способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека путем воздействия на испытуемого световыми и звуковыми раздражителями с последующим анализом ответа центральной нервной системы на эти раздражители, отличающийся тем, что испытуемому предлагают в максимально короткое время и с максимальной точностью установить совпадение частот светового и звукового раздражителей, и если разность в совпадении этих частот не превышает 1,5 Гц при затрате времени на выполнение теста не более 30 с, функциональное состояние центральной нервной системы считают находящимся в пределах нормы.

2. Устройство оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, содержащее регулируемый электронный генератор звуковых импульсов, регулируемый электронный генератор световых импульсов и блок питания, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит электронный блок управления, связанный с блоком образцовых частот, с блоком счета и цифровой индикации и через узел электромеханической коммутации с регулируемыми электронными генераторами световых и звуковых импульсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области психофизиологических исследований и медицинской технике и может быть использовано в диагностических целях для оценки функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС) людей в норме и при различных патологических состояниях.

Известно множество различных способов и устройств для определения функционального состояния ЦНС человека, например "Способ оценки функционального состояния человека" по а.св. N 1380727, кл. A 61 B 5/16, "Способ определения утомления человека" по а. св. N 1598969, кл. A 61 B 5/16, "Устройство для психофизиологических исследований" по а. св. N 1553056, кл. A 61 B 5/16, "Устройство для психологических исследований" по а.св. N 1602465, кл. A 61 B 5/16 и др.

Однако осуществление этих способов требует проведения многократных исследований и значительных затрат времени, а предлагаемые устройства громоздки и не позволяют осуществить быструю оценку функционального состояния ЦНС человека.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ оценки функционального состояния ЦНС человека с использованием электроэнцефалографа с фотофоностимулятором, описанный в кн. "Клиническая электроэнцефалография", под ред. В. С.Русинова, АМН СССР, М., "Медицина", 1973, стр. 20-48, 64-70, 286-317.

Этот способ заключается в том, что на испытуемого воздействуют световые и звуковые раздражители в момент регистрации биотоков его головного мозга. При этом частота раздражителей выставляется по шкалам на панели фотофоностимулятора и по меткам на ручках установки частот приблизительно. Режимом работы фотофоностимулятора управляет только специалист, проводящий исследование. Испытуемый же должен сохранять при этом полный физический и психический покой, находясь в положении лежа или полулежа. В различных точках его головы для отведения биопотенциалов фиксируются от двух до двух-трех десятков специальных электродов. Биопотенциалы головного мозга, снятые с поверхности головы, поступают через блок коммутации на входы предварительных многоканальных усилителей электроэнцефалографа, далее, усиленные в десятки тысяч раз и отфильтрованные поступают на входы многоканальных усилителей мощности с осциллоскопической и осциллографической регистрацией, на входы многоканального анализатора и интегратора выделенных ритмов, работающих в реальном масштабе времени, с регистрацией результата анализа биотоков на бумажной ленте, на входы многоканального магнитного регистратора, архивирующего записи биопотенциалов от выбранных точек головы на магнитной ленте для последующего многократного воспроизведения с целью дальнейшей обработки. Качественная и количественная оценка эффекта "усвоения" предъявленного фотофоностимулятором ритма раздражителя используется для оценки функционального состояния ЦНС, в частности ее возбудимости, реактивности и лабильности.

Фотофоностимулятор выполнен в виде регулируемых по частоте генераторов световых и звуковых импульсов и сетевого блока питания.

Однако вышеописанные способ и устройства имеют ряд недостатков.

1. При обследовании по данной методике человек должен сохранять полный физический и психический покой, при этом функциональное состояние по ЦНС не соответствует деятельному состоянию организма.

2. Обследование проводится в стационарных условиях (клиника, научно-исследовательский центр) и только высококвалифицированным специалистом, причем требуется не менее одного часа времени на одно обследование с выдачей заключения, основанного на изучении показателей "усвоенных" ритмов раздражителей при многоэлектродном отведении биопотенциалов; при этом требуется привлечение таких сложных анализов биопотенциалов, как кросскорреляционный и спектральный.

