Электрофизиология

Компьютерная электрофизиология

Электрофизиология

«То, что есть,невероятно, ибо все отчуждено, ненужно и грозит рассудку» [Зе Краггаш. О неумолимости правдоподобного]

В первой главе дается общий обзор рассматриваемого научного направления и его реализации.

Определения

В науках о человеке имеется ряд областей, близких как по предметам исследования, так и по используемым методам: нейрофизиология, электрофизиология, физиология ВНД, психофизиология, сомнология, неврология, кардиология, функциональная диагностика и др. Все они преимущественно изучают физиологические процессы, регистрируемые методом электрического измерения.

Компьютерная электрофизиология— это развившееся в последнее тридцатилетие междисциплинарное научное направление, связанное с созданием и внедрением в практику современных измерительно-вычислительных средств, методов и методик, позволяющих комплексно автоматизировать все этапы исследования, а именно:

  • 1) планирование порядка проведения и режимов исследования;
  • 2) конструирование и компоновка необходимой аппаратуры и окружающей (экспериментальной) среды;
  • 3) собственно проведение исследования, в так называемом режиме реального времени, включающий регистрацию биопоказателей, стимуляцию, биорегуляцию, выполнение функциональных проб, различные виды деятельности и решение задач и др.;
  • 4) визуальный анализ и редактирование полученных записей;
  • 5) вычислительный анализ записей;
  • 6) документирование исследования с представлением результатов в адекватных цифровых, текстовых и графических формах.

При своем целостном воплощении оно избавляет физиолога от необходимости привлечения внешних специалистов и интенсифицирует научные и клинические исследования в сотни раз по сравнению с докомпьютерным уровнем.

Особенности нэучной области. Фактически это направление являет собой новую методологию автоматизированных электрофизиологиче- ских исследований, о деталях которой мы поговорим немного позже. Здесь же подчеркнем, что область электрофизиологии в рассматриваемом плане имеет три принципиальные отличительные особенности:

  • 1) возможность комплексной (сквозной, единой) компьютерной автоматизации на всех этапах исследований, влекущая многократную их интенсификацию на принципиально новом организационно-методологическом уровне;
  • 2) возможность проведения всех этапов исследования одним физиологом от начала до конца;
  • 3) возможность выполнения всего исследования на одном аппаратно-программном комплексе.

Перечисленные особенности свойственны лишь очень небольшому числу областей знания, неразрывно связанных с проведением активных экспериментов. Поэтому в аналогичном смысле некорректно было бы говорить о «компьютерной астрономии», «компьютерной геологии», «компьютерной ботанике», «компьютерной зоологии», «компьютерной цитологии» и т.п.

Расширение определения электрофизиологии. Далее необходимо учесть, что измерительная техника со времен Гальвани существенно прогрессировала, что требует соответствующего расширения классического понимания электрофизиологии.

Как известно, Гальвани определил электрофизиологию как область «изучения электрических потенциалов живой ткани». В середине XX века к этому было добавлено «изучение действия электричества на живые процессы и физические свойства живой ткани, как проводника электричества» [22].

Современное же развитие техники измерений требует расширения понятия электрофизиологии не только применительно к источникам биоэлектросилы, но и с распространением его на все физиологические процессы, доступные косвенному или преобразованному электрическому измерению: импедансо-, тензо-, аэро-, гидро-, динамо- метрия и т.п.

Вторым немаловажным основанием к этому является широкое применение в современных исследованиях совместной регистрации и анализа различных физиологических показателей (полиграфия).

И, наконец, третьим весомым основанием является использование для анализа разных показателей одинаковых математических методов и форм представления результатов, при этом доступных в одном и том же интегрированном программном пакете.

Пограничные научные направления.

Компьютерная электрофизиология является показательным примером современного наукоемкого направления, в котором неразрывно переплетается множество отраслей знания: вычислительная математика, прикладная статистика, частотный анализ, измерительная и вычислительная инженерия, схемотехника, автоматическое управление, системный анализ, программирование, эргономика, психология, дидактика и др., совокупный вклад которых нередко соизмерим собственно с базисной физиологической составляющей.

