Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние фоностимуляции при визуальном сопровождении на деятельность сердечнососудистой системы, параметры дыхания, биоэлектрическую активность мозга человека

ВАК РФ 03.01.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Влияние фоностимуляции при визуальном сопровождении на деятельность сердечнососудистой системы, параметры дыхания, биоэлектрическую активность мозга человека"

На правах рукописи

005003574

УСАНОВА АНАСТАСИЯ ДМИТРИЕВНА

ВЛИЯНИЕ ФОНОСТИМУЛЯЦИИ ПРИ ВИЗУАЛЬНОМ СОПРОВОЖДЕНИИ НА ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СЕРДЕЧНОСОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ, ПАРАМЕТРЫ ДЫХАНИЯ, БИОЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА

03.01.02 —Биофизика

2 4 НОЯ 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

САРАТОВ —

2011

005003574

Работа выполнена на кафедре медицинской физики Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

профессор, доктор физико-математических наук Скрипаль A.B.

профессор, доктор медицинских наук Бугаева И.О.

профессор, доктор физико-математических наук Ульянов С.С.

Ведущая организация: Институт радиотехники и электро-

ники РАН, Саратовский филиал, г. Саратов

Защита диссертации состоится «14» декабря 2011 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д. 212.243.05 в Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке СГУ им. В.А. Артисевич.

Автореферат разослан «10» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.ф.-м.н., профессор ^ В.Л. Дербов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Звук и музыка использовались в течение столетий во многих культурах для достижения направленного изменения состояния сознания. Истоки аудиовизуальной стимуляции (ABC) уходят в глубокую древность. Еще Пифагор проводил лечение больных фотостимуляцией, создаваемой вращением с различной скоростью колеса со спицами, расположенного между огнем и пациентом. Аналогично воздействуют шаманы, ритмично ударяя в бубен и двигаясь возле костра. Барабанный бой, скандирования, многие звуки окружающей среды, такие как ветер, дождь, шум водопада, прибоя вызывают эмоциональные образы и ассоциации.

В настоящее время светозвуковые системы успешно используются для лечения алкогольной и наркотической зависимости. Например, известный терапевт, доктор Томас Будзински, специализирующийся в области биологической обратной связи, обнаружил, что у пациентов, лечившихся от зависимости от транквилизаторов (бензодиазепинов), при градиентном снижении дозы препаратов, проявления абстинентного синдрома были значительно слабее, если они один раз в день получали светозвуковую стимуляцию, особенно если последняя была выдержана в тета диапазоне частот головного мозга.

Положительный опыт применения ABC как в качестве базового, так и вспомогательного метода получен при терапии кардионеврозов, гипертен-зивных состояний, а также для коррекции текущего эмоционального фона специалистов, деятельность которых сопряжена с чрезмерным психоэмоци-нальным напряжением и даже витальной угрозой, в частности в подразделениях МВД.

Воздействию различных режимов аудиовизуальной стимуляции подвергается в повседневной жизни каждый человек. В театре, кино, при просмотре телевизионных программ, на дискотеках используются ритмичные цветому-зыкальные воздействия; водители воспринимают в процессе движения мелькания прерывистой разделительной полосы. Люди инстинктивно стремятся к аудиовизуальной стимуляции природными факторами, например, сосредоточиваются на бликах пламени костра, свечи или камина (визуальная стимуляция), звуках, воспроизводимых потрескиванием дров в костре, шуме водопада (аудиостимуляция). Спектральный состав этих воздействий схож с ритмом мозга, находящемся в спокойном, расслабленном состоянии (так называемое «альфа-состояние» с доминированием частот в диапазоне от 8 до 12 Гц). В целях релаксации может быть также использована ABC, включающая прослушивание записи со звуками природы и одновременное воздействие световой стимуляцией с частотой альфа-ритма и тета-ритма.

Задача определения и создания условий, при которых осуществляется максимально полная реализация адаптивных возможностей, в значительной степени может быть решена с помощью нейросенсорной терапии, важной составляющей которой является аудиовизуальная стимуляция. Технология

ABC дает ни с чем несравнимую возможность контролировать психоэмоциональное состояние без медикаментов, без воздействия посторонних установок и внушений и без формирования зависимости.

Целенаправленное формирование уровня мозговой активности (активации/торможения) позволяет использовать ABC как в качестве профилактического средства, обеспечивающего повышение адаптационного резерва механизмов защиты от эмоциональных и психосоциальных нагрузок, а также оптимизации адаптивных реакций непосредственно в процессе экстремальных воздействий, так и в качестве достаточно эффективного средства в комплексной терапии и реабилитации психосоматических больных. ABC позволяет воздействовать на эмоциональную компоненту психосоматического заболевания. Для проведения ABC используются приборы, генерирующие световые и звуковые сигналы, которые воздействуют через зрительный и слуховой анализаторы с вовлечением в процесс корковых, лимбических структур и ретикулярной формации головного мозга человека. Однако до сих пор не существовало методов ABC, реализующих возможность однозначной идентификации звукового ряда по визуальному сопровождению. Следовательно ранее не представлялось возможным проведение экспериментальных исследований степени влияния фоностимуляции при визуальном сопровождении на деятельность сердечнососудсистой системы, амплитуду и частоту дыхательных движений и сердечных сокращений, скорость распространения пульсовой волны (СРПВ), на биоэлектрическую активность мозга. Логично предположить, что метод ABC, основанный на согласованном одновременном воздействии комбинацией звукового и визуального стимулов, мог бы иметь наиболее высокий уровень эффективности.

На основе вышесказанного была сформулирована цель диссертационной работы: проведение исследования возможности повышения степени влияния фоностимуляции при условии визуального сопровождения звукового ряда на деятельность сердечнососудистой системы и биоэлектрическую активность мозга человека, параметры дыхания, скорость распространения пульсовой волны с помощью программного обеспечения (ПО), реализующего возможность визуализации музыкального произведения; разработка принципиально нового способа визуализации музыкального произведения, реализующего возможность более качественного восприятия музыки, разработка способа ритмической ABC; анализ влияния ритмической аудиостимуляции, ритмической визуальной и ритмической аудиовизуальной стимуляций по данным электрокардиограммы (ЭКГ), электроэнцефалограммы (ЭЭГ), в ходе биометрического мониторинга физиологических параметров человека.

В задачи исследования входило следующее:

1. Разработка программного комплекса, с помощью которого можно реализовать возможность однозначной идентификации звукового ряда (музыкального произведения) по визуальному сопровождению.

2. Разработка программного комплекса, реализующего возможность рит-

мической ABC с модуляцией по частоте (частота фоностимуляции совпадает с частотой подачи световых стимулов - прерывистый звуковой сигнал с частотой от 2Гц до 20Гц с шагом в 2 Гц (выбранный диапазон укладывается в оптимально различимый для слуха диапазон до 400Гц)), громкости и яркости цветового стимула.

3. Исследование влияния фоностимуляции при условии визуального сопровождения звукового ряда на деятельность сердечнососудистой системы, амплитуду и частоту дыхательных движений и сердечных сокращений, скорость распространения пульсовой волны и биоэлектрическую активность мозга человека.

4. Исследование влияния ритмической аудиостимуляции (АС), ритмической визуальной стимуляции (ВС) и ритмической ABC на биоэлектрическую активность мозга человека.

Новизна исследований, проведенных в ходе диссертационной работы, состоит в следующем:

• Впервые реализован принципиально новый способ визуализации музыкального произведения, обеспечивающий возможность однозначной идентификации звукового ряда по визуальному сопровождению в реальном времени, способствуя повышению качества восприятия музыки.

• Экспериментально подтвержден эффект повышения степени влияния музыки/звукового ряда посредством визуального сопровождения на деятельность сердечнососудистой системы и биоэлектрическую активность мозга человека в ходе регистрации данных электрокардиограммы, электроэнцефалограммы, в ходе биометрического мониторинга физиологических параметров человека, скорости распространения пульсовой волны, периодических смещений грудной клетки, характеризующих движения человека, связанные с дыханием и сердцебиением (дыхательные движения и сердечные сокращения).

• Впервые исследован эффект зависимости степени влияния на биоэлектрическую активность мозга человека звукового стимула от частоты (несущая частота, модулирующая в диапазоне от 2 до 20 Гц), громкости звукового стимула, визуальной стимуляции от частоты и яркости цветового стимула, ритмической аудиовизуальной стимуляции от частоты, громкости звукового стимула и яркости цветового стимула по данным ЭЭГ.

• Выявлен диапазон частот максимального отклика биоэлектрической активности мозга на ритмическую ВС и ABC 10-12 Гц, при котором регистрируются наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности мозга, в том числе наибольшее снижение спектральной мощности альфа-ритма и увелечение спектральной мощности бета-ритма. Показано, что диапазон частот 10-12 Гц обеспечивает максимальный уровень качества восприятия/степени влияния звукового ряда с помощью визуального сопровождения.

• В ходе анализа влияния ритмической ВС и ABC на параметры ЭЭГ были

определены максимальные частоты, регистрируемые на ЭЭГ при воздействии разными цветовыми стимулами (красным, зеленым и синим цветами). Было установлено, что при стимуляции красным цветом на ЭЭГ выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12,4 Гц, при этом регистрируется увеличение мощности бета-ритма, что свидетельствует об активации симпатического отдела вегетативной нервной системы. При стимуляции зеленым цветом на ЭЭГ выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12 Гц, синим -11,3 Гц, при этом при ВС зеленым и синим стимулами было зарегистрировано незначительное увеличение спектральной мощности альфа-ритма.

• Установлено, что цветовой стимул с более высоким коэффициентом насыщенности вызывает больший отклик на параметры ЭЭГ обследуемых.

• Было показано, что наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности мозга вызывает фоностимуляция звуковым стимулом максимальной громкости.

• Установлено, что при аудиовизуальной стимуляции у обследуемых наблюдаются изменения характера ЭКГ и ее спектра, проявляющиеся в изменении длительности соответствующих участков электрокардиограммы и их амплитудных значений, а также амплитуды шумовой составляющей ЭКГ, при этом аудиовизуальное воздействие приводит к увеличению шумовых составляющих спектра ЭКГ, а также к значительному сдвигу частоты сердцебиения.

• Показано, что наблюдается различная величина изменения частоты сердцебиений в результате звуковой, визуальной, визуально-звуковой стимуляций, при этом наиболее значительный сдвиг ЧСС наблюдался именно при ABC так, что эффект от аудиовизуального воздействия существенно превышал суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

• В ходе биометрического мониторинга физиологических параметров человека: периодических смещений грудной клетки, характеризующих движения человека, связанные с дыханием и сердцебиением (дыхательные движения и сердечные сокращения), с использованием СВЧ-автодина на диоде Ганна установлено, что эффект от аудиовизуального воздействия на дыхательные движения превышает эффект от раздельного воздействия на данные параметры звуком и цветом, при этом интересно отметить, что наибольший отклик на регистрируемые параметры контроля имела композиция с наиболее выраженной ритмической составляющей, эффект от аудиовизуального воздействия на сердечные сокращения превышал суммарный эффект от раздельного воздействия звуком и цветом.

