Устройство для исследования центральной нервной системы

," :;1.ЬаЯвиф МСТВО СССР.АТЕНТ СССР)ПИСАНИЕ ИЗОАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ БРЕТЕНИ О(21) 4488035/14,. держки, электростимуляционно-блокиро- . (22) 11,08.88; .. вочный блок 2, раздражающие электроды 3, (46) 23.04.93, Бюл, М 15: .. йоляризующие электроды 4, отводящие (75) Л,А.Максименко , , электроды 6, усилитель 7 биотоков, блок 8 (56):Патент США М 3566876, кл. А 61 И 1/36, . включения, одновибратор 9, усилитель 10 1979:;,:, " мощности, реле;11, регистрирующий прибор 12, осциллограф 13 и зеркальный фото(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ аппарат 14, Блок 1 задержки Создае 1 ЦЕНТРдЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ . запаздывание подачи раздражающих и по- (57) Использование: устройство для иссле- ляризующих сигналов на испытуемый объдования центральной нервной системы от- ект 5 относительно, включения носится к, медицине и медицинской технике регистрирующего прибора 12, осциллограи может быть использовано для проведения фа 13 и зеркального фотоаппарата 14, котонейрофизиологических экспериментов, . рые фиксируют биосигналы как перед, так и . Сущность: устройство содержит блок 1 за- во время воздействия. 1 э.п,ф-лы, 10 ил. Ф1 форректор С Лисина едакт Тйраж . " .Подписное венного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 КНТ ССС изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10цеа ЭЭЭЭЭЭ60 йЩЭО ЭЦЭЗ аказ 1405 ВНИИПИ Госуд СоставиТехред М ь Л.МаксименкМоргентал ЭЖЩ ЭЭЭЭЭЭ ДЭЯ ДЭЭЭЮЮПредлагаемое изобретение относйтся к биотоков 7 стандартный (например, УБНК). медицине и может быть, в частности, ис- Усилитель мощности 10 стандартный. Элекпользовано для проведения нейрофйзиоло- тростимуляционно-блокировочный блок 2 гических исследований центральной .содержит генератор импульсов 15, форминервной системы. 5 рователь экспоненты 16, ограничитель на Цель изобретения - повышение досто- пряжения 17, первый радиочастотный блок верности регистрации биопотенциалов пу- гальванической развязки 18, дифференцитем запаздывания нанесения раздражения рующую цепь 19, ждущий мультивибратор относительно регистрации биопотенциа, пересчетную декаду 21, коммутатор 22, лов, 10 генератор прямоугольных импульсов 23,Поставленная цель достигается введе- формирователь импульсов 24, второй радинием последовательно соединенного одно- очастотный блок гальванической развязки вибратораусилителя мощности и реле, 25(фиг.2). Пересчетная декада стандартная.; выход которого подключен к другому входу Коммутатор 22 состоит из диодов и ограниретистрирующего прибора, поляризующие 15 чительных сопротивлений (фиг;4). Ждущий электроды, блок задержки иэлектростйму- мультивибратор 20, генератор импульсов 15 ляционно-блокировочный блок, вход кото- выполнены по схеме ждущего мультивибрарого подключен к выходу блока задержки, а тора. Генератор прямоугольных импульсов выходы - к раздражающим и поляризую- . 23 выполнен по схеме симметричного муль-щим электродам, зеркальный фотоаппарат, 20 тивибратора, дифференцирующей цепочки, подключенный ко второму входу осцилло- ограничителя и ждущего мультивибратора.графа, причем выходыблока включения со- Радиочастотный блокгальванической разединены с входами блока задержки, вязки 18 и 25 выполненынамбщнойгейера, одновибратора и третьим входом осцилло- торной лампе ГУ(фиг.З). Блок включения графа,: . 25 состоит из кнопки, электронной схемы иНа фиг,1 показана структурная схема тросика затвора фотоаппарата (фиг,9), Оспредлагаемого устройства; на фиг,2- струк- циллограф 13 может быть использован низтурная схема электростимуляционно-блоки- кочастотный с длительным послесвечением ровочного блока; на фиг.З- . типа С-4 или аналогичйый более соврепринципиальная электрическая схема ради менный, Регистрирующий прибор 12 может очастотного блока гальванической развяз- быть использован .типа Н-1 П. Зеркальки; на фиг.4 - схема коммутатора; на фиг,5 ный фотоаппарат 14 использован типа "Зе - конструкция раздражающего и йоляризу- нит-Зм" или другой аналогичный более ющего электрода; на фиг.б - схема блока : современной конструкции. Зеркальный фозадержки; на фиг;7 - схема одновибратора; 35 тоаппарат 14 крепится к осциллографу 13 с нафиг.8 - конструкцияотводящегоэлектро- . помощью специального тубуса,. предотврада; на фиг,9 - блок включения; на фиг.10. - щающего проникновение света к экрану осупрощенная схема эксперимента.