, первичное или повторное приобретение автоматически выполняемого жеста возможно только путем намеренных, т.е. задаваемых кортикальной зоной, повторений этого жеста, которые в результате будут запрограммированы и сохранены. Количество таких повторений, определяющее время на приобретение навыка, может быть очень большим. Данное время является функцией характера жеста, индивидуальных способностей (качества контроля своей моторики, физических возможностей и т.д.), конкретного волевого настроя и ряда других факторов, а также соотношений между данными факторами. Это объясняет неопределенность в части длительности приобретения навыка и соответственно любых тренировок, направленных на приобретение или совершенствование навыков, например спортивной техники.
- Жест, вместе с его сенсорным (кинестетическим) содержанием, может быть мысленно воспроизведен в сознании без выполнения самого жеста. Исследованиями движения во многих нейрологических лабораториях, а также средствами медицинской визуализации было подтверждено, что мозговая активность, направленная на проприоцептивное воображение жеста, частично идентична активности в случае реального выполнения того же жеста. Мозг частично (в отношении ядра и природы активности) функционирует одинаково при выполнении жеста и при мысленном восприятии проприоцептивной информации.
- Субкортикальные области, активируемые при программировании и управлении выполнением автоматических жестов, включают, в первую очередь, таламус и часть лимбической системы.
Раскрытие изобретения
Соответственно, проблема, на преодоление которой направлено изобретение, состоит в обеспечении доступа сознания к программированию моторных автоматизмов, чтобы устранить необходимость в повторах в процессе обучения и тем самым существенно сократить затраты времени и неопределенность, а также ослабить другие недостатки.
Согласно изобретению предлагается нейрофизиологическое устройство, позволяющее осуществить путем, отличным от повторения с предшествующим намерением, волевое воздействие, в течение существенно сокращенного времени, на церебральные субкортикальные зоны (таламус и лимбическую систему), ответственные за программирование и активирование моторных автоматизмов.
Устройство по изобретению использует знание как определенных режимов функционирования мозга, так и некоторые характеристики определенных низкочастотных звуков для:
- создания субъекту условий, требуемых для программирования/перепрограммирования желательного моторного автоматизма путем погружения его в состояние пониженной вигильности (бдительности, внимательности) и вне какой-либо физической деятельности (поскольку данное состояние благоприятно для преднамеренной мозговой активности) с целью активации определенных нейронных путей доступа к субкортикальным зонам,
- активирования этих нейронных путей для того, чтобы содержание желательных программ моторных автоматизмов могло быть идентифицировано и записано в релевантных субкортикальных зонах.
Соответствующий способ воздействия на функционирование мозга учитывает:
- результаты экспериментов в отношении использования низкочастотных звуков и их влияния на механизмы запоминания,
- роль субкортикальных центров (таламуса, лимбической системы) в запоминании сенсорных сигналов,
- роль и характеристики различных путей передачи сенсорных сигналов,
- режимы запоминания сенсорных сигналов субкортикальными центрами.
Генерирование низкочастотных звуков осуществляется программируемым звуковым генератором, который передает субъекту звуковые сигналы двух типов, соответствующих двум следующим задачам:
- автоматическая последовательность звуков, генерируемых непрерывно и без какого-либо участия субъекта для создания состояния пониженной вигильности,
- звук, явно отличающийся от звуков, составляющих указанную последовательность; генерирование этого звука сознательно задается субъектом с целью запоминания. При этом способ программирования/перепрограммирования требует проведения перед описанным звуковым сеансом технического сеанса, цель проведения которого состоит в следующем:
- субъект должен идентифицировать жест, предназначенный стать объектом программирования/перепрограммирования. Такая идентификация в первой фазе обеспечивается в технических терминах, во второй фазе в биомеханических терминах, а в третьей фазе в проприоцептивных (кинестетических) терминах, соответствующих персонифицированному внутреннему переживанию,
- субъект должен научиться мысленно воспроизводить внутреннее, проприоцептивное восприятие жеста без выполнения какого-либо реального жеста.
