Способ диагностики и развития уровня когнитивно-моторных способностей человека

Изобретение относится к области медицины, к диагностике и развитию когнитивно-моторных способностей человека. Способ заключается в следующем: исследователь выбирает программу диагностики и/или развития из библиотеки программно-аппаратного комплекса (ПАК), содержащего средства видеоконтроля действий человека и средства визуализации контента на поле его действий. На плоском или с заданным рельефом вертикальном поле оптическим способом визуализируются в заданном месте, заданных конфигурации и размера зоны, которые сигнализируют испытуемому о месте выполнения заранее оговоренных действий при выполнении теста или упражнения. Особенностью является то, что диагностика или развитие испытуемого проводится с носимым устройством, формирующим у испытуемого дополненную реальность, предъявляемую ему в виде дополненных изображений виртуальной стены заданной толщины и прозрачности с заданным количеством отверстий заданных размера и конфигурации. Задача испытуемого человека: вставить руку в указанное условной подсветкой программно-аппаратного комплекса виртуальное отверстие, не задевая его краев, и/или переложить выбранный для теста или упражнения предмет из одной руки в другую через соседние, указанные иной оговоренной подсветкой отверстия в виртуальной стене. Любое касание стены рукой или предметом, используемым в тестах и упражнениях, считается ошибкой при выполнении задания. Для визуального контроля над действием своих рук испытуемому предъявляется изображение стены заданной прозрачности, которая выбирается исследователем в зависимости от функционального состояния или подготовленности испытуемого. ПАК регистрирует правильность действий испытуемого человека, которые предварительно объясняются ему исследователем, формирует банк данных ошибок, их характеристики и в случае необходимости подает испытуемому звуковые или световые сигналы для корректировки его действий в режиме реального времени. По максимальной скорости действий испытуемого, точности выполнения предложенных тестов или упражнений, а также величине отверстий в виртуальной стене судят об уровне когнитивно-моторных способностей испытуемого. Изобретение обеспечивает повышение эффективности оценки и развития уровня когнитивно-моторных способностей человека, связанных с манипулятивной функцией рук.

 

Изобретение относится к области медицины, к диагностике и развитию когнитивно-моторных способностей человека. Прежде всего, изобретение будет полезно специалистам, нуждающимся в современных средствах медицины для реабилитации пациентов с нейромоторными нарушениями и усовершенствования программ лечебной физкультуры с развитием манипулятивной функции рук. Вместе с тем, данное изобретение предназначено для функциональной подготовки специалистов, а также создания аттракционов или игровых программ.

В настоящее время достаточно хорошо проработаны вопросы оценки и развития когнитивно-моторных способностей человека, предпринимаются попытки предоставления целостных, научно обоснованных методик их развития, а также эффективных методов диагностики этих способностей [1,2]. Однако при реализации данных подходов еще не полностью используется современный потенциал информационных технологий, инновационных средств визуализации, включая средства дополненной реальности, которые заслуживают пристального внимания со стороны специалистов медицины и оздоровительно-реабилитационной физической культуры.

Уровень техники. Из доступных источников известно большое количество тренажеров и технических приспособлений для развития рук [3,4].

Вместе с тем известна интерактивная система виртуальной реальности для пациентов с нейромоторными нарушениями «Нирвана» – система, обеспечивающая полное сенсорное погружение (акустическое и визуальное) в виртуальную реальность [5]. Данная система воспроизводит сценарии, которые могут быть спроецированы на горизонтальные и вертикальные поверхности: пациент может взаимодействовать с виртуальной средой естественным образом, двигаясь на фоне спроецированных изображений. Такая технология применима для любого реабилитационного учреждения, оказывающее терапевтическое лечение для пациентов с когнитивным дефицитом и дефицитом моторики нижних и верхних конечностей. Описанный программно-аппаратный комплекс – это эффективное средство для реабилитации после поражений центральной нервной системы (например, в результате инсульта) или же при хронических и прогрессирующих неврологических заболеваниях (например, болезнь Паркинсона или рассеянный склероз). Система включает в себя предустановленный набор упражнений для верхних и нижних конечностей и корпуса тела в помощь врачам-терапевтам. Некоторые упражнения, направленные на восстановление контроля моторных функций и реабилитации, могут использоваться в комплексе при нескольких расстройствах, как, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз и односторонний паралич.

