Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ литературы
1.1. Физические методы исследования влияния окружающей среды на состояние организмов 15
1.1.1. Физические методы исследования влияния окружающей среды на состояние растений 15
1.1.2. Физические методы исследования влияния окружающей среды на состояние беспозвоночных животных 18
1.1.3. Физические методы исследования окружающей среды на состояние человека 19
1.2. Методика оценки состояния организмов и биологических объектов - Газоразрядной визуализации (ГРВ) 23
1.3. Опыт применения ГРВ технологии для оценки состояния организмов 27
1.3.1. Оценка свойств жидкофазных объектов с помощью технологии ГРВ 27
1.3.2.Исследование влияния окружающей среды на состояние растительных организмов с помощью технологии ГРВ 29
1.3.3. Исследование влияния окружающей среды на состояние беспозвоночных и позвоночных животных с помощью технологии ГРВ. 31
1.3.4. Исследование влияния окружающей среды на состояние человека
с использованием технологии ГРВ : 32
ГЛАВА 2. Разработка методических принципов, протоколов и алгоритмов программной обработки и анализа газоразрядных изображений, технических средств для исследования влияния окружающей среды на состояние биологических объектов. моделирование процессов взаимодействия наружного покрова с электрическим полем высокой напряженности
2.1. Основные принципы анализа газоразрядных изображений (ГРИ) 38
2.1.1. Автоматизированный анализ и обработка ГРИ 38
2.1.2. Архитектура биотехнических систем (БТС) и принципы проектирования систем анализа газоразрядных изображений 41
3.1.3. Предварительная обработка изображений 42
2.1.3. Расчет параметров статических ГРИ 47
2.2. Биотехнические системы оценки влияния окружающей среды на состояние организмов на основе технологии ГРВ 49
2.2.1.Биотехническая система лабораторного анализа (БТС-ЛА) оценки влияния окружающей среды на состояние биологических объектов на основе технологии ГРВ 50
2.2.2. Измерительно-вычислительная Биотехническая система (БТС ИВ) оценки влияния окружающей среды на психофизиологическое
состояние человека на основе технологии ГРВ 53
2.3. Разработка протокола исследования влияния окружающей среды на состояние организмов на основе технологии ГРВ 55
2.3.1. Протокол исследования по оценке воздействия окружающей среды на состояние биологических объектов 55
2.3.2. Протокол исследования влияния окружающей среды на психоэмоциональное состояние человека 57
2.4. Разработка протокола программной обработки для исследования влияния окружающей среды на состояние организмов на основе технологии ГРВ 63
2.5. Разработка алгоритма программной обработки для исследования влияния окружающей среды на состояние организмов на основе технологии ГРВ 64
2.6. Практическая реализация методов анализа ГРИ биологических объектов 73
2.7. Моделирование процессов взаимодействия наружного покрова с электрическим полем высокой напряженности 78
2.8. Разработка специализированного устройства для исследования воздействия различных стимулов-раздражителей на психоэмоциональное состояние человека посредством регистрации и анализа ГРИ 82
ГЛАВА. 3. Характеристики разработанных методик исследования влияния окружающей среды на состояние организмов на основе технологии грв
3.1. Методика получения и обработки ГРИ фрагментов древесины и
зерен растений 85
3.1.1. Методика получения и обработки ГРИ фрагментов древесины Ulmus glabra Huds 85
3.1.2. Методика исследования получения и обработки ГРИ зерен 88
3.2. Методика получения и обработки ГРИ беспозвоночных животных. 89
3.3. Методика регистрации реакции автономной нервной системы человека на воздействие различных стимулов 91
ГЛАВА 4. STRONG Применение разработанных грв методик для оценки влияния окружающей среды на состояние биологических объектов различных классов
4.1. Оценка состояния растений (древесины стебля STRONG однолетнего побега вяза шершавого Ulmus glabra Huds., инфицированного Graphium ulmi Schw и зерновок Triticum aestivum L., зараженных грибами рода Fusarium) 97
4.2. Оценка состояния беспозвоночных (красного калифорнийского дождевого червя Eisenia fetida [Savigny]) в условиях повреждающего воздействия 102
4.3. Оценка реакции автономной нервной системы человека на воздействие различных стимулов 104
Заключение 137
Приложение 139
Список литературы
- Физические методы исследования окружающей среды на состояние человека
- Архитектура биотехнических систем (БТС) и принципы проектирования систем анализа газоразрядных изображений
- Протокол исследования влияния окружающей среды на психоэмоциональное состояние человека
- Оценка состояния беспозвоночных (красного калифорнийского дождевого червя Eisenia fetida [Savigny]) в условиях повреждающего воздействия
