Введение к работе
і
Актуальность Актуальность работы обусловлена задачей говншения информативности электроанцефалографических исследований в различных приложениях. Продвижение в /казенном направлении сдерживается недостаточным уровнем конкретно-теоретических представлений о физиологических процессах и физической сущности соответствующих явлений -например, о так называемых узкополосных колебаниях в составе ЭЭГ-сигналов. Не составляет исключения в указанном плане и здин из основных феноменов электроэнцефалограммы-альфа-ритм.
многообразие колебательных систем и их свойств (в том таслв и тех, реализация которых принципиально мыслима в структурах головного мозга) требуют при замене реальных динамических систем их формализованными моделями. Такая формализация в явной или неявной форме выполняется при анализе электроэнцефалограмм специалистами любого профиля, причем, когда речь идет об источнике альфа-ритма, обычно подразумевается "генератор" (несколько генераторов, большое число генераторов - Л.А.Новикова, 1978), расположенных в структурах мозга, а в само это понятие стихийно вкладывается смысл "пейсмекера", по-видимому, по аналогии с электрокардиографией; в теории колебаний этот термин по своему физическому смыслу ближе всего к понятию автоколебательной системы.
Сложившаяся в электроэнцефалографии реальность такова, что методология анализа ЭЭГ связана с использованием только кинематических признаков колебаний (амплитуда, частота, форма сигнала - в клинической электроэнцефалографии (Е.А.Жирмунская,1991); спектр, автокорреляционная функция и т.п. (В.С.Русинов, О.М.Гриндель, Г.Н.Болдырева, Е.М.Бакар, 1987) - при дешифровке ЭЭГ с применением вычислительной техники?.
В настоящее время стало ясно, что возможность
корректного решения вопроса о динамических свойств; источника альфа-ритма и о его локализации в структурах мозз средствами теоретической и экспериментальной нейрофизиолог! дело будущего. По этой причине предетавЛЯЄТ( целесообразным привлечение для решения этой задачи метода анализа аналогичных задач, заимствованных из других облает* науки и техники.
В диссертации предпринята попытка сформулировать зада< о формализованной модели генерирования альфа-ритма человеї в терминологии теории случайных колебаний (С.М.Рытов,197( как обратную задачу теории идентификации динамических систг (Эйкхофф,1Э7б). отделив ее от проблемы пространствен» локализации источника сигнала. Соответственно сформулировал приведенные ниже цели и задачи исследования.
Цель и задачи исследование. .ОСНОВНЭЯ ЦвЛЬ, KOTOp(
посвящена настоящая диссертация, в теоретическом плаї определяется необходимостью разработки принципов построен] модели формирования узкополосных составляют электроэнцефалограммы на базе эмпирических данныз экспериментального исследования динамических свойс: основного (генерализованного) альфа-ритма практичен здорового человека с использованием разработанной методики оценка информативности этой методики в различи приложениях.
Конкретизируем решаемые в указанных рамках задачи.
-
Разработка алгоритма построения концептуальні модели механизмов формирования узкополосных компонеї спектров электроэнцефалограммы на основе эмпирическ данных.
-
Разработка принципов классификации узкополосн компонент спектров ЭЭГ по признакам динамических свойств
источников.
«
3. Разработка принципов оптимальной фильтра
узкополосных колебаний в составе электроэнцефалограммы
юогокомпонентным спектром при наличии аддитивной гарокополосной помехи.
4. Исследование динамических свойств источника
'енерализованного альфа-ритма практически здорового человека
з связи с проблемой оценки функционального состояния его
іентральной нервной системы.
5. Исследование информативности разработанного
ттфицированного метода анализа электроэнцефалограмм
'УНИФАК" в некоторых приложениях.
Научная новизна. І.НауЧНЗЯ НОВИЗНЭ ПОЛУЧвННЫХ
іезультатов определяется разработанными в диссертации [ринципами подхода к решению проблемы анализа ЭЭГ как одной гз наиболее трудных разновидностей задачи идентификации шамических систем - "черного ящика с выходом, но без
ІХОДВ".
2. Показана возмокность повышения эффективности
ілектроэнцефалографических исследований в условиях острого
іефицита знаний о физиологических и физико-математических
іакономерностях генерации ЭЭГ-сигналов. Данная возможность
пределяется разработанными принципами построения
юрмализованных моделей геперации узкополосных составляющих
1ЭГ на основе эмпирических данных в каждом конкретном
ілучае.
3. Создан оригинальный научно-обоснованный метод вна-
гиза электроэнцефалограмм, получивший в Институте биофизики
13 СССР наименование "УНИФАК-ЭЭГ", с использованием которого
іолучен ряд результатов, имеющих для электроэнцефалографии
:ак естественно-научной дисциплины фундаментальное значение.
4. Экспериментально показано, что в качестве
юнцептуальной базисной модели (КБМ) источника
'енерализованного альфа-ритма практически здорового человека
южет быть принята модель классического линейного
'сциллятора, находящегося под воздействием широкополосного
ума. В рамки модели укладываются теоретические
представления, развиваемые М.Н.Жадиным (Инститз
биологической физики АН СССР) и Лопе да Сильва (США).
-
Детально исследованы динамические свойства источни* альфа-ритма практически здоровых, людей. Эксперименталы показано, что источник обладает рядом свойсті коррелирующих со свойствами его цэнтральной нервной системі структурной устойчивостью (малой чувствительностью к слабь возмущениям внешней и внутренней среды);свойстве воспроизводимости основных динамических характеристик щ повторных измерениях, в том числе и при длительном (В Н8ШЇ условиях до 5 лет) наблюдении; повышение чувствительностью к значительным изменениям параметре внешней и внутренней среды, а также к екстремальні воздействиям.
