Биотехнические системы управления двигательными функциями человека

Рассмотрена эволюция синтеза биотехнических систем управления двигательными функциями как внешних контуров управления — «Миотон», «Миокор», адаптивных «Миостимул», используемые для восстановления двигательных функций. Представлен новый класс электронных аппаратов цифровой медицины, персональных, био...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
1. Verfasser:	Вовк, М.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України 2017
Schriftenreihe:	Кибернетика и вычислительная техника
Schlagworte:	Интеллектуальное управление и системы
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/124974
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Биотехнические системы управления двигательными функциями человека / М.И. Вовк // Кибернетика и вычислительная техника. — 2017. — Вип. 1 (187). — С. 49-66. — Бібліогр.: 27 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-124974
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1249742017-10-13T03:03:51Z Биотехнические системы управления двигательными функциями человека Вовк, М.И. Интеллектуальное управление и системы Рассмотрена эволюция синтеза биотехнических систем управления двигательными функциями как внешних контуров управления — «Миотон», «Миокор», адаптивных «Миостимул», используемые для восстановления двигательных функций. Представлен новый класс электронных аппаратов цифровой медицины, персональных, биологически адекватных «Тренар». Теоретической основой синтеза таких систем является обработка электромиографических (ЭМГ) сигналов. Адекватность воздействий состоянию двигательных функций, этапу их восстановления обеспечивается различными программами и методами управления. Рассмотрена оригинальная технология управления тонкой моторикой кисти для восстановления речи на базе аппаратов «Тренар». Розглянуто еволюцію синтезу біотехнічних систем керування руховими функціями, як зовнішніх контурів керування — «Міотон», «Міокор», адаптивних «Міостимул», які використовуються для відновлення рухових функцій. Представлено новий клас електронних апаратів цифрової медицини, персональних, біологічно адекватних «Тренар». Теоретичною основою синтезу таких систем є обробка електроміографічних (ЕМГ) сигналів. Адекватність керування стану рухових функцій і етапу їх відновлення забезпечується різними програмами і методами. Розглянуто оригінальну технологію керування тонкою моторикою кисті для відновлення мовлення на базі апаратів «Тренар». The purpose of the article is to present the results of theoretical and applied researches focused on synthesis of information technologies for human motion control based on bioengineering systems as external control circuits. Results. The evolution of bioengineering systems for motor control — multichannel electronic devices "Mioton-2", "Mioton-3M", "Mioton-604", "Miokor", adaptive device "Miostimul" and a new class of portable electronic devices of digital medicine for personal, biologically adequate, motor control "TRENAR®" are considered. Special EMG — signals processing and its transformation into informative visual and sound signals, that describe muscle contractions are used to develop different programms for muscle control. These programs based on different methods of muscle electrical stimulation and biofeedback are aimed on activaton of additional brain reserves to restore motor functions. New method and technology to restore motor speech, based on original technique of fine motor hand training by the technology “Trenar” is described. The results of clinical testing confirmed its effectiveness in motor speech restoration after the stroke. 2017 Article Биотехнические системы управления двигательными функциями человека / М.И. Вовк // Кибернетика и вычислительная техника. — 2017. — Вип. 1 (187). — С. 49-66. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. 0452-9910 DOI: doi.org/10.15407/kvt187.01.049 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/124974 615.47; 004.9 ru Кибернетика и вычислительная техника Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Интеллектуальное управление и системы Интеллектуальное управление и системы
spellingShingle	Интеллектуальное управление и системы Интеллектуальное управление и системы Вовк, М.И. Биотехнические системы управления двигательными функциями человека Кибернетика и вычислительная техника
description	Рассмотрена эволюция синтеза биотехнических систем управления двигательными функциями как внешних контуров управления — «Миотон», «Миокор», адаптивных «Миостимул», используемые для восстановления двигательных функций. Представлен новый класс электронных аппаратов цифровой медицины, персональных, биологически адекватных «Тренар». Теоретической основой синтеза таких систем является обработка электромиографических (ЭМГ) сигналов. Адекватность воздействий состоянию двигательных функций, этапу их восстановления обеспечивается различными программами и методами управления. Рассмотрена оригинальная технология управления тонкой моторикой кисти для восстановления речи на базе аппаратов «Тренар».
format	Article
author	Вовк, М.И.
author_facet	Вовк, М.И.
author_sort	Вовк, М.И.
title	Биотехнические системы управления двигательными функциями человека
title_short	Биотехнические системы управления двигательными функциями человека
title_full	Биотехнические системы управления двигательными функциями человека
title_fullStr	Биотехнические системы управления двигательными функциями человека
title_full_unstemmed	Биотехнические системы управления двигательными функциями человека
title_sort	биотехнические системы управления двигательными функциями человека
publisher	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
publishDate	2017
topic_facet	Интеллектуальное управление и системы
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/124974
citation_txt	Биотехнические системы управления двигательными функциями человека / М.И. Вовк // Кибернетика и вычислительная техника. — 2017. — Вип. 1 (187). — С. 49-66. — Бібліогр.: 27 назв. — рос.
