Содержание к диссертации
Введение 5
Актуальность темы 5
Цель исследования 8
Задачи исследования. 8
Основные положения, выносимые на защиту 9
Научная новизна исследования 10
Теоретическая и практическая значимость работы. 11
Глава 1. Обзор литературы 12
Ошибки человека 13
Состояние монотонии и ошибки в деятельности 15
Сонливость и дремота - переход от бодрствования ко сну 23
Физиологические показатели перехода ко сну: ЭЭГ, ВП, ЭДР 27
Дремотные изменения состояния сознания и ошибки в деятельности 34
Поведенческие модели монотонии 44 Глава 2. Материал и методы исследования 47
2.1. I Вариант психомоторного теста. Без стимула, счет "про себя" 56
2.1.1. Первая серия, положение «сидя»
Испытуемые
Регистрация данных Приборы
2.1.2. Вторая серия, положение «лежа»
Испытуемые
Регистрация данных Приборы Анализ данных
2.1.3. Контрольная серия со спонтанным засыпанием
2.2. II вариант психомоторного теста. Со стимулом, счет щелчков
(положение «лежа») 58
Испытуемые
Регистрация данных
Приборы
Программа эксперимента.
2.2.1.1) Серия с выполнением психомоторного теста (основная серия).
2.2.2. 2) Серия со спонтанным засыпанием (контрольная серия).
Анализ ВП
Анализ ЭЭГ
Раздел 1. 52
Анализ механизмов ошибочной деятельности при выполнении
психомоторного теста без подачи стимула (счет "про себя")
Глава 3. Поведенческий анализ циклического характера возникновения
ошибок, вызываемых снижением уровня бодрствования. 52
Глава 4. Центральные механизмы возникновения ошибок,
вызываемых снижением уровня бодрствования. 62
4.1. Функциональная роль альфа - и тета - ритмов ЭЭГ при появлении
ошибок, вызываемых снижением уровня бодрствования. 62
Моторные и когнитивные нарушения выполнения теста
Динамика альфа - и тета -ритмов ЭЭГ при появлении ошибок
4.2. Фазические активациоиные паттерны ЭЭГ при
спонтанном восстановлении деятельности после ошибки 68
Первый тип фазических активационных паттернов (ФАП-1) Второй тип фазических активационных паттернов (ФАП-2)
4.3. Фазические активациоиные паттерны ЭЭГ при спонтанном
засыпании (контрольная серия) 71
Глава 5. Активность симпатической нервной системы при возникновении
ошибок, вызываемых снижением уровня бодрствования 78
Объективный показатель момента субъективного восприятия ошибки 78
Индивидуальные и половые различия испытуемых по электродермальной реакции при разных уровнях бодрствования 87
5.3. Гипотеза о природе электродермальных реакций. 96
Раздел 2. 107
Анализ центральных механизмов ошибочной деятельности при
выполнении психомоторного теста со счетом стимулов
Глава 6. Сравнительный анализ состояний мозга по показателям
вызванных потенциалов при ошибках деятельности и при спонтанном
засыпании 107
Методы исследования и статистический анализ данных
Статистический анализ данных
Анализ средних значений параметров ВП и усреднение для отдельных
испытуемых.
Анализ параметров ВП, усредненных для группы испытуемых.
Результаты
I. Серия с выполнением психомоторного теста (основная серия)
II. Серия со «спонтанным» засыпанием (контрольная серия)
Сравнение конфигурации СВП в основной и контрольной
сериях экспериментов
Обсуждение данных
Выводы
Глава 7. ЭЭГ-прогноз успешности выполнения теста при сниженном
уровне бодрствования 132
Анализ данных.
