ПРАКТИЧЕСКАЯ СТАБИЛОМЕТРИЯ

КУБРЯК О.В., ГРОХОВСКИЙ С.С.

СТАТИЧЕСКИЕ

ДВИГАТЕЛЬНО-КОГНИТИВНЫЕ ТЕСТЫ

С БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ

СВЯЗЬЮ ПО ОПОРНОЙ РЕАКЦИИ

2012

УДК 612.88:616

ББК 56.12

Кубряк, О.В., Гроховский, С.С.

К88

Практическая стабилометрия. Статические двигательнокогнитивные тесты с биологической обратной связью по  М.: ООО «ИПЦ „Маска“», 2012 — 88 с.

опорной реакции.  Появление доступного оборудования для стабилометрических исследований, включение его в стандарты оснащения медицинских учреждений, значительно расширяет круг пользователей — от отдельных университетских исследователей к большому числу практических врачей, тренеров, психологов. Данное издание является одним из первых отечественных методических пособий по стабилометрии, рассчитанных на «обычных» практиков — неврологов, оториноларингологов, ортопедов-травматологов, наркологов, мануальных терапевтов, профпатологов и врачей других специальностей. Применение передовых решений для стабилометрического исследования — статических двигательно-когнитивных тестов с биологической обратной связью по опорной реакции, обогатит диагностический арсенал врача, повысит эффективность эксплуатации стабилометрических систем в лечебно-диагностических, реабилитационных и санаторно-курортных учреждениях. Новый вид тестов для стабилометрического исследования, описываемый в книге, будет полезным также спортивным специалистам, психологам и физиологам. Последовательное изложение необходимых для успешной работы теоретических, технических и методических аспектов обеспечивает комфортное «погружение» в мир практической стабилометрии на примере описываемого вида тестов. Большое число оригинальных иллюстраций, форма подачи источников (надстрочные ссылки), наличие авторских примечаний и другие визуально-текстовые решения облегчают восприятие информации. Детальное рассмотрение методик и процедуры стабилометрического исследования удачно сочетаются с конкретными примерами использования техники и программного обеспечения.

Важное место отводится объяснению принципов анализа, описанию используемых показателей и интерпретации результатов.

Заведующий кафедрой нормальной физиологии Российского Университета Рецензенты:

Дружбы Народов, профессор, д.б.н., В.И. Торшин Заведующий кафедрой неврологии ФУВ Московского Областного научноисследовательского клинического института им. М.Ф. Владимирского, профессор, д.м.н., С.В. Котов © О.В. Кубряк, С.С. Гроховский, © О.В. Кубряк, С.С. Гроховский, иллюстрации, ISBN 978-5-91146-686- P r a c t i c a l s ta b i l o m e t r i c s oleg V. Kubryak, sergey s. Grohovsky Static motor and cognitive teStS with the Support reSiStancebiofeedback UDC 612.88: LBC 56. К Oleg V. Kubryak, Sergey S. Grohovsky.

Practical stabilometrics.Static motor and cognitive tests with the  M., Maska, 2012. — 88 p.

support resistance biofeedback.  The emergence of the available equipment for the stabilometricresearch and its inclusion into the Standards of medical institutions` equipment expands significantly the users range – from the individual university researchers to a large number of practitioners, trainers and psychologists. This publication is one of the first national manuals on the stabilometrics, designed for the “conventional” practitioners – neurologists, ENT specialists, orthopaedist-traumatologists, narcologists, chiropractors, specialists in occupational pathology and doctors of other medical specialties. The advanced solutions`application for the research in stabilometrics– static motor and cognitive tests with the support resistancebiofeedback will enrich the diagnostic arsenal of the physician, improve the operational efficiency of the stabilometric systems in the medical and diagnostic, rehabilitation and health resortinstitutions. This new type of tests for the stabilometric research described in this book will be also useful for the specialistsin sport, psychologists and physiologists. The consistent description of the theoretical, technical and methodological aspects, which arenecessary for the successful work,ensures the comfortable “diving” into the world of practical stabilometricsby way of example of the described tests. A large number of the original illustrations, the way of the information sources presentation (superlinear links), the presence of the author`s notes and other textual and visual solutions facilitate the information perception. The detailed review of methods and procedures of the stabilometric research are combined successfully with the concrete examples of the hardware and software use. The important place is given to the explanationof the analysis principles, description of the indicators used and interpretation of the results.

The Head of the Chair for Hominal Physiology of the Peoples' Friendship University Reviewers:

of Russia, Professor, Doctor of Biological Sciences, V.I. Torshin The Head of the Chair for Neurology of the DIF of the Moscow Regional Research and Clinical Institute named after M.F.Vladimirskiy, Professor, Doctor of Medical Sciences, S.V. Kotov ISBN 978-5-91146-686- Оглавление От авторов

Введение

Общее описание тестов

Физиологические аспекты

Процедура тестирования

Показатели и трактовка результатов

Программное обеспечение и подготовка заключений

Фактор обучения в тесте типа «мишень»

Тест типа «мишень» для клинической практики

Тест типа «мишень» для психологических исследований.............. Тест типа «мишень» для спорта

Стабилометрическое оборудование

Сетевые системы в оценке функции равновесия

Заключение

Ссылки

От авторов При расширяющемся сегодня доступе к стабилометрическим системам у специалистов-практиков всё чаще возникают вопросы: «Как проводить тестирование на стабилоплатформе?»; «Как трактовать результаты стабилометрии?»; «Как применять тест…» и т.д. На самом деле, эти вопросы не всегда так просты, чтобы их можно было решить, только лишь усвоив управление прибором (достаточно простое). Необходимо «перевести» получаемые в исследовании данные на «язык» того специалиста, который использует стабилометрию. При этом предложить устраивающий абсолютное большинство пользователей «перевод» нам представляется очень сложной задачей, требующей совместных усилий всех заинтересованных специалистов. Поскольку свои «языки» или «диалекты» есть у неврологов, у оториноларингологов, у биомехаников и остеопатов, ортопедов и подиатров, наркологов, врачей лечебной физкультуры и мануальной терапии, стоматологов, спортивных врачей, психологов и физиологов, и многих других, для кого актуален или может быть актуален метод стабилометрии.

