СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОЦЕНКИ ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА НА ДВИЖУЩИЙСЯ ОБЪЕКТ
METHOD OF INCREASING ACCURACY OF ESTIMATING TIME OF PERSON'S REACTION AT MOVING OBJECT

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для увеличения точности оценки времени реакции человека на движущийся объект.
Одним из методов повышения надежности и эффективности профессиональной деятельности человека является диагностика и прогнозирование его функционального состояния. Простым и достаточно точным психофизиологическим показателем функционального состояния является время реакции на движущийся объект (РДО) [1]. В то же время РДО является сложным пространственно-временным рефлексом и используется в качестве теста для определения уровня взаимоотношения процессов возбуждения и торможения в коре головного мозга [2], что обусловливает необходимость точной его оценки.
Условием точности оценки времени РДО человека является получение его значений с малой вариабельностью. Однако в результате адаптации испытуемого к экспериментальным условиям, наличия «этапа врабатывания» [3] и влияния «закона научения», согласно которому процесс формирования навыка развивается по экспоненте [4], присутствует переходной процесс.
По окончании переходного процесса наступает квазистационарный режим, в котором наблюдается вариабельность значений времени РДО, объясняемая стохастичностью центральной нервной системы как сложного биологического объекта. По мнению Н.М.Пейсахова и соавт., стабилизация значений происходит после двух - трех измерений, поэтому они рекомендуют первые три полученные значения считать ориентировочными и при статистическом анализе их не учитывать [5].
Однако переходной процесс сугубо индивидуален, поэтому необходимое число измерений времени РДО до стабилизации его значений для разных испытуемых различно, что подтверждено экспериментально.
Известен способ оценки времени РДО человека, согласно которому испытуемым предъявляют циферблат обычного стрелочного секундомера, одно деление которого равно 0,01 сек. Испытуемые по команде «Можно» нажатием кнопки пускают секундомер и останавливают его в момент достижения стрелкой заданного деления на циферблате. Проводятся 13 измерений, три из которых считаются ориентировочными и при оценке времени РДО не учитываются. Индикатором времени РДО человека является средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения. Для оценки средней величины ошибок запаздывания подсчитывается сумма отклонений с положительным знаком и количество ошибок такого рода. Деление суммарной величины ошибок на их количество дает искомую величину. Аналогичным образом вычисляется критерий, характеризующий среднюю величину ошибок упреждения. Сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о преобладании средней величина ошибок запаздывания или упреждения, то есть об оценке времени РДО человека [5].
Известен способ тестирования времени РДО человека, при проведении которого испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены курсор и метка, обозначающая «Стоп». Для обеспечения движения курсора по окружности испытуемый удерживает щупом кнопку пульта управления в нажатом состоянии. В момент предполагаемого совпадения курсора с меткой испытуемый отжимает щупом кнопку пульта. По количеству опережающих, отстающих и точных реакций судят о соотношении процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе, то есть об оценке времени РДО человека [6].
р
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ оценки времени реакции человека на движущийся объект путем предъявления испытуемому на экране видеомонитора окружности, на которой помещены метка и точечный объект, отличающийся тем, что точечный объект движется с заданной скоростью по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности, затем вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности, описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего вычисляют оценку времени реакции Т человека на движущийся объект как среднеарифметическое значение по формуле:
i
где t - i-я ошибка запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n - число остановок точечного объекта в области положения метки [7].
Недостатком способов является то, что они не учитывают индивидуальный характер стабилизации значений ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки, что приводит к малой точности и достоверности оценки времени РДО при статистической обработке результатов тестирования.
Технический результат предлагаемого способа заключается в увеличении точности оценки времени РДО путем статистической обработки его значений, полученных в квазистационарном режиме, что позволяет повысить достоверность оценки результатов измерений.
i
i
р
Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены метка и точечный объект, который движется с заданной скоростью по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности, затем вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности, причем новым является то, время ошибки несовпадения точечного объекта и метки отмечают на плоскости в координатах «ошибка несовпадения - номер остановки точечного объекта», описанную процедуру неоднократно повторяют, строят диаграмму значений ошибок несовпадения t как функции t=f(N), где N - номер i-го останова точечного объекта в области положения метки, i=1, 2,…, k, k - число остановок точечного объекта в области положения метки, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен, в квазистационарном режиме выполняют заданное количество остановок точечного объекта в области положения метки, после чего вычисляют оценку времени реакции Т человека на движущийся объект по формуле:
j
где t - значение ошибки несовпадения в j-м останове точечного объекта в области положения метки, мс; j=k, k+1,..., k+(n-1); k - номер останова точечного объекта в области положения метки, соответствующий окончанию переходного процесса (началу квазистационарного режима); n - число остановок точечного объекта в области положения метки в квазистационарном режиме.
