Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

Разработка структуры и алгоритмов в биоуправляемой игре «ХОНИКС»

Пятакович Ф.А. Сурушкин М.А. Макконен К.Ф.

Актуальность исследования. Определен­ные генетической детерминацией уровни приспо­собления человека к коренным изменениям современных условий жизнедеятельности не успевают вслед за динамично развивающимся технологиче­ским окружением его реального существования. В результате столкновения таких противоречий в последние годы отмечается рост психосоматиче­ских расстройств и болезней регуляции.

Все эти обстоятельства послужили генерато­ром развития теоретических и практических ис­следований с использованием информационных технологий в сфере автономных биотехнических систем и компьютерных систем, агрегированных с аппаратными средствами для лечения, а также для поддержки принятия решений в области медици­ны, что существенно повышает качество меди­цинских услуг.

Метод биологической обратной связи (БОС), зародившийся на стыке медицины, биологии и техники, в настоящее время представляет собой успешно развивающееся направление науки и практики. Это - современный не медикаментозный метод совершенствования нормальных, здоровых и коррекции нарушенных или не оптимально ра­ботающих функций организма, основанный на целенаправленной активизации резервных воз­можностей организма.

Для реализации данного метода необходима некая компьютерная программа, которая бы по­зволила не только регистрировать показания со специальных датчиков, закрепленных на теле че­ловека, но и создавать для человека ситуацию, в которой он смог бы активизировать возможности своего организма. Однако это требует времени, поэтому еще одно условие для этой программы -увлекательность, чтобы человек смог выдержать весь курс тренинга. Самый подходящий для этого вид компьютерных программ - игры. Как показа­ли ученые из Новосибирска компьютерные игры имеют лечебное применение [1]. Они использова­ли компьютерные игры с механизмами обратной биологической связи для того, чтобы вылечить детей, страдающих нарушениями в виде синдрома гиперактивности и дефицита внимания [3] .

И этим применение подобных комплексов не заканчивается. В частности, ряд авторов пред­лагают использовать в качестве антистрессовой терапии   специальный   тренинг,    основанный на БОС и направленный на умение контролиро­вать собственные эмоции и соматическое напря­жение [4,6,7].

Однако здесь следует рассмотреть и недос­татки игровых систем, работающих на принципах биологической обратной связи. Во-первых, техни­ческая реализация данных игр осуществляется в околореальном времени. Во-вторых, тренинг во всех рассмотренных системах «БОС-ПУЛЬС» и им подобных, но с другими модальностями пара­метров биологической обратной связи, основан на управлении каким-либо одним параметром: часто­той пульса, или амплитудой бета-ритма электро­энцефалограммы, или концентрацией СО2 в выды­хаемом воздухе [2]. Использование различных модальностей биологической обратной связи в игровых системах тренинга привело к расшире­нию арсенала игр, но не решило проблемы опти­мизации игрового воздействия [5].

Направление работ, рассматривающих эту проблему в соответствии с фундаментальными принципами хронобиологии, основанными на мультипараметрической обратной связи, следует признать как наиболее перспективное [8, 9,10].

Настоящее исследование выполнено в соот­ветствии с планами проблемной комиссии по хро­нобиологии и хрономедицине РАМН, а также с одним из основных научных направлений ГОУВ-ПО «БелГУ»: «Разработка универсальных методо­логических приемов хронодиагностики и биоуправления на основе биоциклических моделей и алгоритмов с использованием параметров биоло­гической обратной связи».

Цель исследования: увеличение эффектив­ности управления функциональным состоянием человека в ситуации виртуального соревнователь­ного стресса посредством использования мульти-параметрического сигнала управления в виде час­тоты пульса, дыхания и их соотношений с исполь­зованием стратегии на избегание неудачи.

Задачи исследования:

1.     Разработать структуру игрового модуля, основанного на использовании сигналов мульти-параметрической биологической обратной связи.

2.     Сформировать алгоритмы ввода электро­физиологической информации, позволяющие ре­гистрировать, обрабатывать и математически ана­лизировать физиологический сигнал в режиме реального времени.

