Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Влияние экологических факторов среды на умственную деятельность человека 11
1.2. Роль факторов внешней среды в деятельности человека 14
1.3. Характеристика индивидуально-типологических особенностей человека
1.3.1. Влияние индивидуально-типологических особенностей на умственную деятельность 22
1.3.2. Взаимосвязь индивидуально-типологических особенностей человека с ЭЭГ-характеристиками 29
Глава 2. Материалы и методы 35
Глава 3. Влияние индивидуально-типологических Особенностей на показатели умственной работоспособности и ээг-характеристики 38
3.1. Индивидуально-типологические особенности испытуемых и показатели их умственной работоспособности 38
3.2. Биоэлектрическая активность головного мозга в различных Типологических группах людей 45
3.3. Воспроизводимость индивидуально-типологических Различий ээг-хар актеристик 51
Глава 4. Влияние факторов внешней среды на Показатели умственной работоспособности и ээг характеристики
4.1. Влияние факторов внешней среды на биоэлектрическую активность головного мозга 55
4.2. Влияние факторов внешней среды на умственную работоспособность 65
4.3. Взаимосвязь между ээг-характеристиками и показателями умственной работоспособности 73
Выводы 81
Литература
- Роль факторов внешней среды в деятельности человека
- Влияние индивидуально-типологических особенностей на умственную деятельность
- Индивидуально-типологические особенности испытуемых и показатели их умственной работоспособности
- Влияние факторов внешней среды на умственную работоспособность
Роль факторов внешней среды в деятельности человека
Одним из факторов влияющих на состояние организма человека и его работоспособность, наличие суточных ритмов биологической активности. В настоящее время становится очевидным, что практически все функции организма подвержены суточным колебаниям, поэтому возникает определенная необходимость в разработке и выявлении закономерностей, определяющих оптимум для частотных и фазовых взаимоотношений между различными колебательными процессами (Колькюхунь, 1984). Использование данных закономерностей на практике позволит определить условия, необходимые для повышения эффективности трудовой деятельности, в том числе и умственной.
Колебания умственной работоспособности человека в период бодрствования изучаются довольно продолжительное время. Однако до сих пор не определено четкой динамики данных показателей.
Так, суточная динамика умственной работоспособности, определяемая с помощью различных психометрических тестов, согласно представлениям некоторых авторов, протекает следующим образом: уровень работоспособности в тестах, требующих быстроты переработки информации, оказывается выше в послеполуденное время по сравнению с утренними часами, в ночное время работоспособность испытуемых заметно снижается (Klein et al., 1968; Colquhoun et al., 1969; Aschoff, Pohl, 1970). Авторы предполагают, что такая динамика может быть обусловлена наличием циркадных ритмов умственной работоспособности, влиянием внешних или внутренних факторов, либо возникновением у испытуемых утомления.
Однако другие исследователи суточной динамики умственной работоспособности отмечают следующее: при выполнении задач на быструю переработку информации высокие показатели работоспособности отмечались дважды - утром (около 11ч) и более выраженные в вечером (около 21ч) (Blake, 1967; Colquhoun et al., 1969; Hockey et al., 1972). Вечерний пик работоспособности авторы, дополнительно к перечисленным факторам, объясняют влиянием имеющейся у испытуемых мотивации, которую они называют - «эффектом конца работы».
По всей вероятности, как одна точка зрения, так и другая имеют под собой определенное основание, но однозначная формулировка и выделение фактора, влияющего на суточную динамику умственной работоспособности, до конца еще не определена.
Другими внешними факторами, которые могут влиять на состояние организма человека, являются температура воздуха, атмосферное давление, наличие и отсутствие осадков, солнечная активность. Влияние этих факторов хорошо прослеживается при сравнении показателей физической и умственной работоспособности в разные сезоны и годы.
Физиологи труда, наблюдая за состоянием и поведением человека, обнаружили сезонные изменения уровня физической работоспособности: спад приходится на зиму, пик - на конец лета - начало осени (Матюхин, Кривощеков, 1975; Смирнов, Навакатиян, Гамбашидзе, 1980; Доскин, Лаврентьева, 1991). В спортивной физиологии имеются сведения о том, что одинаковая тренировка дает больший эффект весной и в начале осени, чем зимой (Алякринский, 1983; Ягодинский, 1981). Кроме того, было показано, что в зимний период происходит повышение возбудимости ЦНС, уравновешенности нервных процессов, скоростной реакции мышц, но скорость мыслительных реакций замедляется (Дядичкин, 1991; Corbera, 1993). Это обусловлено влиянием таких внешних факторов как погода, солнечная активность, питание, режим жизни (Селье, 1979), поскольку по этим показателям имеются существенные различия между сезонами.