• В ходе экспериментальных исследований влияния визуально-звуковой стимуляции на СРПВ было зарегистрировано наиболее значительное увеличение СРПВ в случае воздействия звуком и цветом одновременно - при ABC, при этом эффект от ABC существенно превышал даже суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением стандартной измерительной аппаратуры, обработкой экспериментальных данных с помощью современных методов с использованием ЭВМ:

• электрокардиографа «Полиспектр 8/12»,

• электроэнцефалографа «Нейрон-Спектр-5» на основе ПО "СПЭГ-НСФТ",

• установки для регистрации СРПВ (установки для диагностики упруго-вязких свойств с блоком ЭКГ «Волготех 8/12-01»),

• установки для биометрического мониторинга физиологических параметров человека (СВЧ-автодина на диоде Ганна).

Практическая значимость полученных результатов: Предложен принципиально новый способ визуализации музыкального произведения, позволяющий получать однозначную идентификацию звукового ряда по визуальному сопровождению в реальном времени, реализующий возможность более качественного восприятия музыки, защищенный двумя патентами (Патент на изобретение РФ № 2295376. Способ воспроизведения музыкального произведения в цвете / Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И., Скрипаль A.B. Опубл. 20.03.2007. Бюл. №8., Свидетельство об официальной регистрации программы РФ A.c. №2007610999 Цветомузы-кальный центр (цветомузыка) / Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И. За-явл. 06.03.07.) и апробированный при организации развлекательных мероприятий в г. Саратове.

Разработанный способ визуальной реализации музыки может быть использован с целью расширения адаптационных возможностей слабослышащих людей, а также для повышения качества восприятия музыки.

Положения, выносимые на защиту:

1. При аудиостимуляции (АС) выявлено менее значительное снижение амплитуды альфа-ритма, чем при визуальной стимуляции (ВС), а аудиовизуальная стимуляция (ABC) приводит к большему снижению амплитуды альфа-ритма по сравнению со звуковой стимуляцией и визуальной стимуляцией в отдельности.

2. Изменения длительности кардиоинтервалов наблюдаются чаще во время ABC, чем в ходе ВС и АС. Для всех обследуемых во время аудиовизуального воздействия было зафиксировано уменьшение времени между S-T-экстремумами, существенное изменение амплитуды шумовой составляющей ЭКГ. Наиболее значительный сдвиг ЧСС наблюдался при аудиовизуальном воздействии, при этом эффект от ABC существенно превышал суммарный эффект от стимуляции звуком и цветом в отдельности.

3. Ритмическая ABC в сравнении со звуковой и визуальной стимуляциями приводит к большему сдвигу параметров, характеризующих биоэлектрическую активность мозга человека. При стимуляции красным цветом на ЭЭГ выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12,4 Гц, при стимуляции зеленым цветом - 12 Гц, синим - 11,3 Гц, при этом

при стимуляции красным цветом регистрируется увеличение мощности бета-ритма, что свидетельствует об активации симпатического отдела вегетативной нервной системы. Выявлен диапазон частот максимального отклика на ритмическую ABC 10-12 Гц, при котором регистрируются наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности мозга, в том числе наибольшее снижение спектральной мощности альфа-ритма и увеличение спектральной мощности бета-ритма.

4. Эффект ABC на амплитуду дыхательных движений и сердечных сокращений превышает суммарный эффект от визуальной стимуляции и звуковой стимуляции в отдельности. В ходе исследований влияния визуально-звуковой стимуляции на скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) было зарегистрировано наиболее значительное увеличение СРПВ в случае комплексного воздействия звуковым и цветовым стимулами, при этом эффект от ABC существенно превышал суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

5. Предложен алгоритм, позволяющий поставить в соответствие частоты звукового ряда и цветовые характеристики, и разработана программа для ЭВМ по его реализации. Исследовано аудиовизуальное воздействие по разработанному алгоритму на основные характеристики жизнедеятельности биообъекта.

Апробации работы. Работа выполнена на кафедре медицинской физики Саратовского государственного университета в период с 2008 по 2011 гг. Часть диссертационной работы проводилась в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 -2013 годы. ГК П711.

Основные положения и достигнутые в ходе выполнения диссертационной работы результаты отмечались медалями и премиями конкурсов, салонов и выставок инноваций и инвестиций Международного и Всероссийского уровня, среди которых 3 спецприза, 2 гранта, 2 премии, 4 золотых, 8 серебряных, 4 бронзовых медали Международных выставок-салонов инноваций и др.

Личный вклад соискателя выразился в постановке основных задач исследований, обосновании методов их решения, разработке алгоритмов и проведении экспериментальных измерений, участии в формулировании научных выводов.

Публикации. По материалам исследований, опубликовано 25 научных работ, в том числе статьи в реферируемых журналах, включая 2 публикации в журналах списка ВАК, центральных научно-технических журналах, патент на изобретение РФ, свидетельство об официальной регистрации программы и 21 публикация в сборниках трудов и тезисов научных конференций, выставок и салонов изобретений республиканского, всероссийского и международного уровня.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, имеющих подразделы, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 162 страницы машинописного текста, включая 21 рисунок, 16 таблиц. Список литературы содержит 119 наименований и изложен на 12 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулирована цель работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, описана структура и объем работы.

В первом разделе диссертации описана специфика восприятия человеком звуковых и визуальных стимулов, а также проведен критический анализ современных исследований, посвященных изучению влияния аудиостимуля-ции, визуальной стимуляции и ABC на физиологическое и психоэмоциональное состояние человека. Здесь же определены основные проблемы, изученные недостаточно и требующие дальнейших исследований.

Во втором разделе приведены алгоритм и описание разработанного программного комплекса, реализующего принципиально новый способ визуализации музыкального произведения, позволяющий поставить в соответствие аудио- и визуальный ряды друг другу и получать однозначную идентификацию звукового ряда по визуальному сопровождению в реальном времени, обеспечивающие возможность более качественного восприятия музыки.

Разработанный программный комплекс позволяет оператору:

• управлять цветовыми характеристиками визуального стимула, что необходимо при исследовании эффекта качества восприятия музыки;

• задавать звуковой ряд с заданной комбинацией частот непосредственно пользователем;

• воспроизводить готовые музыкальные файлы формата midi с визуальным сопровождением в реальном времени.

Отдельно приведены сведения о программном обеспечении, необходимом для решения задачи ритмической ABC с модуляцией но частоте, громкости звукового стимула, яркости цветового стимула. Разработанная программа позволяет оператору:

• устанавливать любые дискретные значения частоты в пределах рабочего диапазона, что необходимо при исследовании эффекта зависимости степени влияния на пациента звукового стимула от частоты (частота изменялась в диапазоне от 2 до 20 Гц),

• устанавливать громкость звукового стимула, что необходимо при исследовании зависимости степени влияния на пациента звукового стимула от громкости,

• управлять цветовыми характеристиками визуального стимула, что необходимо при исследовании эффекта зависимости степени влияния на пациента визуального стимула от яркости.

В разделе также приведен алгоритм соответствия нотам цветовых характеристик.

В третьем разделе приведены результаты исследования зависимости степени влияния на пациента ритмической фоностимуляции от частоты (промодулированной в диапазоне от 2 до 20 Гц) и громкости, результаты исследования степени влияния на биоэлектрическую активность мозга пациента ритмической цветовой стимуляции в зависимости от частоты, от яркости цветового стимула, результаты исследований зависимости степени влияния на пациента ритмической аудиовизуальной стимуляции от частоты, громкости звукового стимула, яркости цветового стимула, результаты исследований влияния на биоэлектрическую активность мозга обследуемых фоностимуляции с помощью музыкального произведения, цветовой стимуляции с помощью визуального решения, соответствующего данному музыкальному произведению, аудиовизуальной стимуляции, осуществляемой с помощью специально разработанного программного обеспечения.

На рис. 1 представлена зависимость амплитуды альфа-ритма в правом и левом полушарии, нормированной к фону, от времени для одного пациента в ходе цветовой, звуковой и визуально-звуковой стимуляции с помощью комплекса для визуальной реализации музыки.

Рисунок 1. График зависимости амплитуды альфа-ритма в правом и левом полушарии, нормированной к фону, от времени для одного пациента в ходе: фоностимуляции (верхняя кривая), ВС (средняя кривая) и ABC (нижняя кривая)

Во всех отведениях после воздействия цветом, звуком и визуально-звукового воздействия наблюдалось уменьшение спектральной мощности альфа-ритма. Мощность в левом и правом полушарии в затылочных областях до воздействия в среднем составила соответственно 99,5±21,4 мкВ2 и 119,7±23,3 мкВ2, в теменных областях мощность альфа-ритма составила в среднем 39±10,7 мкВ2 и 46,8±11,7 мкВ2. После фоностимуляции мощность альфа-ритма в затылочных областях составила в среднем: до 95,4±18,6 мкВ2 в левом и 117,8±22,1 мкВ2 в правом полушарии, в теменных — до 33,7±8,8

мкВ2 и 42,9±7,4 мкВ2, после ВС: мощность альфа-ритма в затылочных областях составила в среднем: до 91,9±15,7 мкВ2 в левом и 115,9±21,5 мкВ2 в правом полушарии, в теменных — до 31,4±6,8 мкВ2 и 39,7±8,8 мкВ2. После ABC мощность альфа-ритма оказалась сниженной в затылочных областях: до 85,5±18,9 мкВ2 в левом и 113,6±21,9 мкВ2 в правом полушарии, в теменных — до 25,4±7,4 мкВ2 и 35±6,9 мкВ2. При этом после фоностимуляции и ABC было также выявлено нарастание бета-активности.

Проведен сравнительный анализ откликов физиологического и эмоционального состояния на звуковой, визуальный и визуально-звуковой стимулы по данным ЭЭГ в ходе ритмической АС, ВС и ABC.

Распределение частотной спектральной мощности ЭЭГ для одного обследуемого после ритмической АС, ВС и ABC на частоте 10 Гц с использо-

Рисунок 2. Распределение частотной спектральной мощности ЭЭГ для красного стимула и ноты "до" при частоте 10 Гц после ритмической АС, ВС

и ABC

Было установлено, что максимальная амплитуда альфа-ритма в левом полушарии в отсутствии воздействий в среднем составила: 98±13,8 мкВ, в правом: 83±14,5 мкВ, при стимуляции звуком в левом полушарии в среднем: 91±11,6 мкВ, в правом: 67±9,8 мкВ, при стимуляции цветом в левом полушарии в среднем: 85±15,4 мкВ, в правом: 60±17,7 мкВ, при стимуляции цветом и звуком одновременно в левом полушарии в среднем: 68±10,4 мкВ, в правом: 41±9,3 мкВ.

Впервые выявлен диапазон частот 10 Гц-12 Гц, обеспечивающий максимальный уровень качества восприятия/степени влияния АС, ВС и ABC. Т.о. показано, что наиболее значительный эффект влияния регистрируется именно на частотах 10 Гц-12 Гц.

Были определены частоты с максимальной амплитудой спектральной составляющей, регистрируемые на ЭЭГ при воздействии разными цветовыми стимулами (красным, зеленым и синим цветами). Было установлено, что при стимуляции красным цветом на ЭЭГ выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12,4 Гц, при этом регистрируется увеличение мощности бета-ритма, что свидетельствует об активации симпатического отдела вегетативной нервной системы. При стимуляции зеленым цветом была выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12 Гц, синим - 11,3 Гц, при этом при ВС зеленым и синим сти-

мулами было зарегистрировано незначительное увеличение спектральной мощности альфа-ритма.