Введение к работе
Актуальность работы
Экологический риск, экологически обусловленные патологические явления и симбиотрофная заболеваемость, во многих отношениях экологически зависимая, являются реальностью современного общества Важнейшей проблемой в современной экологии является выявление донозологических (до проявления внешних симптомов) отклонений в строении и функционировании организмов, обусловленных повреждающем воздействием окружающей среды Своевременная и оперативная дифференциальная численная диагностика этих изменений позволит существенно повысить эффективность защитных мероприятий в случае развития массовых заболеваний сельскохозяйственных растений (эпифитотий) и промышленно значимых видов животных (эпизоотии)
Воздействие человеческого общества на биосферу угрожает не только состоянию окружающей среды, но и самого человека В связи с этим оценка различных воздействий и их последствий на состояние человека остается насущной проблемой В условиях реализации широкомасштабных производственных программ, пахучие вещества, нередко, напрямую связаны с информационными признаками специфического хода технологических процессов Около 30 нормативных санитарно-гигиенических документов, регламентируют физические факторы окружающей природно-техногенной среды солнечную радиацию, ультразвук, шум, производственную вибрацию, электромагнитные излучения радиочастотного диапазона и тд Воздействие пахучих веществ не поддается нормированию из-за отсутствия технических средств измерений
Существующие методы оценки влияния данных факторов
окружающей среды на организмы обладают рядом ограничений и
недостатков В частности, методы визуальной оценки организмов
животных и растений не позволяют выявлять донозологические
отклонения, химические методы требуют специальных реактивов и
значительных трудозатрат Использование различных биофизических
методов (демаркационный потенциал, импедансометрия,
спектрофотометрия и др) пока не находит широкого применения в экологии, главным образом, в силу отсутствия стандартизированных методик измерений и анализа результатов
Большинство методов выявления различных стимулов-раздражителей, в том числе пахучих веществ, малоэффективны из-за их низкой специфичности, а применение таких прогрессивных методик, как позитронно-эмиссионная томография, к сожалению, требует сложной и дорогостоящей аппаратуры В связи с этим, определенную перспективу имеет метод оценки состояния физических сред обитания и жизнедеятельности организмов на основе анализа характеристик
газоразрядного свечения объектов различной природы - методика газоразрядной визуализации (ГРВ), осуществляемая с использованием специального программно-аппаратурного комплекса «ГРВ Камера» Современная аппаратура, выпускаемая промышленно, дает возможность регистрировать и анализировать газоразрядное свечение, индуцированное у биологических объектов и их структур
Следует отметить, что точность и воспроизводимость метода ГРВ может быть снижена по сравнению с ожидаемой из-за отсутствия модели процессов, происходящих в результате взаимодействия наружного слоя биологического объекта с электрическим полем высокой напряженности, методов извлечения значимой информации из получаемых газоразрядных изображений биологических объектов (БО), и способов пробоподготовки
Таким образом, актуальность проблемы, лежащей в основе настоящей диссертации, обусловлена необходимостью развития на основе существующей технологии ГРВ новых методов оценки влияния факторов окружающей среды на состояние БО
Целью диссертационной работы является повышение достоверности оценки влияния окружающей среды на состояние БО путем использования новых методик и устройств на основе существующей технологии газоразрядной визуализации
Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:
Построить математическую модель процессов взаимодействия наружного слоя биологического объекта с электрическим полем высокой напряженности
Выделить информативные параметры ГРИ, позволяющие оценивать реакцию БО на воздействие факторов окружающей среды
Разработать методики подготовки образцов для обеспечения воспроизводимости параметров ГРИ БО
Усовершенствовать существующие автоматизированные методы фильтрации исходного ГРИ для обеспечения связи его характеристик с состоянием БО
Разработать структуру биотехнической системы и программные средства для оценки влияния факторов окружающей среды на состояние БО
Апробировать разработанные методики в экспериментальных исследованиях
Предмет исследования. Методики и технические средства регистрации газоразрядной визуализации для оценки свойств БО.
