Разработка фундаментальных основ цифровой экосистемы для персонализированной диагностики и коррекции стресс-индуцированных нарушений здоровья и поведения в образовательной среде Нижегородской области

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-18-20075

НазваниеРазработка фундаментальных основ цифровой экосистемы для персонализированной диагностики и коррекции стресс-индуцированных нарушений здоровья и поведения в образовательной среде Нижегородской области

Руководитель Полевая Софья Александровна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" , Нижегородская обл

Конкурс №66 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 08 - Гуманитарные и социальные науки; 08-552 - Психофизиология, психогенетика, сравнительная психология, зоопсихология, эволюционная психология

Ключевые слова событийно-связанная телеметрия, стресс, биоданные, картирование стрессогенных факторов

Код ГРНТИ15.21.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на обоснование и развитие дистанционных и цифровых методов методов оценки и управления здоровьем и трудоспособностью человека как компонентами индивидуального личностного потенциала. Цель проекта – фундаментальные исследования, обеспечивающие развитие цифровой экосистемы для персонализированного управления рисками развития стресс-индуцированных состояний у школьников и студентов. Актуальность проекта определяется лавинообразным ростом стрессогенных рисков нарушения здоровья и поведения в условиях таких экстремальных социальных событий, как эпидемия, кризис, социальные конфликты и т.д., а также обусловлена резким ростом потенциально опасной для общества активности в социальных сетях, крупных порталах и других интернет-площадках, начиная от, так называемых, групп "Смерти", заканчивая деятельностью направленной на разжигании розни и агрессии среди пользователей. Таким образом, проект имеет конкретную социальную значимость. Будет разработана методология управления рисками развития стресс-индуцированных расстройств с учетом психологических, нейрофизиологических, семантических и процедурных факторов. Задача по выявлению деструктивных процессов будет решена на основе объективного детектирования острых стрессов непосредственно в процессе образовательной деятельности школьников и студентов Нижегородской области. Для мониторинга функционального состояния будут применены как классические психофизиологические методы, так и информационные и телекоммуникационные технологии, разработанные авторами проекта. Впервые в Интернет-пространстве появится уникальная цифровая экосистема система поддержки устойчивости и успешности детей в образовательной среде. Важнейшим достоинством нашего подхода является объективизация детектирования стрессогенных событий и возможность обнаружения неосознаваемых факторов риска. Будут найдены алгоритмические, программные и технологические решения не только для детектирования рисков, но и для персонализированной коррекции тревоги, депрессии. В рамках проекта будет организовано междисциплинарное сотрудничество высококвалифицированных специалистов в области психофизиологии и нейроинформатики с магистрантами и аспирантами кафедры психофизиологии ННГУ им. Н.И.Лобачевского. Базовыми подразделениями для выполнения работ по проекту являются кафедра психофизиологии и лаборатория когнитивной психофизиологии ННГУ им. Н.И.Лобачевского, лаборатория механизмов рецепции ИБК РАН (Пущино), Институт прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН (Москва) и Лаборатория психофизиологии им. В.Б. Швыркова ИП РАН (Москва). По результатам работы по проекту будет опубликовано не менее 12 статей в журналах, индексируемых в базах Web of Science и Scopus; будет защищена кандидатская диссертация; будет разработано и издано 4 учебно-методических пособия по направлению подготовки 030300 – Психология. В Интернет-пространстве будет создана уникальная инфраструктура для защиты школьников и студентов от стрессогенных воздействий образовательной среды.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Полевая С.А., Халак М.Е., Липатов К.С., Заречнова Н.В., Циркова М.М., Еремин Е.В., Буланов Н.А. Клинические аспекты нелинейной динамики когнитивных процессов: особенности сенсомоторной активности у пациентов на клинической фазе COVID-19 Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика., Известия вузов. ПНД, 2022, т. 30, №3, c.322-330 (год публикации - 2022)
10.18500/0869-6632-2022-30-3-322-330