Установлено, что только звуковая стимуляция оказывала наименьшее влияние на биоэлектрическую активность мозга испытуемых по сравнению с визуальным и аудиовизуальным воздействиями, при этом эффект от воздействия звуком и цветом одновременно превышал эффект от воздействия данных стимулов в отдельности, что позволяет сделать вывод о возможности применения визуального сопровождения звукового ряда с целью повышения качества восприятия звука.

Установлено, что цветовой стимул с более высоким коэффициентом насыщенности вызывает больший отклик на биоэлектрическую активность мозга, параметры ЭЭГ обследуемых. В ходе исследования влияния громкости фоностимуляции на параметры ЭЭГ обследуемых было установлено, что наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности мозга вызывает фоностимуляция звуковым стимулом максимальной громкости.

Таким образом, результаты, полученные в ходе регистрации данных ЭЭГ, подтверждают эффект повышения степени влияния/качества восприятия музыки/звукового ряда посредством визуального сопровождения.

В четвертом разделе проведен сравнительный анализ степени влияния на физиологическое и эмоциональное состояние человека визуального, звукового и визуально-звукового воздействий по данным ЭКГ. В ходе исследований фиксировались формы электрокардиосигнала и его спектр, индексы Баевского до и в момент воздействия. Для этого осуществлялась запись электрокардиограммы компьютерным электрокардиографом «Полиспектр 8/12», разработанным фирмой «Нейрософт» (г. Иваново). Кардиограф подключался к компьютеру, что позволяло следить за параметрами электрокардиограммы (ЭКГ) при воздействии на пациента ABC. В таблице 1 приведены значения параметров, характеризующих сердечнососудистую деятельность, для одного обследуемого в ходе ABC и в ее отсутствии, при ВС и АС.

Таблица 1

Значения параметров, характеризующих сердечнососудистую деятельность, для одного обследуемого в ходе ВС, АС, ABC и в отсутствии воздей-

ствия

ЧСС, уд./мин R-R макс., мс R-R мин., мс R-R ср., мс Р, мс P-R (P-Q), мс QRS, мс QT, мс QTc, мс Ось QRS, О

без возд. 70 880 838 860 103 151 100 366 395 81

ВС 72 860 784 830 105 150 102 364 400 83

АС 73 892 752 826 92 126 86 374 412 85

ABC i77 828 738 782 93 12 86 372 421 86

На рис. 3 представлены ЭКГ до и в ходе АС, ВС и ABC.

12

„г4-*

Л—■—

г

Рисунок 3. ЭКГ: а - в отсутствии воздействия, б -в ходе ВС, в- в ходе АС, г - в ходе ABC для I, II, III, aVR, aVL, aVF - отведений

Как видно из рис. 3, формы электрокардиограмм, зафиксированных для пациентов во время ABC, отличаются от аналогичных ЭКГ в ходе АС, ВС и без воздействия. В частности, у обследуемых пики R-R кардиоинтервалов

наблюдаются чаще во время ABC, чем в ходе ВС и без воздействия. Для всех пациентов во время визуально-звукового воздействия было зафиксировано уменьшение времени между S-T-экстремумами. Изменялась также и форма самого кардиосигнала, что свидетельствует об измененном характере формирования электрических биопотенциалов в сердечной мышце.

На рисунках 4 и 5 представлены спектрограммы и ритмограммы для одного обследуемого в ходе ВС, АС и ABC. Из результатов, приведенных на рис. 4 и рис. 5, следует, что во время визуально-звукового воздействия, наблюдается существенное изменение амплитуды шумовой составляющей ЭКГ.

| 120 j 100 ? 80 8 Z P s * 120 i a too | %120 j

i | 40 3v ikkbfa i^ A, I 60 к 140 É. i * 2o° Шл^Ш^А^шк^лЛАЛАк

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Частота. Ги 0.05 0,1 0,15 0.2 0.25 0.3 0.35 0 4 Частота. Гц 0.05 OI 0.15 0.2 025 0.3 0.35 0.4 Частота, Гц

Рисунок 4. Спектрограммы для одного обследуемого в ходе ВС, АС и ABC

1.« А 0.6 0.4 0.2 1.6 1.2 4 ¡ J ¿ 0.6 0.4 0.2 1.8 \2 'Z I I 0.2

о-00 0:20 0,40 1:00 1 20 1:40 2 00 2.-20 2:c0 0:00 0 20 0:40 1.00 1 20 1 40 2:00 2:20 2:40 0.-00 0 20 0:40 1 00 1 20 1:40 2 ДО 2:20 2 40

Рисунок 5. Ритмограммы для одного обследуемого в ходе ВС, АС и ABC

При прослушивании музыки или наблюдении визуального решения регистрировалось изменение (увеличение за редким исключение для ВС и увеличение для АС) ЧСС на 1-2 уд./мин и на 4-5 уд./мин соответственно, при АС и ВС одновременно ЧСС увеличивалась в среднем на 8-9 уд./мин. Важно также отметить, что наиболее значительный сдвиг ЧСС наблюдался именно при аудиовизуальном воздействии, при этом эффект от ABC существенно превышал суммарный эффект от АС и ВС в отдельности.

Установлено, что при аудиовизуальной стимуляции у обследуемых наблюдаются изменения характера ЭКГ и ее спектра, проявляющиеся в изменении длительности соответствующих участков электрокардиограммы и их амплитудных значений, а также амплитуды шумовой составляющей ЭКГ, при этом аудиовизуальное воздействие приводит к увеличению шумовых составляющих спектра ЭКГ, а также к значительному сдвигу частоты сердцебиения. Результаты, полученные в ходе регистрации данных ЭКГ, подтверждают эффект повышения степени влияния/качества восприятия музыки/звукового ряда посредством визуального сопровождения.

Приведены результаты исследований влияния на СРПВ обследуемых фоностимуляции с помощью музыкального произведения, цветовой стимуляции с помощью визуального решения, соответствующего данному музы-

кальному произведению, аудиовизуальной стимуляции, осуществляемой с помощью специально разработанного программного обеспечения. Проведен сравнительный анализ степени влияния на физиологическое и эмоциональное состояние человека визуального, звукового и визуально-звукового воздействий по данным установки для регистрации СРПВ «Волготех 8/12-01».

Динамические параметры, отражающие СРПВ, определялись стандартным методом кардиоинтервалографии (КИГ), при этом осуществлялась запись электрокардиопотенциалов (ЭКГ). В качестве аппарата ЭКГ 6 (рис. 6) применялся аппарат ЭКГ «Волготех 8/12-01», при этом одно из его отведений использовали в качестве линейного входа для измерительного блока 4-6, к входу которого подключалась стандартная пневматическая манжетка 2.

Рисунок 6. Установка для диагностики упруговязких свойств: 1 - электроды ЭКГ; 2 - пневматическая манжетка; 3 - нагнетатель;

4 - пневматический датчик; 5 - усилитель; 6 - преобразователь;

7 - блок ЭКГ «Волготех 8/12-01»; 8 - компьютер

Для реализации методики используется компактный адаптер-разветвитель, который также возможно подключить к любому электрокардиографу серии Поли-Спектр. Подключение адаптера не препятствует регистрации стандартных отведений ЭКГ. Измерительный блок представляет собой усилитель 5, к входу которого подключен медицинский пневматический датчик фирмы Motorola МРХ 2050 DP. Датчик работал на основе тензоэф-фекта и имел два дифференцированных входа, это необходимо для повышения чувствительности схемы и постоянного контроля давления в манжетке. С помощью преобразователя 6 осуществлялось соединение с отведением аппарата ЭКГ 7, последний подключался к компьютеру через СОМ-порт. Программа для обработки сигналов позволяла представить графически сигнал

В ходе регистрации СРПВ было установлено, что среднее значение скорости распространения пульсовой волны для пациентов составило =100 см/с, после ВС значение СРПВ не изменилось, после АС оно составило =103 см/с, после ABC: 108 см/с. Таким образом, из приведенных результатов следует, что в ходе экспериментальных исследований влияния аудиовизуальной сти-

экг.

муляции на СРПВ было зарегистрировано наиболее значительное увеличение СРПВ в случае воздействия звуком и цветом одновременно - при ABC, при этом эффект от визуально-звукового превышал суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности. Результаты, полученные в ходе регистрации СРПВ, подтверждают эффект повышения качества восприятия/степени влияния музыки/звукового ряда посредством визуального сопровождения.

В пятом разделе приведены результаты исследований влияния на периодические смещения грудной клетки обследуемых, характеризующие движения человека, связанные с дыханием и сердцебиением (дыхательные движения и сердечные сокращения), с использованием СВЧ-автодина на диоде Ганна фоностимуляции с помощью музыкального произведения, цветовой стимуляции с помощью визуального решения, соответствующего данному музыкальному произведению, аудиовизуальной стимуляции, осуществляемой с помощью специально разработанного программного обеспечения, реализующего способ визуальной реализации музыки. Внешний вид выносного датчика авто дина, снабженного рупорной антенной, представлен на рис. 7.

Рисунок 7. Внешний вид выносного датчика автодина, снабженного рупорной антенной

На рис. 8 представлена зависимость автодинного сигнала от времени при движении грудной клетки вследствие сердечных сокращений и его спектральное представление при визуальном, звуковом и визуально-звуковом воздействиях.

1 тиш

У [ W [Кл^-АЦ^_______ - f=! г f Ц*^ ^—..... : р J

а б в

Рисунок 8. Зависимость автодинного сигнала от времени при движении грудной клетки вследствие сердечных сокращений и его спектральное представление при визуальном (а), звуковом (б) и визуально-звуковом воздействиях (в)

В таблице 2 приведены средние значения частоты и амплитуды дыхательных движений и сердечных сокращений до воздействия, после визуального, звукового и визуально-звукового воздействий.

Таблица 2

Средние значения частоты и амплитуды дыхательных движений и сердечных сокращений до воздействия, после визуальной стимуляции,

параметр до возд.-я после ВС после АС после АБС

частота дыхательных движений , взд./мин. 10,99 15,56 21,97 29,3

амплитуда движений грудной клетки вследствие дыхательных движений , мм 4,96 3,9 2,69 2

частота сердечных сокращений уд./мин 63,6 65,4 76 79

амплитуда движений грудной клетки вследствие сердечных сокращений ^серд, мм 0,35 0,33 0,29 0,26

Из данных, приведенных в таблице 2 следует, что эффект от аудиовизуального воздействия на дыхательные движения превышает эффект от раздельного воздействия на данные параметры звуком и цветом, эффект от аудиовизуального воздействия на сердечные сокращения превышал суммарный эффект от раздельного воздействия звуком и цветом. Результаты, полученные в ходе регистрации дыхательных движений и сердечных сокращений, подтверждают эффект повышения качества восприятия музыки/звукового ряда посредством визуального сопровождения.