Помимо нескольких режимов и возрастающих уровней сложности, каждое задание определяется множественными обратными сенсорными связями: в сравнении с традиционным терапевтическим подходом пациент получает мощные когнитивные и моторные стимулы, что повышает его мотивацию к исполнению более сложных упражнений.

Недостаток – низкие функциональные возможности. Отсутствие возможности формирования упражнений и тестов со сложными пространственно-временными характеристиками.

По патенту [6] известно применение средств дополненной реальности в спортивной тренировке. В данном способе подготовка спортсменов проводится с устройствами, формирующими дополненную реальность, предъявляемую им в виде дополненных изображений разрешенных и запрещенных светодинамических зон на игровом поле и/или не лежащих в плоскости игрового поля заданного количества плоских и/или объемных изображений других игроков и/или объектов окружающего пространства. Формируемые изображения непредсказуемо для спортсмена, по заданной программе программно-аппаратного комплекса, меняют прозрачность, расцветку, форму игроков и объектов, их размер, объем, скорость перемещения и положение в объеме заданного тренировочного пространства.

Недостатком данного способа является его ограниченная функциональная возможность для развития манипулятивной функции рук.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности оценки и развития уровня когнитивно-моторных способностей человека, связанных с манипулятивной функцией рук.

Технический результат достигается тем, что исследователь выбирает программу диагностики и/или развития из библиотеки программно-аппаратного комплекса (ПАК), содержащего средства видеоконтроля действий человека и средства визуализации контента на поле его действий. На плоском или с заданным рельефом вертикальном поле оптическим способом визуализируется в заданном месте, заданной конфигурации и размера зоны, которые сигнализируют испытуемому о месте выполнения заранее оговоренных действий при выполнении теста или упражнения. Причем новым является то, что диагностика и/или развитие испытуемого проводится с носимым устройством, формирующим у испытуемого дополненную реальность, предъявляемую ему в виде дополненных изображений виртуальной стены заданной толщины и прозрачности с заданным количеством отверстий заданного размера и конфигурации.

Задача испытуемого человека: вставить руку в указанное условной подсветкой программно-аппаратного комплекса виртуальное отверстие, не задевая его краев и/или переложить выбранный для теста или упражнения предмет из одной руки в другую через соседние указанные иной оговоренной подсветкой отверстия в виртуальной стене. Любое касание стены рукой или предметом, используемым в тестах и упражнениях, считается ошибкой при выполнении задания.

Для визуального контроля над действием своих рук испытуемому предъявляется изображение стены заданной прозрачности, которая выбирается исследователем в зависимости от функционального состояния или подготовленности испытуемого.

Программно-аппаратный комплекс регистрирует правильность действий испытуемого человека, которые предварительно объясняются ему исследователем, формирует банк данных ошибок, их характеристики и в случае необходимости подает испытуемому звуковые или световые сигналы для корректировки его действий в режиме реального времени.

По максимальной скорости действий испытуемого, точности выполнения предложенных тестов или упражнений, а также величине отверстий в виртуальной стене судят об уровне когнитивно-моторных способностей испытуемого.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Предлагаемый способ диагностики и развития когнитивно-моторых способностей человека осуществляется следующим образом. Исследователь выбирает из библиотеки компьютерных программ ту, которая, по его мнению, соответствует уровню возможностей испытуемого.

