uprinmatusИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроениеProceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering2223-1536Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1536-2022-12-3-28-45uprinmatus-67Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫINFORMATION AND INTELLIGENT SYSTEMSРазработка биотехнической системы для оценки и коррекции психофизиологического состояния человекаDevelopment of a Biotechnical System for Assessment and Correction the Human Psychophysiological Statehttps://orcid.org/0000-0001-5906-5755ПетренкоА. А.PetrenkoA. A.

Петренко Анна Александровна, ст. преп. каф. радиоэлектроники и телекоммуникаций ,Scopus ID: 57191362625

ул. Мира 19, г. Екатеринбург 620002

Anna A. Petrenko, Senior Lecturer of the Department of Radioelectronics and Telecommunications 

Scopus ID: 57191362625

19 Mira Str., Ekaterinburg 620002

a.a.petrenko@urfu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6584-4544КублановВ. С.KublanovV. S.

Кубланов Владимир Семенович, д-р технических наук, проф. каф. радиоэлектроники и телекоммуникаций

Researcher ID: S-1066-2016,

Scopus ID: 6508116175

ул. Мира 19, г. Екатеринбург 620002

 

Vladimir S. Kublanov, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Department of Radioelectronics and Telecommunications 

Researcher ID: S-1066-2016

Scopus ID: 6508116175

19 Mira Str., Ekaterinburg 620002

kublanov@mail.ruУральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the First President of Russia B. N. YeltsinRussian Federation2022090520231232845Copyright © Петренко А.А., Кубланов В.С., 20232023Петренко А.А., Кубланов В.С.Petrenko A.A., Kublanov V.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/67

Целью исследования является разработка биотехнической системы (БТС) с использованием нейроэлектростимуляции периферических нервных образований шеи для оценки и коррекции психофизиологического состояния (ПФС) человека.

Методы

Методы. В исследовании приняли участие 79 добровольцев-испытуемых, разделенных с помощью рандомизации на основную, контрольную и плацебо группы. Оценка психометрических параметров рабочей памяти проводилась с использованием теста dual 2-back, а оценка физиологического состояния проводилась с помощью анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР). Коррекция ПФС проводилась с помощью стимуляции нервных образований шеи пространственно-распределенным полем импульсов напряжения, мишенью стимуляции являлись шейные ганглии симпатической нервной системы.

Результаты

Результаты. Результаты исследования показали, что предложенная структура БТС и методика коррекции ПФС человека позволяют улучшать показатели рабочей памяти и нормализовать состояние вегетативной нервной системы после пяти процедур коррекции. Полученные результаты по тесту практически не изменяются и сохраняются спустя 2 месяца.

Заключение

Заключение. БТС, включающая в себя блок многоканальной нейроэлектростимуляции периферических нервных образований шеи, является эффективной для коррекции ПФС человека, что актуально для решения задач поиска новых способов и методов улучшения познавательной активности человека в сфере образования.

The purpose of research is to develop a biotechnical system (BTS) using neuroelectrostimulation of the peripheral nerve formations of the neck to assess and correct the psychophysiological l state of a person.

Methods

Methods. The study involved 79 volunteers-subjects, divided by randomization into the main, control and placebo groups. The assessment of psychometric parameters of working memory was carried out using the dual 2-back test, and the assessment of the functional state was carried out using the analysis of heart rate variability (HRV). Correction of the psychophysiological state was carried out by stimulating the nerve formations of the neck with a spatially distributed field of voltage impulses; the target of stimulation was the cervical ganglia of the sympathetic nervous system.

Results

Results. The results of the study showed that the proposed structure of the BTS and the method for correcting the human psychophysiological state can improve working memory performance and normalize the state of the autonomic nervous system after five correction procedures. The results obtained on the test practically do not change and remain after 2 months.

Conclusion

Conclusion. BTS, which includes a block of multichannel neuroelectrostimulation of peripheral nerve formations of the neck, is effective for correcting human psychophysiological l state, which is important for solving the problems of finding new ways and methods to improve human cognitive activity in the field of education.