Предлагаемую Вашему вниманию работу мы не считаем таким «переводом», или же, например, полным руководством по стабилометрическим тестам для одной медицинской специальности, поскольку ставили целью сделать компактное и при этом достаточно универсальное методическое пособие для всех, кто использует на практике стабилометрическое оборудование и интересуется предлагаемыми здесь статическими двигательно-когнитивным тестами с биологической обратной связью по опорной реакции, на основе некоторых общих моментов. Например, в структуру этой небольшой книги включено описание процедуры тестирования (общие варианты); некоторые важные, на наш взгляд, физиологические аспекты; предложения по трактовке результатов стабилометрического исследования; советы по обработке данных и т.д.

Соответственно, поиск «локализованных» методик и идей для той или иной специальности остается за самими специалистами-практиками.

Актуальность биомедицинских исследований функции равновесия человека для нас была обусловлена работой над стабилометрической системой ST-150, в ходе которой опробованы многие технические и методические новшества. Например, впервые в РФ стабилометрическая платформа ST-150 была подвергнута метрологическим сертификационным испытаниям и введена в Государственный реестр средств измерений1,2, был разработан принципиально новый конструктив стабилоплатформы, позволяющий минимизировать массу прибора и улучшить его эксплуатационные качества. Кроме того, был предложен новый подход к реализации сетевых систем3, разработаны новые виды тестов (в том числе, описываемые здесь) и показателей, характеризующих результат исследований. Предлагаемое описание нацелено на практическую работу со стабилометрическими системами семейства ST-150, хотя, возможно, окажется полезным и в работе с иными устройствами.

Благодарим к. т. н. И.А. Филатова, А.В. Добророднова, к. т. н. Н.И. Прохорова, Р.И. Лущикова, к. т. н. В.В. Сергейчика, А.В. Розинова и других инженеров — наших коллег; отдельно благодарим к. б. н. Д.А. Напалкова, з. м. с. СССР К.О. Иванова, м. с. СССР, к. п. н. А.О. Акопяна, а также врачей — к. м. н. Д.А. Киселева, к. м. н. А.Л. Гусеву, к. м. н. И.В. Кривошей, д. м. н. Е.В. Исакову, М.В. Романову, д. м. н. Е.К. Кречину, к. м. н. И.В. Пагабало, к. м. н. Н.Л. Панина и многих других, за добрую творческую атмосферу и полезные советы, сопутствующие нашему общению. Особая признательность д. м. н. Д.В. Скворцову и д. м. н. В.И. Усачеву, чьи публикации о стабилометрии и интересные беседы с которыми сопровождали наши собственные поиски.

Большое спасибо глубокоуважаемым рецензентам — д. м. н. С.В. Котову и д. б. н. В.И. Торшину, проявившим внимание к нашей работе и уделившим собственное время для её рассмотрения.

Введение К статическим двигательно-когнитивным тестам с биологической обратной связью по опорной реакции относятся компьютеризованные тесты типа «мишень», основанные на оценке выполнения двигательной (позной) задачи по данным стабилометрии и результату выполнения инструкции (внешней задачи). При этом испытуемому требуется осуществлять визуальный или акустический, или смешанный (визуальноакустический), или иной по типу (например, тактильный) контроль центра давления на опорную поверхность по биологической обратной связи.

Тесты типа «мишень» в отличие от, например, более распространенной при использовании стабилометрического оборудования пробы Ромберга, позволяют оценивать состояние внимания, согласованность зрительного восприятия i и мышечного контроля, общую эффективность выполнения целенаправленного действия при удержании неподвижной вертикальной позы. К достоинствам тестов данного типа следует также отнести повышенную чувствительность к изменениям функционального состояния (например, влиянию привычного курения4), которые могут не проявляться явно в менее специфичных тестах.

Инструментальная оценка (количественная) результатов тестирования позволяет получать объективные данные о состоянии испытуемого. То есть, в отличие от достаточно субъективных оценок в различных функциональных пробах без применения приборов (типа «пациента «ведет» вправо» или i При организации визуальной обратной связи (здесь и далее — прим. авторов) «обследуемый больше наклоняется влево при проведении пробы…»), использование статических двигательно-когнитивных тестов с биологической обратной связью по опорной реакции повышает точность и надежность обследования за счет объективных измерений состояния испытуемого.

Тесты типа «мишень» разработаны для примененияii:

в медицинской практике (оториноларингология, неврология, психиатрия, наркология, травматология, др.) — для функциональной и реабилитационной диагностики;

в психологической и педагогической практике — для количественной оценки состояния внимания;

в спорте — для функционального контроля;

в системах допускового (предсменного) контроля.

iiПрименение данных тестов относится к стабилометрическому обследованию — использованию допущенной государственным контролем к медицинскому применению диагностической техники. То есть, применение того или иного теста является более конкретизированной методикой применения стабилометрического оборудования.

Общее описание тестов Центральной частью тестов типа «мишень» является наличие инструкции — задания цели для испытуемого, достижение которой осуществляется управлением равновесием с использованием внешних каналов, реализующих обратную связь. Условием стандартного задания является наилучшее удержание метки контроля центра давления в заданной зоне. Варианты данного типа тестов могут различаться видом «мишени», типом обратной связи, реализацией методи; в зависимости от целей применения теста могут быть использованы особые настройки (компьютерных программ) или специализированные варианты программного обеспечения.

В функциональной (программной) части стабилометрической системы ST-150 тест типа «мишень» может входить, например, в раздел «двигательно-когнитивные тесты» или в раздел «статические тесты», в зависимости от типа программного обеспечения.

В стандартном для медицинских стабилометрических систем STпрограммном обеспечении Stabipiii (раздел меню «двигательно-когнитивные тесты») интерфейс теста с визуальной обратной связью представляет собой круглую мишень с контрастными зелеными концентрическими областями (рис. 1). При использовании акустической обратной связи, центру и каждой области мишени соответствует особый звук, что позволяет испытуемому определять позицию центра давления по изменению звука.