series	Кибернетика и вычислительная техника
work_keys_str_mv	AT vovkmi biotehničeskiesistemyupravleniâdvigatelʹnymifunkciâmičeloveka
first_indexed	2025-07-09T02:20:15Z
last_indexed	2025-07-09T02:20:15Z
_version_	1837134109660413952
fulltext	ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) DOI: https://doi.org/10.15407/kvt187.01.049 УДК 615.47; 004.9 М.И. ВОВК, канд. биол. наук, старш. науч. сотр., зав. отд. биоэлектрического управления и медицинской кибернетики e-mail: dep140@irtc.org.ua Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН Украины и МОН Украины, п-кт Академика Глушкова, 40, г. Киев, 03680 ГСП, Украина БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫМИ ФУНКЦИЯМИ ЧЕЛОВЕКА Рассмотрена эволюция синтеза биотехнических систем управления двигательными функциями как внешних контуров управления — «Миотон», «Миокор», адаптивных «Миостимул», используемые для восстановления двигательных функций. Представлен новый класс электронных аппаратов цифровой медицины, персональных, биологически адекватных «Тренар». Теоретической основой синтеза таких систем является обра- ботка электромиографических (ЭМГ) сигналов. Адекватность воздействий состоя- нию двигательных функций, этапу их восстановления обеспечивается различными программами и методами управления. Рассмотрена оригинальная технология управ- ления тонкой моторикой кисти для восстановления речи на базе аппаратов «Тренар». Ключевые слова: биотехнические системы, электронные аппараты, управление, реа- билитация, движение, речь, персональный подход, программная электростимуляция, биологическая обратная связь, электромиографический сигнал. ВВЕДЕНИЕ «Все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению — мышечному движению…». И.М. Сеченов «Рефлексы головного мозга», 1863 г. Мы привыкли совершать разнообразные движения и действия, совершенно не задумываясь о том, насколько это сложный и уникальный механизм, позволяющий здоровому человеку свободно, не думая и не напрягаясь, совершать все то разнообразие движений, которыми наградила нас приро- да. Более того, движения являются самыми доступными и эффективными лекарствами, лучшим средством для восстановления здоровья и гармонич- ного развития человека. Люди со специальными потребностями, например, те, кто имеет синдром детского церебрального паралича (ДЦП), или утра-  М.И. ВОВК, 2017 49 М.И. Вовк ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 50 тил двигательную активность в результате тяжелых заболеваний централь- ной, периферической нервной системы или травм особенно ценят и пони- мают значение двигательной активности. Цереброваскулярная патология и их наиболее тяжелая форма — инсульт являются одной из наиболее частых причин потери двигательных функций. В настоящее время отмечается стремительная тенденция к увеличению числа больных инсультом, а также к их «омоложению». По данным ВОЗ 30 % больных составляют лица тру- доспособного возраста (до 50–60 лет). Инсульт — ведущая причина инва- лидности взрослого населения, а ДЦП остается ведущей причиной инвали- дности среди детей. Разработка эффективных методов и средств всстанов- ления двигательных функций не перестает быть актуальной. Одним из направлений биологической и медицинской кибернетики, последовательно развивающимся в Международном научно-учебном центре информационных технологий и систем НАН и МОН Украины, яв- ляются исследования, связанные с разработкой информационных техноло- гий управления движениями на основе биотехнических систем, аппаратно- программных комплексов, как внешних контуров управления. Такие внеш- ние контуры, «встраиваясь» в разветвленную, иерархически организован- ную, с обратными связями собственную систему управления движениями человека, выполняют в ней роль недостающего звена по поддержанию, восстановлению и/или формированию нового двигательного стереотипа взамен утраченного или искаженного патологией. Функцию внешних кон- туров регуляции движений выполняют биотехнические системы. Научные исследования этого направления характеризуются как теоре- тическими, так и прикладными результатами — от идеи, разработки кон- цептуальных основ, физиологических предпосылок, методов, формулиро- вания принципов, разработки алгоритмов, информационно-структурных и структурно-функциональных моделей биотехнических систем управления движениями человека до технической реализации нескольких поколений электронных аппаратов управления движениями, разработки действующих экспериментальных образцов, передачи в серийное производство и прак- тическое использование. Такие системы предназначены для: восстановите- льного лечения остаточных явлений поражений центральной и перифери- ческой нервной системы у взрослых и детей (например, постинсультные параличи и парезы, невриты различного характера), травмы опорно- двигательного аппарата; управления движениями, их коррекции или обу- чения определенным двигательным навыкам (например, при тренаже, про- фессиональном обучении, спорте и т.д.); предупреждения неблагоприятно- го влияния ограничений двигательной активности; управления функциями, тесно связанными с двигательными, например речевыми, секреторными. Исследования, направленные на разработку теоретических и приклад- ных основ управления движениями зародились еще в стенах Вычислитель- ного Центра АН УССР в лаборатории биоэлектростимуляции отдела Био- логической кибернетики (зав. отделом академик Н.М. Амосов). С 1962 г. продолжились в Институте кибернетики АН УССР, с 1964 г. в лаборатории «Управленеие двигательными реакциями в живых организмах», с 1969 г. в отделе «Биоэлектрическое управление и медицинская кибернетика». С мая 1997 г. по настоящее время продолжают развиваться в Международном Биотехнические системы управления двигательными функциями человека ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 51 центре НАН и МОН Украины, в упомянутом отделе. С 1964 по 2009 г.г. исследованиями руководил доктор медицинских наук, профессор Леонид Седекович Алеев — лауреат Премии имени Н.М. Амосова, 2004 г. Цель статьи — рассмотреть эволюцию развития исследований, направ- ленных на синтез информационных технологий управления движениями человека на основе биотехнических систем как внешних контуров управле- ния и представить теоретические и прикладные результаты исследований. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ ЧЕЛОВЕКА ТИПА «МИОТОН» Еще в 60-х годах ХХ века был разработан метод программного биоэлект- рического управления движениями человека, в основу которого положена многоканальная электростимуляция выбираемого нервно-мышечного ком- плекса, управляемая по программам, полученным в виде преобразованных электромиографических сигналов одноименных мышц другого человека [1]. В 1965 г. в Институте кибернетики АН УССР изготовлен первый экс- периментальный образец многоканального устройства биоэлектрического управления движениями человека «Миотон», реализующего этот метод. В 1967-1970 г.