Проведение звукового рабочего сеанса позволяет достичь двух уже упоминавшихся целей.
Предварительная цель состоит в том, чтобы привести субъект в состояние расслабления и восприимчивости в результате прослушивания непрерывной последовательности звуковых импульсов (импульсных сигналов). Перейдя в данное состояние, субъект становится способным мысленно воспроизвести проприоцептивные характеристики жеста, не совершая каких-либо действий и не выполняя реального жеста. Кроме того, прослушивание последовательности низкочастотных звуковых импульсов позволяет обеспечить доступ к ретикулярному пути для достижения главной цели. Главная цель: добиться, чтобы субъект ассоциировал проприоцептивное сообщение (соответствующее желательному жесту) со специфичным звуком, испускаемым генератором по команде, подаваемой самим субъектом, когда его мысленное воспроизведение проприоцептивного сообщения кажется субъекту в достаточной степени отвечающим желательному жесту.
Способ использует режим функционирования мозга организованным и управляемым образом. Мозг воспринимает сенсорные сообщения одновременно по двум различным путям: односенсорному и мультисенсорному.
Односенсорный путь соответствует главному чувству, посредством которого идентифицируется сообщение (слуху, зрению, обонянию, осязанию, вкусу). Из соображений эффективности данный путь является весьма селективным. Мозг всегда выбирает этот путь приоритетным образом, и сознание всегда сфокусировано именно на этом пути. По тем же соображениям эффективности этот путь следует по прямой траектории между сенсорным органом и корой головного мозга, т.е. через таламус (данный путь соответственно именуется "таламокортикальным").
Если сообщение воспринимается по этому односенсорному пути, все другие чувства продолжают функционировать, но вне области сознательного восприятия. Соответствующий, второй путь именуется мультисенсорным. Этот, ретикулярный путь является более сложным, длинным и разнообразным. Он не принимает прямого участия в действии, но вносит свой вклад в запоминание элементов действия. Данный путь охватывает лимбическую систему и именуется "таламолимбокортикальным". Мозг не следует этому пути сознательно. Чтобы активировать данный путь и получить к нему доступ с целью посылки по нему намеренных (осознанных) посланий, субъект должен вывести себя из режима "односенсорного" действия, оставаясь в сознательном, бодрствующем состоянии.
Низкочастотные звуки способны приводить мозговую активность в состояние пониженной вигильности (бездеятельности), открывая тем самым ретикулярный путь. Когда данный путь открыт, сознание может использовать его для посылки и восприятия ряда сенсорных сообщений.
Двух различающихся сенсорных сообщений достаточно, чтобы охарактеризовать сущность активности для ее запоминания таламолимбической системой. Тем самым можно избежать использования слишком сложных сообщений, задействующих три или четыре чувства. Таким образом, достаточно направить в субкортикальные зоны два сенсорных сообщения, проходящих по ретикулярному пути, например проприоцептивное сообщение и звуковое сообщение.
Знание акустики и длительные нейрофизиологические исследования позволили определить звуковые частоты, которые наиболее четко воспринимаются и лучше всего идентифицируются субкортикальными центрами, ответственными за выбор сообщений, подлежащих запоминанию. Кроме того, эти частоты должны четко восприниматься сознанием (т.е. быть различимыми), легко воспроизводиться (т.е. соответствующие им звуки должны повторяться строго идентичным образом) и не должны создавать мешающих вторичных эффектов.
Были определены также другие характеристики данных звуков (длительность, последовательность, интенсивность), позволяющие улучшить селективность, значимость и легкость восприятия сообщений.
