Принципы обработки и графического представления сигнала от датчика движений век/глаз.

"Снимок" с экрана компьютера. Описание и пояснения в тексте ниже.

Сигнал с фотодатчика был примерно пропорционален повороту глаза в вертикальной плоскости. Это достигалось благодаря специально подобранному расположению инфракрасного свето и фотодиодов относительно определенного места века. Естественно, независимые от движения глазного яблока, дрожания и движения век тоже отражались на сигнале. Особенно, если в зону чувствительности датчика попадали ресницы и граница между сомкнутыми веками. Но выяснилось, что наибольшее влияние на сигнал все же оказывает положения глазного яблока.

Предварительно усиленный сигнал с фотодатчика разделялся на два канала:

1. Канал аналогового выделения быстрых движений век/глаз, их дрожаний, скачков. Сигнал с выхода этого канала представлял собой (примерно) сжатый по амплитуде диодным компрессором модуль второй производной входного сигнала. Чисто экспериментально было найдено, что такая обработка сигнала позволяет достаточно хорошо выделить движения глаз характерные для фазы быстрого сна.

2. Канал аналогового выделения медленных движений век/глаз. Сигнал с выхода этого канала фактически повторял сигнал датчика.

Далее оба этих сигнала периодически раздельно интегрировались аналоговыми интеграторами. Время интегрирования составляло 1/8 секунды, после чего интеграторы обнулялись. В конце интервала интегрирования эти сигналы через коммутатор поступали на 12-ти разрядный АЦП и раздельно считывались в компьютер.

С помощью 12-ти разрядного ЦАПа выставлялся начальный "нулевой" уровень сигнала с датчика. Такая установка производилась через 1 минуту после запуска системы в работу или после ее перезапуска на новый цикл сна. Эта операция позволяла существенно повысить усиление "медленного" аналогового канала до АЦП и тем самым максимально использовать разрядную сетку АЦП.

Далее оба этих сигнала обрабатывались уже программно компьютером и на экране монитора строились три непрерывно бегущих графика.

1. Бегущий в верхней трети экрана график 1-го "быстрого" сигнала, без какой либо дополнительной обработки (кроме масштабирования). Этот график пробегал экран за одну минуту, отражая последнюю минуту быстрых движений век/глаз спящего и позволял партнеру, наблюдавшему за спящим с точностью до секунды замечать момент появления "картинки", начало сновидения и его развитие.

2. Медленно ползущий в середине экрана график "быстрых движений глаз". Частота вывода информации на этом графике составляла один отсчет в 15 секунд. Выводилась максимальная величина "быстрого" сигнала за эти 15 секунд. Этот график проползал экран за 2 часа и соответственно отражал последние два часа состояния спящего. По этому графику было удобно отслеживать фазу парадоксального сна, динамику развития сновидений.

3. Синхронно 2-му графику медленно ползущий в нижней трети экрана график "медленных движений глаз". Выводилась некая нелинейная функция максимальной разницы амплитуд 2-го, "медленного" сигнала за 15 секунд. По этому графику было удобно следить за процессом засыпания, изменениями глубины "медленного сна", особенно при его сопоставлении с предыдущим графиком.

Оба "медленных" графика содержали 2-х и 10-ти минутные метки времени, причем 10-ти минутные метки на нижнем графике оцифровывались значениями десятков минут. А каждое нажатие на кнопки отражалось стрелочкой на нижнем графике.

Два последних графика как раз и представляли собой некую "сомнограмму", по которой при наличии определенного навыка можно было достаточно уверенно оценивать ряд параметров сна:

• Время и динамику успокоения, засыпания и пробуждения.
• Глубину и продолжительность медленного и парадоксального сна.
• Изменения глубины сна в силу естественных причин, из-за воздействия стимулирующих сигналов или других внешних помех.
• Время, динамику и (примерно) изменение интенсивности сновидений, их прерывание и возобновление.
• Накладывающихся на основной цикл сна неких кратковременных микроциклов, "микроснов"

Оперативная интерпретация бегущего графика быстрых движений век/глаз.

В бодрствовании, в самом начале процесса засыпания, при просыпании значительных движениях головой на графике наблюдается нерегулярная случайная активность.

В медленном сне, особенно в его глубоких фазах, становятся отчетливо заметны волны, идущие в такт с пульсом. С увеличением глубины сна эти волны становятся все более регулярны и стабильны.