На рис. 9 изображена лепестковая диаграмма, которая подтверждает наибольшее изменение параметров, характеризующих физиологической состояние человека при визуально-звуковом воздействии, при этом изменения всех параметров за исключением спектральной мощности альфа-ритма в правом полушарии при визуально-звуковом воздействии превышают алгебраическую сумму изменений данных параметров при визуальном и звуковом воздействиях. Мелким пунктиром (100%) обозначены значения СМ альфа-ритма в левом и правом полушариях, ЧСС, ЧД, СРПВ до воздействия; пунктиром с двумя точками - при визуальном воздействии, пунктиром с точкой -

при звуковом воздействии, размытой сплошной линией - результат суммирования визуального и звукового воздействий, сплошной линией - при визуально-звуковом воздействии.

СМ а в левом полушарии

ствии, при звуковом воздействии, при суммарном визуальном и звуковом воздействии и при визуально-звуковом воздействии

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, и выводы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложен новый алгоритм воспроизведения музыкального произведения в цвете, позволяющий поставить в соответствие аудио- и визуальный ряды друг другу и реализующий принцип однозначной идентификации музыки по визуальному сопровождению.

2. Разработан программный комплекс, реализующий новый способ визуализации музыкального произведения, позволяющий получать однозначную идентификацию звукового ряда по визуальному сопровождению в реальном времени, обеспечивающего возможность более качественного восприятия музыки.

3. Установлено, что только звуковая стимуляция оказывала наименьшее влияние на биоэлектрическую активность мозга испытуемых по сравнению с визуальным и аудиовизуальным воздействиями, при этом эффект от воздействия звуком и цветом одновременно превышал эффект от воздействия данных стимулов в отдельности, что позволяет сделать вывод о возможности применения визуального сопровождения звукового ряда с целью повышения качества восприятия звука.

4. Разработано программное обеспечение, необходимое для решения задачи ритмической ABC с модуляцией по частоте, громкости звукового стимула, яркости цветового стимула.

5. Выявлен диапазон частот максимального отклика на ритмическую АС, ВС и ABC 10-12 Гц. Показано, что воздействие ВС и ABC в диапазоне частот (10-12 Гц) обеспечивает максимальный уровень качества восприятия/степени влияния звукового ряда с помощью визуального сопровождения.

6. В ходе анализа влияния ритмической ВС и ABC на параметры ЭЭГ были определены максимальные частоты, регистрируемые на ЭЭГ при воздействии разными цветовыми стимулами (красным, зеленым и синим цветами). Было установлено, стимуляции красным цветом на ЭЭГ выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12,4 Гц, при стимуляции зеленым цветом - 12 Гц, синим - 11,3 Гц, при этом при стимуляции красным цветом регистрируется увеличение мощности бета-ритма, что свидетельствует об активации симпатического отдела вегетативной нервной системы.

7. Установлено, что цветовой стимул с более высоким коэффициентом насыщенности вызывает больший отклик на биоэлектрическую активность мозга, параметры ЭЭГ обследуемых.

8. В ходе исследования влияния громкости фоностимуляции на параметры ЭЭГ обследуемых было установлено, что наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности мозга вызывает фоностимуляция звуковым стимулом максимальной громкости.

9. Установлено, что при аудиовизуальной стимуляции у обследуемых наблюдаются изменения характера ЭКГ и ее спектра, проявляющиеся в изменении длительности соответствующих участков электрокардиограммы и их амплитудных значений, а также амплитуды шумовой составляющей ЭКГ, при этом аудиовизуальное воздействие приводит к увеличению шумовых составляющих спектра ЭКГ, а также к значительному сдвигу частоты сердцебиения.

10. Показано, что наблюдается различная величина изменения частоты сердцебиений в результате звуковой, визуальной, визуально-звуковой стимуляций, при этом наиболее значительный сдвиг ЧСС наблюдался именно при ABC так, что эффект от аудиовизуального воздействия существенно превышал суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

11. В ходе биометрического мониторинга физиологических параметров человека: периодических смещений грудной клетки, характеризующих движения человека, связанные с дыханием и сердцебиением (дыхательные движения и сердечные сокращения), с использованием СВЧ-автодина на диоде Ганна установлено, что эффект от аудиовизуального воздействия на дыхательные движения превышает эффект от раздельного воздействия на данные параметры звуком и цветом, при этом интересно отметить, что наибольший отклик на регистрируемые параметры контроля имела композиция с наиболее выраженной ритмической составляющей, эффект от аудиовизуального

воздействия на сердечные сокращения превышал суммарный эффект от раздельного воздействия звуком и цветом.

12. В ходе экспериментальных исследований влияния визуально-звуковой стимуляции на СРПВ было зарегистрировано наиболее значительное увеличение СРПВ в случае воздействия звуком и цветом одновременно, при этом эффект от ABC существенно превышал даже суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

В приложении приведен текст программы, реализующей способ воспроизведения музыкального произведения в цвете. Данная программа позволяет получать визуальное сопровождение проигрываемой мелодии.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Скрипаль A.B. Анализ влияния цветомузы-калыюго воздействия на параметры сердечно-сосудистой деятельности человека // Медицинская техника, 2009. №2 (254). С. 45-51.

2. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Анализ влияния ритмического визуально-звукового воздействия на параметры электроэнцефалограммы // Вестник СГТУ, 2011. №1 (53), вып. 2. С. 208-211.

3. Патент на изобретение РФ № 2295376. Способ воспроизведения музыкального произведения в цвете / Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И., Скрипаль A.B. Опубл. 20.03.2007. Бюл. №8.

4. Свидетельство об официальной регистрации программы РФ A.c. №2007610999 Цветомузыкальный центр (цветомузыка) / Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И. Заявл. 06.03.07.

5. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И. Цветомузыкальный центр -Первый Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций (Техно-экспо 2005). - Саратов: Изд-во ВЦ «Софит-Экспо», 2005. С. 20-21.

6. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И. Цветомузыкальный центр -Молодые ученые Саратовской области: Тез. науч. работ студ. М75 высших учеб. Заведений Сарат. Обл. - участников обл. конкурса "Студенческая наука 2006". - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2006. С. 18-20.

7. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Цветомузыкальное воздействие - Каталог тезисов проектов научно-технических коллективов молодых ученых, аспирантов и студентов (СКИБ, СКБ, СНО, молодежных научно-инновационных центров, студенческих лабораторий и др.). - М.: РГУИТП, 2006. С. 141-143.

8. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Цветомузыкальное воздействие - Сборник материалов Всероссийского конкурса инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению развития науки и техники "Информационно-телекоммуникационные системы". - Санкт-Петербург, 2006. С. 179.

9. Усанова Л.Д. Цветомузыкальный комплекс - Всероссийская конференция "Электроника 2006". 30 ноября 2006 г. - М.: МИЭТ, 2006. С. 64.

10. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Цветомузыкальный комплекс - Каталог тезисов научных работ, представленных на 3-й Всероссийской конференции студентов и аспирантов. 4-6 декабря 2006 г. - М.: РГУИТП, 2006. С. 27-31.

11. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Скрипаль A.B. Цветомузыкальный центр -Каталог Московского международного салона промышленной собственности "Архимед": - М., 2007. С. 251-252.

12. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Визуальная реализация музыки - Всероссийская конференция "Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине". 23-25 мая 2007 г. - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2007. С. 67-69.

13. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Цветомузыка - Каталог тезисов научных работ, представленных на XV международной студенческой школе-семинаре "Новые информационные технологии". - М.: МИЕМ, 2007. С. 210.

14. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Разработка способа визуальной реализации музыки - Каталог тезисов научных работ, представленных на 4-й Всероссийской конференции студентов и аспирантов. 26-30 ноября 2007 г. - М.: РГУИТП, 2007. С. 42-43.

15. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Визуализация музыки - Молодые ученые Саратовской области: Тез. науч. работ студ. М75 высших учеб. заведений Сарат. обл. - участников обл. конкурса "Студенческая наука 2007". - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2007. С.121-123.

16. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Анализ влияния цветомузыкального воздействия на параметры сердечно-сосудистой системы человека - Всероссийская конференция "Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине" 3-5 июля 2008 г. - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2008. С.57-59.

17. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Скрипаль A.B. Способ воспроизведения музыкального произведения в цвете - IV Международный салон изобретений и новых технологий "Новое время". 25-27 сентября 2008 г. - Севастополь, Украина, 2008. С. 96-97.

18. Усанова А.Д. Способ визуализации музыкального произведения - Каталог XI Конкурса бизнес-идей, научно-технических разработок и научно-исследовательских проектов "Молодые. Дерзкие. Перспективные". 19 ноября 2008 г. - Санкт-Петербург, 2008. С. 46.

19. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Диагностика параметров сердечнососудистой системы человека и электроэнцефалограммы при цветомузыкальном воздействии с помощью методов обработки биомедицинских изображений - Всероссийская конференция "Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине". 1-3 июля 2009 г. - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2009. С. 101-102.

20. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Скрипаль A.B. Диагностика параметров жизнедеятельности человека при цветомузыкальном воздействии - VI Международный салон изобретений и новых технологий "Новое время". 24-26 сентября 2009 г. - Севастополь, Украина, 2009. С. 223.

21. Усанова А.Д., Усанова Л.Д. Способ визуальной реализации музыкального произведения - "Всероссийская молодежная выставка-конкурс прикладных исследований, изобретений и инноваций". 27-28 октября 2009 г. - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2009. С. 222.

22. Усанова А.Д., Усанова Л.Д. Разработка способа визуальной реализации музыки - Каталог XII Конкурса бизнес-идей, научно-технических разработок и научно-исследовательских проектов "Молодые. Дерзкие. Перспективные" -Санкт-Петербург, 2009.

23. Усанова А.Д., Усанова Л.Д. Разработка способа визуальной реализации музыки - Ползуновский альманах №3/2009 том 2 - Барнаул: АлтГТУ, 2009. С. 7780.

24. Усанова А.Д., Усанова Л.Д. Разработка способа визуальной реализации музыки - Каталог XIII Конкурса бизнес-идей, научно-технических разработок и научно-исследовательских проектов "Молодые. Дерзкие. Перспективные". 28 сентября 2010 г. - Санкт-Петербург, 2010. С. 101.

25. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Кащавцев Е.О. Анализ влияния ритмического визуально-звукового воздействия на параметры электроэнцефалограммы человека - Всероссийская конференция "Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине". 9-11 ноября 2010 г. - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2010. С. 107-110.