Соответственно, способ по изобретению включает посылку по ретикулярному пути в релевантные субкортикальные зоны комплексного сенсорного сообщения, которое будет воспринято как значимое и "запоминаемое", поскольку имеет две составляющие:
- сенсорную проприоцептивную составляющую (содержание моторной программы, соответствующей желательному жесту),
- сенсорную звуковую составляющую (ассоциированный низкочастотный звук), причем мультисенсорное сообщение, соответствующее данной составляющей, поступает в те же субкортикальные зоны (таламус и лимбическую систему) одновременно с первым сообщением.
Благодаря использованию мультисенсорного пути и осознанному ассоциированию двух сообщений, направляемых по этому пути, проприоцептивное сообщение воспринимается и регистрируется как запрограммированное, и оно может быть восстановлено в случае поступления будущей осознанной команды.
Описанный новый путь, активируемый способом по изобретению, является путем, которым будет следовать моторная программа, когда волевая команда потребует автоматического отклика.
Второй (звуковой) сигнал требуется для активации рассмотренного пути только на стадии записи программы; после этого он уже не нужен: новая программа далее уже не нуждается в стимуле для своего запуска, поскольку она была записана в качестве систематического отклика. Для запуска программы, как и любого другого автоматизма, приобретенного по обычным путям, связанным с повторениями, достаточно только ее инициирования.
При автоматическом выполнении жеста, освоенного традиционным методом, операции, использованные при обучении этому жесту, не повторяются, его выполнение инициируется волевым намерением. Та же ситуация имеет место при выполнении автоматического жеста, приобретенного способом по изобретению: способ используется для запоминания автоматизма, который самостоятельно воспроизведет жест при наличии волевого намерения.
Таким образом, изобретение направлено на создание звукового устройства для воздействия на моторный автоматизм человека.
Устройство по изобретению содержит:
- средства генерирования звуковых импульсов, каждый из которых соответствует частотному интервалу 200-1500 Гц и длительности, составляющей 2-20 с, причем временной интервал между указанными импульсами составляет 2-60 с;
- средства, управляющие генерированием и прекращением звуковых импульсов;
- средства генерирования ассоциированных звуков, каждый из которых соответствует частоте в интервале 2-200 Гц и длительности, составляющей 2-60 с;
- средства, запускающие генерирование ассоциированного звука;
- и управляющие средства, связанные со средствами генерирования звуковых импульсов, средствами генерирования ассоциированных звуков и средствами, запускающими генерирование ассоциированного звука, и выполненные с возможностью прерывать генерирование звуковых импульсов и обеспечивать генерирование, по меньшей мере, одного ассоциированного звука при получении команды на его генерирование.
В одном варианте средства генерирования звуковых импульсов обеспечивают генерирование звуковых импульсов, соответствующих частотному интервалу 200-400 Гц и длительности, составляющей 5-9 с, предпочтительно равной 7 с.
Желательно также, чтобы средства генерирования звуковых импульсов обеспечивали генерирование звуковых импульсов, разделенных временным интервалом, составляющим предпочтительно 10-15 с.
В одном из вариантов средства генерирования звуковых импульсов обеспечивают последовательное генерирование звуковых импульсов с различными частотами.
Согласно предпочтительной характеристике изобретения средства генерирования ассоциированных звуков обеспечивают генерирование ассоциированных звуков, соответствующих частотному интервалу 50-150 Гц.
Согласно другой характеристике изобретения средства генерирования ассоциированных звуков обеспечивают генерирование ассоциированных звуков с длительностью 5-15 с.
Желательно также, чтобы средства генерирования ассоциированных звуков содержали средства регулирования частоты, и/или длительности, и/или интенсивности ассоциированных звуков.
При этом средства, запускающие генерирование ассоциированного звука, могут быть выполнены с возможностью ручного или автоматического запуска.
Другая задача, решаемая изобретением, состоит в создании способа, позволяющего воздействовать на процесс программирования или перепрограммирования моторных автоматизмов пользователя.
