Устройство для создания пространственной дезориентации у человека - RU2425667C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к медицине, а именно к области психофизиологических исследований.

Известно устройство для уменьшения отрицательного действия гравитационного поля Земли на организм человека, содержащее основание, несущую конструкцию, подвижно установленную на основании, и закрепленные на несущей конструкции кресло с сидением и спинкой, объект работы и периферийное оборудование (RU 2215512 С1, 10.11.2003).

Известно также устройство для уменьшения отрицательного действия гравитационного поля Земли на организм человека (RU 2290157 С2, 27.12.2006).

Устройство, известное из патента RU 2290157, выбрано в качестве прототипа, поскольку содержит максимальное количество признаков, сходных с признаками предлагаемого технического решения.

Устройство по патенту RU 2290157 содержит, как и заявленное, основание и подвижно установленную на основании несущую конструкцию, включающую опорный элемент, оснащенный направляющими роликами, несущий элемент, выполненный в форме кольца, установленного на направляющих роликах с возможностью вращения относительно центральной оси кольца, и закрепленные на кольце кресло с сидением и спинкой, визуальный объект и оборудование.

В обычных условиях восприятие пространства и пространственные оценки действительности формируются под воздействием постоянного гравитационного поля Земли и основаны на взаимосогласованной информации от рецепторов органов чувств к головному мозгу. Отражение реальной действительности, контроль местоположения и перемещения человека в пространстве осуществляется корковыми и подкорковыми функциональными системами головного мозга. Внешние и внутренние раздражители поступают по афферентным потокам от рецепторов к анатомо-физиологическим системам - анализаторам (к анализаторам относятся все органы чувств). Функциональные системы головного мозга непрерывно анализируют интенсивность и взаимосогласованность раздражителей, поступающих от рецепторов органов чувств. Корковые центры головного мозга сравнивают полученные данные с предыдущим опытом и оценивают окружающую действительность как реальную - привычную и спокойную, необычную и тревожную или опасную.

При резком изменении афферентации (интенсивности возбуждений) со стороны любого из названных анализаторов, как и противоречивости информации от различных анализаторов, развивается рассогласование функциональных систем восприятия пространства и, как следствие, нарушение пространственной ориентации. Мозг оценивает эту ситуацию как опасную, и функциональные системы головного мозга активизируют контроль над другими анализаторами с целью подтверждения соответствия окружающей реальной действительности неадекватной афферентации. При отсутствии неадекватных сигналов со стороны остальных анализаторов их сигналы (сигналы остальных анализаторов) становятся доминирующими, так как не противоречат предыдущему опыту и поэтому неадекватная афферентация не воспринимается как реальная действительность.

При просмотре динамичного видеоряда (фильма, компьютерной игры) мозг получает мощный поток визуальной информации с экрана (монитора), но, не получая при этом адекватных раздражающих сигналов от других анализаторов (вестибулярного аппарата, проприорецепторов, тактильных рецепторов, висцеральных рецепторов, слухового анализатора), не воспринимает данную информацию как события реально происходящие с человеком. Периферические рецепторы различных органов чувств дают информацию о параметрах окружающей действительности.

Зрительный анализатор воспринимает излучаемый и отраженный свет и является высокодифференцированным источником информации пространственного взаиморасположения и перемещения объектов. При этом центральное - сфокусированное зрение дифференцирует объекты, определяет их взаиморасположение, расположение относительно наблюдателя, также отслеживает их взаимное перемещение и перемещение относительно наблюдателя. Периферическое зрение дифференцирует направление и скорость перемещения объектов относительно наблюдателя. Вестибулярная система человека воспринимает изменения положения головы относительно гравитационной вертикали и состоит из трех взаимно перпендикулярных полукружных каналов слева и справа, которые играют роль датчиков угловых ускорений, и двух пар отолитовых органов, которые реагируют на линейные ускорения и движения головы относительно гравитационной вертикали.

Вестибулярная система тесно связана с периферическим полем зрения в корковых представительствах центральной нервной системы. Она по существу является дополнением и продолжением периферического зрения человека, обеспечивающего пространственную ориентацию относительно плоскости земной поверхности. При неадекватных возмущениях вестибулярной системы предпочтение (контроль) в определении пространственного положения и перемещения человека отдается периферическому зрению.

