Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Функциональное состояние человека-оператора как основа его целенаправленной деятельности 11
1.1 Функциональные состояния утомления и монотонии 18
1.2 Влияние индивидуальных особенностей личности на функциональное состояние 21
1.3 Электрофизиологические показатели функционального состояния головного мозга человека-оператора 24
1.4 Вегетативные показатели функционального состояния 29
1.4.1 Показатели сердечно-сосудистой системы в диагностике функциональных состояний 30
1.4.2 Кожно-гальваническая реакция в оценке уровня бодрствования 32
1.4.3 Электромиограмма в оценке функционального состояния 33
1.4.4 Векодвигательная реакция и электроокулограмма как средства диагностики уровня бодрствования 34
1.5 Сон как функциональное состояние организма 35
1.6 Средства и способы контроля уровня бодрствования операторов 38
Глава 2. Методики проведения исследований фунционального состояния человека-оператора примонотонии 44
2.1. Характер и объем исследований 44
2.2. Характеристика испытуемых 45
2.3. Электрофизиологические исследования функционального состояния человека при расслабленном бодрствовании 46
2.4. Исследования функционального состояния человека-оператора при работе на водительском тренажере 48
Глава 3. Электрофизиологическое исследование состояния человека при сенсорной депривации 53
3.1 Динамика электроэнцефалографических показателей человека в состоянии расслабленного бодрствования 53
3.2 Динамика кардиоритмологических показателей человека в состоянии расслабленного бодрствования 74
3.3 Обсуждение 77
Глава 4. Психофизиологическое исследование состояния человека при монотонной деятельности . 82
4.1 Динамика функционального состояния человека во время работы на тренажере транспортного средства 82
4.2 Общие изменения в работе операторов в процессе управления на тренажере 82
4.3 Результаты видеонаблюдения за поведением операторов 83
4.4 Изменения функционального состояния операторов по данным электроэнцефалограммы 88
4.5 Изменения функционального состояния операторов по данным кардиоритмографии 88
4.6 Корреляты субъективного ощущения усталости операторов с физиологическими и поведенческими показателями - 95
4.7 Психофизиологические корреляты сенсомоторных реакций 96
4.8 Обсуждение 97
Заключение 101
Выводы 114
Список использованных сокращений 115
Список литературы 116
Приложение 131
- Влияние индивидуальных особенностей личности на функциональное состояние
- Исследования функционального состояния человека-оператора при работе на водительском тренажере
- Динамика электроэнцефалографических показателей человека в состоянии расслабленного бодрствования
- Результаты видеонаблюдения за поведением операторов
Введение к работе
В настоящее время в связи с расширением использования различных автоматизированных систем, управление которыми носит монотонный характер с минимальными физическими, а иногда и умственными нагрузками для оператора, большое значение приобретают ситуации, связанные с утомлением, ослаблением внимания и сонливостью. Все это влечет за собой возникновение опасного переходного состояния "бодрствование-сон" и, как следствие, повышенную вероятность возникновения аварийных ситуаций. Поэтому проблема диагностики, контроля и коррекции функционального состояния (ФС) оператора, работающего в условиях, требующих длительного или повышенного внимания при депривации сна или при нарушении нормального цикла бодрствование-сон, является чрезвычайно актуальной (Фролов, 1987; Корен, 1997; Railway Safety..., 2002; Буриков и соавт., 2003 и др.).
Помимо теоретической значимости эта проблема имеет и прикладное значение, в частности, для создания биотехнических комплексов, моделирующих операторскую деятельность и позволяющих отслеживать наступление такого состояния. Для предотвращения возникновения сонливого состояния существует и продолжает разрабатываться множество различных методов, способов и технических приспособлений. Все они направлены на поддержание надежности деятельности человека-оператора, предотвращение нежелательных сдвигов его ФС и экстренное "взбадривание" в случае ослабления внимания при наступлении дремотного состояния (Дорохов, 2001; Thiffault, Bergeron, 2003; Dinges, 2004; Dijk, Larkin, 2004; Moore-Ede, Heit-mann et al., 2004; Mallis, Mejdal et al., 2004 и др.). Подробный обзор устройств, осуществляющих контроль бодрствования машинистов поездов, появился около трех лет назад (Railway Safety..., 2002). В нем на основе анализа предложений использовать различные физиологические показатели отмечается, что проблема своевременной идентификации перехода бодрствование-
сон пока не решена, поскольку ни одна из обсуждаемых в обзоре систем не принята к реализации.
