|
|
|
|
|
|
Данная работа посвящена разработке методики прицельного воздействия на структуры гипоталамуса посредством проекции стабильных оптических стимулов на ретинорефлексогенные зоны. Компьютерная система исследования ретино-гипоталамической функциональной системы (КС РГФС) позволит реализоватьспецифический метод диагностики состояния гипоталамуса, что, в свою очередь, даст возможность разработать эффективную методику специфической терапии таких тяжелых заболеваний, как алкоголизм, наркоманию, бесплодие, ишемическую болезнь сердца, сахарный диабет, гипертоническую болезнь, бронхиальную астму и др.[1]
Существует прямая связь между сетчаткой глаза и гипоталамусом. Гипоталамус регулирует работу практически всех органов и систем. Именно поэтому он выступает основной мишенью для диагностических и терапевтических влияний у пациентов с нейропатологическими синдромами. В основе этих заболеваний лежит поражение или нарушение функции гипоталамуса. Разработками в области поиска способов "адресных" диагностических и терапевтических влияний на отдельные структуры гипоталамуса занимаются специалисты ДОНДМУ и НИИ медицинских проблем семьи. Целью исследований является выявление ретино-рефлексогенных зон, расположенных на сетчатке глаза, влияя на которых оптическим стимулом осуществляется стимуляция структур гипоталамуса, который, в свою очередь, регулирует работу определенных органов или структур. Для решения этой задачи разработана компьютерная система исследования ретино-гипоталамической функциональной системы человека. Разработана в рамках данной работы компьютерная система исследования ретино-гипоталамической функциональной системы человека являет собой составную часть большего проекта исследования ретино-гипоталамической функциональной системы человека в медицине органических состояний и гинекологии. Среди значительного перечня заболеваний, обусловленных поражением или нарушение функции гипоталамуса, в этой работе делается акцент на разработку новой методики лечения пациенток, которые находятся в бесплодном браке в отрасли медицины пограничних состояний.
К нейропатологическим синдромам относят варианты гипертонической болезни, ишемической болезни сердца, бронхиальной астмы, нейродермита, язвенной болезни, ревматоидного артрита, сахарного диабета II типу, тиреотоксикозу, имунно-аллергических реакций и аутоимунных процессов, дискинезий и синдромов раздраженных полых органов, нейроциркуляторная дистония, бесплодность центрального генеза. В основе перечисленных заболеваний лежит поражение или нарушение функции гипоталамусу.
Гипоталамус является отделом промежуточного мозга. Расположенный книзу от таламуса, под гипоталамической бороздой. Образованный скоплением нервно секреторных клеток. Гипоталамус имеет развитую систему афферентных и эфферентных путей, контролирует железы внутренней секреции, а также принимает участие в регуляции гомеостаза и функции размножения. Является высшим центром регуляции вегетативных функций организма, местом взаимодействия нервной и эндокринной систем. Благодаря этому гипоталамус является одной из основных мишеней для диагностических и терапевтических влияний при достаточно широком спектре заболеваний.
Ведущими специалистами ДонДМУ разработанная концепция ретино-гипоталамической функциональной системы, в соответствии с которой ретинорефлексогенные зоны, обнаруженные в парамакулярних и периферических отделах сетчатки, связанные с отдельными структурами гипоталамуса прямыми нервными связами - ретино-гипоталамическими проекциями. На данный момент неизвестны параметры оптических стимулов, вызывающие непосредственно ретино-гипоталамическую реакцию. Для поиска оптимальных параметров оптических стимулов разрабатывается компьютерная подсистема выявления ретинорефлекторных зон.[4]
В соответствии с этой концепцией разработанное устройство, которое позволяет влиять на ретино-рефлексогенные зоны. Прибор состоит из 56 оптических модулей, расположенных на контактной линзе. Устройство позволяет изменять локализацию, спектральный состав, плотность энергии и экспозицию СОС. Схематически внешний вид линзы приведен на рисунке 2.
