ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ
Глава 1. МЕТОДЫ И ИНСТРУМЕНТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Глава 2. Механизмы изменения динамической сложности
непроизвольных колебаний руки человека при двигательных нарушениях
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Способность адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям окружающей среды является одной из важнейших особенностей любой физиологической системы. Так же многие природные процессы обладают ярко выраженными свойствами цикличности и периодичности и физиологические системы не исключение. Важным для человека ритмам, таким как ритмы сердца или дыхания свойственна значительная вариабельность, а связь между причинами этой вариабельности и вызванными ими последствиями нелинейна. Поэтому можно сказать, что показатели физиологической системы постоянно подвергаются различным флуктуациям, которые зависят от возраста, состояния здоровья или условий окружающей среды, а также способны вызывать существенные изменения в паттернах ритмов.
Все выше описанное позволяет сказать, что физиологические системы проявляют сложную нелинейную динамику.
В настоящей работе исследовалась динамическая сложность временной организации детерминации физиологических сигналов, которые отражают вариабельность и нестационарность временной динамики физиологических процессов. В основе этой сложности лежит многообразность процессов управления функциональными нервными связями. Патология процесса управления, как правило, связана с потерей динамической сложности детерминации, возникновением доминантного паттерна или даже доминантной частоты, приводящей к неспособности физиологической системы разнообразно и адекватно отвечать на непредсказуемые стимулы.
В широком диапазоне временных масштабов вариабельность физиологических ритмов демонстрирует некоторую повторяемость. Данное свойство называется свойством фрактальности. Можно говорить о том, что сигнал обладает свойством фрактальности, если после усреднения статистически независимых выборок временного ряда, который описывает определенный колебательный процесс наблюдается повторяемость. В основе фрактальности физиологических ритмов лежит фрактальность длительностей открытого состояния ионных каналов и затем интегральных ионных токов, формирующих ритмическое возбуждение нейронов.
С некоторой повторяемостью в широком диапазоне временных масштабов связано также понятие рекуррентности (повторяемость). Рекуррентность состояний проявляемая в значении прохождения последующей фазовой траектории достаточно близко к предыдущей является фундаментальным свойством диссипативных динамических систем.
Изучение фрактальности сигнала и его рекуррентных диаграмм позволяет выявлять изменения в динамической сложности паттернов физиологических ритмах, которые возникают при различных патологиях.
Объект исследования в настоящей работе - непроизвольные колебания руки (тремор), которые возникают при выполнении испытуемым определенных задач.
Характеристики нелинейной динамики физиологических сигналов, такие как вариабельность, фрактальность, рекуррентность являются предметом исследования в данной работе.
Цели и задачи исследования.
Целью работы является определение возникновения различных патологий в физиологических системах посредством выявления механизмов изменения динамической сложности детерминации физиологических сигналов.
Были сформулированы следующие основные задачи.
1. Определение механизма флуктуаций динамической сложности тремора при усилении патологий двигательной системы.
2. Доказать, что мультифрактальные и рекуррентные характеристики показывают хорошие результаты при использовании для оценки степени флуктуаций двигательной системы человека и достоверно показывают различия между паркинсоническим и эссенциальным тремором.
Изучение характеристик нелинейной динамики непроизвольных колебаний(тремора) руки человека, при выполнении им задачи по поддержанию изометрического усилия позволило выявить существенное закономерности в концептуализации физиологических ритмов здорового человека и выявить нарушения функционального состояния мозга или двигательных нарушений путем определения механизмов изменения динамической сложности паттерна.
Результаты работы демонстрируют, что тремор руки человека страдающего болезнью Паркинсона при выполнении им двигательной задачи поддержания изометрического усилия характеризуется следующими параметрами: наибольшая амплитуда, многочисленные пики в спектрах мощности, максимальной энергией вейвлетного спектра, минимальной степенью мультифрактальности, максимальной степенью детерминизма и минимальной энтропией плотности рекуррентных времен, отражающей минимальную степень неопределенности значения периода сигнала. В результате анализа эссенциального тремора выло выявлено уменьшение энергии вейвлетного спектра и небольшое увеличение сложности колебаний, что обусловлено уменьшением пиков в спектре мощности, увеличение степени мультифрактальности, проявление стохастичности в структуре рекуррентных диаграмм, понижение детерминизма и увеличение энтропии плотности рекуррентных времен. В случае с физиологическим тремором эти тенденции ослабевают. Результаты, представленные в данной работе, свидетельствуют о том, что динамическая сложность паттернов непроизвольных колебаний руки человека уменьшается с увеличение степени нарушений двигательной функции человека. Возможность количественно оценить степень двигательных нарушений имеет чрезвычайное значение в клинической диагностике дрожательной формы болезни Паркинсона и эссенциального тремора в неоднозначных клинических случаях.