Метка центра давления перемещается на экране в зависимости от положения тела испытуемого — смещения проекции его центра тяжести на стабилоплатформу, как схематично показано на рис. 2. Чувствительность стабилоплатформы при этом iii Свид. о гос. рег. пр. ЭВМ № Внешний вид экрана с «мишенью» в программе Stabip/WinPatientExpert может быть постоянной (но различной для разных вариантов теста) в течение всего периода тестирования, или меняться по заданному алгоритму. В зависимости от особенностей оснащения (вариантов оборудования), целей и условий применения теста используют различные устройства для визуализации.

Например, «мишень» может отображаться на дополнительном мониторе, установленном напротив испытуемого. Или, для создания визуальной обратной связи может использоваться проектор и экран. Применение различных средств визуализации (таб. 1) позволяет создавать наиболее подходящие варианты для решения требуемых задач применения статических Биологическая обратная связь по опорной реакции испытуемого (вариант — визуальная) в тесте типа «мишень».

двигательно-когнитивных тестов с биологической обратной связью по опорной реакции.

Для более комфортного (удобного для исследователя) проведения теста и обслуживания техники, обычно используют в качестве экрана второй компьютерный дисплейiv на регулируемом штативе или проектор с проекционным экраном.

В ряде случаев возможно просто проецировать изображение на стену помещения, где проводится тестирование (при достаточно качественном проекторе и светлой окраске стен — когда возможно достичь адекватной четкости и цветности изображения).

iv Для управления работой систем семейства ST-150 обычно используются компьютеры под управлением Windows. Технология разделения изображений (рабочих экранов) является стандартной опцией операционной системы Windows в обычных комплектациях Применение различных аппаратных средств для создания визуальной биологической обратной связи в двигательно-когнитивные тестах с биологической обратной связью по опорной реакции.

ТИП УСТРОЙСТВА ДОСТОИНСТВА* НЕДОСТАТКИ*

Дополнительный дисплей для компьютера b. удобство при выборе расстояния от испытуемого специальных целей (например, в спорте) (компьютерный монитор) Телевизор b. возможность многоцелевого применения устройства испытуемого до экрана — в зависимости от типа Проектор и экран повышение эффективности восприятия a. простота настройки программного обеспечения b. возможное инстинктивное смещение головы Проекционные виртуальной b. стандартизация внешних условий (отсутствие d. возможное изменение позы («центровки» тела) реальности) Шлем виртуальной b. стандартизация внешних условий (отсутствие реальности (3D) внешних визуальных помех) *Достоинства и недостатки — с точки зрения пользователя теста типа «Мишень»

Примеры реализации интерфейса тестов типа «мишень» для испытуемого в вариантах программного обеспечения МЕРА.

Внешний вид тестов типа «Мишень» может варьировать в различных видах программного обеспечения. Некоторые варианты экрана испытуемого представлены на рис. 3.

Программные и методические различия вариантов тестов типа «мишень» связаны с целями проведения тестов и будут более подробно рассмотрены ниже.

Физиологические аспекты Поддержание равновесия — сложный комплексный процесс, включающий содружественную активность различных органов и систем организма. В управлении участвуют проприоцептивный, зрительный, вестибулярный и иные анализаторы при координирующей роли мозжечка5. В физическом смысле равновесие — это процесс непрерывной компенсации силы тяжести и иных действующих сил (например, силы давления, создаваемой ветром). Этим силам противодействует костномышечный аппарат, управляемый нервной системой. В свою очередь, сила тяжести оказывает управляющее воздействие на формирование земных биологических объектов6. Можно сказать, что физиологически «обычный» процесс поддержания равновесия касается самых фундаментальных основ жизни — непосредственного взаимодействия живого существа и его планеты. К.Э. Циолковский, первым затронувший данную тему в старинном 1882 году (год начала его работы над рукописью «Механика в биологии»), писал7, что «будь иная сила тяжести на нашей планете, и размер наиболее совершенных людей, как, впрочем, и всех других существ, изменился бы…».

Сила тяжести8 является равнодействующей силы притяжения к Земле и центробежной силы, обусловленной вращением планеты. Точкой приложения силы тяжести является так называемый центр тяжести физического объекта, то есть точка, относительно которой суммарный момент сил тяжести, действующих на систему, равен нулю. В отличие от центра тяжести, центр масс в механике — это геометрическая точка, характеризующая движение тела или системы частиц как Измерение массы и положения центра масс (центра тяжести) человека.

целого или распределение массы по телу или системе частиц.

Движение твёрдого тела можно рассматривать как суперпозицию движения центра масс и вращательного движения тела вокруг его центра масс. Центр масс при этом движется так же, как двигалось бы тело с такой же массой, но с бесконечно малыми размерами (материальная точка). Последнее означает, в частности, что для описания этого движения применимы все законы Ньютона. Во многих случаях можно вообще не учитывать размеры и форму тела, и рассматривать только движение его центра масс. В постоянном однородном гравитационном поле центр тяжести всегда совпадает с центром масс. Поэтому на практике эти два центра почти совпадают (так как внешнее гравитационное поле на поверхности планеты может считаться постоянным). Исследуя миграцию центра давления (точки) человека на стабилоплатформе, мы получаем информативные данные о целом организме.

Сила тяжести обусловливает, в свою очередь, силу, с которой тело воздействует на опору или подвес, называемую весом тела. В отличие от силы тяжести, являющейся гравитационной силой, приложенной к телу, вес — это упругая сила, приложенная к опоре или подвесу. Именно измерение параметров взаимодействия физического объекта с опорой под действием гравитационной силы даёт возможность определить важные свойства самого объекта (рис. 4), такие как:

гравитационная масса физического тела (которая показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями);

положение центра масс физического тела (центра тяжести) в системе координат, связанной с опорой или В общем виде, измерение параметров взаимодействия материального объекта с гравитационным полем планеты, сводится к измерению суммарной реакции опоры объекта на воздействие сил гравитации и распределения силовых полей в плоскости опоры объекта. Исходя из этого, задачей измерения является локализация распределенных силовых полей и определение метода преобразования измеряемого силового воздействия в физическую величину, показатель, пригодный для восприятия и оценки. По сути, метод стабилометрии в биомедицинских исследованиях — это исследование функции равновесия, то есть определение характеристик присущей индивидууму модели компенсации силы тяготения.