В состав которого входят:
Традиционно для перечисленных выше заболеваний применяют следующие методы диагностики и терапии:
- фармакодиагностика (основана на изучении ответных реакций организма на введение фармакопрепаратов);
- физиодиагностика (основана на использовании физических факторов в качестве диагностических воздействий);
- рефлексотерапия (так же в качестве диагностических воздействий использует физические факторы, но они носят кратковременный характер);
- иммуномодулирующая терапия (основана на использовании веществ, изменяющих характер иммунного ответа организма);
- психотерапия (основана на исследовании и влиянии на внутренние мотивы поведения человека);
- стереотаксические вмешательства (воздействие электрическим током, холодом на строго определенные зоны в головном мозге путем разрушения или стимуляции нервных путей или нервных центров). Эти операции применяются и в настоящее время, однако они являются достаточно травматичными, как в плане хирургического доступа, так и в плане возникновения послеоперационных осложнений.
Основная причина низкой эффективности практически всех известных методов диагностики, а также побочных эффектов и осложнений терапии заключается в отсутствии достаточной избирательности и специфичности диагностических и терапевтических воздействий на патологическую систему.
Среди неинвазивных методик воздействия на гипоталамус можно выделить следующие:
- Метод и психотерапевтическое устройство для формирования новых стилей эмоционального и когнитивного реагирования у пациентов.
- Тест для оценки зрительной функции у субъектов с испорченным зрением.
Метод и устройство применяют для коррекции патологических и непатологических форм эмоционального и поведенческого реагирования у пациентов с тревожными расстройствами, бронхиальной астмой, депрессией, паническими атаками, страхами и фобиями, раздражительностью, супружескими проблемами, импотенцией, посттравматическими стрессовыми расстройствами (Вьетнамский синдром, жертвы полицейского сервиса, детская зависимость, инцест), аллергиями, хроническими болями, дефицитом внимания.
Устройство представляет собой капсулу и шлем, которые изолируют пациента от внешних сенсорных воздействий. При помощи взаимосвязанных между собой через компьютер и специальную программу периферических устройств-стимуляторов осуществляется воздействие на анализаторы пациента физическими (оптические и звуковые стимулы; температура, скорость, влажность, ритм подачи потока воздуха в нос, стимуляция мышц, тактильные, кинестетические) и ароматическими стимулами.
Поскольку носовые ходы и верхняя область носоглотки расположены сравнительно близко к передним и базальным отделам гипоталамуса, автор считает, что, управляя температурой и скоростью воздуха, подаваемого в нос по воздуховодам, возможно через носовую мембрану регулировать температуру артериальной и венозной крови, поступающей в головной мозг, и т.о. – температуру и функциональное состояние гипоталамуса.
Аппарат включает также приборы для одновременного съема диагностически значимой информации (ЭЭГ, ЭКГ, миограмма, пульс, артериальной давление, кожные потенциалы). Диагностические приборы и устройства для генерации стимулов различной модальности соединены программно в единую систему, которая реализует принципы прямой и обратной связи для более эффективного воздействия.
Параметры для обратной связи обосновывает эксперт.
Преимущества: наличие компьютерной системы обратной связи, использование эксперта для отладки компьютерной системы обратной связи.
Недостатки: регуляция температуры гипоталамуса с помощью ингаляции потоков воздуха с заданной температурой явно недостаточна для прицельного воздействия на отдельные структуры гипоталамуса и тонкой регуляции состояния последнего; используемые параметры диагностики находятся под сильным влиянием ряда других отделов мозга и организма человека. Учет этого влияния при использовании аналога практически невозможен.
Формально изобретение относят к методам определения функциональной целостности зрительной системы.
