Нечеткая оценка степени психоэмоционального напряжения и ее роль в прогнозировании и диагностике заболеваний Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 615.47

НЕЧЕТКАЯ ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ПСИХОЭМОЦИОНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ЕЕ РОЛЬ В ПРОГНОЗИРОВАНИИ И ДИАГНОСТИКЕ ЗАБОЛЕВАНИЙ

© 2009 г. В.А. Буняев*, В.В. Буняев*, М.И. Лукашов**, В.И. Афанасьев**

*Южно-Российский государственный *South-Russian State

технический университет Technical University

(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)

**Курский государственный технический университет

**State Technical University, Kursk

Отличительной особенностью предлагаемой работы является то, что оценку психоэмоционального напряжения (ПЭН) предлагается производить с помощью правил нечеткого вывода по комплексу показателей, определяемых с использованием традиционных тестов типа Спилберга-Ханина, у которых имеются шкалы, отражающие степень длительного психоэмоционального напряжения; по величине отклонения сопротивлений биологически активных точек (БАД) от их номинальных значений для точек, имеющих «связь» с психоэмоциональной сферой; по показателям, характеризующим такие свойства внимания, как переключаемость, концентрированность и устойчивость.

Ключевые слова: психоэмоциональное напряжение; нечеткий вывод; нечеткая логика; коэффициент уверенности.

A distinctive feature of the present work is that estimation of phychoemotional pressure (PEP) is suggested to be performed by means of rules of indistinct conclusion based on a complex of the indicators which are defined by traditional tests as Spilberger-Hanis jnt that have the scales reflecting degree of continuous phychoemotional pressure; by size of deviation of biologically active points (BAP) resistance from their rating values for the hints having «connection» with phychoemotional sphere; by indicators characterizing such features of attention as switch able gamma, concentrated fertilizer and stability.

Keywords: phychoemotional pressure; indistinct conclusion; indistinct logic; confidence factor.

Работами отечественных и зарубежных ученых было убедительно показано, что для целого ряда заболеваний одним из существенных факторов риска является длительное психоэмоциональное напряжение (ПЭН). Существует значительное количество работ по определению уровня ПЭН с использованием психологических тестов и аппаратуры для контроля физиологических и психофизиологических параметров.

Отличительной особенностью настоящей работы является то, что оценку ПЭН предлагается производить с помощью правил нечеткого вывода по комплексу показателей, определяемых: с применением традиционных тестов типа Спилбергера - Ханина, у которых имеются шкалы, отражающие степень длительного психоэмоционального напряжения; по величине отклонения сопротивлений биологически активных точек (БАТ) от их номинальных значений (8RJ■)

для точек, имеющих «связь» с психоэмоциональной сферой ^8, УБ20, Р9); по показателям, характеризующим такие свойства внимания, как переключае-мость (ПВ), концентрированность (КВ) и устойчивость (УВ) [1, 2].

Составляющая ПЭН по психологическим тестам может быть определена с использованием шкал «ситуативной тревожности» и «личной тревожности» теста Спилбергера - Ханина [3]. Шкала ситуативной тревожности (ШСТ) позволяет надежно выделять

различные степени эмоционального напряжения, сопровождающего развитие состояний адекватной мобилизации и психологического стресса.

В оригинальной версии ШСТ формируется с помощью опросника, состоящего из 20 признаков, данных в виде прямых и обратных утверждений (табл. 1), а ее значение вычисляется по формуле

ШСТ = £ X x1 + 50,

(1)

где xi - баллы прямого ответа (ПО, табл. 1); х^ - баллы обратного ответа (ОО, табл. 1).

Значения ШСТ находятся в диапазоне от 20 до 80 баллов.

Интерпретация уровня ситуативной тревожности проводится в соответствии со следующими правилами: ШСТ < 30 - низкий уровень ситуативной тревожности (СТ); 30 < ШСТ < 44 - умеренный уровень СТ; ШСТ > 45 - высокий уровень СТ.