Реализация метода требует:

1. наличия специфических методик (процедур измерений);

2. адекватной обработки данных о миграции центра масс (расчет различных физических характеристик);

3. достоверности проведенных измерений (надлежащее метрологическое обеспечение);

4. обоснованной физиологической трактовки полученных результатов.

Соответственно, выбор способов обработки данных (выбор адекватных показателей) и трактовка полученных результатов, основываются на определённых физиологических моделях, описывающих механизмы поддержания равновесияv. При этом рассмотрение механизмов поддержания равновесия может быть более общим или фокусироваться на отдельных аспектах, выделяя какую-то интересную для определенных специалистов область. Например, может быть сделан акцент:

на анатомические аспекты (биомеханика);

на психофизиологические аспекты (восприятие, управление движением);

на патофизиологические аспекты (клиника).

Применение анатомо-механических объяснений функции равновесия можно с определенным упрощением свести v Рекомендуем также ознакомиться с работами лаборатории Ю.С. Левика — лаборатория № 9 ИППИ РАН, основанной В.С. Гурфинкелем — ряд публикаций сотрудников доступен на сайте института. Один из лучших отечественных учебников физиологии человека (под ред. В.М. Покровского и Г.Ф. Коротько), ссылка на который приведена выше, содержит раздел, подготовленный В.С.Гурфинкелем и Ю.С.Левиком.

Преимущественно механическая трактовка функции равновесия.

к структурированию действия мышц-сгибателей и разгибателей в условиях нормального или патологического состояния опорных конечностей, при наличии «критических областей»

регулирования вертикальной позы стоя — голеностопных, коленных и тазобедренных суставов. Поэтому условно можно сказать, что в основе таких представлений — биомеханические свойства суставов и степень их «включенности»

в управление позой (рис. 5). При этом цитируемые в литературе о стабилометрии9 биомеханические объяснения, что происходит при том или ином типе поддержания равновесия, можно свести, например, к представлениям о так называемых «голеностопной» и «тазобедренной» стратегиях. Например, при частой для стабилометрического исследования установке стоп — пятки вместе, носки врозь (так называемая «европейская» стойка) и ровном вертикальном положении тела, центр тяжести тела находится несколько впереди рromontorium таза. При этом вертикальная проекция проходит впереди оси движений голеностопных и коленных суставов и позади тазобедренных 9.

«В этом положении имеется наружный (в результате силы тяжести) момент силы, который стремиться разогнуть тазобедренные суставы. Оба сустава замкнуты мощной Бертиниевой связкой и удерживаются без затраты энергии в этом положении. Коленные суставы также имеют наружный вращающий момент сил, стремящийся разогнуть их, и замыкаются пассивно натяжением связок задней поверхности сустава и суставной капсулой. Голеностопные суставы имеют свой наружный вращающий момент, стремящийся произвести сгибание, которое при фиксированной к опоре стопе реально является наклоном голени вперед. Этому вращающему моменту нет адекватного противодействия со стороны связочного аппарата. Все балансировочные движения происходят в пределах рабочей амплитуды голеностопного сустава. В описанном положении сустав может замыкаться только активно — действием трехглавой мышцы голени. При этом трехглавая мышца выполняет силовую работу, а передняя большеберцовая — коррекционную. Сама трехглавая мышца состоит из камбаловидной, контролирующей сгибание в голеностопном суставе, и двух икроножных, являющихся двусуставными, работающими как на сгибание коленного, так и на разгибание голеностопного сустава. В силу таких физиологических и анатомических особенностей данных мышц основная функция контроля баланса отводится камбаловидной мышце».

Данная цитата из монографии Д.В. Скворцова9 соответствует «голеностопной стратегии», предложенной Horak и Nashner10 в 1986 г. С обсуждаемой позиции, «тазобедренная стратегия» при выполнении стандартной пробы, характеризуемая активным «подключением» тазобедренных суставов, считается нефизиологической.

Учитывая, что выполнение испытуемым целенаправленной задачи, какой является контроль центра давления с помощью биологической обратной связи, может включать различные движения, выходящие за рамки «физиологичной» голеностопной стратегии и у вполне здоровых людей (например, в зависимости от трудности задачи, от индивидуальных координационных способностей), более корректной в данном изложении представляется системная трактовка, определяющая понятие «стратегия» как способность человека объединять в единое целое различные задачи11.

В частности, в тесте типа «мишень» испытуемый должен выстроить индивидуальную двигательную стратегию, учитывающую одновременно изменение внешнего сигнала, изменение сигнализации от стоп, от вестибулярного аппарата при отклонении корпуса и т.д. В этой связи следует отметить возможные различия употребления термина «стратегия» здесь и, например, в источниках, описывающих включенность суставов ног в поддержание позы.

Рассматривая в системном единстве заданные инструкцией изменения конфигурации тела (в тесте типа «мишень») — в соответствие с физическими и психическими возможностями испытуемого, можно получать количественные характеристики его стандартизованного поведения. Иными словами, исследователь может получить информацию, связанную с когнитивной сферой испытуемого, также как и с двигательной.

Ключевым вопросом для практического применения тестов, связанных с оценкой двигательной сферы, является возможность оценить влияние физического дефекта (например, травмы), системного нарушения (например, интоксикации) на «нормальное» движение, или же динамику изменений.

При этом, проводимое исследование можно рассматривать, с одной стороны, как оценку степени «повреждения», или, с другой — как оценку степени компенсации. Классический подход, предложенный П.К. Анохиным, предполагает оценку «физиологической сути» компенсаторных приспособлений испытуемого по «немедленному результату». В основе — взгляд, что компенсаторный процесс является непрерывнымvi, имеющим своей целью восстановление нарушенной функции до ее нормального уровня12. Это означает наступление последующего этапа компенсации после оценки центральной нервной системой предыдущего этапа компенсации (рис. 6). В этом смысле, описываемые здесь статические двигательно-когнитивные тесты с биологической обратной связью по опорной реакции, предлагают оценки состояний человека за определенный период (время тестирования, момент) по конечному результату — объективному результату целенаправленного поведения и объективным параметрам соответствующей специфической двигательной активности (стабилометрические характеристики)vii.