3.     Реализовать алгоритмы биоуправления в игровом модуле "Xonix".

4.     Разработать и реализовать программное средство технологии биоуправления в виртуаль­ной игровой среде.

Методы исследования: В работе использо­ваны методы системного анализа, моделирова­ния, математической статистики, методы регист­рации и анализа электрофизиологической инфор­мации в виде датчика пульса и дыхания и ритмо-тестирования.

Для реализации поставленных задач была разработана новая компьютерная коррекционно-оздоровительная технология, включающая датчи­ки пульса и дыхания, устройства сопряжения дат­чика с компьютером, в котором происходит обра­ботка, преобразование полученных данных, ком­пьютерной игры, игровые сюжеты которой выпол­нены средствами мультимедиа и носят соревнова­тельный характер.

Соревновательный характер игры является од­ной из форм моделирования стрессовой ситуации, преодолевание которой отождествляется с победой над соперником. Наличие данного аспекта в процес­се обучения пациента является важным фактором увеличения эффективности игрового тренинга.

Таким образом, происходит обучение контро­лю своих вегетативных реакций в ситуации психо­эмоционального напряжения. Преодолевая кажу­щееся противоречие между психоэмоциональной нагрузкой и необходимостью сохранять состояние спокойствия, играющий учиться сохранять рези­стентность к стрессирующей ситуации игры, в результате чего, у него создается модель эффек­тивного поведения - система навыков конструк­тивного разрешения стрессовых ситуаций, препят­ствующих развитию стрессиндуцированных со­стояний и их последствий.

Результаты игровых сеансов сохраняются в базе данных и отображаются в виде таблицы, что дает возможность наблюдать за динамикой обучения.

В структуру игрового модуля входят четыре блока: Помощь, Игра, Настройки и Рекорды. Со­вокупность всех блоков и их содержимого представляет собой структуру разработанного игрово­го модуля. Работа всех перечисленных блоков игры обеспечивается запуском двадцати шести процедур. Последовательность запуска этих про­цедур представляет собой алгоритм работы игро­вого модуля.

В рассмотренной структуре, объединенной в одной процедуре, представлены шесть шагов, от­вечающих за появление бонусов. В структуре пре­дусмотрены также две служебные процедуры -это «Пауза» и «Выход».

В качестве языка программирования для соз­дания игры был выбран язык Объектный Паскаль (среда разработки Delphi), который построен по принципу «необходимо и достаточно». Данный язык располагает строгим контролем типов, кон­струкциями для описания произвольных структур данных, небольшим, но достаточным набором операторов структурного программирования. Сре­да разработки Delphi позволяет в кратчайшие сро­ки создавать рабочие программы из готовых ком­понентов, не растрачивая усилия на мелочи.

Программа игры "Xonix" основана на методе объектно-ориентированного программирования. Для ее реализации были использованы следующие основные объекты: Базовый объект, Игрок, Шар и Бонус. Интерфейс программы и все графические возможности выполнены в основном с использо­ванием набора стандартных компонентов. Кроме стандартных компонентов были также использо­ваны дополнительные возможности среды Delphi: встроенные функции по работе с мультимедийной информацией и пакет компонентов DelphiX 2000.07.17.

Использование функций мультимедиа стало необходимым для организации передачи инфор­мации о частоте пульса и дыхания. Передача осу­ществляется посредством линейного входа звуко­вой карты компьютера. Набор DelphiX содержит графические компоненты, позволяющие создать привлекательную игровую среду. Эти компоненты используют ресурсы видеокарты, что позволяет также снизить объем используемой оперативной памяти, а, следовательно, ускорить работу про­граммы. Ускорение работы программы необходи­мо, поскольку увлекательность игры "Xonix" за­ключается в ее динамичности.

Заключение.

Исходя, из рассмотренных алгоритмов управ­ления игрой применительно к разработанной иг­ровой стратегии на успех могут быть сделаны сле­дующие выводы:

1.    Сеанс игрового тренинга считается удач­ным, в том случае, если приращение пульса вычислено с положительным знаком. Иначе говоря, тренд имеет направленность в зону тахиритмии.

