Ефективність переробки інформації в умовах активної діяльності як індикатор резервних можливостей організму людини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

УДК 612.821.3

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Ефективність переробки інформації в умовах активної діяльності як індикатор резервних можливостей організму людини

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

Прокопець Валентин Іванович

Київ 2002

Загальна характеристика роботи

Темою дисертаційного дослідження є обґрунтування моделі для визначення функціонального резерву людини за допомогою використання біологічного та психологічного зворотного зв'язку (biofeedback and psychofееdback). Вказані методи використовують біологічні та психологічні показники у якості зворотного зв'язку і дозволяють автоматично змінювати характер впливаючих або тестуючих сигналів у залежності від психологічних змін, що виникають при надходженні тієї чи іншої інформації.

Актуальність теми. Відмінною рисою сучасного життя являється різке зростання інформаційних навантажень, а також наявність умов активної діяльності, коли необхідно приймати безпомилкові рішення при жорсткому обмеженні часу та високій невизначеності середовища (Бодров В.А.,1996, Гаврилова Е.А., Шабанова Л.Ф., 1998). Такі умови діяльності супроводжуються у більшості людей значним ростом психічної і функціональної напруги. Це, у свою чергу, може призводити до погіршення їх функціонального стану (ФС), внаслідок чого слід чекати суттєвого зниження ефективності переробки інформації (Магазанник В.Д, 1997). До того ж, в умовах активної діяльності було зафіксовано зниження її ефективності та надійності внаслідок суттєвого погіршення ФС організму працюючої людини, навіть при досить високому вихідному рівні його функціонування (Шалимов П.М., Глухов Д.В., 1998). Але існують приклади, коли активна діяльність супроводжувалась суттєвим поліпшенням її показників, внаслідок позитивних змін у організмі людини і, завдяки цьому, помітному росту ефективності переробки інформації (Дикая Л.Г., 1992). Це пов'язано з можливостями свідомого керування власним ФС. В свою чергу, успішність навчальної, а також переважної більшості видів діяльності людини багато в чому залежить від ефективності переробки інформації (Бетелева Т.Г., 1995). Сказане свідчить, що дослідження функціональних можливостей організму людини, у тому числі здатності до свідомого керування власним ФС та ефективністю переробки інформації, є актуальним.

Під свідомою регуляцією ми маємо на увазі оволодіння і свідоме керування людиною власними психофізіологічними процесами, а також поведінкою (Лях Ю.Є., Прокопець В.І., Остапенко В.І.,2001). Одним з найбільш перспективних методів дослідження можливостей людини до свідомої регуляції власного ФС вважається метод, що використовує біологічний зворотний зв'язок (БЗЗ) (Сороко С.И., Мусуралиев Т.Ж.,1995, Александров Ю.И., 1998, Barlow, D.H.,2000). Це обумовлено тим, що його застосування дозволяє суттєво поліпшити ефективність виконання професійної діяльності, знизити рівень функціональної напруги та забезпечити збереження працездатності. Психофізіологічна сутність методу складається в забезпеченні на основі БЗЗ можливості свідомого регулювання власного ФС і професійних функцій (Александров Ю.И., 1998). Інтерес до його застосування виник у зв'язку з даними про зміни у ФС людини, що передують змінам у діяльності й обумовлюють їх. Важливим показником стану здоров'я людини є її функціональний резерв. Він характеризує рівень навантажень, який здатна виконати людина без ризику для погіршення стану здоров'я (Шалимов П.М., Глухов Д.В., 1998). Численними дослідженнями доведено, що ефективність переробки інформації в умовах активної діяльності може бути використана у якості індикатора резервних можливостей людини (Александров Ю.И., 1998, Лях Ю.Є., Прокопець В.І., Остапенко В.І.,2001). Однак, відсутність адекватної моделі, а також методів і пристроїв для кількісної оцінки ефективності переробки інформації в умовах активної діяльності обмежує можливість використання даного показника при оцінці резервів організму людини та її здатності до свідомої регуляції власного ФС (Салтыков А.Б., Толокнов А.В., Хитров И.К., 1998).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконані у відповідності з планом науково-дослідних робіт кафедри медичної інформатики, біофізики з курсом медичної апаратури Донецького державного медичного університету ім. М. Горького "Розробка інформаційної технології для оцінки психофізіологічного стану людини" № держреєстраціі 0197U02126, термін виконання 01.1997 - 12.1998, а також "Розробка технології оцінки адаптаційних можливостей організму людини" № держреєстраціі 0199U002046, термін виконання 01.1999 - 12.2001. В рамках цих НДР автор брав безпосередню участь у розробці та впровадженні способу і технічних рішень для визначення резервних можливостей організму людини. Тему дисертації затверджено на засіданні Вченої ради ДонДМУ протокол № 2 від 19.02.1998 р.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи було обґрунтування моделі для оцінки резервних можливостей організму людини за загальними показниками ефективності переробки інформації в умовах активної діяльності. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

Створити програмно-апаратний комплекс, спосіб і методику для досліджень ефективності переробки інформації людиною в умовах активної діяльності.

Дослідити залежність швидкості переробки інформації в умовах активної діяльності від рівня інформаційних навантажень і стану здоров'я людини, а також резервів їх довільного регулювання.

Вивчити вплив стану здоров'я і рівня інформаційних навантажень на показники надійності переробки інформації людиною в умовах активної діяльності.

Виявити характер змін фізіологічної і психічної напруг у людей з різним рівнем здоров'я в умовах активної діяльності при зростанні інформаційних навантажень.

