RU2573340C2

RU2573340C2 - Способ оценки уровня функционального состояния центральной нервной системы человека на основе измерения времени ориентировочной зрительно-моторной реакции человека

Info

Publication number: RU2573340C2
Application number: RU2014117131/14A
Authority: RU
Inventors: Алексей Николаевич Царев
Original assignee: Жуков Дмитрий Митрофанович
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2016-01-20
Also published as: RU2014117131A

Abstract

Изобретение относится к области медицинской диагностики, а именно к психофизиологии. На экране монитора предъявляют зрительный стимул в виде красного круга диаметром 20 мм. Фиксируют время от появления метки до подведения курсора к границам круга. Процедуру повторяют не менее 50 раз. На основе измеренных значений времени зрительно-моторной реакции строят гистограмму распределения полученных значений по разрядам с интервалом в 20 мс. По параметрам анализа гистограммы, распределения времени реакции человека определяют значение моды - М_О и амплитуды моды - A_Mo. Затем рассчитывают величину уровня функционального состояния ЦНС (УФС_ЦНС) по математической формуле. При значении УФС_ЦНС больше 24,57 уровень функционального состояния оценивают как оптимальный, при УФС_ЦНС от 24,56 до 18,53 - как сниженный, при УФС_ЦНС меньше 18,52 - как существенно сниженный. Способ позволяет повысить достоверность оценки, что достигается за счет визуального определения места появления объекта и измерения времени целенаправленной двигательной реакции к этому объекту. 1 табл.

Description

Изобретение относится к области медицинской диагностики, а именно к психофизиологии, и позволяет определить уровень функционального состояния центральной нервной системы (УФС_ЦНС) человека на основе измерения времени ориентировочной зрительно-моторной реакции и расчета показателя УФС_ЦНС, и может найти применение в медицинской, психологической, физиологической и психофизиологической практике при проведении профессионального отбора, предсменного контроля и периодического мониторинга УФС_ЦНС с целью прогнозирования надежности профессиональной деятельности персонала предприятий с особоопасными технологиями, например в атомной энергетике.

Известна методика простой сенсомоторной реакции на зрительный стимул (ПСМР) и методика определения скорости реакции на движущийся объект (РДО).

Методика ПСМР (Лоскутова Т.Д. 1975; Мороз М.П. 2007). Для определения времени простой сенсомоторной реакции и расчета характеристик ФС ЦНС испытуемому предъявляется от 50 до 100 световых сигналов, подаваемых в случайном порядке. Затем проводится расчет интегральных критериев состояния ЦНС:

- функциональный уровень системы (ФУС);

- устойчивость реакции (УР);

- уровень функциональных возможностей (УФВ).

Основное отличие описанных выше методов оценки состояния ЦНС на основании измерения времени простой сенсомоторной реакции на зрительный раздражитель от предлагаемого метода оценки УФС_ЦНС на основе измерения времени ориентировочной зрительно-моторной реакции человека (ОЗМР) состоит в том, что предлагается выполнение более сложного задания. При выполнении ПСМР человеку необходимо определить появление стимула и осуществить простой однотипный двигательный акт по нажатию на соответствующую кнопку. Выполнение методики ОЗМР характеризуется значительно более сложной психической деятельностью - определение не только появление стимула, но его местонахождение, далее необходимо осуществить сенсомоторную координацию выполняемого двигательного акта, заключающуюся в том, что результат движения постоянно контролируется в соответствии с местонахождением стимула. Таким образом, оценивая результат выполнения центральной нервной системой более сложного задания, т.е. более сложной психической деятельности, мы получаем более достоверную оценку состояния ЦНС.

«Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе» А.В. Посошин и др. (Патент №2322187 РФ, 2007). Для оценки РДО на экране видеомонитора предъявляют окружность, на которой видна метка и движущийся по окружности с заданной - скоростью точечный объект. В момент совпадения положения точечного объекта с меткой испытуемый нажатием соответствующей клавиши на клавиатуре фиксирует положение точечного объекта относительно метки, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки. Далее вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки, т.е. время ошибки запаздывания или упреждения. Сопоставление рассчитанных средних ошибок упреждения или запаздывания дает представление о соотношении процессов возбуждения и торможения в ЦНС. ОЗМР является более сложной, чем реакция слежения за движущимся объектом, тем, что необходимо сначала определить местонахождение нового объекта и совершить целенаправленную двигательную реакцию. Способ определения ОЗМР более соответствует реальной производственной операторской деятельности, в связи с чем показатель УФС_ЦНС, рассчитанный по результатам данной реакции, более точно отражает состояние операторских навыков. Недостатком данного способа является то, что оценивается только частный процесс деятельности мозга, а именно взаимосоотношение процессов торможения и возбуждения в ЦНС, поэтому данный метод не позволяет судить об общем уровне функционального состояния ЦНС. Например, человек с возбудимым типом нервной системы (преобладание процессов возбуждения по классификации К. Леонгарда) в состоянии усталости по данному методу будет квалифицирован как ригидный (застревающий по классификации К. Леонгарда) с преобладанием процессов торможения в ЦНС.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ оценки функционального состояния ЦНС (RU 2289297 от 23.12.2004) человека на основе измерения и формализации выбранных показателей времени сенсомоторных реакций. В данном способе предложена формула расчета уровня функционального состояния (УФС) каждой из исследуемых функций, в которой учитываются параметры анализа гистограммы распределения значений времени реакций человека на световой или звуковой стимул. Далее значения уровней функционального состояния различных функций организма переводятся в безразмерные показатели, на основании которых рассчитывается уровень функционального состояния ЦНС (УФС_ЦНС). Недостатком данного метода является то, что для оценки функционального состояния ЦНС необходимо измерять как минимум две функциональные системы организма человека и иметь не менее 20 результатов исследования выбранных функциональных систем для каждого оцениваемого человека. Кроме этого данный способ не позволяет оценивать УФС_ЦНС в сравнении у разных обследуемых. В заявленном способе за счет предложенной сенсомоторной методики - ориентировочной зрительно-моторной реакции по той же формуле сразу определяется функциональное состояние ЦНС. Это достигается тем, что время реакции ОЗМР характеризует интегральный результат функционирования и взаимодействия двух функциональных систем: зрительной и моторной при выполнении зрительной и моторной ориентации. Кроме этого определены пределы колебаний данного показателя при различных функциональных состояниях ЦНС.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение точности и объективности оценки УФС_ЦНС человека-оператора, обуславливающего эффективность профессиональной деятельности, разработанного на основе современных научно-обоснованных концепций нейрофизиологических механизмов высшей нервной деятельности. Кроме этого методика ОЗМР может быть использована для тренировки двигательных реакций человека с возможностью оценки эффективности развития двигательных навыков.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается способ оценки УФС_ЦНС человека, заключающийся в визуальном определении места появления объекта, с последующей целенаправленной двигательной реакцией человека, в которой фиксируется время от момента появления объекта до подведения курсора к его границам.

В данном случае ориентировочная зрительно-моторная двигательная (сенсомоторная) реакция формируется в системе зрительного анализатора, ассоциативной и интегративной системах мозга, а также в системе организации ориентировочной реакции. Ассоциативная система связывает корковое представительство зрительного анализатора (теменные зрительные зоны) с двигательной зоной коры, и кортикоспинальным путем, обеспечивающим передачу возбуждения на эффекторы (мышцы). Таким образом, ориентировочная зрительно-моторная реакция осуществляется целым комплексом подкорковых и корковых структур головного мозга, состояние которых отражается в скорости и устойчивости (вариативности) этих реакций. Таким образом, основу методики ОЗМР составляют сложные рефлексы второго и более высоких порядков, в отличие от ПЗМР, в основе которой лежит рефлекторная двигательная реакция на световой раздражитель - условный рефлекс первого порядка.