2. Федотчев А.И. Closed-loop adaptive neurostimulation technologies in cognitive rehabilitation of high-tech specialists Sovremennye tehnologii v medicine, Sovremennye tehnologii v medicine, 2022, V.14, N4, pp.34-42 (год публикации - 2022)
10.17691/stm2022.14.4.04

3. Полевая С.А., Парин С.Б., Земляная А.А., Федотчев А.И. DYNAMICS OF EEG REACTIONS UNDER COMBINATION OF RESONANCE SCANNING AND ADAPTIVE NEUROSTIMULATION IN PATIENTS WITH POST-COVID SYNDROME Opera Medica et Physiologica, Opera Medica et Physiologica, 2022, Vol. 9 (2), pp. 103-109| (год публикации - 2022)
10.24412/2500-2295-2022-2-103-109

Публикации

1. Федотчев А.И., Парин С.Б., Полевая С.А. Resonance Scanning as an Efficiency Enhancer for EEG-Guided Adaptive Neurostimulation Life, 2023. V. 13. N 3. P. 620. (год публикации - 2023)
10.3390/life13030620

2. Федотчев А.И., Полевая С.А., Парин С.Б. Efficiency of EEG-Guided Adaptive Neurostimulation Increases with the Optimization of the Parameters of Preliminary Resonant Scanning Human Physiology (Физиология человека), Human Physiology. 2023. V. 49. N 5. P. 464–470. DOI: 10.31857/S0131164623600039 (год публикации - 2023)
10.31857/S0131164623600039

3. Стасенко С.В., Ковальчук А.В., Еремин Е.В., Другова О.В., Заречнова Н.В., Циркова М.М., Пермяков С.А., Парин С.Б., Полевая С.А. Using Machine Learning Algorithms to Determine the Post-COVID State of a Person by Their Rhythmogram Sensors, V. 23. N 11. P. 5272. (год публикации - 2023)
10.3390/s23115272

4. Полевая С.А., Парин С.Б., Федотчев А.И. Сочетание ЭЭГ-управляемой адаптивной нейростимуляции с резонансным сканированием в коррекции стрессиндуцированных состояний и когнитивной реабилитации студентов университета Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2023, Том 175, № 6, с. 710-714 (год публикации - 2023)
10.47056/0365-9615-2023-175-6-710-714

5. Федотчев А.И., Земляная А.А. Зависящая от состояния мозга неинвазивная нейростимуляция с обратной связью от ЭЭГ: достижения и перспективы (обзор) Современные технологии в медицине, Современные технологии в медицине (СТМ), 2023, т. 15, № 5, с. 33-43 (год публикации - 2023)
10.17691/stm2023.15.5.04

6. Корсакова-Крейн М.Н., Федотчев А.И. Возможности и перспективы использования музыкально-компьютерных технологий в терапии психогенных расстройств Проблемы музыкальной науки / Music Scholarship, Проблемы музыкальной науки / Music Scholarship. 2023. № 3. С. 7–15 (год публикации - 2023)
10.56620/2782-3598.2023.3.007-015

7. Федотчев А.И. Методы адаптивной нейростимуляции с обратной связью: особенности, достижения и перспективы развития Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2023. Т. 109. № 9. С. 1151–1166 (год публикации - 2023)
10.31857/S0869813923090030

8. Бондарь А.Т., Федотчев А.И., Полевая С.А., Парин С.Б. Пространственные особенности нелинейных процессов в коре головного мозга человека при поличастотной стимуляции "Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023": труды VIII Всероссийской конференции. - Нижний Новгород: ИПФ РАН. – 2023., "Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023": труды VIII Всероссийской конференции / под ред. В.А.Антонца, С.Б.Парина, В.Г.Яхно. - Нижний Новгород: ИПФ РАН. – 2023. – С. 26-28. (год публикации - 2023)

9. Мухина Е.А., Текеева А.А., Циркова М.М., Полевая С.А. Особенности когнитивных функций пациентов с ОНМК Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023: труды VIII Всероссийской конференции. – Нижний Новгород : ИПФ РАН, 2023., "Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023": труды VIII Всероссийской конференции / под ред. В.А.Антонца, С.Б.Парина, В.Г.Яхно. - Нижний Новгород: ИПФ РАН. – 2023. – С. 94-96. (год публикации - 2023)