Из всех воздействий, поступающих на Землю из космоса, наиболее сильным является активность Солнца (Браун, 1964; Чижевский, 1969; Казначеев, 1980; Ягодинский, 1981; Деряпа и др., 1985). Первые доказательства влияния солнечной активности на жизненные процессы на Земле, включая массовые миграции животных, эпидемии и психические заболевания, были получены А.Л.Чижевским и его последователями (Чижевский, 1969; Владимирский, Кисловский, 1982). Была выдвинута гипотеза об улучшении умственных задатков младенцев под воздействием благоприятных факторов среды и для ее обоснования проанализирована рождаемость одаренных людей в 11-летнем солнечном цикле, сезонность в их рождаемости (Виноградов, 1989). Период следования всплесков кривой рождения великих людей составил в среднем 22.7 года. Анализ ритма работы великих поэтов, писателей и композиторов также показал, что подъем в их творчестве совпадал с максимумом гелиоактивности (Ефимов, 1990).
Многочисленные исследования, проведенные отечественными и зарубежными авторами, показали, что во время наибольшей активности Солнца возникает резкое ухудшение состояния больных (Соколов, 1969; Хаснуллин, 1992; Pawlir, Buse, 1994). В первые дни после появления пятен на Солнце количество автокатастроф возрастало в 4 раза (Тардов, 1985). Эти эффекты связывают с тем, что с увеличением солнечной активности меняется магнитное поле Земли, что, в свою очередь, может повлечь изменения возбудимости нервной системы (Ами-нев, Хасанова, 1966). Восприятие изменений параметров геомагнитного поля возможно на разных уровнях - от субклеточного до органного (Худолей, Мизгирев, 1996). Во время геомагнитных бурь различной интенсивности изменяется восприятие времени (Моисеева, Сысуев, 1981), снижается кратковременная память, объем и интенсивность внимания, повышается вероятность принятия неверных решений (Владимирский, Кисловский, 1982; Chnstianson, 1992). В исследованиях Судакова (1976) обосновывается механизм восприятия электромагнитного поля лимбическими структурами мозга. Этот механизм обусловлен особой пространственной организацией нейронной сети в данном отделе центральной нервной системы.
Современные знания о вкладе солнечной активности и колебаний геомагнитного поля в эффективность умственной работоспособности носят отрывочный характер, и до настоящего времени остается актуальным накопление эмпирических данных об изменениях работоспособности организма при различных электромагнитных возмущениях. Предстоит значительная исследовательская работа, прежде чем станет понятной реальная роль электромагнитных колебаний и будут определены конкретные механизмы их действия на функционирование организма человека.
Влияние индивидуально-типологических особенностей на умственную деятельность
В работе приведены результаты наблюдений, выполненных на 40 практически здоровых студентах Алтайского государственного университета, добровольно согласившихся принять участие в исследованиях и предварительно прошедших тестовый индивидуально-типологический отбор. Среди испытуемых было 37 девушек и 3 юношей в возрасте 20-21 год.
Индивидуально-типологические особенности определялись с использованием стандартных, адаптированных опросников Айзенка и Стреляу (Столяренко, 1996). По опроснику Айзенка тестировались шкалы экстравертированности и эмоциональной стабильности. По опроснику Стреляу определялись сила процессов возбуждения, сила процессов торможения, подвижность нервных процессов и уравновешенность процессов возбуждения и торможения.