Фоторецепторы и ретино-гипоталамический тракт, волокна которого связаны с супрахиазматическим ядром гипоталамуса, авторы вынуждены включить в зрительную систему, поскольку, американская и международные классификации изобретений содержат рубрики для методов оценки зрительной системы, однако рубрики для методов оценки ретино-гипоталамической функциональной системы отсутствуют. В тексте описания изобретения авторы подчеркивают, что термины «подкорковая» или «подсознательная» зрительная система они используют в качестве синонима ретино-гипоталамической системы, а само изобретение предназначено для определения повреждения нервных волокон, связывающих сетчатку и супрахиазматические ядра гипоталамуса. В более ранних исследованиях [1. Czeisler Ch.A. et al. Light Resets the Human Circadian Pacemaker Independent of the Timing of the Sleep-Wake Cycle // Science. – 1986, № 8 (233): 667-671; 2. Czeisler Ch.A. et al. Exposure to Bright Light and Darkness to Treat Physiological Maladaptations to Night Work // The New England J. Med. – 1990. – № 3 (322): 1253-1259.] авторы также определяют это изобретение, как метод исследования именно ретино-гипоталамической системы.
Тест включает:
Реакцию ретино-гипоталамической системы оценивают как разницу в содержании мелатонина в плазме крови до (за 4-8 часов), в течение и через 4-8 часов после воздействия оптическими стимулами на сетчатку (интервалы между пробами крови на содержание гормона могут составлять также и 30 минут). Наряду с измерением в плазме крови мелатонина авторы рекомендуют также определять кортизол в плазме крови, соматостатин, и калий в моче, которые следует отражать в специальной таблице.
Указанные воздействия яркостью от (2)2,5 тыс. до 10 тыс. Лк и длительностью 1-2(4) часа осуществляют через 22,5 часа после начала исследования, приблизительно за 1,5 часа до индивидуального циркадианного минимума температуры тела пациента, которую ректальным датчиком определяют круглосуточно, изображая соответствующий график в течение 40-64 часов. Циркадианный минимум температуры тела ночью (3.00-4.00) совпадает с ночным максимумом мелатонина в крови. Пациент должен находиться в отдельной комнате без источников определения времени (часы, радио, солнечный свет), с фоновым искусственным освещением 150 Лк или ниже.
В качестве источника яркого света используют равномерно светящуюся поверхность, которую располагают перед пациентом.
У людей с сохранной системой сетчатка–ретино-гипоталамический тракт– супрахиазматические ядра гипоталамуса яркий свет подавляет синтез и выделение мелатонина в кровь, в результате чего содержание последнего в плазме в процессе светового воздействия ниже, чем накануне и спустя несколько часов после этого воздействия.
Преимущества: метод является более специфическим, а следовательно, адекватным и точным сравнительно с нейроофтальмологическими и электрофизиологическими (вызванные потенциалы) исследованиями глубоких структур мозга, мониторирование необходимых физиологических показателей.
Недостатки: исследование РГФС длится 40-64 часов (в течение которых больному запрещают спать, периодически встряхивая его) и требует больших затрат на проведение трехкратных радиоиммунных исследований уровня мелатонина. К тому же трехкратная процедура забора крови многими пациентами переносится негативно.