Важнейшее место в описании механизмов живого, П.К. Анохин отводил способности предсказания, предвосхищения будущих событий, вызывающих заблаговременную подготовку. То есть, то или иное движение может быть связано с предвосхищением требуемой коррекции позы — например, для vi Клиницисты иногда указывают также на «срыв компенсации», который, вероятно, можно рассматривать и как устойчивый патологический вариант функциональной системы.

vii См. также раздел, посвященный биологической обратной связи и фактору обучения Классическая схема функциональной системы как аппарата саморегуляции по П.К. Анохину. Обозначения: E — конечный полезный эффект функциональной системы; Е1 и Е2 — отклонения конечного полезного эффекта системы под влиянием различных воздействий; R — рецептор функциональной системы, точно приспособленный к свойствам полезного эффекта. Различные типы линий символизируют множественность путей компенсации, по которым отклоняющиеся полезные эффекты возвращаются к норме. Адаптировано: Анохин П.К.

Биология и нейрофизиология условного рефлекса. М.: Медицина, 1968.

синхронизации собственных движений испытуемого с движением метки в тесте типа «мишень». Физиологический механизм, обеспечивающий проверку соответствия будущих результатов исходному «решению» П.К. Анохин назвал «акцептором результата действия».

Свою модель регуляции двигательного акта предлагал классик физиологии движений Н.А. Бернштейн13 — в виде кольцевой структуры (рис. 7), где центральным звеном был «задающий прибор». Н.А. Бернштейн полагал, что управление движением «требует в ряде случаев непрерывного восприятия не только текущих значений расхождения, но и скорости, с которой нарастают или убывают эти расхождения». Отметим, что алгоритм организации обратной связи в тесте типа «мишень»

в стандартных программах для стабилометрической системы ST-150 устроен таким образом, что по мере достижения результата (успешного периода удержания центра тяжести в заданной зоне), чувствительность платформы к смещению центра давления возрастает — соответственно скорость нарастания возможных расхождений увеличивается. В этом смысле, организованный по такому алгоритму тест «мишень» примыкает также к понятию скорости реакцииviii.

Рассматривая стабилометрическое исследование более широко — как возможность для организации двигательно-когнитивных тестов (в том числе, статических, типа «мишень»), а не только в качестве источника информации о механической патологии опоры, можно добиться более высокой диагностической эффективности. В этой связи, понимание, что в основе двигательного акта лежит нервная модель управления, а стабилометрический тест может быть для её изучения простым в применении и при этом адекватным инструментом, является важным условием для успешной практической работы в медицине, спорте и психологии.

Среди частных аспектов, связанных с внутренней структурой тестов типа «мишень», отметим также различные типы обратной связи. В качестве базового элемента предлагается зрительная обратная связь. Поэтому обратим внимание на, возможно, более высокую чувствительность данного типа тестов для практики, связанную с физиологическими особенностями зрительного анализатора.

viii Интересным для исследователя может быть сопоставление с представлениями о «нейрофизиологических кадрах»: Алюшин А.Л., Князева Е.Н. Темпомиры. Скорость восприятия и шкалы времени. Издательство ЛКИ, 2008. 240 с.

Простейшая блок-схема управления движением по Н.А. Бернштейну.

Адаптировано из Н.А. Бернштейн. Физиология движений и активность, Например, при нарушениях движений глаз, структура всего двигательного акта — поддержания позы в тесте типа «мишень», изменится, так как зрительная сигнализация окажется менее информативной, чем «обычно», будет содержать «шумы» — её роль в «правильном» контроле позы снизится, а, роль иных («сохранных») механизмов контроля повысится.

При этом изменения движений глаз от нормальных могут быть вызваны как функциональными причинами, так и органическими.

III Регуляция движений глаза по Р. Баркер и соавт. Сокращения: МПП — медиальный продольный пучок; ПРФМ — парамедианная ретикулярная формация моста; КЦВ — корковый центр взора; ЧМН — черепно-мозговой нерв.

Источник: Р. Баркер, С. Барази, М. Нил. М.: ГЭОТАР-Медиа, Высокая чувствительность движений глаза к различным воздействиям — лекарственным, химическим, физическим (например, травмам головы), средовым (например, работа в туннеле с особым образом распределенным освещением) и т.д., связана с тем, что регуляция точных движений осуществляется комплексно, с вовлечением разноуровневых структур — см. рис. 814.

Исследование функции зрительного анализатора, снабжающего человека при обычных условиях наибольшим количеством внешней информации, является, как и непосредственное исследование равновесия, частым практическим приемом для оценки состояния нервной системы или косвенной оценки функции равновесия (например, видеонистагмография).

В структуре каждого анализатора можно условно выделить три функциональных элемента: периферический, проводящий и центральный5. При этом начальная обработка стимулов осуществляется уже на уровне рецепторного аппарата (периферии). Важными аспектами для всех анализаторов является общая высокая чувствительность к адекватным раздражителям, адаптация и тесное функциональное взаимодействие. Собственно, это и позволяет использовать косвенные методы — например, исследование движений глаз в оценке функции равновесия. Однако добавление к «обычным» постуральным тестам специфической зрительной задачи в тестах типа «мишень», как мы полагаем, увеличивает чувствительность4 целевого исследования, вероятно, за счет специфической активности зрения и модуляции функционального взаимодействия различных анализаторов при организации искусственной обратной связи. На наш взгляд, статический двигательно-когнитивный тест с визуальной обратной связью сочетает достоинства традиционных постуральных проб с повышенной чувствительностью зрения к внешним воздействиям. В этой связи, применение статических двигательно-когнитивных тестов с биологической обратной связью по опорной реакции, вероятно, является иногда физиологически более обоснованным — например, для целей допускового контроля или оценки влияния психотропных средств, или оценки влияния токсичной среды, чем другие постуральные пробы, хотя, конечно, нельзя воспринимать этот тип тестов как «панацею».

