АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ВНИМАНИЯ

Предложение относится к медицине, психофизиологии, экспериментальной психологии и педагогике и предназначено для выявления нарушений внимания и сопутствующих двигательных расстройств у детей дошкольного и школьного возраста.
Известно устройство для исследования сенсорного внимания (Плотников, Кореневский, Забродил, 1989), которое содержит на передней панели индикаторные лампочки для подачи предупредительных и пусковых стимулов, кнопку для двигательных реакций пациента и цифровые лампочки индикации числа ошибок. Устройство позволяет регистрировать лишь время моторных реакций испытуемого на предъявляемые стимулы и число ошибок.
Известны устройства тестирования нарушений внимания путем предъявления 3-х мерных виртуальных лабиринтов, содержащие компьютер, средства манипуляции (джойстик, мышь) для ориентации в лабиринте и целеуказании найденных объектов, а также аудиоустройства, сигнализирующие об ошибках или успехе действий, произведенных испытуемым (Trauka, Wilson 1994; Maguire e.a., 1998). В качестве графической основы таких лабиринтов используют программы серийно выпускаемых компьютерных игр, например DOOM II Software (Maguire et.al 1998). Устройства компьютерного тестирования позволяют исследовать концентрацию внимания испытуемого на заданные объекты поиска (выбор объекта осуществляется по его образцу, представленному на переднем плане экрана). В этом способе оценочной характеристикой внимания является время выполнения поисковой задачи.
Использование 3-мерных компьютерных лабиринтов имеет следующие недостатки:
1. Результаты тестирования зависят от предшествующего игрового опыта, возраста испытуемых (дошкольники, школьники, взрослые), а также их эмоционального отношения к компьютерным играм; 2. При компьютерном тестировании не исключается возможность влияния на результаты тестирования попадания в периферическое поле зрения испытуемого стационарно расположенных зрительных раздражителей (например, угловых контуров экрана, элементов корпуса монитора и различных фрагментов окружающей испытуемого экспериментальной обстановки), которые могут служить дополнительными навигационными ориентирами при ориентации испытуемого в лабиринте и затруднить интерпретацию результатов тестирования; 3. Непрерывные быстрые изменения исходных параметров компьютерного тест-объекта (конфигурации, графики, цвета, фона и звукового сопровождения), наблюдаемые в ходе взаимодействия с ним испытуемых, часто вызывают у них оптико-кинетические эффекты и вестибулярные нарушения, которые негативно влияют на тестируемую избирательность внимания.
Известны также устройства для тестирования внимания, содержащие реальный лабиринт со скрытыми объектами поиска, где успешное решение задачи зависит от внимания испытуемого к пространственно расположенным сенсорным сигналам, определяющим местоположение объекта поиска (Overman e.a., 1996; Bohbott e.a., 2002; Альбертин, 2006).
Ближайшим к заявляемому устройству аналогом является устройство, содержащее радиальный лабиринт, оснащенный ширмой, расположенной вокруг лабиринта, средства подачи вознаграждения, внутрилабиринтные средства сигнализации местоположения вознаграждения в лабиринте, навигационные ориентиры, закрепленные на ширме, видеокамеру, закрепленную над лабиринтом, монитор для наблюдения за испытуемым (Альбертип, 2006 - прототип устройства). Вышеуказанное устройство позволяет повысить эффективность диагностики нарушений внимания и сократить время тестирования.
Вместе с тем, данные устройства имеют следующие ограничения:
1. Устройство не позволяет оперативно изменять число входящих в состав лабиринта рукавов и их ориентацию относительно друг друга при тестировании испытуемых различного возраста.
2. При увеличении числа используемых в эксперименте рукавов (6, 8, 10, 12 - рукавный лабиринт) испытуемые имеют затруднения в обнаружении внутрилабиринтных зрительных сигналов, маскируемых стенками соседних рукавов лабиринта.
3. Устройство не позволяет автоматизировать управление экспериментом.