Дослідити ефективність переробки інформації людей з різним рівнем здоров'я в умовах активної діяльності при зростанні інформаційних навантажень.

Об'єкт дослідження - функціональний стан організму людини у процесі активної діяльності.

Предмет дослідження - процеси переробки інформації людиною в умовах активної діяльності при відсутності та наявності зворотного зв'язку.

Методи дослідження - фізіологічні, психофізіологічні та математичні дослідження функціонального стану людини і ефективності діяльності у процесі переробки інформації за стандартними апаратними методиками та за допомогою розроблених способу, методики, апаратного і програмно-апаратних засобів її моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. Отримані оригінальні дані про зв'язки свідомого регулювання функціонального стану організму людини у процесі переробки інформації з характеристиками, що ймовірно змінюються, з рівнем здоров'я. Встановлена можливість використання показників ефективності переробки інформації людиною у якості раннього прогностичного тесту розвитку напруження. Виявлено характер змін фізіологічного та психічного напруження людини у залежності від стану здоров'я та інформаційних навантажень. Вперше визначено критерій ефективності переробки інформації для здорових людей молодого віку (17-28 років) та його орієнтовні нормативи. Доведена можливість застосування інформаційних навантажень, параметри яких відстежують резервні можливості людини для визначення її ФС.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення роботи полягає у тому, що розроблений програмно-апаратний комплекс дозволяє досліджувати механізми взаємовідносин психічної та нервової сфер людини у регуляції її функціонального стану. Результати досліджень вказують на важливу роль психічної сфери в свідомому контролі та регуляції процесів переробки інформації. Ці дані можуть бути теоретичною базою для подальшого аналізу і знайдуть застосування в нейрофізіологічних лабораторіях науково-дослідних інститутів фізіології, кафедр фізіології та біофізики медичних університетів. Крім того, результати роботи можуть бути використані для індивідуалізації навчального процесу, у тому числі для контролю ФС студентів в процесі навчань, оперативного визначення початку розвитку патологічних процесів та їх запобіганню. Вперше розроблені і впроваджені на боксерах ДЮСШ методи оцінки системи адаптації спортсменів-початківців шляхом одночасного контролю їх психофізіологічних та фізичних показників у різних умовах спортивної діяльності. На розроблені оригінальні технічні рішення отримано патенти України №31591, №31592, №32991, №31589, №33784, №35156, №35093 та №35996.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто виконана розробка програмно-апаратного комплексу для досліджень ФС людини у процесі переробки інформації проведені основна частина психофізіологічних досліджень, критичний аналіз сучасних літературних даних та аналіз і статистична обробка отриманих результатів, а також написання усіх розділів дисертації. Вперше розроблено комп'ютерну методику кількісної оцінки обсягу уваги (ОУ) людини та вивчено можливість застосування кількісних значень ОУ для визначення ФС людей молодого віку при різному стані здоров'я. Вперше визначено часові характеристики прийняття рішень про кількість сигналів, що одночасно надходять у залежності від рівня здоров'я та інформаційних навантажень. Проведено аналіз взаємозв'язків між рівнем напруги організму людини та показниками часу прийняття рішень, їх надійності і обсягу уваги. Доведена діагностична цінність досліджень ефективності переробки інформації для характеристики стану здоров'я людини. В роботі не було застосовано ідей або технічних розробок, котрі належать співавторам опублікованих робіт.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень викладені на загальноукраїнській конференції: "Актуальні питання гігієни праці, проф. патології, медичного забезпечення працівників промислових підприємств на сучасному етапі розвитку господарського комплексу Донбасу" (Донецьк, 1995) загальноукраїнському науковому симпозіумі "Особливості формування та становлення психофізіологічних функцій у онтогенезі" (Черкаси, 1999) IV міжнародному науковому конгресі "Олімпійський спорт і спорт для всіх: проблеми здоров'я, рекреації, спортивної медицини та реабілітації" (Київ, 2000) I загальноукраїнській науково-методичній конференції "Здоровя та освіта: проблеми та перспективи" (Донецьк, 2000) міжнародній науково-практичній конференції "Актуальні проблеми медицини праці та екології Донбасу" (Донецьк, 2000) II конференції Українського товариства нейронаук, присвяченій 70-річчю кафедри фізіології ДонДМУ (Донецьк, 2001) III загальноукраїнській конференції "Актуальні проблеми фізичного виховання у вузі" (Донецьк, 2001).

Публікації: матеріали дисертації опубліковані у трьох статтях в наукових журналах, у трьох збірниках, одній книзі, у 20 тезах, 11 патентах України та 4 авторських свідоцтвах.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація містить вступ, п'ять розділів, висновки, список використаних літературних джерел, додатки. Текст роботи викладено на 188 сторінках машинопису. Праця ілюстрована 26 таблицями на 26 сторінках, 13 рисунками на 10 сторінках, та додатками на 54 сторінках. Бібліографія включає 95 джерел вітчизняної та 65 - іноземної літератури.

Основний зміст

ефективність переробка інформація

Дослідження були проведені на 390 студентах Донецького державного медичного університету першого і другого курсів чоловічої і жіночої статі протягом 1997 - 2001 років, 60 спортсменах-початківцях ДЮСШ та 25 майстрах спорту, студентах Донецького державного інституту здоров'я, фізичного виховання та спорту. Дослідження проводили у два етапи: на першому етапі за допомогою стандартних методик було визначено стан здоров'я обстежених. В основу даного етапу роботи покладено визначення антропометричних, фізіологічних показників та оцінка психофізіологічного стану обстежуваних за допомогою стандартних методик. На другому етапі було проведено дослідження моделі для оцінки резервних можливостей організму людини за загальними показниками ефективності переробки інформації в умовах активної діяльності без і з наявністю біологічного та психологічного зворотного зв'язку.