10. Нуйдель И.В., Колосов А.В., Полевая С.А., Яхно В.Г. Феноменологическая модель нейропластичности Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023: труды VIII Всероссийской конференции. – Нижний Новгород : ИПФ РАН, 2023., "Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023": труды VIII Всероссийской конференции / под ред. В.А.Антонца, С.Б.Парина, В.Г.Яхно. - Нижний Новгород: ИПФ РАН. – 2023. – С. 103-106. (год публикации - 2023)

11. Парин С.Б. Сознание как оно есть? Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023: труды VIII Всероссийской конференции. – Нижний Новгород : ИПФ РАН, 2023., "Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023": труды VIII Всероссийской конференции / под ред. В.А.Антонца, С.Б.Парина, В.Г.Яхно. - Нижний Новгород: ИПФ РАН. – 2023. – С. 114-117. (год публикации - 2023)

12. Полевая С., Федотчев А., Парин С. Comparative study of light and music stimulation controlled by one's own or by others' biopotentials of the brain and heart International Journal of Psychophysiology, International Journal of Psychophysiology. - 2023. - V. 188. - P. 107. (год публикации - 2023)
10.1016/j.ijpsycho.2023.05.274

13. Полевая С., Пермяков С., Парин С., Парина И., Циркова М., Еремин Е. Unique cardiac rhythm abnormalities in COVID-19 patients International Journal of Psychophysiology, International Journal of Psychophysiology. - 2023. - V. 188. - P. 107 (год публикации - 2023)
10.1016/j.ijpsycho.2023.05.275