В суточном цикле бодрствование-сон имеется два пика, определяющих максимальную аварийность на транспорте: от 23 до 7 часов утра и от 13 до 17 часов. В эти часы число аварий возрастает в 8-10 раз (Корен, 1997). Если человек периодически или систематически недосыпает, то в определенные часы суток у него появляется трудно преодолимое желание уснуть хотя бы на несколько секунд. Но даже при скорости всего 50 км/час за 10-секундный микросон водителя его автомобиль проедет около 135 метров.
По приблизительным подсчетам, в 1988 году по вине сонных водителей произошло 41.6 % всех аварий - 769184 травмированных и 17689 погибших. Общий ущерб, нанесенный только экономике США подобными катастрофами, составил $ 37.9 млрд. По последним данным Национальной комиссии во Франции в 1995г. по вине сонных водителей произошло 40% всех ДТП. Во Франции прямые убытки за год составили более $ 11 млрд., а общие потери, включая лечение, профилактику и т.д., оцениваются, соответственно, от 50 до 100 млрд. долларов (Корен, 1997). В военной эргономике аналогичные цифры могут оказаться непредсказуемыми. В то же время в практике до сих пор нет надежных методов и даже критериев, позволяющих с необходимой уверенностью отделить состояние непреодолимой сонливости от утомления, а также оценить влияние монотонии, отвлечения внимания, снижающих уровень бодрствования (бдительности) и эффективность деятельности.
Исследования, проведенные во многих лабораториях сна, показали, что нормальное бодрствование невозможно без полноценного освежающего сна (Torsvall, 1989; Lavie, Weler et al., 1989; Gillberg, Kecklund, 1996; Tamaki, Shi-rota, 2000). Особенно важно поддержание нормального бодрствования для лиц, занимающихся работой, требующей постоянно высокого уровня внимания и сосредоточенности, что касается диспетчеров аэропортов, атомных станций, командных пунктов министерства обороны, гражданской защиты и министерства чрезвычайных ситуаций, а также шоферов, занятых много-
дневным вождением грузовых и пассажирских машин (Philip, Taillard, 2003; Sallinen, Harma et al., 2003). Исследования, проведенные в последние годы, подтверждают значение функционального состояния водителей для безаварийной работы на трассе. Как выясняется, важным фактором, приводящим к снижению уровня бодрствования водителей, является большая продолжительность рейса, что вызывает повышенную утомляемость, монотония, снижение внимания и появление сонливости (Dureman, Boden, 1982; Haworth et al.,1987; Home, Reyner, 1995; Philip et al., 1999; Hakkanen, Summala, 2000; Garbarino et al., 2001). По данным статистики CIIIA засыпание за рулем является причиной 20-30 % всех аварий грузовых автомашин (National Transportation, 1990; Amer. Thorac. Soc, 1994; Home, Reyner, 1995). Как показывают исследования, имеет значение и возраст водителя. У молодых водителей (возраста до 30 лет) скорее возникает состояние усталости и сонливости по сравнению с водителями с большим стажем (Philip, Mitler, 2000; Baulketal.,2001).
Причиной аварий может быть и обыкновенное сокращение ночного сна, вызванное бытовыми причинами. Сонливость может возникать в результате умеренного ежедневного уменьшения времени сна на 1-2 часа, которое может накапливаться в течение времени. Большое значение имеет непрерывность сна. Шесть часов непрерывного сна оказывают более выраженный освежающий эффект, чем, например, 10 часов сна фрагментарного (Railway Safety, 2002). В специально проведенных исследованиях было выявлено, что сокращение ночного сна с обычных 7,2 часа до 2,7 часа у 49 % обследованных приводило к значительной сонливости в последующее дневное время и засыпанию. Даже сдвиг во времени суток моментов засыпания и пробуждения влияет на выполнение задания, требующего особого внимания и бдительности (Taub, Berger, 1974).
Другими факторами риска аварий являются: отправление в рейс в ночное время, принадлежность водителя к группе "сов", привычка долго спать в течение недели, сон дольше обычного в выходные дни (Philip et al., 1999).
Бессонница и расстройства сна обусловливаются также и экологическими неблагоприятными факторами окружающей среды, стрессами, психологической напряженностью.
Однако проведенный нами аналитический обзор научной литературы и патентных источников показал, что до сих пор в мире нет достаточно эффективных методов борьбы с ошибками человека-оператора в эргатических системах управления. В частности, огромные экономические убытки и многочисленные жертвы наблюдаются ежегодно на всех видах транспортных средств. Одной из причин этого является человеческий фактор. Поэтому проблема создания надежных методов оценки и поддержания состояния бдительности и внимания в условиях утомления и сонливости, обусловленных монотонной деятельностью, продолжает оставаться весьма актуальной.