г. были разработаны и изготовлены в СКБ Института киберне- тики три опытных образца 6-канального устройства «Миотон-2», которые сразу стали использоваться в неврологических отделениях Октябрьской больницы, г. Киев, 1-ой городской больницы, г. Запорожье — для восста- новления двигательных функций после инсульта, санаториях г. Саки и г. Евпатория — для восстановительного лечения двигательных функций у детей [2]. В 1977 г. аппарат «Миотон-2» включен в номенклатуру разре- шенных для применения в медицинской практике и серийного производст- ва изделий медицинской техники (Регистрационное удостоверение № 77/29/13 от 4.02.1977 г.). Сотрудничество отдела Биоэлектрического управления и медицинской кибернетики с Арзамасским приборостроительным заводом (АПЗ) Минис- терства авиапромышленности СССР привело к выпуску партии изделий «Миотон-2» (рис. 1 а). По сравнению с известными аппаратами, выпускае- мыми в те годы в СССР, например «Амплипульс», или зарубежными тера- певтическими электростимуляторами RS 10, RS 12, которые изготавлялись фирмой Veb Tur (ГДР), «Миотон-2» обладал принципиальным отличием использования в качестве программы управления сокращениями мышц пре- образованной биоэлектрической активности мышц человека-донора, задаю- щего программу движения. В сочетании с многоканальностью это позволяло навязывать движения, близкие к естественным. Модернизация «Миотон-2» привела к разработке и выпуску на АПЗ многоканального программного биоэлектрического миостимулятора «Миотон-3М», 1983 г. (рис. 1 б), важ- ным отличием которого являлось формирование стимулирующего сигнала с порогового уровня (соответствующего порогу возбуждения стимулируемых мышц), что увеличивало соответствие навязанного движения программно- му [3]. В состав «Миотон-3М» входил шестиканальный магнитный регист- ратор, позволяющий формировать «банк двигательных программ», записан- ных со здоровых мышц другого человека, и шестиканальный видеоконтро- М.И. Вовк ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 52 а) б) в) Рис. 1. Биотехнические системы управления движениями человека типа «Миотон»: а) «Миотон-2», б) «Миотон-3М», в) «Миотон 604» льный индикатор, позволявший оператору и пациенту проводить визуаль- ный контроль двигательных программ, поступающих на мышцы пациента и сравнивать их с выполняемыми движениями. В 1988 г. Миотон-3М» демон- стрировался на Лейпцигской ярмарке и был награжден Золотой медалью. На базе «Миотон-3М» с 1989 г. на АПЗ начался серийный выпуск биоэлект- рического стимулятора «Миотон-604» (рис. 1 в) с улучшенными техничес- кими характеристиками и сервисными функциями. «Миотон-604» работает в режимах: прямое управление движениями реципиента от донора; запись программы управляющих биосигналов на магнитограф; управление движе- ниями реципиента по программе, ранее записанной на магнитограф; управ- ление стимуляцией от встроенного синтезатора программ. Самая последняя модель «Миотон-М» — результат модернизации аппарата «Миотон-604» АПЗ совместно с ООО «СТЭК», г. Нижний Новгород, Россия, имеет малые габари- ты, современную элементную базу, улучшенные технические характеристики и более широкий спектр сервисных функций. Кроме базового, для клиничес- Биотехнические системы управления двигательными функциями человека ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 53 ких учреждений предполагается разработка и производство упрощенного варианта «Миотон-М» для фитнес-клубов и ветеринарных лечебниц. Системы управления движениями типа «Миотон» нашли широкое применение в лечебной практике клиник и курортов различных регионов СССР для восстановления двигательных функций, нарушенных при разли- чных поражениях центральной и периферической нервной системы [4]. Аппарат «Миотон-604» до сих пор с успехом используется в клинической практике [5]. 90-е годы ХХ ст. отмечены сотрудничеством отдела Биоэлектри- ческого управления и медицинской кибернетики с НПКФ «Биокор- информатика» при Институте кибернетики имени В.М. Глушкова АН УССР, в результате которого разработан, поставлен на производство и на- шел применение в лечебной практике медицинских учреждений Украины электростимулятор многоканальный программный биоэлектрический «Миокор-МК-01» (рекомендован к постановке на производство Комисси- ей по аппаратам и приборам, применяемым в физиотерапии, Комитета по новой медицинской технике МЗ СССР, протокол №4 от 08.04.1991 г.). От- личительная особенность аппарата — широкий набор искусственно синте- зированных программ управления стимулирующими сигналами, учитыва- ющих наиболее характерное вовлечение мышц в выполнение различных движений, и наглядное отображение программ. БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ Результаты экспериментальных исследований по динамике изменения ключевых параметров мышцы (порог возбуждения, сила максимального сокращения) [4], а также результаты анализа изменений параметров ЭМГ сигнала (амплитуда, частота) в результате утомления мышц при произво- льных и вызванных электростимуляцией сокращениях послужили теорети- ческой основой синтеза обратных связей в устройствах управления мыше- чными сокращениями. Это позволило перейти к новому классу устройств, реализующие принципы адаптивного управления, когда параметры стиму- лирующего сигнала автоматически подстраиваются под функциональное состояние стимулирующих мышц [6, 7]. Известно, что адаптивный подход полезен в условиях начальной неопределенности и в системах управления объектами с дрейфующими характеристиками. Обе ситуации имеют место при управлении движениями на основе электростимуляции мышц. Так, ключевые параметры идентичных мышц для различных людей и различ- ных мышц для одного и того же человека имеют существенный разброс; претерпевают существенные изменения в процессе стимуляции вследствие адаптациии и/или утомления, существенно отличаются при патологии. Кроме того, при реабилитации двигательных функций важно не столько добиваться выполнения полного движения (особенно на начальных этапах реабилитации), сколько получить проприоцептивную афферентацию для формирования нового динамического стереотипа. При этом не следует выходить за пределы максимальных стимулов, поскольку при больших уровнях электростимулирующего сигнала в работу включаются защитные М.И. Вовк ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 54 реакции организма, которые могут исказить желаемую искусственно выз- ванную афферентацию. Отсюда вытекает необходимость в автоматической (в зависимости от функционального состояния стимулируемых мышц) ре- гулировке динамического диапазона стимула. В дополнение, адаптивное управление приводит к увеличению соответствия выполняемых движений заданной программе, что существенно в специальных задачах управления движениями, когда требуется выполнять условие линейного управления. Технология адаптивного управления защищена патентами США, Англии, Германии, Франции, Канады, Швеции, Италии, Югославии [8, 9]. Принци- пы адаптивного управления реализованы в аппарате «Миостимул» — Стимулятор электрический медицинский, два промышленных образца ко- торого выпущены предприятием «Октава», завод «Генератор», г.