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

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.