4. Устройство не позволяет оперативно изменять условия тестирования, не прерывая проведение эксперимента.
5. Устройство не позволяет оперативно изменять местоположение предпочитаемого (наибольшего) вознаграждения в рукавах лабиринта в ходе тестирования испытуемого.
6. Устройство не позволяет изменять в ходе тестирования испытуемого местоположение навигационных ориентиров, расположенных вне лабиринта.
7. Устройство не позволяет оперативно вводить новые навигационные ориентиры в ходе эксперимента.
Цель предложения - расширение оперативных возможностей устройства при расширении класса решаемых устройством задач, сокращение времени тестирования испытуемых.
Сущность предлагаемого автоматизированного устройства для тестирования внимания, содержащее радиальный лабиринт, оснащенный ширмой, расположенной вокруг лабиринта, средства подачи подкрепления, средства регистрации двигательных реакций испытуемого, средства сигнализации местоположения подкрепления, расположенные в рукавах лабиринта, навигационные ориентиры, закрепленные на ширме, видеокамеру, закрепленную над лабиринтом, монитор для наблюдения за испытуемым, заключается в том, что лабиринт выполнен составным, с возможностью изменения размера, ориентации и числа рукавов, входящих в состав лабиринта, выполненных из разборных несущих элементов и прозрачного материала, образующего стенки лабиринта, при этом средства подачи подкрепления выполнены в виде автоматизированного диспенсора вознаграждения, оснащенного манипуляционным рычагом, выполненного с возможностью одноразовой или серийной подачи вознаграждения, предъявляемого дискретно, с различными временными интервалами, при этом навигационные ориентиры выполнены электроуправляемыми в виде матричных пластин светодиодов, закрепленных на ширме, с возможностью их маскировки, причем средства регистрации двигательных реакций испытуемого, содержат датчик выжима манипуляционного рычага диспенсора вознаграждения и фотометрический датчик, фиксирующий выход испытуемого из рукава лабиринта, которые включены в электрическую схему, содержащую последовательно соединенные мостовую схему, усилитель, формирователь импульсного сигнала и регистрирующий прибор, при этом устройство оснащено средствами автоматизированного управления экспериментом, содержащими переключатели внутрилабиринтных сигналов, режима работы диспенсора вознаграждения, экспонируемых навигационных ориентиров, которые включены в электрическую схему, содержащую последовательно соединенные пульт управления, компьютер, устройство ввода/вывода сигналов, счетчики сигналов датчиков двигательных реакций испытуемого и коммутатор электрических цепей, а компьютер оснащен программой, определяющей режим включения внутрилабиринтных сигналов, вид и местоположение активируемых навигационных ориентиров, режим работы диспенсора вознаграждения и временные интервалы при серийной подаче вознаграждения.
2. Сущность устройство заключается также в том, что диспенсор вознаграждения оснащен ручным переключателем, определяющим выбор испытуемым вида получаемого подкрепления.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в аксонометрии, где
1 - рукава лабиринта
2 - диспенсор вознаграждения, оснащенный ручным переключателем вида получаемого испытуемым вознаграждения (на схеме не показан)
3 - манипуляционный рычаг получения вознаграждения, оснащенный датчиком (например тензодатчик) выжима рычага (на схеме не показан)
4 - лоток подачи вознаграждения
5 - средства сигнализации местоположения подкрепления внутри лабиринта - внутрилабиринтные сигналы (например лампочки)
6 - фотометрические датчики, фиксирующим выход испытуемого из рукава лабиринта (например, ИФК-датчики)
7 - вход в лабиринт
8 - испытуемый
9 - ширма
10 - навигационные ориентиры
11 - видеокамера
На фиг.2 изображена конструкция навигационных ориентиров, где
12 - матрица светодиодов (не активирована)
13 - матрица светодиодов с высвеченными геометрическими фигурами
На рис.3 изображена блок-схема регистрации временных параметров двигательных реакций испытуемого, где
14 - ИФК-приемник
15 - тензодатчик
16, 17 - мостовая схема
18, 19 - усилитель
20 - регистрирующий прибор
21, 22 - формирователь импульсов
23 - ИФК-приемник
На фиг.4 изображена блок-схема управления устройством, где
24 - экспериментатор
25 - пульт управления
26 - видеокамера
27 - монитор
28 - компьютер
29 - устройство ввода-вывода сигналов
30 - счетчик импульсов ИФК-датчика
31 - счетчик импульсов тензодатчика
32 - коммутатор
33 - переключатель (одновременное включение) внутрилабиринтных сигналов.