Проприорецепторы мышц, костей, суставов и внутренних органов воспринимают действие гравитационного поля, информируют мозг о силе давления тела на опору под воздействием гравитационного поля Земли или под воздействием ускорения (при перемещении тела в пространстве). Тактильные рецепторы кожи воспринимают наличие контакта с окружающими объектами, информируют мозг о локализации и площади контакта. Проприорецепторы и тактильные рецепторы тесно связаны в корковых представительствах центральной нервной системы и дополняют друг друга.

Слуховой анализатор воспринимает колебания воздуха, вызываемые движущимися объектами, определяет локализацию и направление перемещения звучащих объектов, интенсивность общего звукового фона.

Висцеральные рецепторы воспринимают низкочастотные колебания и вибрацию, информируют мозг об их интенсивности, формируют общее недифференцированное восприятие окружающей действительности. В зависимости от интенсивности афферентации мозг определяет степень опасности окружающего пространства (среды). При появлении низкочастотных колебаний в диапазоне 3-20 герц у человека появляется немотивированное чувство тревоги, опасности, которое обостряет остальные органы чувств.

Работа предлагаемого устройства направлена на формирование искусственного рассогласованного и противоречивого стимулирования всех органов чувств (анализаторов - зрительных, вестибулярных, слуховых, тактильных, проприоцептивных, висцеральных) для создания пространственной дезориентации.

Таким образом, задача изобретения состояла в использовании особенностей деятельности мозга по контролю положения человека в пространстве для создания нарушений этой функции, с целью формирования реалистического восприятия искусственного визуально-звукового ряда.

Технический результат заключается в создании пространственной дезориентации у человека с целью формирования реалистического восприятия искусственного визуально-звукового ряда путем использования особенностей деятельности мозга по контролю положения человека в пространстве.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для создания пространственной дезориентации у человека, содержащем основание и подвижно установленную на основании несущую конструкцию, включающую опорный элемент, оснащенный направляющими роликами, несущий элемент, выполненный в форме кольца, установленного на направляющих роликах с возможностью вращения относительно центральной оси кольца, и закрепленные на кольце кресло с сидением и спинкой, визуальный объект и оборудование, согласно изобретению основание выполнено в форме прямоугольной плиты и снабжено вертикально установленными по углам плиты телескопическими опорами с выдвижными штангами. Опорный элемент включает в себя прямоугольную платформу, размещенную на верхних концах выдвижных штанг, и по меньшей мере две стойки, нижний конец каждой из которых жестко закреплен на платформе, а на верхнем конце установлен направляющий ролик, электропривод, установленный на верхней поверхности платформы, кинематически связанный с электроприводом ведущий ролик, взаимодействующий с кольцом, и механизм перемещения, состоящий из упругого элемента, опоры, взаимодействующей с поверхностью основания через упругий элемент, поперечной каретки с электроприводом, установленной на опоре, продольной каретки с электроприводом, установленной на поперечной каретке и жестко закрепленной к нижней поверхности платформы. В состав визуального объекта входит центральный монитор и по меньшей мере два боковых монитора. В состав оборудования входит закрепленные на кольце по меньшей мере два громкоговорителя, низкочастотный усилитель и сабвуфер, размещенные за спинкой кресла, и источник низкочастотных колебаний, расположенный под сидением кресла. При этом устройство снабжено надувной пневматической подставкой для ног, размещенной на платформе, компрессором, закрепленным на платформе и соединенным воздушной линией с подставкой для ног, двухосевым датчиком горизонта, установленным на платформе, и электрически связанными блоком питания, коммутатором и компьютером. Причем компьютер входом электрически связан с двухосевым датчиком горизонта, а выходом - с коммутатором, выходы которого электрически связаны с электроприводами соответственно продольной и поперечной кареток.

Кроме того, упругий элемент механизма перемещения может быть выполнен в форме пружины.

Рекомендуется, чтобы каждая телескопическая опора была снабжена электроприводом для перемещения выдвижной штанги по вертикальной оси и фиксации в заданном положении.

Предусмотрено, что блок питания, коммутатор и компьютер могут быть установлены на основании.

На фиг.1 показано устройство для создания пространственной дезориентации у человека (вид сбоку).

На фиг.2 показано изменение положение человека вместе с визуальными объектами и оборудованием из положения сидя в положение лежа.

На фиг.3 показано устройство для создания пространственной дезориентации у человека в динамике (вид сбоку и сзади).

