Fractality of sensations and the brain health: the theory linking neurodegenerative disorder with distortion of spatial and temporal scale-invariance and fractal complexity of the visible world

Abstract

The theory that ties normal functioning and pathology of the brain and visual system with the spatial–temporal structure of the visual and other sensory stimuli is described for the first time in the present study. The deficit of fractal complexity of environmental influences can lead to the distortion of fractal complexity in the visual pathways of the brain and abnormalities of development or aging. The use of fractal light stimuli and fractal stimuli of other modalities can help to restore the functions of the brain, particularly in the elderly and in patients with neurodegenerative disorders or amblyopia. Non-linear dynamics of these physiological processes have a strong base of evidence, which is seen in the impaired fractal regulation of rhythmic activity in aged and diseased brains. From birth to old age, we live in a non-linear world, in which objects and processes with the properties of fractality and non-linearity surround us. Against this background, the evolution of man took place and all periods of life unfolded. Works of art created by man may also have fractal properties. The positive influence of music on cognitive functions is well-known. Insufficiency of sensory experience is believed to play a crucial role in the pathogenesis of amblyopia and age-dependent diseases. The brain is very plastic in its early development, and the plasticity decreases throughout life. However, several studies showed the possibility to reactivate the adult’s neuroplasticity in a variety of ways. We propose that a non-linear structure of sensory information on many spatial and temporal scales is crucial to the brain health and fractal regulation of physiological rhythms. Theoretical substantiation of the author’s theory is presented. Possible applications and the future research that can experimentally confirm or refute the theoretical concept are considered.

Perspective of application of nonlinear stimulation therapy in the treatment of traumatic brain injuries and maintenance of cognitive functions in the elderly

“…В 2013 году нами была высказана гипотеза о перспективности применения технологий нелинейных воздействий на зрительную систему и головной мозг человека в терапии неврологических расстройств для восстановления сложности структуры и активности нейронных сетей через активацию нейропластичности [68]. Согласно теории фрактальной стимуляции [69], экспозиция человека к фрактальной световой среде, обладающей свойствами временной и масштабной инвариантности, необходима для нормального развития, поддержания здоровья и физиологически нормального старения ЦНС. Стимуляция сложноструктурированными оптическими сигналами или стимулами другой модальности может способствовать более эффективному восстановлению активности головного мозга и когнитивных функций в различных ситуациях у здоровых людей и лиц, страдающих неврологическими и психиатрическими расстройствами [70].…”

Fractal Phototherapy in Neuroprotection of Glaucoma

“…Нами впервые было предложено применять сложноструктурированные (фрактальные) оптические сигналы в технологиях стимуляционной терапии [26,27], в том числе для лечения глаукомы, амблиопии, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и другой неврологической патологии. Мы полагаем, что при нейродегенеративных заболеваниях фрактальная стимуляция сложноструктурированными оптическими сигналами может служить фактором, позитивно воздействующим на пластичность нервной ткани.…”

“…Мы полагаем, что при нейродегенеративных заболеваниях фрактальная стимуляция сложноструктурированными оптическими сигналами может служить фактором, позитивно воздействующим на пластичность нервной ткани. Использование стимулирующих сигналов, в которых флуктуации интенсивности физиологически обоснованы и соответствуют динамике биоритмов здорового человека, включая ритмы активности здорового головного мозга, может повысить эффективность нейрореабилитации [27][28][29]. В 2014 году нами была создана первая версия светодиодного генератора фрактальных мельканий, вмонтированного в сферу ганцфельд стимулятора для электрофизиологических исследований.…”

“…Основываясь на развиваемой нами теории [27], мы совершенствовали программу стимуляции и технологию фрактальной фототерапии 2 . Метод в настоящее время реализуется в версиях очков виртуальной реальности, мобильных приложений, переносных и стационарных моделей светодиодных устройств, генерирующих фрактальные оптические сигналы заданных параметров.…”

The Challenge of Brain Complexity - A Brief Discussion about a Fractal Intermittency-based Approach

“…Interestingly, the possibility of applying complex stimuli with fractal features as innovative therapeutic strategies is attracting the attention of many researchers (Zueva, 2015;Hägerhäll et al, 2015;Spehar et al, 2015).…”