При интерпретации результатов следует учитывать, что выполнение различного рода работ требует предельных эмоциональных усилий, поэтому умеренный уровень СТ следует рассматривать как нормальное рабочее состояние, которое практически не приводит к увеличению риска заболеваний.

Для оценки уровня ПЭН по шкале СТ с использованием элементов нечеткой логики принятия решений, в соответствии с рекомендациями [2] введем

функцию принадлежностей к уровню ПЭН с носителем по шкале ШСТ - цПЭН(ШСТ) (рис. 1).

Цпэн( ШСТ ) 0,6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 ШСТ

Рис. 1. Уровень ПЭН по шкале ШСТ Аналитически эта составляющая ПЭН определя-

ется выражением:

ц пэн (ШСТ) =

0, если ШСТ < 35;

0,013ШСТ - 0,58;

если ШСТ > 35.

Шкала личной тревожности (ШЛТ) строится аналогично (табл. 2), но направлена на диагностику устойчивых проявлений тревожности в поведении по отношению к различным ситуациям. Диагностика уровня тревожности, стабильно переживаемой человеком, важна как фон, на котором разворачивается его трудовая деятельность. Повышенный уровень личной тревожности может быть следствием накопления эффектов перенапряжения и длительных стрессов. С другой стороны, высокий уровень ШЛТ может характеризовать способность человека воспринимать ситуации более «сложно», чем они есть на самом деле [3].

Уровень ПЭН по шкале ШЛТ будем определять выражением:

0, если ШЛТ < 40;

цпэн (ШЛТ) =

0,012ШЛТ - 0,5;

если ШЛТ > 40,

В работах [5 - 7] показано, что в качестве косвенного параметра, характеризующего энергетику БАТ с точки зрения информативности, простоты измерительной аппаратуры и временных затрат, следует использовать активную составляющую электрического сопротивления, измеряемого на переменном токе частотой 1 кГц и силой 2 мА.

Кроме того, с целью повышения стабильности результатов измерений рекомендуется вместо абсолютных значений сопротивлений по /-й точке - Rj принять величину относительного отклонения сопротивлений БАТ от их номинальных значений Я/Н0М (измеренных в состоянии спокойного бодрствования при отсутствии патологии ю ^) в соответствии с формулой

5Я, =-1-100 %.

1 Я - я

-"-/ном п1

В качестве измерителей электрического сопротивления БАТ в работе использовались приборы типа «ЭЛЛАДА-07», «Рефлекс 03-01», измерительная часть компьютерной системы «РОФЭС» и многоканальный анализатор БАТ (МАБАТ) разработки кафедры биомедицинской инженерии Курского ГТУ [5].

Уровень ПЭН по величине отклонения сопротивлений БАТ от их номинальных значений согласно рекомендациям [5] будем определять в соответствии с выражением:

ЕСЛИ [(5ЯЯ8И5Я^20) > 10%], ТО

{купэн(?+1) = КУпэн(?)+^ПЭн(бЯ/+1)[1-КУпэн(?)]} ,

ИНАЧЕ (КУбпэм=0), (2)

где КУпэн(1)=Цпэн(бЯя8); Цпэн^) = Мпэн(8Я^в20);

М-ПЭН (бяз) = М-ПЭН (бЯР9 ) .

В этом выражении:

ЦПЭН (8ЯЯ8 ) -

где ШЛТ = £хг х] + 35.

г 1

С учетом того что шкалы ШСТ и ШЛТ отражают различные стороны функциональных состояний человека, общий их вклад в уровень ПЭН, в соответствии с рекомендациями [4], будем определять выражением:

КУпэн = Мпэн (ШСТ) + Мпэн (ШЛТ) [1 - Мпэн (ШСТ)].

При максимальных значениях обеих функций принадлежности КУТПЭН отражающий коэффициент уверенности в уровне ПЭН по группе психологических тестов достигает значения 0,8 (КУТПЭН^0,8). Здесь и далее значком ^ будем обозначать стремление соответствующего коэффициента к своим максимальным значениям. Уровень ПЭН по данным работы [5] может быть определен по изменению энергетических характеристик БАТ, связанных с психоэмоциональной сферой.