Значимость этого системно-аналитического направления в последнее время признана на самом высшем научном уровне, а именно: на уровне ВАК при расширении номенклатуры научных специальностей и детализации их паспортов введена отдельная многоплановая специальность 05.13.01системный анализ, управление и обработка информации

Источник: //studref.com/568727/informatika/kompyuternaya_elektrofiziologiya

Электрофизиология

Электрофизиология

&nbps;

Электрофизиология вЂ” раздел физиологии, изучающий электрические проявления жизнедеятельности клеток, тканей Рё органов, Р° также механизмы воздействия РЅР° РЅРёС… электрического тока. Электрофизиологические методы исследования нашли широкое применение РїСЂРё диагностике Рё лечении различных заболеваний. оценке функционального состояния органов, тканей, отдельных клеток, РїСЂРё изучении РїСЂРёСЂРѕРґС‹ биоэлектрических явлений Рё РёС… СЃРІСЏР·Рё СЃ различными процессами жизнедеятельности (СЃРј. Биоэлектрические потенциалы).

    В основе электрофизиологических методов исследования лежит регистрация с помощью макро- или микроэлектродов разности биопотенциалов в двух или более точках организма, органа, ткани или клетки. Например, располагая электроды на поверхности кожи живота над областью желудка, регистрируют биоэлектрические потенциалы, отражающие моторную активность желудка (так называемая электрогастрография). При возникновении эмоционального возбуждения человека регистрируются изменения разности потенциалов между двумя участками кожи (кожно-гальваническая реакция). Функциональное состояние сетчатки глаза исследуется путем регистрации биопотенциалов с поверхности глазного яблока при световом раздражении (электроретинография). В клинической практике широко используются методы регистрации биоэлектрических потенциалов, отражающие различные стороны работы сердца (см. Электрокардиография), мышц (см. Электромиография), головного мозга (см. Электроэнцефалография).

    �сследования механизмов воздействия на возбудимую ткань электрического тока позволили обосновать возможность использования его применения в клинике для возбуждения или усиления функции того или иного органа (см. Электростимуляция). Определение реакции возбудимых образований (например, нервов и мышц) на электрическое раздражение позволяет оценивать их функциональное состояние (см. Электродиагностика). При воздействии на головной мозг электрическим током безопасных для человека параметров возможно получение у больного общей анестезии (см. Электроанестезия). Воздействие на организм электрического тока, электрических, магнитных или электромагнитных полей широко используется для лечения различных заболеваний (см. Физиотерапия). Для повышения эффективности и целенаправленности воздействия на организм лекарственных веществ последние вводят с помощью постоянного тока различных параметров (лекарственный электрофорез). Большое распространение получила телеметрическая техника регистрации электрофизиологических показателей (см. Телеметрия), использование биопотенциалов в качестве сигналов, управляющих различными техническими устройствами, манипуляторами, а также активными протезами.

Источник: //www.nedug.ru/library/%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F_2/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F

Электрофизиология

Электрофизиология

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на //www.allbest.ru/

  • Предисловие
  • 1. Электрофизиология. Области применения. Проблемы
  • Актуальность. Области применения
  • 2. История открытия и применения КГР в психологии
  • 3. Внутренние механизмы биоимпедансометрии
  • Устройство биотканей
  • Причины возникновения погрешностей
  • 4. МКТ-включение
  • Сущность метода
  • Перспективы развития
  • Заключение
  • Список литературы

fПредисловие

ФереТарханов
Активный (с внешним источником тока/напряжения)Пассивный
Наложение электродов непосредственно на кожу испытуемого (контактные)
ЭкзосоматическийЭндосоматический
Измерение сопротивления или электропроводимостиИзмерение электрических потенциалов кожи

Таблица 2. Качественные характеристики методов измерения КГР

ХарактеристикиМетоды измерения КГР
Пассивный (Тарханов)Активный (Фере)
Возмущающее воздействие на объект исследованияСлабоеОт слабого до сильного
ПомехоустойчивостьПлохаяХорошая
ИнформативностьСостояние поверхности кожи, величина электродного потенциала, состояние подкожной структуры.Состояние поверхности кожи, состояние подкожной структуры.
Техническая реализацияСложная (фильтрация, обработка и выделение полезного сигнала, масштабирование, преобразование).Простая (формирование измерительного сигнала масштабирование, преобразование).

Инженер Г. Мюллер в 1904 году, проверяя чувствительность сконструированного им гальванометра, решил вместо омического сопротивления подключить человека. При этом он заметил странное явление: стоило чем-либо воздействовать на человека, как стрелка гальванометра начинала отклоняться, как будто в цепи уменьшалось сопротивление. Г. Мюллер обратился за советом к О. Верагуту, видному физиологу.

Вначале О. Верагут думал, что это какая-то ошибка, но, ознакомившись с работами И.Р. Тарханова и У. Фере, понял, что это явление обусловлено воздействием на нервную систему человека и назвал его “психогальваническим рефлексом”. По сути, методики Фере и Верагута-Мюллера ничем не отличаются друг от друга и призваны изучать изменения сопротивления кожи. В.П.

