РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ РАВНОВЕСИЯ ЧЕЛОВЕКА

the activity areas in the cerebellum allows us to hypothesize that the 
cerebellum acts here as a modulator of cognitive function, controlling, 
in this case, the speed, strength, rhythm and precision of thought, 
similar to the list of properties of the motor functions that it 
controls, sequentially deploying the program of cognitive operations in 
the gaming mode, organized by the adaptive feedback.
Conclusion: The integrative brain activity related to the course of the 
biofeedback media training points to the fact that developing of the 
skills of physiological functions self-regulation is accompanied by the 
activation of the sensory and associative (prefrontal and parietal) 
cortical areas, subcortical regions (the cerebellum) and is not limited 
to the cerebral structures that are traditionally considered as 
cognitive ones. During the learning to self-regulate the heart-rate AAs 
shifted to the sensory brain areas.
References:
1. Mazhirina К.G, Jafarova О.А., Pervushina O.N. // Bulletin of the 
Siberian medicine. 2010. V. 9. № 2. P. 129-133. 
2. Mazhirina К, Rezakova M, Mark B. Shtark  // Journal of Behavioral 
and Brain Science, 2014, 4, PP. 58-68.
DOI:10.12737/12412

РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ОЦЕНКЕ 

СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ РАВНОВЕСИЯ ЧЕЛОВЕКА

М.А. Медведев1, И.В. Толмачев2, Я.С. Пеккер3

1: Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования «Сибирский государственный медицинский 

университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

2: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение 

высшего образования

«Национальный исследовательский Томский государственный университет»
3: федеральное государственное автономное образовательное учреждение 

высшего образования «Национальный исследовательский Томский 

политехнический университет»

ivantolm@mail.ru

Реферат.
Разработана динамическая виртуальная среда с возможностью
проведения 

тестов для оценки влияния зрительного анализатора на постуральную 
функцию. 
Разработана 
система, 
интегрирующая 
в 
себе 
виртуальное 

окружение пациента и безмаркерный захват движения. Разработана методика 
оценки функционального состояния вестибулярного аппарата, проведено 
исследование влияния виртуальной среды на равновесие человека
Ключевые слова: вестибулярный аппарат, постуральные тесты, оценка 
движений, виртуальная реальность.
Введение.
Проблемы сохранения равновесия, ориентации, координации движений в 
вертикальной стойке, ходьбе и других действиях в существующих условиях 
технического прогресса занимают всё более значительное место. Вождение 

транспортных средств, работа с многочисленными механизмами, управление 
производственными, технологическими
процессами, предъявляют жёсткие 

требования к тонким координаторным двигательным реакциям. Между тем, в 
последнее время в связи с развитием компьютерной графики появилась 
возможность создавать виртуальную трехмерную зрительную среду (ВЗС), 
имитирующую реальное зрительное окружение [1]. Этой средой легко 
управлять с помощью компьютера, моделировать желательное движение и, 
таким образом, проводить детальные исследования вклада различных 
аспектов зрительной информации в позный контроль. Такие системы 
виртуальной реальности могут быть эффективно использованы и уже 
применяются 
в 
медицине. 
Постуральный 
контроль 
у 
субъекта 
без 

вестибулярных нарушений осуществляется в том числе благодаря визуальным 
сигналам. Виртуальные среды могут вызывать конфликт между восприятием 
движения, 
созданным 
зрительной 
системой 
с 
вестибулярными 
и 

проприоцептивными входящими сигналами, указывающими на статическое 
состояние. 
Этот 
вестибулярно-визуально-проприоцептивный 
конфликт 

«нейронной избыточности» ослабляется или даже отсутствует, если
существует 
острая 
сенсорная 
недостаточность, 
когда 
затрагивается 

постуральный 
контроль 
[2]. 
Мы 
предполагаем, 
что 
постуральные 

исследования в процессе специфического воздействия виртуальной среды 
могли бы позволить оценить постуральную стратегию и роль каждого потока 
сигналов (визуального, вестибулярного и проприорецептивного). С точки 
зрения диагностики такие подходы позволяют выявить процесс адаптации 
системы поддержания равновесия человека, то есть на раннем этапе 
обнаружить наличие компенсаторного процесса, усиливающего функцию 
зрительного анализатора в поддержании вертикального положения человека.
Цель работы:
Разработка виртуальной среды для устройства виртуальной реальности 
Oculus Rift DK 2, проведение оценки влияния неврологических тестов в 
условиях виртуальной реальности на систему поддержания равновесия.
Методика исследования:
Разработанная виртуальная трехмерная зрительная среда представляет 
собой комнату, оформленную в нейтральном черном цвете с яркими 
оранжевыми линиями и границами перехода пол-стены-потолок. Данное 
оформление не оказывает отвлекающего внимания, что позволяет проводить 
оценку функционального состояния системы поддержания равновесия тела 
человека. 
Разработан 
сценарий 
исследования 
вестибулярного 
аппарата 
с 