Способ по изобретению включает следующие операции:
- генерируют серию звуковых импульсов, каждый из которых соответствует частотному интервалу 200-1500 Гц и длительности, составляющей 2-20 с, причем временной интервал между указанными импульсами составляет 2-60 с;
- прерывают генерирование звуковых импульсов, чтобы осуществить генерирование, по меньшей мере, одного ассоциированного звука, соответствующего частоте в интервале 2-200 Гц и длительности, составляющей 2-60 с;
- и, по завершении генерирования ассоциированного звука, возобновляют генерирование указанных звуковых импульсов.
В одном из вариантов способ предусматривает генерирование звуковых импульсов и генерирование ассоциированного звука при выдаче соответствующей команды пользователем или при автоматическом включении.
Согласно способу генерирование ассоциированного звука производят от 2 до 10 раз, предпочтительно 6 раз.
В одном предпочтительном варианте способ включает генерирование звуковых импульсов, соответствующих частотному интервалу 200-400 Гц и длительности, составляющей 5-9 с, и разделенных временными интервалами 10-15 с.
При этом желательно обеспечить последовательное генерирование звуковых импульсов с различными частотами.
Способ предпочтительно включает также генерирование ассоциированных звуков, каждый из которых соответствует частотному интервалу 50-150 Гц и имеет длительность, составляющую 5-15 с.
Согласно одному из вариантов способ включает задание длительности, и/или частоты, и/или интенсивности ассоциированных звуков.
Краткое описание чертежей
Другие свойства изобретения станут ясны из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых, в качестве неограничивающих примеров, представлены варианты осуществления изобретения.
На фиг.1 показан вариант выполнения передней панели звукового устройства по изобретению.
На фиг.2 представлена функциональная схема звукового устройства по изобретению.
На фиг.3 приведен пример хронограммы, иллюстрирующей некоторые характеристики звукового устройства по изобретению.
Осуществление изобретения
Как это можно видеть из фиг.1 и 2, изобретение относится к звуковому устройству 1, способному воздействовать на моторные автоматизмы человека.
Устройство 1 содержит средства 2 генерирования серии звуковых импульсов SPi. Как это показано на фиг.3, средства 2 генерирования выполнены с возможностью генерировать серию звуковых импульсов SP1, SP2, SP3, … SPi, … Каждый из этих импульсов соответствует частотному интервалу 200-1500 Гц, предпочтительно 200-400 Гц, и имеет длительность Т, составляющую 2-20 с, предпочтительно 5-9 с и особенно предпочтительно равную 7 с. Два последовательных звуковых импульса SPi разделены временным интервалом (интервалом молчания) с длительностью ΔТ, составляющей 2-60 с, предпочтительно 10-15 с.
Средства 2 генерирования звуковых импульсов могут быть реализованы любым подходящим образом. Например, они могут содержать громкоговоритель 3 или (предпочтительно) наушники, связанный (связанные) с управляющим контуром 4, связанным в свою очередь с блоком 5 управления и обработки, построенным на базе, по меньшей мере, микропроцессора.
Звуковое устройство 1 содержит также средства 7, управляющие генерированием и прекращением звуковых импульсов SPi. Эти управляющие средства 7 могут быть выполнены в виде пускателя устройства, которое в своем рабочем состоянии способно генерировать звуковые импульсы SPi. Данные управляющие средства 7 подключены к блоку 5 управления и обработки через интерфейс 9 ввода/вывода.
Звуковое устройство 1 содержит, кроме того, средства 10 генерирования так называемых ассоциированных звуков SA. Каждый из таких звуков соответствует частоте в интервале 2-200 Гц, предпочтительно 50-150 Гц. Длительность Т1 каждого ассоциированного звука SA составляет 2-60 с, предпочтительно 5-15 с. Средства 10 генерирования ассоциированных звуков предпочтительно реализованы с использованием громкоговорителя 3 или наушников, связанного (связанных) с управляющим контуром 4.
Звуковое устройство 1 содержит также средства 11, запускающие генерирование ассоциированного звука SA. Предпочтительно средства 11 обеспечивают ручной запуск и реализованы, например, в виде нажимной кнопки, подключенной к блоку 5 управления и обработки через интерфейс 9. Разумеется, средства 11, запускающие генерирование ассоциированного звука, могут быть и автоматическими, как это будет описано далее.
