Г.А. Шабанов¹, А.А. Рыбченко², Ю.А. Лебедев³, Е.А. Луговая4

1–4 НИЦ «Арктика» ДВО РАН (г. Магадан, Россия)

Постановка проблемы. В последние годы получили развитие методы, основанные на применении акустических сигналов, получаемых от головы и тела человека. Микровибрации головного мозга рассматривают как древнейший, очень надежный, относительно скоростной канал связи и интеграции центральной нервной системы со всеми (без исключения) клетками и структурами организма.

Цель работы – формулировка основных принципов для последующей разработки и изготовления экспериментального образца медицинского аппарата по исследованию акустических сигналов головного мозга. 

Результаты. Предложен способ регистрации и спектрального анализа суммарного акустического поля головного мозга человека. Разработан экспериментальный образец прибора «Регистратор спектра микровибраций головного мозга». Предложена модель генерации акустического поля головного мозга – нейроваскулярный рефлекс и связанные с метаболизмом нервных клеток микровибрации гладкой мускулатуры внутримозговых сосудов. В сравнении с классической электроэнцефалограммой показано, что акустоэнцефалограмма также отражает нейрорефлекторную деятельность головного мозга. Рассмотрено устройство пьезоэлектрических датчиков, которые отличаются наличием силиконовой оболочки. Такая конструкция позволила регистрировать механические микровибрации головы в диапазоне частот от 0,1 до 27 Гц. Особенностью спектрального анализа явилось время интегрирования сигнала – 160 с, при этом надежно выделялись 12600 спектральных гармоник ретикулярной активирующей системы мозга. Для удобства использования весь спектр акустического поля мозга был свернут в сегментарную систему координат – частотно структурированную матрицу множества функциональных состояний эффекторов «multiple arousal» размером 24×625 частотных ячеек.

Практическая значимость. Разработанный прибор может быть использован для оценки адаптационных возможностей организма, психоэмоциональных состояний и функционально-топической диагностики заболеваний внутренних органов человека. 

Шабанов Г.А., Рыбченко А.А., Лебедев Ю.А., Луговая Е.А. Регистратор спектра акустического поля головного мозга человека // Биомедицинская радиоэлектроника. 2021. Т. 24. № 3. С. 28–36. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202103-03