Умственная работоспособность определялась с помощью буквенных таблиц В.Я. Анфимова (Столяренко Л.Д., 1996). Таблицы содержали 40 строк по 40 различных букв в разной последовательности, что исключало возможность запоминания. Испытуемым предлагалось в течение 2 минут, предельно внимательно и как можно более быстро просматривая таблицу, вычеркивать требуемую букву. По результатам выполнения рассчитывались следующие показатели: - объема обработанной информации (V - объем проделанной работы за 2 мин); - скорости обработки информации (s - количество просмотренных знаков за 1 мин); - точности (ПТ = количество зачеркнутых знаков / (количество зачеркнутых знаков + количество ошибок). Состояние биоэлектрической активности головного мозга определялось методом электроэнцефалографии. Запись электроэнцефалограммы (ЭЭГ) проводилась без каких-либо установок в стандартных условиях перед выполнением теста на умственную работоспособность с использованием совмещенного с компьютером (типа IBM PC) 19-канального анализатора электрической активности мозга "Энцефалан-131-01" фирмы "МЕДИКОМ ЛТД" (Россия), с постоянной времени 0.3 с, фильтр высоких частот 30 Гц, частота дискретизации 160 Гц, диапазон измерения амплитуды напряжения от 5 мкВ до 500 мкВ с разбивкой на поддиапазоны с максимальными значениями измеряемых амплитуд входных сигналов 10, 20, 50, 100, 200, 500 мкВ. ЭЭГ регистрировалась в 19 отведениях (Fb F2, F3, F4, F7, F8, Fz, T3, T4, T5, T6, C3, C4, Cz, Рз, P4, Pz, Oi, Ог), монополярно, по международной системе 10-20, в положении сидя, в состоянии спокойного бодрствования при открытых и закрытых глазах. Референтные электроды крепились к мочкам ушей. Регистрировалось четыре основных диапазона, составляющих ЭЭГ: дельта 0.3 - 4 Гц, тета 4-8 Гц, альфа 8-13 Гц, бета 13-25 Гц. Запись и предварительная обработка ЭЭГ проводилась с использованием программного обеспечения (версия 4.2) входящего в комплект поставки комплекса.
Анализировались участки ЭЭГ, свободные от артефактов. Дельта-, тета- и бета-ритмы регистрировались при открытых глазах, а характеристики альфа-ритма - при закрытых. Длительность анализируемых участков ЭЭГ составляла 15-20 секунд.
С помощью быстрого преобразования Фурье по всем каналам в диапазоне от 0.3 Гц до 25 Гц, с разрешающей способностью 0.3125 Гц, определялись следующие характеристики ритмов электроэнцефалограммы: амплитудная плотность - амплитудный спектр с размерностью mkV/Hz; ? мощностная плотность - спектральная плотность мощности с раз-мерностью mkV /Hz; доминирующая частота - частота с размерностью Hz, которой соответствует максимальное значение мощности данного ритма. вычислялись индексы альфа-, бета-, дельта- и тета- ритмов.
Данные показателей погоды на моменты проведения замеров были взяты с интернет-сайта погоды http://russian.wundergroud.com. и контролировались собственными наблюдениями. Солнечная активность оценивалась по количеству солнечных пятен, информация была получена из ежемесячных бюллетеней Solar Geophysical Data NoAA USA (http://spidr.ngdc.noaa.gov). Обработка полученных результатов проводилась методами вариационной статистики с использованием t-критерия Стьюдента и критерия Мана-Уитни. Корреляционный анализ - с вычислением коэффициента ранговой корреляции по Спирмену (Лакин, 1990).
Индивидуально-типологические особенности испытуемых и показатели их умственной работоспособности
Индивидуально-типологические особенности определялись с использованием опросников Айзенка и Стреляу. Формирование группы испытуемых происходило по заранее определенным типологическим характеристикам, поэтому приводимые ниже результаты не отражают их представительство в популяции и они даются без указания половой принадлежности испытуемых.
Умственная работоспособность оценивалась у испытуемых по показателям объема, скорости и точности выполнения корректурной пробы, выполняемой в течение двух минут. Разделение производилось с помощью вычисления среднего показателя (из фактического ряда данных), относительно которого производилась группировка. Показатели расценивались как высокие, если испытуемый просматривал больше 748 знаков (показатель объема), скорость его была больше 354 знаков в минуту и показатель точности был больше 0.9. Низкими показатели считались в том случае, если их значения были меньше указанных цифр.
На первом этапе было проведено сравнение показателей умственной работоспособности в исследуемых группах. Из анализа результатов приведенных ниже (рис. 1-5), следует, что показатели объема и скорости проделанной умственной работы находится в существенной зависимости от типологических особенностей личности испытуемых.