Цель работы: исследование динамики функционального состояния человека-оператора в условиях, требующих длительного повышенного внимания при монотонной деятельности на компьютерном тренажере, имитирующей труд водителя транспортного средства.
Задачи исследования
Исследовать динамику электрофизиологических показателей (электроэнцефалограмма, кардиоритмограмма, электроокулограмма) человека при расслабленном бодрствовании в условиях сенсорной депривации.
Определить общие тенденции динамики перечисленных показателей, поведенческих реакций, а также выявить индивидуальные особенности состояния испытуемых на разных этапах работы на специальном компьютерном тренажере в зависимости от уровня бодрствования и проблемных ситуаций, возникающих в процессе работы на тренажере.
Определить наиболее достоверные и значимые показатели наступления опасного для операторской деятельности состояния перехода от бодрствования к сну.
Предложить ряд рекомендаций для разработки технических средств, способствующих повышению эффективности профессионального отбора операторов систем управления.
Разработать необходимое программное обеспечение для компьютерного анализа результатов исследований.
Научная новизна
Анализ исследований позволил произвести качественное ранжирование информационной значимости психофизиологических показателей для идентификации состояния, предваряющего момент потери контроля над ситуацией.
Показано, что снижение уровня активации коры головного мозга "засыпающих" операторов электрофизиологически подтверждается фактом "замедления" доминирующего диапазона альфа-ритма, а также возникновением двух или трех гармоник альфа-ритма (полимодальность).
У "не засыпающих" операторов при длительном пребывании в состоянии расслабленного бодрствования происходит усиление спектральной мощности доминирующего диапазона альфа-ритма и его распространение по конвекситальной поверхности.
Координаты источника активности доминирующего альфа-ритма у "засыпающих" операторов с развитием сонного состояния меняются, а у "не засыпающих" остаются прежними.
Индивидуальные особенности состояния оператора прослежены и зарегистрированы в непрерывном режиме на протяжении всего цикла исследования — от расслабленного бодрствования до II стадии медленноволновой фазы сна.
Для изучения реакций оператора в процессе перехода от бодрствования к сноподобному состоянию использовался компьютерный тренажер, на котором моделировалась монотонная операторская (водительская) деятельность.
Регистрация и архивирование комплекса показателей, включая электрографические и поведенческие, производилась непрерывно и синхронно в процессе управляющих действий на тренажере.
Практическая значимость работы
Проведенные исследования показали, что проблема распознавания переходного состояния "бодрствование—сон" должна решаться на основании сугубо индивидуального подхода, поскольку фиксация определенных тенденций в изменении только статистических физиологических параметров не может являться основанием для построения обобщенной модели идентификации предсонных состояний.
При исследовании функционального состояния при расслабленном бодрствовании по данным ЭЭГ, кардиоритмограммы и артериального давления выявлены особенности "засыпающих" и "не засыпающих" испытуемых. Указанные электрофизиологические параметры следует включить в систему профотбора операторов
На основании проведенных исследований определено, что наиболее достоверными, значимыми и имеющими возможность бесконтактной реализации показателями состояния перехода от бодрствования к сну являются ве-кодвигательные реакции человека.
Разработаны практические рекомендации для повышения эффективности профессионального отбора и коррекции функционального состояния операторов, работа которых связана с монотонной деятельностью.
Предложена структурная схема лабораторного комплекса для профессионального отбора и тренировки операторов транспортных систем.
Предложена концепция "бортовой" системы для идентификации пред-сонного состояния человека, работа которой основана на бесконтактной оценке векодвигательных реакций, как показателя снижения уровня бодрствования.
Положения, выносимые на защиту 1. Индивидуальный характер реагирования на монотонные действия и ситуацию не позволяет однозначно определять состояние оператора, опасное для продолжения процесса управления.
Динамику ФС человека-оператора в процессе монотонной деятельности от состояния активного бодрствования до состояния утраты контроля над объектом управления вплоть до засыпания, следует описывать с использованием данных электроэнцефалографии, кардиоритмографии, электроокуло-графии и поведенческих реакций.
Локализация источников медленной биоэлектрической активности мозга от активного бодрствования до засыпания имеет индивидуальный характер, при засыпании возникает разделение альфа-ритма на несколько выраженных гармонических составляющих, наблюдается снижение его частоты и распространение в теменную область коры головного мозга.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены на III Международном Конгрессе "Слабые и Сверхслабые поля и излучения в Биологии и Медицине" (СПб, 2003), Всерос. научно-техн. конференции "Биотехнические системы в XXI веке" (СПб, 2004), Международной конференции "Стресс и поведение" (СПб, 2004), на заседаниях Физиологического общества (секция "Психофизиология" и заседаниях отдела Экологической физиологии НИИЭМ РАМН.
