Устройство для улучшения качества сна посредством сочетанной стимуляции

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для улучшения качества сна содержит измеритель электродермальной активности субъекта (14) с выделением фаз сна по величине электрического сопротивления и сигналов кожно-гальванической реакции (КГР), подключенный к паре накожных электродов (241) генератор стимулирующих электрических импульсов (24), измеритель мышечного тонуса (16), подключенный к монитору (211) блок видеостимуляции (21), подключенный к электроакустическому преобразователю (222) блок аудиостимуляции (22) и блок пробуждающей стимуляции (23). Управляющие входы указанных блоков и генератора импульсов связаны с управляющими выходами модуля анализа и управления (20), входы которого связаны с измерителем электродермальной активности и измерителем мышечного тонуса. Блок видеостимуляции формирует на экране монитора движущиеся изображения зрительных стимулов, скорость перемещений которых устанавливают в прямой зависимости от интенсивности сигналов КГР, и обнуляет указанную скорость при уменьшении интенсивности сигналов КГР ниже порогового уровня. Блок аудиостимуляции формирует звуковые образы для релаксации субъекта, параметры которых регулируются в соответствии с текущим значением электродермальной активности. Генератор импульсов подает непробуждающие импульсы при наступлении дельта-сна, регистрируемого по наличию минимумов на зависимости электродермальной активности от текущего времени. Блок пробуждающей стимуляции подает стимулы на последней РЕМ-фазе сна в заранее обусловленное время утреннего пробуждения. Модуль анализа и управления блокирует подачу звуковых образов от блока аудиостимуляции в фазах дельта-сна по сигналам от измерителя мышечного тонуса. Достигается сокращение времени засыпания и увеличение длительности дельта-фазы сна, что способствует углублению ощущения сна и повышению его качества. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может быть использовано для профилактики и лечения расстройств сна.

Известно, что сон является важной частью жизни человека. Физиологически и психологически субъективно качество сна определяется ощущением выспанности, т.е. таким состоянием, когда происходит быстрое засыпание, общая продолжительность сна является удовлетворительной для субъекта, а функциональное состояние при пробуждении характеризуется бодростью, работоспособностью и хорошим настроением. Подробные опросы пациентов с сомнологическими нарушениями свидетельствуют, что неудовлетворенность качеством сна проявляется следующими состояниями: трудность засыпания; сон поверхностный; сон с пробуждениями в середине ночи с невозможностью быстро снова заснуть; сон со сновидениями отрицательной эмоциональной окраски, вплоть до угрожающих, или с кошмарами, как правило, пробуждающими; ранние пробуждения с чувством невыспанности; вялость и пониженная работоспособность.

Благодаря достижениям в изучении нейрофизиологических механизмов сна и современной психофармакологии возникли относительно эффективные методы лекарственной коррекции, улучшающие некоторые параметры структуры сна. В последние годы появляется большое количество немедикаментозных методов коррекции отдельных проявлений диссомнических расстройств, в основе которых лежат исследования, описанные в статье Ротенберг B.C., Кочубей Б.И., Шахнарович В.М. «Динамика КГР в различных стадиях и циклах сна», ЖВНД, 1975, 4, с. 858-860.

Сокращение времени засыпания - одна из важнейших проблем сомнологии. Основным методом ускорения засыпания в современной клинической сомнологии служит прием многочисленных лекарственных средств седативного направления. Побочным фактором приема лекарств является привыкание, что приводит к снижению качества сна и его расстройствам. До сих пор такой подход рассматривался отдельно без учета возможности улучшения качества сна в зависимости от увеличения глубины самого сна. Как известно, глубина сна обусловлена насыщением сна дельта-волнами, их амплитудой, продолжительностью и консолидацией стадии медленно-волнового сна. В свою очередь, обратным показателем глубины сна являются пробуждения из ночного сна, которые при их определенной продолжительности следует оценивать как необходимость повторного засыпания. Неоднократные пробуждения в течение ночного сна также свидетельствуют о недостаточности глубины сна, отражаемой как объективно, так и субъективной оценкой спящего. Однако, в этом случае следует учесть качественную характеристику сна: если даже пробуждение из ночного сна длится более 10 минут, а индекс дельта-сна во сне в целом относительно высок, то качество сна может быть скомпенсировано, а если дельта-сна все же мало во сне, несмотря на незначительное число коротких пробуждений, то качество сна снижается. В любом случае, как длительные и частые пробуждения, так и сниженный индекс дельта-сна, отражают снижение качества сна. Сочетание ускорения засыпания, как при засыпании, так и при ночном пробуждении, с насыщением сна дельта-волнами, может являться оптимальным решением по увеличению качества ночного сна. Таким образом, как сочетание звукового воздействия при засыпании, так и последующая электростимуляция в дельта-сне способствуют в целом повышению качества сна (Индурский П.А, Маркелов В.В., Шахнарович В.М., Дементиенко В.В., Дорохов В.Б. «Низкочастотная электрокожная стимуляция кисти руки во время медленноволновой стадии ночного сна: физиологические и терапевтические эффекты», Физиология человека, 2013, т. 39, №6, с. 642-654).