Объект исследования. Состояние биологических объектов, оцениваемое по характеристикам газоразрядных изображений
Методы исследования. Использовались методы теории моделирования, статистической обработки данных и поиска
информативных признаков, теория биотехнических систем В
экспериментальных исследованиях применены методы
фитопатологического контроля, методики оценки психофизиологического состояния Экспериментальные исследования выполнены на базе Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им В И Ульянова (Ленина) Научные положения, выносимые на защиту:
Математическая модель взаимодействия объекта исследования с электрическим полем высокой напряженности показывает, что массоперенос вещества жидкости в тканях биологических объектов является определяющим показателем при формировании газоразрядных изображений, отражающих свойства биологического объекта
Воздействие факторов окружающей среды на биологические объекты имеет следствием изменение параметров их газоразрядных изображений
Анализ динамики изменения газоразрядных изображений биологических объектов дозволяет оценивать воздействие факторов окружающей среды в реальном масштабе времени
Научная новизна работы.
Модель взаимодействия наружного покрова БО с электрическим полем высокой напряженности
Выявлены параметры ГРИ, отражающие влияние факторов окружающей среды на состояние БО
Разработаны методики подготовки проб и получения ГРИ БО
Структура БТС оценки влияния окружающей среды на состояние БО.
Применение разработанных методик для оценки влияния различных факторов окружающей среды на состояние растений, беспозвоночных животных и человека
Практическая ценность работы
Математическая модель процессов взаимодействия наружного покрова БО с электрическим полем высокой напряженности, доказывающая ведущую роль массопереноса вещества жидкости в микропорах на формирование ГРИ
Программное обеспечение «GDV SciLab», реализующее оптимальную последовательность обработки, анализа ГРИ и представление результатов оценки влияния факторов окружающей среды на состояние БО различных классов
Методики подготовки биологических проб и получения ГРИ БО различных классов для оценки влияния факторов окружающей среды
Технологии оценки качества посевного зерна и методика выявления
подсознательной реакции человека на воздействие различных
стимулов (резкий звук, воздействие пахучих веществ [натуральных
эфирных масел])
Внедрение результатов. БТС оценки воздействия пахучих веществ
(на примере эфирных масел) на ПФС человека прошла апробацию в
компании Аведа (США) в качестве элемента системы тестирования
косметических средств БТС оценки состояния спортсменов и
прогнозирования их соревновательной готовности внедрена в систему
училищ олимпийского резерва Внедрение результатов подтверждено
соответствующими актами Работа выполнена при поддержке
аспирантского гранта Министерства образования РФ (шифр гранта МО-
3 5К-48, 08 06 2004-07 06 2005)
Апробация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных международных конгрессах «Наука Информация Сознание» (Санкт-Петербург 2002, 2004 гг), Конференции аспирантов СПбГУИТМО (2002, 2003), Всероссийской конференции «Современные проблемы физкультуры и спорта», (Санкт-Петербург, 2003 г), Всероссийской научно-технической конференции «Биотехнические системы в XXI веке», 2004г, международном научном конгрессе «Нейробиотелеком, Санкт-Петербург, 2004 г, Итоговой конференции НИИ Физической культуры, Санкт-Петербург, 2004г, семинаре "Methods, Approaches, and Caveats for functionally Evaluating Olfaction and Chemesthesis", Monell Chemical Senses Center, Philadelphia, Pennsylvania, USA, 2004r
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, из них - 3 статьи в перечне изданий, рекомендованных ВАК, 6 работ - в материалах всероссийских и международных научно-технических конференций
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, одного приложения и списка литературы, включающего 159 наименований Основная часть работы изложена на 122 страницах машинописного текста Работа содержит 49 рисунков и 13 таблиц СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, приводится краткое содержание работы по главам
Физические методы исследования окружающей среды на состояние человека
Для исследования повреждений структуры органов и тканей беспозвоночных, вызванных воздействием различных факторов внешней среды, применяется микроскопия, позволяющая выявлять изменения структуры клеток и тканей, в том числе некроз мышечных тканей [135] перерождения половых [104, 148], эпителиальных и нервных клеток [132].
