СПОСОБ ОЦЕНКИ СООТНОШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ ЧЕЛОВЕКА
METHOD FOR ESTIMATING EXCITATION AND INHIBITION CORRELATION IN HUMAN CENTRAL NERVOUS SYSTEM (CNS)

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека.
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 [1]. В то же время реакция на движущийся объект является сложным пространственно-временным рефлексом и используется в качестве теста для определения уровня взаимоотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека [2], что обусловливает необходимость точной его оценки.
Известен способ оценки времени реакции человека на движущийся объект, 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 реакции на движущийся объект не учитываются. Индикатором реакции на движущийся объект 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 величины ошибок запаздывания или упреждения, то есть об оценке реакции на движущийся объект [3].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ тестирования реакции человека на движущийся объект, 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 реакции на движущийся объект [4].
Недостатком известных способов является низкая достоверность оценки времени реакции человека на движущийся объект, когда число ошибок запаздывания не равно числу ошибок упреждения, а их величины незначительно отличаются друг от друга, или когда число ошибок запаздывания равно числу ошибок упреждения, но их величины значительно отличаются друг от друга. Это приводит к недостоверной оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека.
Технический результат предлагаемого способа оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека заключается в увеличении достоверности оценки во всех случаях соотношения чисел ошибок запаздывания и ошибок упреждения или их величин.
Технический результат достигается тем, что испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещена метка и точечный объект, причем новым является то, 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 суммарное значение ошибок запаздывания ,
i
где x - i-я ошибка запаздывания, мс;
n - число запаздываний,
и суммарное значение ошибок упреждения ,
j
где y - j-я ошибка упреждения, мс;
k - число упреждений,
об оценке соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе судят по сопоставлению суммарного значения ошибок запаздывания и суммарного значения ошибок упреждения.
На фиг.1 представлена окружность, предъявляемая испытуемому на экране видеомонитора, где 1 - метка, 2 - точечный объект, движущийся с заданной скоростью по окружности.
На фиг.2-8 представлены индивидуальные диаграммы значений ошибок запаздывания и упреждения 7 испытуемых.
Предлагаемый способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека осуществляется следующим образом.
i
Испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещена метка и точечный объект, движущийся с заданной скоростью по окружности. Испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта, в момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с меткой 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. Испытуемый выполняет описанную процедуру заданное число раз, после чего вычисляют суммарное значение ошибок запаздывания , где x - i-я ошибка запаздывания, мс; n - число запаздываний, являющееся характеристикой процессов торможения, и суммарное значение ошибок упреждения ,
j
где y - j-я ошибка упреждения, мс; k - число упреждений, являющееся характеристикой процессов запаздывания.
Сопоставление суммарного значения ошибок запаздывания и суммарного значения ошибок упреждения дает оценку соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе. Превышение суммарного значения ошибок упреждения свидетельствует о преобладании процессов возбуждения, превышение суммарного значения ошибок запаздывания свидетельствует о преобладании процессов торможения.
Заявляемый способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека позволяет увеличить достоверность оценки во всех случаях соотношения чисел ошибок запаздывания и ошибок упреждения или их величин. Кроме того, полученная оценка позволяет оценить вариабельность ошибок запаздывания и ошибок упреждения.
Таким образом, заявляемый способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека обладает новыми свойствами, обусловливающими получение положительного эффекта.
Пример 1
Испытуемому А., 19 лет, на экране видеомонитора персонального компьютера, совместимого с IBM PC, предъявили окружность, на которой помещена метка, по окружности по часовой стрелке двигался с заданной скоростью точечный объект. Испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения точечного объекта с положением метки нажимал клавишу клавиатуры компьютера «Пробел», выполняющую функцию кнопки «Стоп». Компьютер в момент нажатия клавиши «Пробел» останавливал движение точечного объекта по окружности, вычислял ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки, время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, заносил значение времени ошибки с соответствующим знаком в запоминающее устройство и через 1 с продолжал движение точечного объекта по окружности.
Испытуемый в соответствии с рекомендациями [3] выполнил 13 остановок движения точечного объекта в области положения метки, первые три из которых при оценке времени реакции на движущийся объект не учитывались. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки: +9, -17, +17, -24, +19, -14, +17, -11, +19, -26, которые представлены в виде диаграммы на фиг.2.
Расчет оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по предложенному способу дал следующие результаты:
- суммарная ошибка упреждения: - 92 мс;
- суммарная ошибка запаздывания: +81 мс.