Описана система для обеспечения ускорения засыпания посредством формирования звукового воздействия (музыкой, шумом и др. аудио) с контролем текущего состояния пользователя посредством КГР (кожно-гальванической реакции) или ЭДА (электродермальной активности). Это обеспечивает компьютерная система, имеющая библиотеку разных звуков (US 20150258301 (A1), Aliphcom, 17.09.2015). Известно, что для комфортного пробуждения от сна используются различные технические приемы (регулируемое освещение - RU 2536582 C2; совокупность звуков - RU 2009119300 A).

Переход от бодрствования ко сну состоит из трех этапов: релаксация (пассивное бодрствование), засыпание, дремотное состояние (первая стадия сна). Описано устройство релаксирующей стимуляции (RU 2123866 (С1), НЕЙРОКОМ, 27.12.1998), позволяющее проводить процедуру перехода от активного бодрствования к релаксации, в котором имеются блоки приема, оценки и интерпретации психофизиологического состояния ребенка, а в качестве датчика использован датчик кожно-гальванической реакции. При выполнении в виде макета фигуры живого организма блок движения связан с приводами конечностей и мимики, а источник успокаивающего звука и средства освещения размещены на макете.

Описано устройство для коррекции характеристик сна (RU 2553185 (С1), НЕЙРОКОМ, 10.06.2015 - прототип). Содержит датчик для регистрации электродермальной активности ЭДА, связанный с блоками анализа и выделения сигналов кожно-гальванической реакции КГР, генератор стимулирующих электрических импульсов, накожные электроды и модуль управления, выделение импульсов КГР и подсчет их количества N за заданный интервал времени и сопоставление с пороговым значением; режим стимуляции - при количестве N импульсов КГР, превышающем пороговое значение, включающий периодическую подачу электрических импульсов на стимулирующие электроды в течение заданного интервала времени.

Настоящее изобретение направлено на решение проблемы расширения арсенала технических средств для коррекции физического состояния субъекта во время сна и при дальнейшем бодрствовании.

Патентуемое устройство для улучшения качества сна содержит измеритель электродермальной активности субъекта с выделением фаз сна по величине электрического сопротивления и сигналов кожно-гальванической реакции (КГР), генератор стимулирующих электрических импульсов, подключенный к паре накожных электродов, связанных с микропроцессорным модулем анализа и управления.

Отличие состоит в следующем. Дополнительно введены измеритель мышечного тонуса, блок видеостимуляции, выход которого подключен к монитору, блок аудиостимуляции, выход которого подключен к электроакустическому преобразователю, блок пробуждающей стимуляции.

Управляющие входы указанных блоков и генератора стимулирующих импульсов связаны с управляющими выходами модуля анализа и управления, а входы модуля - с измерителем электродермальной активности и измерителем мышечного тонуса.

Блок видеостимуляции выполнен с возможностью формирования на экране монитора движущихся изображений зрительных стимулов, скорость перемещений которых устанавливают в прямой зависимости от интенсивности сигналов КГР и обнулении указанной скорости при уменьшении интенсивности сигналов КГР ниже порогового уровня.

Блок аудиостимуляции выполнен с возможностью формирования звуковых образов, вызывающих релаксацию субъекта, параметры которых регулируются в соответствии с текущим значением электродермальной активности.