3. В исследовании применяется дорогостоящая аппаратура стационарного типа, состоящая в минимальном наборе из электроэнцефалографа и фотофоностимулятора; при этом доступна только ручная обработка записей биотоков и описательная их оценка.

4. Точное измерение частоты следования световых и звуковых раздражителей, предъявляемых испытуемому фотофоностимулятором, не предусмотрено.

5. В фотофоностимуляторе не предусмотрено фиксирование времени предъявления испытуемому световых и звуковых раздражителей.

6. Конструктивные особенности фотофоностимулятора (генераторы световых и звуковых импульсов) не обеспечивают оптимальных условий предъявления раздражителей, в частности, с учетом парности зрения и слуха.

Задача предлагаемого технического решения - обеспечение экспресс-оценки функционального состояния ЦНС людей, в том числе профессионально связанных с повышенным риском.

Эта задача решается за счет того, что испытуемому предлагают в максимально короткое время и с максимальной точностью установить совпадение частот светового и звукового раздражителей и, если разность в совпадении этих частот не превышает 1,5 Гц при затрате времени на выполнение теста не более 30 секунд, функциональное состояние ЦНС считают находящимся в пределах нормы. Устройство для выполнения способа дополнительно содержит регулируемый электронный генератор световых импульсов, регулируемый электронный генератор звуковых импульсов и узел электромеханической коммутации, связанные с электронным блоком управления, с блоком образцовых частот, с блоком счета и цифровой индикации.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Испытуемому ставят задачу: при использовании устройства, не имеющего каких-либо меток и обозначений на органах управления, установить в максимально короткое время и как можно точнее совпадение частот световых и звуковых раздражителей.

На основании данных, полученных в результате обследования лиц обоего пола в возрасте 20-45 лет, тест считается выполненным, а функциональное состояние ЦНС в пределах нормы, если разность в установленных испытуемым частотах светового и звукового раздражителей не превышает 1,5 Гц, а на выполнение теста затрачено не более 30 секунд. При этом типичным является установление "резонанса" частот раздражителей в диапазоне 5-13 Гц.

У лиц в возрасте 45-55 лет совмещение частот раздражителей устанавливается менее точно (разность составляет 2-5 Гц) и, как правило, на частотах ниже 7 Гц при затратах времени на тест более 30 секунд.

При сильном утомлении, лишении ночного сна совмещение частот двух раздражителей может устанавливаться также на более низких частотах и даже при кратности частот примерно 2:1; например частота световых импульсов примерно 8 Гц может испытуемым считаться "совпавшей" с частотой звуковых 4 Гц.

В состоянии нервно-психического напряжения время теста сокращается до 6-9 секунд, а совмещение частот светового и звукового раздражителей испытуемые могут пытаться устанавливать на частотах более 12-13 Гц; разность в частотах при этом превышает 1,5 Гц, что свидетельствует о невыполнении теста и отклонении функционального состоянии ЦНС от нормы. Испытуемые в состоянии нервно-психического напряжения часто путают ручки регулирования частот раздражителей, что указывает также на нарушение внимания и краткосрочной памяти.