Подписано в печать 28.10.11 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме New Roman Суг. Объем - 1 печ. л. Тираж 100. Заказ № 252-Т

Отпечатано в типографии Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского 410012, Саратов, Б. Казачья, 112 а (8452)273385

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Усанова, Анастасия Дмитриевна

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОБЛЕМЕ ABC

1.1 Анализ современных исследований по проблеме синестезии звукового ряда и визуального сопровождения

1.2 Анализ исследований по проблеме влияния ритмической АБС на биоэлектрическую активность головного мозга человека

1.2.1 Аппаратура и методы электроэнцефалографического исследования

1.2.2 Реакция мозговой волны на визуальную стимуляцию

1.2.3 Реакция мозговой волны на фоностимуляцию

1.2.4 Реакция мозговой волны на АБС

1.2.5 Частота АБС

1.2.6 Длительность процедуры АБС

1.2.7 Показания и противопоказания к ABC

1.3 Анализ современных исследований по проблеме построения модели цветового сопровождения звуковых сигналов

РАЗДЕЛ 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА, РЕАЛИЗУЮЩЕГО ВОЗМОЖНОСТЬ ВИЗУАЛЬНОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ЗВУКОВОГО РЯДА И РИТМИЧЕСКОЙ АБС С МОДУЛЯЦИЕЙ ПО ЧАСТОТЕ, ГРОМКОСТИ ЗВУКОВОГО И ЯРКОСТИ ЦВЕТОВОГО СТИМУЛА

2.1 Выбор цветовых характеристик для реализации способа визуального отображения звукового ряда

2.2 Разработка модели цветового отображения звуковых сигналов

2.3 Разработка программного обеспечения, реализующего возможность визуального сопровождения звукового ряда

Разработка программного обеспечения для решения за

2.4 дачи ритмической АБС с модуляцией по частоте, громкости звукового стимула, яркости цветового стимула

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВИЗУАЛЬНОГО, ЗВУКОВОГО,

РАЗДЕЛ 3. АУДИОВИЗУАЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ И РИТМИЧЕСКОЙ АС, ВС И ABC НА БИОЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ МОЗГА

Анализ влияния визуального, звукового и аудиовизуаль

3.1 ного воздействий на биоэлектрическую активность мозга человека

3.2 Анализ влияния ритмической АС, ВС и ритмической ABC на биоэлектрическую активность мозга человека

3.3 Выводы

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВИЗУАЛЬНОГО, ЗВУКОВОГО И

АУДИОВИЗУАЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА

РАЗДЕЛ 4. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СЕРДЕЧНОСОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ И СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ ЧЕЛОВЕКА

4.1 Аппаратура и методы электрокардиографического исследования

4.2 Результаты электрокардиографического исследования

Анализ влияния визуального, звукового и аудовизуаль

4.3 ного воздействия на скорость рапсространения пульсовой волны человека

4.4 Выводы

РАЗДЕЛ 5. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВИЗУАЛЬНОИ, ЗВУКОВОЙ И

АУДИОВИЗУАЛЬНОЙ СТИМУЛЯЦИЙ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЧЕЛОВЕКА: ПЕРИОДИЧЕСКИЕ СМЕЩЕНИЯ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ДВИЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА, СВЯЗАННЫЕ С ДЫХАНИЕМ И СЕРДЦЕБИЕНИЕМ (ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ И СЕРДЕЧНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ) С ПОМОЩЬЮ СВЧ-АВТОДИНА НА ДИОДЕ ГАННА

6.1 Аппаратура и методы исследования

6.2 Результаты экспериментов

6.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕН [ИЕ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние фоностимуляции при визуальном сопровождении на деятельность сердечнососудистой системы, параметры дыхания, биоэлектрическую активность мозга человека"

Условия современного производства далеко не всегда отвечают физиологическим возможностям человека. Это несоответствие предопределяет рост психосоматических заболеваний. Если ранее перед обществом стояла задача освобождения рабочего от непосильного физического труда, то сейчас его усилия должны быть направлены на защиту физиологических функций рабочего от последствий неизбежных и иногда неоправданных психоэмоциональных перенапряжений.

Среди условий современного производства, характеризующихся высоким уровнем психоэмоционального напряжения, снижающих надежность системы "человек — машина", не последнее место занимает необходимость экстренного реагирования (например, в деятельности оператора). Это определяет актуальность исследований, направленных на разработку методов и способов профилактики неблагоприятных последствий психоэмоционального напряжения, в том числе методов аудиовизуальной стимуляции (АВС).В связи с этим разработка надежной системы восстановительных мероприятий при наличии психоэмоциональных перенапряжений актуальна [1,2].

Звук и музыка использовались в течение столетий во многих культурах для достижения направленного изменения состояния сознания. Истоки ABC уходят в глубокую древность. Еще Пифагор проводил лечение больных фотостимуляцией, создаваемой вращением с различной скоростью колеса со спицами, расположенного между огнем и пациентом. Аналогично воздействуют шаманы, ритмично ударяя в бубен и двигаясь возле костра. Барабанный бой, скандирования, многие звуки окружающей среды, такие как ветер, дождь, шум водопада, прибоя вызывают эмоциональные образы и ассоциации.

В настоящее время светозвуковые системы успешно используются для лечения алкогольной и наркотической зависимости. Например, известный терапевт, доктор Томас Будзински, специализирующийся в области биологической обратной связи, обнаружил, что у пациентов, лечившихся от зависимости от транквилизаторов (бензодиазепинов), при градиентном снижении дозы препаратов, проявления абстинентного синдрома были значительно слабее, если они один раз в день получали светозвуковую стимуляцию, особенно если последняя была выдержана в тета диапазоне частот головного мозга.

Положительный опыт применения ABC как в качестве базового, так и вспомогательного метода получен при терапии кардионеврозов, гипертензив-ных состояний, а также для коррекции текущего эмоционального фона специалистов, деятельность которых сопряжена с чрезмерным психоэмоциональным напряжением, в частности в подразделениях МВД [3].

В частности, обоснован метод светозвуковой ритмостимуляции путем навязывания ритма физиологических функций (электроэнцефалограммы (ЭЭГ), частоты сердцебиения (ЧСС), частоты дыхания (ЧД)). Обоснованы также принципы использования функциональной музыки и цветомузыки. Музыкотерапия — психотерапевтический метод, основанный на целительном воздействии музыки на психологическое состояние человека. Музыкотерапия официально признана в Европе в девятнадцатом веке, когда ее стали использовать в практике передовые врачи. Расцвет музыкотерапии приходится на двадцатое столетие. В 1961 году в Англии разработали первую программу музыкотерапии, а через пятнадцать лет там создали центр музыкотерапии. В Германии с музыкой медики стали серьезно работать с 1978 года, а в 1985 году основали институт музыкотерапии. В Америке ассоциация музыкальной терапии возникла в 1950 году и на сегодняшний день она объединяет более трех тысяч врачей-музыкотерапевтов. Во Франции сейчас во многих клиниках музыка звучит во время операции, например, в Национальном институте переливания крови. В Германии пациентам с желудочно-кишечными заболеваниями рекомендуют слушать Моцарта. В Голландии используют музыку в клиниках сердечнососудистых заболеваний, а в Австралии — для лечения тех, кто страдает болями а. суставах и позвоночнике.

Различными авторами предлагаются соответствующие наборы произведений классической и современной музыки. Серийно выпускаются цветомузыкальные установки, которые могут быть отрегулированы в соответствии с вышеизложенными закономерностями цвето-звуковых синестезий (синестезия -возникновение вкусовых, визуальных ассоциаций при аудиовоздействии и т.д.). Наиболее полно они реализованы при комплексном оборудовании так называемых «сенсорных комнат», предназначенных как для профилактики психоэмоциональных нарушений у детей и взрослых, так и для восстановительного лечения широкого спектра заболеваний психосоматического профиля [4].

Несколько более сложным выглядит положение с психорегулирующими видео- и слайдфильмами. Технические средства для их реализации вполне доступны. Однако специализированные съемки с последующим тиражированием фильмов еще не получили массовой реализации. Съемки видеофильмов требуют достаточно больших затрат и сложной студийной техники. Чуть проще обстоят дела со слайдфильмами. В частности, созданы психорегулирующие слайдфильмы трех типов действия: релаксирующие, активирующие и отвлекающие [5]. Они несколько уступают видеофильмам в динамичности сюжета, но благодаря несравненно более высокой цветовой насыщенности превосходят их в выразительности и глубине воздействия.

Экспериментальная проверка аудиовизуальных средств показала, что их использование позволяет эффективно корректировать отклонения в психоэмоциональной сфере, состоянии вегетативных функций и работоспособности. Это подтверждается изменением на 15-20% субъективных и объективных показателей состояния организма (частота сердечных сокращений и дыхания, ЭЭГ, нагрузочные пробы и др.), а также улучшением показателей операторской работоспособности и надежности деятельности [6].

Воздействию различных режимов аудиовизуальной стимуляции подвергается в повседневной жизни каждый человек. В театре, кино, при просмотре телевизионных программ, на дискотеках используются ритмичные цветомузы-кальные воздействия; водители воспринимают в процессе движения мелькания прерывистой разделительной полосы. Люди инстинктивно стремятся к аудиовизуальной стимуляции природными факторами, например, сосредоточиваются на бликах пламени костра, свечи или камина (визуальная стимуляция), звуках, воспроизводимых потрескиванием дров в костре, шуме водопада (аудиостиму-ляция). Спектральный состав этих воздействий схож с ритмом мозга, находящемся в спокойном, расслабленном состоянии (так называемое «альфа-состояние» с доминированием частот в диапазоне от 8 до 12 Гц). В целях релаксации может быть также использована ABC, включающая прослушивание записи со звуками природы и одновременное воздействие световой стимуляцией с частотой альфа-ритма и тета-ритма.

Задача определения и создания условий, при которых осуществляется максимально полная реализация адаптивных возможностей, в значительной степени может быть решена с помощью нейросенсорной терапии, важной составляющей которой является аудиовизуальная стимуляция. Технология ABC дает ни с чем несравнимую возможность контролировать психоэмоциональное состояние без медикаментов, без воздействия посторонних установок и внушений и без формирования зависимости.

Целенаправленное формирование уровня мозговой активности (активации/торможения) позволяет использовать ABC как в качестве профилактического средства, обеспечивающего повышение адаптационного резерва механизмов защиты от эмоциональных и психосоциальных нагрузок, а также оптимизации адаптивных реакций непосредственно в процессе экстремальных воздействий, так и в качестве достаточно эффективного средства в комплексной терапии и реабилитации психосоматических больных. ABC позволяет воздействовать на эмоциональную компоненту психосоматического заболевания. Для проведения ABC используются приборы, генерирующие световые и звуковые сигналы, которые воздействуют через зрительный и слуховой анализаторы с вовлечением в процесс корковых, лимбических структур и ретикулярной формации головного мозга человека. Однако до сих пор не существовало методов ABC, реализующих возможность однозначной идентификации звукового ряда по визуальному сопровождению. Следовательно ранее не представлялось возможным проведение экспериментальных исследований степени влияния на деятельность сердечнососудсистой системы, амплитуду и частоту дыхательных движений и сердечных сокращений, скорость распространения пульсовой волны, на биоэлектрическую активность мозга фоностимуляции при визуальном сопровождении. Логично предположить, что метод ABC, основанный на согласованном одновременном воздействии комбинацией звукового и визуального стимулов, мог бы иметь наиболее высокий уровень эффективности.

На основе вышесказанного была сформулирована цель диссертационной работы: проведение исследования возможности повышения степени влияния фоностимуляции при условии визуального сопровождения звукового ряда на деятельность сердечнососудистой системы и биоэлектрическую активность мозга человека, параметры дыхания, скорость распространения пульсовой волны с помощью программного обеспечения (ПО), реализующего возможность визуализации музыкального произведения; разработка принципиально нового способа визуализации музыкального произведения, реализующего возможность более качественного восприятия музыки, разработка способа ритмической ABC; анализ влияния ритмической аудиостимуляции, ритмической визуальной и ритмической аудиовизуальной стимуляций по данным электрокардиограммы (ЭКГ), ЭЭГ, в ходе биометрического мониторинга физиологических параметров человека.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка программного комплекса, с помощью которого можно реализовать возможность однозначной идентификации звукового ряда (музыкального произведения) по визуальному сопровождению.