Киев в 1975 г. и 1977 г. «Миостимул» содержит две основные обратные связи, реализующие адаптивный подход. Первая служит для автоматического регулирования динамического диапазона стимулирующего сигнала в зави- симости от функционального состояния мышц, с целью уменьшения иска- жения программы движения при управлении. При этом основным парамет- ром, к которому подстраивается управляющее воздействие, является порог возбуждения стимулируемых мышц [6]. Вторая обратная связь осуществля- ет перевод на «щадящий» режим стимуляции либо отключение стимуляции при наступлении утомления стимулируемых мышц. В этом случае в качест- ве сигнала обратной связи используются информативные параметры биоэле- ктрической активности мышц, сокращениями которых управляют — ампли- туда и частота «вызванной» электромиограммы [7]. ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО БИОЛОГИЧЕСКИ АДЕКВАТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ «ТРЕНАР» Современный этап развития информационной технологии управления движениями человека характеризуется биологически адекватным, целена- правленным подходом к управлению двигательными функциями. Главны- ми достоинствами этой технологии являются: возможность организовать индивидуальный, в зависимости от нозологии, глубины патологии и этапа реабилитации, подход к реабилитации, активировать дополнительные ре- зервы организма на восстановление двигательных функций. Сформулиро- ванные принципы, разработанные критерии, информационно-структурные модели организации биологически адекватного управления движениями, подробно описаны в [10, 11]. Понятие «адекватность» рассматривается как индивидуальный критерий оптимального (с точки зрения достижения гла- вного результата — восстановление двигательных функций) формирования движений и оптимальной мобилизации резервов на разных этапах восста- новления. На базе обработки и преобразования электромиографических сигналов в световые и звуковые информативные сигналы получила развитие теория «образного» (зрительного и слухового) осознания» мышечной активности зрительным и слуховым анализаторами коры головного мозга. В результа- те такого преобразования ЭМГ сигналы, характеризующие ключевые па- раметры мышечной активности (сила и скорость сокращения мышц), ранее Биотехнические системы управления двигательными функциями человека ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 55 недоступные, стали доступны сознанию в виде зрительных и слуховых образов. Это позволило активировать дополнительные резервы моторной области коры на восстановление двигательных функций. Известно, что моторная область, являясь кортикальным отделом проприоцептивной сен- сорной системы, одновременно оказывается местом конвергенции проек- ций от всех других сенсорных зон коры и как высший интегративный от- дел мозга млекопитающих является «центральным аппаратом построения движений». Использование в системах управления движениями не только метода программной электростимуляции мышц, но и метода биологичес- кой обратной связи (БОС), а также сочетание этих методов способствует установлению движения во взаимосвязи со зрительным, слуховым анали- заторами, позволяет расширить ассоциативные связи между новыми функ- циональными образованиями, которые начинают выполнять роль утрачен- ных структур в собственной системе управления движениями пациента. Метод БОС — зрительной и слуховой, используемый параллельно с дру- гими методами и как самостоятельный метод, позволяет проводить осоз- нанный контроль тренировочного задания, способствуя эффективности реабилитационных мероприятий. Такие программы как «Донор» или «По- роговая стимуляция», «готовят» и делают более восприимчивой повреж- денную моторную зону к управляющим воздействиям, усиливают эффек- тивность афферентации как основного способа формирования новой реф- лекторной системы супраспинального контроля движений взамен утрачен- ного или искаженного патологией. Описанный подход реализован в новом классе электронных систем би- ологически адекватного управления движениями типа ТРЕНАР®, предста- вленный двумя модификациями электронных аппаратов цифровой меди- цины: «Аппарат для электростимуляции с биоуправлением Тренар-01» и «Аппарат для электростимуляции с биологической обратной связью Тренар-02» (рис. 2). Гамма тренировочных программ как информационно-энергетических сигналов управления в аппаратах «Тренар» представлена: 1) электростимуляцией мышц по искусственно синтезированным про- граммам в широком диапазоне — программы «Синтез»; 2) по программам, которые «считываются» с собственных здоровых мышц пациента или мышц другого человека (инструктора) при их произ- вольном сокращении и передаются тренируемым мышцам в режиме «он- лайн» — программы «Донор»; 3) тренировкой соотношения принудительно-произвольных сокраще- ний по методу пороговой элекростимуляции — программа «Порог»; 4) тренировкой произвольных сокращений мышц по методу биологи- ческой обратной связи с использованием ЭМГ сигнала тренируемой мыш- цы, преобразованного в зрительные и слуховые информационные сигна- лы — программа «Биотренировка»; 5) тренировкой произвольных и принудительных сокращений мыш- цы в режиме «запись — воспроизведение», когда записанный в памяти ЭМГ сигнал произвольно сокращающейся мышцы воспроизводится в виде программы электростимуляции той же мышцы — программа «Память-Ауто» [12, 13]. М.И. Вовк ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 56 Рис. 2. Электронные аппараты биологически адекватного управления движениями ТРЕНАР®. Основу этих программ составляет «электромиографический образ» мышечного движения, несущий информацию о силе и скорости мышечно- го сокращения. Преобразование «электромиографических образов» в ин- формативные «зрительные и звуковые» образы мышечного движения по- зволило активировать сознание в процессе тренировки мышц и, тем самым, активировать дополнительные резервы организма на восстановление дви- гательных функций при патологии. При биологически адекватном управлении движениями «электромиог- рафический образ» мышечного сокращения выполняет разные функции: • детектор состояния мышечного сокращения (норма, патология); • модель (программа) формирования принудительных мышечных сок- ращений; • модель (программа) формирования тренировочного задания произ- вольных мышечных сокращений. ЭМГ-образ мышечных сокращений ис- пользуется также для комплексной активации сенсорных зон коры голо- вного мозга — проприоцептивной, зрительной и слуховой. Как внешние контуры управления движениями, аппараты Тренар имеют электрическую и информационную связь с мышцами, которые управляют и электрическую и/или информационную связь с мышцами, которыми управ- ляют в зависимости от программы тренировки (рис. 3) [14]. Разнообразие программ формирования/тренировки движений обеспечивает выбор програ- ммы, адекватной функциональному состоянию двигательной системы паци- ента, позволяет индивидуально на каждом этапе реабилитации организовать процесс тренировки, наиболее эффективно мобилизующий резервы орга- Биотехнические системы управления двигательными функциями человека ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 57 Рис. 3. Аппараты ТРЕНАР как внешние контуры управления движениями. Структурно-функциональная модель низма на восстановление движений, вплоть до их полного восстановления. Структурно-функциональные модели активации поврежденной моторной зоны коры на восстановление управления движениями по программам «Синтез», «Донор» (метод — программная электростимуляция) и «Биотре- нировка» (метод БОС) представлены и описаны в [15]. Рассмотренная организация управления процессом восстановления па- тологически измененных двигательных функций является примером орга- низации интеллектуального управления, которое появилось на стыке ней- робиологии, кибернетики, информатики. Произвольные сокращения: ТРЕНАР-01 Мышц Инстру- ктора или здоро- вых мышц Паци- ента Мышц Пациен- та, которые тренируются Донор Память Память- Ауто Тренировка принудительных мышечных сокращений Пациент Программная электрости- муляция: Синтез ТРЕНАР-02 Регистрация частоты ЭМГ сигнала Регистрация частоты пульса Тренировка принудительных сокращений Произвольные сокращения: Мышц Инструк- тора или здоровых мышц Пациента Мышц Пациента, которые тренируются Донор Синтез Пороговая электро- стимуляция Биологическая обратная связь: зрительная и слуховая Тренировка соотношения принудительно- произвольных сокращений Тренировка произвольных сокращений Программная электро- стимуляция: М.