Выполнение предлагаемого теста может быть обеспечено механизмами ЦНС лишь при нормальном ее функциональном состоянии, характеризующемся согласованным взаимодействием трех важнейших ее анализаторов - зрительного, слухового и сенсомоторного, при отсутствии нарушений внимания и краткосрочной памяти. Поэтому лица, не выполнившие тест, должны обследоваться врачом с целью выяснения причин отклонений функционального состояния их ЦНС от нормы, что, например, делает невозможным выполнение ими обязанностей, связанных с особым риском.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит сетевой блок питания 1, дающий на выходе стабилизированное напряжение 5 вольт (для питания цифровых микросхем и транзисторов) и нестабилизированное пульсирующее напряжение 200 вольт (для питания цифровых газоразрядных индикаторов), блок образцовых частот 2, представляющий собой генератор с кварцевой стабилизацией частоты, с дальнейшим последовательным делением частоты на 10, вплоть до 0,1 Гц, блок счета и цифровой индикации 3 - четырехразрядный счетчик импульсов с газоразрядными индикаторами HG1-HG4, блок управления 4 - ключевое устройство с двумя входами - 5 и 6, обеспечивающие работу устройства в режимах "секундомер" и "частотомер", генератор световых импульсов 8 - автоколебательный регулируемый по частоте переменным сопротивлением 11 мультивибратор с усилителем мощности 9, вырабатывающий прямоугольные импульсы типа "меандр" для индикации их частоты светодиодами 10 (световые импульсы), генератор звуковых импульсов 12 - автоколебательный регулируемый по частоте переменным сопротивлением 15 мультивибратор с усилителем мощности 13, вырабатывающий также прямоугольные импульсы типа "меандр" для индикации их частоты электромагнитными телефонами 14 (звуковые щелчки). Узел электромеханической коммутации 19 включает в себя переключатель 7 ("частотомер" или "секундомер"), переключатель 16 ("свет" или "звук") и переключатель 17 ("тест" или "стоп").

Устройство работает следующим образом.

После подключения блока питания 1 к сети переменного тока с напряжением 220 вольт и подачи с него питающих напряжений на устройство генератор световых импульсов 8 и генератор звуковых импульсов 12 начинают вырабатывать электрические прямоугольные положительные импульсы типа "меандр" со скважностью 1: 1. Частота импульсов, вырабатываемых генераторами, определяется характеристиками включенных в их схему RC-цепей (элементы емкости этих цепей на чертеже не показаны). При этом емкость RC-цепи каждого генератора является величиной неизменяемой, а сопротивление RC-цепи - величиной изменяемой (изменяется самим испытуемым, вращающим пальцами обеих рук две ручки устройства, соединенные жестко с осями переменных сопротивлений соответственно 15 и 11, включенных в RC-цепи указанных генераторов). Вне зависимости от режима работы устройства (режим "секундомер" или режим "частотомер") генератор звуковых 12 и генератор световых 8 импульсов работают непрерывно, с той лишь разницей, что в режиме "секундомер" на усилители мощности этих генераторов (соответственно 13 и 9) подается электропитание, следовательно, их работа индуцируется в виде световых импульсов светодиодов 10 и звуковых щелчков телефонов 14, а в режиме устройства "частотомер" электропитание усилителей мощности генераторов прекращается, следовательно, светодиоды 10 гаснут, а телефоны 14 не воспроизводят звуковых щелчков; при этом режим работы самих генераторов не нарушается, частота генерируемых ими импульсов может быть измерена.

Функция светодиодов 10 состоит в том, чтобы установить через внешнюю среду взаимосвязь между двумя анализаторами нервной системы испытуемого - зрительным (восприятие частоты световых вспышек светодиодов 10) и сенсомоторным (вращением оси переменного сопротивления 11 пальцами левой руки испытуемый изменяет частоту прямоугольных импульсов, вырабатываемых генератором 8 и усиливаемых усилителем мощности 9, и наблюдает результаты своих действий в виде изменяющейся частоты вспышек светодиодов 10). Таким образом, результаты произвольной регулировки левой рукой испытуемого оси переменного сопротивления 11 в конечном итоге воспринимаются им в виде изменения частоты вспышек светодиодов 10.

Функция телефонов 14 состоит в том, чтобы установить через внешнюю среду взаимосвязь между двумя анализаторами нервной системы испытуемого - слуховым (восприятие частоты звуковых щелчков телефонов 14) и сенсомоторным (вращением оси переменного сопротивления 15 пальцами правой руки испытуемый изменяет частоту прямоугольных импульсов, вырабатываемых генератором 12 и усиливаемых усилителем мощности 13, и воспринимает результаты своих действий в виде меняющейся частоты щелчков в телефонах 14). Таким образом, результаты произвольной регулировки правой руки испытуемого оси переменного сопротивления 15 в конечном итоге воспринимаются им в виде изменения частоты звуковых щелчков в телефонах 14.