Генератор стимулирующих электрических импульсов выполнен с возможностью подачи непробуждающих электрических импульсов через пару накожных электродов при наступлении дельта-сна, регистрируемого по наличию минимумов на зависимости электродермальной активности от текущего времени.

Блок пробуждающей стимуляции выполнен с возможностью подачи стимулов на последней РЕМ-фазе сна в заранее обусловленное время утреннего пробуждения, причем модуль анализа и управления выполнен с возможностью блокирования подачи звуковых образов от блока аудиостимуляции в фазах дельта-сна по сигналам от измерителя мышечного тонуса.

Устройство может характеризоваться тем, что измеритель электродермальной активности содержит два накожных электрода, между которыми регистрируется величина электрического сопротивления, а также тем, что звуковые образы воспроизводятся в течение не менее 30 мин и включают, но не исчерпываются следующим перечнем: эмбиентная музыка, звук метронома, бинауральные монотонные звуки, а также их комбинацией, а кроме того тем, что блок пробуждающей стимуляции содержит средства световой, акустической и тактильной стимуляции.

Технический результат состоит в сокращении времени засыпания и увеличении длительности дельта-фазы сна, что способствует углублению ощущения сна и повышению его качества.

В основе изобретения лежат следующие положения и исследования авторов. Предлагается устройство для взрослых, которое позволяет перейти от возбужденного состояния субъекта к пассивному бодрствованию. Субъект находится в постели в расслабленном состоянии. Посредством визуального воздействия интенсивность КГР (кожно-гальванической реакции) значительно снижается, а сопротивление кожи постепенно нарастает. Человек смотрит на экран, в котором медленно двигаются какие-либо две фигуры, линии или точки. Они приближаются друг к другу, затем совмещаются вместе по мере увеличения кожного сопротивления и постепенного исчезновения КГР. При определенном значении сопротивления кожи и минимальной интенсивности КГР визуальная стимуляция выключается.

Вслед или одновременно с процедурой успокоения посредством динамиков и/или наушников подается комбинация звуков (микширование звуков), составленная из нескольких стереозвуков с фильтрацией определенных частот, действующих на человека так, что тем самым достигаются специфические эффекты, способствующие медиативному состоянию, либо создающие особые эффекты, снимающие стресс и возбуждение. Звуковая стимуляция проводится таким образом, чтобы из сознания субъекта «исключались» предсонные мысли и тревоги, и проявлялось общее расслабление организма (глубокая релаксация). Во время засыпания применяется комбинированная звуковая стимуляция, составленная из эмбиентной музыки, лишенной ритмов, с заглушенными резкими звуками и высокими тонами, которая способствует ускорению погружения в глубокую релаксацию засыпающего субъекта; метронома, амплитуда звуковых импульсов которого не превышает уровень музыки, способствующий исключению каких-либо мыслей перед сном; бинауральных монотонных звуков. Каждая из указанных составляющих звуков может отдельно изменяться по мере изменения показателей кожного сопротивления, так и предварительно смикширована в единое звучание. Для контроля наступления засыпания и ее автоматической коррекции используются показатели сопротивления кожи человека (см. фиг. 1, 2) в бодрствовании, в релаксации, при засыпании и во сне. В помещении для сна не должно быть посторонних звуков, или они должны быть сведены к минимуму. Уровень комбинированного звучания не должен превышать звуковую громкость 25 dB, а на высоких тонах не более 15 dB. Расстояние источников звука от засыпающего не должно превышать 0,5 м. Длительность звука при засыпании - не менее 30 минут. По мере роста кожного сопротивления амплитуда звучания снижается (фиг. 3). Непосредственно перед засыпанием, когда кожное сопротивление приближается к максимуму, все звуковые составляющие плавно затухают (последовательное снижение звуковой амплитуды до выключения).

Существо изобретения поясняется на рисунках, где:

фиг. 1 - динамика электродермальной активности (ЭДА) при бодрствовании, засыпании и пробуждении во сне без внешнего воздействия;

фиг. 2 - к пояснению принципа функционирования устройства с внешним воздействием;

фиг. 3 - снижение амплитуды звука по мере роста кожного сопротивления;

фиг. 4 - диаграмма взаимосвязи между измеряемыми параметрами и факторами, воздействующими на сон и пробуждение;

фиг. 5 - блок-схема устройства;

фиг. 6 - алгоритм работы модуля анализа и управления; R1, R2…Ri - шкала значений сопротивления кожи; M1, М2…Mi - шкала значений мышечного тонуса.