Так, интроверты демонстрируют достоверно (р 0.05) большую скорость (S = 369.55 ± 18.17) и объем (V = 705.32 ± 31.37) выполняемой умственной работы по сравнению с экстравертами (S = 294.28 ± 17.35) и (V = 630.14+ 32.69) (рис. 1) Это обстоятельство, на первый взгляд, противоречит известным представлениям, о том, что экстраверты склонны с большей скоростью выполнять корректурную пробу (Yates, 1973), но, скорее всего, большая успешность интровертов, отмечаемая нами, связана с тем, что экстраверты начинают выполнять задания быстрее, однако затем, как правило, показатели интровертов постепенно улучшаются и начинают превышать таковые у экстравертов (Eysenk, 1967). Полагают, что причиной этого является более быстрое развитие монотонии у экстравертов (Wilson et.al., 1983). Трудно допустить, что монотония успевает развиться за 2 минуты проведения корректурной пробы. Скорее всего, полученные результаты могут быть обусловлены либо характером обрабатываемой информации (отсутствие смысловой нагрузки), что совпадает с данными Григорян и др. (1997), где отмечается высокая работоспособность интровертов, но при длительной (4 ч) работе, либо особенностями влияния исходного состояния на эффективность умственной деятельности. Объем обработанной информации (V)
Эмоциональная стабильность личности существенно (р 0.05) сказывается на объеме обрабатываемой информации. У эмоционально нестабильных он более чем на 20% выше (рис.2). Однако при этом страдает точность она оказывается ниже примерно на 15%, чем в группе эмоционально стабильных испытуемых.
Таким образом, можно предположить, что при выполнении данного вида работы эмоционально нестабильные лица ориентируются прежде всего на быстрое выполнение большого объема работы, в отличии от эмоционально стабильных, ориентированных на максимальную точность ее выполнения.
Достаточно характерные различия в объеме и скорости выполнения корректурного теста обнаружены в группах со слабым и сильным процессом возбуждения (рис. 3). Лица со слабой нервной системой по отношению к возбуждению демонстрируют достоверно более высокие показатели объема (739.80 ± 30.22) и скорости (376.64+ 21.01) обработки информации, и, как следствие, более высокую продуктивность умственного труда (у "сильных" V = 634.36 ± 39.47 и S = 309.74 ± 15.59). Это обстоятельство подчеркивается рядом авторов в условиях выполнения неоцениваемых заданий, при запоминании связанного общей мыслью вербального материала, или только при определенном уровне активации (Вяткин, 1978; Голубева, 1980; Рождественская, 1980).
В условиях выполнения корректурной пробы не реализуются определенные преимущества личностей с сильной нервной системой, такие как большая помехоустойчивость при выполнении интеллектуальных заданий, явное преимущество сильных в запоминании сравнительно больших объемов информации, трудных для семантической обработки (Ермолаева-Томина, 1969; Голубева, 1993).
Гораздо большие различия в оценках корректурной пробы (р 0.05) обнаруживаются между группами лиц с низкой и высокой силой процесса торможения, которые касаются всех ее показателей (рис.4). У лиц со слабой выраженностью процессов торможения обнаруживаются относительно высокие показатели объема (728.16 + 32.64) и скорости (357.12 ± 19.46), низкие показателя точности (0.88 + 0.03). "Сильные" же (V = 639.08 + 38.64 и S = 318.52 ± 16.37) характеризовались высокой точностью (0.93 + 0.02) выполнения работы, то есть, в данном случае, лица с сильной нервной системой относительно торможения лучше выполняют установки, предъявляемые для выполнения задания. Это вполне согласуется с представлениями ряда авторов о силе процессов торможения, которая понимается как функциональная работоспособность нервной системы при реализации торможения, выработанного в результате обучения (Небылицын, 1966; Стреляу, 1982). Она проявляется там, где имеют место запреты или отсрочка реакции. Чем адекватнее реакция в таких ситуациях, тем сильнее процесс торможения.
Влияние факторов внешней среды на умственную работоспособность
Достоверно более высокие значения (р 0.05) показателей объема и скорости переработки информации наблюдаются у испытуемых при влиянии высокой температуры воздуха (29С), в сравнении с замером при низкой температуре (13С), где наблюдались достоверно (р 0.05) более низкие значения данных показателей. Показатель точности при высокой температуре имеет достоверно более низкое значение (р 0.05) в сравнении с замером со средней температурой (+22С), где имеет место достоверно (р 0.05) более высокая точность выполнения задания.
Таким образом, температура воздуха оказала влияние на все исследуемые показатели умственной работоспособности. Ее высокие значения определили высокую скорость и объем, при низкой точности выполнения испытуемыми задания. Данное явление протекало на фоне выраженных процессов торможения в центральной нервной системе (рис. 13).
Результаты влияния солнечной активности на показатели умственной работоспособности представлены на рисунке 20 и таблице 10.