Методи дослідження психофізіологічного стану обстежуваних уключали: визначення критичної частоти злиття світлових мерехтінь (КЧЗСМ), диференціальної часової межі зорової сенсорної системи, середньої швидкості рухових функцій (тепінг-тест) часу простих і складних зорово-моторних реакцій (ЗМР) відрізків часу, необхідних для введення за допомогою клавіатури цифр після їх короткочасного пред'явлення на екрані монітору обсягу уваги часу і безпомилковості прийняття рішень при класифікації кількості світлових сигналів, що короткочасно пред'являлись мінімально можливого часу експозиції світлових сигналів, що необхідно для безпомилкового визначення їх кількості обсягу короткочасної пам'яті на слова, числа і геометричні образи показників швидкості та безпомилковості діяльності при оцінці пам'яті на слова, числа і геометричні образи систолічного і діастолічного артеріального тиску (АТ) електрошкіряного опору (ЕШО) періодів серцевих скорочень (ПСС) і їх частоти (ЧСС). Крім того, вивчались амбулаторні карти обстежених, а також проводилось їх опитування на наявність скарг на поточний стан здоров'я.

Таким чином, на першому етапі досліджень була отримана велика кількість антропометричних, фізіологічних та психофізіологічних показників стану обстежуваних, що якісно відрізняються, у зв'язку з чим виникла проблема пошуку адекватного засобу їх аналізу. Оптимальне рішення подібних задач дає застосування методу карт Кохонена, що організуються самостійно ("Нейронные сети" STATISTICA, 1998). Це мережі, що складаються із вхідного та вихідного шарів нейронів, утворених радіальними елементами. У основі алгоритму Кохонена закладена техніка навчання без вчителя. Цей метод і застосували для аналізу отриманих показників. Після навчання подача вхідного вектору, компонентами якого являлись усі названі показники, призводила до виникнення у кожному вихідному нейроні рівня, що відповідає збудженому стану. Класифікація виконувалась нейроном, що мав максимальний рівень збудження. Оптимальною була визнана модель із чотирьох нейронів у вихідному шарі, тобто, увесь контингент обстежених було поділено на 4-и групи.

Для оцінки достовірності проведеної класифікації, однорідності вибірки та визначення найбільш інформативних показників за допомогою генератора випадкових чисел була підготовлена вибірка із 40 осіб. У якості компонент вхідного вектору було використано усі показники, що визначались на першому етапі досліджень, у тому числі і стан здоров'я. Подальший аналіз проведеної класифікації дозволив поділити вхідні параметри за ступенем їх впливу на розподіл обстежених на класи. Для ілюстрації проведеної класифікації на рисунку 1 показано кластери, виділені за допомогою нейромережевої моделі. Найбільш значимими було визнано такі параметри: показники часу (T) і надійності (N) дій, необхідних для введення за допомогою клавіатури цифр після короткочасного пред'явлення їх на екрані монітору, стан здоров'я, час (Z) і надійність (N) відповідних дій ЗМР.

Перший етап досліджень дозволив за допомогою стандартних фізіологічних, психофізіологічних та математичних методик оцінити стан здоров'я піддослідних, тобто класифікувати їх та визначити найбільш інформативні показники, а за результатами дисперсійного аналізу було встановлено достовірний вплив на показники стану здоров'я.

Таким чином, з 390 студентів Донецького державного медичного університету до 1-ї групи (36 жінок та 36 чоловіків) з умовно високим станом здоров'я були віднесені обстежувані без скарг на стан здоров'я, що мали високі психофізіологічні показники. До 2-ї групи з умовно добрим станом здоров'я (72 чоловіка та 105 жінок) були віднесені здорові особи без скарг на стан здоров'я з добрими психофізіологічними показниками. Здорові обстежувані (за даними амбулаторних карт), але зі скаргами на стан здоров'я, що мали середні психофізіологічні показники, були віднесені до 3-ї групи з умовно середнім станом здоров'я (9 чоловіків та 12 жінок). Особи, що мали за даними амбулаторних карт хронічні захворювання, а також скарги на стан здоров'я і низький рівень психофізіологічних показників були віднесені до 4-ї групи з умовно низьким станом здоров'я (50 чоловіків та 70 жінок).

Проведений аналіз літературних джерел дозволив дійти висновку, що найбільш адекватним методом дослідження резервних можливостей організму людини є визначення ефективності переробки інформації в умовах активної діяльності, яка у значній мірі залежить від її показників обсягу уваги і часу прийняття рішень. Тому для забезпечення можливості проведення необхідних досліджень було розроблено комп'ютерний програмно-апаратний комплекс. Обсяг уваги обстежуваних визначали за максимальною кількістю висвітлених сигналів, які вони були здатні безпомилково упізнати. Сигнали висвітлювали на табло монітора, розбитому на 9 квадратів. Перед обстежуваними ставили задачу за допомогою клавіатури ввести інформацію про визначену ними кількість сигналів.