34 - переключатель режима работы диспенсора вознаграждения (одноразовое, или серийное)
35 - переключатель навигационных ориентиров
На фиг.1, 2, 3, 4 показана конструкция устройства, которое содержит радиальный лабиринт, выполненный сборным с возможностью изменения размера, числа рукавов (1), входящих в состав лабиринта и их взаимной ориентации (рукава лабиринта могут быть расположены относительно друг друга под равными или различными углами). Рукава лабиринта (1) выполнены из опорных элементов (например металлопластиковые или алюминиевые трубки) и прозрачного материала (например, плексиглас). Стенка одного из рукавов, входящего в состав лабиринта, оснащена скрытой дверкой (7) для входа испытуемого в лабиринт. Концевые отделы рукавов оснащены средствами подачи подкрепления, которые выполнены в виде автоматизированного диспенсора вознаграждения (2), оснащенного лотком (4) подачи вознаграждения и манипуляционным рычагом (3), нажатие которого приводит к выдаче испытуемому вознаграждения (конфеты, шоколадки, игрушки, значки; или пластиковые жетоны, которые после эксперимента испытуемый может обменять на сладости или понравившиеся сувениры). Диспенсор вознаграждения (2) выполнен с возможностью разовой или серийной подачи вознаграждения, предъявляемого дискретно, с различными временными интервалами. Диспенсор также снабжен ручным переключателем, определяющим выбор испытуемым вида получаемого подкрепления. Концевые отделы рукавов оснащены средствами сигнализации местоположения подкрепления, выполненными в виде лампочек (5), установленных над диспенсорами вознаграждения. Манипуляционный рычаг (3) оснащен тензодатчиком, предназначенным для регистрации времени получения вознаграждения и активации ИФК-датчика (6), расположенного у выхода из рукава. ИФК-датчик запускает включение следующего внутрилабиринтного сигнала (лампочки) при выходе испытуемого из выбранного рукава в центральный круг лабиринта и фиксирует время предъявляемого сигнала. Лабиринт окружен ширмой (9) из однотонной ткани, на внешней поверхности которой закреплены матричные пластины светодиодов (12) для экспозиции геометрических фигур, служащих навигационными ориентирами (13) для испытуемых. Устройство оснащено средствами регистрации двигательных реакций испытуемого, содержащими тензодатчик, закрепленный на рабочей поверхности манипуляционного рычага (3) диспенсора вознаграждения, и ИФК-датчик (6), закрепленный на внутренней поверхности боковой стенки рукава лабиринта, которые включены в электрическую схему, содержащую последовательно соединенные мостовую схему (16, 17), усилитель (18, 19), формирователь импульсного сигнала (21, 22) и регистрирующий прибор (20). Устройство оснащено средствами автоматизированного управления экспериментом, содержащее переключатели внутрилабиринтных сигналов (33), режима работы диспенсора вознаграждения (34) и навигационных ориентиров (35), которые включены в электрическую схему, содержащую последовательно соединенные пульт управления (25), компьютер (28), устройство ввода/вывода сигналов (29), счетчики сигналов тензодатчика (31) и ИФК-датчика (30) и коммутатор электрических цепей (32), а компьютер оснащен программой, определяющей порядок включения внутрилабиринтных сигналов (их одновременное включение), вид и местоположение навигационных ориентиров, режим работы диспенсора вознаграждения и временные интервалы при серийной подаче вознаграждения. Лабиринт оснащен видеокамерой (11), установленной над лабиринтом и монитором (27) для наблюдения и регистрации поведения испытуемых в лабиринте.