Устройство для создания пространственной дезориентации у человека содержит основание (1) и подвижно установленную на основании несущую конструкцию, включающую опорный элемент, оснащенный направляющими роликами (2), несущий элемент, выполненный в форме кольца (3), установленного на направляющих роликах (2) с возможностью вращения относительно центральной оси кольца (3), и закрепленные на кольце кресло (4) с сидением и спинкой, визуальный объект и оборудование. Основание (1) выполнено в форме прямоугольной плиты и снабжено вертикально установленными по углам плиты телескопическими опорами (5) с выдвижными штангами (6). Опорный элемент включает в себя прямоугольную платформу (7), размещенную на верхних концах выдвижных штанг (6), и по меньшей мере две стойки (8), нижний конец каждой из которых жестко закреплен на платформе. На верхнем конце стоек установлен направляющий ролик (2). Также опорный элемент имеет электропривод (9), который установлен на верхней поверхности платформы (7), ведущий ролик (10), кинематически связанный с электроприводом и взаимодействующий с кольцом (3), и механизм перемещения. Механизм перемещения состоит из упругого элемента (11), опоры (12), взаимодействующей с поверхностью основания (1) через упругий элемент (11), поперечной каретки (13) с электроприводом (27), установленной на опоре, продольной каретки (14) с электроприводом (26), установленной на поперечной каретке и жестко закрепленной к нижней поверхности платформы. В состав визуального объекта входит центральный монитор (15) и два боковых монитора (16). В состав оборудования входят закрепленные на кольце (3) по меньшей громкоговорители (17), низкочастотный усилитель и сабвуфер (18), размещенные за спинкой кресла, и источник низкочастотных колебаний (19), расположенный под сидением кресла. Кроме того, устройство снабжено надувной пневматической подставкой для ног (20), размещенной на платформе (7), компрессором (21) с приводом, закрепленным на платформе и соединенным воздушной линией с подставкой для ног, и установленным на платформе двухосевым датчиком горизонта (22) для определения положения несущей конструкции в трехмерном пространстве, а также электрически связанными блоком питания (23), коммутатором (24) и компьютером (25). Предусмотрено, что блок питания, коммутатор и компьютер могут быть установлены на основании (1). Компьютер (25) входом электрически связан с двухосевым датчиком горизонта (22), а выходом - с коммутатором (24), выходы которого электрически связаны с электроприводами (26, 27) соответственно продольной и поперечной кареток (14, 13). Упругий элемент (11) механизма перемещения может быть выполнен в форме пружины. Предусмотрено, что каждая телескопическая опора (5) снабжена электроприводом для перемещения выдвижной штанги (6) по вертикальной оси и фиксации ее в заданном положении.

Устройство для создания пространственной дезориентации у человека работает следующим образом.

Работа устройства направлена на создание искусственного рассогласованного и противоречивого стимулирования всех органов чувств (анализаторов - зрительных, вестибулярных, слуховых, тактильных, проприоцептивных, висцеральных) для создания пространственной дезориентации.

Исходное положение: устройство устанавливают на горизонтальной поверхности. Пользователь садится в кресло (4). Следует отметить, что оси X, Y и Z соответствуют центру суммарной массы подвижной части конструкции и расположенного на ней оператора. Выдвижные штанги (6) телескопических опор (5) находятся в верхнем положении и неподвижно фиксируют платформу (7). При этом кольцо (3) удерживает кресло (4) в положении сидя (Фиг.1), пневматическая подставка для ног (20) не наполнена воздухом, изображение, звук и низкочастотные колебания отсутствуют.

Пользователь (оператор) включает компьютер и приступает к выполнению работы.

Для искусственного стимулирования центрального - сфокусированного зрения пользователь располагается перед центральным монитором (15), для искусственного стимулирования периферического зрения активизируют боковые мониторы (16). Следует отметить, что вся визуальная информация с экранов мониторов перемещается вместе с пользователем на платформе (7). С целью искусственного стимулирования вестибулярного анализатора подвижную часть устройства вместе с пользователем переводят из устойчивого (исходного) положения в положение неустойчивого равновесия. Для этого, при появлении на мониторах динамического визуального ряда, бортовой компьютер (25) (согласно вложенной программе) через коммутатор (24) включает электроприводы телескопических опор (5) и переводит выдвижные штанги (6) в нижнее положение и тем самым выводит платформу (7) из неподвижного устойчивого положения в положение неустойчивого равновесия на упругом элементе (11). В результате этого, при любых движениях пользователя, подвижно установленная на основании (1) несущая конструкция, включающая опорный элемент и несущий элемент, выполненный в форме кольца (3), и закрепленные на кольце кресло (4), визуальный объект и оборудование, выходит из состояния равновесия и произвольно раскачивается в трех плоскостях (Фиг.2 и 3). Компьютер (25) формирует выходные сигналы, поступающие от двухосевого датчика горизонта (22), которые через коммутатор (24) приводят в действие соответствующие электроприводы (26, 27) соответственно продольной и поперечной кареток (14, 13) (механизма перемещения), которые перемещают несущую конструкцию вместе с оператором (пользователем) в трехмерном пространстве (в трех плоскостях) относительно вектора гравитационного поля Земли.