Другий етап роботи складався із двох серій досліджень резервних можливостей людини за показниками ефективності переробки інформації при обмеженні часу на відповідні дії: без і з наявністю зворотного зв'язку (БЗЗ) про надійність і швидкість переробки інформації обстежуваним (рисунок 2). У якості інформаційних навантажень застосовували кількісні виміри обсягу уваги (ОУ). При цьому у першій серії експериментів піддослідні не одержували ніякої інформації про успішність їх діяльності. У другій - на екрані монітору висвітлювались два стовпчики червоного кольору (психологічний зворотний зв'язок - ПЗЗ). У першому з них, при кожній помилковій чи несвоєчасній (передчасній чи запізнілій) відповідній дії додавався червоний сегмент, а в другому - висвітлювався червоний стовпчик, що синхронно зростав з поточним значенням часу, від моменту пред'явлення сигналу і до початку відповідної дії. За критичне значення в другому стовпчику, для кожного обстежуваного, з урахуванням його індивідуальних показників автоматично задавався інтервал, на 30% більший за середній час їх відповідних дій.

В основу експериментальної моделі покладене уявлення про те, що функціональний резерв організму людини у значній мірі визначають три структурно-функціональних утвори головного мозку: блоки регуляції тонусу і пильнування одержання, переробки і збереження інформації та програмування, регуляції і контролю психічної діяльності.

Отже, адекватним методом дослідження резервних можливостей людини є оцінка ефективності переробки інформації в умовах активної діяльності. А психологічний зворотний зв'язок був введений для того, щоб шляхом надання обстежуваним інформації про ефективність кожного окремого компоненту дій оцінити можливості до спрямованого їх поліпшення.

Для оцінки ефективності переробки інформації визначали інтегральний показник (Лях Ю.Є., Прокопець В.І., Остапенко В.І.,2001). За оптимальний приймали такий рівень переробки інформації, при якому обстежуваний одночасно досягає максимально швидких, безпомилкових відповідних дій при мінімально можливому рівні психічної та фізіологічної напруг (табл.1). Отже, інтегральний показник дорівнює середньому геометричному із надійності відповідних дій і рівня психічної та фізіологічної напруг.

Реєстрацію як надійності кожного акту діяльності, так і рівня психічного і фізіологічного напруження при цьому здійснювали у процесі тестової діяльності за допомогою автоматизованої системи контролю ФС людини (Прокопець В.І та співавтори, 1995199719992000). Результати досліджень обробляли за допомогою методів і засобів аналізу даних у ліцензійних пакетах Stadia 6.1 (Кулаичев А.П., 1998) та Statistica Neural Networks (Statistica, StatSoft Russia, 1998). Для статистичної обробки застосовували в залежності від задач базові розділи математичної статистики: описову статистику, критерії парних та множинних розходжень, аналіз факторних ефектів, регресійний аналіз, багатовимірні методи. При проведенні аналізу обов'язковою умовою була перевірка отриманих результатів на нормальність. Це проводилося шляхом візуального контролю, перевірок нульової гіпотези на відповідність розподілів за коефіцієнтами асиметрії й ексцесу, за критеріями Колмогорова, омега-квадрат і хі-квадрат. У залежності від отриманих результатів приймалося рішення про застосування інших показників для проведення наступного аналізу даних.

Результати дослідження та їх обговорення

В основу оцінки резервних можливостей організму усіх категорій обстежених було покладено визначення ефективності переробки інформації у процесі досліджень обсягу їх уваги (ОУ) в умовах активної діяльності за показниками часу відповідних реакцій, надійності, а також рівням психічної і фізіологічної напруг.

За допомогою дисперсійного аналізу було встановлено, що без зворотного зв'язку показники часу відповідних реакцій обстежених з "високим" рівнем здоров'я були у середньому кращі, ніж у групах з "добрим", "середнім" і "низьким" рівнями відповідно в (1,27 0,04), (1,67 0,08) і (2,05 0,12) разів (р0,05). Уведення зворотного зв'язку супроводжувалося істотно більш вираженим поліпшенням даного показника у осіб з "високим" рівнем здоров'я. У цьому випадку вони стали в середньому більш швидкими відповідно в (1,34 0,05), (1,92 0,14) і (2,40 0,21) разів (р0,05). Такий вибір моделі інформаційних навантажень зумовлений тим, що саме ОУ людини у значній мірі обумовлює її можливості переробки усіх видів зорової інформації, у тому числі, обсяг оперативної пам'яті, час прийняття рішень. Крім того, з ростом психічної і функціональної напруг, а також з погіршенням функціонального стану (ФС) людини ОУ зменшується, що суттєво обмежує і здатність переробки інформації (Магазанник В.Д, 1997). Тому визначення ОУ в умовах активної діяльності можна використовувати в якості показника резервних можливостей організму людини. Проведений аналіз виявив у обстежених експоненціальну залежність часу їх відповідних реакцій (t) при визначенні ОУ від кількості сигналів (n), що одночасно надходять

t = Аe^kn.

Отримана математична залежність часу відповідних дій від кількості сигналів, що одночасно надходять, може мати таке біологічне пояснення. Згідно літературних даних зникнення сліду сенсорної пам'яті відбувається за експоненціальною залежністю, а сам слід зберігається на протязі 500 мс (Зинченко Т.П., 2002). Внаслідок того, що навіть при одному сигналі обстежені з "високим", "добрим", "середнім" та "низьким" станами здоров'я не змогли відповісти в означений відрізок часу, то витрати часу на виконання ними відповідних дій також зростали за експоненціальною залежністю. Таким чином, отримані результати свідчать про істотний вплив на даний показник рівня здоров'я. Результати одно факторного дисперсійного аналізу дозволили виявити наявність у всіх категорій обстежених можливостей до його свідомого поліпшення.