Это свидетельствует о незначительном преобладании процессов возбуждения над процессами торможения, то есть состоянии, близком к их сбалансированности.
Расчет оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по способу, описанному в [3], дал следующие результаты:
- средняя величина ошибок упреждения: - 18,4 мс;
- средняя величина ошибок запаздывания: +16,2 мс.
Сопоставление рассчитанных средних величин ошибок упреждения и запаздывания также свидетельствует о незначительном преобладании процессов возбуждения над процессами торможения, то есть состоянии, близком к их сбалансированности.
Расчет оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по способу, описанному в [4], дал следующие результаты:
- количество опережающих реакций: 5;
- количество отстающих реакций: 5.
Сопоставление количества опережающих и отстающих реакций свидетельствует о сбалансированности процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого.
Результаты расчета оценок соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по предложенному и известным способам представлены в таблице 1.
Таблица 1
Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого
Результаты расчета
Результат оценки
Предложенный способ
Суммарная ошибка упреждения, мс
-92
Сбалансированность процессов
Суммарная ошибка запаздывания, мс
+81
Известный способ, описанный в [3]
Средняя величина ошибок упреждения, мс
-18,4
Сбалансированность процессов
Средняя величина ошибок запаздывания, мс
+16,2
Известный способ, описанный в [4]
Количество опережающих реакций
5
Сбалансированность процессов
Количество отстающих реакций
5
Анализ оценок, полученных по предложенному и известным способам, свидетельствует, что оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по предложенному и известным способам совпадают.
Пример 2
Испытуемый Б., 20 лет, аналогично испытуемому А. выполнил тест по оценке времени реакции на движущийся объект. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки: +2, -24, -3, +34, -11, -34, +15, -17, -10, -13, которые представлены в виде диаграммы на фиг.3.
Результаты расчета оценок соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого Б. по предложенному и известным способам представлены в таблице 2.
Таблица 2
Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого
Результаты расчета
Результат оценки
Предложенный способ
Суммарная ошибка упреждения, мс
-112
Преобладание процессов возбуждения
Суммарная ошибка запаздывания, мс
+51
Известный способ, описанный в [3]
Средняя величина ошибок упреждения, мс
-16,0
Сбалансированность процессов
Средняя величина ошибок запаздывания, мс
+17,0
Известный способ, описанный в [4]
Количество опережающих реакций
7
Преобладание процессов возбуждения
Количество отстающих реакций
3
Анализ оценок, полученных по предложенному и известным способам, свидетельствует, что оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по предложенному способу и по способу, описанному в [3], не совпадает и совпадает с оценкой по способу, описанному в [4].
Пример 3
Испытуемый В., 18 лет, аналогично испытуемому А. выполнил тест по оценке времени реакции на движущийся объект. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки: +6, -32, +9, +3, -33, +4, -21, +4, -35, -8, которые представлены в виде диаграммы на фиг.4.
Результаты расчета оценок соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого В. по предложенному и известным способам представлены в таблице 3.
Таблица 3
Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого
Результаты расчета
Результат оценки
Предложенный способ
Суммарная ошибка упреждения, мс
-129
Преобладание процессов возбуждения
Суммарная ошибка запаздывания, мс
+26
Известный способ, описанный в [3]
Средняя величина ошибок упреждения, мс
-25,8
Преобладание процессов возбуждения
Средняя величина ошибок запаздывания, мс
+5,2
Известный способ, описанный в [4]
Количество опережающих реакций
5
Сбалансированность процессов
Количество отстающих реакций
5
Анализ оценок, полученных по предложенному и известным способам, свидетельствует, что оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по предложенному способу и по способу, описанному в [3], совпадает и не совпадает с оценкой по способу, описанному в [4].
Пример 4
Испытуемый М., 20 лет, аналогично испытуемому А. выполнил тест по оценке времени реакции на движущийся объект. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки: -8, +19, +6, +4, -5, +2, +7, -14, +15, -6, которые представлены в виде диаграммы на фиг.5.
Результаты расчета оценок соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого М. по предложенному и известным способам представлены в таблице 4.
