Метод оценки и коррекции уровня саморегуляции параметров двигательных действий человека-оператора Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

МИС-98

I. Модели и методы оценки и коррекции психофизиологического состояния

человека-оператора УДК 615.471:616-073.7

МЕТОД ОЦЕНКИ И КОРРЕКЦИИ УРОВНЯ САМОРЕГУЛЯЦИИ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

Е.Ф.Аксюта, Э.В.Сергеев, В.Е.Аксюта, Г.Д.Джишкариани

Шуйский государственный педагогический университет 155600, г.Шуя, Ивановская обл., Кооперативная, 24. тел.2-10-02, факс 2-10-02

Любая функциональная система, в том числе и функциональная биотехническая система (ФБТС), стремится к оптимальному режиму функционирования, т.е. к такому, при котором результат (цель) достигается с наименьшими усилиями, что обеспечивается за счет высокого уровня саморегуляции (самоорганизации) системы.

Концепция о ФБТС базируется на продуктивном сопряжении (взаимопроникновении) теории функциональных систем с теорией и практикой биотехнических систем. ФБТС содержит технические звенья, взаимодействующие с биологическим звеном (человеком-оператором), усиливающие и корректирующие (тренирующие) акцептор результата действия (АРД) как главного нейромозгового блока сличения и коррекция параметров двигательных действий человека-оператора. Коррекция осуществляется по каналу искусственной (санкционирующей биотехнической) обратной связи по параметрам собственных целенаправленных двигательных действий [1].

В процессе саморегуляции решаются две основные задачи: минимизации 5 -отклонения текущих Y - значений трех основных параметров (временного, пространственного и силового) двигательного действия человека-оператора от заданного X - значения и реализация программируемого закона функционирования санкционирующего Z - воздействия по каналу биологической обратной связи [2] т.е.

5= min {/y - X/}, Z = f(5 (1)

Выполнение условий коррекции параметров двигательных действий (1) заключаются в формировании биотехническими средствами соответствующей двигательной функциональной системы (ДФС), базирующейся на восприятии АРД Е5 - ощущения 5 - отклонения Y - параметров двигательного действия от заданных Х -значений. До тренировки ДФС Е5 - отсутствуют, т.к. 5 - стимулы носят подпороговый характер.

Таким образом, сущность изложенной концепции заключается в обеспечении сенсорной коррекции (саморегуляции, самоорганизации) основных параметров двигательного действия человека-оператора с единых методолого-теоретических позиций и выборе адекватных для саморегуляции, каждого параметра санкционирующих Z-воздействий, реализуемых по определенным сенсорным каналам биологического звена ФБТС. Однако, установка на одновременное развитие (коррекцию) всех трех основных параметров двигательного действия в соответствии с условиями (1) не выполнима из-за огромной сложности исполняющего состава ДФС и многоконтуртности типовой архитектоники ФБТС. В связи с этим представляется целесообразным упростить стратегию поведения человека-оператора в составе, конкретных ФБТС, если ограничится в рамках принятой концепции саморегуляцией одного основного параметра (например, коррекцией мышечного усилия сжатия органа управления), а остальные параметры (например, перемещение органа управления) моделируются человеком-оператором для обеспечения адекватных естественных условий реализации Z-воздействия по каналу

Известия ТРТУ

искусственной (биотехнической) санкционирующей обратной связи т.е. данный параметр выполняет своеобразную функцию цели.

Для оценки уровня (меры) саморегуляции ДФС средствами ФБТС, а так же результатов коррекции АРД по параметрам двигательного действия, используется принцип наименьшего действия (ПНД), согласно которому движению по оптимальной траектории соответствует минимум действия (So)

Smin = So = Lo dr= (Ek- U)0dr (2)

т.е. минимум энергоусилий (лангранжиана) за данный промежуток времени (0 - т) двигательного действия, где Ек - кинетическая, U - потенциальная энергия системы. Движение по всем прочим вариабельным траекториям движения сопряжено с большей тратой действия (S) т.е. S> S0.

Использование модифицированного ПНД применительно к оценке меры саморегуляции параметров двигательных действий средствами ФБТС основано на введении интегральных параметров порядка (л = I S0/S |), беспорядка ( 5 = 11 - л1) и открытости ( р = 11/ л - 11) ДФС [3].

Так как функциональное поведение квазигармонических (слабодиссипативных) колебаний достаточно сложно, то предварительно необходимо провести их линейное сглаживание как наиболее оптимальное с позиции МПНД, а затем эту, сглаженную зависимость сопоставляем с синусоидальной (бездиссипативной) колебательной кривой, как эталонной на соответствующих участках.