Для фізіологічного обґрунтування розподілу обстежених на 4 групи провели порівняльний аналіз надійності діяльності (Р) при вивченні часу прийняття рішення про кількість (n) стимулів, що одночасно надходять. Він виявив погіршення цього показника по всіх категоріях обстежених відносно групи з високим рівнем здоров'я за експоненціальним законом:

P = Аe^-kn

По іншим обстеженим представлено дані відносно результатів групи з "високим" рівнем здоров'я. При цьому було встановлено, що надійність діяльності обстежених з "високим" рівнем здоров'я без зворотного зв'язку була в середньому вищою в порівнянні з даним показником груп з "добрим", "середнім" і "низьким" рівнями здоров'я відповідно в 1,28 0,02, 2,26 0,08 і 3,20 0,26 разів (р0,05). Уведення зворотного зв'язку сприяло зміні результатів у осіб з "високим" рівнем здоров'я відносно інших категорій обстежених. Їх показники були кращими за такі ж показники, отримані при обстеженні осіб із "середнім" і "низьким" рівнями здоров'я відповідно у 2,80 0,11 і 4,69 0,29 разів (р0,05) і практично не поліпшились відносно осіб з "добрим" рівнем - 1,27 0,02 (р0,05). З огляду на ці результати можна зробити висновок про те, що за даним показником обстежені з "високим" рівнем здоров'я мають суттєву перевагу над іншими обстеженими. До того ж, зростання інформаційних навантажень робить таку перевагу більш вагомою.

Слід відмітити, що без зворотного зв'язку показник надійності діяльності знизився до гранично припустимого рівня у групах з "високим", "добрим", "середнім" і "низьким" рівнями здоров'я відповідно при (8 1), (6 1), (4 1) і (3 1) сигналах (р0,05). З огляду на те, що уведення зворотного зв'язку привело відповідно до таких результатів: (8 1), (6 1), (3 1) і (2 1) (р0,05), можна зробити висновок, що дані значення ОУ і є граничними для вказаних груп. Таким чином, отримані результати свідчать про наявність достовірної залежності показника надійності діяльності при упізнанні кількості одночасно пропонованих світлових сигналів від стану здоров'я обстежених.

Дослідження показали, що результативність діяльності супроводжувалася певними змінами рівня психічної та фізіологічної напруг обстежених.

Отримані дані свідчать, що введення зворотного зв'язку супроводжувалось істотним зниженням фізіологічної та психічної напруг у групах з "високим" та "добрим" рівнями здоров'я у порівнянні з їх показниками без нього (р0,05). У той же час у групах із "середнім" та "низьким" рівнями здоров'я введення зворотного зв'язку не сприяло достовірному зниженню фізіологічної напруги (р0,05). Крім того, отримані результати дають можливість зробити висновок про суттєвий вплив інформаційних навантажень на фізіологічне напруження практично в усіх обстежених. Також уведення зворотного зв'язку супроводжувалось істотним зниженням рівня фізіологічної напруги у групах з "високим" та "добрим" рівнями здоров'я (р0,05). У той же час у групі з "середнім" рівнем здоров'я уведення зворотного зв'язку сприяло достовірному зниженню фізіологічної напруги тільки у діапазоні від 1-го до 4-х сигналів і викликало його значне зростання при збільшенні кількості сигналів від 5-ти до 9-ти (р0,05). Подібний вплив інформаційних навантажень з наявністю зворотного зв'язку було виявлено і у групі з "низьким" рівнем здоров'я. Отже, було встановлено наявність істотного впливу стану здоров'я на рівень функціональної напруги обстежених.

Навіть у групах з "високим" та "добрим" рівнями здоров'я в умовах активної діяльності без зворотного зв'язку були зафіксовані близькі до гранично можливих величин показники фізіологічної напруги при 4-х, 8-ми та 9-ти сигналах. Ще більш високі величини показників фізіологічної напруги в умовах активної діяльності без зворотного зв'язку мали місце у групах з "середнім" та "низьким" рівнями здоров'я. Зокрема, у групі з "середнім" рівнем здоров'я без зворотного зв'язку близькі до гранично можливих величин показники фізіологічної напруги були встановлені у діапазоні від 2-х до 9-ти сигналів. У свою чергу у групі з "низьким" рівнем здоров'я без зворотного зв'язку близькі до гранично можливих величин та більші за них показники фізіологічної напруги були встановлені у діапазоні від 1-го до 9-ти сигналів. Дисперсійний аналіз показав більш високий рівень фізіологічної напруги при роботі без зворотного зв'язку у групах з "середнім" і "низьким" рівнями здоров'я відносно обстежених з "високим" станом здоров'я (р0,05). Ці результати також дозволяють зробити висновок, що без зворотного зв'язку має місце однаковий вплив інформаційних навантажень на фізіологічну напругу осіб з "високим" та "добрим" станами здоров'я.

Подібна реакція, тільки з іншими кількісними характеристиками, була виявлена в умовах активної діяльності за показниками психічної напруги практично у всіх обстежених. Отримані результати дозволяють зробити висновок про те, що дослідження ОУ із відсутністю та наявністю зворотного зв'язку є адекватним способом визначення функціонального стану організму людини.