Звуковое устройство 1 содержит, кроме того, управляющие средства, выполненные с возможностью прерывать генерирование звуковых импульсов SPi и обеспечивать генерирование, по меньшей мере, одного ассоциированного звука при получении команды на его генерирование. Должно быть понятно, что при поступлении от средств 11, запускающих генерирование ассоциированного звука, команды на такое генерирование, формирование звуковых импульсов SPi прерывается и производится генерирование, по меньшей мере, одного ассоциированного звука SA. После этого генерирование звуковых импульсов SPi возобновляется. Данные управляющие средства предпочтительно реализованы посредством блока 5 управления и обработки.
Звуковое устройство 1 по изобретению позволяет пользователю осуществить способ воздействия на некоторые из его моторных автоматизмов. Таким образом, звуковое устройство 1 применяется пользователем, чтобы в режиме рабочего сеанса модифицировать, запрограммировать или активировать моторный автоматизм, соответствующий какому-либо жесту или движению.
При проведении рабочего сеанса звуковое устройство 1 активируется с помощью управляющих средств 7, чтобы осуществить генерирование звуковых импульсов SPi. Серия звуковых импульсов SPi, генерируемая устройством 1, состоит из импульсов длительностью Т, разделенных периодами молчания длительностью ΔТ. Подобные низкочастотные импульсы SPi, разделенные периодами молчания, позволяют привести слушающего их человека в состояние пониженной вигильности (бдительности, внимательности).
Находясь в состоянии пониженной вигильности, пользователь мысленно создает образ желательного жеста или движения, сопровождаемый ассоциированными кинестетическими ощущениями. Когда пользователь сформировал мысленный образ жеста или движения и ассоциированных ощущений, он регистрирует их, обеспечивая генерирование ассоциированного звука SA. Активация пользователем запускающих средств 11 приводит к прекращению генерирования звуковых импульсов SPi и к генерированию ассоциированного звука SA.
По завершении генерирования ассоциированного звука SA автоматически возобновляется генерирование звуковых импульсов SPi. Желательно, чтобы пользователь многократно повторил операцию формирования мысленного образа и ассоциированных с ним ощущений. При этом при каждом срабатывании запускающих средств 11 генерирование звуковых импульсов SPi останавливается и генерируется ассоциированный звук SA. Следовательно, прерывание подачи звуковых импульсов SPi для генерирования ассоциированного звука SA будет повторено много раз. Генерирование ассоциированного звука SA зависит только от волеизъявления пользователя, самостоятельно определяющего моменты, в которые им сформирован мысленный образ. Поэтому промежутки времени между генерированием ассоциированных звуков SA могут принимать существенно различные или весьма близкие значения в пределах нескольких секунд или многих минут.
Желательно завершить рабочий сеанс при достижении заданного количества формирований ассоциированных звуков SA, лежащего в интервале 2-10 и предпочтительно равного 6. Другими словами, предполагается, что в результате повторных мысленных воспроизведений жеста, предпочтительно в количестве 6 раз, соответствующий моторный автоматизм может быть модифицирован, запрограммирован или активирован. После этого пользователь может активировать управляющие средства 7, чтобы выдать команду на прекращение звуковых импульсов.
Как это описано выше, звуковое устройство 1 по изобретению генерирует звуковые импульсы SPi, прерываемые несколько раз ассоциированными звуками SA. В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения звуковые импульсы SPi последовательно в течение рабочего сеанса генерируются с различными частотами.