циллографа и обладающий достаточнойУстройство для исследования централь-механйческой прочностью. Блок задержки 1 ной нервной системы содержит (фиг.1) блок 40 (фиг.1) соединен с электростимуляционным задержки 1, электростимуляционно-блоки-, блоком 2: В свою очередь, электростимуляровочный блок 2, раздражающие электроды ционйо-блокировочный блок 2 имеетдва вы, поляризующие электроды 4, испытуемый хода, Первый выход соединен с обьект (кошка под наркозом) 5, отводящие раздражающим электродом 3, а второй выэлектроды 6, усилитель биотоков 7, блок 45 ход соединен с поляризующими электрода-включения 8, одновибратор 9, усилитель ми 4. Оба электрода - поляризующий 4 и мощности 10, реле 11, регистрирующий раздражающий 3 соединены с испытуемым прибор 12, осциллограф 13, зеркальный фо- объектом 5, Последний соединен с отводя.тоаппарат 14, Блок задержки 1 состоит из . щими электродами 6, выход которых соедиждущего мультивибратора, дифференциру няется с усилителем биотоков 7, Выход ющей цепи; ограничителя и второго ждуще- усилителя биотоков 7 соединяется с первым го мультивибратора (фиг,6), Раздражающие входом регистрирующего прибора 12 и пери поляризующие электроды 3 и 4 состоятиз вым входом осциллографа 13. Ко второму.корпуса из оргстекла и крышки, Внутри кор- входу осциллографа 13 подключен зеркальпуса имеется паз, внутри которого распола ный фотоаппарат 14. Блок включения 8 соегается нерв, В пазе размещены серебряные динен с первым входом блока задержки 1, с электроды с отводящими проводами. Кор- входом одновибратора 9 и третьим входом пус соединяется с крышкой с помощью вин- осциллографа 13, Выход одновибратора 9 та (фиг,8). Одновибратор 9 - обычный соединен с усилителем мощности 10, а его ждущий мультивибратор (фиг.7), Усилитель выход соединен с реле 11, которое соедине10 15 20 25 30 40 50 но со вторым входом регистрирующего при- бора 12, Электростимуляционно-,блокировочный блок 2 (фиг,1) имеет вход, подклеченнйй к блоку задержки 1, с выхода которого имеется связь с генератором импульсов 15 (фиг,2), выход которого соединен с блоком гальванической развязки 25 через формирователь экспоненты 16, ограничитель напряжения 17, дифференцирующую цйпь 19, ждущий мультивибратор 20, пере- счетную декаду 21, коммутатор 22, формирователь импульсов 24, Второй выход ограничителя напряжения 17 соединен с радиочастотным блоком гальванической развязки 18, Второй выход пересчетной декады 21 соединен с генератором прямоугольных импульсов 23.. Устройство для исследования центральной нервной системы работает следующим образом. При включении кнопки КН блока влючения 8 (фиг,1 и 9) на блок задержки 1, одновибратор 9 и осциллограф 13 поступают остроконечные импульсы, В это время начинается движение луча на экране электронно-лучевой трубки и срабатывает затвор зеркального фотоаппарата 14. Через некоторой время, определяемое временем запаздывания импульса в блоке задержки 1, запускается электростимуляционно-блокировочный блок 2. На поляризующий электрод 4 поступает поляризующий импульс 28 (фиг,2), а на раздражающий электрод 3 по. ступает серия кодированных импульсов 31 и 32. При этом происходит отключение поляризующим видеоимпульсов 28 нужных нервных волбкон, а на оставшиеся нервные волокна воздействуют импульсы раздражения 31 и 32 кодированной формы, фиг,2, Импульсы раздражения 31 и 32, воздействуя, например, на подколенный нерв, активируют сложные нейронные структуры спинного мозга, состоящие из механизмов автоматического управления и регулирования, принимающих участие в кодировании информации, и вызывают на поверхности спинного мозга появление различных потенциалов, например, потенциалов дорзальной поверхности, Эти потенциалы отводятся от оголенной поверхности спинного мозга с помощью отводящего электрода 6 (фиг.8). После усиления биопотенциалов с помощью усилителя биотоков 7 они регистрируются на осциллографе 13 и на регистрирующем приборе 12. При этом развертка осциллографа 13 запускается с упреждением и биопотенциалы регистрируются после яркой точки луча. Этим достигается регистрация биопотенциалов в чистом виде без маскирующего влияния яркого пятна в начале луча, Регистрирующий прибор 12 также приходит в движение с опережением, т,к, с блока включения сигнал включения через одновибратор 9, усилитель мощности 10 и реле 11 сразу же приводит лентопротяжный механизм в действие. Поэтому лентопротяжный механизм регистрирующего прибора 12 успевает набрать стабильную скорость и биопотенциал регистрируется при постоянной скорости движения ленты. При этом происходит качественная регистрация