Порівняльний аналіз ефективності переробки інформації () при прийнятті рішень про кількість (n) стимулів, що одночасно надходять, виявив погіршення цього показника за експоненціальним законом по усім категоріям здоров'я рівнем при збільшенні кількості пропонованих сигналів від 1-го до 7-ми за експоненціальним законом:

= Аe^-kn.

Аналіз отриманих результатів виявив, що при відсутності зворотного зв'язку показники ефективності переробки інформації групи з "високим" рівнем здоров'я були вищими, ніж у осіб з "добрим", "середнім" і "низьким" рівнями відповідно у 1,12 0,03, 1,34 0,08 і 1,61 0,10 разів (р0,05).

Уведення зворотного зв'язку сприяло ще більш переконливій перевазі ефективності переробки інформації групи з "високим" рівнем здоров'я стосовно наведених категорій обстежених відповідно у 1,13 0,04, 1,60 0,15 і 2,11 0,21 разів (р0,05). Проте, підвищення швидкості і надійності діяльності навіть у даної категорії обстежених супроводжується значним психічним та фізіологічним напруженням. Тому одночасне урахування швидкості, надійності переробки інформації і рівня психічного та фізіологічного напруження у показнику ефективності діяльності дозволяє визначати, якою "ціною" був досягнутий результат.

Справа у тому, що дія будь-яких чинників зовнішнього і внутрішнього середовищ організму людини, фізичної і інтелектуальної праці має певні загальні механізми, що полягають у обов'язковій зміні функціонального стану головного мозку. Погіршення функціонального стану людини супроводжується зниженням швидкості і безпомилковості переробки інформації. Це викликане тим, що здійснення вищих психічних функцій, до яких відносяться увага, пам'ять, прийняття рішень вимагає оптимального рівня збудження структур головного мозку. Погіршення функціонального стану людини супроводжується зниженням швидкості і безпомилковості переробки інформації. Це викликане тим, що здійснення вищих психічних функцій, до яких відносяться увага, пам'ять, прийняття рішень вимагає оптимального рівня збудження структур головного мозку. Проте механізм, що керує рівнем збудження коркових зон, є головною умовою виникнення психічних образів, але не їх безпосереднього мозкового забезпечення. Особливість переробки інформації полягає у тому, що сприймання, переробка інформації та прийняття рішень супроводжуються змінами у функціональному стані людини, які, у першу чергу, знаходять відображення не у змінах вегетативних процесів, а у динаміці змін характеристик ЦНС. Тому урахування змін активаційно-енергетичних складових вимагає психофізіологічного аналізу діяльності, бо саме він є інтегративною характеристикою, яка одночасно містить у собі специфічні і неспецифічні механізми активації і дозволяє адекватно визначити функціональне навантаження на людину з урахуванням її індивідуальних особливостей.

Виникає питання, яким механізмом можна пояснити збільшення часу, необхідного для переробки інформації при погіршенні функціонального стану людини? Основною умовою трудового процесу є створення і підтримка стійкої домінанти. Психічна діяльність реалізується всім мозком в цілому. При цьому різні відділи ЦНС функціонують досить диференційовано, але включаються в єдине ціле для забезпечення форм психічної діяльності. Що складніша робота мозку, то більше його структур функціонує синхронно. Значну роль відіграють лобні відділи мозку, які об'єднують неспецифічні форми активації з аферентною інформацією, що надходить. Для кожного виду діяльності потрібний певний оптимум емоційного напруження, при якому реакція організму стає ефективною і досконалою. Річ у тому, що, як доведено великою кількістю досліджень, збудження вище певного рівня супроводжується погіршенням функціонального стану людини, що, у першу чергу, знаходить прояв у зменшенні обсягу уваги. Це призводить до того, що замість одночасного, симультанного, процес переробки інформації стає послідовним, що вимагає більше затрат часу. У свою чергу, такий вид переробки інформації супроводжується зростанням навантажень на організм людини, що ще більше погіршує її можливості у переробці інформації. Саме такі зміни у наших дослідженнях мали місце у піддослідних з "добрим", "середнім" та "низьким" станами здоров'я при зростанні інформаційних навантажень в умовах активної діяльності. Таким чином, уведення критерія ефективності переробки інформації дає можливість визначити ступінь наближення функціонування організму людини до оптимального стану. За оптимальний приймається такий стан, коли результат досягається з мінімальним зусиллям. Саме це є ознакою найвищого рівня саморегуляції системи, при якому ефективність переробки інформації задовольняє усім ознакам критерія оптимізації.

Висновки

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове розв'язання наукового завдання, що виявляється в розробці моделі для визначення резервних можливостей організму людини, яка відрізняється від інших тим, що оцінку отримують шляхом порівняння загальних показників ефективності переробки інформації в умовах активної діяльності без і з наявністю біологічного та психологічного зворотного зв'язку.

Встановлено, що розроблені програмно-апаратний комплекс, спосіб і методика дозволяють оцінювати ефективність переробки інформації в умовах активної діяльності у процесі досліджень обсягу уваги за показниками часу відповідних реакцій при визначенні кількості стимулів, що одночасно надходять, надійності, рівню психічної та фізіологічної напруг при кожному акті діяльності.

Виявлено, що показники часу відповідних реакцій у процесі досліджень обсягу уваги в умовах активної діяльності без зворотного зв'язку були у середньому кращими у обстежених з "високим" рівнем здоров'я відносно відповідних значень у групах з "добрим", "середнім" і "низьким" рівнями у 1,27 0,04, 1,67 0,08 і 2,05 0,12 разів. Введення зворотного зв'язку виявило, що у обстежених з "високим" рівнем здоров'я ці показники були кращі відносно відповідних значень вказаних груп у 1,34 0,05, 1,92 0,14 і 2,40 0,21 разів, що свідчить про їх більш суттєві можливості до свідомого поліпшення цього показника (р0,05).