Горев отмечает, что, как и многие другие открытия наших отечественных ученых, феномен Тарханова должным образом не был освещен в зарубежной литературе. Наоборот, он был оттеснен появившимся через 20 лет (1909 г.) так называемым “психогальваническим рефлексом” О. Верагута. Метод О.

Верагута не отражает биоэлектрических изменений, возникающих в коже, а регистрирует результаты поляризационных процессов при включении в цепь (пропускание через кожу) постоянного тока. Еще в 1884 году американский психолог У. Джеймс, а годом позже датский Г. Ланге, подметили взаимосвязь между эмоциями и физиологическими сдвигами организма.

Первое упоминание об использовании гальванометра в психоаналитическом исследовании находится в книге К.Г. Юнга “Изучения и анализ слов” (1906 г.). Здесь швейцарский психолог описывает методику подсоединения человека, держащего в руках электроды, к прибору, измеряющему изменения в сопротивлении кожи, в то время как ему читаются слова из подготовленного заранее списка.

Если слово в этом списке было эмоционально заряжено, происходило изменение в сопротивлении тела, вызывая отклонение стрелки гальванометра. Таким образом, К.Г. Юнг работал для локализации (определения) и разгрузки отрицательного неосознанного материала. Этот метод исследования, используемый Юнгом, по крайней мере, с начала 1900-х, снова упоминался в работе М. Коллинз и Дж.

Дривера “Экспериментальная Психология” (1926 г.).К.Г. Юнг ввел сам термин “кожно-гальваническая реакция” (КГР). Другой физиолог в это время исследовал электрические характеристики эмоции и мысли.Д. Симон в книге “Мнемоника” (1915 г.

), определяет “инграмму” как постоянный заряд, вызванный внутри организма неким стимулом, где след от переживания этого стимула “записан” в организме и образует часть его памяти. Когда стимул повторяется, энергия, которую он освобождает, протекает через эту “инграмму”, захватывает какую-нибудь линию поведения, и это, следовательно, ведет к более или менее различной форме реакции.

Знание этих результатов было широко распространено в 20-х годах: они упоминаются в работе И.Б. Саксби “Психология Мышления”. В нашей стране исследования в области связи электрических процессов тела и процессов психических вел в середине 1920-х годов А.Р. Лурия (соратник Л.С. Выготского и один из зачинателей российской психологии и психофизиологии). Известный психолог и психотерапевт В.Н.

Мясищев, тщательно исследовав психологическое значение электрокожной характеристики человека, пришел к выводу, что особое значение эмоций в психогальванической реакции представляется убедительно доказанным. Другой выдающийся теоретик психологии – СЛ. Рубинштейн, – обсуждая психологическое значение КГР, отмечал: несомненно, что КГР является реакцией вегетативной нервной системы человека, и эмоциональные состояния отражаются в ней.

Ранний психогальванометр был сложным в использовании. Из-за отсутствия усилителя он так и остался специализированным лабораторным прибором, до разработки более сложных усилителей в 30-х годах. Использование такого аппарата в специализированных исследованиях в психиатрических и медицинских лабораториях продолжается и по сей день.

Наиболее ранние исследования явлений сопротивления кожи были выполнены в Германии. В связи со Второй мировой войной дальнейшие разработки в этой области были прекращены во многих странах, кроме некоторых исследований в США. В 30-40-е годы гальванометр активно применялся в составе полиграфов (“Многофакторных детекторов лжи”), которые разрабатывали американцы К. Бакстер, В.

Мэтисон и ряд других исследователей. После войны исследования в этом направлении возобновились и в нашей стране. В 1967 году идея прибора под названием “Биометр” была предложена кандидатом физико-математических наук (ныне профессор Критского университета) В.Г. Адаменко и выдающимися русскими исследователями биологических полей живых объектов С.Д. Кирлиан и В.Х. Кирлиан.

Биометр представляет собой микроамперметр с электродами в виде металлических трубок (медной и алюминиевой). Он начинает работать с момента замыкания цепи, когда человек, не прилагая ощутимых усилий, охватывает датчики ладонями. При этом между электродами, сделанными из разнородных металлов, возникает контактная разность потенциалов, фиксируемая в микроамперах.

Показания биометра дают количественную характеристику уровня активации (состояние нервной системы, характеризующее уровень ее возбуждения и способность к ответной реакции), меняющегося в связи с эмоциональным возбуждением. Обычно чем выше эмоциональное возбуждение, тем больше стрелка микроамперметра отклоняется вправо от нуля.