Таблица 4
Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого
Результаты расчета
Результат оценки
Предложенный способ
Суммарная ошибка упреждения, мс
-33
Преобладание процессов торможения
Суммарная ошибка запаздывания, мс
+53
Известный способ, описанный в [3]
Средняя величина ошибок упреждения, мс
-8,3
Сбалансированность процессов
Средняя величина ошибок запаздывания, мс
+8,8
Известный способ, описанный в [4]
Количество опережающих реакций
4
Преобладание процессов торможения
Количество отстающих реакций
6
Анализ оценок, полученных по предложенному и известным способам, свидетельствует, что оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по предложенному способу и по способу, описанному в [3], не совпадает и совпадает с оценкой по способу, описанному в [4].
Пример 5
Испытуемый Т., 20 лет, аналогично испытуемому А. выполнил тест по оценке времени реакции на движущийся объект. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки: -13, +28, -7, +25, -17, +19, -3, +8, -18, +14, которые представлены в виде диаграммы на фиг.6.
Результаты расчета оценок соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого Т. по предложенному и известным способам представлены в таблице 5.
Таблица 5
Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого
Результаты расчета
Результат оценки
Предложенный способ
Суммарная ошибка упреждения, мс
-58
Преобладание процессов торможения
Суммарная ошибка запаздывания, мс
+94
Известный способ, описанный в [3]
Средняя величина ошибок упреждения, мс
-11,6
Преобладание процессов торможения
Средняя величина ошибок запаздывания, мс
+18,8
Известный способ, описанный в [4]
Количество опережающих реакций
5
Сбалансированность процессов
Количество отстающих реакций
5
Анализ оценок, полученных по предложенному и известным способам, свидетельствует, что оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по предложенному способу и по способу, описанному в [3], совпадает и не совпадает с оценкой по способу, описанному в [4].
Пример 6
Испытуемый Л., 18 лет, аналогично испытуемому А. выполнил тест по оценке времени реакции на движущийся объект. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки: +9, -29, +11, +4, -32, +12, +6, -25, +9, +3, которые представлены в виде диаграммы на фиг.7.
Результаты расчета оценок соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого Л. по предложенному и известным способам представлены в таблице 6.
Таблица 6
Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого
Результаты расчета
Результат оценки
Предложенный способ
Суммарная ошибка упреждения, мс
-86
Преобладание процессов возбуждения
Суммарная ошибка запаздывания, мс
+54
Известный способ, описанный в [3]
Средняя величина ошибок упреждения, мс
-7,7
Преобладание процессов возбуждения
Средняя величина ошибок запаздывания, мс
+18,8
Известный способ, описанный в [4]
Количество опережающих реакций
3
Преобладание процессов торможения
Количество отстающих реакций
7
Анализ оценок, полученных по предложенному и известным способам, свидетельствует, что оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по предложенному способу и по способу, описанному в [3], совпадают и не совпадает с оценкой по способу, описанному в [4].
Пример 7.
Испытуемый К., 19 лет, аналогично испытуемому А. выполнил тест по оценке времени реакции на движущийся объект. В результате тестирования получены следующие значения ошибок несовпадения положений точечного объекта и метки: -7, +36, -11, -7, -4, +27, -14, -5, +21, -2, которые представлены в виде диаграммы на фиг.8.
Результаты расчета оценок соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого К. по предложенному и известным способам представлены в таблице 7.
Таблица 7
Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого
Результаты расчета
Результат оценки
Предложенный способ
Суммарная ошибка упреждения, мс
-50
Преобладание процессов торможения
Суммарная ошибка запаздывания, мс
+84
Известный способ, описанный в [3]
Средняя величина ошибок упреждения, мс
-7,7
Преобладание процессов торможения
Средняя величина ошибок запаздывания, мс
+12,0
Известный способ, описанный в [4]
Количество опережающих реакций
7
Преобладание процессов возбуждения
Количество отстающих реакций
3
Анализ оценок, полученных по предложенному и известным способам, свидетельствует, что оценка соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе испытуемого по предложенному способу и по способу, описанному в [3], совпадают и не совпадает с оценкой по способу, описанному в [4].
Предлагаемый способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека позволяет:
- повысить достоверность оценки во всех случаях соотношения чисел ошибок запаздывания и ошибок упреждения или их величин;
- дать количественную оценку, что позволяет оценить ее точность;
- оценить вариабельность ошибок запаздывания и ошибок упреждения.
Положительный эффект предлагаемого способа оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека подтвержден результатами экспериментального исследования на группе из 15 испытуемых.
Таким образом, предлагаемый способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека позволяет повысить достоверность оценки и определить ее вариабельность, сделать правильный вывод о соотношении процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе человека.
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. 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.
4. 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.