И. Вовк ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 58 Показателем интеллектуального управления является единство ситуа- ционной и конечной цели управления. Конечная цель — это восстановле- ние двигательных функций. Ситуационная цель зависит от неврологичес- кого статуса пациента, состояния его двигательных функций и определяет метод, программу, параметры и регламент тренировки движений на опре- деленном этапе реабилитации [10]. Как интеллектуальные системы, аппараты «Тренар» характеризуются доминированием в них избирательной структурно-функциональной орга- низации с целью получения результата — биологически адекватной акти- вации резервов организма на восстановление двигательных функций. Такой подход совпадает с фундаментальным положением П.К. Анохина о роли результата как фактора, который образовывает функциональную сис- тему [16]. Гибкая архитектура аппаратов «Тренар» позволяет реализовать этот принцип и организовать разные программы тренировки движений с целью получения главного результата — восстановление двигательных функций. Управление восстановлением двигательных функций на базе аппаратов «Тренар» удовлетворяет главным принципам реабилитации: раннее начало реабилитационных мероприятий; систематичность и продо- лжительность; адекватность на каждом этапе реабилитационных меропри- ятий; активное участие в реабилитации пациента. Технология биологически адекватного, целенаправленного управления движениями и электронные аппараты «Тренар» ее реализующие, защище- ны рядом авторских свидетельств и патентов [17–20], переданы в промыш- ленное производство на ГНПП «Электронмаш», г. Киев, получили Свиде- тельства о Государственной регистрации, разрешены для применения на территории Украины. Всесторонняя клиническая апробация аппаратов в 16 клинических и оздоровительных учреждениях различных регионов Украи- ны подтвердила их эффективность при восстановлении двигательных фун- кций взрослых и детей (более 12 000 пациентов). ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТОНКОЙ МОТОРИКОЙ КИСТИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕЧИ НА БАЗЕ АППАРАТОВ «ТРЕНАР» Нарушения речи (афазии, дизартрии) наблюдаются более чем у трети бо- льных, перенесших инсульт, и являются вторым по значимости и распрос- траненности постинсультным дефектом после двигательных нарушений. Моторная афазия — патология устной речи, которая характеризуется на- рушением структурно-семантического оформления речевого высказыва- ния, проявляется у 18–27% пациентов, перенесших инсульт. Наличие рече- вого дефекта после перенесенного инсульта, черепно-мозговой травмы, опухоли мозга либо оперативного вмешательства на головном мозге значи- тельно снижает коммуникативные возможности, повседневную жизненную активность больных, способствует их социальной изоляции. Разработка эффективных методов и средств восстановления речевых функций как и двигательных после инсульта не перестает быть актуальной. Речевые движения являются одним из видов произвольных движений. Поэтому наиболее эффективным подходом к реабилитации речи является Биотехнические системы управления двигательными функциями человека ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 59 комплексный подход, при котором логопедические занятия, сопровожда- ющиеся медикаментозной терапией, сочетаются с методами, направлен- ными на формирование кинестетической афферентации от мышц речевых органов. Кроме артикуляционного апарата, различают еще один «орган речи», который имеет онтогенетическую связь с функциональной системой речи. Это — кисть. Известно, что развитие тонкой моторики кисти доми- нантной руки влияет на уровень речевого развития детей [21]. Однако па- льчиковя гимнастика малоэффективна при выраженных патологиях дви- жений дистальных отделов руки, а метод подпороговой электростимуля- ции тыльной поверхности кисти рук (для создания афферентации от мышц кисти и пальцев), не вызывающий сокращение мышц [22], малоэффекти- вен, поскольку не направлен на формирование движений тонкой моторики кисти. Между тем, именно формирование мелкой моторики кисти имеет онтогенетическую связь с функциональной системой речи. Анализ механизмов нейропластичности коры головного мозга и путей ее активации при восстановлении движений и речи, близкая локализация представительства кисти и центров речи в коре головного мозга, их тесная филогенетическая связь, учет такого фактора, как величина проекции кис- ти в коре головного мозга, которая занимает около трети всей двигатель- ной проекции, а также принимая во внимание то, что развитие речи с ее многообразием звуков, слов, предложений и логическим отражением чело- веком восприятия мира, собственной оценкой окружающей среды, тесно связано с развитием движений пальцев рук — все это послужило основой для разработки нового метода и технологии восстановления моторики речи на базе подключения к пациенту внешнего контура индивидуализирован- ного управления мышечными движениями кисти [23, 24]. В качестве вне- шнего контура, целенаправленно формирующего движения кисти и паль- цев пораженной руки, использован аппаратно-программный комплекс ТРЕНАР, хорошо зарекомендовавший себя при восстановлении двигатель- ных функций после инсульта [15]. Отличительной особенностью разработанного метода восстановления устной речи у пациентов после инсульта является формирование афферен- тации от различных мышечных сокращений кисти и пальцев пораженной руки. Расширенная гамма движений тонкой моторики, отобранных с учетом онтогенеза развития движений кисти и пальцев, особенностей функциональ- ного состояния пораженной конечности после инсульта и доступности по- дведения управляющих воздействий с помощью поверхностных электродов позволяет расширить область активации представительства кисти в мотор- ной зоне коры, что способствует реорганизации моторного центра речи. Проблема многокритериального выбора параметров тренировок кисти и пальцев, который осуществляет врач при организации индивидуального подхода к реабилитации, решена включением в систему управления дви- жениями информационного компонента — специализированного програм- много модуля, реализованного в структуре персонального компьютера (ПК) [25, 26]. Разработанные на основе продукционной модели представ- ления знаний критерии определения индивидуализированного комплекса управляющих воздействий, — движения, программы и регламент управле- ния, — позволяют врачу формировать стратегию реабилитационного курса М.