700 мс временное окно, амплитудно-корреляционные параметры ЭЭГ
10 секундные участки, спектральные параметры ЭЭГ
Два метода многопараметрической оценки данных
метод множественного регрессионного анализа
универсальная аналитическая система «Эйдос» Результаты
ЭЭГ прогноз успешности выполнения психомоторного теста
методом множественного регрессионного анализа
ЭЭГ прогноз успешности выполнения психомоторного теста
с помощью универсальной аналитической системы «Эйдос»
Заключение
Выводы
Обсуждение 155
Общие выводы 160
Список литературы 162
4 Список сокращений
ВНС - вегетативная нервная система
ВП - вызванный потенциал
ВР - время реакции
ВР - виртуальная реальность
ИСС - измененное состояние сознания
КГР - кожно-гальваническая реакция
ЛП - латентный период
СВП - слуховой вызванный потенциал
ССР - состояния со сниженной работоспособностью
ССП - событийно связанный потенциал
ФАП - фазический активационный паттерн ЭЭГ
ЦНС - центральная нервная система
ЭМГ - электромиограмма
ЭКГ - электрокардиограмма
ЭОГ - электроокулограмма
ЭЭГ - электроэнцефалограмма
ЭДР - электродермальная реакция (или КГР)
ЭДА - электродермальная активность
ERP - event related potentials, потенциалы, связанные с событиями
Введение к работе
Актуальность проблемы
Одной из наиболее частых причин возникновения ошибок при выполнении профессиональной деятельности является критическое снижение уровня бодрствования (Dinges D.F. 2004; Horn J.A., Reyner L. 1999). Непосредственной причиной различных инцидентов на транспорте и производстве является возникновение кратковременных эпизодов сна - «микросна» длительностью 3 - 10 секунд (Horn J.A. et al. 1999, 2000, 2003). Однако психофизиологические процессы, предшествующие появлению ошибок при выполнении профессиональной деятельности, связанных с засыпанием, различны и требуют детального анализа (De Valck Е., Cluydts R. 2002, 2003; Dinges D.F. 2004; Home J.A., Reyner L. 1999).
Общее определение ошибки - это несоответствие реализованной деятельности и ее заданной нормы. Ошибки в деятельности, настолько практически значимый феномен, что по отношению к ним были предложены самые разные подходы (Reason J.A. 1990; Singleton W.T 1973; Бодров В.А., Орлов В.Я 1998; Дикая Л.Г. 2003; Обознов А.А. 2003; Носов Н.А. 2001). Можно выделить два основных подхода к анализу механизмов ошибок и нарушений профессиональной деятельности, вызываемых снижением уровня бодрствования: 1) психологический и 2) нейробиологический (физиологический). Первый подход разрабатывается в инженерной психологии и основан на психологическом анализе деятельности, где ошибки рассматриваются как показатель снижения надежности, работоспособности и эффективности деятельности человека-оператора (Бодров В.А., Орлов В.Я 1998; Дикая Л.Г. 2003; Обознов А.А. 2003). Нейробиологический подход представлен в рамках сомнологии и основан на анализе взаимодействия регуляторных механизмов бодрствования и сна. Появление ошибки рассматривается как результат снижения уровня активации мозга, вследствие запуска механизмов перехода от бодрствования ко сну. Этот подход реализуется в концепции сонливости, понимаемой как потребность организма во сне (Borbely А.А., Achermann P. 1999; De Valck E., Cluydts R. 2002, 2003;. Dinges D.F. 2004; Folkard S., Akerstedt T. 2004). Необходимость совместного анализа психологических и физиологических механизмов возникновения ошибок в деятельности при снижении уровня бодрствования очевидна для большинства исследователей, однако таких работ в настоящее время крайне мало. Перспективной основой объединения этих двух подходов могут быть, на наш взгляд, современные представления о сознании (Chalmers
Т>
D.J., Crick F., Koch Ch., Damasio A.R., Eccles J.C., Edelman G.M., Gray J.A., Симонов w П.В., Соколов E.H., Иваницкий A.M., Костандов Э.А., Александров Ю.И. и др.). (М
В отечественной психологии наиболее полно взаимоотношения психофизиологических аспектов профессиональной деятельности рассматриваются в системно - деятельностном подходе, основанном на теоретических представлениях А.Н. Леонтьева, П.К. Анохина, Н.А. Бернштейна. Для анализа ошибок в деятельности представляются перспективными разработки, основанные на анализе компонентов триады «деятельность - состояние - личность» (Дикая Л.Г. 2003). Понятие «состояния» является связующим звеном между психикой и физиологией мозга. По современным представлениям состояния человека имеют многоуровневую структуру регуляции как на психическом, так и на физиологическом уровнях. (Дикая Л.Г. 2003; Бодров В.А., Орлов В.Я. 1998; Ильин Е.П. 2005; Обознов А.А. 2003; Айдаркин Е.К., Пахомов Н.В. 2004).