биотехническая системанейроэлектростимуляцияпсихофизиологическое состояниевариабельность сердечного ритмакогнитивные характеристикирабочая памятьbiotechnical systemneuroelectrostimulationpsychophysiological stateheart rate variabilitymethods and algorithmscognitive characteristicsworking memoryИсследование выполнено в рамках Программы повышения конкурентоспособности Уральского федерального университета, в соответствии с Указом Президента РФ от 07 мая 2012 г. № 599 и Указом Президента РФ от 16 марта 2013 г. № 21The study was carried out within the framework of the Program for Improving the Competitiveness of the Ural Federal University, in accordance with the Decree of the President of the Russian Federation of 07.05.2012 No. 599 and Decree of the President of the Russian Federation of 16.03.2013 No. 211ReferencesKarduck A. TeamBuilder: a hyper-information environment for augmenting global collaborative work // 5th IEEE COMSOC International Workshop on Multimedia Communications, 1994. P. 941-946.Karduck A. TeamBuilder: a hyper-information environment for augmenting global collaborative work. 5 th IEEE COMSOC International Workshop on Multimedia Communications, 1994, pp. 941-946.Cogswell K. A. Effects of stress and information overload on meaning formation. Graduate Student Theses, Dissertations & Professional Papers. 4902. University of Montana, 1985. 63 p.Cogswell K. A. Effects of stress and information overload on meaning formation. Graduate Student Theses, Dissertations & Professional Papers. 4902. University of Montana, 1985. 63 p.Rottger P., Vedres B. The Information Environment and its Effects on Individuals and Groups. England: University of Oxford, 2020. 60 p.Rottger P., Vedres B. The Information Environment and its Effects on Individuals and Groups. England, University of Oxford, 2020. 60 p.Misra S., Roberts P., Rhodes M. Information overload, stress, and emergency managerial thinking // Int. J. Disaster Risk Reduct. 2020. Vol. 51. P. 101762.Misra S., Roberts P., Rhodes M. Information overload, stress, and emergency managerial thinking. Int. J. Disaster Risk Reduct, 2020, vol. 51, p. 101762.Insufficient Level of Physical Activity and Its Effect on Health Costs in Low- and Middle-Income Countries / W. Liu [et al.] // Front. Public Health. 2022. Vol. 10. P. 937196.Liu W., eds. Insufficient Level of Physical Activity and Its Effect on Health Costs in Low- and Middle-Income Countries. Front. Public Health, 2022, vol. 10, p. 937196.Николаев А. А. Двигательная активность и здоровье современного человека / Смоленский государственный институт физической культуры, Смоленский государственный университет. Смоленск, 2005. 93 с.Nikolaev A. A. Dvigatel'naya aktivnost' i zdorov'e sovremennogo cheloveka [Motor activity and health of modern man]. Smolensk, Smolensk State Institute of Physical Culture Publ., Smolensk State University Publ., 2005. 93 p.Azmi F. M., Khan H. N., Azmi A. M. The impact of virtual learning on students’ educational behavior and pervasiveness of depression among university students due to the COVID-19 pandemic // Glob. Health. 2022. Vol. 18, N 1. P. 70.Azmi F. M., Khan H. N., Azmi A. M. The impact of virtual learning on students’ educational behavior and pervasiveness of depression among university students due to the COVID-19 pandemic. Glob. Health, 2022, vol. 18, no. 1, p. 70.Салехов С. А. Психологический стресс как фактор развития психосоматических заболеваний // Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого. 2016. № 1 (92). C. 94-98.Salehov S. A. Psikhologicheskii stress kak faktor razvitiya psikhosomaticheskikh zabolevanii [Psychological stress as a factor in the development of psychosomatic diseases]. Vestnik Novgorodskogo Gosudarstvennogo Universiteta imeni Jaroslava Mudrogo = Bulletin of the Novgorod State University named after Yaroslav Mudry, 2016, no. 1 (92), pp. 94-98.Blakemore C. Brain Waves Module 2: Neuroscience : Implications for Education and Lifelong Learning. London: Royal Society, 2011. 36 p.Blakemore C. Brain Waves Module 2: Neuroscience : Implications for Education and Lifelong Learn-ing. London, Royal Society, 2011. 