На испытуемом закрепляют средства, формирующие дополненную реальность. Это могут быть линзы, очки или шлем дополненной реальности. Испытуемый сидит или стоит в помещении или на открытом пространстве. Ему объясняют задание и условия выполнения теста или тренировки. Далее, после команды «Старт» испытуемому предъявляется изображение виртуальной стены заданной толщины с изображением отверстий заданной формы и размера. Испытуемый по заданию исследователя выполняет заданное количество раз последовательное или одновременное перемещение рук в отверстия стены, которые могут быть выделены различной подсветкой ПАК. При этом испытуемый старается не задевать края отверстий виртуальной стены. В зависимости от задач исследователя, этапа тестирования или тренировки конфигурация сформированного изображения стены с отверстиями может быть представлена большим многообразием форм и размеров ее отверстий. Для визуального контроля над действием своих рук с противоположной от испытуемого стороны стены, испытуемому на первых этапах занятий, предъявляется стена заданной прозрачности. Уровень прозрачности выбирается исследователем в зависимости от функционального состояния испытуемого. «Стена» может быть представлена с круглыми, квадратными или иными по форме отверстиями разных или одинаковых размеров, толщина стены также может задаваться исследователем в широком диапазоне размеров.

Кроме большого разнообразия быстро перенастраиваемых конфигураций стены современными средствами дополненной реальности, возможно многоцветное формирование участков или отдельных элементов-отверстий. Например, выделение красным цветом отверстия может указывать испытуемому на выполнения упражнения правой рукой, а выделение зеленым цветом – левой рукой. Программно-аппаратный комплекс, содержащий систему видеоконтроля, регистрирует правильность действий испытуемого человека, которые предварительно объясняются ему исследователем. ПАК формирует банк данных ошибок, их характеристики и в случае необходимости подает испытуемому звуковые или световые сигналы для корректировки его действий в режиме реального времени. Эти дополнительные ресурсы открывают практически неограниченные возможности исследователю в его работе над новыми информативными тестами, методиками оценки и развития когнитивно-моторных способностей человека. Следует добавить, что при исследовании разновозрастных групп такие подходы и технические средства позволят адаптировать систему на физические возможности испытуемого, обеспечивая тем самым проведение теста-тренировки на пределе возможностей каждого человека.

Пример. На испытуемом студенте, возраст которого 20 лет, фиксируют очки дополненной реальности. Ему объясняется задача теста: после команды «Старт» и предъявления дополненной реальности – стены с отверстиями, взять со стола теннисный мяч правой рукой, переложить его в левую руку через отверстия виртуальной стены и положить мяч на прежнее место как можно быстрее, не касаясь краев виртуальной стены. При этом размер отверстий и их взаиморасположение (диаметр - 25 см, расстояние между центрами отверстий – 60 см), а также место расположения отверстий (напротив груди испытуемого) задается исследователем из библиотеки ПАК. Затем исследователь, оценивая правильность понимания теста, дает возможность испытуемому выполнить 3 раза пробную тренировочную передачу мяча через отверстия стены. Для упрощения тестового задания, на данном этапе, исследователь предъявляет средствами дополненной реальности полупрозрачный вариант стены, что позволяет испытуемому осуществлять визуальный контроль над действиями своих рук. После всех приготовлений к тесту, одновременно с включением секундомера звучит команда «Старт». Испытуемый успешно (5,5 сек) выполняет предъявленное задание. Данные теста заносятся в архив, сопоставляются со среднестатистическими данными других тестов и таблицами соответствующих методик, по которым дается заключение об уровне ряда компонентов когнитивно-моторных способностей данного человека.

Очевидно, что совокупность приемов воздействия материальным объектом над материальным объектом и порядок практических действий в данном изобретении обеспечивает достижение заявленного технического результата.

При осуществлении заявляемого способа могут использоваться известные технические решения и средства, для создания упражнений и тестов может быть использовано известное или оригинальное программное обеспечение.