14. Михайлова Е.В., Полевая С.А. Особенности когнитивных функций при употреблении психоактивных веществ Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023: труды VIII Всероссийской конференции. – Нижний Новгород : ИПФ РАН, 2023., "Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2023": труды VIII Всероссийской конференции / под ред. В.А.Антонца, С.Б.Парина, В.Г.Яхно. - Нижний Новгород: ИПФ РАН. – 2023. – С. 84-86. (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе выполнения 3 этапа исследований по проекту удалось существенно оптимизировать протоколы разработанного на предыдущих этапах нейробиоуправления с двойной биологической обратной связью (НБУ). В основу подхода легла концепция регрессии как этапа развития (Александров и др., 2017). В ходе многочисленных (более 400 испытуемых) исследований было обнаружено, что различные уровни зрелости функционального состояния «обратно пропорциональны» различной степени регрессии ритмики мозга, и, соответственно, организация сеансов НБУ должна формироваться на основе оценки конкретного уровня регрессии (слабого, умеренного или глубокого). Практические рекомендации для клиницистов представлены в выпущенной в рамках проекта монографии "Резонансное нейробиоуправление для улучшения когнитивных функций мозга" (192 стр., авторы: Федотчев А.И., Полевая С.А., Парин С.Б.; 2024, Нижний Новгород: ННГУ им. Н.И. Лобачевского; тираж 500 экземпляров). Кроме того, решены все запланированные на финишный этап задачи: - Собрана нормативная база биометрических данных, содержащая более 2000 записей муль-тимодальных цифровых образов, классифицированных в соответствии с функциональным состоянием, полом, возрастом и внешним функциональным контекстом; - Разработана программная документация нейроинформационного инструментария для пер-сонализированного картирования стрессогенности образовательного Интернет-контента и распознавания ранних маркеров стресс-индуцированного состояния по мультимодальному цифровому образу; - Разработана программная документация по алгоритмам распознавания эмоциональной дезадаптации, тревоги, депрессии и Интернет-зависимости по полимодальному цифровому образу пользователя; - Создана принципиальная схема мобильного комплекса сети нейроинтерфейсов для обеспе-чения доступа к процедурам диагностики, коррекции/оптимизации функций мозга на ос-нове биологической обратной связи в домашних и полевых условиях; - Сформирована методическая документация по оценке эффективности разных протоколов НБУ для коррекции стресс-индуцированных состояний с учетом личностных особенностей, возраста и пола для следующих программно-аппаратных комплексов: BioFeedBack 2, разработанного участником проекта А.И.Федотчевым (Институт биофизики клетки РАН), тренингов с БОС по показателям электроэнцефалограммы, по показателям кровообраще-ния, по вариабельности сердечного ритма на основе кардиореспираторного резонанса, по электрической активности кожи; дыхательные тренинги с БОС; тренинг стрессоустойчиво-сти с контролем КГР; тренинги нейробиоуправления; тренинги с БОС Реакор на базе «ЭНЦЕФАЛАН- 131-03» (Медиком, Таганрог); тренингов регуляции эмоциональной сферы; управления и контроля эмоций; способности легкого и быстрого засыпания; уменьшения уровня страха - на базе нейроинтерфейса Neuro-Space; релаксационных VR-сценариев PsyTechVR (ООО «Коре Партнерс Софт»). - Для сбора данных о динамике функционального состояния испытуемых при просмотре аффективных изображения использовался метод событийно-связанной телеметрии, по которому рассчитывался комплекс параметров функционального состояния учащихся. Для оценки уровня эмоциональной дезадаптации по четырем базисным личностным потребностям использовалась проективная методика «УЭД» Григорьевой и Тхостова. Парадоксально, но лишь у 47% испытуемых наблюдалось улучшение функционального состояния при предъявлении позитивных стимулов, тогда как у 53% испытуемых предъявление позитивных стимулов провоцировало ухудшение функционального состояния по целому набору параметров. Было выдвинуто и подтверждено предположение, что характер реакции на стимулы разной валентности связан с исходным состоянием по уровню эмоциональной дезадаптации. При шифровании нескольких образов и одновременном их восприятии выявлено преобладание негативного информационного образа, связанного с эмоциями, над позитивным. Если в структуру позитивного образа включен хотя бы один негативный одномодальный компонент, то происходит снижение оценки. Негативный стимул, предшествующий позитивному, снижает оценку позитивного элемента образа, в то время как негативный образ устойчив к опережающему позитивному. Зафиксировано усиление оценки негативного одновалентного одномодального стимула, независимо от предшествующего стимула. Также наблюдается эффект "накопления эмоций": при последовательном предъявлении набора одновалентных аффективных стимулов формируется интегративный эмоциональный образ, который соответствует средневыборочной валентности по знаку и больше по модулю для оценки по шкале "Удовольствие", что проявляется и для негативных, и для позитивных аффективных стимулов. Выявлена линейная зависимость (y = 1.7027x + 0.1267) между валентностью интегративного эмоционального образа и средневыборочной валентностью аффективных стимулов (r2 = 0.88). При предъявлении набора разновалентных стимулов линейная зависимость отсутствует и эффект "накопления эмоций" не проявляется, однако проявляется доминантность негативного образа. - Опубликовано 7 статей в журналах, индексируемых в базах Scopus или Web of Science; - Получено 4 свидетельства РФ о государственной регистрации баз данных и программы для ЭВМ по результатам выполнения данного проекта.

Публикации

1. Федотчев А.И. On the Role of Priming in the Development of Modern Rehabilitation Technologies. Biophysics, V. 69. No. 2. P. 345–348. (год публикации - 2024)
10.1134/S0006350924700428

2. Федотчев А.И. Возможности восстановления нарушенных когнитивных функций с помощью неинвазивной активации механизмов нейропластичности. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, Том 178. № 10. С. 400-405. (год публикации - 2024)
10.47056/0365-9615-2024-178-10-400-405

3. Полевая С.А., Пермяков С.А., Еремин Е.В. аза данных ритмограмм с разметкой событий и острых стрессов. Федеральная служба по интеллектуальной собственности. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024620136, Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024620136. 11.01.2024. (год публикации - 2024)