Уровень функционального состояния ЦНС оценивается по вероятностно-статистическим параметрам распределения показателей времени ориентировочной зрительно-моторной реакции. По величине УФС_ЦНС можно оценить уровень функционального состояния ЦНС (оптимальный, сниженный или существенно сниженный), готовности оператора к работе, степень его утомления, а в ряде случаев - и наличие патологических функциональных нарушений или органических расстройств деятельности центральной нервной системы.

Заявляемый способ удовлетворяет критерию "новизна", так как впервые для оценки функционального состояния ЦНС человека-оператора использованы ориентировочная и моторно-двигательная реакции.

Заявляемый способ соответствует критерию "изобретательский уровень", так как на основе современных данных о функционировании головного мозга человека с использованием персональных компьютеров предложен принципиально новый способ оценки УФС_ЦНС по показателю скорости ориентировочной и моторно-двигательной реакции в процессе интегративного рефлекторного акта. Отличительные признаки: скорость ориентировочной и моторно-двигательной реакции коррелирует с общим функциональным состоянием человека, прямыми и косвенными показателями его работоспособности, просты в получении и не требуют сложных программ и мощных ЭВМ. Соответствие «промышленная применимость» подтверждается результатами испытаний ОЗМР в лаборатории психофизиологического обеспечения Курской атомной электростанции.

Термин «время реакции», введенный в науку З. Экснером (1823), является общепринятым в международной психофизиологической литературе. Существует ряд профессий, например водители транспортных средств, операторы подъемных устройств, операторы энергетических установок и т.п., где показатель времени реакции является ключевым, чтобы разрешить допуск специалиста к выполнению функциональных обязанностей.

С точки зрения развития нового направления психофизиологии, на основе измерения и анализа времени реакций можно выделить два основных направления:

- разработка новых методик сенсомоторных реакций;

- разработка более сложных математических методов анализа временных рядов времени сенсомоторных реакций.

Ориентировочная зрительно-моторная реакция считается сложной, параметры которой специфичны для условий операторской деятельности, пилотов, машинистов, водителей и т.д. Знание величины УФС_ЦНС при выполнении ОЗМР у операторов любого профиля, в том числе операторов особо опасных производств, пилотов, машинистов и водителей, позволит разделить их на группы риска - лиц с хорошим, средним и плохим умением оценивать ориентацию объекта и производить точные координированные движения. Использование методики ОЗМР позволит оценить развитие ориентировочных зрительно-моторных реакций у человека в процессе тренировок на тренажерах.

Знание величины УФС_ЦНС при выполнении ОЗМР у операторов, пилотов, водителей и т.д. позволит прогнозировать успешность профессиональной деятельности и выявить лиц со сниженным УФС_ЦНС для формирования группы риска и организации, целенаправленных реабилитационно-оздоровительных мероприятий. Кроме этого выявление лиц с хорошим, средним и плохим умением ориентации и выполнением точных двигательных реакций может быть использовано при профотборе.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом: для оценки ориентировочной зрительно-моторной реакции предлагается использование персонального компьютера, что позволяет проводить оценку ориентировочной зрительно-моторной реакции человека в двухмерном пространстве. На экране монитора появляется красный круг диаметром 20 мм, к которому необходимо подвести курсор компьютерной мышки. Фиксируется время от появления метки до подведения курсора до ее границ. После этого метка исчезает и появляется вновь через 3-5 секунд на окружности с заданным радиусом с центром в месте появления предыдущей метки. Это позволяет стандартизировать ориентировочную зрительно-моторную реакцию человека как по месту ориентировки, так и по величине двигательной реакции. Стимул предъявляется не менее 50 раз с обязательными 2-3 первыми тренировочными (неоцениваемыми) реакциями. На основе измеренных значений времени реакции строится гистограмма их распределения по разрядам с интервалом в 20 мс. По параметрам анализа гистограммы распределения времени реакции человека определяется значение моды - М_О и амплитуды моды - A_Mo. Затем рассчитывается УФС_ЦНС по формуле:

где -

среднее значение;

Кв - коэффициент вариации (σ/

* 100);

М_О - середина разряда гистограммы, имеющего максимальную частоту;

A_Mo ^_ амплитуда моды в % - максимальная относительная частота гистограммы;

ΔХ - вариационный размах = X_MAX ^_X_MIN;

Ln - натуральный логарифм.