1. Tsui P.H., Wang S.H., Huang C.C. In vitro effects of ultrasound with different energies on the conduction properties of neural tissue. Ultrasound. 2005. V. 43. P. 560–565. 
2. Tyler W.J., Tufail Y., Finsterwald M. et al. Remote excitation of neuronal circuits using low-intensity, low – frequency ultrasound. PLoS ONE. 2008. № 3 (10). P. 3511.
3. Rice V.J., Lindsay G., Overby C., Jeter A., Boykin J.L., Alfred P.E., DeVilbiss C., Bateman R. Human Factors Feedback: Brain Acoustic Monitor. Army Reseach Laboratory – TN-469. February 2012.
4. Patent № 6,887,199, 2005. U.S. Brain Assessment Monitor. K. Bridger, A. Cooke, P. Kuhn, J. Lutian, E. Passaro, J. Sewell, et al.
5. Создана технология, позволяющая слушать бактерии и клетки. Hi-News.ru. Новости высоких технологий. 20.05.2017 – URL: htpp://w.w.w. anews. com/p/69/57900/.
6. Как работает мозг. Медицинский портал. 13.10.2016. – URL: htpp://www.med portal.ru/ mednovosti/news/2016/10/13/788brain/.
7. Минкин В.А. Виброизображение. СпБ.: РЕНОМЕ. 2007. 108 с.
8. Миргородский В.И., Герасимов В.В., Пешин С.В. Обнаружение новых акустических сигналов // Акустический журнал. 2014. Т. 60. № 4. С. 437–442.
9. Патент на полезную модель № 202454 (РФ), СПК52 А61В 5/0476. Регистратор спектра микровибраций головного мозга / Г.А. Шабанов, А.А. Рыбченко, Ю.А. Лебедев, И.А. Зубков. 2021.
10. Шабанов Г.А., Лебедев Ю.А., Рыбченко А.А. Максимов А.Л., Короченцев В.И. Исследование спектра акустического поля головного мозга человека // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2017. № 3. С. 115–121.
11. Grubb S., Cai C., Hald B.O. et al. Precapillary sphincters maintain perfusion in the cerebral cortex. Nature Communications 11, 395 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-14330-z
12. Данилова Н.Н., Быкова Н.Б., Пирогов Ю.А., Соколов Е.Н. Исследование частотной специфичности осцилляторов гаммаритма методами дипольного анализа и анатомической магнито-резонансной томографии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2005. № 4–5. С. 89–97.
13. Шабанов Г.А., Рыбченко А.А., Лебедев Ю.А., Припатинская Е.А. Изучение взаимосвязи микровибраций головы человека с ритмической активностью центральной нервной системы, вызванной фотостимуляцией // Современные проблемы науки и образования. 2020. № 5. URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=30145 (дата обращения: 29.09.2020). DOI 10.17513/spno.30145
14. Илюхина В.А. Нейрофизиология функциональных состояний. Л.: Наука. 1986. 171 с.
15. Аладжалова Н.А., Леонова Н.А., Русалов В.М. О соотношении сверхмедленных потенциалов мозга и особенностей формирования установки при выполнении автоматизированных умственных операций // Физиология человека. 1975. № 5. С. 739.
16. Шабанов Г.А., Максимов А.Л., Рыбченко А.А. Функционально-топическая диагностика организма человека на основе анализа ритмической активности головного мозга. Владивосток: Дальнаука. 2011. 206 с.
17. Кратин Г.Н. Принцип фильтрации и резонансной настройки циклических нервных контуров в теории ВНД // Успехи физиол. наук. 1986. Т. 17. № 2. С. 31–55.
18. Подольский И.Я., Воробьёв В.В., Белова Н.А. Длительные изменения спектров ЭЭГ гиппокампа и неокортекса при фармакологических воздействиях на холинергическую систему // Журнал высшей нервной деятельности. 2000. Т. 50. Вып. 6.  С. 982–990.
19. Патент № 2321340 (РФ). МПК А61 B5/053. Способ диагностики состояния внутренних органов / Г.А. Шабанов, А.А. Рыбченко, Е.В. Пегова, Г.А. Меркулова.
20. Шабанов Г.А., Рыбченко А.А. Разработка экспресс диагностики холодовой выносливости и склонности к бронхолегочным заболеваниям на основе регистрации микровибраций головного мозга // Материалы XIV Междунар. науч. конференции «Системный анализ в медицине» (САМ 2020) / Под общ. ред. В.П. Колосова. Благовещенск. 2020. С. 135–138. DOI: 10.12737/conferencearticle _5fe01d9cb71499.17311740
21. Polezhaeva M.A., Mirgazizov M.Z., Shabanova N.G., Shabanov G.A. Diagnostics of periodontitis on the basis of spectral analysis of the rhythmic activity of brain. J.Evolution Med. Dent. Sci. 2019. V. 8(33). P. 2607–2613. DOI: 10.14260/jemds/2019/570
22. Пестрякова Я.Ф., Рыбченко А.А., Шабанов Г.А., Запорожец Т.С. Особенности ритмической активности головного мозга при заболевании глаз // Тихоокеанский медицинский журнал. 2018. № 2. С. 70–73.
23. Патент № 2661098 (РФ), МПК51 А61В 5/05. Способ экспресс диагностики онкологического заболевания / А.А. Рыбченко, Г.А. Шабанов, А.Л. Максимов, В.Н. Ищенко, С.П. Крыжановский. 2018.
24. Смоленский Е.В., Короченцев В.И., Рыбченко А.А., Шабанов Г.А. Анализ акустических биоритмов морских млекопитающих // «Физика Геосфер»: Одиннадцатый всероссийский симпозиум, (9–14 сентября 2019, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН). Владивосток: ТОИ ДВО РАН. 2019. С. 474–477.
25. Пегова Е.В., Меркулова Г.А., Лебедев Ю.А., Шабанов Г.А., Рыбченко А.А. Новый класс лечебно-диагностических комплексов на основе спектрального анализа биоакустической активности головного мозга человека // Вестник Северо-Восточного научного центра ДВО РАН. 2020. № 2. С. 114–122. DOI: 10.34078/1814-0998-2020-2-114-122