Менее часто исследуются нарушения функции тканей и органов. В частности, сообщается о возможности использования характеристик импеданса, получаемых с различных участков тела насекомых для контроля состояния наружного покрова [146], а также оценки влияния электромагнитного поля (ЭМП) [99].
Основными недостатками существующих методик оценки состояния беспозвоночных животных является их трудоемкость, необходимость специального оборудования и высокой квалификации персонала. Технология ГРВ может быть использована, прежде всего, как сравнительный метод оценки общего состояния животных организмов. Важным аргументом в пользу методики газоразрядной визуализации является ее простота, удобство обработки и хранения информации, а также оперативность получения и обработки данных. Преимуществом методики ГРВ является ее универсальность, то есть возможность работы не только с организмами, но и с отдельными биологическими средами (плазма крови, гемолимфа, моча, сперма и др.).
Для своевременного выявления и предотвращения необратимых последствий, вызванных повреждающим воздействием внешней среды, используется целый ряд характеристик, среди которых ведущая роль принадлежит различным параметрам физиологического состояния.
Для анализа воздействия различных факторов окружающей среды исследуются как структурные (функциональная магнитно-резонансная томография), так и функциональные (измерение артериального давления [100], кожного кровотока [138,155], сердечного ритма [98; 138] и различных биоэлектрических сигналов) [105; 150].
Проблема учета и нормирования условий окружающей среды с количественным описанием диапазона возможностей физиологических процессов, входящих в системный ответ при осуществлении действий человеком-оператором, интенсивно разрабатывается [84]. Наименее изученным остается влияние на человека-оператора пахучих веществ. Запахи на производстве могут быть предметом гигиенической регламентации и могут быть прямо связаны с информационными признаками специфического хода технологических процессов. Выявление физиологической реакции избирательно на пахучие вещества - чрезвычайно сложная задача.
Акт обоняния - это сложный биологический процесс, в котором участвуют не только обонятельный анализатор и тригемиальныи нерв, но и вся вегетативная нервная система [67]. Прямая связь обонятельного анализатора с лимбической системой, включающей гиппокамп, гипоталамус, миндалевидное ядро и другие образования, объясняет присутствие значительного эмоционального компонента в обонятельном восприятии [63, 64, 67, 92].
На ощущение запаха оказывают влияние различные внутренние и внешние факторы: возраст, питание, суточные циклические изменения, индивидуальные особенности испытуемых, а также факторы внешней среды [64, 70 и др.].
Таким образом, выбор пахучих веществ в качестве модельного фактора, используемого для разработки комплексной методики оценки воздействия окружающей среды на состояние человека на основе технологии ГРВ, обусловлен следующими причинами:
Методы исследования обоняния подразделяются на субъективные и объективные. Суть субъективных методов заключается в том, что обследуемому предлагается нюхать пахучее вещество и сообщать о своих ощущениях: согласно органолептической шкале, силу и предпочтение запаха классифицируют в баллах [91, 112] или в процентном отношении, используя графическую шкалу [112,115].
Основу объективных методов составляют различные аппаратурные методики. Прямым методом исследования реакции обонятельных рецепторов на раздражитель-одорант является методика электроофтальмографии [105, 150]. Активно использующимися методами исследования подсознательной реакции человека на воздействие пахучих веществ являются функциональная магнито-резонансная томография [108, 147, 157, 158 и др.] и позитрон-эмиссионная томография [117, 143, 159]. Наряду с этим, в качестве объективизирующих методик подсознательной реакции человека на воздействие пахучих веществ активно используются различные рефлексы, основными [64] из которых являются:
Важно отметить, что перечисленные методики обладают рядом ограничений и недостатков. Методика электроольфактомографии, с размещением электродов на обонятельном эпителии, технически чрезвычайно сложна, в то же время она отражает только суммарную активность многих клеток, причем, каждая из них реагирует на множество веществ медленным потенциалом сложной формы [92].
Методики функциональной магнитно-резонансной томографии и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) являются, без сомнения, наиболее эффективными для исследования влияния пахучих веществ на состояние человека, что подтверждается многочисленными исследованиями. Однако стоимость томографов необычайно высока, и, к сожалению, недоступна для большинства лабораторий. Другими факторами, ограничивающим применение томографических методов, является их техническая сложность, необходимость квалифицированного персонала. Важным аспектом является воздействие томографов на кору головного мозга, в случае ПЭТ процедура исследования сопровождается введением в кровь некоторого количества изотопа, т.е. метод является инвазивным. Эффективность ЭЭГ значительно уступает томографии, в то же время проведение ЭЭГ измерений требует строгой фиксации положения тела испытуемого и контроля его движений, что затрудняет проведение широкомасштабных исследований.