Для поиска параметров СОС, которые вызывают реакции гипоталамусу, в рамках данной работы разработана нейросетевая модель ретино-гипоталамической функциональной системы (РГФС) человека. Данная модель позволяет прогнозировать и формировать вместе с генетическим алгоритмом (ГЕКТАР) ожидаемые соответствующие реакции организма на стимулирующие влияния сетчатки за избранным предварительно критерием. Модель способна в данном дополнении заменить собой исследуемую систему (РГФС). В качестве критериев оценки эффективности решения может выступать отклонение от ожидаемой реакции при влиянии СОС в сравнении с фоновой. В качестве метода реализации модели РГФС предложено использовать нейросетевое моделирование, поскольку нейронные сети успешно применяют при решении задач прогнозирование. Это обусловливается рядом особенностей НМ. Нейронные сети являются достаточно мощным методом моделирования, который позволяет воспроизводить достаточно сложные зависимости. Это обусловлено нелинейностью нейронных сетей. В течение многих лет линейное моделирование было основным методом моделирования в большинстве областей. Но для многих задач линейные модели работают неудовлетворительно. Кроме того, нейронные сети позволяют моделировать зависимости даже при достаточно большом количестве переменных. Еще одной преимуществом нейросетевого подхода является простота в использовании, поскольку они основаны на биологической модели нервных систем. Нейронные сети (НМ) учатся на примерах. Розроблювач подбирает данные (учебные оборышу), а затем запускает алгоритм учебы, которая автоматически воспринимает структуру данных. При этом уровень знаний, необходимый для успешного применения нейронных сетей, намного ниже, чем при использовании традиционных методов статистики. Кроме того, существует целый ряд программных пакетов, который представляет собой реализацию всего набора нейросетевых методов анализа данных. Среди таких программных продуктов можно выделить пакет STATISTICA Neural Networks (ST Networks) фирмы Statsoft, MATLAB фирмы Math Works Inc, пакет Neurowindows или Neuroshell2 компании Wardsystemsgroup. Работая в подобных пакетах, розроблювач может достаточно просто изменяя такие параметры НМ, как архитектура (тип) НМ, количество слоев, количество нейронов, алгоритм учебы, вид активационной функции, подбирать оптимальную конфигурацию НМ для конкретного задания. Воздействие на структуры гипоталамуса осуществляется с помощью проекции на ретинорефлексогенные зоны множеством световодов, расположенных на контактной линзе, посредством светодиодов. Система управления позволяет регулировать координаты, спектральный состав, плотность энергии и экспозицию (длительность воздействия) СОС. Поиск оптимальных параметров оптических стимулов является NP-полной задачей большой размерности. Поскольку число световодов достаточно велико, вычислительная сложность такой процедуры очевидна.
Сложность вычислительной процедуры рассчитывается по формуле:
Для поиска оптимальных параметров оптических стимулов необходимо решить задачу комбинаторной оптимизации. Существует несколько подходов к решению данной проблемы. В качестве таких алгоритмов можно использовать метод полного перебора, эвристический метод и эволюционный метод. Метод полного перебора заключается в переборе всех возможных вариантов. Недостатком этого метода является большой вычислительный объем и низкая скорость сходимости, однако если перебор всех вариантов в допустимые сроки возможен, то можно получить действительно оптимальное решение. Но в нашем случае вычислительная сложность такой процедуры не позволяет применить этот метод на практике. Эвристический метод также может применяться к задачам такого класса. В основе данных алгоритмов лежит использование набора определенных правил, составленного группой экспертов конкретной проблемной области. Основным недостатком данного метода является его субъективность. Т.е. применяемые правила составляют эксперты, которые основываются на собственный опыт, знания и интуицию. Тем самым алгоритм, разработанный по этим правилам, может работать с некоторой погрешностью. Поскольку поставленная задача относится к комбинаторной оптимизации многопараметрических функций, ни один из перечисленных методов не позволяет найти оптимальное решение за приемлемое время. Для решения этой проблемы использован более эффективный эволюционный метод- генетические алгоритмы. Для поиска оптимальных параметров оптических стимулов разработан модифицированный ГА. Для реализации модифицированного ГА были решены вопросы, связанные с кодированием особи, выбором целевой функции и оператора репродукции, разработкой проблемно-ориентированных операторов кроссинговера и мутации, а также выбран критерий остановки алгоритма. В качестве целевой (Fitness) функции, которая позволяет оценить качество полученного решения, предложено использовать нейросетевую модель РГФС человека. Выводы: в ходе проведения теоретико-практических исследований был разработан модифицированный ГА. Совместное использование ГА и НС в качестве целевой функции позволяет за допустимое время получить субоптимальное решение. Полученные результаты будут использованы для разработки эффективную методики специфической терапии ряда тяжелых заболеваний.
При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: 1 декабря 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.
|
|
|
|
|
|