Материалы диссертации представлены на Международной конференции "Современные аспекты реабилитации в медицине" (Ереван, 2003), XIX съезде Физиологического общества им.И.П.Павлова (Екатеринбург, 2004), Симпозиуме "Императивы экологии человека XXI века" (СПб, 2005).
По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 137 страницах, включая 33 рисунка, 7 таблиц и приложение, и содержит: введение, обзор литературы, описание методик, результаты и обсуждение собственных исследований, заключение и выводы. Список литературы содержит 261 наименование работ на русском и английском языках.
Влияние индивидуальных особенностей личности на функциональное состояние
Разработка методов диагностики возникновения неблагоприятных ФС у операторов в процессе работы обусловливает необходимость выделения наиболее информативных признаков ухудшения ФС, имеющих прогностическую ценность. Одновременно необходимо учитывать индивидуальные особенности психофизиологической адаптации и устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов, включая особенности операторского труда и окружающей производственной среды.
В обследованиях больших контингентов испытуемых строгими аналитическими методами была определена классификация, согласно которой определялись три типа организации основных нервных процессов - высоко-, средне- и низкоадаптивный, дополненные количественной оценкой функциональных резервов головного мозга (Сороко и соавт., 1977; Василевский, 1979; Vassilevsky et al., 1988; Василевский и соавт., 1996; Суворов и соавт., 2000). Многолетние исследования показали, что эта классификация может использоваться в качестве первоочередного теста при изучении реакций организма на профессиональные, социальные, психологические, физико-химические, климатогеографические факторы; лечебные и физиотерапевтические процедуры; при профессиональной деятельности и прогнозе состояния, профотборе, выделении групп риска. Так, лица низкоадаптивной категорий с пониженным функциональным резервом мозга относятся к группе максимального риска. Высоко- и среднеадаптивные лица более устойчивы к различным нагрузкам и стрессу. Была показана высокая прогностическая ценность индивидуальной адаптоспособности, что позволило выделять ранние признаки начавшейся дизадаптации, снижения физиологических резервов организма. Изучение индивидуально-типологических качеств человека является основополагающим в методологии профотбора и прогноза состояния, организации мониторинга и эффективной поддержки уровня здоровья, включая необходимую реабилитацию. Адаптационная пластичность и устойчивость центральных звеньев регулирования адаптационного гомеостаза определяется процессами их саморегуляции (Василевский, 1979), а выраженность психотипа индивидуальности определяется "жесткостью" межполушарных связей головного мозга (Разумникова, 2001).
Психическая саморегуляция является важнейшей характеристикой человека, способствующей его взаимодействию с окружающей средой, адаптации, сохранению и развитию (Зимкина и др., 1977; Анохин, 1978; Гримак, Пономаренко, 1982). Влияние ФС на деятельность определяется не только физическим состоянием, но и качественным своеобразием и интенсивностью способов и приемов саморегуляции (Дикая, 1983, 1985). Люди с развитой системой эмоционально-волевой регуляции, поддерживаемой высоким уровнем мотивации на успешность деятельности, демонстрируют наиболее высокую результативность в работе. Сознательная активность в формировании мотивации и поиска индивидуального стиля деятельности, способность к саморегуляции ФС являются необходимым условием адаптации к деятельности в экстремальных условиях (Черенкова, Дикая, 1987).
Волевая и эмоциональная саморегуляции являются видами произвольной психологической саморегуляции и оказываются наиболее тонкими и точными способами коррекции или модуляции состояния. В различных условиях деятельности произвольная психологическая саморегуляция способствует повышению или понижению уровня психической напряженности в сответствии с условиями деятельности, оптимизирует и стабилизирует ФС (Никифоров, 1977; Семикин, 1987). Но способностью к самоуправлению обладает далеко не каждая личность. Умение управлять своим психологическим состоянием, целесообразно и оперативно перестраивать его в зависимости от меняющихся характеристик деятельности является важнейшей характеристикой личности. Это умение, выявленное в экспериментальных условиях, может служить средством диагностики успешной профессиональной деятельности (Наживин, Душацкий, 1984).