Архитектура биотехнических систем (БТС) и принципы проектирования систем анализа газоразрядных изображений
Опыт применения технологии ГРВ в медицине, психофизиологии и для оценки свойств различных биологических объектов и материалов позволяет рассматривать воздействие окружающей среды на психофизиологическое состояние человека как измерительно-вычислительную биотехническую систему. Схема данной БТС представлена на рис. 7. Измерительно-вычислительная система биотехнического типа представляет собой совокупность следующих основных функциональных комплексов: измерительного ИК, вычислительного ВК, отображающего ОК и исполнительного КИ [72]. Основной задачей измерительного комплекса
ИК БТС является получение информации о параметрах объекта - источника измерительной информации. В состав ИК входит прибор «ГРВ камера», состоящий из генератора ЭМП (ГЭМП), оптической системы ОС, и системы видеопреобразователей ВП. В результате воздействия ЭМП высокой напряженности на палец пациента П возникает газоразрядное свечение ГРС, которое фиксируется ОС и преобразуется с помощью ВП в компьютерные газоразрядные изображения ГРИ. Вычислительный комплекс предназначен для накопления, хранения и вторичной обработки информации и содержит накопители измерительной информации НИ, запоминающее устройство ОЗУ и блоки программ БП (рис. 5).
БТС-ИВ исследования влияния пахучих веществ на психофизиологическое состояние испытуемого: ИК - измерительный комплекс, ВК - вычислительный комплекс, ОК - отображающий комплекс, КИ- исполнительный комплекс, ГЭМП - генератор электромагнитного поля, ОС - оптическая система, ВП - видеопреобразователи, П - палец пациента, ГРС - газоразрядное свечение, ГРИ - газоразрядное изображение, НИ -накопители информации, ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, БП - блоки программ, УУ - устройство управления, ИУ - исполнительные устройства, О - оператор, БР - блоки регистрации, СБ - сервисные блоки.
Исполнительный комплекс включает совокупность автоматических и полуавтоматических устройств управления УУ, исполнительные устройства ИУ для воздействия на объект (специализированный бокс, в котором осуществляется экспозиция пахучих веществ) и оператора О, осуществляющего контроль ИУ. Основными компонентами отображающего комплекса являются блоки регистрации БР и сервисные блоки СБ для придания системе отображения адаптивных свойств и создания режимов интерактивного анализа информации.
Разработка протокола исследования влияния окружающей среды на состояние организмов на основе технологии ГРВ На основе описанных БТС-ЛА и БТС-ИВ был разработаны следующие протоколы проведения исследований: Протокол исследования по оценке воздействия окружающей среды на состояние биологических объектов (БТС-ЛА) Протокол исследования влияния окружающей среды на психоэмоциональное состояние человека (БТС-ИВ)
Протокол исследования по оценке воздействия окружающей среды на состояние биологических объектов
Протокол исследования по оценке воздействия окружающей среды на состояние биологических объектов разработан для исследования состояния растений и животных методикой ГРВ и имеет следующие особенности:
Протокол подразумевает принципиально сравнительное исследование характеристик ГРВ свечения биологических объектов, подвергнутых и неподвергнутых воздействию внешней среды Необходимость отбора пробы для анализа Необходимость предварительной подготовки биологической пробы для анализа Проведение эксперимента не обязательно проводится в режиме реального времени Блок-схема эксперимента по исследованию воздействия фактора внешней среды на состояние организмов приведена на рис. a(BC)t Контроль Отбор проб ДЛЯ ГРВ анализа Подготовка проб для ГРВ анализа Регистрация показателей ГРВ свечения контрольных проб (не подвергнутых воздействию внешней среды) Регистрация показателей ГРВ свечения проб, подвергнутых воздействию внешней среды Программная обработка экспериментальных данных Экспертное заключение
Рис. 8. Блок-схема эксперимента по исследованию воздействия фактора внешней среды на состояние организмов: ВС - внешняя среда.