-
Показано, что величина логарифмического декремен1; затухания свободных колебаний источника альфа-рита практически здорового человека является его индивидуальнс характеристикой.
V.Установлен факт инвариантности величины логарифмического декремента яптухания альфа-ритма относительно установки типа и места отводящего электрода.
в.Предлокен критерий подобия, предназначенный для использования в модельных исследованиях электрическ< активности мозга животных, близкий по уровню строгости критериям общей теории подобия и размерностей.
9.Получены экспериментальные данные, свидетельствувдз о существовании эффекта взаимодействия электричесю полей сердца и головного мозга человека в частот» альфа-диапазоне ЭЭГ (предполагается, что получена результат отвечает уровню научного открытия).
Практическая значимость. ДИССвртаЦИЯ ПОСВЯЩвНЭ ОДНОЙ :
основных теоретических проблем современн
электроэнцефалографии. Тем не менее, полученные в н
результаты позволили подойти к реше
сонкретно-гграктического вопроса о повышении информативности ЭЭГ-исследований на уровне современных требований, позволяя їополнить арсенал существующих методик принципами точных физико-технических измерений.
Разработан оригинальный научно-обоснованный метод знализа электрической активности головного мозга человека и кивотных.
Метод оснащен программным обеспечением, предназначенным
уш реализации на различных типах ЭВМ: от систем для обрабо
тки сигналов типа "Ллюримат" и "Ш-110" (Франция) и мини-ЭВМ
гигов "Электроника 100-25", "Геспак"(Швейцария) до персона
льны компьютеров типа PC/ AT; метод также реализован с
іспользоваяием аналого-цифрового комплекса "Энвргомаш"(СССР)
і состав которого входит автоматический коррелометр
іараллельного действия и отечественный персональный
сомпыотер. Мультивариантный характер способа реализации «зтода обеспечивает возможность его самого широкого применения: от научно-исследовательских институтов до много-і малопрофильных специализированных клиник, а также учебных введений.
Основные положения, выносимый на защиту.
1. Унифицированный автокорреляционный метод анализа
электрической активности головного мозга человека и животных
'УНИФАК" как оптимизированный по признакам максимальной
юмехоустойчиврсти набор алгоритмов идентификации
[распознавания) источников узкополосных колебаний в составе
ЭЭГ-сигналов, и оценки основных динамических характеристик
тсточников на основе результатов идентификации.
2. Концептуальная линейная модель источника генерализо
ванного альфа-ритма практически здорового человека и его
шнцептуальная базисная модель.
3. Величина логарифмического декремента затухания
свободных колебаний источника генерализованного альфа-ритма
фактически здорового человека как один из параметров
функционального состояния центральной нервной системы.
4. Основные причины отличия реально действующи
механизмов формирования генерализованного альфа-ритм
практически здорового человека от концептуальной базисно
модели.
-
Информативность величины логарифмического декремент затухания генерализованного альфа-ритма человека в некоторы медико-биологических,психофизиологических, фармакологически и гигиенических приложениях..
-
Эффект взаимодействия электрических полей сердца головного мозга человека в частотном альфа-диапазог: электроэнцефалограммы.
Апробация раг.оты. НауЧНЫв И праКТИЧвСКИв резуЛЬТВІ
диссертационной работы неоднократно докладывались і международных, всесоюзных и отраслевых конференция: основными из которых являются:
- И Мевдународная конференция стран-членов СЭВ з
проблемам бионики "БИОНМКА-78", Ленинград, 1978;
- VI Всесоюзная конференция по электрофизиологии ЦН<
Ереван, 1980;
I Всесоюзная конференция "Физиологическ; кибе рне тика", Москва,IЭ80;
- I Всесоюзный биофизический съезд, Москва, 1985;
- VI Всесоюзный симпозиум по горению и взрыву
Черноголовка,1983;
- Московское физиологическое общество, Москва, 1986;
- II Всесоюзная конференция "Физиология экстремальн
состояний и индивидуальная защита человека", Москва,1986;
Международный симпозиум "Имитация систем в биологии медицине", Брага,1986;
I Всесоюзная конференция "Реализация математическ методов о использованием ЭВМ в клинической и эксперимента; ной медицине", Москва,1986;
_ Mawmrannnmrafr fHTMTTOawvM "Имитация СИСТЄМ В бИОЛОГ
шдицине", Прага, I9S8;
Ш Рабочее совещание "Моделирование и методы анализа биоэлектрической активности головного мозга", Пущине 1984;
Рабочее совещание "Моделирование и методы анализа Зиоэлоктрической активпости головного мозга", Пущине-,1988;
Ш Всесоюзная конференция "Экстремальная физиология, гигиена и средства индивидуальной защиты", Москва,1989;
V Рабочее совещание "Моделирование и метода анализа биоэлектрической активности головного мозга", Пущино,1991.
внедрений. Разработанный в диссертации унифицированный
іетод автокорреляционного анализа электроэнцефалограмм,
галучивший наименование "УНИФАК-ЭЭГ" используется в качестве
ітатного при анализе электрической активности мозга
сспытуемых в автоматизированном стенде научных исследований
АСНИ) и других подразделениях Института биофизики МЗ СССР,
і лаборатории "Экспериментальной фармакологии"
[аучно-производственного центра медицинской биотехнологии и иедрен в учебный процесс кафедры "Клиническая физиология и іункциональная диагностика".Центрального института совершенствования врачей, г.Москва..
Публикации. П О результатам ДИССЄрТ8ЦИИ В ЦЄЛОМ
публиковано 43 работы, из которых 34 - печатные.
оо-ьем раооты. диссертация состоит из введения, шести лав, выводов и списка использованной литературы; содэржитзw траниц, 2.7 рисунков, /6 таблиц и список литературы из г/7 аименоваций.