При сниженном уровне бодрствования обычно выделяют два основных состояния со сниженной работоспособностью, сопровождающихся возникновением ошибок, - это монотония и утомление (Леонова А.Б., Величковская СБ. 2004, Дикая Л.Г. 2003; Ильин Е.П. 2005). Для дифференциации этих состояний важно учитывать особенности доминирующей мотивации, которая может приводить к развитию принципиально разных психических процессов даже в объективно одинаковых условиях (Леонова А.Б., Величковская СБ. 2004, Ильин Е.П. 2005). Так, для монотонии характерно снижение сознательного контроля за исполнением деятельности, которое возникает при выполнении однообразной работы с частым повторением стереотипных действий и обедненной внешней средой, с переживаниями скуки и доминирующей мотивацией на смену деятельности. Первичным в данном состоянии является субъективный фактор отражения в сознании человека однообразия, потеря значимости текущей ситуации и возникновения негативной эмоции - скуки (Ильин Е.П. 2005).
В обоих состояниях - монотонии и утомления - может наблюдаться включение нейрофизиологических механизмов засыпания, но эмоция скуки, возникающая при монотонии, более нейтральна и именно поэтому не воспринимается субъектом как опасное состояние. Как показывает анализ литературы (Леонова А.Б., Величковская СБ. 2004, Ильин Е.П. 2005), развитие монотонии является наиболее частой причиной возникновения ошибок при снижениях уровня бодрствования, вызываемых однообразной деятельностью.
Для анализа нейробиологических механизмов регуляции сна/бодрствования используются разные варианты концепции сонливости (Borbely А.А., Achermann P. 1999; De Valck E., Cluydts R. 2002, 2003;. Dinges D.F. 2004; Folkard S., Akerstedt T. 2004). Сонливость является потребностью, подобно голоду или жажде. Недостаток сна
7 вызывает сонливость, а сон уменьшает выраженность этого состояния, вплоть до полного его исчезновения. Некоторые авторы (De Valck Е., Cluydts R. 2002, 2003) полагают, что сонливость является более сложным феноменом, определяемым взаимодействием, по крайней мере, двух потребностей: 1) во сне и 2) в бодрствовании. Приводятся доказательства относительной независимости этих потребностей друг от друга (De Valck Е., Cluydts R. 2002, 2003). Например, высокий уровень мотивации выполнения определенной задачи и сопутствующая ей активация могут маскировать высокий наличный уровень сонливости. И наоборот, отсутствие интереса к выполняемой работе приводит к значительному снижению уровня бодрствования даже при объективно низком уровне сонливости.
Последняя ситуация также является типичной и для развития состояния монотонии. Важность субъективной оценки характера выполняемой профессиональной деятельности формулируется в определении ошибки как «...неадекватного отражения в сознании человека предметов и явлений реальной действительности» (Бодров В.А., Орлов В.Я 1998). Высшим уровнем регуляции деятельности являются механизмы сознания, которые поддерживают в рабочем состоянии психические блоки низшего уровня, а также физиологические процессы, лежащие в их основе (Леонтьев А.Н.1975; Гиппенрейтер Ю.Б. 1983). Именно эти механизмы могут быть связующим звеном при анализе взаимодействия психических и нейрофизиологических процессов засыпания.
Начиная с 80-х годов прошлого века предложен ряд теорий относительно нейрофизиологических механизмов сознания (Chalmers D.J., Crick F., Koch Ch., Damasio A.R., Eccles J.C., Edelman G.M, Gray J.A., Симонов П.В., Соколов E.H., Иваницкий A.M., Александров Ю.И. и т.д.). Однако большинство исследований посвящено бодрствующему состоянию сознания (Crick F., Koch Ch., Damasio A.R., Edelman G.M, Иваницкий A.M., Александров Ю.И., Болдырева Г.Н., Костандов Э.А., Свидерская Н.Е., Стрелец В.Б., и др.). Лишь в последнее время появились научно обоснованные концепции о сложном, интегральном характере сознания, которое не ограничивается бодрствованием (Hobson J.A., Nielsen, Т.А., Revonsuo А., Урываев Ю.В.).