Схема разработанного протокола была применена в следующих экспериментальных исследованиях: Применение методики газоразрядной визуализации для оценки состояния древесины стебля однолетнего побега вяза шершавого Ulmus glabra Huds., инфицированного Graphium ulmiSchw [75].
Протокол исследования влияния окружающей среды на психоэмоциональное состояние человека
Цель исследований: апробация разработанной адаптивной методики исследования характеристик ГРИ беспозвоночных животных и исследование ее пригодности для оценки состояния красного калифорнийского червя для выявления экологического риска.
Задача исследований:
Исследование характеристик ГРИ Eisenia fetida, подвергнутого повреждающим воздействиям (механическому сдавливанию, воздействию водной среды).
Материалом исследований служили особи красного калифорнийского дождевого червя Eisenia fetida - основного вида почвенных олигохет, используемых в целях вермикомпостирования и перспективного биоиндикатора для оценки состояния почв. Для эксперимента из популяции были отобраны черви длиной 50-110 мм и диаметром 1-3 мм. Объем выборки для исследования повреждающего воздействия внешней среды на характеристики ГРИ составил, соответственно, 15 особей в каждой исследуемой группе червей.
Результаты исследований: Анализ показал, что краткосрочное воздействие механического сдавливания и двадцатиминутного погружения в водную среду статистически достоверно (р = 0,05) изменило значение: 1. нормализованной площади свечения ГРИ: (при сдавливании = 1,05+0,39; при погружении в водную среду = 0,74+0,32; контроль = 0,29+0,18); 2. энтропии ГРИ: (при сдавливании - Е = 3,03+0,27; при погружении в водную среду - Е = 2,59+0,38; контроль Е = 2,00+0,45); 3. фрактальности ГРИ: (при сдавливании -/= 11,52+1,57; контроль -/ = 14,37+2,00). Усиление вызванной оптоэлектронной эмиссии после осуществленных воздействий объяснимо с точки зрения физического смысла процесса газового разряда и факторов, влияющих на его характеристики. Увеличение площади засветки ГРИ после механического сдавливания может быть обусловлено частичным разрушением покровов и вытеканием биологических жидкостей в полость тела и в окружающую среду, увеличивающим электрическую проводимость организма.
Увеличение площади засветки ГРИ после 20-минутного погружения в водную среду может быть обусловлено увеличением электрической проводимости в результате избыточного смачивания поверхности тела (избыток воды с поверхности тела удален фильтровальной бумагой).
Изложенное свидетельствует, что методика газоразрядной визуализации позволяет выявлять изменения, возникающие у организмов в природных условиях и в условиях экспериментального моделирования повреждающих воздействий. Возможно создание компьютерной экспертной системы, позволяющей оперативно оценивать состояние особей организмов и прогнозировать их изменения в различных экологических условиях, в том числе в производственных.
Целью исследований являлось изучение индивидуальных особенностей динамики газоразрядного свечения пальца руки в условиях моделирования целенаправленной деятельности и нервно-психического напряжения. Задачи исследований: 1) Изучение динамики показателя «площадь газоразрядного свечения» в процессе выполнения функциональных проб в условиях нервно-психического напряжения. 2) Изучение динамики показателя «площадь газоразрядного свечения» в условиях моделирования целенаправленной деятельности (дыхания). 3) Изучение динамики показателя «площадь газоразрядного свечения» после выполнения окклюзионной пробы. 4) Сопоставление динамики показателя площадь газоразрядного свечения с показателями психосоматического здоровья и психоэмоционального состояния испытуемых. Контингентом для исследований влияния пахучих веществ на состояние человека служили 30 человек, возраст от 17 до 22 лет, 13 девушек и 17 юношей. Результаты исследований: Исследование динамики газоразрядного свечения пальцев Средняя площадь свечения пальцев у испытуемых (N=30) при заданном стандартном уровне обработки изображений распределилась от 3827 до 6900 пикселей, со средним значением по группе 5526±253 пикселя.
При визуальном анализе удалось выявить некоторые дополнительные признаки, присутствие или отсутствие которых обуславливало индивидуальный для каждого из испытуемых характер динамики показателя площади свечения. Наиболее ярко выражены следующие признаки: 105 1) Наличие или отсутствие тренда (приращения показателя с течением времени). 2) Наличие или отсутствие «выездов», то есть некоторого промежутка времени, за время которого показатель с уровня минимального значения стабилизируется на некотором относительно устойчивом уровне. 3) Наличие значительных колебаний с 2-5 минутным периодом. 4) Разница значений показателя между соседними точками.