Встановлено, що показники надійності діяльності під час досліджень обсягу уваги в умовах активної діяльності без зворотного зв'язку у обстежених з "високим" рівнем здоров'я були у середньому кращі порівняно з даними показниками груп з "добрим", "середнім" і "низьким" рівнями здоров'я відповідно у 1,28 0,02, 2,26 0,08 і 3,20 0,26 разів. Уведення зворотного зв'язку виявило, що у обстежених з "високим" станом здоров'я ці показники стали значно кращими відносно відповідних значень груп з "середнім" і "низьким" його рівнями у 2,80 0,11 і 4,69 0,29 разів (р0,05), а відносно групи з "добрим" його значенням були кращими у 1,27 0,02 разів, тобто практично не змінились (р0,05).

Виявлено, що в групах з "високим" і "добрим" станами здоров'я значення обсягу уваги без обмежень часу на прийняття рішень дорівнювали (8 1) і (7 1) і практично залишились на тому ж рівні в умовах активної діяльності без зворотного зв'язку і з його уведенням (8 1) та (6 1) (р0,05). У той же час в групах з "середнім" та "низьким" станами здоров'я значення обсягу уваги без обмежень часу на відповідні дії відповідно дорівнювали (6 1) і (5 1), а в умовах активної діяльності мало місце погіршення цього показника відповідно до (4 1) і (3 1) - без зворотного зв'язку та при його уведенні - до значень (3 1) та (2 1) (р0,05).

Визначено, що у групах з "високим" і "добрим" станами здоров'я в умовах активної діяльності середні значення рівня фізіологічної напруги з 0,22 0,06 і 0,23 0,05 без зворотного зв'язку, при його введенні достовірно знизились відповідно до 0,19 0,08 і 0,18 0,06 (р0,05). У свою чергу, у обстежених із "середнім" і "низьким" рівнями здоров'я без зворотного зв'язку були відповідно такі середні значення рівня фізіологічної напруги: 0,25 0,04 і 0,3 0,03, а при його наявності - 0,25 0,06 і 0,3 0,04, тобто їх величина практично не змінилася (р0,05).

Встановлено, що у групах з "високим", "добрим", "середнім" та "низьким" станами здоров'я в умовах активної діяльності середні значення психічної напруги з 0,34 0,07, 0,26 0,05, 0,15 0,05 і 0,12 0,01 без зворотного зв'язку, при його уведенні суттєво знизились відповідно до рівня 0,21 0,07, 0,17 0,06, 0,11 0,04 та 0,09 0,01 (р0,05).

Виявлено, що при відсутності зворотного зв'язку ефективність переробки інформації у групі з "високим" рівнем здоров'я була у середньому кращою, ніж у осіб з "добрим", "середнім" та "низьким" його рівнями відповідно у 1,12 0,03, 1,34 0,08 і 1,61 0,10 разів (р0,05). Уведення зворотного зв'язку виявило, що у обстежених з "високим" рівнем здоров'я ці показники були кращими відносно відповідних значень вказаних груп у 1,13 0,04, 1,60 0,15 і 2,11 0,21 разів, що свідчить про їх більш суттєві можливості до свідомого поліпшення цього показника (р0,05).

Практичним результатом даної роботи являються патенти України, отримані на розроблені спосіб та технічні рішення для визначення певних складових ефективності переробки інформації в умовах активної діяльності №31591, №31592, №32991, №31589, №33784, №35156, №35093 та №35996.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Лях Ю.Е., Прокопец В.И., Остапенко В.И. Исследование механизмов переработки информации человеком // Сучасні проблеми біофізики. - Донецьк: "Лебідь", 2001. - С.155-175.

2. Лях Ю.Е., Гурьянов В.Г., Черняк А.Н., Прокопец В.И. Нейросетевое моделирование // Применение математических методов в исследованиях по физиологии человека / Под ред. В.Н. Казакова. - Донецк: из-во Дон.гос.мед.ун-та им. М.Горького, 2000. - С.52-71.

3. Горецкий О.С., Максимович В.А., Мухин В.В., Остапенко В.И., Прокопец В.И. Изменение психофизиологического состояния у работников операторского труда в результате профессиональной нагрузки // Медицина труда и промышленная экология.- 1995. - №4. - С.12 - 14.

4. Токарєва Л.О., Горецький О.С., Прокопець В.І. Корекція психофізіологічних розладнань у студентів, що займаються спортом. Корекція функцій памяті та її ефективність // Вісник аспірантів і студентів Донецького університету. Серія А. Природничі науки. -1998.- №1. - С.152 - 156.

5. Прокопец В.И., Остапенко В.И. Экспресс-метод оценки функционального состояния организма человека // Вестн. гиг. эпид. - 2001. - Т.5, №1. - С.44-46

6. Жданов Ю.Н., Миронов Ю.А., Прокопец В.И. Проблемы оптимизации тренировочного процесса // 1-я Всеукраинская научно-методическая конференция: "Здоровя та освіта: проблеми та перспективи".- Донецьк: ДонДУ Міністерство освіти України.- 2000. - С.154-159.

