Введение к работе
Актуальность. Ранние психофизиологические исследования сердечного ритма в условиях информационной нагрузки показали, что частота сердечных сокращений является чувствительной мерой не только эмоций и стресса (Darvln, 1986; Cannon, 1936; Selye, 1956). Она также отражает процессы переработки информации при решении человеком умственных задач (Lacey et.al.. 1953). функциональное значение изменений сердечного периода при информационной нагрузке объясняет теория ориентировочного и оборонительного рефлексов (Соколов, 1953; Данилова, 1985; Graham, 1968).
Ключевая гипотеза современных исследований сердечного ритма заключается в том, что вегетативные реакции представлены в нервной системе возбуждением независимых нейронных структур. То есть принцип векторного кодирования сенсорной информации и моторных ответов распространяется также и на вегетативные реакции (Соколов, 1982; 1992), Важный шаг в этом направлении сделала группа под руководством Сасюрро (1991; 1993; 1994). Они количественно представили сердечный период в пространстве двух независимых переменных - возбуждения симпатического и парасимпатического регулирующих каналов. Задача нашей работы состояла в том, чтобы найти и изучить независимые каналы ритмической регуляций сердца. Опираясь на трехкомпонентную теорию регуляции сердечного ритма (Mulder et. al., 1980; Жемайтите, 1982; Баевс-кий и др.. 1984; Akselrod, 1984), нами изучались спектры мощности RR-интервалов, которые рассматривались как функции трех независимых переменных, образующих векторное вегетативное пространство. Представление рефлекторных изменений сердечного ритма векторами в вегетативном пространстве позволяет наиболее точно установить отношения между психологическими и физиологическими процессами, что является значительным продвижением в психофизиологии. Наша работа имеет также выход в практику. Анализ комплексов вегетативных реакций может служить объективными оценками при отборе лиц для профессий, требующих высокой надежности в экстремальных условиях, при контроле за уровнем бодрствования и внимания' в процессе обучения.
Гипотеза нашего исследования заключается в том, что медленные, среднечастотные и высокочастотные изменения частоты сердечных сокращений, связанные с метаболическими процессами,
- г -
сосудистыми реакциями и дыхательной аритмией, определяются независимыми системами ритмической регуляции, образующими вегетативное пространство.
Информационная нагрузка вызывает одновременно ориентиро- . вочный и оборонительный рефлексы. Соотношение этих рефлексов зависит от вида информационной нагрузки. Изучение ориентировочного и оборонительного рефлексов показывает, что они связаны реципрокно (Соколов, 1958; Данилова, 1985). Рассматривая личностную тревожность, измеренную по тесту Ч. Спильбергера, как субъективный аспект тонической формы оборонительного рефлекса, можно ожидать, что высокая тревожность будет связана с усилением сердечного компонента оборонительной реакции, тогда как низкая тревожность, вероятно, отражает усиление тонического ориентировочного рефлекса
Предмет и задачи исследования. Предметом данного исследования являются изменения сердечного ритма, вызываемые различными видами информационных нагрузок. А также соотношение уровня тревожности, как субъективного аспекта тонического оборонительного рефлекса-, с физиологическими показателями сердечного ритма и дыхания в покое и в ситуации умственной нагрузки. В свяэи с этим перед работой поставлены следующие задачи:
1. Применяя спектральный и факторный анализ исследовать независимость метаболических, васкулярных и респираторных колебаний сердечного ритма.
-
Исследовать влияние на сердечный ритм информационных нагрузок различного вида (арифметические задачи, ассоциативное обучение, проверка результатов обучения).
-
Исследовать реакции сердечного ритма на информационную нагрузку в зависимости от уровня личностной тревожности. .
-
Изучить влияние на сердечный ритм длительной информационной нагрузки при многократном повторении опытов с ассоциативным обучением и проверкой знаний.
-
Исследовать зависимость между сердечным ритмом и эффективностью умственной деятельности.
-
Изучить возможность использования семантических пространств цветовых названий для оценки эффективности обучения.