Полученные данные приведены в таблице №1.

В таблице представлены данные, полученные при проведении периодического психофизиологического обследования оперативного персонала Курской АЭС в лаборатории психофизиологического обеспечения надежной эксплуатации. Для сравнения в таблице приведены результаты расчета УФС_ЦНС для ПЗМР и ОЗМР на основании обследования 540 операторов. Оценка уровня функционального состояния ЦНС (оптимальный, сниженный, существенно сниженный) проводилась на основании проведенного комплексного психофизиологического обследования, включающего тестирование по психологическим и психофизиологическим методикам, экспресс-диагностики психофизиологического состояния человека с помощью компьютерного комплекса «ДИАКОМС» и объективного осмотра физиолога.

Представленные данные показывают, что по результатам расчета УФС_ЦНС по интервалам скорости реакций ПЗМР и ОЗМР можно определять функциональное состояние ЦНС. Как видно из таблицы определение данного показателя по результатам ОЗМР является более точным. Об этом свидетельствует меньшая величина ошибки средней и величины показателей точности определения средней (C_S) [Лакин Г.Ф. Биометрия. 1990]. Уменьшение ошибки средней при определении оптимального уровня функционального состояния составило 0,27 (33,3%), при сниженном УФС_ЦНС 0,20 (32,8%) и существенно сниженном УФС_ЦНС 0,24 (41,4%).

Величина показателя точности определения средней, по которой оценивают полученные результаты наблюдений, считается вполне удовлетворительной, если коэффициент C_S не превышает 3-5%. Чем меньше этот показатель, тем точнее определено среднее значение рассчитываемого показателя. Таким образом, классификация уровня функционального состояния ЦНС операторов с помощью методики ОЗМР по сравнению с ПСМР является более точной в соответствии с величиной C_S (2,94>1.87; 3,07>1,92; и 3,89>2,09), рассчитанной для трех уровней функциональных состояний ЦНС.

На основании средних значений УФС_ЦНС, полученных в результате тестирования оперативного персонала Курской атомной электростанции, нами рассчитаны границы уровней функционального состояния ЦНС:

Оптимальный	более 24,57
Сниженный	от 24,56 до 18,53
Существенно сниженный	менее 18,52

Claims

Способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека на основе измерения времени ориентировочной зрительно-моторной реакции человека, включающий предъявление зрительного стимула, отличающийся тем, что человеку предъявляют зрительный стимул, красный круг диаметром 20 мм, который визуально определяет его место появления; подводят курсор компьютерной мышки к его границам, измеряют время от момента появления стимула до подведения курсора к его границе, процедуру повторяют не менее 50 раз; на основе измеренных значений времени реакции строится гистограмма их распределения по разрядам с интервалом в 20 мс; по параметрам анализа гистограммы распределения времени реакции человека определяется значение моды - М_О и амплитуды моды - A_Mo, затем рассчитывается величина уровня функционального состояния ЦНС (УФС_ЦНС) по формуле:

где
- среднее значение;
Кв - коэффициент вариации (а/
* 100);
М_О - середина разряда гистограммы, имеющего максимальную частоту;
A_Mo ^_ амплитуда моды в % - максимальная относительная частота гистограммы;
ΔХ - вариационный размах = Х_МАХ-X_MIN;
Ln - натуральный логарифм,
и далее определяют по величине рассчитанного показателя уровень функционального состояния ЦНС, причем при значении УФС_ЦНС больше 24,57 уровень функционального состояния будет оцениваться как оптимальный, при УФС_ЦНС от 24,56 до 18,53 - как сниженный и при УФС_ЦНС меньше 18,52 - как существенно сниженный.