DOI: https://doi.org/10.20535/2617-8974.2018.1(1).152112

Моделювання біологічних об’єктів при розробці пристрою для транскраніальної стимуляції постійним струмом

О.В. Петрикей, С.В. Зубков, І.В. Богайчук-Козій

Анотація


У медичній практиці для лікування та профілактики застосовують електротерапевтичні процедури, основані на дії струмів різної частоти. Механізми їхньої дії та характеристики стимулів у різних біологічних структурах досліджені недостатньо. Актуальність роботи зумовлена наявністю широкого кола патологічних і граничних станів, які піддаються лікуванню шляхом фізіотерапевтичних впливів на різні ланки нервової системи, що підтверджується дослідженнями провідних університетів світу і значною зацікавленістю користувачів типових апаратів для:

    • швидкого  відновлення фізичного стану (заміна фармакологічних засобів);

    • стимуляції фізичних можливостей організму (тренування спортсменів);

    • стимуляції розумових здібностей (підготовка до екзаменів);

    • лікування порушення мови рухів чутливості психологічного та емоційного стану.

Аналіз шляхів поширення струму при неінвазивному впливі вимагає врахування можливих біофізичних механізмів дії слабкого струму на мозок через нашкірні електроди. Кількість енергії, що подаємо на пацієнта та глибина проникнення сигналу – є факторами ефективності стимуляції, оскільки, за рахунок коректного вибору цих параметрів, зменшується період лікування та збільшується результативність процедури.Основний принцип нейростимуляції полягає в отриманні оптимального фізіологічного ефекту за умови мінімальної побічної дії, що визначає використання різних струмів залежно від збуджуваності тканин та їхнього функціонального стану. 

У статті проаналізовано фізичні основи транскраніальної стимуляції постійним струмом. Обґрунтовано еквівалентну електричну схему моделі досліджуваного об’єкту. Поведінку біологічних структур описано еквівалентною електричною схемою, резистори і конденсатори якої відповідають опору і ємності мембрани та міжклітинної рідини. Побудова та моделювання якої  здійснено в Micro-Cap 9.

В результаті комп’ютерного експерименту з’ясовано, що конгломерат клітин можна замінити однією еквівалентною клітиною: характер кривої імпедансу не змінюється, а змінюється лише її розкид.

Ключові слова


Нейростимуляція; транскраніальна стимуляція; еквівалентна схема клітини; імпеданс біологічного об’єкту; програмне середовище MicroCap 9; метод Монте-Карло

Повний текст:

PDF

Посилання


Можно ли подключить мозг к батарейке? [Електронний ресурс] – Режим доступа до ресурсу: http://www.mindmachine.ru/articles/brain-battery.htm.

Транскраниальная электростимуляция: сильные эффекты слабого тока [Електронний ресурс] – Режим доступа до ресурсу: http://www.neurotechnologies.ru/articles/tdcs.

Шубина Н. Научные исследования tDCS [Електронний ресурс] / Н. Шубина, Т. Глинин // Livejournal. – 2016. – Режим доступу до ресурсу: http://m-batin.livejournal.com/170713.html.

О методе транскраниальной электростимуляции [Електронний ресурс] // Нейростимулятор Brainstorm. – 2016. – Режим доступу до ресурсу: https://mybrainstorm.ru/wp-content/uploads/2017/01/BRAINSTORM_Method.pdf.

Купирование болевых синдромов [Електронний ресурс] // "МедРакурс". – 2016. – Режим доступу до ресурсу: http://medrakurs63.ru/uslugi/kupirovanie-bolevykh-sindromov-v-nevrologii-i-drugikh-oblastyakh-meditsiny.

ТЭС-терапия (транскраниальная электростимуляция) [Електронний ресурс] // "Медракурс". – 2014. – Режим доступу до ресурсу: http://medrakurs.ru/metod_rakurs/metody_lechebnogo_vozdejstviya/tes_terapiya/.

Овчинников Н. Разгон для мозга [Електронний ресурс] / Николай Овчинников // Apparat. – 2017.–Режим доступу доресурсу: https://apparat.cc/world/brainhacking/.

Анданченко М. В. Вимірювання імпедансу біологічних тканин [Електронний ресурс] / М. В. Анданченко, М. М. Мілих – Режим доступу до ресурсу: http://www.rusnauka.com/14_ENXXI_2014/Tecnic/6_169534.doc.htm.

Основные сведения о программе схемотехнического анализа Micro-Cap 9 [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://studfiles.net/preview/2927700/.

Амелина М. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap / М. А. Амелина, С. А. Амелин. – Смоленск, 2012. – 617 с. – (Смоленский филиал НИУ МЭИ).