биопотенциала на блоках 12 и 13, Зеркальный фотоаппарат 14 открыт до тех пор, пока не окончится движение луча через весь экран, После этого кнопка КН,блока 8 отпускается и устройство готово к съемке следующего бибпотенциала, Луч осциллографа 13 возвращается в исходное крайнее левое положение. Лентопротяжный механизм регистрирующего прибора 12 также останавливается, т,к, время протяжки ленты определяется длительностью импульса с выхода одновибратора 9. Так работает все устройство в целом. Несколько слов о работе электростимуляционно-блокировочного блока 2, Запускающий задержанный импульс с выхода блока задержки 1 запускает ждущий мультивибратор генератора импульсов 15 (фиг,2). С выхода блока 15 снимается импульс прямоугольной формы 26, Из этого импульса формирователем экспоненты 16 формируется двухкомпонентное несимметричное экспоненциальное напряжение 27. Формирователь экспоненты 16 состоит из пикового детектора с регулируемым шунтом и интегрирующей цепочкой. Пиковый детектор быстро заряжается и длительное время разряжается за счет большого обратного сопротивления диода. Интегрирующей цепочкой подбирается длительность переднего фронта двухкомпонентного несимметричного экспоненциального напряжения 27, Длительность напряжения подбирается величиной постоянной времени пикового детектора и интегрирующей цепочки, Для увеличения скорости разряда конденсатора пикового детектора его при необходимости можно шунтировать резистором, Проходя ограничитель напряжения 17 в виде диодного ограничителя по максимуму с регулируемым уровнем ограничения, двухкомпонентное экспоненциальное напряжение 27 преобразовывается в импульс 28, близкий по форме к трапецеидальному, показанному сплошной линией на фиг.2. Этот импульс поступает на первый радиочастотный блок гальванической развязки 18 канала поляризации, который генерирует высокочастотный сигнал, огибающая которого1810063 15 20 ЗО 35 40 50 55 выделяется детектором и фильтром (фиг.З), Таким образом, с выхода блока 18 снимается йесимметрйчный видеоимпульс, близкий к трапецеидальной форме, который поступает на поляризующие электроды (фиг,8) для поляризации нерва с целью блокирования проведения определенных волокон смешанного нерва, Этот импульс развязан от земли в пунктах стимуляции за счет детектирования и фильтрации высокочастотного сигнала, Применение более простых альтернативных решений с трансформаторной или оптоэлектронной развязкой йсключено. Это связано с тем, что низкочастотная трансформаторная развязка в настоящее время используется тольКо в лечебных электростимуляторах, к выходному импульсу которых не предъявляется высоких требований по качеству. Так, в "Многоканальном электростимуляторе" использован выходной каскад на трансформаторно-оп- тоэлектронной схеме, За счет замыкатель- ного и размыкательного режима работы индукционной катушки на выходе формируется биополярный импульс экспоненциальной формы. Оптоэлектронная развязка также неприемлема иэ-за большого времени включения порядка 100 мкс (оптрон типа АОУ 1032), Кроме того, для получения высокого напряжения при относительно мощном выходе нужен преобразователь, преобразующий низкое напряжение аккумуляторной батареи в высокое напряжение,Предлагаемый радиочастотный блок гальванической развязки 18 собран по емкостной трехточечной схеме (фиг,З), Катушки 5 и з снимают высокочастотный сигнал с катушки Е 2 и подают его на управляющие сетки мощной генераторной лампы ГУ, Достоинством этой лампы является то, что при относительно низком анодном напряжении порядка 400 В она отдает высокую колебательную мощность, Мощные высокочастотные сигналы снимаются через катушку связи 5 с анода колебательного контура .4- 6 лампы, После детектирования детектором Д и фильтрации видеоимпульс поступает на клеммы "1" и "2". В эти клеммы , вставляется вилка. которая с помощью шнура соединяется с электродом, Смешанный нерв вставляется в пэз электрода и плотно прижимается к плоским лепесткам серебряного электрода с помощью крышки (фиг,8). Ограничитель напряжения 17 имеет два идентичных выхода. Оба выхода начинаются иэ одной точки, на которой формируется импульс 28. Затем цепь разветвляется на два выхода, импульсы с которых направляются по отдельным путям к блокам 18 и 19. С выхода блока 17 импульс 28 поступает на 8дифференцирующую цепочку 19, которая дифференцирует его на два относительно остроконечныхимпульса 29 (для удобства показан только один положительный треугольный импульс), Этот импульс запускает ждущий мультивибратор 20 канала