Во время смещения пользователя кпереди или кзади центр масс (подвижная часть устройства плюс пользователь) смещается в соответствующую сторону по оси X. При этом срабатывает двухосевой датчик горизонта (22) и через коммутатор (24) включает электропривод (26) продольной каретки, который перемещает продольную каретку (14) в противоположную сторону до восстановления равновесия подвижной части конструкции на упругом элементе (11).

Во время смещения пользователя влево или вправо центр масс смещается в соответствующую сторону по оси (Y) и двухосевой датчик горизонта (22) через коммутатор (24) включает электропривод (27) поперечной каретки, который перемещает поперечную каретку (13) в противоположную сторону до восстановления равновесия. Перемещения несущей конструкции по осям Х и Y инициируют перемещения ее по вертикальной оси Z - вверх, вниз и вращательные перемещения влево, вправо. Таким образом, в результате физической активности пользователя система - подвижная часть устройства (несущая конструкция) плюс пользователь выходит из состояния равновесия, а электронная часть и электроприводы устройства постоянно возвращают систему в положение равновесия. Неадекватные (несоответствующие зрительной информации) сигналы со стороны вестибулярного аппарата, вызванные вышеописанными перемещениями, замещаются в корковых представительствах центральной нервной системы афферентацией, поступающей от периферического зрения, получающего в данный момент визуальную информацию с экранов боковых мониторов (16).

Для искусственного рассогласованного и противоречивого стимулирования (по отношению к вестибулярному анализатору) слухового анализатора через низкочастотный усилитель включается многоканальный звук. С помощью громкоговорителей (17) создаются звуковые сигналы, синхронизированные с визуальным рядом (звуковое сопровождение всегда соответствует событиям, происходящим в фильме, видеоигре). Данная афферентация не соответствует раздражителям, поступающим со стороны вестибулярного аппарата, что дополнительно нарушает пространственную ориентацию.

Для искусственного, неадекватного стимулирования тактильных рецепторов кожи через низкочастотный усилитель включается сабвуфер (18), низкочастотные звуковые колебания от которого механически передаются через конструкцию кресла (4) на поверхность кожи (в местах контакта с поверхностью кресла).

Для искусственного, неадекватного стимулирования проприорецепторов компрессор (21) наполняет воздухом пневматическую подставку для ног (20). При отсутствии твердой опоры под стопами ног человек испытывает эффект «проваливания». Данная афферентация усугубляет пространственную дезориентацию пользователя.

Для искусственного стимулирования висцеральных рецепторов источник низкочастотных колебаний (19), укрепленный под сидением кресла (4), создает низкочастотные колебания в диапазоне 3-20 Гц, которые передаются на висцеральные рецепторы. В результате этой афферентации у пользователя появляется немотивированное чувство тревоги и опасности, которое усиливает пространственную дезориентацию и обостряет остальные органы чувств.

Таким образом, при использовании данного устройства, корковые и подкорковые функциональные системы головного мозга, отвечающие за восприятие пространства и пространственные оценки действительности, получают поток противоречивой информации от всех органов чувств и оказываются полностью дезориентированы. Единственным логичным источником восприятия пространства является искусственная визуально-звуковая информация.

Реферат

Изобретение относится к медицине, а именно к области психофизиологических исследований. Технический результат заключается в создании пространственной дезориентации у человека с целью формирования реалистического восприятия искусственного визуально-звукового ряда путем использования особенностей деятельности мозга по контролю положения человека в пространстве. Устройство содержит основание, выполненное в форме прямоугольной плиты и снабженное вертикально установленными по углам плиты телескопическими опорами с выдвижными штангами. Опорный элемент включает прямоугольную платформу, размещенную на верхних концах выдвижных штанг, и две стойки. На верхнем конце стоек установлен направляющий ролик. Опорный элемент имеет электропривод, который установлен на верхней поверхности платформы, ведущий ролик, кинематически связанный с электроприводом и взаимодействующий с кольцом, и механизм перемещения. Устройство также снабжено надувной пневматической подставкой для ног, компрессором и установленным на платформе двухосевым датчиком горизонта для определения положения несущей конструкции в трехмерном пространстве. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула