Методы и средства компьютерной стабилографии для оценки психофизиологического состояния человекаоператора

МИС-98

I. Модели и методы оценки и коррекции психофизиологического состояния

человека-оператора

УДК 615.85

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОМПЬЮТЕРНОЙ СТАБИЛОГРАФИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА-

ОПЕРАТОРА

С.С.Слива, И.В.Кондратьев

ОКБ "Ритм", Таганрогский государственный радиотехнический университет.Россия, 347928, г.Таганрог, ГСП-17А, пер.Некрасовский, 44, тел.

(86344) 2-32-55

В последние 8-10 лет работы по оценке психофизиологического состояния человека в России фактически свернуты. Однако актуальность решения этой задачи только растет, т.к. она связана с повышением безопасности в производстве и на транспорте. Особо остро стоит задача мониторинга психофизиологического состояния для операторов сложных человеко-машинных комплексов, в которых наиболее ненадежным звеном оказывается человек, и цена его ошибки очень высока.

На сегодня назрела необходимость в разработке методов и средств для определения готовности человека к “нештатной” проблемной ситуации, в которой у него нет профессиональных автоматизмов поведения, но требуется в очень ограниченное время найти эффективный, возможно единственный, вариант поведения.

В решении отмеченных задач весьма перспективным представляется использование методов и средств компьютерной стабилографии, в которой ОКБ “Ритм” за последние семь лет создало ощутимый задел.

Как научное направление стабилография в России была сформирована группой ученых Института проблем передачи информации под руководством В.С.Гурфинкеля в 1953 году.

Суть методов стабилографических исследований сводится к оценке биомеханических показателей человека в процессе поддержания им вертикальной позы. Удержание равновесия человеком является динамическим феноменом, требующим непрерывного движения тела, которое является результатом взаимодействия вестибулярного и зрительного анализаторов, суставно-мышечной проприорецепции, высших отделов центральной нервной системы и других систем. Поэтому связь характера этих движений с психофизиологическим состоянием человека представляется очевидной. Как отмечал в свое время И.М.Сеченов, биомеханические показатели позы и движения человека являются самыми “отзывчивыми” на изменение системных связей во внутренней и внешней среде организма. По его меткому выражению “все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному явлению - к мышечному движению”.

Интерес к стабилографии резко возрос после ее компьютеризации, которая позволила решить проблему обработки и визуализации сложных сигналов.

К достоинствам компьютерной стабилографии в сравнении со всеми известными средствами съема и оценки психофизиологического состояния следует отнести:

* комфортность съема сигналов, при котором не требуется специальная подготовка человека, съем информации допустим в процессе работы и даже сна;

* малое время съема, которое ограничивается обычно 30-60 сек., но легко реализуется и мониторинг;

Известия ТРТУ

* высокая информативность, т.к. биомеханические показатели коррелируют с психофизиологическим состоянием, состоянием ЦНС, нервно-мышечной системы, координационными способностями и т.п.;

* многофункциональность, позволяющая обеспечить контроль, диагностику, тренировку, реабилитацию;

* достаточно высокая мобильность.

В настоящее время в ОКБ “Ритм” начата работа по созданию компьютерного стабилоанализатора четвертого поколения. Аппаратная часть его строится на основе однокристальных систем сбора информации, сигнального процессора, однокристальной микро-ЭВМ, используя последние достижения интегральной схемотехники. Это позволит существенно расширить динамический диапазон измерений и функциональные возможности, а также снизить потребление электроэнергии, что важно для реализации комплексов, ориентированных для исследований в реальных условиях.

Если аппаратная часть опытных образцов компьютерных стабилографов на сегодня по своим техническим характеристикам близка к требуемым, то по методам обработки при попытке решения задач оценки психофизиологического состояния выявилось существенное отставание. Вопросы обработки сигналов в стабилографии исключительно важны. Общепринятые показатели в стабилографии, получаемые на основе статистической обработки: средний радиус статокинезиграммы, ее длина, среднеквадратические отклонения, средняя скорость и т.п. оказались малоинформативными.

Переход к анализу векторов скоростей и ускорений позволил существенно продвинуться в формировании методики предрейсового контроля. Получены обнадеживающие устойчивые результаты при обследовании трех групп пилотов сверхмалой авиации и технического персонала на этапе их обучения и аттестации в Центре подготовки при НКТБ "Кристалл" (г.С.-Петербург). Этот результат еще раз подтвердил, что обработка сигналов в стабилографии подлежит коренному пересмотру.

Выход видится в привлечении методов современной математики и синергетической теории управления. Складываются предпосылки к решению вопросов по обработке стабилограмм на новых принципах с использованием базовых понятий и явлений современной нелинейной динамики и синергетики, таких как: хаос, странные аттракторы, параметры порядка, нелинейные колебания, размерности пространства и т.п. Синергетический подход базируется на фундаментальной предпосылке, что биомеханические движения человека - это высокоскоординированные, когерентные процессы, которые возможны только в результате обмена информацией между различными частями и иерархическими уровнями биотехнических систем. В новом синергетическом подходе биологические явления, в том числе и биомеханические движения, представляют собой ни что иное, как различные процессы самоорганизации. Именно самоорганизация играет определенную роль в процессах обработки информации, протекающих в биосистемах. При этом возникает новый тип информации, связанный с коллективными переменными - параметрами порядка биосистем. Их оценка и использование для макроскопического описания биомеханических движений позволит обеспечить колоссальное сжатие информации, т.к. при этом рассматриваются не индивидуальные микродвижения, а изучаются глобальные свойства биотехнической системы в виде динамически связанных аттракторов.

Характерной особенностью странных аттракторов является возможность восстановления по одной компоненте вектора состояния. Это свойство странного аттрактора позволяет существенно минимизировать измерительную систему в силу того, что достаточно измерять только один параметр состояния сложной

МИС-98

I. Модели и методы оценки и коррекции психофизиологического состояния

человека-оператора

динамической системы, которую представляет собой человек, находящийся на стабилоплатформе. Для восстановления и определения размерности пространства требуется большой объем вычислений. Это учтено в структуре стабилоанализаторов четвертого поколения включением в его состав сигнального процессора.

В Курском государственном техническом университете уже разработаны и теоретически обоснованы способы определения размерности пространства восстановления странных аттракторов автономных динамических систем, обоснована алгоритмическая реализуемость этих способов. Таким образом задача выхода на новые методы обработки существенно упрощается и сводится к освоению указанных наработок.

На сегодня можно обоснованно утверждать, что компьютерная стабилография имеет большие перспективы в решении задачи оценки психофизиологического состояния человека в самых различных приложениях:

- предрейсовый контроль водителей всех транспортных средств в целях повышения безопасности;

- мониторинг состояния операторов сложных человеко-машинных комплексов;

- решение задач профотбора, профориентации и оценки профпригодности.

Технические средства фактически готовы. Первые положительные результаты получены, намечены подходы к освоению новых перспективных методов обработки.

УДК 615.84

СПОСОБ ЗВУКОВОЙ ОБЕРТОНАЛЬНОЙ МОДУЛЯЦИИ ВЕРБАЛЬНОЙ

ИНФОРМАЦИИ

Е.В.Безносюк, А.И.Кучинов

Московская Медицинская Академия им.И.М.Сеченова, Кафедра нелекарственных методов лечения и клинческой физиологии.

Способ гармонического совмещения звуковой вербальной информации с фоновым сигналом разработан нами и применен в психитерапевтической практике, а также с целью изучения и выявления смысловых конструктов сознания с целью суггестивного, коррекционного и терапевтического воздействия на

психофизиологическое состояние пациента.

Суть изобретения состоит в том, что вербальная информация в виде звуковых колебаний суммируется с фоновым звуковым сигналом (музыкальные фрагменты, звуки природы, голоса птиц, спонтанный шум и прочее) по определенным правилам ритмического сочетания. Синтезированный таким образом звуковой сигнал прослушивался испытуемыми или пациентами. При этом

наблюдался эффект увеличения смыслового предпочтения той вербальной

информации, которая содержалась в прослушиваемом сигнале (в виде обозначения

отдельных предметов) по сравнению с той, которая не была включена в синтезированный звуковой сигнал. Степень выраженности предпочтений смысловой информации и увеличение ее значимости, выявляемой и анализируемой при опросе, зависит от технического способа преобразования вербальной информации и последующего суммирования с фоновым сигналом.

Характер преобразования вербальной информации и ее уровень по отношению к основному фону имеет предпороговый характер, т.е. устанавливается