2. Разработка программного комплекса, реализующего возможность ритмической ABC с модуляцией по частоте (частота фоностимуляции совпадает с частотой подачи световых стимулов - прерывистый звуковой сигнал с частотой от 2Гц до 20Гц с шагом в 2 Гц (выбранный диапазон укладывается в оптимально различимый для слуха диапазон до 400Гц)), громкости и яркости цветового стимула.

3. Исследование влияния фоностимуляции при условии визуального сопровождения звукового ряда на деятельность сердечнососудистой системы, амплитуду и частоту дыхательных движений и сердечных сокращений, скорость распространения пульсовой волны и биоэлектрическую активность мозга человека.

4. Исследование влияния ритмической аудиостимуляции (АС), ритмической визуальной стимуляции (ВС) и ритмической АБС на биоэлектрическую активность мозга человека.

Новизна исследований, проведенных в ходе диссертационной работы, состоит в следующем:

• Впервые реализован принципиально новый способ визуализации музыкального произведения, обеспечивающий возможность однозначной идентификации звукового ряда по визуальному сопровождению в реальном времени, способствуя повышению качества восприятия музыки.

• Экспериментально подтвержден эффект повышения степени влияния музыки/звукового ряда посредством визуального сопровождения на деятельность сердечнососудистой системы и биоэлектрическую активность мозга человека в ходе регистрации данных электрокардиограммы, электроэнцефалограммы, в ходе биометрического мониторинга физиологических параметров человека, скорости распространения пульсовой волны, периодических смещений грудной клетки, характеризующих движения человека, связанные с дыханием и сердцебиением (дыхательные движения и сердечные сокращения).

• Впервые исследован эффект зависимости степени влияния на биоэлектрическую активность мозга человека звукового стимула от частоты (несущая частота, модулирующая в диапазоне от 2 до 20 Гц), громкости звукового стимула, визуальной стимуляции от частоты и яркости цветового стимула, ритмической аудиовизуальной стимуляции от частоты, громкости звукового стимула и яркости цветового стимула по данным ЭЭГ.

• Выявлен диапазон частот максимального отклика биоэлектрической активности мозга на ритмическую ВС и ABC 10-12 Гц, при котором регистрируются наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности мозга, в том числе наибольшее снижение спектральной мощности альфа-ритма и уве-лечение спектральной мощности бета-ритма. Показано, что диапазон частот 1012 Гц обеспечивает максимальный уровень качества восприятия/степени влияния звукового ряда с помощью визуального сопровождения.

• В ходе анализа влияния ритмической ВС и АБС на параметры ЭЭГ были определены максимальные частоты, регистрируемые на ЭЭГ при воздействии разными цветовыми стимулами (красным, зеленым и синим цветами). Было установлено, что при стимуляции красным цветом на ЭЭГ выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12,4 Гц, при этом регистрируется увеличение мощности бета-ритма, что свидетельствует об активации симпатического отдела вегетативной нервной системы. При стимуляции зеленым цветом на ЭЭГ выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12 Гц, синим - 11,3 Гц, при этом при ВС зеленым и синим стимулами было зарегистрировано незначительное увеличение спектральной мощности альфа-ритма.

• Установлено, что цветовой стимул с более высоким коэффициентом насыщенности вызывает больший отклик на параметры ЭЭГ обследуемых.

• Было показано, что наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности мозга вызывает фоностимуляция звуковым стимулом максимальной громкости.

• Установлено, что при аудиовизуальной стимуляции у обследуемых наблюдаются изменения характера ЭКГ и ее спектра, проявляющиеся в изменении длительности соответствующих участков электрокардиограммы и их амплитудных значений, а также амплитуды шумовой составляющей ЭКГ, при этом аудиовизуальное воздействие приводит к увеличению шумовых составляющих спектра ЭКГ, а также к значительному сдвигу частоты сердцебиения.

• Показано, что наблюдается различная величина изменения частоты сердцебиений в результате звуковой, визуальной, визуально-звуковой стимуляций, при этом наиболее значительный сдвиг ЧСС наблюдался именно при АБС так, что эффект от аудиовизуального воздействия существенно превышал суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

• В ходе биометрического мониторинга физиологических параметров человека: периодических смещений грудной клетки, характеризующих движения человека, связанные с дыханием и сердцебиением (дыхательные движения и сердечные сокращения), с использованием СВЧ-автодина на диоде Ганна установлено, что эффект от аудиовизуального воздействия на дыхательные движения превышает эффект от раздельного воздействия на данные параметры звуком и цветом, при этом интересно отметить, что наибольший отклик на регистрируемые параметры контроля имела композиция с наиболее выраженной ритмической составляющей, эффект от аудиовизуального воздействия на сердечные сокращения превышал суммарный эффект от раздельного воздействия звуком и цветом.

• В ходе экспериментальных исследований влияния визуально-звуковой стимуляции на скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) было зарегистрировано наиболее значительное увеличение СРПВ в случае воздействия звуком и цветом одновременно - при ABC, при этом эффект от АБС существенно превышал даже суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением стандартной измерительной аппаратуры, обработкой экспериментальных данных с помощью современных методов с использованием ЭВМ:

• электрокардиографа «Полиспектр 8/12»,

• электроэнцефалографа «Нейрон-Спектр-5» на основе ПО "СПЭГ-НСФТ",

• установки для регистрации СРПВ (установки для диагностики упруговяз-ких свойств с блоком ЭКГ «Волготех 8/12-01»),

• установки для биометрического мониторинга физиологических параметров человека (СВЧ-автодина на диоде Ганна).

Практическая значимость полученных результатов:

Предложен приниципиально новый способ визуализации музыкального произведения, позволяющий получать однозначную идентификацию звукового ряда по визуальному сопровождению в реальном времени, реализующий возможность более качественного восприятия музыки, защищенный двумя патентами (Патент на изобретение РФ № 2295376. Способ воспроизведения музыкального произведения в цвете / Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И., Скрипаль A.B. Опубл. 20.03.2007. Бюл. №8., Свидетельство об официальной регистрации программы РФ A.c. №2007610999 Цветомузыкальный центр (цветомузыка) / Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И. Заявл. 06.03.07.) и апробированный при организации развлекательных мероприятий в г. Саратове.

Разработанный инновационный способ визуальной реализации музыки может быть использован с целью расширения адаптационных возможностей слабослышащих людей, а также для повышения качества восприятия музыки.

Положения, выносимые на защиту:

1. При аудиостимуляции (АС) выявлено менее значительное снижение амплитуды альфа-ритма, чем при визуальной стимуляции (ВС), а аудиовизуальная стимуляция (ABC) приводит к большему снижению амплитуды альфа-ритма по сравнению со звуковой стимуляцией и визуальной стимуляцией в отдельности.

2. Изменения длительности кардиоинтервалов наблюдаются чаще во время ABC, чем в ходе ВС и АС. Для всех обследуемых во время аудиовизуального воздействия было зафиксировано уменьшение времени между S-T-экстремумами, существенное изменение амплитуды шумовой составляющей ЭКГ. Наиболее значительный сдвиг ЧСС наблюдался при аудиовизуальном воздействии, при этом эффект от ABC существенно превышал суммарный эффект от стимуляции звуком и цветом в отдельности.

3. Ритмическая ABC в сравнении со звуковой и визуальной стимуляциями приводит к большему сдвигу параметров, характеризующих биоэлектрическую активность мозга человека. При стимуляции красным цветом на ЭЭГ выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12,4 Гц, при стимуляции зеленым цветом - 12 Гц, синим - 11,3 Гц, при этом при стимуляции красным цветом регистрируется увеличение мощности бета-ритма, что свидетельствует об активации симпатического отдела вегетативной нервной системы. Выявлен диапазон частот максимального отклика на ритмическую ABC 1012 Гц, при котором регистрируются наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности мозга, в том числе наибольшее снижение спектральной мощности альфа-ритма и увеличение спектральной мощности бета-ритма.

4. Эффект ABC на амплитуду дыхательных движений и сердечных сокращений превышает суммарный эффект от визуальной стимуляции и звуковой стимуляции в отдельности. В ходе исследований влияния визуально-звуковой стимуляции на скорость распространения пульсовой волны (СРГТВ) было зарегистрировано наиболее значительное увеличение СРПВ в случае комплексного воздействия звуковым и цветовым стимулами, при этом эффект от ABC существенно превышал суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

5. Предложен алгоритм, позволяющий поставить в соответствие частоты звукового ряда и цветовые характеристики, и разработана программа для ЭВМ по его реализации. Исследовано аудиовизуальное воздействие по разработанному алгоритму на основные характеристики жизнедеятельности биообъекта.

Апробации работы. Работа выполнена на кафедре медицинской физики Саратовского государственного университета в период с 2008 по 2011 гг. Часть диссертационной работы проводилась в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы. ГК П711.

Основные положения и достигнутые в ходе выполнения диссертационной работы результаты отмечались медалями и премиями конкурсов, салонов и выставок инноваций и инвестиций Международного и Всероссийского уровня, среди которых 3 спецприза, 2 гранта, 2 премии, 4 золотых, 8 серебряных, 4 бронзовых медали Международных выставок-салонов инноваций и др.

Личный вклад соискателя выразился в постановке основных задач исследований, обосновании методов их решения, разработке алгоритмов и проведении экспериментальных измерений, участии в формулировании научных выводов.

Публикации. По материалам исследований, опубликовано 25 научных работ, в том числе статьи в реферируемых журналах, включая 2 публикации в журналах списка ВАК, центральных научно-технических журналах, патент на изобретение РФ, свидетельство об официальной регистрации программы и 21 публикация в сборниках трудов и тезисов научных конференций, выставок и салонов изобретений республиканского, всероссийского и международного уровня.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, имеющих подразделы, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 162 страницы машинописного текста, включая 21 рисунок, 16 таблиц. Список литературы содержит 119 наименований и изложен на 12 страницах.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Усанова, Анастасия Дмитриевна

5.3 Выводы

Таким образом, реализован контроль периодических движений грудной клетки, вследствие дыхательных движений и сердечных сокращений, с помощью автодина на диоде Ганна в ходе аудиостимуляции, визуальной стимуляции и ABC.

Описана методика измерения амплитуды и частоты дыхательных движений и сердечных сокращений в ходе аудиостимуляции, визуальной стимуляции и ABC с использованием разработанного специализированного программного обеспечения «MicrowaveMeter.exe» и программного обеспечения, реализующего возможность визуальной реализации музыки.

Таким образом, было выявлено, что эффект от аудиовизуального воздействия на дыхательные движения превышает эффект от раздельного воздействия на данные параметры звуком и цветом, при этом интересно отметить, что наибольший отклик на регистрируемые параметры контроля имела композиция с наиболее выраженной ритмической составляющей, эффект от аудиовизуального воздействия на сердечные сокращения превышал суммарный эффект от раздельного воздействия звуком и цветом.

Получены результаты биометрического мониторинга физиологических параметров человека в ходе аудиостимуляции, визуальной стимуляции и ABC с использованием радиоволнового дистанционного зондирования.