На фиг. 1 отражена динамика сопротивления кожи в отсутствие воздействий на организм человека. На фиг. 2, фиг. 3 - динамика сопротивления кожи при сочетанном воздействии комплексного визуального, звукового воздействия и электростимуляции в дельта-сне, способствующем улучшению качества сна. Для утреннего пробуждения в определенное время последнего цикла быстрого сна при контроле сопротивления кожи (обратная связь) применяется тактильное воздействие в виде нарастающих по интенсивности вибраций, а также подача звуков природы, музыка и/или медленное нарастание освещения.

На фиг. 4 представлен пример последовательного включения аудиостимуляции для засыпания и электростимуляции в дельта-сне с общим контролем сопротивления кожи, измерением интенсивности КГР и мышечного тонуса в течение сна.

На фиг. 5 позицией 1 условно показан пациент. Приведена блок-схема устройства, где: 10 - датчик электрического сопротивления кожи, устанавливаемый на теле пациента 1; 12 - датчик мышечного тонуса; 14 - измеритель электрического сопротивления R кожи и КГР; 16 - измеритель мышечного тонуса. Информационные выходы измерителей 14 и 16 присоединены к входам блока 20 анализа и управления, имеющего несколько управляющих выходов, присоединенных к функциональным блокам 21-24.

Выход блока 20 присоединен к входу блока 21 видеостимуляции, выход которого подключен к монитору 211. Блок 21 представляет собой программно-электронное устройство, предназначенное для выработки у лежащего субъекта состояния покоя, которое достигается в результате наблюдения им за фигурами на экране монитора, которые двигаются в зависимости от меры спокойствия субъекта посредством измерения показателя кожного сопротивления.

Выход блока 20 связан с входом блока 22 для подачи аудиостимулов, выход которого подключен к электроакустическому преобразователю 222, выполненному в виде наушников или громкоговорителя. Блок 22 представляет собой электронно-программное устройство, предназначенное для включения комбинированного звука с целью первичного засыпания, которое регулируется тоническим кожным сопротивлением, и засыпания из ночных длительных пробуждений, которое регулируется как тоническим кожным сопротивлением, так и измерением мышечного тонуса.

Выход блока 20 присоединен к входу блока 23 подачи пробуждающих стимулов, выход которого подключен к преобразователю 231, выполненному, например, в виде широкополосного вибратора по типу виброзвонка и/или осветительного прибора 232 и/или акустической сигнализации от преобразователя 222.

Блок 20 представляет собой программно-электронное устройство, которое предназначено для подсчета полных циклов сна, заканчивающихся сновиденческой фазой (РЕМ), что позволяет определить время пробуждения из ночного сна.

Выход блока 20 присоединен к входу блока 24 подачи импульсов электростимуляции, выход которого подключен к накожным электродам 241. Блок 24 представляет собой программно-электронное устройство, измеряющее частоту импульсов КГР, что позволяет отслеживать фазу медленно-волнового сна и производить не пробуждающую подпороговую накожную стимуляцию для углубления ночного сна.

Во время засыпания субъект находится в постели в расслабленном состоянии (см. фиг. 2-4). Посредством динамиков и/или наушников подается комбинация звуков (микширование звуков), составленных из нескольких стереозвуков с фильтрацией определенных частот, действующих на человека так, что тем самым достигаются изощренные эффекты, способствующие медиативному состоянию, либо создающие специфические эффекты, снимающие стресс и возбуждение. Такая комплексная звуковая стимуляция проводится таким образом, чтобы из сознания субъекта «исключались» предсонные мысли и тревоги и наступало бы общее расслабление организма (глубокая релаксация). Включение комбинированного звука происходит при определенных величинах кожного сопротивления, а также с учетом величины мышечного тонуса так, чтобы избежать его включения в быстром сне, в котором, как известно, мышцы наиболее расслаблены.