Однако такой прибор недостаточно чувствителен, чтобы регистрировать мгновенные изменения показаний. Наиболее удачная разработка в этой области – аппарат для регистрации кожно-гальванической реакции, сконструированный В. Мэтисоном в 1952 году и названный электропсихометр. Он позволяет отмечать весьма незначительные по величине и по времени отклонения сопротивления тела испытуемого.

С некоторыми модификациями этот аппарат широко применяется до настоящего времени, в том числе вместе с процедурами, в основе которых лежит техника К.Г. Юнга.

Параллельно развивалась электродиагностика функциональных систем организма, основанная на понимании электромагнитной природы процессов человеческого организма. Р.

Фолль – немецкий врач, ученый и изобретатель – впервые в Европе доказал существование взаимосвязи биологически активных точек на теле человека с его внутренними органами: разработал и обосновал новый метод электроакупунктурной диагностики и терапии. В 1953 году Р. Фолль совместно с инженером Ф.

Вернером разработали новый метод электроакупунктурной диагностики и применили ее в клинической практике. С 1961 года действует Интернациональное общество электроакупунктуры имени Р. Фолля. Выдающиеся заслуги Фолля и его метод были признаны в бывшем СССР только 15 лет спустя. В 1989 году, после проведения многочисленных клинических испытаний, постановлением Совета Министров СССР метод Р.

Фолля получил право на повсеместное внедрение в клиническую практику. Согласно Р. Фоллю тело человека – целостная система, в которой каждому органу присуща только ему свойственная частота колебаний, или вибрация. Искажение естественной частоты колебаний влечет за собой возникновение заболеваний и патологий органов.

Доктор Фолль выявил, как можно определить состояние каждого органа и любой системы человеческого организма, воздействуя током особой частоты на биологически активные (акупунктурные) точки тела. Именно поэтому стало возможным за короткое время провести диагностику и получить данные функционального состояния организма. Сопоставляя данные замеров, врач может делать выводы и назначать лечение.

На этой основе родилась целая отрасль электропунктурной диагностики по различным методикам (Фолля, Накатани, Нечушкина), которые основаны на измерениях кожной электропроводимости в биологически активных точках (БАТ).

В настоящее время наиболее объективным обоснованием строения системы БАТ является концепция П.П. Гаряева о межклеточном веществе как особой сигнальной системе организма человека, в том числе проявляющейся через БАТ.

Межклеточное вещество может выступать как своеобразный надмолекулярный аналог нейронных сетей, который обеспечивает направленное введение информации в определенные клеточные и тканевые комплексы, в том числе и в “акупунктурные матрицы”.

Таким образом, к настоящему времени существуют различные методы фиксации психофизиологического состояния человека по электромагнитным процессам, проходящим в теле, и прежде всего – в кожном покрове. (5)

электрофизиология кожная гальваническая реакция

Импедансная томография

Rповерхн. реальноеRвн. реальноеRизм.дизм (отн. ошибка)
1
2
3
4
5
6
7
8

Таким образом мы видим, что практические результаты подтверждают теоретические ожидания. Значения погрешностей несколько выше ожидаемых, но это связанно с несовершенством источников тока.

Перспективы развития

  • История открытия половых гормонов. Тестостерон как основной мужской половой гормон, андроген. Свойства и роль в организме человека этого гормона. Особенности его применения в медицинской практике (эндокринологии) и последствия введения в женский организм.реферат [140,7 K], добавлен 21.05.2012

Источник: //knowledge.allbest.ru/medicine/3c0b65635a2bd69b5c53b89421316c36_0.html

Предмет исследования

Клетки живых организмов окружены полупроницаемой липидной мембраной, создает разницу концентраций ионов. Живые существа активно поддерживают эту разницу с помощью активных энергоемких механизмов для создания мембранных потенциалов.

В мембранах существуют белковые каналы, которые открываются в ответ на определенные стимулы (химические, электрические, температурные, механические и т.д.) и генерируют пассивные ионные токи по градиенту концентрации.

Изменения разности потенциалов на мембране, которые вызываются этими токами, регулируют функцию клеток — от мгновенных изменений активности, движений, защитных реакций к экспрессии генов, деления клетки, клеточной смерти.

История

Впервые о биоэлектричество заявил Луиджи Гальвани еще в XVIII веке. Он показал, что раздражение нерва вызывает сокращение мышцы препарата лягушки, и объяснил это движением «электрического флюида». Алессандро Вольта назвал явление генерации электрического тока живыми организмами гальванизм.