Блок образцовых частот 2 постоянно генерирует прямоугольные положительные импульсы с частотой 8 МГц; эта частота определяется параметрами кварцевого резонатора ZQ1. В дальнейшем исходная частота проходит последовательное деление на 10. В работе устройства используются лишь две частоты: 1) 10 Гц - в момент тестирования испытуемого подается на открытый вход 6 блока управления 4, а с выхода этого блока - на вход блока счета и цифровой индикации 3 в качестве эталонной частоты для измерения времени теста с точностью до 0,1 секунды; 2) 0,1 Гц - поступает на вход 5 блока управления 4 только в режиме устройства "частотомер" и используется для управления процессом открывания входа 6 блока управления 4 на период 10 секунд.

Блок счета и цифровой индикации 3 выполняет функцию суммирования поступающих на его вход электрических импульсов и индикацию этой суммы после прекращения поступления новых импульсов. В блоке 3 в момент включения устройства загораются газоразрядные индикаторы HG1-HG4, показания которых зависят от режима работы блока управления 4. Если блок управления 4 находится в режиме "секундомер" (переключатель 7 в правом по схеме положении) и если испытуемый нажал на клавишу переключателя 17 (замыкание контактов 17б), то блок счета и цифровой индикации 3 будет отражать счет времени с точностью до десяти долей секунды; процесс измерения времени начинается с поступлением на открытый вход 6 блока управления 4 импульсов с частотой 10 Гц с блока образцовых частот 2. После окончания теста испытуемый возвращает переключатель 17 в исходное (левое) положение (размыкание контактов 17б) и этим прекращает поступление импульсов с частотой 10 Гц от блока образцовых частот 2 на открытый вход 6 блока управления 4 и далее на вход блока счета и цифровой индикации, что равнозначно остановке секундомера. При переводе экспериментатором переключателя 7 в левое положение (режим устройства "частотомер") блок счета и цифровой индикации - после автоматического сброса счетчиков на "000,0" - будет отражать процесс периодически повторяющегося измерения частоты выбираемого экспериментатором генератора (8 или 12) с точностью до десятых долей Герца.

Работа блока управления 4 зависит от выбранного экспериментатором режима "секундомер" или "частотомер".

Работа блока управления 4 в режиме "секундомер".

Режим работы устройства "секундомер" включается экспериментатором с помощью переключателя 7 (в данном режиме устройства положение переключателя 16 "свет" - "звук" во внимание не принимается). После этого экспериментатор дает испытуемому команду к выполнению теста. Испытуемый начинает тестовое испытание с нажатия на клавишу переключателя 17, что приводит к замыканию двух пар контактов (на чертеже отражена именно эта ситуация). Через первую пару контактов 17а на усилители мощности генератора световых и звуковых импульсов подается электропитание, что позволяет индицировать частоты генерируемых ими импульсов в виде вспышек светодиодов 10 и щелчков телефонов 14 (в соответствии с методикой тестирования первоначально устанавливаются максимальные частоты светового и звукового раздражителей). Через вторую пару контактов 17б этого переключателя и через контакты переключателя 7 с блока образцовых частот 2 на постоянно открытый в данном режиме устройства вход 6 блока управления 4 подаются импульсы частотой 10 Гц, которые непрерывно и беспрепятственно проходят на блок счета и цифровой индикации 3. В составе каждого из четырех разрядов этого блока имеется счетчик с коэффициентом пересчета 10, двоично-десятичный дешифратор и газоразрядный индикатор, образующие блок цифрового отображения логического состояния счетчика. Поэтому блоком счета и цифровой индикации 3 ведется и счет поступающих на него импульсов и индикация этого процесса цифровыми индикаторами, причем в течение всего времени, пока замкнуты контакты 17б, т.е. пока испытуемый вращением ручек устройства (регулированием частоты генератора световых и звуковых импульсов) пытается уловить момент совпадения частот раздражителей. Этот момент является окончанием теста, и испытуемый должен нажатием клавиши вернуть переключатель 17 в исходное положение. При этом размыкание контактов 17а приводит к прекращению индикации световых и звуковых импульсов (генераторы продолжают работать на установленной испытуемым частоте), а размыкание контактов 17б приводит к прекращению поступления импульсов с частотой 10 Гц на блок счета и цифровой индикации 3, процесс счета прекращается, цифровые индикаторы отображают сумму поступивших с блока образцовых частот 2 на блок 3 импульсов частотой 10 Гц за все время выполнения теста. Младший разряд цифрового индикатора HG1, отделенный от остальных запятой, показывает десятые доли секунды, а последующие - соответственно единицы, десятки и сотни секунд. В режиме "секундомер" вход 5 блока управления 4 закрыт, следовательно, импульсы с частотой 0,1 Гц с блока образцовых частот 2 на блок управления 4 не поступают. После фиксирования времени теста экспериментатор переключает устройство в режим "частотомер".