В прикладном плане данный подход реализуется с помощью предложенного метода площадей [4], сущность которого сводится к переходу от отношения действий (S0 - эталонное, S- вариабельное) к обратному отношению площадей, т.е.

Лг = ¡Sf/S Ii ~ AS,/ AS0i (3)

сформированных под соответствующими участками колебательных кривых (фрагментов) двигательных действий человека-оператора. Предложен соответствующий алгоритм по оценке меры саморегуляции, исходя из средних значений параметра порядка (л).

Суть метода площадей сводится к тому, что исследуемая колебательная кривая разбивается на отдельные фрагменты (квазиполупериоды) и вычисляются площади в пределах их первых половин под линейной (ASi) и синусоидальной (AS0i) зависимостями. На основании (3) вычисляются параметры порядка (лО этих фрагментов и его среднее значение (л) для всей колебательной кривой

Л = / n (4)

где n - число фрагментов колебательной кривой.

Для оценки эффективности предложенного подхода, изложенного выше, была поставлена серия экспериментов применительно к двум ФБТС колебательного типа: для тестирования и коррекции усилия сжатия рукоятки ручки управления; для тестирования и коррекции функции равновесия вертикальной позы на неустойчивой опоре. В обоих случаях подтверждена эффективность предложенного теоретикоэкспериментального подхода.

МИС-98

I. Модели и методы оценки и коррекции психофизиологического состояния

человека-оператора

ЛИТЕРАТУРА

1. Боксер О.Я., Аксюта Е.Ф., Сергеев Э.В. Функциональные биотехнические системы обучения, тренировки и реабилитации: теоретические и прикладные вопросы (монография).- Шуя: ШГПИ, 1994, С. 120.

2. Аксюта Е.Ф. Исследование и разработка функциональных биотехнических систем для тестирования и коррекции двигательных действий человека (монография).-Шуя: ШГПИ, 1995, С.60.

3. Сергеев Э.В. Самоорганизация вариабельных механических и биотехнических систем на основе принципа наименьшего действия (монография).- Шуя: ШГПИ, 1995, С.70.

4. Сергеев Э.В., Джишкариани Г.Д. Поле идей и методов по теоретическому исследованию синергетики вариабельных движений на основе модифицированного принципа наименьшего действия (монография).- Шуя: ШГПУ, 1998, С.90.

УДК 534+531.314: 62-52

СИНЕРГЕТИКА КВАЗИГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (модели и методы

оценки)

Э.В.Сергеев, Е.Ф.Аксюта, Г.Д.Джишкариани, В.Е.Аксюта

Шуйский государственный педагогический университет 155600, г.Шуя, Ивановской обл., Кооперативная, 24. тел. 2-10-02, факс. 2-10-02.

Рассмотрим произвольные квазигармоничные, а потому и слабодиссипативные колебания, возникновение которых возможно на любых масштабах (микро-, мезо-, макро-) и любых взаимосвязанных уровнях их рассмотрения (физическом, химическом, биологическом, социальном и т.д.).

Естественно считать, что эти колебания являются следствием тех внешних энерго-временных потоков, которые их порождают и поддерживают. Ясно, что при поддержании квазигармоничных колебаний имеет место частичное рассеяние (диссипация) энергии, а состояние, в котором находится исследуемая колебательная система, является заведомо неравновесным, ибо выключение этих потоков приводит к разрушению и исчезновению функциональных неравновесных диссипативных колебательных структур.

Как оценить с позиций синергетики, как междисциплинарной науки, которая появилась на стыке физики, химии, биологии и математики, ту меру самоорганизации, точнее ту меру порядка, который присущ неравновесной слабодиссипативной квазигармоничной колебательной структуре?

Для решения этой задачи естественно воспользоваться понятием действия (S), как интегральной энерго-временной комбинации.

Так как функциональное поведение квазигармонических колебаний достаточно сложно, то предварительно необходимо произвести их “сглаживание”, а затем с позиций модифицированного принципа наименьшего действия эту “сглаженную” зависимость необходимо сопоставить с синусоидальной (бездиссипативной) колебательной кривой, как эталонной, на соответствующих участках.

Анализ показывает, что поставленную задачу можно решить (см.[1, 2]), введя в рассмотрение ведущий интегральный (л) параметр порядка, определяемый отношением соответствующих действий (синусоидального -S0 к сглаженному -S), с