Основателем электрофизиологии как отдельного раздела физиологии считают Эмиля Дюбуа-Реймона. Он установил наличие мембранного потенциала покоя в нервах и мышцах, выявил отклонения от этого потенциала покоя — потенциал действия.

Ученик Дюбуа-Реймона Юлиус Бернштейн с помощью сконструированного им дифференциального реотому определил продолжительность потенциала (тока) действия.

Кроме того, Бернштейн одновременно с Василием Чаговца разработал теорию генерации электрического потенциала из-за разницы концентраций ионов по обе стороны полупроницаемой мембраны. В 1888 году Джон Бурдон-Сандерсон впервые описал отклонения от мембранного потенциала покоя у растений.

Нидерландский физиолог Виллем Эйнтховен разработал первый электрокардиограф, а украинский физиолог Владимир Правдич-Неминский записал первую неинвазивная электроэнцефалограмму. В 1939 году Ходжкин и Эндрю Хаксли впервые измерили прямым методом мембранный потенциал в гигантском аксоне кальмара.

Развитие электрофизиологии в Украине

Еще в конце XIX века в Харькове Василий Данилевский проводил опыты с электрической стимуляции различных зон центральной нервной системы, исследовал механику мышечного сокращения в зависимости от возбуждения.

Первую современную на тот момент электрофизиологическую лабораторию организовал заведующий кафедрой физиологии медицинского факультета Киевского университета Святого Владимира Василий Чаговец в 1910-1911 годах. Уже через два года в этой лаборатории Правдич-Неминский сделал первые записи ЭЭГ.

С 1935 года эту кафедру (уже в составе Киевского медицинского института) возглавил Даниил Воронцов, углубил исследования электрофизиологии отдельных клеток. Ученики Воронцова развили представление об электрических события в различных типах клеток.

Платон Костюк исследовал молекулярные механизмы синаптической передачи между нервными клетками, роль кальциевых токов в передаче возбуждения. Вместе со своими сотрудниками он открыл два подтипа потенциалзависимых кальциевых токов — високопорогови и низькопорогови.

Михаил Шуба впервые описал электрические контакты между отдельными миоцитами в гладком мышце, исследовал отдельные ионные каналы, вызывающих изменение мембранного потенциала миоцитов.

Владимир Скок описал различные типы рецепторов и синаптическую передачу в вегетативной нервной системе.

Важным электрофизиологических центром Украины на начало XXI века остается Институт физиологии имени А. А. Богомольца НАН Украины.

Отдельные исследования проводятся на кафедрах биофизики и физиологии ННЦ «Институт биологии» Киевского национального университета, биологических факультетов Львовского национального университета, Таврического национального университета, и тому подобное.

Электродная техника

Классическим методом электрофизиологии является использование металлических электродов, пидьеданих к усилителю, что позволяет напрямую записывать электрические токи. В зависимости от размеров электродов можно изучать различные объекты, включая отдельными клетками и частями их мембран.

Микроэлектродная техника

В 1946 году Джудит Греем и Ральф Джерард научились делать тонкие стеклянные микропипетки с острым концом диаметром менее 1 микрометра.

Такие пипетки заполнялись раствором с электролитом, который контактировал с металлическим электродом был соединен с усилителем.

С помощью таких микроэлектродов возможно подавать токи до клеток и тканей, а также измерять ток через небольшой участок клеточной мембраны.

Оптические методы

В конце ХХ века появились красители, изменяющие интенсивность флюоресценции в зависимости от электрических характеристик близких к ним мембран и частей клетки. Это позволило электрофизиологов получать новые результаты при относительной непошкодженности клеток.

Объекты исследования

По объектам исследования существуют следующие основные электрофизиологические методы:

  • клеточная электрофизиология — изучаются токи и потенциалы отдельных клеток или даже участков мембраны
  • электрокардиография (ЭКГ) — исследование потенциалов сердца
  • электроэнцефалография (ЭЭГ) — измерение потенциалов мозга
  • электромиография (ЭМГ) — измерение потенциалов мышц
  • Электроретинография (ЭРГ) — измерение потенциалов сетчатки
  • электрогастрография (Эгг) — исследование электрической активности желудка и кишечника

Клиническая электрофизиология

Электрофизиологические методы широко используются в клинике для установления диагноза, а также для лечения пациентов. Электрокардиографию используют для определения качества проведения возбуждения в сердце, электроэнцефалографию — для определения качества функционирования мозга.

Слабые электрические токи используют для стимуляции заживления нервов при повреждении.

Источник: //info-farm.ru/alphabet_index/eh/ehlektrofiziologiya.html

Ваш Недуг
Добавить комментарий