7. Пат.31591 України, А МКВ6 А61В 5/16. Пристрій для контролю та корекції функціонального стану людини : Ю.Є. Лях, В.І. Прокопець, Є.І. Чуприна (Україна) - №98095143 Заявл. 30.09.98 Опубл. 15.12.2000, Бюл. №7-II. - 4с.

8. Пат. 31592 України, А МКВ 7 А61В 5/16. Спосіб корекції функціонального стану людини : Ю.Є.Лях, В.І. Прокопець, А.М.Черняк (Україна) - №98095144 Заявл. 30.09.98 Опубл. 15.12.2000, Бюл. №7-II. - 3с.

9. Жданов Ю.Н., Прокопец В.И. Проблемы здоровья и спорта // Матер. четвертого міжнародного наукового конгресу "Олімпійській спорт і спорт для всіх: проблеми здоров'я, рекреації, спортивної медицини та реабілітації" - Київ: "Олімпійська літ" - 2000. - С.193.

Анотація

Прокопець В.І. Ефективність переробки інформації в умовах активної діяльності як індикатор резервних можливостей організму людини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 - фізіологія людини і тварин.- Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2003.

Дисертація присвячена обгрунтуванню моделі для оцінки резервних можливостей організму людини за загальними показниками ефективності переробки інформації в умовах активної діяльності. В основу моделі було покладено визначення обсягу уваги (ОУ) осіб із різним станом здоровя шляхом оцінки часу їх відповідних реакцій, надійності, рівня психічної, фізіологічної напруги та ефективності кожного акту діяльності при визначенні кількості сигналів, що одночасно надходили. Обґрунтовано, що погіршення функціонального стану та рівня здоровя знижує здатність людини керувати своїм психофізіологічним станом в умовах жорсткого обмеження часу на переробку інформаційних навантажень, що зростають.

Ключові слова: психофізіологічна регуляція, ефективність переробки інформації, функціональний стан, рівень здоровя.

Аннотация

Прокопец В.И. Эффективность переработки информации в процессе активной деятельности как индикатор резервных возможностей организма человека. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных. Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2003.

Диссертация посвящена обоснованию модели для оценки резервных возможностей организма человека по показателям эффективности переработки информации в условиях активной деятельности. Теоретически обоснована и экспериментально доказана целесообразность использования в качестве модели для определения резервных возможностей лиц с различным состоянием здоровья исследование их объема внимания (ОВ) в условиях ограничения времени на принятие решений путем сравнения времени их ответных реакций, надежности, уровня психического, физиологического напряжения и эффективности каждого акта деятельности при определении количества световых сигналов, которые одномоментно предъявлялись без и с наличием биологической и психологической обратной связи. Объектом исследований было функциональное состояние организма человека в процессе переработки информации при ограниченном времени на ответные действия и высокой неопределенности среды. На основании обработки данных антропометрических, физиологических и психофизиологических измерений, полученных стандартными методами в условиях без ограничения времени на ответные действия методом нейронносетевого анализа с помощью самоорганизующихся карт Кохонена испытуемые были разделены на четыре группы с условно высоким, хорошим, средним и низким уровнями здоровья. В качестве 1-ой группы с условно высоким здоровьем были выделены лица, не имевшие по результатам анализа их амбулаторных карт, данных антропометрических, физиологических измерений, внешнего осмотра и опроса никаких заболеваний и жалоб на состояние здоровья и с наличием высоких психофизиологических показателей. В качестве 2-ой группы с условно хорошим здоровьем были выделены лица, не имевшие по результатам анализа их амбулаторных карт, данных антропометрических, физиологических измерений, внешнего осмотра и опроса никаких заболеваний и жалоб на состояние здоровья и с наличием хороших психофизиологических показателей. В качестве 3-ей группы с условно средним здоровьем были выделены лица, не имевшие по результатам анализа их амбулаторных карт, данных антропометрических, физиологических измерений, внешнего осмотра никаких заболеваний, однако имевших жалобы на состояние здоровья и с наличием средних психофизиологических показателей. В качестве 4-ой группы с условно низким здоровьем были выделены лица, имевшие по результатам анализа их амбулаторных карт хронические заболевания, а также жалобы на состояние здоровья и с наличием низких психофизиологических показателей.

Обосновано, что ухудшение функционального состояния и уровня здоровья снижает способность человека управлять своим психофизиологическим состоянием в условиях жесткого ограничения времени на переработку возрастающих информационных нагрузок.

Ключевые слова: психофизиологическая регуляция, эффективность переработки информации, функциональное состояние, уровень здоровья.

Annotation

Prokopets V.I. Efficacy of processing of the information during fissile activity as the indicator of the backup possibilities of an organism of the human. - Manuscript.

Thesis for Cand. of Sci. (Biology) degree on speciality 03.00.13 - Human and Animal Physiology. - Taras Shevchenko Kyiv National University, Kyiv, 2003.

The dissertation is devoted to a justification of model for an assessment of the backup possibilities of an organism of the human on parameters of efficacy of processing of the information in conditions of fissile activity. In a basis of model scoping attention (VA) of humans with a different state of health is necessary by an assessment of time of their answer responses, reliability, level of a mental, physiological strain and efficacy of each act of activity at quantifying signals, which were uniinstantly showed. By psychophysiological and mathematical methods is shown, that ability of the man to control the psychophysiological state during processing increasing information loads and restricted their boundary possibilities of intervals of time on processing is reduced with deterioration of their functional state and level of health.

Key words: a psychophysiological regulation, efficacy of processing information, functional state, level of health.

Размещено на Allbest.ru