Наиболее известным представлением о связи психики и состояний мозга в континууме сон/бодрствование является модель, развиваемая в работах Hobson J.A. (2000, 2001) Он обосновывает наличие трех основных форм сознания: 1) бодрствующего сознания и сновидений в 2) медленноволновой и 3) парадоксальной стадиий сна. Изменения состояний структур мозга, определяющих оси координат в этой модели, определяют изменения психических функций мозга. По мнению Hobson
8 J.A. (2000, 2001) сложное, гетерохронное взаимодействие структур мозга является причиной возникновения различных форм измененных состояний сознания (ИСС) при переходе от бодрствования ко сну. Самой распространенной формой ИСС является возникновение дремотного состояния, которое необходимо для засыпания (Hobson J.A., 2000, 2001; Foulkes D., Vogel G. 1965; Liberson W.T., Liberson C.W. 1965; Home J.A., Baulk S.D. 2004; Rosenthal L. et. al. 1999). Для дремотного ИСС характерно переключение внимания с внешней среды на переработку информации, извлекаемой из памяти, что субъективно воспринимается "... погрузился в собственные мысли, задумался" (Foulkes D., Vogel G. 1965; Liberson W.T., Liberson C.W. 1965; Dietrich A. 2003).
При анализе механизмов возникновения ошибок в монотонной деятельности необходимо учитывать возникновение дремотных ИСС при переходе от бодрствования ко сну. Необходимым этапом для решения этой задачи является создание адекватной экспериментальной модели состояния монотонии, которая позволила бы исследовать нейрофизиологическими методами динамику развития этого состояния, приводящую к возникновению опасных эпизодов «микросна».
Цель исследования
Анализ нейрофизиологических и психических^ механизмов, участвующих в
возникновении ошибок в психомоторной деятельности при снижении уровня
бодрствования, вызываемого монотонным характером деятельности. Определение
степени участия психофизиологических механизмов регуляции сна/бодрствования в
возникновении ошибок. ~ (/ „ > У
Задачи исследования
Разработка психомоторных тестов, моделирующих возникновение ошибок при выполнении однообразной монотонной деятельности, вызывающей быстрое снижение уровня бодрствования и появление кратковременных эпизодов «микросна».
Количественный анализ взаимодействия систем бодрствования и сна при переходе ко сну по поведенческим показателям успешности выполнения психомоторного теста. ^, (fflLfiM4 ~ 1У'\ J j
Поиск объективных показателей субъективного восприятия ошибок в деятельности.
Сравнение электрографических показателей динамики центральной и периферической нервной системы (электроэнцефалограмма, вызванные потенциалы и
9 электродермальная активность) при появлении ошибок в выполнении психомоторных тестов и при спонтанном засыпании.
5 Обобщение полученных результатов исследования о роли механизмов сна/бодрствования в возникновении ошибок при выполнении монотонной деятельности.
Основные положения, выносимые на защиту
Сходство физиологических процессов вызывающих появление ошибок, вызываемых монотонной деятельностью и при естественном процессе засыпания, рассматривается в качестве доказательства участия механизмов сна/бодрствования в возникновении этих ошибок.
Существенным для понимания механизмов возникновения ошибок в деятельности, являются представления о циклическом характере перехода от бодрствования ко сну. Поведенческий анализ чередования интервалов с правильным и ошибочным выполнением теста позволил количественно описать динамику взаимодействия систем бодрствования и «сна» при последовательном снижении уровня бодрствования. Вероятностный характер возникновения состояний бодрствования и «сна» разной длительности затрудняет предсказания опасных эпизодов сна («микросна»)
Обнаружено принципиальное различие динамики физиологических показателей при переходах от правильного к ошибочному выполнению теста и обратно. Перед появлением ошибок характеристики ЭЭГ и электродермальной активности изменялись плавно, почти незаметно. При обратном же переходе, в момент спонтанного восстановления правильного выполнения теста, происходило резкое, скачкообразное изменение этих показателей.