Устройство работает следующим образом (фиг.1, 2, 3, 4).
1-я сессия тестирования. Испытуемых перед тестированием знакомят с работой диспенсора вознаграждений, выясняют какое вознаграждение они предпочитают и поясняют, что их задача состоит в том, чтобы собрать в освещаемых рукавах лабиринта наибольшее количество вознаграждений в отведенное для эксперимента время. При тестировании группы испытуемых их также информируют, что победителю, набравшему наибольшее количество вознаграждений будет вручен специальный приз. Испытуемый через дверь в боковой стенке лабиринта заходит в лабиринт, рукава которого оснащены диспенсорами вознаграждения, на ширме, окружающей лабиринт, включены хорошо видимые испытуемым геометрические фигуры. Экспериментатор с пульта зажигает в данном рукаве сигнальную лампочку, расположенную над диспенсором вознаграждения. Нажатие на манипуляционный рычаг диспенсора сопровождается выключением сигнальной лампочки и получением испытуемым вознаграждения. Тензодатчик, установленный на поверхности рычага, фиксирует время получения испытуемым вознаграждения и активирует ИФК-датчик, расположенный у выхода из рукава. При выходе испытуемого из рукава в центральный круг лабиринта срабатывает вышеуказанный ИФК-датчик, который включает лампочку в другом рукаве, сигнализирующую местоположение следующего, подкрепляемого вознаграждением рукава, и фиксирует время начала выполнения следующей пробы. Последовательность включения зрительных стимулов в различных рукавах лабиринта осуществляется в случайном порядке с помощью компьютерной программы. Диспенсоры вознаграждения в этой серии экспериментов включены на режим одноразовой подачи вознаграждения во всех рукавах лабиринта. Оптимальная стратегия поведения в этой серии эксперимента - выполнение безошибочных ответов на внутрилабиринтные сигналы при высокой скорости реагирования в лабиринте. Количество ошибок, выявленных в эту сессию тестирования является показателем нарушения концентрации внимания испытуемых на предъявляемые сенсорные стимулы.
Во 2-ю сессию тестирования алгоритм совершаемых испытуемым действий сохраняется, но при этом вводится режим асимметричного подкрепления - при последовательном предъявлении локальных зрительных стимулов в одном рукаве испытуемые получают большее вознаграждение, в остальных рукавах - вознаграждение оставляют прежним. При этом в одном из рукавов диспенсор работает в режиме серийной подачи вознаграждений, получаемых испытуемым поштучно с временными интервалами, задаваемыми программой компьютера, в остальных рукавах - в режиме одноразовой подачи вознаграждения.
Устройство лабиринта позволяет испытуемым использовать для нахождения наибольшего вознаграждения навигационные сигналы - хорошо различимые геометрические фигуры, расположенные на ширме, окружающей лабиринт. Тестирование способности испытуемого к переключению внимания с дискретно подаваемых внутрилабиринтных стимулов на постоянно действующие навигационные ориентиры производят отдельными пробами, не более двух проб подряд, в случайном порядке, в ряду последовательно чередуемых внутрилабиринтных сигналов, путем их одновременного включения, при этом применение проб на внимание начинают осуществлять после 2-х разового применения каждого из тестируемых внутрилабиринтных целевых сигналов, чередуемых в случайном порядке. Подача пробы на внимание (одновременное включение всех внутрилабиринтных сигналов) осуществляется автоматически, с помощью программы, заложенный в компьютер, или вручную экспериментатором при наблюдении за текущим поведением испытуемого с помощью портативной видеокамеры.
Оптимальным решением задачи в этой серии, приводящим к получению испытуемым наибольшего количество вознаграждений, является тактика выбора рукава с наибольшим вознаграждением на одновременное включении внутрилабиринтных сигналов и ожиданием очередного вознаграждения при увеличении интервала времени между дискретно подаваемыми вознаграждениями при их серийной подаче.