Касаясь реализации в тестах типа «мишень» биологической обратной связи в виде акустического сигнала, следует отдельно отметить, например, возможность проведения вариантов тестов для слабовидящих. Преимущественная «нагрузка»

тех или иных анализаторов (зрения, слуха) создаёт различия в качестве теста. Также как и временные различия проведения теста, выбор интерфейса теста (например, рис. 1, рис. 3), выбор расстояния до «мишени» (параметры подачи сигналов), выбор установки (позы) и др., всё это предоставляет возможности создания и применения большого числа разнообразных методик.

Важным аспектом представляется возможность применения сочетанной визуально-акустической обратной связи, создающей для испытуемого большее число разномодальных сигналов.

Это позволяет, например, повысить вероятность «отклика» на выполнение инструкции у заторможенных испытуемых. Интересные возможности применение сочетанной обратной связи, на наш взгляд, предоставляет, например, для психологии.

Следует отдельно отметить, что «включение» вестибулярного анализатора в тестах типа «мишень» при выполнении испытуемым задачи без значимых раскачиваний и поворотов головы минимальное. Однако не исключено создание мощной неадекватной афферентации от вестибулярного анализатора во время теста, при наличии патологии или подверженности укачиванию. Соответственно, это будет влиять на всю систему равновесия.

На рис. 9 представлена условная схема, показывающая возможные «точки приложения» для внешних материальных факторов, которые могут изменять функцию равновесия — это, например, лекарственные вещества, токсины, следствие болезни. Структура системы равновесия, как видно из этой схемы, очень чувствительна. Это позволяет применять простые Возможные физиологические механизмы возмущения системы равновесия человека под влиянием внешних материальных факторов, влияющих на центральную нервную систему. Пояснения в тексте. Подготовлено по материалам Biological monitoring: an introduction / ed. by Shane Que Hee.

New York, NY: Van Nostrand Reinhold, 1993 p. 425.

постуральные тесты и количественные, с применением стабилометрических устройств, для выявления, например, токсических эффектов.

Статический тест с биологической обратной связью по опорной реакции «(типа «мишень»), как следует из описанного выше, добавляет новые возможности для диагностики, по сравнению с более привычными на сегодня исследованиями равновесия.

Оценивая результаты тестов по конечному результату целенаправленного действия, можно давать интегральные оценки или выделять специфические — исходя из целей и удобства пользователя. Подразумевается, что выполнение теста для испытуемого означает «включение» одновременное или последовательное ряда «специфических» систем15 — зрительного анализатора, проприоцептивной системы, вестибулярной системы, мышечного аппарата… Такое деление на сегменты, как следует из системного рассмотрения проблемы, является весьма условным. Тем не менее, выделение отдельного сегмента — например, зрительного анализатора, полагаем оправданным, так как это позволяет прицельно обратить внимание практических специалистов на возможные физиологические механизмы, которые могут быть связаны с результатами теста типа «мишень», и, соответственно, с их клинической интерпретацией.

Подробно вопросы физиологии функции равновесия, проведение функциональных проб, клиническая интерпретация и др. рассматриваются в специальной литературеix. Аспекты, касающиеся наличия биологической обратной связи в тестах типа «мишень» и возможного влияния обучения, изложены в отдельном разделе.

ix См., например, раздел «Библиотека» на сайте www.biomera.ru.

Процедура тестирования Процедура тестирования является частью методики исследования. Четкое соблюдение конкретной процедуры проведения теста позволяет получать сравнимые, валидные результаты, предупреждает ошибки в выводах и заключениях.

Специфика применения тестов типа «мишень» в различных областях определяет возможность большого числа методик.

При этом основная суть теста не меняется (см. рис.1—3). Различия же самой процедуры могут основываться, например:

на выборе типа биологической обратной связи (визуальная, акустическая, смешанная, другая);

на выборе параметров предъявления внешних сигналов (расстояние от глаз испытуемого до монитора, размер дисплея, громкость звука, частота звука и т.д.);

по наличию или отсутствию каких-либо специальных дополнительных воздействий, включенных в процедуру тестирования (например, решение математической задачи во время теста, специальная атмосфера, шум, световое воздействие и т.д.) на выборе времени и условий проведения теста (например, за столько-то до или после принятия определенной дозы такого-то препарата, до или после такой-то тренировки, в определенное время суток и т.д.);

Кроме того, широкое поле для варьирования методик представляют возможности выбора позы испытуемого, искусственные ограничения анализаторов, противовесы и т.д. — некоторые примеры представлены на рис. 10.

Пример фрагмента описания процедуры тестирования (вариантx):

Доброволец, стоя босиком вертикально на стабилометрической платформе ST-150 при стандартной установке стоп — параллельно, по ширине клинической базы — держа руки вдоль тела, смотрел на монитор c номинальным размером диагонали 27, расположенный прямо на уровне глаз на расстоянии 2 метра. Проекция центра тяжести добровольца на стабилометрическую платформу (центр давления) визуализировалась на экране в виде «метки», которую требовалось в течение 60-ти секунд удерживать в центре выделенной зоны экрана — однородной круглой синей «мишени», изображение которой создавалось программным обеспечением (название)… Установка добровольца на платформу осуществлялась так, чтобы первоначальное («удобное» для стандартной стойки) положение центра давления соответствовало центру координат (центру мишени). В течение теста чувствительность платформы к колебаниям центра давления повышалась по заданному закону. Начало и окончание выполнения инструкции задавалось автоматической командой. Каждый испытуемый проходил данный тест ежедневно в одно и то же время суток (утром с 10 до 11 часов) в течение 7 дней, до начала… На самом деле, вариантов, понятно, может быть намного больше, чем представлено выше, а также могут применяться комбинированные решения, что вносит еще большую гибкость в выбор процедуры.

Поэтому для подробного описания процедуры проведения теста типа «мишень» выбран один из ординарных вариантов. Для удобства представим детальное описание xПри необходимости описания собственной методики следует учитывать возможные различия самих тестов (их варианты) и условий проведения исследования Примеры вариантов установки испытуемого на платформу для стабилометрических исследований: 1 — прямая вертикальная стойка, пятки вместе, носки врозь; 2 — вариант с изменением позиции рук; 3 — стойка на одной ноге; 4 — прямая вертикальная стойка, поворот головы; 5 — прямая вертикальная стойка, стопы параллельно по ширине клинической базы, искусственное ограничение зрения; 6 — прямая вертикальная стойка с дозированным противовесом условий и процедуры в виде таблицы (таб. 2), описывая отдельные элементы, характеризующие установку испытуемого, технические параметры, время проведения теста и т.д.