раздражения, который тенерирует широкий импульс 30, используемый для питания йересчетной декады 21. На пересчетную де каду 21 подается также сигйал от генератора прямоугольных импульсов 23. Пересчетная декада 21 начинает счет импульсов в момент подачи йа него напряжения ЗО с выхода блока 20, Пересчетная декада 21 нагружена на индикаторную лампу (ИНБ), на которой загорается соответствующая цифра в последовательности от 0 до 9, От каждой ножки индикаторйой лампы импульсы поступают на коммутатор 22(фиг,4). Коммутатор 22 выполнен в виде обычных выключателей В 1-Во; которые включаются через развязывающие диоды 01-00. Если, например, включены 1, 3, 4,.5, 7 и 0 включатели, то Формируется десятичная кодовая комбинация 1011101001, показанная на 32 (фиг,2), Кодовая комбинация может быть либо одиночной, либо повторяться несколько раз. Если включены только 1, 2 и 5 включатели, то в этом положении формируется кодовая .комбинация 11001,показанная на 31. Такая кодовая комбинация может быть либо одна, либо несколько, Так, после пунктира на 31 показана вторая кодовая комбинация 11001, которая получена включением 6, 7 и 0 включателей, Таким образом формируется пятизначный код, Аналогичным образом можно набрать любую 5-или 10 значную кодовую комбинацию. Важно то, что можно получить любое количество кодовых комбинаций, начиная с одной, При этом кодовые комбинацйи получаются каждый раз одни и те же и их количествб определяется шириной импульса 30, Поэтому, к примеру, выставив один раз три кодовые комбинации, можно с ними производить эксперименты необходимое число раз. Исключение появления на выходе канала раздражения неполных кодовых комби- наций достигается выбором длительности импульса 30, Полярность выходных сигналов можно менять изменением полярности включения вилки "1" и "2", Для окончательного формирования кодовых импульсов по форме и длительности используется формирователь импульсов 24 в виде ждущего мультивибратора. С выхода блока 24 сформированные импульсы запускают второй радиочастотный блок гальванической развязки канала раздражения 25, который как и блок 18 снабжен детектором и фильтром.5 10 20 30 35 40 45 Таким образом, на фоне поляризации нерва на этот же нерв или на другие нервы наносится кодовая комбинация видеоимпульсов с 5-ти или 10 значным кодом. Длительность и форма переднего и заднего фронта импульса 28 оптимальная. Он нарастает плавно и не оказывает раздражающего действия на нерв. Плавное нарастание видео- импульса 28 не оказывает раздражающего действия на нерв во время начала поляризации, а такое же плавное угасание видео- импульса 28 не вызывает раздражающего воздействия на нерв во время снятия поляризации, Это является очень важным обсто. ятельством, т.к. позволяет осуществить качественную поляризацию нерва и тем самым дозированно отключать нужные нервные волокйа смешанного нерва, Количество отключенных нервных волокон зависит от амплитуды видеоимпульса 28. Блок задержки.1 (фиг,1) содержит ждущий мультивибратор Т 1 Т 2, выходной импульс которого дифференцируется цепочкой СзР 11. Передний фронт убирается диодом О. а задний фронт используется для запуска следующего ждущего мультивибратора ТЗТ, на выходе которого генерируется прямоугольный импульс, задержанный относительно импульса Овх на величину длительности импульса ждущего мультивибратора Т 1 Т 2, Регулируя ширинуимпульса ждущего мультивибратора Т 1 Т 2. можно получить любую. задержку фиг.б.Одновибратор 9 (фиг,1) содержит ждущий мультивибратор Т 1 Т 2 (фиг.7). Запускающий остроконечный импульс Ох вызь 1 вает появление на выходе ждущего мультивибратора широкого импульса Ох,Блок включения 8 (фиг,1) содержит кнопку и тросик (фиг.9), Они укреплены на основании и сверху прижимаются прижимной планкой, используемой в качестве кнопки КН. При нажатии кнопки КН происходит одновременное срабатывание кнопки и тросика. С выхода кнопки снимается остроконечный импульс за счет дифференцирования дифцепочкой Р 1 С 1 (фиг.9 а). Нажатие на тросик приводит к срабатыванию затвора фотоаппарата 14. Таким образом, при нажатии кнопки КН происходит срабатывание затвора фотоаппарата и запуск блоков 1, 9 и 13, Качественное получение изображения на экране осциллографа получается за счет упреждающего начала движения луча осциллографа по отношению к появлению регистрируемого биопотенциала. Качественная регистрация биопотенциала на регистрирующем приборе 12 получается за счет того, что скорость движения ленты уже установилась постоянной и после этого уже регистрируется биопотенциал. Следовательно, качество регистрируемого процесса получается высоким, Схема проведения эксперимента показана на фиг.10, Контроль тока поляризации осуществляется микроамперметром мд.