В результате визуального анализа удалось также определить, что высокий средний уровень значений показателя площади свечения часто сопровождается малым числом флуктуации и наоборот. На основании визуального анализа по характеру динамики газоразрядного свечения группа испытуемых (N=30) была условно разделена на 3 подгруппы. Группировка испытуемых по характеру динамики показателя площади свечения с использованием кластерного анализа
Выявленные визуально признаки, характеризующие особенности динамики газоразрядного свечения у испытуемых, могут быть описаны математически с использованием следующих параметров:
1) Усредненное значение площади ГРВ-свечения (в пикселях), (AV-A). Усреднялись все значения 8(9) кривых от 1 до 50-й точки.
2) Стандартное отклонение параметра площади ГРВ-свечения (в пикселях), (SD-A). Показатель рассчитан по аналогии с AV-A. Показатель может характеризовать общую изменчивость (вариабельность свечения в разные дни, вариабельность в процессе одной серии, в том числе тренд и наличие «выезда» в начале съемки)
3) Средний шаг параметра площади ГРВ-свечения (в пикселях), (STEP-А). Показатель рассчитан как абсолютная величина разницы значений двух соседних точек одного графика. (02-01, 03-02....50-49). То же для остальных 8(9) графиков. Показатель может характеризовать именно пошаговую вариабельность (от кадра к кадру). С помощью метода кластерного анализа установлено, что экспериментальная группа (N=30) может быть разделена на 3 подгруппы (далее кластера), при этом каждый из кластеров характеризовался определенным диапазоном значений AV-A, SD-A, и STEP-A. Значения показателей газоразрядного свечения пальцев у первого, второго и третьего кластеров распределились следующим образом (Табл. 8):
Оценка состояния беспозвоночных (красного калифорнийского дождевого червя Eisenia fetida [Savigny]) в условиях повреждающего воздействия
Результаты анализа субъективной реакции испытуемых (N=27) (индивидуальная и групповая оценка) на воздействие пахучих веществ представлены на рис. 46-47.
Установлено следующее распределение параметра предпочтения: Peppermint 7,5+0,97; Lemon от 6,43+1,15; Olibanum 3,64+1,81; Roman Chamomile 0,60+2,01; Glycerin 0,1+0,49; Lavender -0,30+1,95; Blue Chamomile -4,83+1,95. Peppermint и Lemon однозначно классифицированы всеми испытуемыми как приятные, Olibanum - как скорее приятный, Roman Chamomile и Lavender - неопределенный, Blue Chamomile - скорее неприятный. Glycerin большинством испытуемых был классифицирован как нейтральный одорант.
Установлено следующее распределение параметра интенсивности: Glycerin 2,7+1,4; Peppermint 29,0+5,5; Olibanum 29,1+4,4; Lavender 33,9+6,4; Roman Chamomile 38,7+5,2; Lemon от 39,3±4,0; Blue Chamomile 45,1+6,7. Glycerin имел самую низкую интенсивность по сравнению с другими веществами, самую высокую интенсивность обнаружили Lemon и Blue Chamomile.
Корреляционный анализ динамики газоразрядного свечения, данных психосоматического здоровья, психоэмоционального состояния и реактивности испытуемых на воздействие стимулов-одорантов 1) Корреляционный анализ показателей газоразрядного свечения и показателей психосоматического здоровья и психоэмоционального статуса. Установлено, что показатель усредненной площади свечения S-AV имел слабую корреляционную связь (0,3 г 0,5; р 0,05) с показателями состояния здоровья: группой (уровнем) здоровья (г=0,43; р=0,02) и числом хроническим заболеваний (г=-0,47; р=0,01). Выявлено, что характер динамики газоразрядного свечения коррелирует с уровнем нейротизма, рассчитанному по тесту Айзенка (г=0,47; р=0,002). 2) Корреляционный анализ реактивности испытуемых на предъявление стимула-одоранта и показателей психосоматического здоровья Установлено, что число реакций, классифицированных как процедурные, имеют среднюю степень корреляции (0,5 г 0,7; р 0,05) с показателем частоты сердечных сокращений (г=0,60; р=0,0004). 3) Корреляционный анализ реактивности испытуемых на предъявление стимула-одоранта и показателей психоэмоционального статуса.