использованием виртуальной реальности. Для исследования возможностей 
предложенной методики были проведены количественные оценки векторов 
движения при выполнении пробы Ромберга в рутинном исследовании 
неврологического статуса и в условиях виртуальной реальности в течение 
20 секунд.
Данные о движении точек тела регистрировались с помощью 

технологии безмаркерного захвата движений. Эта технология позволяет 
регистрировать трехмерные координаты положения 20 стандартных точек на 
теле пациента с частотой 15 отсчетов в секунду. Было обследовано 12 
добровольцев без нарушения функции равновесия. Исследование каждого 
испытуемого включало в себя несколько этапов. Этап без очков: открытые 
глаза, 
закрытые 
глаза. 
Этап 
в 
очках 
виртуальной 
реальности: 

отслеживание метки взглядом влево на 90о за 10 с., отслеживание метки 
взглядом вправо на 90о за 10 с., отслеживание метки взглядом вверх на 

1.75 м. за 10 с., отслеживание метки взглядом вниз на 1.75 м. за 10 с., 
наклон комнаты вперед на 30о, наклон комнаты назад на 30о, наклон 
комнаты влево на 30 о, наклон комнаты вправо на 30о. Оценка траекторий 
перемещения точек тела проводилась при помощи метода интегральных 
оценок [3].
Результаты исследования.
При выполнении теста Ромберга с открытыми глазами, в обоих случаях 
наблюдалось воздействие на зрительный анализатор. Только в первом 
случае это была виртуальная зрительная среда, а во втором – реальная 
комната. По сравнению с этапом тестирования с закрытыми глазами 
результаты этих исследований показали меньшее отклонение интегрального 
критерия. 
Результаты 
исследования 
применения 
неврологических 

функциональных проб с закрытыми глазами и с использованием виртуальной 
реальности у группы здоровых людей показали, что колебания в точке, 
соответствующей центру масс были значительно меньше по сравнению с 
правой и левой руками. 
Кроме этого, на всех полученных характеристиках наблюдается резкий 
скачок значения интегрального критерия в интервале 4-14 сек. Реакция 
рецепторных 
клеток 
вестибулярного 
аппарата, 
вызванная 
изменением 

положения 
тела 
в 
пространстве 
или 
его 
движением,
приводит 
к 

рефлекторному 
перераспределению 
мышечного 
тонуса. 
Следовательно, 

интервал времени от начала пробы до момента с максимальным значением 
интегрального критерия можно считать временем рефлекторных реакций 
скелетной мускулатуры, обеспечивающих сохранение равновесия тела в 
покое.
Список литературы.
1. Поддержание вертикальной позы человека при нормальном и виртуальном 
зрительном окружении / Б. Н. Сметанин, Г. В. Кожина // Нейрофизиология 
/ Neurophysiology. – 2007. – Т. 39, № 6. – С. 476-485.
2. Human postural responses to motion of real and virtual visual 
environments under different support base conditions / Т. Mergner, G. 
Schweigart, C. Maurer, A. Blumle // Exp Brain Res. 2005. – Т. 167, № 

3. С. 535-556.

3.  V.A. Fokin Statistic data simulation at estimation of biological 
system state, Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, V.311(5), 
2007, pp. 120-122.

DEVELOPMENT OF THE VIRTUAL ENVIRONMENT  TO ASSESS  THE 

FUNCTIONAL STATE OF VESTIBULAR SYSTEM.

M.A. Medvedev1, I.V. Tolmachev2, Y.S. Pekker3

1: Siberian State Medical University

2: National Research Tomsk State University

3: National Research Tomsk Polytechnic University

ivantolm@mail.ru

Abstract.
Dynamic virtual environment with the possibility of carrying out tests 
to assess the impact of the visual analyzer on postural function was 

developed. System that integrates a virtual environment of the patient 
and markerless motion capture was constructed. A method for evaluating 
the functional state of the vestibular apparatus was developed. The 
effect of a virtual environment on human balance was studied
Keywords:
vestibular system, postural tests, movement assesment, 