Эффект от применения устройства для исследования центральной нервной системы состоит в том, что применение предлагаемого устройства значительно повышает качество регистрации сложных биопотенциалов центральной нервной системы. За счет отодвигания яркого пятна в начале развертки от регистрируемого изображения последнее регистрируется четко, а за счет установления постоянства скорости движения ленты также происходит качественная регистрация биопотенциала на бумажной ленте. Использование для селективной блокировки нужных нервных волокон поляризующего видеоимпульса специальной формы позволяет осуществить обратимые процессы в нерве и не травмировать нерв. Это оцень важно, т.к. можно сколько угодно отключать нужные нервнье волокна методом полярйзацйи видеоимпульсом, а нерв не будет атрофироваться, Кроме того, поляризация видеоимпульсом специальной формы не повреждает нерв. Наличие строго дозированной кодовой комбинации в раздражающей серии видеоимпульсов и постоянство кода при многократном нанесении раздражения позволяет с высоким качеством производить исследования механизмов кодирования центральной нервной системы. Известно, что в ЦНС широко используется кодирование и многократное перекодирование информации не только за счет нейронных разрядов, но и за счет работы механизмов автоматического регулирования. Механизмы автоматического управления являются сложными и состоят из механизмов торможения и растормаживания, оказывающих противоположный эффект. Чтобы исследовать кодирование как тормозных, так и растормаживающих механизмов, необходимо отключить одни механизмы с помощью предлагаемого видеоимпульса специальной формы и в это же самое время произвести исследование других механизмов отдельно, без маскирующего влияния первых механизмов. С этой целью в предлагаемом устройстве есть канал поляризации и канал раздражения с необходимыми кодовыми комбинациями. Можно работать только на одном нерве, например, подколенном и производить сначала поляризацию, а затем нанесение на этот же нерв раздражений в виде кода. При этом на поверхности спинного мозга регистриру1810063 12 йп блока 7 2 ется рефлекторная реакция на раздражение нерва в виде потенциала дорзальной поверхности, которые также регистрируются в кодированном виде, Но вид кода несколько отличается эа счет его перекодирования ме ханизмами автоматического регулирования спинного мозга, Поэтому представляется возможным изучить эти механизмы кодирования и перекодирования, Устройство позволяет раздельно изучить механизмы 10 торможения и растормаживания путем раздельной активации высокопороговых и низ-, копороговых нервов за счет поляризации и тем самым в отдельности исследовать эти механизмы. 15 Формула изобретения1. Устройство для исследования центральной нервной системы, содержащее последовательно соединенные отводящие 20 электроды и усилитель биотоков, регистрирующий прибор и осциллограф, одни входы которых подключены к выходу усилителя биотоков, раздражающие электроды и блок включения, отличающееся тем,что,с 25 целью повышения достоверности регистрации биопотенциалов путем запаздывания нанесения раздражения относительно регистрации биопотенциалов, оно содержит по 30 следовательно соединенные одновибратор, усилитель мощности и реле, выход которого подключен к другому входу регистрирующего прибора, поляризующие электроды, блок задержки и электростимуляционно-блокировочный блок, вход которого подключен к выходу блока задержки, а выходы - к раздражающим. и поляризующим электродам, зеркальный фотоаппарат, подключенный к второму входу осциллографа, причем выходы блока включения соединены с входами блока задержки, одновибратора и третьим входом осциллографа,2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что электростимуляицонно-блокировочный блок содержит последовательно соединенные генератор импульсов, формирователь экспоненты, ограничитель напряжения, дифференцирующую цепь, ждущий мультивибратор, пересчетную декаду, коммутатор и формирователь импульсов, первый и второй радиочастотные блоки гальванической развязки, входы которых соединены с выходами ограничителя напряжения и формирователя импульсов, а выходы являются выходами блокаа также генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу пересчетной декады1810063 +у ю усилмедю бнотовоаащоИ иОа ВМф"Вц. 9