Вариант условий и процедуры теста типа «мишень» (описание).

1 Установка стоп* врозь — согласно разметке стабилоплатформы;

2 Положение ног выпрямлены, симметричная нагрузка 3 Положение корпуса вертикально 4 Положение рук расслабленно, вдоль туловища 5 Положение головы ровно Тип биологической обратной связи Характеристика Характеристика стандартные аудиоколонки для персонального звукового устройства компьютера 10 и размер изображения* 11 Громкость звука Расположение оператора Предупреждение 14 Температурный режим комнатная температура, отсутствие сквозняков 15 Световой режим умеренно светло 17 Вибрации помещении, прыжки и хождение по комнате 18 Время суток предпочтительно в первой половине суток 19 Длительность теста* 60 или 90 секунд 20 Инструктаж 21 Инструкция (команды) в стандартном случае подается автоматически 22 Помещение* *Следует помнить, что необходимо самостоятельно корректировать методику в зависимости от условий и целей тестирования На рис. 11 представлена примерная схема проведения теста.

Особое внимание следует обратить на наличие инструкции — изменения в поведении испытуемого, связанные с проведением теста типа «мишень», происходят под влиянием инструкции. Автоматическая подача команды (компьютер) позволяет стандартизировать этот процесс. Такая стандартизация устраняет влияние, которое оператор мог бы оказывать на испытуемого, каждый раз подавая чуть иные команды (тон голоса, громкость и т.д.).

Процедура тестирования Примерная схема процедуры теста типа «мишень» (вариант).

Показатели и трактовка результатов Программное обеспечение для ST-150 ориентировано на возможность получения пользователем максимального числа стабилометрических показателей — во всех версиях программного обеспечения встроены алгоритмы расчета большинства основных показателей, применяемых для стабилометрии согласно данным литературы9.

Стабилометрические показатели, являются расчетными величинами. Исходными данными для расчетов являются измеренные стабилометрической платформой координаты центра давления испытуемого на рабочую поверхность стабилоплатформы.

Поскольку прибор измеряет координаты проекции центра масс испытуемого с определенной частотой — например, 35 раз в 1 секунду — то итоговый результат за время исследования представляет собой совокупность измеренных значений координат, которая подвергается дальнейшей математической обработке.

На рис. 12 представлены данные фрагмента реального стабилометрического исследования — для построения графика был взят отрезок длительностью примерно 1/3 секунды. За это время прибором было проведено 13 измерений координат проекции центра масс испытуемого. То есть, было получено 13 значений Х и 13 значений Y. Построение элементарной функции — соединение линией нанесённых на координатную сетку точек — представляет собой статокинезиограмму. На рис. 12 — график миграции центра тяжести испытуемого за взятую для примера часть секунды.

Показатели и трактовка результатов Определение массы и координат проекции центра масс испытуемого на платформу для использования полученных значений в расчетах различных показателей стабилометрического исследования. Пояснения в тексте.

Соответственно, для вычисления различных показателей, характеризующих результаты стабилометрического исследования, осуществляют математическую обработку полученных данных (последовательности значений координат центра давления Xi и Yi). Определяют, например, среднее значение положения центра давления по оси абсцисс для конкретной выборки.

Обычными показателями для стабилометрического исследования на сегодняшний день также являются вычисленные значения площади статокинезиограммы, средняя скорость движения центра давления и др. Примеры представления вычисленных Показатели и трактовка результатов показателей в программном обеспечении для ST-150 показаны на рис. 13.

Смысл вычисления различных показателей стабилометрического исследования заключается в определении количественных и качественных характеристик процесса миграции центра давления испытуемого в процессе исследования. При работе на первых стабилометрических устройствах в середине XX века для анализа использовались простейшие графики — стабилограммы, которые представляют собой изменение положения центра давления по одной из осей — см. рис. 14. Такие графики в отсутствие компьютерной техники вычерчивались чернильным самописцем (электромеханическим приспособлением для построения графика) на бумажной ленте. Поэтому прибор, Примеры отображения цифровых показателей стабилометрического обследования в различных видах программного обеспечения для ST-150 (отдельные фрагменты изображений на экране пользователя).

Показатели и трактовка результатов Отражение фронтальных и сагиттальных колебаний центра тяжести испытуемого в стабилограммах — соответственно, по оси абсцисс (X) и по оси осуществлявший регистрацию стабилограмм для записи на бумаге, обычно назывался стабилограф.xi Наибольшую сложность представляет адекватная физиологическая трактовка результатов стабилометрического исследования, которая невозможна без понимания происхождения и физического смысла соответствующих показателей, характеризующих эти результаты. Только понимая физический xiУже в 70-е годы XX века также используются термины «стабилометрия» и «постурография». См. например: Terekhov Y. Stabilometry as a diagnostic tool in clinical medicine. Can Med Assoc J. 1976 Oct 9;115(7):631-3.

Показатели и трактовка результатов смысл показателя, можно адекватно использовать его для оценки состояния испытуемого в каждом конкретном случае.

Например, показатель средней за время исследования скорости перемещения центра давления вычисляется также, как вычисляется средняя скорость объекта в школьном учебнике: длина статокинезиограммы (путь, расстояние) делится на время (длительность исследования). Иными словами, за определенный отрезок времени, чем больше длина (L), тем больше средняя скорость (V). Поскольку показатель средней скорости зависит от длины статокинезиограммы, то его информативность, по сути, не выше, чем у самой длины — важное различие заключается в том, что данный параметр скорости «не зависит» от длительности исследования. Например, можно сравнить среднюю скорость V испытуемого в двух разных исследованиях, отличных по длительности. При проведении же серии одинаковых тестов — равных по длительности тестирования — информативная ценность показателей L и V не различима.

Приведем более сложный пример. Показатель площади статокинезиограммы (S), определяемый как площадь эллипса9, содержащего внутри себя 90% или 95% всех точек статокинезиограммы, обычно вычисляется примерно так же, как это предлагается в учебниках по аналитической геометрии16.

