Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева

Кафедра «Приборы и биотехнические системы»

Курсовой проект по дисциплине «Управление в биологических и медицинских системах» на тему: «Программный комплекс системы биологической обратной связи для тренировки ритма ээг»

Выполнила студентка группы 120091/051

Бакланова Н.А.

Проверил

Индюхин А.Ф.

Тула 2012

Содержание

Исходные данные…………………………………………………………..3

Введение…………………………………………………………………….4

1. Биофизическое обоснование………………………………………………5

   1. Ритмы ЭЭГ…………………………………………………………….5

   2. Биологическая обратная связь (БОС)………………………………...7

   3. Применение БОС……………………… …………………………......9

2. Математическая модель формирования сигнала…………………….11

3. Результат моделирования……………………………………………...14

Заключение……………………………………………………………...15

Список используемой литературы……………………………………16

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Характеристики биоритмов электрической активности головного мозга человека.

2. Частота дискретизации входного сигнала f = 1 кГц.

3. Количество генераторов ведущего ритма N = 12.

4. Длина анализируемой эпохи Т = 15 с.

ЗАДАНИЕ

1. Построить математическую модель формирования сигнала.

2. Создать алгоритм обработки сигналов случайных генераторов.

3. Разработать программу математического моделирования.

4. Определить интервалы замыкания системы БОС.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных методов анализа деятельности мозга является изучение биоэлектрической активности различных структур, сопоставление записей, одновременно отводимых от разных участков мозга, как в случае электрических реакций на кратковременные одиночные или ритмические афферентные стимулы.

Методика отведения электроэнцефалограммы (ЭЭГ) сравнительно проста, не требует сложной аппаратуры и не нуждается в длительных кропотливых подготовительных работах.

Биотехническая система для тренировки ритмов ЭЭГ основана на принципе биологической обратной связи. Обратная связь – это процесс саморегуляции поведенческих и физиологических функций. Самым существенным моментом в структурной организации обратной связи является наличие определенной информации о результате или характеристиках протекания того или иного процесса с тем, чтобы иметь возможность изменить его в полезном для организма направлении. Иными словами, с помощью специальной аппаратуры создается искусственная петля “обратной связи”. Благодаря этому человек способен сознательно регулировать многие функции своего организма, начиная от изменения скорости протекания элементарных психофизиологических реакций до крайне сложных видов деятельности, которые ранее считались недоступными для сознательного контроля: степень мышечного напряжения, величину биоритма, температуру кожного покрова, сердечную деятельность.

1. Биофизическое обоснование

1. Ритмы ээг

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) измеряет волны, генерируемые мозгом человека. Это измерение предусматривает наложение электродов измерительного прибора к различным участкам головы, чтобы регистрировать электрические импульсы мозга различной частоты и амплитуды.

Принято считать, что наш мозг генерирует альфа-, бета-, тета- и дельта-волны в следующих диапазонах: бета – от 13 до 30 Гц; альфа – от 8 до 13 Гц; тета – от 4 до 8 Гц; дельта – ниже 4 Гц. Например, для человеческого мозга характерны значения около 10 Гц (т.е. в интервале от высоких альфа до низких бета волн), когда мы находимся в состоянии активной умственной деятельности. Доказано, что когда человек испытывает трудности с обучением и концентрацией своего внимания, у него наблюдается дефицит генерирования волн этой частоты в определённых областях мозга, отвечающих за такую активность. 

Дельта-волны (0.1 - 3 Гц) – это самые высокие по амплитуде и самые медленные по частоте волны. Мозг человека генерирует волны такой частоты в состоянии глубоко сна или в, так называемых, состояниях транса. Дельта-волны связаны с состояниями, когда мы с интересом вовлекаемся в какой-либо процесс. Эти волны доминируют в активности мозга детей до одного года. Считается, что дельта-волны связаны с нашим бессознательным, и для получения информации из этой области мы должны усиливать дельта-волны с тем, чтобы расфокусироваться с окружающим нас физическим миром. Если же нам надо достичь высокой степени концентрации и сфокусироваться на какой-либо задаче, то дельта-волны должны ослабляться. Тренировка в усилении дельта-волн позволяет сознательно входить в состояния очень глубокого расслабления и в трансовые состояния. 

Тета-волны (4-8 Гц) появляются у нас в очень спокойном состоянии умственной активности и тета-волны принято корреспондировать с такими состояниями, как воспоминание, мечтание и фантазирование. Считается, что тета-волны связывают сознание и подсознание, и для доступа к хранилищу этой информации необходимо развивать усиление именно этих волн. Считается, что взрослые генерируют их только во сне, а вот дети до 13 лет живут именно в избытке тета-волн! Активность тета-волн также связывают с активностью лимфатической системы. Когда тета-ритм мозга соответствует норме, человек чувствует себя спокойно и умиротворённо. Когда же мы находимся в стрессе, то уровень диагностируемых при этом тета-волн очень низкий. Тренировка в усилении тета-волн позволяет сознательно входить в медитативные состояния, настраивает связь ума и тела, а также повышает способность быстро концентрироваться и управлять вниманием.

Альфа-волны (8-13 Гц). Хотя альфа-волны лежат в диапазоне 7,5 – 13 Гц, считается, что их обычная частота у здорового человека приходится на 10 Гц. Этот ритм считается нормальным для взрослого человека, который находится в активном, но при этом расслабленном и комфортном психофизическом состоянии, когда внимание не сильно отвлекается на поступающую информацию и её обработку. Учёные считают, что альфа-волны генерируются белым веществом мозга, который, в свою очередь, связывает все части мозга друг с другом. В «альфа-состоянии» здоровый человек способен эффективно справиться с любыми поставленными задачами. Альфа частота мозга является очень важной для обучения и усвоения новой информации, а также связывается с решением творческих задач, креативностью и ментальной работой. Наиболее просто увеличить альфа-волны закрыв глаза и дыша глубоко и спокойно, а уменьшить – начав, например, считать про себя. Тренировка альфа-тета ритмов приводит к балансу, самоконтролю, развивает абстрактное мышление и произвольное управление вниманием. 

Бета-волны (13 - 30 Гц) – «быстрые» волны и регистрируются всегда, то есть считаются нормальными, когда глаза взрослого человека открыты и его состояние можно назвать алёртным, то есть активно вовлечённым во внешний мир с осознаваемым или неосознаваемым повышенным вниманием, волнением или возбуждением. Бета-волны подразделяются на 3 группы:  1)низкие-бета волны: 12-15 Гц. Это состояние характеризуется легкой вовлечённостью во внешний мир, то есть человек уже не расслаблен, но ещё не сильно возбуждён. Сознательная тренировка низких бета-волн может развивать навыки спокойной концентрации и осознанного управления вниманием; 2)средние бета-волны: 15-18 Гц. Это состояние характеризуется осознаванием себя и внешнего мира и вовлечённостью в него, то есть человек уже возбуждён, но ещё не в стрессе. Их сознательная тренировка может развивать различные мыслительные способности, например, фокусироваться на одной мысли. Рост IQ невозможен без тренировки этих волн; 3)высокие бета-волны: 18 – 30 Гц. Это состояние характеризуется возбуждённым вовлечением во внешний мир.