Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ИГРОВОЙ МОДУЛЬ С РЕАЛИЗАЦИЕЙ СТРАТЕГИИ, НАПРАВЛЕННОЙ НА ИЗБЕГАНИЕ НЕУДАЧИ

Макконен К.Ф., Пятакович Ф.А., Новоченко А.С.

Актуальность работы. Существует множество приемов саморегуляции, с помощью которых можно не только повысить свою устойчивость к болезням, но и, достичь существенных результатов в умении, использовать ресурсы своего организма. Часть этих методов известна еще с древних времен (медитативные техники), другие появились не так давно (аутогенная тренировка, прогрессивная мышечная релаксация, дыхательные упражнения). Развитие современных аппаратных средств способствовало созданию уникальной лечебно-реабилитационной технологии, позволяющей более эффективно обучаться способам саморегуляции. Речь идет о компьютерном игровом биоуправлении [М.Б. Штарк,2004].

Использование различных модальностей биологической обратной связи в игровых системах тренинга привело к расширению арсенала игр, но не решило проблемы оптимизации воздействия. Было установлено что, наиболее корректными методами оптимизации воздействияпри помощи любых технологий лечения, использующих биологическую обратную связь, являются хронобиологические подходы, предложенные российскими учеными на основе мультипараметрической биологической обратной связи. И, как оказалось, тому причиной является структура многочастотных кодов биоуправления физиологическими процессами [С.Л. Загускин,1986; Ф.А. Пятакович, Т.И. Якунченко, 1993; 1998, Т.И. Якунченко, 2000; А.В. Кунгуров, Ф.А. Пятакович, 2002, 2005,2006].

Следовательно, разработка программно-управляемых способов управления воздействием с использованием мультипараметрической биологической обратной связи относится к актуальным задачам, существенно расширяющим эффективность лечения при помощи компьютерных игровых технологий реабилитации различных заболеваний человека.

Работа выполнена при поддержке гранта РНП.2.2.3.3.3301 и в соответствии с планами проблемной комиссии по хронобиологии и хрономедицине РАМН и научным направлением медицинского факультета БелГУ «Разработка универсальных методологических приемов хронодиагностики и биоуправления на основе биоциклических моделей и алгоритмов с использованием параметров биологической обратной связи».

Цель исследования: увеличение эффективности управления функциональным состоянием человека в ситуации виртуального соревновательного стресса посредством использования мультипараметрического сигнала управления в виде частоты пульса, дыхания и их соотношений с использованием стратегии на избегание неудачи.

Задачи исследования:

  1. Разработать алгоритмы ввода электрофизиологической информации, позволяющие регистрировать, обрабатывать и математически анализировать физиологический сигнал в режиме реального времени.
  2. Осуществить параметризацию модели управления физиологическими функциями человека, включающими динамику частоты пульса, дыхания и их соотношений.
  3. Разработать и реализовать программное средство технологии биоуправления в виртуальной игровой среде.

Методы исследования: В работе использованы методы системного анализа, моделирования, математической статистики, методы регистрации и анализа электрофизиологической информации в виде датчика пульса и дыхания и ритмотестирования.

Описание структуры биотехнической системы игрового автомобильного тренинга на основе биологической обратной связи

Биотехническая система включает игровой сюжет, игровую среду обитания, а также датчики пульса и дыхания, счетчик пульса и дыхания, анализатор соотношения пульса и дыхания, интерфейс ЭВМ. Главным управляющим элементом системы является 8-и битный микроконтроллер PIC16F870 фирмы Microchip, работающий на частоте 20 МГц, имеющий в своем составе 2 кБ памяти программ, 128 байт ОЗУ и 64 байт внутренней EEPROM памяти данных. Работа устройства происходит под управлением программных модулей, часть которых хранится во внутренней энергонезависимой Flash памяти программ микроконтроллера.

Одна из программ выполняет функцию биологического таймера: ведет подсчет ударов пульса и числа дыхательных циклов с вычислением отношения пульса и дыхания (в норме 4:1; 5:1). Игровая среда обитания представляет автомобильные дороги, которые проходят внутри кварталов города, а также по пересеченной местности. В игре принимают участие два автомобиля. Первый автомобиль управляется величинами соответствующими физиологическим параметрам пульса, дыхания и их соотношениям. Вторым автомобилем управляет программа в соответствии с необходимыми алгоритмами управления.

Игра начинается с совместного старта двух автомобилей, в виртуальном городе. Каждый круг, проезжаемый, автомобилями разделён на три части: виртуальный город, лес и пересечённая местность. Город состоит из кварталов с улицами и разных по типу домов, тротуаров, фонарей, деревьев, эстокад, фонтанов и переулков. Лес выполнен в виде набора зелёных насаждений. Пересечённая местность представлена дорогой по холмистым полям. Игра построена таким образом, что при каждом новом круге автомобили движутся по маршруту, отличающемуся от предыдущего. Это сделано для того, чтобы у пациента во время тренинга не возникало ощущения однотипности и прямолинейности сюжета.

