Щукин Т.Н.

Проект интегральной системы управления качеством сна

 

Integrated sleep management system project. Direct sleep quality management is a task, that importance can not be underestimated. Based on several previous succesfull experiments we propose to build the integrated system of sllep management, that includes EEG and polygraphy analysis system, image recognition system, based on a system information theory software realisation, and a binaural stimualtion biofeedback stimulation system. We discuss several problems that arise along the stages of the proposed project and show the ways to overcome these difficulties.

 

Постановка задачи

Управление процессом засыпания – интересная задача, решение которой дает возможность решить множество проблем, связанных, например, с бессонницей или наоборот, неспособностью поддерживать необходимый уровень бодрствования.

Управление процессом пробуждения – не менее интересная задача,  решение которой дает возможность решить проблемы, связанные с пробуждением из неоптимальной фазы сна, с неспособностью быстро включиться в работу.

Управление качеством сна между засыпанием и пробуждением – еще более интересная задача. Ее решение позволит оптимизировать качество сна, управлять длительностью и качеством фаз сна, планировать окончание сна на определенную фазу. Каждая из этих задач сложна и интересна.

 

Инструменты управления

Классический цикл управления предполагает обязательное наличие нескольких компонент: прямую связь – управляющее воздействие, обратную связь – информацию о результатах управляющего воздействия, оценку эффективности управляющего воздействия и коррекцию управляющего воздействия.

Составление портретов классов целевых состояний, рассчитываемых для каждого человека и каждого состояния в отдельности  – задача для системы распознавания образов и задача посильная, что подтверждают результаты наших исследований с ЭЭГ прогнозом успешности выполнения психомоторного теста при засыпании.

Формирование алгоритма генерации широкого спектра управляющих воздействий (стимулов), работающего под управлением АСУ, частью которой является система распознавания образов – задача ближайшего будущего, но уже сейчас многое ясно.

Стимуляция должна быть с одной стороны физиологичной (например, технология свето-аудио стимуляции по технологии hemi-sync), с другой стороны психологичной (т.е. обладать личностным смыслом для объекта стимуляции). Существует несколько путей к достижению этой цели.

Место биологической обратной связи

Методика биологической обратной связи, в качестве функций обратной связи которой используются выделенные паттерны – целевые состояния, позволит осуществлять управление на этапах, требующих осознанности объекта управления – на этапе засыпания и пробуждения, а также в управляемом сне, когда это необходимо. 

Модифицированный метод БОС, использующий околопороговую осмысленную обратную связь, может использоваться наряду с другими видами стимуляции на этапах, не требующих осознанности объекта управления.

Проблемы

При разработке реальной системы управления качеством сна очевидно возникновение значительного числа локальных задач. Среди них:

1.       Задача одновременного расчета нескольких сот параметров-индексов ЭЭГ полиграфических параметров, а также их комбинаций в режиме реального времени.

2.       Задача выделения структуры классов для обучения системы. Для обучения системе должны быть предоставлены примеры различных состояний, как «эффективных», так и «неэффективных» для каждого человека с точки зрения вероятности достижения цели сна.

3.       Задача выделения актуальных для каждого испытуемого информативных параметров, что позволяет не перебирать вес массив доступных параметров и их комбинаций.

4.       Задача оптимизации существующих методик стимуляции (бинауральная стимуляция по технологии hemi-sync, дополняющая ее аналогичная свето-стимуляция ).

5.       Задача разработки теории значимой обратной связи, позволяющей создавать континуумы образов с заранее известной значимостью для субъекта.

Для каждой задачи нами намечен и в некоторых случаях частично пройден путь ее эффективного решения.

 

Выводы

Формирование АСУ сложными объектами, подготовленной для работы с континуумом сон-бодрствование на основе комплекса системно-когнитивного анализа «Эйдос», с использованием технологий биологической обратной связи – задача решаемая и может быть решена в течении нескольких лет.

 

 

 

Integrated sleep management system project.
Direct sleep quality management is a task, that importance can not be underestimated. Based on several previous successful experiments we propose to build the integrated system of sleep management, that includes EEG and polygraphy analysis system, image recognition system, based on a system information theory software realisation, and a binaural stimulation biofeedback stimulation system. We discuss several problems that arise along the stages of the proposed project and show the ways to overcome these difficulties.

The objective
Management of the falling asleep process is an interesting task, when solved can provide numerous solutions to problems associated with insomnia or, on the other hand, with an inability to hold desired level of awareness.
Management of the waking up process is a task that is not less interesting, being solved will provide solutions to problems associated with a waking up from the incorrect sleep fase and inability to enter the work quickly.
Managing sleep quality – is an even more interesting task. Being solved it will enable one to optimize sleep quality,  manage slep duration and sleep stage quality, plan the awakement on a specifiс sleep stage.  Each of this three tasks is a complicated and interesting one.

Managing instruments
Classical managing cycle assumes that several obligatory components are present: direct effect or influence, feedback or information on act\s result and an act\s effectiveness evaluation with new act structure correction.
A target state portrait construction for every person and each functional state independently – is a task for an image recognition system, that can be solved. We proposed it on the basis of our previous successfull experiments with an EEG prediction of psycho motor task succesfullness.
Construction of the wide specter managing act (stimulus) generation algorithm, that could work as a part of automated management system – is a task of close future, but many aspects of this task are clear today. The stimulation is to be physiologically active (for example, based on hemi-sync process), and psychosocial active on the other side.  There are several ways to reach this aim.

The place of biofeedback
Biofeedback method that uses the found patterns as a managed function can be used on the stages that demand an active subject position (falling asleep, awaking process and lucid dreaming when needed).
Modified biofeedback method that uses subliminal sensible feedback along with other stimulation methods can be used on other management stages.

Problems
Starting the work with a sleep quality management system it is obvious that several problems Will arise. Among them are:

1. The task of making several hundred simultaneous calculations of EEG and polypraphic parameters, and their combinations in real time.
2. The task of optimizing class structure that is to be used in system education.
3. The task of parameter search algorithm.
4. The task of present stimulation methods optimization.
5. The task of sensible feedback biofeedback theory construction.
For every task we planned ways  to successful resolution and for some tasks some steps are already taken.

Conclusion
The automated sleep quality managements system is a task that can be solved. It will take approximately three to five years of experimental work.