Амплитуда комплексного звукового воздействия, в свою очередь, также корректируется величиной мышечного тонуса и величиной сопротивления кожи и/или кожно-гальванической реакции, информация о которой может передаваться по радиоканалу. Так, например, при низком сопротивлении кожи, что свидетельствует о недостаточной релаксации и/или высокой активности КГР, при увеличении кожного сопротивления и уменьшения или исчезновения КГР амплитуда звуков снижается. Звук следует использовать так, чтобы он не превышал звуковую амплитуду, требующую усиленного внимания. В момент достижения максимального значения кожного сопротивления (т.е. наступления сна) звуки выключаются.

Качество сна определяется многими факторами, но наиболее из них значимыми являются: 1) сокращение времени засыпания (латентный период сна) и 2) глубина сна (насыщение дельта-сна).

При нарушенном сне значительно увеличивается время засыпания, сокращается время наступления быстрого сна, а именно 1-го цикла сна от момента засыпания. При этом сокращается длительность дельта-сна, увеличивается число ночных пробуждений и их длительность. Такие нарушения сна влияют и на субъективную оценку сна: снижается ощущение глубины сна, усиливается ощущение невыспанности, ухудшается утреннее настроение.

При достижении 2-3 фазы сна сопротивление кожи снижается, и увеличивается интенсивность КГР, что запускает электростимуляцию в дельта-сне, режимы которых известны из патентов заявителя (RU 2304988, RU 2431508, а также в прототипе RU 2553185). Алгоритм работы устройства представлен на фиг. 6.

Наступление сна полисомнографически проявляется в виде полиморфной электроэнцефалограммы (ЭЭГ), с исчезновением или снижениием альфа-ритма (1 стадия) и с появлением К-комплексов и сонных веретен (2 стадия). При достижении спящим дельта-волн (3 стадия) сопротивление кожи снижается, при этом увеличивается интенсивность КГР, с помощью которой осуществляют включение подпороговой непробуждающей стимуляции, способствующей интенсификации дельта-сна. При прерывании сна, т.е. при ночных пробуждениях, длящихся более 10 минут, вновь включается звуковое воздействие, вызывающее новое погружение в сон.

Патентуемое устройство контролирует процесс смены фаз сна, определяет наступление последней РЕМ-фазы сна и, тем самым, устанавливается заранее обусловленное время утреннего пробуждения, осуществляемое тактильным воздействием, например, в виде нарастающих по интенсивности вибраций, а также утренними звуками природы или музыки (например: человеческая речь, пение, музыка, ритмы, синтезируемые звуки, звуки неживой природы и живых существ, технические звуки, шумы) и медленным нарастанием освещения, имитирующим солнечный рассвет.

Приведенные ниже примеры обосновывают достижение технического результата.

Пример 1. Пациентка М.Г., 56 лет, страдает диссомнией (780.52-9 по МКРС), которая проявлялась у нее в продолжительной трудности засыпания, длящейся не менее 1,5 часов. Также во время сна присутствовали частые ночные и длительные пробуждения. В итоге пациентка была не удовлетворена своим сном, а также последующей сниженной дневной активностью и настроением, дневной сонливостью. Она прошла краткий курс (3 ночи в лаборатории сна, из них - 1-я ночь фоновая) терапии расстройств сна с представленным в патенте устройством. Сразу в постели пациентке на дисплее предъявлялось изображение из двух окружностей, которые сходились к единому центру при росте успокоения. Затем выключался свет и пациентке предъявлялись негромкие комбинированные звуки из стереодинамиков, которые по мере углубления релаксации становились тише и глуше. Через 12 минут (а в третью ночь - 9 минут) после этого ЭЭГ стала полиморфной, интенсивность альфа-ритма уменьшилась, а с проявлением первых сонных веретен и К-комплексов через 13 минут звуковое воздействие прекратилось. Дельта-сон наступил намного раньше, чем в первую ночь в лаборатории, при этом включилась непробуждающая электростимуляция на ладони руки. Дельта-фаза была непрерывна и продолжалась свыше 45 минут против 16 минут в первую ночь (в третью ночь дельта-фаза длилась 54 минуты). Первый цикл сна был непрерывен. Во втором цикле сразу после РЕМ сна произошло пробуждение (в 3-ю ночь было лишь одно краткое пробуждение - 2 минуты). Через 10 минут пациентке снова предъявили комбинированные звуки, как при засыпании, и через 5 минут она вновь заснула. Утром пациентка проснулась по завершению 4-го цикла сна посредством блока низкоамплитудной низкочастотной тактильной вибрации. Архитектура сна в сравнении с 1-й ночью нормализовалась. Пациентка после пробуждения отметила полную удовлетворенность сном, глубиной сна и улучшение настроения, прилив энергии. В течение последующего дня проявила повышенную работоспособность и активность.