Научная новизна. В диссертации получены и представлены новые научные результаты:
-
Методами спектрального и факторного анализа подтверждена трехкомпонентная структура сердечного ритма.
-
Построена геометрическая модель реакций сердечного ритма в виде трехмерного векторного вегетативного пространства
-
Показана связь между изменениями метаболической, васку-лярной и респираторной составляющими вариабельности сердечного ритма и видом информационной нагрузки.
-
Установлено влияние высокого уровня личностной тревожности на частотную структуру сердечного ритма.
-
Методом кросспектрального анализа выделено три типа связей между сердечным ритмом и дыханием. Покааано усиление межсистемной связи под влиянием информационных нагрузок.
-
Установлена связь эффективности переработки информации с изменениями частотной структуры сердечного ритма при ассоциативном обучении.
Практическое применение.
-
Разработан и внедрен в практику преподавания спецкурс "Психофизиология компьютеризированного обучения" для студентов, специализирующихся по кафедре психофизиологии.
-
Отдельной работой рекомендована к широкому внедрению учебная программа "Разработка психофизиологических нормативов функционального состояния учащегося для компьютеризированного обучения" (НИР, НИИВО, 1993, разработчики: Данилова ЕЕ, Грачев А. Ю. , Коршунова С. Г.).
Положения, выдвигаемые на защиту.
Частотная структура сердечного ритма (СР) характеризуется метаболической, васкулярной и респираторной составляющими, которые образуют ортогональные оси трехмерного вегетативного пространства. В геометрической модели реакций СР в виде трехмерного векторного вегетативного пространства индивид или группа лиц представлены вектором, соответствующим индивидуальному или среднему групповому спектру мощности RR-интервалов с мета-
- 4 -болическим, васкулярным и респираторным компонентами.
Информационные нагрузки при решении арифметических задач и ассоциативном обучении формируют такие комплексы изменений СР, при которых они существенно различаются между собой в векторном вегетативном пространстве. При этом метаболическая, васкулярная и респираторная составляющие вариабельности частоты сердечных сокращений уменьшаются при счетных операциях, и увеличиваются респираторная и особенно васкулярная составляющие при восприятии, формировании и,воспроизведении ассоциативных связей цвет-искусственное цветовое название. Связь обучения и проверки знаний с увеличением васкулярной и респираторной составляющей вариабельности СР воспроизводится в течение двух лет.
Группа лиц с высоким уровнем личностной тревожности, в отличие от низкотревожных и среднегревожных испытуемых, характеризуется в вегетативном векторном пространстве средним групповым спектром СР с наименьшими метаболическим, васкулярным и респираторным компонентами и наиболее высокой средней частотой сердечных сокращений как в фоне, так и при арифметической нагрузке.
lb кросспектрам между С? и дыханием выделены метаболический, васкулярный и респираторный каналы связи. В условиях покоя преобладает связь между СР и дыханием только по респираторному каналу. Информационные нагрузки различного вида вызывают усиление межсистемной связи за счет подключения к респираторному васкулярного и метаболического каналов.
Средний уровень и вариабельность частоты сердечных сокращений надежно дифференцируют эффективную и неэффективную переработку информации при ассоциативном обучении. Обучение и проверка результатов вызывают значительное замедление частоты сердечных сокращений у эффективно обучающихся и ускорение сердечного ритма у неэффективно обучающихся испытуемых. Метаболическая, васкулярная и'респираторная составляющие вариабельности СР избирательно увеличиваются при проверке знаний в случае эффективной и уменьшаются в случае неэффективной умственной деятельности. При высокой эффективности обучения реакции всех частотных составляющих вариабельности СР существенно уменьшаются при повторении опытов.
Семантическая организация системы значений искусственных цветовых названий представлена метрической и топологической структурой цветового семантического пространства, которое . может служить оценкой эффективности ассоциативного обучения.
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования были доложены на заседании кафедры психофизиологии МГУ (июль, 1994 г.).
Структура диссертации. Рукопись диссертации содержит 220 страниц машинописного текста, включает 22 таблицы и 29 рисунков. В списке использованной литературы 174 источника, из них 93 на иностранных языках. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения и библиографии.