На рис. 21 изображена лепестковая диаграмма, которая подтверждает наибольшее изменение параметров, характеризующих физиологической состояние человека при визуально-звуковом воздействии, при этом изменения всех параметров за исключением спектральной мощности альфа-ритма в правом полушарии при визуально-звуковом воздействии превышают алгебраическую сумму изменений данных параметров при визуальном и звуковом воздействиях. Мелким пунктиром (100%) обозначены значения СМ альфа-ритма в левом и правом полушариях, ЧСС, ЧД, СРПВ до воздействия; пунктиром с двумя точками - при визуальном воздействии, пунктиром с точкой - при звуковом воздействии, размытой сплошной линией - результат суммирования визуального и звукового воздействий, сплошной линией - при визуально-звуковом воздействии.

Рисунок 21. График изменения параметров спектральной мощности альфа-ритма (СМ), ЧСС, частоты дыхания (ЧД), СРПВ при визуальном воздействии, при звуковом воздействии, при суммарном визуальном и звуковом воздействии и при визуально-звуковом воздействии

СМавлевом полушарии

ЧСС

СРПВ

СМ а. вправом полушарии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертации, сводятся к следующему:

1. Предложен новый алгоритм воспроизведения музыкального произведения в цвете, позволяющий поставить в соответствие аудио- и визуальный ряды друг другу и реализующий принцип однозначной идентификации музыки по визуальному сопровождению.

2. Разработан программный комплекс, реализующий новый способ визуализации музыкального произведения, позволяющий получать однозначную идентификацию звукового ряда по визуальному сопровождению в реальном времени, обеспечивающего возможность более качественного восприятия музыки.

3. Установлено, что только звуковая стимуляция оказывала наименьшее влияние на биоэлектрическую активность мозга испытуемых по сравнению с визуальным и аудиовизуальным воздействиями, при этом эффект от воздействия звуком и цветом одновременно превышал эффект от воздействия данных стимулов в отдельности, что позволяет сделать вывод о возможности применения визуального сопровождения звукового ряда с целью повышения качества восприятия звука.

4. Разработано программное обеспечение, необходимое для решения задачи ритмической АБС с модуляцией по частоте, громкости звукового стимула, яркости цветового стимула.

5. Выявлен диапазон частот максимального отклика на ритмическую АС, ВС и АБС 10-12 Гц. Показано, что воздействие ВС и АБС в диапазоне частот (10-12 Гц) обеспечивает максимальный уровень качества восприятия/степени влияния звукового ряда с помощью визуального сопровождения.

6. В ходе анализа влияния ритмической ВС и ABC на параметры ЭЭГ были определены максимальные частоты, регистрируемые на ЭЭГ при воздействии разными цветовыми стимулами (красным, зеленым и синим цветами). Было установлено, стимуляции красным цветом на ЭЭГ выявлена частота с максимальной амплитудой спектральной составляющей 12,4 Гц, при стимуляции зеленым цветом - 12 Гц, синим - 11,3 Гц, при этом при стимуляции красным цветом регистрируется увеличение мощности бета-ритма, что свидетельствует об активации симпатического отдела вегетативной нервной системы.

7. Установлено, что цветовой стимул с более высоким коэффициентом насыщенности вызывает больший отклик на биоэлектрическую активность мозга, параметры ЭЭГ обследуемых.

8. В ходе исследования влияния громкости фоностимуляции на параметры ЭЭГ обследуемых было установлено, что наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности мозга вызывает фоностимуляция звуковым стимулом максимальной громкости.

9. Установлено, что при аудиовизуальной стимуляции у обследуемых наблюдаются изменения характера ЭКГ и ее спектра, проявляющиеся в изменении длительности соответствующих участков электрокардиограммы и их амплитудных значений, а также амплитуды шумовой составляющей ЭКГ, при этом аудиовизуальное воздействие приводит к увеличению шумовых составляющих спектра ЭКГ, а также к значительному сдвигу частоты сердцебиения.

10. Показано, что наблюдается различная величина изменения частоты сердцебиений в результате звуковой, визуальной, визуально-звуковой стимуляций, при этом наиболее значительный сдвиг ЧСС наблюдался именно при ABC так, что эффект от аудиовизуального воздействия существенно превышал суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

11. В ходе биометрического мониторинга физиологических параметров человека: периодических смещений грудной клетки, характеризующих движения человека, связанные с дыханием и сердцебиением (дыхательные движения и сердечные сокращения), с использованием СВЧ-автодина на диоде Ганна установлено, что эффект от аудиовизуального воздействия на дыхательные движения превышает эффект от раздельного воздействия на данные параметры звуком и цветом, при этом интересно отметить, что наибольший отклик на регистрируемые параметры контроля имела композиция с наиболее выраженной ритмической составляющей, эффект от аудиовизуального воздействия на сердечные сокращения превышал суммарный эффект от раздельного воздействия звуком и цветом.

12. В ходе экспериментальных исследований влияния визуально-звуковой стимуляции на СРГТВ было зарегистрировано наиболее значительное увеличение СРПВ в случае воздействия звуком и цветом одновременно, при этом эффект от ABC существенно превышал даже суммарный эффект от воздействия звуком и цветом в отдельности.

121

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Усанова, Анастасия Дмитриевна, Саратов

1. Судаков K.B. Научно-техническая революция: человек — машина. М., 1989. с. 5-9.

2. Судаков К.В. // Труды Научного совета РАМН по эксп. и прикл. физиол. М., 1994. т.5. С.

3. Патрушев A.B. Формы и методы оказания психологической помощи сотрудникам ОВД, получившим ранение при выполнении служебно-боевых задач. Екатеринбург, 2005.

4. Галеев В.М., Сайфуллин Р.Ф. Светомузыкальные устройства. М. 1978.

5. Штарк М.Б., Шварц М.С. Некоторые аспекты биоуправления в интерпри-тации редакторов (вместо предисловия). Биоуправление 4. Теория и практика. Новосибирск. 2002. С. 3-7.

6. Яменсков В.В., Завьялов И.А., Иванова Т.С. Психофизиологичекое обоснование аудиовизуальных средств коррекции функциональных нарушений у человека в условиях производственной деятельности // Вестник восстановительной медицины. 2003. № 4. С. 29-32.

7. Галеев Б.М. Проблема синестезии в искусстве // В кн.: Искусство светящихся звуков Казань: КАИ, 1973. С.67-88.

8. Шакула A.B., Сливинский Д.В., Яменсков В.В. Аудиовизуальные средства коррекции психоматических нарушений у человека-оператора // Матер. VII междунар. форума "Новые технологии восстановительной медицины и курортологии" Тунис, 2002. С. 503-504.

9. Шакула A.B., Сливинский Д.В., Яменсков В.В. Оптимизация профессиональной адаптации лиц операторского профиля с помощью аудиовизуальных средств коррекции / Матер. XI междунар. симпоз. "Эколого-физиологическиепроблемы адаптации" М, 2003. С. 623-624.

10. Данилова Н.Н. Психофизиология. М., 1999

11. Русалова М. Н., Калашникова И.Г. // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П.Павлова. 1995. т.45. Вып. 2. С. 242-250

12. Рогозин А.Н.//С6. науч. трудов симпозиума "Колебательные процессы гемодинамики. Пульсация и флюктуация сердечнососудистой систе-мы".М.,2000.С. 24-26.

13. Майкова Т.Н., Лукашев С.Н., Пирадов М.А., Данилова М.В., Миртовская В.Н. Явление саморегуляции электрогенеза центральной нейрональной передачи мозга человека // Сборник научных открытий. — 2003. — Вып. 1. — С. 13-15

14. Lusher M. The Development of Colour Vision // The Lusher Colour Test. 1 .ndon, 1969.

15. VERRIEST, G. and SEKI, R. (1964). Les chromaticit s des couleurs subjectives suscit es par la rotation du disque de Fechner-Benham. R v. d'Opt. 43, 5363.

16. Федотчев А.И.Бондарь А.Т.//Успехи физиол. наук. 1996.Т.27,№4. с.44-62.

17. Fedotchev A.I., Bondar А.Т., Konovalov V.F. // Int. J. Psychophysiol. 1990. Vol. 9, N2. P. 189-193.

18. Teplan M., Krakovska A., Stole S. // Measurement Sci. Rev. 2006. Vol. 6, N 2. P. 508-515.PupisM., Cillik I.//Serb.J. Sports Sci. 2008.Vol. 2, N1. P. 9-15.

19. Гринберг Д.А., Аминофф М.Дж., Саймон Р.П. Клиническая неврология. — М.: МЕДПресс-информ, 2004. — 520 с.

20. Голуб Я.В., Жиров В.М. Медико-психологические аспекты применения свето-звуковой стимуляции и биологически обратной связи. СПб., 2007. 97 с.

21. Федотчев А.И., Бондарь А.Т. Неспецифические меха-низмы адаптации ЦНС к прерывистым раздражениям, спектральная структура ЭЭГ и оптимальные параметры ритмических сенсорных воздействий // Успехи физиол. наук. 1996. №27. С. 44—60.

22. Lazarev V.V., Pontes A., Azevedo L.C. EEG photic driving: Right-hemisphere reactivity deficit in childhood autism // A pilot study International Journal of Psychophysiology. 2009. № 71. P. 177—183.

23. Федотчев А.И. Стресс, его последствия для человека и современные нелекарственные подходы к их устране-нию // Успехи физиол. наук. Т. 40, № 1. 2009. С. 77—91.

24. Teplan М., Krakovska A., Stole S. Short-term effects of au-dio-visual stimulation on EEG // Measurement Science Re-view. 2006. № 6. P. 67.

25. Walter W.G., Dovey V.J. and Shipton H. Analysis of elec-trical responses of the human cortex to photic stimulation //Nature. 1946. № 158. P. 540—541.

26. Бехтерева Н.П., Зонтов B.B. К вопросу об электрофи-зиологической характеристике нервных процессов // Фи-зиол. журн. СССР. 1961. № 47. С. 1463—1472.

27. Новые технологии От науки к практике Бюллетень сибирской медицины, >2, 2010 11

28. Гетманенко О.В., Белов Д.Р., Кануников И.Е. Фазовые взаимоотношения электроэнцефалограммы человека // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2004. №90. С. 431.

29. Kumano Н., Horie Н., Shidara Т. et al. Treatment of a de-pressive disorder patients with EEG-driven photic stimulation // Biofeedback and self-regulation. 1996. № 6. P. 323—334.

30. Смирнов B.M., Бородкин Ю.С. Артифициальные стабильные функциональные связи.-JI, :Медицина, 1979

31. Резникова Т.Н./Юбозрение психиатрии медицинской психологии им.В.М.Бехтерева.-1993.-№.4.-С. 143-146.

32. Уолтер Г. Живой мозг. М.: Медицина, 1966.

33. Каменкович В.М.// Журнал высшей нервной деятельности.-1998.-Т.48, вып.З.-С.449-457.

34. Вельский Е.Д., Часов В.А. //Клииико-электрофизиологические показатели функционального состояния головного мозга человека: труды Лиэтина, вып.27.-Л., 1971 .-С. 110-119.

35. Herrmann С.S., Elliott М.А. // Proceeding of the seventeenth Annual Meeting of the International Society for Psychophysics. 2001. - P. 427-431.