И. Вовк ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 60 а) б) Рис. 4. Фрагменты а) медицинского и б) технического модулей мультимедийного справочника с учетом текущего состояния больного, его неврологического статуса, сос- тояния двигательных функций, наличия сопутствующих заболеваний и специфических противопоказаний. Специализированный программный мо- дуль объединяет подсистему поддержки принятия решений и электронный мультимедийный справочник, предоставляющий информацию о видах движений тонкой моторики кисти, топологии подведения информационно- энергетических управляющих сигналов к мышцам, функционировании аппаратов «Тренар» по различным программам управления движениями (рис. 4). Интегрированный в архитектуру ПК программный модуль обеспе- чивает информационно-консультационную поддержку врача при проведе- нии реабилитационных мероприятий по восстановлению речи и, при необ- ходимости, консультирует в интерактивном режиме оператора (врача) от- носительно практического использования технологии управления тонкой моторикой кисти на базе электронных аппаратов «Тренар» (рис. 5) Разработанная методика количественной экспресс-оценки моторных и сенсорных нарушений речи при моторной или моторно-сенсорной афазии позволила объективизировать диагностику степени выраженности дефекта речи и оценить восстановление речи даже в пределах небольшой положи- тельной динамики [27]. Использование новой информационной технологии восстановления моторного компонента речи в сочетании с базовым курсом реабилитации у больных после инсульта с нарушением движений по типу Биотехнические системы управления двигательными функциями человека ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 61 гемипареза и речи по типу моторной или моторно-сенсорной афазии улуч- шает функцию речи на 32,5 % ( 0,02p < ) по сравнению с базовым курсом реабилитации. Более выраженная эффективность восстановления речи на- блюдается у пациентов в раннем периоде реабилитации, а также при испо- льзовании нескольких программ тренировки мелкой моторики кисти в од- ном курсе. Исследования проведены на базе неврологического отделения № 1 Киевской городской клинической больницы № 3. Отличительной особенностью рассмотренной организации управления процессом восстановления устной речи является то, что роль внешнего контура целенаправленного, биологически адекватного управления тонкой моторикой кисти выполняет компьютерный программно-апаратный ком- плекс, в состав которого входят и электронные аппараты «Тренар» и ПК с интегрированным в своей структуре программным модулем. Эта особен- ность внесла дополнительные элементы «интеллектуализации» в управле- ние физиологическими функциями — организации управления на основе знаний — медицинских и технических. Специализированный программный модуль обеспечивает поддержку деятельности оператора на основе знаний о технологии восстановления речи, функционировании аппаратно- программного комплекса «Тренар» во всем разнообразии предоставляемых методов, программ и параметров сигналов управления; движениях кисти и пальцев рук, рекомендуемых для тренировки, мышцах и топологии подве- дения управляющих сигналов к мышцам для реализации движений. Нали- чие специализированного программного модуля в качестве информацион- ного компонента в составе программно-аппаратного комплекса тренировки тонкой моторики кисти позволяет расширить функциональные возможнос- ти электронных аппаратов «Тренар» по организации персонального, био- логически адекватного, целенаправленного подхода к управлению двига- тельными функциями, в частности, тонкой моторикой кисти для восстано- вления речи, интенсифицировать усвоение знаний по практическому испо- льзованию аппаратов «Тренар» для восстановления речи. Рис. 5. Начальное окно программы определения персональной «маршрутной карты» реабилитационного курса тренировок движений кисти и пальцев пора- женной руки. М.И. Вовк ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 62 ВЫВОДЫ Рассмотрена эволюция синтеза биотехнических систем управления двигате- льными функциями как внешних контуров управления — «Миотон-2», «Миотон-3М», «Миотон 604», «Миокор», адаптивных, с обратными связя- ми, — «Миостимул», а также новый класс электронных аппаратов цифровой медицины — персональных, биологически адекватных типа ТРЕНАР®. 1. Многоканальные аппараты биоэлектрического управления движени- ями типа «Миотон» — это первые аппараты, обладающие тем принципиа- льным отличием от терапевтических электростимуляторов мышц, что в них использовалась многоканальная электростимуляция выбираемого нер- вно-мышечного комплекса, управляемая по программам, полученным в виде преобразованных электромиографических сигналов одноименных мышц другого человека. В сочетании с многоканальностью это позволяло навязывать движения, близкие к естественным, и улучшать восстановление двигательных функций после тяжелых заболеваний центральной и перифе- рической нервной системы. 2. Введение обратных связей в устройства управления мышечными со- кращениями по автоматической регулировке динамического диапазона стимулирующего сигнала в зависимости от порога возбуждения стимули- руемых мышц и по автоматическому уменьшению уровня или отключению стимулирующего сигнала при утомлении мышц позволило улучшить соот- ветствие навязанного движения программному и избежать включения за- щитных реакций организма, которые могут исказить искусственно вызван- ную афферентацию при превышении уровня электростимуляции. Введение таких обратных связей целесообразно не только при управлении движени- ями с целью восстановления двигательных функций, но и в специальных задачах управления движениями, когда требуется выполнять условие ли- нейного управления. 3. Главными достоинствами нового класса аппаратов «Тренар» являет- ся возможность организовать индивидуальный, биологически адекватный подход к восстановлению двигательных и речевых функций в зависимости от вида, глубины патологии и этапа реабилитации. Организация индивиду- ального подхода к восстановлению нарушенных функций, активация допо- лнительных резервов мозговой деятельности, направленная на восстанов- ление нарушенных функций, достигаются за счет использования оригина- льных программ формирования мышечных движений, основанных на раз- ных методах. Основой синтеза методов и программ является специальная обработка ЭМГ сигналов. Организация управления восстановлением дви- гательных функций на базе аппаратов «Тренар» удовлетворяет такому важному показателю интеллектуального управления, как единство ситуа- ционной и конечной цели, а также главным принципам реабилитации. 