Задача испытуемого, пытающегося остановить движущийся объект, точно совмещая его с меткой, состоит в нахождении некоторой величины упреждения с учетом оставшегося расстояния и скорости своей двигательной реакции. Действие человека в подобной ситуации соответствует управлению в системах регулирования, основанному на непрерывных коррекциях, которые осуществляются после каждого очередного акта и базируются на текущей информации [8].
Время переходного процесса определяется временем, после которого имеет место неравенство [9]:
i
0
|t-t|≤Δ/2,
i
0
max
min
max
min
где t - значение ошибки несовпадения в i-м останове точечного объекта в области положения метки, i=1, 2, …, k, k - число остановок точечного объекта в области положения метки до получения квазистационарного режима, t - среднее значение ошибки несовпадения точечного объекта и метки в квазистационарном режиме; Δ=(t-t) - вариационный размах значений ошибок несовпадения точечного объекта и метки в квазистационарном режиме; t - максимальное значение ошибки несовпадения точечного объекта и метки в квазистационарном режиме; t -минимальное значение ошибки несовпадения точечного объекта и метки в квазистационарном режиме.
На фиг.1 представлена окружность, предъявляемая испытуемому на экране видеомонитора, где 1 - метка, 2 - точечный объект, движущийся с заданной скоростью по окружности.
На фиг.2-3 представлены диаграммы значений ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки, полученных в процессе тестирования двух испытуемых.
Предлагаемый способ увеличения точности оценки времени РДО осуществляется следующим образом.
Испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены метка и точечный объект, который движется с заданной скоростью по окружности. В момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности.
Вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности.
i
i
Время ошибки несовпадения точечного объекта и метки отмечают на плоскости в координатах «ошибка несовпадения - номер остановки точечного объекта». Описанную процедуру неоднократно повторяют, строят диаграмму значений ошибок несовпадения t как функции t=f(N), где N - номер i-го останова точечного объекта в области положения метки, i=1, 2, …, k, k - число остановок точечного объекта в области положения метки, до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен.
р
В квазистационарном режиме выполняют заданное количество остановок точечного объекта в области положения метки, после чего вычисляют оценку времени реакции Т человека на движущийся объект по формуле:
j
где t - значение ошибки несовпадения в j-м останове точечного объекта в области положения метки, мс; j=k, k+1,..., k+(n-1); k - номер останова точечного объекта в области положения метки, соответствующий окончанию переходного процесса (началу квазистационарного режима); n - число остановок точечного объекта в области положения метки в квазистационарном режиме.
Заявляемый способ позволяет учесть индивидуальный характер стабилизации значений ошибок несовпадения точечного объекта и метки, что повышает точность оценки времени РДО.
Таким образом, заявляемый способ увеличения точности оценки времени реакции человека на движущийся объект обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.
Пример 1
Испытуемому У., 18 лет, на экране видеомонитора персонального компьютера предъявили окружность, на которой помещена метка. По окружности по часовой стрелке двигался точечный объект, совершающий один оборот за время, равное 3 с.
Испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта по окружности, в момент предлагаемого совпадения положения точечного объекта с положением метки нажал кнопку «Стоп» пульта управления.
Компьютер в момент нажатия кнопки «Стоп» остановил движение точечного объекта по окружности, вычислил ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или время ошибки упреждения с отрицательным знаком, занес значение времени ошибки с соответствующим знаком в запоминающее устройство, отметил значение ошибки несовпадения положений точечного объекта и метки на плоскости в координатах «ошибка несовпадения - номер остановки точечного объекта» и через 1 с продолжил движение точечного объекта по окружности.
Испытуемый повторил описанную процедуру до получения квазистационарного режима, когда переходной процесс закончен. В квазистационарном режиме испытуемый в соответствии с рекомендациями физиологов выполнил 10 остановок точечного объекта в области положения метки. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки в мс: -62, +41, -48, +28, -23, +18, -16, +15, +9, -13, +15, -16, +14; -11; -16; +15, которые представлены в виде диаграммы на фиг.2. По диаграмме определили номер попытки 7 остановки точечного объекта в области положения метки, соответствующей окончанию переходного процесса.