Смысл использования этого параметра в стабилометрическом исследовании можно передать следующей аналогией: рыбак в лодке посередине озера многократно забрасывает удочку, перемещаясь с носа на корму — при том, что длина лески всегда одинакова, часть озера, куда он только сможет забросить удочку, будет похожа на эллипс (рис. 15). Соответственно, для точек, характеризующих положения центра давления (статокинезиограммы), также можно провести кривую второго порядка (эллипс), которая отграничит площадь рассеяния этих Показатели и трактовка результатов точек (рис. 16) — аналогично примеру про рыбака в лодке. Отсев слишком отличающихся от среднего значения 5% или же 10% точек, позволяет уменьшить эллипс — тогда эта кривая второго порядка будет охватывать наиболее часто встречающиеся значения координат центра давления (рис. 16). Другим показателем, характеризующим рассеяние точек стабилограммы Х(t) и Y(t) от средних за время исследования значений X и Y, является дисперсия (DX; DY) или, как вариант, стандартное квадратичное отклонение (x; y). Однако показатель площади статокинезиограммы (S) выгодно отличается от дисперсии (DX; DY) или стандартного квадратичного отклонения (x; y) тем, что позволяет оценить область рассеивания точек статокинезиограммы одновременно вдоль осей ОХ и ОУ сразу одним значением.

Пример аналогии. Ограниченная длина лески позволяет рыбаку, переходя с носа на корму лодки, забрасывать удочку на площади, описываемой эллипсом.

Показатели и трактовка результатов Эллипс, описывающий площадь статокинезиограммы.

Для удобства восприятия и в качестве меры, позволяющей систематизировать часто вычисляемые индексы стабилометрического обследования, можно классифицировать эти показатели по методам их получения, что, как видно из примеров выше, может быть полезным при выборе. Такая условная классификация показателей представлена в таблице 3.

Нами был предложен новый показатель для стабилометрического исследования, отражающий меру энергозатрат испытуемого на перемещение центра давления в плоскости платформы (механической работы). Для вычисления этого показателя (обозначен индексами Ei или А в разных версиях программного обеспечения для ST-150) используется значения так называемой «мгновенной» скорости, рассчитываемой как скорость элементарного смещения центра давления между двумя соседними точками статокинезиограммы, и на основе этих данных рассчитываются суммарные энергозатраты, связанные с этими элементарными смещениями, определяемые как сумма приращений Условная классификация распространенных показателей стабилометрического исследования

ПРИМЕРЫ

№№ ГРУППА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОПИСАНИЕ (ПРИМЕРЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ)*

ОБОЗНАЧЕНИЙ*

Стандартные статистические 3 характеризующие параметры статокинезиограммы 4 Специальные показатели • коэффициенты, характеризующие сопоставление показателей LFS, Коэффициент *Иногда используются различные способы и алгоритмы расчетов и обозначения в образцах техники и программного обеспечения разных производителей Показатели и трактовка результатов кинетической энергии тела обследуемого, вычисленных при каждом элементарном перемещении центра давления, с частотой дискретизации, обеспечивающей требуемую точность измерений. По степени изменения энергозатрат на поддержание или изменение заданной позы, можно однозначно судить о динамике состояния испытуемого вследствие воздействия на него лечебных или иных факторовxii. Рассчитывается этот показатель в Джоулях (единица измерения работы и энергии в Международной системе единиц xiii) и позволяет естественным образом охарактеризовать физическую сущность наблюдаемого процесса.

Если снова прибегнуть к аналогии для объяснения достоинств предложенного показателя, например, в сравнении с показателем длины (L) статокинезиограммы или средней скорости (V), можно использовать уже упоминавшийся в примере про площадь статокинезиограммы образ. Так, рыбак забрасывает свою удочку с лодки, размахиваясь то сильнее, то слабее — поплавок отмечает точки то ближе, то дальше от лодки, и при этом леска летит то быстрее, то медленнее. То есть, расстояние от рыбака до точки падения поплавка преодолевается каждый раз по-разному, с различной скоростью. Для того чтобы дальше забросить удочку, рыбаку надо размахнуться сильнее, придав забрасываемому объекту большую скорость, и, соответственно, затратив больше энергии. Например, рыбак 100 раз за 1000 секунд забросил удочку на расстояние 2 метра — в сумме «путь» составил 200 метров.

При этом показатель средней скорости, будет равен 0.2 метрам в секунду из расчёта того, что суммарный путь равен 200 метрам, а затраченное время 1000 секунд. Очевидно, что средняя скорость и суммарный путь не характеризуют в должной мере то, как именно рыбак забрасывает удочку. Если, например, он за те же xii Заявка на патент РФ № xiii The International Bureau of Weights and Measures: www. bipm. org Показатели и трактовка результатов 1000 секунд 50 раз забросит удочку на 3 метра, а 50 раз на 1 метр, то суммарный «путь», как и в первом случае, составит 200 метров и средняя скорость, соответственно, также будет 0.2 метра в секунду. Однако если рассчитать потребные энергозатраты на выполнения задачи в первом и во втором случаях, то окажется, что энергозатраты во втором случае будут на 25% выше, чем в первом.

То есть, показатель энергозатрат Ei более точно характеризует исследуемый процесс, чем показатели L и V.

Проиллюстрируем информативность показателя Ei на примере ранее проведенного нами исследования4 влияния привычного сеанса курения на стабильность позы здоровых молодых добровольцев. В течение 10 дней каждый из 6 испытуемых перед курением проходил тест типа «мишень» — итого 10 индивидуальных измерений; и также соответствующие 10 измерений после курения. Таким образом, для каждого испытуемого были сформированы два набора показателей — до и после курения.

С помощью критерия Вилкоксона определяли статистическую значимость различий индивидуальных показателей до и после курения. Для сравнения одновременно с показателем энергозатрат рассчитывался показатель разброса — то есть площади статокинезиограммы. На рис. 17 представлены ассимптоматические значения для соответствующих парных выборок показателей (10 значений площади «до» и 10 «после»; 10 значений энергозатрат «до» и 10 «после» для каждого испытуемого).

Как видно из рис. 17, для показателя энергозатрат значимость