Использование данного способа показывает эффективность и высокий потенциал предлагаемого изобретения. Средствами дополненной реальности, без использования дорогостоящих программно-аппаратных средств создан высокоэффективный быстро перенастраиваемый инструмент для пациентов и исследователей. Используемые в изобретении средства дополненной реальности, с автоматическим или визуальным контролем действий испытуемого, который может осуществляться на экранах или мониторах исследователей, могут применяться для решения и других задач: разноплановые тренировки, игры, аттракционы и т.д.

Предложенное изобретение формирует условия, которые имеют методические преимущества по сравнению с известными подходами в медицине и лечебной физкультуре. Данный способ при помощи системы видеоанализа позволяет определить количественные показатели когнитивно-моторных способностей человека в большом диапазоне пространственно-временных характеристик тестов. Сравнивая количественные результаты разновременных тестов, можно определить динамику развития уровня когнитивно-моторных способностей человека.

Таким образом, заявляемый способ с предложенными техническими ресурсами обладает новыми свойствами. Являясь эффективным инструментом, данный способ расширяет арсенал исследовательских и развивающих средств человека. Бесспорно, что предложенный способ позволяет получить количественные данные, которые ранее были недоступны для специалистов.

Источники информации:

1. Лях В.И. Координационные способности: диагностика и развитие. - М.: ТВТ Дивизион, 2006. – 290 с.

2. Медведева Н.А. Диагностика и формирование когнитивно-моторных и когнитивно интеллектуальных компонентов способностей одаренных детей и выявление их взаимосвязи : Дис. канд. психол. наук : 19.00.01 : Ставрополь, 2002, 165 c.

3. https://lfkplus.ru/lfk-plyus/o-trenazherax-dlya-ruki-posle-insulta.html

4. https://rehab-life.ru/trenazhery-dlya-vosstanovleniya-funkciy-ruk

5. https://physiomed.upacom.ru/sistemy/nirvana

6. Патент Евразийский 027931, МПК A63B 69/00. Способ тактико-технической подготовки спортсменов / Афоньшин В.Е., Роженцов В.В., Рыбаков А.Е. заявл. 17.02.2014, опубл.29.09.2017. Бюл. №9 – 7 с.

Способ диагностики и развития уровня когнитивно-моторных способностей человека, где исследователь выбирает программу диагностики и/или развития из библиотеки программно-аппаратного комплекса, содержащего средства видеоконтроля действий человека и средства визуализации контента на поле его действий; на плоском или с заданным рельефом вертикальном поле оптическим способом визуализируются в заданном месте, заданных конфигурации и размера зоны, которые сигнализируют испытуемому о месте выполнения заранее оговоренных действий при выполнении теста или упражнения, отличающийся тем, что диагностика и/или развитие испытуемого проводится с носимым устройством, формирующим у испытуемого дополненную реальность, предъявляемую ему в виде дополненных изображений виртуальной стены заданной толщины и прозрачности с заданным количеством отверстий заданных размера и конфигурации; задача испытуемого человека: вставить руку в указанное условной подсветкой программно-аппаратного комплекса виртуальное отверстие, не задевая его краев, и/или переложить выбранный для теста или упражнения предмет из одной руки в другую через соседние указанные иной оговоренной подсветкой отверстия в виртуальной стене; любое касание стены рукой или предметом, используемым в тестах и упражнениях, считается ошибкой при выполнении задания; для визуального контроля над действием своих рук испытуемому предъявляется изображение стены заданной прозрачности, которая выбирается исследователем в зависимости от функционального состояния или подготовленности испытуемого; программно-аппаратный комплекс регистрирует правильность действий испытуемого человека, которые предварительно объясняются ему исследователем, формирует банк данных ошибок, их характеристики и в случае необходимости подает испытуемому звуковые или световые сигналы для корректировки его действий в режиме реального времени; по максимальной скорости действий испытуемого, точности выполнения предложенных тестов или упражнений, а также величине отверстий в виртуальной стене судят об уровне когнитивно-моторных способностей испытуемого.