Изучение личностных особенностей человека, диагностика непосредственно перед работой имеют значение для своевременной коррекции состояний, которые могут развиваться в процессе монотонной или, наоборот, требующей избыточного напряжения деятельности. Использование психологических тестов позволяет прогнозировать колебания степени выраженности личностных тенденций в разных состояниях. Значение имеет изучение уровня тревожности, структуры мотивационных побуждений, самооценки и реакции на оценку своих действий окружающими, уровня притязаний, способности к самоконтролю и саморегуляции. Существует определенное адаптационное преимущество умеренного уровня тревожности над низким и высоким уровнями (Астапов, 1992; Сандомирский, 2001). Состояния, развивающиеся в ситуации монотонной деятельности, лучше контролируются лицами с умеренно повышенным уровнем тревожности. Лица с пониженной тревожностью легко впадают в сноподобное или сонное состояние, при котором способность к самоконтролю значительно снижается или полностью или полностью отсутствует. Таким образом, предварительные исследования личностных свойств очень важны для разработки мер своевременного предупреждения аварийных ситуаций в условиях деятельности, связанных как с избыточным напряжением, так и с фактором монотонии (Собчик, 1984).
Результаты многих исследований показывают также, что у одних индивидов расход функционального резерва организма приводит к снижению работоспособности и качества деятельности, а у других наблюдается увеличениє разнообразия адаптивных психофизиологических реакций. Это сказывается на устойчивости к действию монотонии и утомления и способствует сохранению эффективности и надежности работы операторов в этих условиях (Колпаков, Румянцева, 1987; Румянцева, 1993).
Ряд исследователей рассматривают динамику бдительности или уровня внимания при монотонии в зависимости от таких личностных свойств человека как интроверсия - экстраверсия (Bakan, 1963; Bakan et al., 1964; Eysenck, Levy, 1965; Hill, 1975). Нейрофизиологически интроверты отличаются более высокой функциональной активностью нервной системы и значительно более высоким влиянием ретикулярной формации по сравнению с экстравертами (Corcoran, 1965; Eysenck, 1967; Павлова, Криво, 1977; Голубева, 1978). Интроверты лучше приспосабливаются к выполнению монотонной работы и не нуждаются в стимуляции для повышения уровня бодрствования. Экстраверты неэффективно выполняют задания на бдительность в условиях монотонии и после нормального сна, и допускают особенно многочисленные пропуски сигналов после депривации сна (Аладжалова, Арнольд, 1991).
Исследования функционального состояния человека-оператора при работе на водительском тренажере
Целью исследования являлось изучение динамики развития утомления и сонливости, вызванных монотонной деятельностью. Для ее моделирования в лабораторных условиях применялся специальный компьютерный тренажер, позволяющий имитировать управление транспортным средством в однообразной "внешней среде".
В работе было использовано следующее оборудование: компьютерный тренажер с внешними органами управления и техническая система, состоя щая из видеокамеры и видеомагнитофона для регистрации двигательной активности (ДА) и записи докладов испытуемых. Регистрация кардиоритмо граммы и электроэнцефалограммы осуществлялась с помощью той же аппаратуры, что и в предыдущей серии исследований. Тип транспортного средства не конкретизировался. Передача управляющих воздействий оператора в тренажере осуществлялась с помощью джойстика (Thrustmaster Super Sport), состоящего из рулевого колеса и двух ножных педалей (газ и тормоз), который через последовательный порт был соединен с компьютером. Визуальное ощущение процесса движения создавалось изображением дорожного полотна на экране монитора, находящегося перед испытуемым. Изображение соответствовало общему виду трехмерного пространства из кабины водителя. Программное обеспечение для тренажера было выполнено сотрудниками РИА в среде Delphi 3 в виде 32-разрядного приложения для Windows 95/98. Функционально оно обеспечивало согласованное изменение дорожной сцены на экране в соответствии с текущей посылкой управляющих воздействий испытуемого. Картина на экране отображала основные пространственно-временные соотношения, позволяющие передать ощущения движения с различными скоростями в интервале от 0 - 40 км/час и производимые повороты. Трасса движения представляла собой некоторое множество прямолинейных участков, разделенных левыми и правыми поворотами различных радиусов и углов. Протяженность прямых участков дороги, количество и радиусы поворотов генерировались случайным образом по мере передвижения виртуального автомобиля вдоль трассы, проходящей в однообразной среде. Таким образом, испытуемый в процессе работы на тренажере совершал комплекс двигательных актов, сходных с движениями водителя (вращение рулевого колеса, нажатие на педали газа и тормоза, движения, направленные на сохранение положения тела и направления взгляда) и при этом находился в условиях однообразной "внешней среды". Монотонность была отражена в следующих ограничениях: 1. Однообразный ландшафт, окружающий дорожное полотно; 2. Небольшое количество поворотов на трассе (не более 1-2 за 5 минут); 3. Ограничение максимальной скорости движения (до 40 км/ч.); 4. Простота управления: испытуемый мог изменять только скорость движения агрегата, тормозить, поворачивать вправо и влево, — 4 типа воз можных реакций. 5. Мягкое удобное кресло. 6. Полузатемненное помещение, в котором проводились исследования. Данные условия в целом соответствуют известным факторам, относящимся к монотонным видам деятельности и вызывающим у водителей состояние утомления и сонливости. Для оценки качества деятельности испытуемого в процессе управления в файл протокола непрерывно заносились следующие оперативно вычисляемые данные: - качество деятельности, выраженное в положении виртуального транспортного средства на дорожном полотне, измеряемое расстоянием кабины водителя от центра дорожного полотна и количеством выездов за его пределы; - время совершения ошибки при проезде светофора (во второй серии); - готовность к экстренному действию, определяемое по среднему времени двигательной реакции на выключение сигнальной лампочки. Для измерения обобщенной двигательной активности (ДА) оператора применялась специальная система с использованием видеодатчика, анализирующего видеосигнал изображения человека-оператора. Устройством ввода служила миниатюрная портативная ПЗС-видеокамера типа СА-Н34С, ИК-диапазона с инфракрасной подсветкой, видеограбер для оцифровки видеосигнала. Видеокамера располагалась непосредственно перед испытуемым на расстоянии около 40 см. Каждому оператору давалось указание осуществлять движение по дорожному полотну, придерживаясь ярко выделенной разграничительной линии и не выезжать за края дороги.