2.    Курс игрового тренинга считается эффек­тивным в том случае, если во время последнего сеанса регистрируются показатели стресса, укла­дывающиеся в зону умеренного стресса.

Исходя, из рассмотренных алгоритмов управ­ления игрой применительно к разработанной иг­ровой стратегии на избегание неудачи могут быть сделаны следующие выводы:

1.     Сеанс игрового тренинга с реализацией стратегии на избегание неудачи считается успеш­ным, в том случае, если соотношение пульса и дыхания находится в диапазоне 10 > Т > 5,0, что указывает на отсутствие стресса. При этом, тренд пульса имеет направленность в зону брадиритмии.

2.     Курс игрового тренинга с реализацией стратегии на избегание неудачи считается эффек­тивным в том случае, если во время последнего сеанса регистрируются показатели стресса, укла­дывающиеся в диапазон 1,0 < ПС < 1,5 , иначе говоря, в зону нормальных значений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.  Великохатный Р.И., Игровое биоуправление (история и современное состояние)/ Р.И. Великохат­ный, О.А. Джафарова, О.Г. Донская, и др. // Бюлле­тень СО РАМН. 1999. - С.23-29.

2.  Гришин, О. В. Клиническое применение кап-нографии в биоуправлении для диагностики и лече­ния гипервентиляционного синдрома. / О.В. Гришин, А. А. Зубков, В. Г. Гришин // Биоуправление - 3. Тео­рия и практика. - Новосибирск, 1998. - С. 122-129.

3.  Джафарова О. А. Игровое биоуправление как технология профилактики стресс-зависимых состоя­ний / О.А.Джафарова, О.Г. Донская, А.А. Зубков, М.Б. Штарк // Биоуправление-4. Теория и практика. Новосибирск. 2002. - С.86-96.

4.  Джафарова О.А., Штарк М.Б. Компьютерные системы биоуправления: тенденции развития// Меди­цинская техника. Москва. Медицина. 2002. - С.34-35.

5.  Макконен К.Ф. Разработка показателей ус­пешности и эффективности биоуправляемого авто­мобильного игрового тренинга, основанного на мультипараметрической обратной связи // Высокие технологии в технике, медицине, экономике и обра­зовании: межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ,

2008. - С. 85-89.

6. Макконен К. Ф. Игровой модуль с реализацией стратегии, направленной на избегание неудачи/ К. Ф. Макконен, Ф. А. Пятакович, А. С. Новоченко // Фундаментальные  исследования.  2007.  - №1.  - С. 70-72.

7.  Макконен К. Ф. Биотехническая система игро­вого тренинга, реализующая две стратегии / К. Ф. Макконен, Ф. А. Пятакович, А. С. Новоченко // Современные проблемы науки и образования. -2007. - №1. - C. 67-73.

8.  Пятакович Ф.А. Биоуправляемая игровая сис­тема, реализующая автомобильные гонки на основе мультипараметрической обратной связи / Ф. А. Пята-кович, К. Ф. Макконен, А. С. Новоченко // Аллерголо­гия и иммунология. - 2007. - Т.8, № 3. - С.328.

9.  Макконен К.Ф. Модели и алгоритмы био­управления в информационной системе игрового автомобильного тренинга /К. Ф. Макконен, Ф. А. Пя-такович // Системный анализ и управление в биоме­дицинских системах: журнал практической и теоре­тической биологии и медицины. - М., 2008. -Т.7. № 1. - С. 177-181.

10. Novochenko, A.S. Modelling and algorhitmisation of management in biotechnical system of the game automobile training. / Novochenko A.S. //
European journal of natural history. - 2007,   №1.- С. 108-109.

Работа представлена на Международную на­учную конференцию «Высшее профессиональное образование. Современные аспекты международ­ного сотрудничества», Майорка, 16-23 августа 2009 г. Поступила в редакцию 27.07.2009


Библиографическая ссылка

Пятакович Ф.А., Сурушкин М.А., Макконен К.Ф. Разработка структуры и алгоритмов в биоуправляемой игре «ХОНИКС» // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2009. – № 6. – С. 70-0;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=263 (дата обращения: 23.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074