В 3-ю сессию тестирования включение режима подачи наибольшего (серийного) вознаграждения производят в другом рукаве лабиринта, после чего тестирование внимания и локомоторной активности осуществляют в вышеописанной последовательности. В отличие от предыдущей серии тестирования в 3-й серии задача на переключение внимания усложняется в связи с увеличением объема и распределения внимания. Испытуемым, кроме переключения внимание с локальных стимулов на постоянно действующие зрительные сигнальные ориентиры, необходимо переключить внимание с одного сочетания постоянных зрительных ориентиров, показывавших в предыдущей серии тестирования местоположение наибольшего подкрепления, на другое сочетание зрительных ориентиров, соответствующее новой локализации наибольшего подкрепления.
При проведении тестирования осуществляют подсчет количества правильных и ошибочных ответов на предъявление проб, а также время выполнения двигательных реакций на локальные зрительные стимулы.
Усложнение предъявляемым испытуемым задачи зависит от возраста испытуемого и заключается в увеличении числа используемых в эксперименте рукавов, их асимметричной ориентации относительно друг друга, увеличении временных интервалов при серийной подаче вознаграждения, а также замене применявшихся в первых двух сериях геометрических фигур навигационных ориентиров на новые при смене рукава с наибольшим вознаграждением.
Показателем дефицита внимания является неспособность испытуемых к безошибочному выполнению нескольких тестирующих проб подряд при исходном местоположении наибольшего вознаграждения и изменении его локализации в лабиринте, а показателями импульсивности (гиперактивности) - неспособность испытуемых к ожиданию очередной порции вознаграждения при выборе рукава с серийным подкреплением и сокращение времени выполнения двигательных реакции на последовательно чередуемые локальные зрительные стимулы. Специфика нарушений испытуемыми задач, предлагаемых в 3-х сериях тестов, позволяет при использовании предложенного устройства делать точное заключение о наличии, или отсутствии у испытуемых нарушений основных свойств (концентрации, распределения, переключения) внимания, а также давать точную оценку характера, селективности и тяжести выявленных нарушений внимания.
Преимущества предложенного устройства.
1. Устройство позволяет проводить многократную смену рукава с наибольшим вознаграждением в одном эксперименте. Это преимущество обеспечивается за счет того, что устройство оснащено переключателем режима работы диспенсора вознаграждения, который включен в электрическую схему, содержащую последовательно соединенные пульт управления, компьютер, устройство ввода-вывода сигналов и коммутатор электрических цепей, а компьютер оснащен программой, определяющей режим работы диспенсора вознаграждения в различных рукавах.
2. Устройство позволяет проводить эффективное тестирование детей дошкольного и школьного возраста за счет обеспечения у испытуемых высокой мотивации. Это преимущество обеспечивается за счет того, что мотивация детей имеет соревновательный (престижный) характер, позволяя производить смену рукава с наибольшим (предпочитаемым) вознаграждением многократно в одном опыте, не прерывая проведение эксперимента.
3. Устройство позволяет оперативно изменять число входящих в состав лабиринта рукавов и их ориентацию относительно друг друга при тестировании испытуемых различного возраста. Это преимущество обеспечивается за счет того, что лабиринт выполнен составным, с возможностью изменения размера, ориентации и числа рукавов, входящих в состав лабиринта выполненных из разборных несущих элементов и прозрачного материала, образующих стенки лабиринта.
4. Устройство устраняет затруднения испытуемых в обнаружении внутрилабиринтных зрительных сигналов, маскируемых стенками соседних рукавов лабиринта, которые наблюдаются при увеличении числа используемых в эксперименте рукавов (6, 8, 10, 12 - рукавный лабиринт). Это преимущество обеспечивается за счет того, что стенки лабиринта выполнены из прозрачного материала.