В процессе движения в случайные моменты времени, в среднем один раз в минуту, на экране монитора "водителю" предъявлялся яркий красный сигнал (сигнальная лампочка), на который он должен был как можно быстрее среагировать нажатием определенной кнопки. Таким образом оценивалось время простой зрительно-моторной реакции. Во второй серии исследований в качестве дополнительной проверки бдительности оператора на "трассе" были добавлены периодически встречающиеся светофоры, на свет которых необходимо было реагировать соответствующим образом (либо останавливать движение, либо продолжать).
На протяжении всего исследования осуществлялась регистрация КРГ и ЭЭГ от отведений РЗ и Р4 из системы "10-20 %" с помощью мостиковых электродов. Кроме того, до начала работы и после ее завершения производилась двухминутная фоновая регистрация ЭЭГ и КРГ в состоянии психосенсорного покоя с закрытыми глазами, а также опрос и психофизиологическое тестирование исследуемых для выявления психофизиологических особенностей. Использовались тесты Люшера, Спилбергера, САН, последовательное сравнение чисел и тест на простую зрительно-моторную реакцию.
Работа испытуемого на тренажере осуществлялась в отдельном помещении. За его спиной (вне зоны видимости оператора) постоянно находился только эксперт-психофизиолог, который наблюдал за работой через систему зеркал и отмечал в протоколе замеченные им поведенческие признаки утомления. Для исключения каких-либо раздражающих внешних факторов регистрирующая аппаратура находилась в соседнем помещении. Продолжительность работы с одним оператором составляла в первой серии в среднем 1,5 часа, во второй серии — 2,5-3 часа.
Динамика электроэнцефалографических показателей человека в состоянии расслабленного бодрствования
Нормальная активность головного мозга изменчива, причем в значительной степени ее вид меняется при смене состояний, например, бодрствование-сон. Почти вся активность ЭЭГ генерируется тормозными и возбуждающими потенциалами нейронов коры головного мозга. Знания о природе источников генерации ритмов ЭЭГ основаны на экспериментальных данных, согласно которым кортикальная активность модулируется таламусом, корковыми взаимодействиями и ретикулярной формацией (РФ) ствола мозга (Andersen, Anderson, 1974, 1982; Larson et al., 1998). Изменение ритмической активности происходит или при изменении состояния таламических или корковых структур, или тех и других с вовлечением подкорковых структур (Жирмунская, 1993).
Наиболее важной зоной, ответственной за поддержание бодрствования, наступление сна и его стадий, является ретикулярная формация — структура внутри варолиева моста и ствола головного мозга (Основы физиологии человека, 1994). Согласно анатомическим данным, волокна от нейронов ретикулярной системы идут в ядра таламуса, и через него воздействуют на различные области коры больших полушарий. Большинство этих нейронов является "неспецифическими", то есть реагирующими не на один вид раздражителя, а на многие виды стимулов. Эти нейроны передают сигналы от глаз, кожи, внутренних органов и систем организма коре больших полушарий.
Участки РФ имеют свои определенные функции. Голубое пятно (locus ceruleus) - скопление нейронов, секретирующих норадреналин, расположено в покрышке ствола мозга (Данилова, 1992). Его называют центром активации. Известно, что нейроны голубого пятна снижают свою активность в процессе развития медленноволновой фазы сна и почти полностью прекращают ее во время парадоксального сна. Они полисенсорны и воспринимают сигналы, поступающие от зрительной и слуховой систем, от туловища и конечностей. К ним приходят аксоны от областей серотонинергической системы, которая оказывает тормозное воздействие на ритмику коры.