В быстром сне наблюдается чередование участков с графическими паттернами, характерными для не глубокого медленного сна с участками всплеска активности быстрых движений век/глаз. Причем по мере увеличения интенсивности сновидения (яркости и реалистичности "картинки") всплески быстрой активности наблюдаются все чаще, становятся все больше по амплитуде и длительнее во времени и соответственно сокращаются интервалы хорошо заметных пульсовых волн. В начале развития сновидений всплески быстрой активности длятся не более одной, редко двух-трех секунд с интервалами между ними в десятки секунд. В хорошо развитом сновидении всплески быстрой активности могут длиться до десятка секунд, а интервалы заметных пульсовых волн сокращаются до нескольких секунд.

Интерпретация сомнограммы.

Сомнограмма состоит из графика "быстрых движений век/глаз" и расположенного под ним и строго синхронного по времени графика "медленных движений век/глаз".

При погружении в сон, обычно сначала уменьшалась быстрая активность и лишь потом, с заметным запозданием - медленная.

Выяснилось, что произвольно можно на какое-то время несколько ослабить медленную активность, если стараться удерживать глаза в неподвижном положении. Но при закрытых веках, когда нет внешней точки для фиксации взгляда эта "неподвижность" нередко незаметно для засыпающего плавает, а старание удерживать глаза в определенном положении обычно вызывает рост дрожания век/глаз, что хорошо заметно на верхнем графике быстрых движений. Только при действительном успокоении спящего и по мере все большего углубления медленного сна активность движений век/глаз действительно падает. Причем в глубоком медленном сне до уровня близкого к амплитуде пульсовых волн сердечного ритма.

Как правило, можно считать достаточно надежным критерий - чем ниже медленная активность век/глаз, тем глубже "медленный сон". Особенно это верно для предельно низкой активности век/глаз, когда сигнал изменяется с периодом более десятка секунд.

Менее надежно и уверенно можно различить процессы в быстром сне. Не удалось найти столь же простого критерия, чтобы надежно, используя лишь малую часть графика, различать - видит ли спящий сон или спокойно лежит с закрытыми глазами в то время, когда по всем признакам должны быть сновидения.

Относительно просто отличить активность век/глаз в начале процесса засыпания или в полном пробуждении или если просто лежишь и "не спится" от активности век/глаз в сновидении. Во всех этих случаях на графике "быстрых движений", как правило, ни одна из точек не снижается ниже определенного критического уровня. Во время же сновидений, особенно в начальных стадиях их развития, периоды достаточно низкой активности (провалы на графике "быстрых движений") встречаются регулярно. Лишь в период достаточно интенсивных сновидений такие провалы могут на какое-то время исчезать и активность век/глаз начинает становиться похожей на таковую в бодрствовании, отличаясь в основном тем, что ей непосредственно предшествовал период типичного развития сновидения, а также заметно большей и неравномерной амплитудой по сравнению с обычным бодрствованием при закрытых глазах.

Тем не менее, при наличии некоторого опыта наблюдения за конкретным спящим и видя сомнограмму всего предшествующего цикла сна, можно достаточно надежно утверждать не только то, что спящий именно сейчас видит сон, но и судить о динамике развития сна, об его интенсивности, яркости "картинки". Более того, глядя на "быстро бегущий" график быстрых движений век/глаз, нередко удавалось с точностью до секунды заметить возникновение даже отдельных картинок сна, поскольку их возникновение сопровождалось хорошо выраженными для конкретного спящего индивидуальными паттернами активности век/глаз.

Для автоматического определения наличия развитого сновидения высоко надежным оказался набор следующих критериев:

• Спящий уже прошел через фазу с практически полным отсутствием медленных движений глаз продолжительностью не менее 5-ти минут.
• От начала успокоения, засыпания прошло не менее 20-ти минут.
• Отсутствовали внешние помехи и активные движения, повлекшие за собой рост быстрой активности век/глаз.
• Возникли, начали учащаться и нарастать вспышки быстрой активности век/глаз на фоне общей неподвижности спящего. И этот процесс длится уже более двух минут.
• На графике "быстрых движений" всплески активности занимают более 20% временной оси.

Следует заметить, что эти критерии являются достаточно жесткими, позволяющими надежно предсказать именно наличие сновидения, но не его отсутствие. Нередко кратковременные эпизоды не слишком ярко выраженных сновидений наступали, когда медленная активность век/глаз не проходила через глубокий минимум, и появились лишь одиночные, кратковременные, с небольшой амплитудой вспышки быстрой активности.