5. Устройство позволяет автоматизировать управление экспериментом, что приводит к исключению ошибок экспериментатора и сокращению времени тестирования испытуемых. Это преимущество обеспечивается за счет того, что устройство оснащено ИФК- и тензодатчиками, переключателями внутрилабиринтных сигналов, режима работы диспенсора вознаграждения и навигационных ориентиров, которые включены в электрическую схему, содержащую последовательно соединенные пульт управления, компьютер, устройство ввода-вывода сигналов, импульсные счетчики датчиков и коммутатор электрических цепей, а компьютер оснащен программой, определяющей порядок включения внутрилабиринтных сигналов, вид и местоположение активируемых навигационных ориентиров, режим работы диспенсора вознаграждения и временные интервалы при серийной подаче вознаграждения.
6. Устройство позволяет изменять в ходе тестирования испытуемого местоположение известных испытуемому навигационных ориентиров, расположенных вне лабиринта. Это преимущество обеспечивается за счет того, что устройство оснащено переключателем навигационных ориентиров, который включен в электрическую схему, содержащую последовательно соединенные пульт управления, компьютер, выходное устройство и коммутатор электрических цепей, а компьютер оснащен программой, определяющей местоположение активируемых навигационных ориентиров.
7. Устройство позволяет регистрировать латентные периоды и время выполнения двигательных реакций испытуемого в лабиринте. Это преимущество обеспечивается за счет того, что рукава лабиринта оснащены ИФК-датчиками, а манипуляционные рычаги диспенсоров вознаграждения снабжены тензодатчиками, которые включены в электрическую схему, содержащую последовательно соединенные мостовую схему, усилитель, формирователь импульсов и регистрирующий прибор.
8. Устройство позволяет оперативно вводить новые навигационные ориентиры в ходе эксперимента. Это преимущество обеспечивается за счет того, что вид навигационных ориентиров определяется конфигурацией активированных матричных светодиодов, выбираемых на матрице, установленной на ширме, окружающей лабиринт, при этом устройство оснащено переключателем навигационных ориентиров, который включен в электрическую схему, содержащую последовательно соединенные пульт управления, компьютер, выходное устройство и коммутатор электрических цепей, а компьютер оснащен программой, определяющей вид активируемых навигационных ориентиров.
9. Устройство позволяет изменять вид получаемого вознаграждения при изменении мотвации испытуемого в ходе эксперимента. Это преимущество обеспечивается за счет того, что диспенсор вознаграждения оснащен ручным переключателем, определяющим выбор испытуемым вида получаемого вознаграждения.
Источники информации:
1. Альбертин С.В. Способ диагностики дефицита внимания в экспериментах на животном. Патент РФ №2269295 от 10.02.2006 г (прототип).
2. Плотников В.В., Кореневский Н.А., Забродил Ю.М. Автоматизация методик психологического исследования: принципы и рекомендации. Орел: Изд-во ВНИИ охраны труда Госагропрома СССР, 1989, 326 с.
3. Bohbot V.D., Jech R., Ruzicka E., Nadel L., e.a. Rat Spatial Memory Tasks Adapted for Humans: Characterization in Subjects with Intact Brain and Subjects with Medial Temporal Lobe Lesions. Physiol. Res., 2002, 51 (Suppl.1), S49-S64.
4. Maguire E.A., Frith C.D., Burgess N., Donnet J.G., O′Keefe J. Knowing Where Things Are: Parahippocampal Involvement in encoding Object Locations in Virtual Large-Scale Space. J. of Cogn. Neurosci., 1998, 10, pp.61-76.
5. Overman W.H., Pate B.J., Moore K., e.a. Ontogeny of place learning in children as measured in the radial arm maze, Morris search task and open field task. Behavioral Neuroscience, 1996, 110, 6, pp.1205-1228.
6. Trauka M., Wilson P.N. The effect of landmarks on route learning in a computer-simulated environment. J. of Environment Psychology, 1994, 14, pp.305-313.