Следует при этом отметить, что ассоциированные звуки SA имеют в течение рабочего сеанса одинаковую частоту. Однако звуковое устройство 1 содержит также средства 12 регулирования или выбора частоты ассоциированных звуков SA, а также средства 13 регулирования или выбора их длительности. Желательно также, чтобы звуковое устройство 1 дополнительно содержало табло 14 для отображения выбранной длительности ассоциированного звука SA. Звуковое устройство 1 содержит, кроме того, средства 15 регулирования интенсивности звуковых сигналов SPi и ассоциированных звуков SA и указатель 16 громкости звука. В звуковом устройстве 1 имеются также средства 20 выбора режима функционирования звукового устройства в ручном режиме (описанном выше) или в автоматическом режиме.
Более конкретно, звуковое устройство 1 в предпочтительном варианте способно работать в автоматическом режиме, в котором генерирование ассоциированного звука SA запускается не пользователем, а самим звуковым устройством 1, вырабатывающим команду на генерирование ассоциированного звука SA. Характеристики (частота, длительность, интенсивность) звуковых импульсов SPi и ассоциированных звуков SA идентичны этим характеристикам в ручном режиме. В автоматизированном режиме ассоциированные звуки SA разделены периодами молчания, длительность которых составляет 2-60 с. Звуковое устройство 1 предпочтительно содержит средства 22 для регулирования указанных периодов молчания в автоматическом режиме и средства 21 для отображения длительности этих периодов в автоматическом режиме.
Звуковое устройство 1 представляет собой удобный в обращении аппарат. Разумеется, оно может быть реализовано, с использованием различных технических средств (программных и/или аппаратных), в виде автономного прибора или микрокомпьютера.
Способ по изобретению может быть осуществлен путем реализации следующего протокола, разбитого на четыре фазы:
1. Анализ движения:
a) получение снимков субъекта (например спортсмена) в движении;
b) анализ тренером техники исполнения;
c) биомеханический анализ;
d) проприоцептивный анализ.
2. Идентификация субъектом проприоцептивных ощущений, соответствующих анализируемому жесту, путем его повторений в замедленном темпе до тех пор, пока он не будет способен запомнить и мысленно воспроизвести указанные ощущения (без физического воспроизведения жеста).
3. Сеанс нейрофизиологической модификации жеста с использованием генератора звуковых импульсов:
a) субъект прекращает физическую активность и приходит в расслабленное состояние, прослушивая звуковые импульсы (SPi);
b) производится модифицирование жеста путем взаимного наложения ассоциированного звука (SA), контролируемого субъектом, и мысленно сформированных (без реального воспроизведения) проприоцептивных ощущений, проанализированных и идентифицированных в фазах 1 и 2.
4. Получение, в тех же условиях, что и в фазе 1, снимков субъекта в движении и видеоанализ освоенного модифицированного жеста.
Данный протокол может быть использован для модифицирования любого идентифицированного и кодифицированного жеста, автоматически выполняемого спортсменом. Он успешно прошел практическую проверку, например, в следующих видах спорта: теннис (подача, удар справа, удар слева), гольф (различные части свинга и бэксвинга, оверсвинг, изменение стойки, ангуляция и положение кистей, движение корпуса и т.д.), легкая атлетика (время реакции на стартовый сигнал, изменение центра тяжести при беге, вращение при метании), футбол или регби (амплитуда, точность ударов при сильной и слабой опорной ноге), волейбол (подача, мешающие движения ног), баскетбол (движения тела при броске по корзине, повышение точности бросков), баскская пелота (усиление амплитуды броска со слабой стороны), фехтование (фиксация кисти) и стрельба (поворот туловища).
Способ по изобретению в сочетании с описанным протоколом может быть использован также для восстановления или приобретения моторных автоматизмов, нарушенных в результате различных несчастных случаев, приведших к повреждениям центральной нервной системы при неповрежденных периферийных органах движения.
Способ дал положительные результаты в случаях одностороннего паралича (врожденного или вызванного цереброваскулярным инсультом) и ассоциированной спастичности, тетрапареза как следствия продолжительной травматической комы, дисфункции вторичного опорно-двигательного аппарата и подавления психомоторики в результате ранения и хирургического вмешательства.