Серотонинергическая система берет начало в ядрах шва (п. Raphe) и известна как структура с тормозными функциями. Нейроны ядер шва сосредоточены в осевой части продолговатого мозга, варолиева моста и среднего мозга. Серотонин — основной медиатор нейронов ядер шва — является тем фактором, который индуцирует сон. Часть нейронов ядер шва контактирует со средним (через черную субстанцию) и передним мозгом. Сами ядра являются местом конвергенции сигналов, поступающих от многих структур лим-бической системы, РФ и других структур организма. Стимуляция ядер шва вызывает тормозный эффект в отношении различных функций мозга. При этом происходит подавление фоновой ритмики нейронов РФ, коры и других структур мозга, развивается медленноволновый сон ( Набори, 1974).
Уровень активации человека в значительной степени зависит от соотношения активности этих медиаторных систем мозга. Устойчивое равновесие их активности представляет средний уровень бодрствования или функционального состояния, при котором реализуется данное поведение. Преобладание активности норадренергической системы способствует бодрствованию и, наоборот, снижение ее активности влечет усиление влияния серотонинерги-ческой системы, вызывающей сон. Таким образом, разным типам функционального состояния — от бодрствования до сна — соответствуют различные балансы активности или пассивности медиаторных систем мозга.
Проведенные исследования биоэлектрической активности мозга в процессе развития состояния перехода от бодрствования к сну выявили определенную тенденцию в динамике этого процесса, которая выражается в отсутствии возбуждающих влияний со стороны активирующих структур мозга, что можно объяснить отсутствием возбуждения норадренергических нейронов ретикулярной формации, поступающего от зрительной, слуховой систем, от туловища и конечностей. Первоначально, отсутствие зрительного раздражения сказывается в замедлении ЭЭГ активности в зрительной доле коры больших полушарий, расположенной в затылочной части мозга. Такого рода торможение проявляется "замедлением" альфа-активности в ЭЭГ: по мере развития сонного состояния высокочастотный альфа-ритм постепенно сменяется низкочастотным, что было выявлено у засыпающих испытуемых в процессе исследования. По мере развития сонного состояния было также отмечено усиление мощности колебаний низкочастотного альфа-9 в теменной области коры.
У засыпавших испытуемых с развитием сонного состояния и сна при спектральном анализе было выявлено разделение альфа-ритма на две или три гармоники (полимодальный альфа-ритм). Этот факт можно рассматривать как снижение уровня функционального состояния мозга. Как известно, при патологических состояниях наблюдается разложение одноядерной альфа структуры, характерной для нормы (Сороко и соавт., 1990; Сороко, Сидоренко, 1993), на двух- и трехядерную: альфа-бета, альфа-тета или бета-альфа-тета структуры (Святогор, 2000; Святогор и соавт., 2005). Поскольку такие изменения в структуре ритмов ЭЭГ характерны при патологических состояниях, мы полагаем, что разделение альфа-ритма на две или три гармоники у здоровых людей можно расценивать как признак снижения уровня функционального состояния (дремота, сон).
У не засыпавших операторов разделения альфа-ритма на отдельные гармоники не отмечалось, происходило усиление мощности преобладающего диапазона альфа-ритма и постепенное распространение его от затылочной области коры головного мозга в теменную.
Источник активности преобладающего альфа-ритма в исходном состоянии испытуемых в подавляющем большинстве случаев, а именно, у 13 человек находился в затылочном отделе коры (Cuneus, Occipital Lobe), у одного оператора - в теменной области (Precuneus, Parietal Lobe) и у одного в лим-бической (Posterior Cingulate, Limbic Lobe). Показано, что в норме максимальная плотность источника активности располагается в теменно-затылочных областях коры (Гнездицкий, 2000). Локализация источника активности в лимбических структурах говорит о возможности усиления активности в области гиппокампа (Болдырева и соавт., 1995). Как показали проведенные исследования, у 5 из 9 засыпавших испытуемых источник переместился, а у 4 остался в той же области. У 5 из 6 не засыпавших испытуемых источник преобладающего ритма остался в той же области, а переместился только у одного (табл.1). На основании последнего обстоятельства можно сделать вывод, что снижение уровня ФС подтверждается сменой источника активности преобладающего диапазона альфа-ритма.