Работа блока управления 4 в режиме "частотомер".

Режим работы устройства "частотомер" включается экспериментатором с помощью переключателя 7 (на чертеже переключение влево) после выполнения испытуемым теста. В зависимости от исходного положения переключателя 16 "свет" или "звук" устройством будет измеряться частота электрических импульсов, вырабатываемых одним из генераторов (8 или 12). Импульсы поступают от выбранного генератора через контакты переключателя 7 на периодически открывающийся вход 6 блока управления 4. Период открытого входа 6 этого блока в режиме устройства "частотомер" составляет ровно 10 секунд; процесс открытия входа 6 определяется поступающими на вход 5 от блока образцовых частот 3 импульсами с частотой 0,1 секунды. В течение 10-секундного промежутка времени поступающие на вход 6 блока управления 4 импульсы беспрепятственно поступают на блок счета и цифровой индикации 3. При этом цифровые индикаторы отображают процесс счета поступающих импульсов, а по истечении времени 10 секунд продолжают в течение нескольких секунд индицировать число подсчитанных импульсов. В дальнейшем показания цифровых индикаторов автоматически сбрасываются и процесс счета импульсов возобновляется. Показания цифровых индикаторов экспериментатор заносит в протокол, затем меняет положение переключателя 16 для измерения частоты электрических импульсов, вырабатываемых другим генератором. После завершения измерений частот, вырабатываемых двумя генераторами, экспериментатор при помощи переключателя 7 может вновь установить режим работы устройства "секундомер". Таким образом, работой блока управления 4 в режиме устройства "частотомер" обеспечивается цикличность работы блока счета и цифровой индикации 3; каждый цикл включает процессы "счет-индикация-сброс".

Узел электромеханической коммутации 19 выполняет следующие функции. Переключателем 7 экспериментатор выбирает режим работы устройства "секундомер" или "частотомер". Переключателем 16 экспериментатор выбирает поочередно генератор световых или звуковых импульсов для измерения их частоты в режиме устройства "частотомер". Переключателем 17 испытуемый (в режиме устройства "секундомер") включает и останавливает процесс тестирования, т.е. включает и выключает действие светового и звукового раздражителей одновременно с включением и выключением секундомера. При положении клавиши переключателя 17 "тест" через контакты 17а подается электропитание на усилители мощности импульсов, вырабатываемых генераторами 8 и 12, что позволяет испытуемому воспринимать их частоты органами зрения и слуха; через контакты 17б осуществляется подача с блока образцовых частот 2 импульсов с частотой 10 Гц через блок управления 4 на блок счета и цифровой индикации 3 для обеспечения измерения времени теста с точностью до 0,1 секунды.

Для подготовки устройства к работе сетевая вилка подключается к электросети, включается тумблер "Вк", нажимается кнопка 18 "сброс", устанавливается режим работы "секундомер", регуляторы частот генераторов выводятся против часовой стрелки в крайние положения. Устройство готово к работе.

После команды экспериментатора тестируемый сдвоенным тумблером (контактные пары 17а - 17б) включает одновременно электросекундомер и раздражители - световые и звуковые сигналы, ручками управления (переменные резисторы 11 и 15) устанавливает совпадение частоты вспышек света и частоты звуковых щелчков и тем же тумблером (контактные пары 17а - 17б) выключает сигналы и секундомер. Генераторы сигналов при этом продолжают работать на установленных тестируемым частотах, а счет времени прекращается.