Необходимым условием правильного выполнения теста с закрытыми глазами являлось наличие ЭЭГ ритмики в альфа-диапазоне, что по современным представлениям отражает определенный уровень активности таламо-кортикальной системы мозга. Ошибочное выполнение теста сопровождалось угнетением альфа-ритма ЭЭГ и усилением более медленных волн в тета/дельта диапазонах ЭЭГ. Обязательной составляющей фазических активационных паттернов ЭЭГ при спонтанном восстановлении деятельности после ошибки является восстановление ЭЭГ ритмика в альфа-диапазоне.
Фазическая активация организма после ошибки по показателям ЭЭГ и электродермальной активности отражает функционирование неосознаваемого и
10 осознаваемого уровней регуляции деятельности. Восстановление деятельности после ошибки всегда сопровождалось фазической ЭЭГ-активацией. Однако осознание ошибки возникало только в случаях дополнительной симпатической активации организма, что отражалось в появлении фазической электродермальной реакции (ЭДР=КГР), что позволяет считать этот феномен объективным показателем субъективного восприятия ошибки.
Научная новизна исследования
Предложен комплексный подход к экспериментальному моделированию возникновения ошибок при выполнении монотонной профессиональной деятельности, сопровождаемой снижением уровня бодрствования. Разработаны приоритетные психомоторные тесты, вызывающие быстрое снижение уровня бодрствования и появление кратковременных эпизодов «микросна». Эти тесты позволяют регистрировать количественные показатели нарушений деятельности с объективной физиологической идентификацией переходных состояний организма от бодрствования ко сну.
Впервые по поведенческим показателям установлено наличие интервалов разной длительности как для состояний бодрствования, так и «сна» при их циклическом чередовании, вызываемых снижением уровня бодрствования. Переход из одного состояния в другое носит вероятностный характер, что затрудняет предсказание опасных состояний «микросна».
Показаны принципиальные различия динамики физиологических показателей при переходе от правильного к ошибочному выполнению теста и обратно - от ошибочного к правильному. Необходимым условием эффекторного взаимодействия субъекта с окружающей средой (при закрытых глазах) является наличие ЭЭГ ритмики в альфа-диапазоне, в то время как нарушения психомоторной деятельности сопровождаются угнетением альфа- и усилением тета/дельта-ритмики ЭЭГ. Впервые обнаружены две формы фазических активационных паттернов ЭЭГ, появляющиеся при спонтанном восстановлении деятельности после ошибок, вызываемых разной глубиной дремотного состояния.
Впервые обнаружен объективный критерий осознания ошибки в деятельности при засыпании. Этим критерием является возникновение фазической ЭДР в момент осознания ошибки. Если фазические активационные паттерны ЭЭГ при спонтанном восстановлении деятельности после ошибки не сопровождались появлением фазической ЭДР, то осознания ошибки не происходило.
5. Предложена гипотеза об участии механизмов сознания в возникновении ошибок при монотонной деятельности, вызываемых снижением уровня бодрствования
Теоретическая и практическая значимость работы
Полученные результаты дали возможность обоснования теоретических представлений об участии психофизиологических механизмов сна/бодрствования в возникновении ошибок при развитии состояния монотонии.
Наличие коротких и длинных интервалов сна/бодрствования предполагает существование особого физиологического механизма регуляции, определяющего длительность этих интервалов при циклическом переходе ко сну.
Найденный объективный ЭДР-критерий осознания ошибки расширяет методические возможности исследования и анализа нейрофизиологических механизмов сознания.
Современные концепции сознания и полученные результаты способствуют теоретическому обоснованию механизмов возникновения ошибок в деятельности с учетом психофизиологических механизмов засыпания. Интегративная функция сознания обеспечивает непрерывность перехода от бодрствующего к дремотному состоянию при засыпании. В свою очередь развитие дремотного состояния сознания вызывает переключение внимания на анализ информации, извлекаемой из памяти, является причиной возникновения опасных инцидентов на транспорте и производстве.
Разработанные экспериментальные модели монотонной психомоторной деятельности могут быть использованы для дальнейших исследований психофизиологических механизмов нарушения деятельности при засыпании.
Данные о торможении фазических ЭДР перед появлением ошибок в деятельности, вызываемых засыпанием, в настоящее время используются в системах контроля уровня бодрствования машинистов и водителей автотранспорта, выпускаемых ЗАО «Нейроком».
Похожие диссертации на Механизмы возникновения ошибок в деятельности при засыпании