Результаты видеонаблюдения за поведением операторов
Одной из важных задач предотвращения появления подобных проблем является разработка методов диагностики, прогнозирования и предотвращения неблагоприятных ФС у операторов в процессе работы. С одной стороны, возникает необходимость выделения наиболее информативных признаков, имеющих диагностическую и прогностическую ценность, с другой - объединение этих признаков наряду с другими в общий системный ответ организма, отражающий индивидуальные особенности психофизиологической адаптации и толерантности к воздействию неблагоприятных факторов, включая особенности операторского труда и окружающей среды.
Учитывая широкое распространение монотонных видов операторского труда в реальном секторе, нужно оценить воздействие однообразной деятельности на профессионально значимые функции операторов, функциональные возможности организма, исследовать особенности формирования системного ответа и вклад отдельных функциональных систем в обеспечение эффективности и надежности работы операторов в этих условиях. Известно существование определенной зависимости успешности деятельности операторов от индивидуальных особенностей эмоциональной сферы личности, выражающихся в устойчивых типологических отличиях психофизиологической адаптации, тесно связанных с особенностями формирования текущего ФС операторов.
Успешность исполнительской деятельности оператора зависит не только от общей и профессиональной подготовки, но и от уровня активации его нервной системы, уровня бодрствования, от готовности к неожиданным изменениям ситуации, то есть от специфической способности человека трудиться длительное время в условиях монотонного труда без потери бдительности.
Анализ результатов проведенного исследования ФС человека в условиях моделирования монотонной деятельности позволил придти к заключению о неоднозначности отдельных психофизиологических реакций в отношении оценки и прогнозирования уровней внимания и бодрствования операторов.
В выполненной серии установлены общие тенденции динамики каждого из регистрируемых показателей: ЭЭГ, КРГ, поведенческих реакций. Выявлены индивидуальные особенности совокупности реакций испытуемых на разных этапах операторской деятельности.
Для монотонии характерна астенизация функциональных резервов, снижение симпатического тонуса нервной системы при относительном увеличении тонуса парасимпатического. Такое состояние сопровождается низкими значениями ИН, что было выявлено у всех операторов, принявших участие в исследованиях. Развитие утомления у большинства операторов (у 13 из 15) проявлялось возрастанием вариабельности сердечного ритма. У двух операторов ВСР снижалась, как только они, засыпая, закрывали глаза. У некоторых испытуемых в моменты утомления и сонливости при открытых глазах в ЭЭГ возникали кратковременные вспышки медленноволновой активности. По параметрам изменений показателей кардиоритмограммы, так же как и по ЭЭГ можно заметить лишь тенденцию изменения состояния. Точный момент утраты контроля или произвольного внимания уловить невозможно.
Поведенческие реакции утомления проявлялись учащением смены позы, увеличением частоты морганий или длительным закрыванием глаз (на 1—3 секунды), именно в эти моменты совершалось наибольшее число ошибок. По двигательной активности (ДА) об уровне бодрствования однозначно судить также нельзя. Если критерием бодрствования определять некий уровень ДА, то минимальная ДА сопровождалась как малым количеством ошибок, так и большим. Например, оператор О. в период с 15:40 до 16:00 (середина исследования) проявлял минимум двигательной активности, внимательно следя за "дорогой", аккуратно двигая рулем и не совершил ни одной ошибки. В то же время значительная ДА имела место и тогда, когда испытуемый М. спал, раскачиваясь в кресле, и не выполнял никаких осознанных управляющих действий. Можно сказать, что монотонный процесс управления на тренажере у операторов проявился по разному: 6 операторов минимальное количество ошибок совершали в начале управления (не считая короткого времени враба-тывания - 10 минут), 4 оператора успешно управляли в середине исследования, 2 - только в конце, 2 оператора ровно и хорошо справились с работой на протяжении всего исследования и 1 - столь же постоянно плохо.
Основной вывод состоит в том, что процесс перехода состояния оператора от активного внимания к усталости, апатии и сонливости является многомерным и гетерохронным. Ни один отдельно взятый физиологический или психологический показатель не может гарантировать точного определения момента наступления уровня сонливости, представляющего опасность для специфической деятельности. Из поведенческих показателей наибольшее доверие вызывает контроль за движениями глаз и закрыванием век. В этом случае вероятность пропуска опасной ситуации, связанной с потерей бдительности (сонливостью), минимальна для случаев, когда операторы не имеют специфических расстройств сна (например, сон с открытыми глазами).
Таким образом, несмотря на то, что состояние сна наступило лишь у одного оператора, функциональное состояние всех операторов по совокупности исследованных показателей (вариабельность сердечного ритма, электроэнцефалограмма симметричных теменных отведений, качество управляющих действий, реакции на внешние сигналы, поведенческие реакции, психологические оценки по ряду тестов) по мере увеличения времени работы на тренажере ухудшается, становится неудовлетворительным и не соответствующим операторским задачам.