При фиксировании результатов экспериментатор считывает с цифровых индикаторов HG1-HG4 время, затраченное испытуемым на тестирование, затем выбирает переключателем 7 другой режим работы устройства - "частотомер", дожидается автоматического сброса показаний цифровых индикаторов на "000,0", после чего последовательно считывает показания частоты генераторов, выбирая переключателем 16 род измерений - "звук" или "свет". Для тестирования другого испытуемого устройство вновь переводится в режим работы "секундомер" и все приведенные выше действия повторяются.

Заключение о соответствии функционального состояния ЦНС норме дается на основании сравнения показателей теста с данными, включающими среднестатистические показатели нормы определенного контингента людей, или показателями собственной нормы тестируемого. Для отнесения результатов тестирования к той или иной патологии ЦНС, обусловленной заболеванием, механической травмой, воздействием вредных веществ, физических факторов и т.п., необходим набор данных в динамике по обследованию обучающих выборок.

Оценка результатов тестирования неспециалистом дается в альтернативном виде, т.е. по типу "норма - ненорма".

Оценка результатов специалистом - врачом общего профиля - необходима в случаях, когда тестируемый не справился с заданием, т.е. неспециалист оценил результат теста как "ненорма".

Пример. У служащего Д., возраст 34 года, за 5 дней проведено 15 исследований устройством (по 3 раза в день - в начале, середине и конце рабочего дня). Интервал колебаний времени выполнения тестов составил 9,5... 20,0 секунд. Минимальная установленная частота раздражителя составляет 4,2 Гц, максимальная - 6,7 Гц. Разность в устанавливаемых совпадениях частот раздражителей по всем 15-и тестам находилась в пределах 0,1 ... 1,3 Гц. Данные 1-й регистрации (утром): время теста 14,1 секунды, частота звуковых импульсов 5,3 Гц, световых - 5,1 Гц, разность частот - 0,2 Гц. Данные 15-й регистрации (вечером): время теста 16,8 секунды, частота звуковых импульсов 4,8 Гц, световых - 4,2 Гц, разность - 0,6 Гц. Результаты выполнения всех 15-и тестов свидетельствовали о нормальном функциональном состоянии ЦНС служащего Д. Служебные обязанности служащим Д. в дни обследования по предлагаемой методике выполнялись в полном объеме.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществлять экспресс-оценку функционального состояния ЦНС людей, и особенно профессионально связанных с повышенным риском (водители всех видов наземного, подземного, воздушного, водного транспорта, операторы, дежурные, шахтеры, военнослужащие, охранники и др.) - перед началом выполнения служебных обязанностей, в ходе их выполнения, при подозрении на нарушение состояния здоровья (заболевание, утомление, нервно-эмоциональное перенапряжение, прием алкоголя, наркотиков и др.)

Тестирование испытуемых вполне допустимо выполнять неспециалисту, например лицу, допускающему к работе, проводящему инструктаж, контролирующему ход работы. Квалифицированное заключение в необходимых случаях может дать врач общего профиля. Тестирование может проводиться в помещениях общего назначения и занимает время, измеряемое в секундах.

Устройство для осуществления предлагаемого способа позволяет в условиях лимита времени, исчисляемого в секундах, осуществлять экспресс-оценку функционального состояния ЦНС людей, в том числе групп по исследованию взаимодействия и слаженности работы таких важнейших анализаторов, как зрительного, слухового и сенсомоторного, при качественной оценке внимания и краткосрочной памяти.

Образец прибора, выполненного на основе предлагаемого устройства, имеет габариты 240 х 210 х 90 мм и массу 1,8 кг. Рыночная стоимость комплектующих прибора не превышает 30 долларов США. Схемное решение и элементная база позволяют согласовать устройство с компьютером. Современные технологии позволяют на основе предлагаемого устройства выпускать приборы в виде недорогих компактных (карманных) конструкций с автономным электропитанием.