р
Оценку времени реакции Т испытуемого на движущийся объект в квазистационарном режиме вычислили как среднеарифметическое значение по формуле:
Вариационный размах ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки в квазистационарном режиме, являющийся характеристикой их вариационного ряда [10], показывающей ширину распределения значений ошибок несовпадения точечного объекта и метки в квазистационарном режиме [11], равен 31 мс.
При условии обработки первых 13 ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки и исключении из статистического анализа первых трех ошибок несовпадения, как рекомендуется в [5], среднеарифметическое значение времени РДО равно 3,1 мс, вариационный размах равен 51 мс.
Уменьшение вариационного размаха при вычислении времени РДО по предложенному способу по сравнению с вычислениями, когда обрабатываются первые 13 ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки и из статистического анализа исключены первые три ошибки несовпадения, составило 39,2%.
Пример 2
Испытуемый Ж., 20 лет, аналогично испытуемому У., выполнил тестирование времени РДО, в результате получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки в мс: +24, -18, -14, +5, -8, +7, -6, +5, +3, -8, -4; +7; -6, которые представлены в виде диаграммы на фиг.3. По диаграмме определили номер попытки 4 остановки точечного объекта в области положения метки, соответствующей окончанию переходного процесса.
р
Оценку времени реакции Т испытуемого на движущийся объект в квазистационарном режиме вычислили как среднеарифметическое значение по формуле:
Вариационный размах ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки в квазистационарном режиме равен 15 мс.
При исключении из статистического анализа первых трех ошибок несовпадения, как рекомендуется в [5], оценка времени реакции испытуемого на движущийся объект и вариационный размах ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки совпадают с соответствующими значениями, вычисленными для квазистационарного режима.
Положительный эффект предлагаемого способа увеличения точности оценки времени РДО человека подтвержден результатами экспериментального исследования по группе из 10 испытуемых. Уменьшение вариационного размаха ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки получено у 8 испытуемых, которое составило от 25,7 до 53,4%.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить точность и достоверность оценки времени РДО человека путем статистической обработки его значений, полученных в квазистационарном режиме.
Источники информации
1. Сурнина О.Е., Лебедева Е.В. Половые и возрастные различия времени реакции на движущийся объект у детей и взрослых. // Физиология человека. - 2001. - Т.27, №4. - С.56-60.
2. Караулова Н.И. Возможности использования реакции на движущийся объект в оценке результатов тренировки. // Физиология человека. - 1982. - Т.8, №4. - С.653-660.
3. Приборы и комплексы для психофизиологических исследований. Исследования, разработка, применение. / Под ред. В.А. Викторова, Е.В. Матвеева. - М.: ЗАО"ВНИИМП-ВИТА", 2002. - 228 с.
4. Ткачук В.Г., Петрович Б. Вариативность физиологических показателей в механизме адаптации биосистем. // VII Междунар. науч. конгресс «Современный олимпийский спорт и спорт для всех»: Матер, конф. - Т.2. - М.: СпортАкадемПресс, 2003. - С.182-183.
5. Методы и портативная аппаратура для исследования индивидуально-психологических различий человека. / Н.М.Пейсахов, А.П.Кашин, Г.Г.Баранов, Р.Г.Вагапов. / Под ред. В.М.Шадрина. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1976. - 238 с.
6. Маслова О.И., Горюнова А.В., Гурьева М.Б. и др. Применение тестовых компьютерных систем в диагностике когнитивных нарушений при синдроме дефицита внимания с гиперактивностью у детей школьного возраста. // Медицинская техника. - 2005. - №1. - С.7-13.
7. Патент 2326595 РФ, МПК А61В 5/16. Способ оценки времени реакции человека на движущийся объект. / Песошин А.В., Петухов И.В., Роженцов В.В. - Опубл. 20.06.2008, Бюл. №17.
8. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. - М.: Машгиз, 1962. - 628 с.
9. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1985. - 535 с.
10. Шалыт А.И. Вариационный ряд. // Математическая энциклопедия. - М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1977. - Т.1. - С.603.
11. Платонов А.Е. Статистический анализ в медицине и биологии:
задачи, терминология, логика, компьютерные методы. - М.: Изд-во РАМН, 2000. - 52 с.