36. Гавриленко О.Н.//Проблема цвета в психологии. М.:Наука,1993.-С.172-187.

37. Миронова Л.Н.//Проблема цвета в психологии. М.: Наука, 1993.-С.187-192.

38. Гуменюк В.А.//Вестник Новгородского государственного университета.-1998.-№.8.-С.20-25.

39. Превентивная кардиология (под ред. Г.И.Косицкого): М., Медицина, 1987, 511 с.

40. Таймазов В.А., Голуб Я.В. Психофизиологическое состояние спортсмена: методы оценки и коррекции. СПб, 2005

41. Dave Siever. The rediscovery of audio-visual entrainment technology. Comptronic Devices Limited, Edmonton, Alberta, Canada, 2000

42. Голуб Я.В., Жиров В.M. Применение свето-звуковой стимуляции и биологически обратной связи в реабилитации

43. James Mann. Awakening Mind I (Creating sound and light sessions on advanced programmable mind machines). USA, Enlightened Enterprises, 2005, 92 P

44. Диссертация и Автореферат дисс. канд. психол. наук, Москва, НИИ ОПП АПН СССР, 1990.

45. Раппопорт С.Х. От художника к зрителю: Проблемы художественного творчества (Как построено и как функционирует произведение искусства). М., 1978.

46. Стенли А. Гельфанд. Слух: Введение в психологическую и физиологическую акустику. М., 1984.

47. Тарасов Г.С. Проблема духовной потребности (На материале музыкального восприятия). М., 1979.

48. Блинова М.П. Физиологические основы элементарного звукового синтеза // Вопросы теории и эстетики музыки. М., 1963. - Вып. 2. - С. 216-229.

49. Назайкинский Е.В. О психологии музыкального восприятия. М., 1972.

50. Речи, которые в публичном собрании императорской Академии наук читаны были апреля 29 дня 1742 года. Пер. с лат. Г. Тештова. СПб. 1742 -31 с.

51. Элькин В.М. Целительная магия музыки: Гармония цвета и звука в терапии болезней. СПб. Респекс 2000. 218 с. Серия Храм здоровья. ISBN 5-73450180-8.

52. Патент на изобретение РФ № 2295376. Способ воспроизведения музыкального произведения в цвете / Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И., Скрипаль A.B. Опубл. 20.03.2007. Бюл. №8.

53. Свидетельство об официальной регистрации программы РФ A.c. №2007610999 Цветомузыкальный центр (цветомузыка) / Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И. Заявл. 06.03.07.

54. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Борисов А.И. Цветомузыкальный центр -Первый Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций (Техноэкспо 2005). Саратов: Изд-во ВЦ «Софит-Экспо», 2005. С. 20-21.

55. Усанова Л.Д. Цветомузыкальный комплекс Всероссийская конференция "Электроника 2006". 30 ноября 2006 г. - М.: МИЭТ, 2006. С. 64.

56. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Цветомузыкальный комплекс Каталог тезисов научных работ, представленных на 3-й Всероссийской конференции студентов и аспирантов. 4-6 декабря 2006 г. - М.: РГУИТП, 2006. С. 27-31.

57. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Скрипаль A.B. Цветомузыкальный центр -Каталог Московского международного салона промышленной собственности "Архимед": М., 2007. С. 251-252.

58. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Визуальная реализация музыки Всероссийская конференция "Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине". 23-25 мая 2007 г. - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2007. С. 67-69.

59. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Цветомузыка Каталог тезисов научных работ, представленных на XV международной студенческой школе-семинаре "Новые информационные технологии". - М.: МИЕМ, 2007. С. 210.

60. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Разработка способа визуальной реализации музыки Каталог тезисов научных работ, представленных на 4-й Всероссийской конференции студентов и аспирантов. 26-30 ноября 2007 г. - М.: РГУИТП, 2007. С. 42-43.

61. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Визуализация музыки Молодые ученые Саратовской области: Тез. науч. работ студ. М75 высших учеб. заведений Сарат. обл. - участников обл. конкурса "Студенческая наука 2007". - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2007. С.121-123.

62. Биопотенциалы мозга человека. Математический анализ / Под. ред.

63. B.С.Русинова. 1987. 256 с.

64. Фарбер Д.А., Вильдавский В.Ю. // Физиология человека. 1996. т.22. № 5.1. C.5-12

65. Усанова А.Д., Усанова Л.Д. Способ визуальной реализации музыкального произведения "Всероссийская молодежная выставка-конкурс прикладных исследований, изобретений и инноваций". 27-28 октября 2009 г. - Саратов: Изд.-во Сарат. ун.-та, 2009. С. 222.

66. Усанова Л.Д., Усанова А.Д. Анализ влияния ритмического визуально-звукового воздействия на параметры электроэнцефалограммы // Вестник СГТУ,2011. №1 (53), вып. 2. С. 208-211.

67. Усанова А.Д., Усанова Л.Д. Разработка способа визуальной реализации музыки Ползуновский альманах №3/2009 том 2 - Барнаул: АлтГТУ, 2009. С. 77-80.

68. Лапач С.Н., Чубенко A.B., Бабич П.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Excel. — К.: МОРИОН, 2000. — 320 с.

69. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Скрипаль A.B. Способ воспроизведения музыкального произведения в цвете IV Международный салон изобретений и новых технологий "Новое время". 25-27 сентября 2008 г. - Севастополь, Украина, 2008. С. 96-97.

70. Усанова А.Д. Способ визуализации музыкального произведения Каталог XI Конкурса бизнес-идей, научно-технических разработок и научно-исследовательских проектов "Молодые. Дерзкие. Перспективные". 19 ноября 2008 г. - Санкт-Петербург, 2008. С. 46.

71. Усанова Л.Д., Усанова А.Д., Скрипаль А.В. Анализ влияния цветомузы-кального воздействия на параметры сердечно-сосудистой деятельности человека // Медицинская техника, 2009. №2 (254). С. 45-51.

72. Коркушко О.В., Писарук А.В., Шатило В.Б., Лишневская В.Ю., Чеботарев Н.Д., Погорецкий Ю.Н. Анализ вариабельности ритма сердца в клинической практике -Киев, 2002. 192 с.

73. Баевский Р.М, Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе М.: Наука, 1984. 221 с.

74. Морман Д., Хеллер Л. Физиология сердечнососудистой системы. М.: Медицина, 2000. - 346 с.

75. Сердце и сердечнососудистая система. The Facts on File Illustrated Guide to the Human Body: Heart and Circulatory System. M.: ACT, 2009. - 12 c.

76. Докучева Г.Н. Здоровье сердечнососудистой системы. М.: Энас, 2006. -509 с.

77. Зеленин В.Ф. Болезни сердечнососудистой системы. М.: МЕДГИЗ, 1956.-397 с.

78. Комаров Ф.И., Насонова В.А., Гогин Е.Е. Диагностика и лечение внутренних болезней. Руководство для врачей. Т. 1. Болезни сердечнососудистой системы, ревматические болезни. М.: Медицина, 2001. - 430 с.

79. Валтнерис А.Д. Сфигмография при гемодинамических измерениях в организме. -Риж. мед. ин-т.- Рига: "Зинатне", 1976.-166с.

80. Валтнерис А.Д. Метод определения скорости пульсовой волны Рига. 1966. - 147с.

81. Глазер Р. Очерк основ биомеханики М., 1988.

82. Царев O.A., Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Островский Н.В. Неинвазивный метод определения вязкостных свойств крови по параметрам пульсовой волны //Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2002. №1. С.43-46.

83. Rosen A., Stuchly М. A., Vander Vorst A. Applications of RF/Microwaves in Medicine// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 50, N 3, march 2002. pp. 963-974.

84. Okoniewski M. and Stuchly M. A. "A study of the handset antenna and human body interaction," IEEE Trans. Microwave Theory Tech.,vo\. 44, pp. 1855-1864, Oct. 1996.

85. Clery S.F. Microwave radiation effekt on humans // Bioscence, 1983. V.33, N4. - P.269-273.

86. Vander Vorst A. and Duhamel F. "1990-1995 advances in investigating the interaction of microwave fields with the nervous system," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 44, pp. 1898-1909, Oct. 1996.

87. Apollonio F., D'Inzeo G., and Tarricone L. "Theoretical analysis of voltage-gated membrane channels under GSM and DECT exposure," in Proc. IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., Denver, CO, 1997, pp. j 103-106.

88. Michaelson S. and Lin J. C. Biological Effects and Health Implications of Radio-Frequency Radiation. New York: Plenum, 1987.

89. Гуляев Ю.В. Физические поля и излучения человека: новые методы ранней медицинской диагностики // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2000. №12. С. 3-11.

90. Бецкий О.В., Девятков Н.Д., Лебедева Н.Н. Лечение электромагнитными полями. Часть.3. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2000. №12. С. 11-31

91. Бугаев А.С., Васильев И.А, Ивашов С.И., Парашин В.Б., Сергеев И.К.,

92. Шейко А.П., Щукин С.И. Дистанционный контроль параметров кардиореспи-раторной системы человека с помощью радиолокационных средств// Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2004. №10. С. 24-31

93. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Камышанский A.C. Измерение скорости на-нометровых перемещений по спектру автодинного сигнала лазера на квантово-размерных структурах // Письма в ЖТФ. 2004. №7. С.77-82.

94. Усанов Д.А., Скрипаль A.B. Измерение нанометровых вибраций полупроводниковым лазером на квантоворазмерных структурах, работающим в ав-тодинном режиме // Письма в ЖТФ. 2003. №9. С.51-57.

95. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Калинкин М.Ю. Восстановление формы сложного движения объекта по сигналу автодинного детектирования полупроводникового лазера // ЖТФ. 2000. Т.70. Вып.2. С. 125-129.

96. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2003. 312 с.

97. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В., Постельга А.Э. Сверхвысокочастотный автодинный измеритель параметров вибраций // Приборы и техника эксперимента. 2004. № 5. С. 130-134.

98. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. и др. Радиоволновая интерферометрия движений тела человека, связанных с дыханием и сердцебиением// Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2005. №11-12. С. 44-51

99. Пат. на изобр. РФ №2295911. Способ дистанционного контроля физиологических параметров жизнедеятельности организма / Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. и др. Опубл. 27.03.2007. Бюл. № 9.

100. Мандельштам Л.И. Полное собрание трудов. АН СССР-М.: Изд-во АН СССР в ЛГР. 1947. Т.2. 396 е.,

101. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа. 1970.Т.1. 372с.

102. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Вагарин В.А. Определение амплитуды колебаний оптическим гомодинным методом по высшим гармоникам // ПТЭ. 1994.1. N6. C. 612.

103. Wei Jin, Li Ming Zang, Uttamchandani D., Culshaw B. Modified J1.J4 method for linear readout of dynamic phase changes in a fiber-optic homodyne interferometer// Appl. Opt. 1991. Vol.30, №31. P. 4496-4499.

104. Pernick B.J. Self-Consistent and Direct Reading Laser Homodyne Measurement Technique// Appl.Opt. 1973. Vol.12, №3. P. 607-610.

105. Mashkov D.A., Skripal A.V., Usanov D.A. Vibration amplitude determination from the spectrum of autodyne signal of semiconductor laser // Proc. SPIE Vol. 5067. 2003. P. 126-131.