36 p.Petrenko A., Kublanov V. The Application of Multichannel Neuro-electrostimulation for Working Memory and Attention Improvement of Young Subjects // Proceedings of the 14th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies. Vienna, Austria: SCITEPRESS - Science and Technology Publications, 2021. P. 255-260.Petrenko A., Kublanov V. The Application of Multichannel Neuro-electrostimulation for Working Memory and Attention Improvement of Young Subjects. Proceedings of the 14th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies. Vienna, Austria, SCITEPRESS - Science and Technology Publications, 2021, pp. 255-260.Петренко А. А., Кубланов В. С. Применение метода нейроэлектростимуляции для повышения параметров памяти и внимания // Агроука-2020: труды Международной научно-практической конференции / Государственная публичная научно-техническая библиотека СО РАН. Новосибирск, 2020. С. 432-437.Petrenko A. A., Kublanov V. S. [Application of the method of neuroelectrostimulation to increase the parameters of memory and attention]. Agrouka-2020. Trudy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Agricultural science-2020. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference]. Novosibirsk, Gosudarstvennaya publichnaya nauchno-tekhnicheskaya biblioteka SO RAN Publ., 2020, vol. 2, pp. 432-437. (In Russ.)Акулов С. А., Федотов А. А. Основы теории биотехнических систем. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. 259 p.Akulov S. A., Fedotov A. A. Osnovy teorii biotekhnicheskikh sistem [Fundamentals of the theory of biotechnical systems]. Moscow, FIZMATLIT Publ., 2014. 259 p.Ершов Ю. А., Щукин С. И. Основы анализа биотехнических систем. Теоретические основы БТС. М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. 526 с.Ershov Ju. A., Shhukin S. I. Osnovy analiza biotekhnicheskikh sistem. Teoreticheskie osnovy BTS [Fundamentals of the analysis of biotechnical systems. Theoretical foundations of BTS]. Moscow, MGTU im. N. Je. Baumana Publ., 2011. 526 p.Попечителев Е. П. Человек в биотехнической системе. Старый Оскол: ТНТ, 2016. 584 с.Popechitelev E. P. Chelovek v biotekhnicheskoi sisteme [Man in the biotechnical system. Tutorial]. Staryj Oskol, TNT Publ., 2016. 584 p.Kublanov V. S., Babich M. V., Petrenko T. S. New Principles for the Organization of Neurorehabilitation // Biomed. Eng. 2018. Vol. 52, N 1. P. 9-13.Kublanov V. S., Babich M. V., Petrenko T. S. New Principles for the Organization of Neurorehabilitation. Biomed. Eng., 2018, vol. 52, no. 1, pp. 9-13.Investigation of the Neuro-electrostimulation Mechanisms by Means of the Functional MRI: Case Study / V. Kublanov [et al.] // Proceedings of the 11th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies. Funchal, Madeira, Portugal: SCITEPRESS - Science and Technology Publications, 2018. P. 319-324.Kublanov V., eds. Investigation of the Neuro-electrostimulation Mechanisms by Means of the Functional MRI: Case Study. Proceedings of the 11th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies. Funchal, Madeira, Portugal, SCITEPRESS - Science and Technology Publications, 2018, pp. 319-324.Improving working memory: the effect of combining cognitive activity and anodal transcranial direct current stimulation to the left dorsolateral prefrontal cortex / S. C. Andrews [et al.] // Brain Stimulat. 2011. Vol. 4, N 2. P. 84-89.Andrews S. C., eds. Improving working memory: the effect of combining cognitive activity and an-odal transcranial direct current stimulation to the left dorsolateral prefrontal cortex. Brain Stimulat, 2011, vol. 4, no. 2, pp. 84-89.Fazeli S. H. The Relationship between the Extraversion Trait and Use of the English Language Learning Strategies // Indian J. Sci. Technol. 2012. Vol. 5, N 4. P. 2651-2657.Fazeli S. H. The Relationship between the Extraversion Trait and Use of the English Language Learning Strategies. Indian J. Sci. Technol., 2012, vol. 5, no. 4, pp. 2651-26572657.Normative data on the n-back task for children and young adolescents / S. Pelegrina [et al.] // Front. Psychol. 2015. Vol. 6. P. 1544.Pelegrina S., eds. Normative data on the n-back task for children and young adolescents. Front. Psychol, 2015, vol. 6, pp. 1544.Кубланов В. С., Бабич М. В., Петренко Т. С. Новые принципы организации нейрореабилитации // Медицинская техника. 2018. № 1(307). С. 6-9.Kublanov V. S., Babich M. V., Petrenko T. S. Novye printsipy organizatsii neiroreabilitatsii [New principles of organization of neurorehabilitation]. Medicinskaja tehnika = Medical Equipment, 2018, vol. 1(307), pp. 6-9.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.