4. Использование оригинального метода управления тонкой моторикой кисти для восстановления речи, расширенной гаммы тренировки движений кисти и пальцев рук на базе аппаратов «Тренар», включение в биотехниче- скую систему управления движениями специализированного программно- го модуля в структуре ПК, выполняющего функции информационно- консультационной поддержки врача при проведении реабилитационных Биотехнические системы управления двигательными функциями человека ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 63 мероприятий по восстановлению речи, позволило организовать индивиду- альный подход к восстановлению моторики речи после инсульта, увели- чить эффективность восстановления по сравнению с базовым курсом реа- билитации и внесло дополнительные элементы «интеллектуализации» в управление физиологическими функциями — организации управления на основе медицинских и технических знаний. ЛИТЕРАТУРА 1. А. с. 190525 СССР, МПК А 61b 4/06. Способ управления двигательными реакци- ями / Л.С. Алеев, Бунимович С.Г. СССР. № 1019769/31-16; заявл. 26.06.65; опубл. 29.12.66, Бюл. №2. 2. Алеев Л.С. Біоелектрична система «Міотон» і рухові функції людини. Вісн. АН УРСР. 1969. Вип.4. С. 70–80. 3. А. с. 321245 СССР, МПК А 61b 5/04. Способ управления движениями человека / Л. Алеев, С. Бунимович, М. Вовк, В. Горбанев, А. Шевченко СССР. № 1455753/31-16; заявл. 22.06.1970; опубл. 03.09.1971. 4. Алеев Л.С., Вовк М.И., Горбанев В., Шевченко А. «Миотон» в управлении дви- жениями. Киев: Наук. думка, 1980. 142 с. 5. Юдин А.В., Шикова Т.Н. Миотонотерапия в комплексном лечении невропатий. Городская клиническая больница №1 г. Тольятти. URL:http://www.f-med.ru/scient/ nt_mitonoterapia.php (дата обращения: 11.11.2016) 6. А. с. 929 054 СССР, МПК А 61 В 5/04. Многоканальное устройство адаптивного биоэлектрического управления движениями человека / Л. Алеев, М. Вовк, В. Горбанев, А.Шевченко СССР. № 2428608/28-13; заявл. 13.12.76; опубл. 25.05.82, Бюл. № 19. 7. А. с. 976 952 СССР, МПК 61 В 5/04, А 61 N 1/36. Многоканальное устройство адаптивного биоэлектрического управления движениями человека / Л. Алеев, М.Вовк, В. Горбанев, А. Шевченко СССР. № 2436412/28-13; заявл. 03.01.77; опубл. 30.11.82, Бюл. № 44. 8. Bioelectrically controlled electric stimulator of human muscles: United States Patent 4,165,750 Aug. 28, 1979. 9. Elektrischer Anreger fur Menschenmuskeln mit bioelektrisher Steuerung : Deutshes Patentamt DE 2 811 463. 14.03.85. 10. Вовк М.І., Кифорено С., Котова А. Биологическая и биотехническая системы как целенаправленные. Управляющие системы и машины. 2005. № 3. С.16–24. 11. Гриценко В.І., Котова А., Вовк М. и др. Інформаційні технології в біології та ме- дицині. Курс лекцій. Київ: Наук. думка. 2007. 382 с. 12. Вовк М.И. Биоинформационная технология управления движениями человека. Кибернетика и вычислительная техника. 2010. Вып. 161. С. 42–52. 13. «Тренар» — инновационная технология восстановления движений. Матеріали Міжнародного науково-практичного форуму «Наука і бізнес — основа розвитку економіки» — Дніпропетровськ, 2012. С.204–206. 14. Вовк М.И. Биоинформационная технология управления движениями как направ- ление биологической и медицинской кибернетики. Кибернетика и вычислитель- ная техника. 2013. Вып. 174. С. 56–70. 15. Вовк М.И. Новые возможности восстановления двигательных и речевых функ- ций. Кибернетика и вычислительная техника. 2016. Вып.186. С. 78–93. 16. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М.: Медицина, 1975. 447 с. 17. Спосіб керування рухами людини: пат. 41795 Україна: МПК А61 N 1/36, № u 200814822; заявл. 23.12.08; опубл. 10.06.09, Бюл. № 11. 4 c. 18. Електростимулятор: пат. 32376 Україна: МПК А61N 1/36, № u 2008 00632; за- явл. 18.01.08; опубл. 12 .05.08, Бюл. № 9. 4 с. М.И. Вовк ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 64 19. «Апарат для електростимуляції з біокеруванням ТРЕНАР-01. Методика викорис- тання» / М. Вовк, В. Іванов, А. Шевченко// Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 26 836, Україна. — 09.12.2008. 20. «Апарат для електростимуляції з біологічним зворотним зв’язком ТРЕНАР-02. Методика використання» / М. Вовк, В. Горбаньов, А. Шевченко // Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 37243. —Україна — 04.03.2011. 21. Кольцова М.М. Двигательная активность и развитие функций мозга ребенка. М.: Педагогика, 1973. 143 с. 22. Спосіб лікування мовних порушень у хворих на пухлини головного мозку: патент на корисну модель № 42627 Україна, МПК (2006.01), A61N 1/36. № u200902139; заявл. 11.03.2009, опубл. 10.07.09, Бюл. № 13. 4 с. 23. Вовк М.І., Галян Е.Б. Восстановление моторного компонента речи на базе управ- ления мышечными движениями. Теоретическое обоснование. Кибернетика и вы- числительная. техника. 2012. Вып. 167. С.51–60. 24. Спосіб лікування мовних порушень: пат. на винахід № 111388 Україна, МПК (2006.01), A61N 1/36; № а 2014 06 092; заявл. 03.06.2014, опубл. 25.04.16, Бюл. № 8. 4 с. 25. Галян Е.Б. Специализированный программный модуль технологии восстановле- ния речи, архитектура и функциональное взаимодействие его компонентов. Управляющие системы и машины. 2014. № 6. С. 52–58. 26. Вовк М.І., Галян Є.Б. Организация интеллектуального управления движениями кисти для восстановления речи. Кибернетика и вычислительная техника. 2016. Вып. 184. С. 25–43. 27. Вовк М.И., Пелешок С.Р., Галян Е.Б., Овчаренко М.А. Методика оценки мотор- ных и сенсорных нарушений речи. Сборник статей науч.-информ. центра «Зна- ние» по материалам XІ международной заочной научно-практической конферен- ции: «Развитие науки в XXI веке» 3 ч., г. Харьков: сборник со статьями. Д.: нау- чно-информационный центр «Знание», 2016. С. 70–76. Получено 28.12.2016 REFERENCES 1. Inventor's certificate 190525 USSR. The method of motor control / L. Aleev, S. Buni- movich. No 1019769/31-16; claimed 26.06.65; published 29.12.66, Bull. No 2. (in Russian). 2. Aleev L.S. Bioelectrical system “Mioton” and motor functions of a person. Bull. of AS of USSR. 1969. Iss. 4. P. 70–80 (in Russian). 3. Inventor's certificate 321 245 USSR. The method of motor control of a person / L. Aleev, S. Bunimovich, M. Vovk, V. Gorbanev, A. Shevchenko. No1455753/31-16; claimed 22.06.1970; registered 03.09.1971. (in Russian). 4. Aleev L.S., Vovk M.I., Gorbanev V., Shevchenko A. «Mioton» in motor control. Kiev: Nauk. dumka, 1980. 142 p. (in Russian). 5. Judin A.V., Shikova T.N. Miotonoterapiya in treatment of neuropathies. City Clinical Hospital №1 Togliatti. URL: http://www.f-med.ru/scient/nt_mitonoterapia.php (in Rus- sian) (date of the application:11.11.16). 6. Inventor's certificate 929 054 USSR. Multichannel device for adaptive bioelectrical motor control of a person / L. Aleev, M. Vovk, V. Goranev, A. Shevchenko. No 2428608/28-13; claimed 13.12.76; published 23.05.82, Bull. № 19 (in Russian). 7. Inventor's certificate 976 952 USSR Multichannel device for adaptive bioelectrical mo- tor control of a person / L. Aleev, M. Vovk, V. Goranev, A. Shevchenko. No 2436412/28-13; claimed 03.01.77; published 30.11.82, Bull. №44. (in Russian). 8. Bioelectrically controlled electric stimulator of human muscles: United States Patent 4,165,750 Aug. 28, 1979. 9. Elektrischer Anreger fur Menschenmuskeln mit bioelektrisher Steuerung: Deutshes Patentamt DE 2 811 463. 