Управление автомобилем, то есть изменение его положения относительно авто противника осуществляется по специально разработанным алгоритмам. Управляющим отношением является частота пульса / частота дыхания. При удовлетворительном соотношении пульса и дыхания, автомобиль пациента выходит на лидирующую позицию. В противном случае ситуация меняется на противоположную. Для сохранения игровой стрессовой ситуации оба автомобиля хорошо видны игроку-водителю и если он проигрывает, то автомобиль противника остаётся в зоне видимости и наоборот.

Реализация игровой стратегии, направленной на избегание неудачи

Данная стратегия связана с минимизацией затрат, сбереганием энергетических ресурсов и связана со снижением частоты пульса и повышением амплитуды альфа ритма.

Для расчета оценки уровня испытываемого в данный момент времени человеком стресса вычисляется показатель стресса (ПС) по формуле:

ПС = m1/3 * ТЧСС * Δарт * 0,000126

где m – масса тела в кг;

Δарт= Dmax-Dmin Разница максимального и минимального артериального давления;

ТЧСС – текущая частота сердечных сокращений.

В процессе игры производят вычисления показателя ТЧСС, как число 60, деленное, на межпульсовой интервал (60 / RR). В соответствии с условиями делается заключение об уровне испытываемого сердечно-сосудистой системой стресса – показатель стресса (ПС):

Если 1,00≤ ПС ≤ 1,50 – норма. Если 1,51 ≤ ПС ≤2,00 – умеренно выраженный стресс. Если ПС >2,00 – выраженный стресс.

Вычисление разницы между текущей (ТЧСС) и должной (ДЧСС) частотой сердечных сокращений позволяет определить направление тренда пульса: норморитмия, тахиритмия, брадиритмия. Разница высчитывается по формуле:DЧСС=100 (ТЧСС-ДЧСС), где DЧСС - искомый показатель в %, а ДЧСС = 48* (А/В)1/3, или 48* 3Ö А/В, где А – рост в сантиметрах, а В – масса тела в килограммах. При этом о тахи- или брадиритмии говорят, если DЧСС > 5%.

Все показатели, рассмотренной формулы вычисляются непрерывно в ходе игры, а также в фоновом периоде и после сеанса тренинга. В случае, если отношение числа ударов пульса и дыхания равно четырем или пяти, но меньше десяти – игровой объект окрашен в зеленый цвет. При отношении больше десяти цвет игрового объекта индикация меняется на желтый свет, а при отношении меньше четырех автомобиль приобретает красный цвет.

При появлении красного цвета тренирующемуся человеку рекомендуют более медленное и глубокое дыхание до изменения на зеленый цвет.

При отображении автомобиля в виде желтого цвета выполняющему тренинг субъекту рекомендуют поверхностное и частое дыхание до трансформации игрового объекта в зеленый цвет.

Таблица1 Показатели успешности и эффективности игрового тренинга применительно к стратегии на избегание неудачи

Соотношения пульса и дыхания Т=Число RR / 1 дых.цикл 

Состояние АНС

Успешность игрового тренинга

Показатель стресса ПС= m1/3 *ТЧСС * Δ арт.0,000126

Уровень стресса

Эффективность игрового 

тренинга

Т < 4,0

Ум.Преобладание

СНС

Нет

ПС >2

Выраженный

Стресс

Нет

Т = 4,0 - 5,0

Норма

Нет

1,51 ≤ ПС ≤2

Умеренный

Стресс

Нет

10 ³ Т >5,0

Преобладание

ПСНС

Да

1,0 ≤ ПС ≤ 1,5

Норма

Да

Резюмируя представленные данные необходимо отметить что, в задачу тренирующегося человека входит удержание высокой скорости перемещения игрового объекта. Смена цвета игрового объекта и виртуальной игровой среды сигнализирует тренирующемуся человеку о смене уровня функционирования сердечно сосудистой системы.

Зеленый цвет игрового объекта указывает на высокую скорость его перемещения. Красный цвет соответствует самой низкой скорости, и желтый цвет отражает среднюю скорость перемещения игрового объекта.

Для выполнения рассмотренных выше условий пациенту необходимо, как можно дольше поддерживать разность текущей частоты сердечных сокращений и должной частоты сердечных сокращений с отрицательным знаком, иначе говоря, иметь тренд в направлении брадиритмии.

Таким образом, стратегия тренирующегося пациента состоит в умении поддерживать в активном состояния холинергические механизмы регулирования автономной нервной системы.


Библиографическая ссылка

Макконен К.Ф., Пятакович Ф.А., Новоченко А.С. ИГРОВОЙ МОДУЛЬ С РЕАЛИЗАЦИЕЙ СТРАТЕГИИ, НАПРАВЛЕННОЙ НА ИЗБЕГАНИЕ НЕУДАЧИ // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 1. – С. 71-73;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=2305 (дата обращения: 03.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074