4. Пермяков С.А., Еремин Е.В., Полевая С.А., Лоскот И.В., Кузнецов Д.В. Программа для ЭВМ «Стресс-Монитор». Федеральная служба по интеллектуальной собственности. Государственная регистрация программы для ЭВМ № RU 2024611011., Государственная регистрация программы для ЭВМ № RU 2024611011. 17.01.2024 (год публикации - 2024)

5. Нуйдель И.В., Колосов А.В., Пермяков С. А., Егоров И.С., Полевая С.А., Яхно В. Г. Математическая модель управления нейропластичностью мозга при нейробиоуправлении Известия вузов. ПНД., Т. 32, вып. 4. С. 472-491. Статья опубликована на условиях Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0). (год публикации - 2024)
10.18500/0869-6632-003109

6. Полевая С.А., Парин С.Б., Федотчев А.И. Current Trends and Prospects for Development of Non-Invasive Brain Stimulation. Opera Medica et Physiologica, V. 11. No 1. P. 147-155. (год публикации - 2024)
10.24412/2500-2295-2024-1-147-155

7. Федотчев А.И., Полевая С.А., Парин С.Б. Резонансное биоуправление для улучшения функций мозга. Резонансное нейробиоуправление для улучшения когнитивных функций мозга: Монография / А.И. Федотчев, С.А. Полевая, С.Б. Парин. – Нижний Новго-род: ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2024. – 191 с., Резонансное нейробиоуправление для улучшения когнитивных функций мозга: Монография / А.И. Федотчев, С.А. Полевая, С.Б. Парин. – Нижний Новго-род: ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2024. – 191 с. (год публикации - 2024)

8. Пермяков С.А., Еремин Е.В., Полевая С.А. Программа для экспертного аннотирования стрессовых событий по ритмокардиограмме. Федеральная служба по интеллектуальной собственности. - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023687965 от 19.12.2023. (год публикации - 2023)

9. Петухов А.Ю., Морозов Н.С.. Халдина О.В., Красницкий Н.В., Полевая С.А., Лоскот И.В. The Impact of Multimodal and Polyvalent Audiovisual Stimuli on the Emotional State of an Individual. 2024 Sixth International Conference Neurotechnologies and Neurointerfaces (CNN), Kaliningrad, Russian Federation., 2024 Sixth International Conference Neurotechnologies and Neurointerfaces (CNN), Kaliningrad, Russian Federation. - 2024. – Р. 152-155. (год публикации - 2024)
10.1109/CNN63506.2024.10705863

10. Стасенко С.В., Шемагина О.В., Еремин Е.В., Яхно В.Г., Парин С.Б., Полевая С.А. Использование алгоритмов машинного обучения для определения эмоциональной дезадаптации человека по его ритмограмме Известия вузов. ПНД., Т. 32, вып. 3. С. 394-404. Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0). (год публикации - 2024)
10.18500/0869-6632-003098

11. Стасенко С.В., Полевая С.А., Лоскот И.В., Еремин Е.В., Ковальчук А.В., Нуйдель И.В., Яхно В.Г., Салихов Р.А, Казанцев В.Б., Комягин А.В., Колсанов А.В. База данных кардиоритмограмм для определения влияния информационных факторов виртуальной среды на эмоциональное состояние человека. Федеральная служба по интеллектуальной собственности. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024622242., Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024622242. 23.05.2024. (год публикации - 2024)

12. Стасенко С.В., Полевая С.А., Лоскот И.В., Еремин Е.В., Ковальчук А.В., Нуйдель И.В., Яхно В.Г., Салихов Р.А, Казанцев В.Б., Комягин А.В., Колсанов А.В. База данных кардиоритмограмм с аритмиями по типу экстрасистолия. Федеральная служба по интеллектуальной собственности. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024622272., Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024622272. 24.05.2024. (год публикации - 2024)

13. Земляная А.А., Парин С.Б., Полевая С.А., Федотчев А.И. Closed-loop methods of non-invasive brain stimulation in the diagnosis and correction of cognitive impairments. Opera Medica et Physiologica, Opera Medica et Physiologica. - 2024. - V. 11. - № 4. – Р. 104-110. (год публикации - 2024)
10.24412/2500-2295-2024-4-104-110