Пример 2. Испытуемый С.И., 28 лет, испытывал до посещения лаборатории сна трудность засыпания (не мог заснуть до 2-3 часов ночи) и частые ночные продолжительные пробуждения, а также дневную сонливость и сниженную работоспособность. Пациент прошел курс из 3-х ночей в лаборатории сна с устройством, представленным к патенту. Сразу с первой ночи длительность засыпания сократилась до 40 минут, пробуждения сократились. В следующую ночь в лаборатории с патентуемым устройством, длительность засыпания сократилась до 22 минут, дельта-сон со стимуляцией увеличился почти вдвое в первом цикле сна, пробуждения стали редкими и короткими. Нормализовалась архитектура сна. Сновидения стали ровными, сюжетными. После утреннего пробуждения, испытуемый почувствовал прилив сил, настроение значительно улучшилось.

Пример 3. Испытуемая А.М., 26 лет, длительное время страдала трудностями засыпания (не могла уснуть до 1-2 часов ночи), сон протекал неглубоко и прерывисто. Сновидения практически всегда были пугающие, кошмарные. Прошла курс из 3-х ночей в лаборатории сна (1-я ночь - фоновая). В первую ночь с патентуемым устройством засыпание сократилось до 8 минут, а во вторую ночь с устройством - до 6 минут. Дельта-сон под действием электрической не пробуждающей стимуляции возрос в целом, в 1-м цикле до 48 минут против 34 минут в первую ночь, а во втором цикле - до 42 минут (21 минута в первую ночь). Пробуждения значительно сократились, дельта-сон консолидировался, нормализовалась архитектура сна. Сновидения стали спокойными, приятными. Утреннее настроение улучшилось, повысилась физическая активность и работоспособность.

1. Устройство для улучшения качества сна, содержащее измеритель электродермальной активности субъекта с выделением фаз сна по величине электрического сопротивления и сигналов кожно-гальванической реакции (КГР), генератор стимулирующих электрических импульсов, подключенный к паре накожных электродов, связанные с микропроцессорным модулем анализа и управления,

отличающееся тем, что

дополнительно введены измеритель мышечного тонуса, блок видеостимуляции, выход которого подключен к монитору, блок аудиостимуляции, выход которого подключен к электроакустическому преобразователю, блок пробуждающей стимуляции, при этом

управляющие входы указанных блоков и генератора стимулирующих импульсов связаны с управляющими выходами модуля анализа и управления, а входы модуля - с измерителем электродермальной активности и измерителем мышечного тонуса, причем

блок видеостимуляции выполнен с возможностью формирования на экране монитора движущихся изображений зрительных стимулов, скорость перемещений которых устанавливают в прямой зависимости от интенсивности сигналов КГР и обнулении указанной скорости при уменьшении интенсивности сигналов КГР ниже порогового уровня;

блок аудиостимуляции выполнен с возможностью формирования звуковых образов, вызывающих релаксацию субъекта, параметры которых регулируются в соответствии с текущим значением электродермальной активности;

генератор стимулирующих электрических импульсов выполнен с возможностью подачи непробуждающих электрических импульсов через пару накожных электродов при наступлении дельта-сна, регистрируемого по наличию минимумов на зависимости электродермальной активности от текущего времени;

блок пробуждающей стимуляции выполнен с возможностью подачи стимулов на последней РЕМ-фазе сна в заранее обусловленное время утреннего пробуждения, причем модуль анализа и управления выполнен с возможностью блокирования подачи звуковых образов от блока аудиостимуляции в фазах дельта-сна по сигналам от измерителя мышечного тонуса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измеритель электродермальной активности содержит два накожных электрода, между которыми регистрируется величина электрического сопротивления.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что звуковые образы воспроизводятся в течение не менее 30 мин.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок пробуждающей стимуляции содержит средства световой, акустической и тактильной стимуляции.