virtual reality.
Itroductoin.
Problems of  balance, orientation, coordination of movements in a 
vertical stand, walking and other activities in modern environment  and 
technological progress  becomes very important. Driving vehicles, work 
with  mechanisms, management of production, technological processes, 
cause strict requirements for coordination and motor responses. 
Meanwhile, in recent years in connection with the development of 
computer graphics we have an opportunity to create a virtual threedimensional visual environment, that simulates the actual visual 
environment [1]. This virtual environment is easily controlled with the 
computer and can simulate the  motion and thus to carry out detailed 
studies of the contribution of the various aspects of visual 
information in the postural control. Such virtual reality systems can 
be effectively used in medicine. Postural control of a subject without 
vestibular disorders carried out including through visual signals. 
Virtual environments can cause a conflict between the perception of 
movement, 
created 
by 
the 
visual 
system 
and 
vestibular 
and 

proprioceptive input signals. This visual-vestibular-proprioceptive 
conflict is called "neural redundancy". This conflict is weak or 
missing if there is an acute lack of sensory system when postural 
control is affected [2]. We assume that the postural study in 
particular the impact of the virtual environment could allow to assess 
postural strategy and the role of each signal stream (visual, 
vestibular and proprioceptive). In terms of diagnosis, such approaches 
can detect the process of adaptation of the system of maintaining the 
equilibrium of man, that is, at an early stage to detect the presence 
of compensatory processes, enhancing the function of the visual 
analyzer in maintaining the vertical position of the person.
Objective: development of virtual environment for virtual reality 
devices Oculus Rift DK 2, assess the impact of neurological tests in a 
virtual reality system to maintain balance.
Methods of study.
Virtual three-dimensional visual environment is a room decorated in 
neutral black with bright orange lines and boundaries between floorwall-ceiling. This design does not have any distraction, which allows 
for assessment of the functional state of the system to maintain the 
equilibrium of the human body.
Scenario studies of the vestibular apparatus using virtual reality was 
designed. To study the possibilities of the proposed method were 
conducted quantitative estimates of motion vectors when performing 
routine tests Romberg in the study of neurological status in virtual 
reality for 20 seconds. The movement data of the body were recorded 
using markerless motion capture technology. This technique allows 
recording the three-dimensional coordinates of 20 standard points on 
the body with a frequency of 15 samples per second. The study involved 

12 volunteers without disorders of the balance function. The study of 
each test included several stages. Stage without glasses: eyes open, 
eyes closed. Stage with virtual reality glasses: tracking label to the 
left at 90 degrees for 10 sec., Tracking label to the right at 90 
degrees for 10 sec., Tracking label up at 1.75 m. for 10 s., Tracking 
label down at 1.75 m. for 10 sec., tilt the room forward on 30 degrees 
, tilt  the room back on 30 degrees,  tilt  the room to the left on  30 
degrees, tilt the room to the right on 30 degrees. Evaluation of the 
path of the points of the body was carried out using the method of 
integral estimates [3].
Results.
When the Romberg test with open eyes is provided, in both cases there 
was an impact on the visual analyzer. But in the first case, it was a 
virtual visual environment while the second - a real room. Compared to 
the stage of testing with closed eyes the results of these studies 
showed a smaller deviation integral criterion.
Results of the study of neurological functional tests with closed eyes 
and using a virtual reality in a group of healthy humans have shown 
that variations in the point corresponding to the center of mass were 
significantly reduced in comparison with the right and left hands.
In addition, the characteristics of the obtained values increased 
integral criterion in the range of 4-14 seconds. The reaction of the 
receptor cells of the vestibular apparatus, caused by a change in body 
position in space or a movement leads to a redistribution of reflex 
muscle tone. Consequently, the time interval from the start of the 
sample until the maximum value of the integral criterion can be the 
time of reflex reactions skeletal muscles that maintain the body 
balance.
Reference.
1. Maintain upright posture in the normal human visual and virtual 
environment / B.N. Smetanin, G.V. Kozhin // Neurophysiology / 
Neurophysiology. - 2007. - V. 39, № 6. - S. 476-485.
2. Human postural responses to motion of real and virtual visual 
environments under different support base conditions / T. Mergner, G. 
Schweigart, C. Maurer, A. Blumle // Exp Brain Res. - 2005. - T. 167, № 
3. - S. 535-556.
3. V.A. Fokin Statistic data simulation at estimation of biological 
system state, Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, V.311 (5), 
2007, pp. 120-122.
DOI:10.12737/12413

УСТОЙЧИВОСТЬ КАРДИОДИНАМИКИ ПРИ МЕРЦАТЕЛЬНОЙ АРИТМИИ В 
УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНОГО ЧИСЛА ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ПРЕДСЕРДНЫХ 

ЭКТОПИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ

Л.В. Мезенцева*, С.С.Перцов*,**

*ФГБНУ «НИИ нормальной физиологии имени П.К. Анохина; **ГБОУ ВПО МГМСУ 

имени А.И. Евдокимова Минздрава России, Москва, РФ