При анализе показателей, характеризующих связь реактивности испытуемых на предъявление стимула-одоранта с данными психоэмоционального состояния, значимых корреляций не выявлено.
В результате корреляционного анализа установлена устойчивая положительная тенденция (р=0,09) зависимости числа отмеченных сдвигов, обусловленных процедурными и специфическими (стимульными) факторами, с уровнем нейротизма (рис. 48).
Сопоставление этих данных с ранее полученными результатами исследований психофизиологических коррелятов успешности соревновательной деятельности [8, 21, 25, 42] и установления связи параметров ГРИ с показателями психосоматического здоровья, психоэмоционального статуса и вариабельности сердечного ритма дают основание полагать, что реактивность испытуемых на модулирование целенаправленной деятельности и нервно-психического напряжения обусловлена состоянием вегетативной нервной системы, что объясняет некоторую неспецифичность ответной реакции на предъявляемый раздражитель.
Зависимость числа сдвигов показателя площади свечения (ось Y) от интенсивности запаха (ось X) у группы испытуемых (N=30).
Эти данные совпадают с результатами [98, 154], согласно которым изменения кожной проводимости были больше в тех случаях, когда интенсивность стимула-одоранта была выше. Авторы также отмечают отсутствие связи между предпочтением стимула и кожно-гальванической реакцией.
Результаты исследований позволяют сделать следующие выводы:
1) Установлено, что значения показателя «площадь свечения» в момент предъявления стимула в 3-17 % (в зависимости от конкретного стимула одоранта), снизились по сравнению с контрольными (фоновыми) значениями показателя.
2) Выявлено, что не менее 5% зарегистрированных сдвигов вызваны причинами, не зависящими от характера предъявляемого стимула: нервно-психологическим напряжением, обусловленным процедурными манипуляциями оператора-исследователя либо ожиданием воздействия стимула.
3) Наличие корреляций между показателями динамики газоразрядного свечения и реактивности испытуемых с показателями функционального состояния и психоэмоционального статуса испытуемых позволяет сделать заключение о значительной роли эмоциональной компоненты в ответных реакциях автономной нервной системы на неспецифические раздражители.
4) Таким образом, динамика газоразрядного свечения может рассматриваться как дополнительный показатель для исследования влияния различных стимулов, в том числе пахучих веществ. Методика может также быть полезной в качестве индикатора динамики нервно-психического напряжения.
Полученные результаты позволяют сделать заключение о достаточной адекватности разработанных методик исследования характеристик газоразрядного свечения биологических объектов.
Есть все основания полагать, что ГРВ технология пригодна для оценки состояния организмов с целью выявления экологического риска, в частности, оценки влияния факторов внешней среды на патологические процессы у организмов растений, животных, человека и их структур.
Анализ результатов проведенных исследований [8, 9, 16, 21, 25, 41, 47, 74-82], публикаций отечественных и зарубежных ученых по оценке состояния различных организмов и физических сред [4, 6, 20, 24, 28,46, 120 и мн. др.], а также критических статей различных исследователей, [106, 107, ПО, 131, 133, 134, 149, 152] позволяют выделить следующие возможные направления применения технологии ГРВ в экологии:
1) Объективизация воздействия механических, физических, химических и биологических повреждающих факторов окружающей среды на биологические объекты (биологические жидкости, растения и низших животных) с целью выявления экологического риска.
2) Оценка влияния различных факторов окружающей среды на психофизиологическое и психоэмоциональное состояние человека.
3) При определенных условиях ГРВ технология может служить дополнительным инструментом для выявления и оценки некоторых экологически зависимых патологических состояний, причиной или следствием которых является нарушение функционирования сердечно-сосудистой и нервной систем организма человека.
В рамках данной работы показано, что метод ГРВ может быть использован для оценки влияния окружающей среды на состояние БО. Разработана модель взаимодействия наружного покрова БО с электрическим полем высокой напряженности. Выявлены параметров ГРИ, отражающие влияние факторов окружающей среды на состояние БО. На основе разработанных методик и программных средств выполнены экспериментальные исследования по оценке влияния различных факторов окружающей среды на состояние растений, животных и человека.