Динамика умственной работоспособности проявилась только в показателях объема и скорости переработки информации. При этом, высокие значения (р 0.05) данных показателей обусловлены низкой (35 солнечных пятен) и высокой (129 солнечных пятен) солнечной активностью. Низкий уровень (р 0.05) умственной работоспособности характеризуется средней солнечной активностью (51 и 79 солнечных пятен).
Таким образом, солнечная активность оказывает влияние на количественные показатели умственной работоспособности, высокие значения которых наблюдались при минимальной и максимальной солнечной активности на фоне большего уровня активации головного мозга испытуемых (рис.14).
Для исследования влияния времени суток на умственную работоспособность было проведено два суточных замера, в которых участвовало по 7 человек в каждом. Измерения показателей умственной работоспособности проводили в 8ч, 12 ч, 16 ч, 20 ч, 24 ч и 4 часа.
При рассмотрении суточной динамики показателей умственной работоспособности четких различий между временем суток выявлено не было как в первом, так и во втором суточном замере. Поскольку замеры проводились в начале и в конце недели, то было проведено сравнение среднесуточных показателей умственной работоспособности, полученных в двух суточных замерах.
Из рисунка 21 видно, что различия среднесуточных показателей умственной работоспособности в начале и конце недели отсутствуют, это свидетельствует о том, что данный фактор слабо сказывается на эффективности умственной деятельности.
Использование метода регистрации ЭЭГ для оценки функционального состояния головного мозга позволяет выявить механизм, объясняющий полученные результаты. Так, на ЭЭГ испытуемых в конце недели увеличивается выраженность медленных волн (рис. 15, 16), что может свидетельствовать о преобладании процессов торможения, возникающих в результате наступления утомления. Однако в то же самое время, на фоне этих процессов в ЭЭГ испытуемых наблюдается высокочастотный альфа-ритм (рис.17), наличие которого говорит о выраженных активирующих влияниях на кору мозга со стороны подкорковых структур. Можно предположить, что данный факт иллюстрирует механизм компенсации имеющегося утомления, благодаря которому испытуемые сохраняют высокий уровень умственной работоспособности в конце рабочей недели.
Для того, чтобы выяснить влияние летнего и осеннего сезонов на умственную работоспособность испытуемых было проведено два замера: летом - 21 июня и осенью - 26 сентября. Анализ полученных результатов показал, что имеют место достоверные различия (р 0.05) в показателях объема и скорости переработки информации. Так, объем (747.92 ± 71.58) и скорость (362.42 ± 37.49) переработки информации в летний период были значительно ниже, чем в осенний (V=988.14 ± 120.91 и S=508.43 ± 65.37) (рис. 22).
Так как функциональное состояние головного мозга у испытуемых не различалось в летний и осенний периоды, то можно предположить, что на такие результаты могли повлиять следующие причины. Наиболее объясняющим, на наш взгляд, может являться тот факт, что летнее время субъективно и объективно, в данном случае, расценивается испытуемыми как время отдыха для восстановления сил потраченных за учебный год, а так же на летнее время приходится экзаменационная сессия. Такой стереотип поведения сложился за многие годы в период обучения как в школе, так и в ВУЗе. Осень, а именно сентябрь, традиционно является началом занятий и требует мобилизации восстановленных сил после летнего отдыха. Кроме того, замер проводился в конце сентября, а не сразу после летних каникул, что позволило испы туемым пройти определенную стадию врабатывания. По всей вероятности, тот факт, что испытуемые столкнулись с рабочей обстановкой после отдыха, может являться объяснением высоких показателей умственной работоспособности в этот период. Кроме того, полученные данные согласуются с имеющимися представлениями о том, что пик работоспособности приходится на конец лета - начало осени (Матю-хин, Кривощеков, 1975; Доскин, Лаврентьева, 1991).
Таким образом, сезонный фактор влияет на количественные (объем и скорость) показатели умственной работоспособности, высокие значения которых приходятся на осень по сравнению с летом. Можно предположить, что она в большей степени определяется факторами образа жизни на фоне выраженных изменений в погоде.
Из приведенных выше результатов исследования следует, что как индивидуально-типологические особенности, так и факторы внешней среды оказывают существенное влияние на функциональное состояние головного мозга и на эффективность умственной деятельности. Таким образом, логичным является продолжение исследования с целью определить насколько взаимосвязаны между собой характеристики исходной биоэлектрической активности и показатели умственной работоспособности, а также - какие из факторов имеют больший вес в своем влиянии на данную взаимосвязь.