14.03.85 (in German). Биотехнические системы управления двигательными функциями человека ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 65 10. Vovk M.I., Kiforenko S.I., Kotova A. Biological and Biotechnical Systems as Purpose- ful Ones. Systems and Machines for Control. 2005. No 3. P.16–24 (in Russian). 11. Gritsenko V.I., Kotova A., Vovk M et.al. Information technology in Biology and Medi- cine. Lecture course. K.: Nauk. Dumka, 2007. 382 p. (in Ukrainian). 12. Vovk M.I. Bioinformatic technology of motor control of a person. Kibernetika i vyčis- litelnaâ tehnika.. 2010. Iss. 161. P. 42–52 (in Russian). 13. “Trenar” — innovative technology for motor restoration. Materials of the International scientific — practical forum «The Science and Business — a basis of development of economy». Dnepropetrovsk, 2012. P. 204–206 (in Russian). 14. Vovk M.I. Bioinformatic technology of motor control as the direction of biological and medical cybernetics. Kibernetika i vyčislitelnaâ tehnika. 2013. № 174. P. 56–70 (in Russian). 15. Vovk M.I. New opportunities for movement and speech rehabilitation. Kibernetika i vyčislitelnaâ tehnika. 2016. Iss.186. P. 78–93 (in Russian). 16. Anohin P.K. The Sketches on Physiology of Functional Systems. Moscow: Medicine, 1975. 447 p. (in Russian). 17. The method of Motor Control of a Person: pat. 41 795, Ukraine: IPC А61 N 1/36. No u 200814822; claimed 23.12.08; published 10.06.09, Bull. No 11. (in Ukrainian). 18. Electrical stimulator: patent 32376, Ukraine: IPC А61 N 1/36. No u 2008 00632; claimed 18.01.08; published 12.05.08, Bull. No 9. (in Ukrainian). 19. The Device for Electrical Stimulation with Biocontrol TRENAR-01. The Technique for Using / M. Vovk, V. Gorbanev, A. Shevchenko // The Inventor's Certificate on author’s product right № 26 836, Ukraine — 09.12.2008 (in Ukrainian). 20. The Device for Electrical Stimulation with Biofeedback TRENAR-02. The Technique for Using / M. Vovk, V. Gorbanev, A. Shevchenko // The Inventor's Certificate on au- thor’s product right № 37243, Ukraine. 04.03.2011 (in Ukrainian). 21. Koltsova М.М. Motor activity and development of the child's brain functions. М.: “Pedagogika”, 1973. 143 p. (in Russian). 22. The way to treat speech desorders: pat. UA 111388, IPC A61N 1/36. No а 2014 06 092; claimed 03.06.2014, published 25.04.2016, Bull. No 18. (in Ukrainian). 23. Vovk M.I., Galyan Ye.B. Restoring of motor component of speech based on muscle movement control. Theoretical grounding. Kibernetika i vyčislitelnaâ tehnika. 2012. № 167. P. 51–60 (in Russian). 24. The way to treat speech desorders: pat. UA, A61N 1/36, no. 111388, claimed 03.06.2014, publshed 25.04.2016, Bulletin no 18 (in Ukrainian). 25. Galyan Ye.B. Specialized software module of speech rehabilitation technology, archi- tecture and functional interaction of its components. Control Systems and Machines. 2014. Iss. 6. P. 52–58 (in Russian). 26. Vovk M.I., Galyan Ye.B. Organization of Intelligent Hand Movements Control to Re- store Speech. Kibernetika i vyčislitelnaâ tehnika. 2016. Iss. 184. P. 25–43 (in Russian). 27. Vovk M.I., Peleshok S.R., Galyan Ye.B. Ovcharenko M.A. The method of assessment of motor and sensory speech disorders. Collected papers of scientific-information center "Knowledge" based on XІ International correspondence scientific-practical conference: «The development of science in the XXI century», part 3. Kharkiv: collected papers. D.: scientific-information center "Knowledge", 2016. p. 70–76 (in Russian). Recieved 28.12.2016 М.И. Вовк ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2017. № 1 (187) 66 М.І. Вовк, канд. біол. наук, старший наук. співроб., зав.від. біоелектричного керування та медичної кібернетики e-mail: dep140@irtc.org.ua Міжнародний научно-навчальний центр інформаційних технологій та систем НАН України і МОН України, пр. Академіка Глушкова, 40, м. Київ, 03680 ГСП, Україна БІОТЕХНІЧНІ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ РУХОВИМИ ФУНКЦІЯМИ ЛЮДИНИ Розглянуто еволюцію синтезу біотехнічних систем керування руховими функціями, як зовнішніх контурів керування — «Міотон», «Міокор», адаптивних «Міостимул», які використовуються для відновлення рухових функцій. Представлено новий клас електро- нних апаратів цифрової медицини, персональних, біологічно адекватних «Тренар». Тео- ретичною основою синтезу таких систем є обробка електроміографічних (ЕМГ) сигналів. Адекватність керування стану рухових функцій і етапу їх відновлення забезпечується різними програмами і методами. Розглянуто оригінальну технологію керування тонкою моторикою кисті для відновлення мовлення на базі апаратів «Тренар». Ключові слова: біотехнічні системи, електронні апарати, керування, реабілітація, рух, мовлення, персональний підхід, програмна електростимуляція, біологічний зворо- тний зв'язок, електроміографічний сигнал. М.І. Vovk, PhD (Biology), Senior Researcher, Head of Bioelectrical Control & Medical Cybernetics Department e-mail: dep140@irtc.org.ua International Research and Training Center for Information Technologies and Systems of the National Academy of Sciences of Ukraine and of Ministry of Education and Science of Ukraine, Glushkov ave., 40, Kiev, 03680 GSP, Ukraine BIOENGINEERING SYSTEMS FOR HUMAN MOTOR FUNCTIONS CONTROL Introduction. Movement training is one of the main factors to mobilize person’s reserves for movement restoration The purpose of the article is to present the results of theoretical and applied researches focused on synthesis of information technologies for human motion control based on bioen- gineering systems as external control circuits. Results. The evolution of bioengineering systems for motor control — multichannel electronic devices "Mioton-2", "Mioton-3M", "Mioton-604", "Miokor", adaptive device "Miostimul" and a new class of portable electronic devices of digital medicine for personal, biologically adequate, motor control "TRENAR®" are considered. Special EMG — signals processing and its transformation into informative visual and sound signals, that describe muscle contractions are used to develop different programms for muscle control. These pro- grams based on different methods of muscle electrical stimulation and biofeedback are aimed on activaton of additional brain reserves to restore motor functions. New method and tech- nology to restore motor speech, based on original technique of fine motor hand training by the technology “Trenar” is described. The results of clinical testing confirmed its effectiveness in motor speech restoration after the stroke. Conclusion. The main benefits of the technology “Trenar” that leads to the increasing in efficiency of motor and speech rehabilitation are as follows: advanced range of training pro- grams, based on different methods, original techniques of fine motor hand training allows one to select individual approach to rehabilitation process. Keywords: bioengineering systems, electronic devices, bioelectric control, muscle stimulation, biofeedback, electromyographic signal, rehabilitation, movement, speech, personal approach.

Биотехнические системы управления двигательными функциями человека

Institution

Ähnliche Einträge