ЦПЭН (ßRVB20) -

ЦПЭН(8ЯР9) -

0, если 5ЯЯ8 < 10%;

0, 0045ЯЯ8 - 0,04;

если 10% < 5ЯЯ8 < 60 %;

0,65, если 5ЯЯ8 > 60%,

0, если дЯрв 20 < 10 %;

0,0025SRVB20 - 0,025;

если 10% < 8Яга20 < 70 %;

0,15,если SRVB20 > 70%,

0, если 5ЯЯ9 < 10%;

0,0045ЯЯ9 - 0,04;

если 10% < 8ЯЯ9 < 60 %;

0,2, если 5ЯЯ9 > 60%.

Таблица 1

Шкала ситуативной тревожности

№ Утверждения Вовсе нет Пожалуй, так Верно Совершенно верно Тип ответа

1 Я спокоен 1 2 3 4 ОО

2 Мне ничто не угрожает 1 2 3 4 ОО

3 Я нахожусь в напряжении 1 2 3 4 ПО

4 Я испытываю сожаление 1 2 3 4 ПО

5 Я чувствую себя свободно 1 2 3 4 ОО

6 Я расстроен 1 2 3 4 ПО

7 Меня волнуют возможные неудачи 1 2 3 4 ПО

8 Я чувствую себя отдохнувшим 1 2 3 4 ОО

9 Я встревожен 1 2 3 4 ПО

10 Я испытываю чувство внутреннего удовлетворения 1 2 3 4 ОО

11 Я уверен в себе 1 2 3 4 ОО

12 Я нервничаю 1 2 3 4 ПО

13 Я не нахожу себе места 1 2 3 4 ПО

14 Я взвинчен 1 2 3 4 ПО

15 Я не чувствую скованности, напряженности 1 2 3 4 ОО

16 Я доволен 1 2 3 4 ОО

17 Я озабочен 1 2 3 4 ПО

18 Я слишком возбужден, и мне не по себе 1 2 3 4 ПО

19 Мне радостно 1 2 3 4 ОО

20 Мне приятно 1 2 3 4 ОО

Таблица 2

Шкала личной тревожности

№ Утверждения Почти Иногда Часто Почти Тип

никогда всегда ответа

1 Я испытываю удовольствие 1 2 3 4 ОО

2 Я обычно быстро устаю 1 2 3 4 ПО

3 Я легко могу заплакать 1 2 3 4 ПО

4 Я хотел бы быть таким же счастливым, как и другие 1 2 3 4 ПО

5 Нередко я проигрываю из-за того, что недостаточно 1 2 3 4 ПО

быстро принимаю решения

6 Обычно я чувствую себя бодрым 1 2 3 4 ОО

7 Я спокоен,собран,хладнокровен 1 2 3 4 ОО

8 Ожидаемые трудности обычно очень тревожат меня 1 2 3 4 ПО

9 Я слишком переживаю из-за пустяков 1 2 3 4 ПО

10 Я вполне счастлив 1 2 3 4 ОО

11 Я принимаю все слишком близко к сердцу 1 2 3 4 ПО

12 Мне не хватает уверенности в себе 1 2 3 4 ПО

13 Обычно я чувствую себя в безопасности 1 2 3 4 ОО

14 Я стараюсь избегать критических ситуаций и трудностей 1 2 3 4 ПО

15 У меня бывает хандра 1 2 3 4 ПО

16 Я доволен 1 2 3 4 ОО

17 Всякие пустяки отвлекают и волнуют меня 1 2 3 4 ПО

18 Я так сильно переживаю свои разочарования, что потом

долго не могу о них забыть 1 2 3 4 ПО

19 Я уравновешенный человек 1 2 3 4 ОО

20 Меня охватывает сильное беспокойство, когда я думаю о 1 2 3 4 ПО

своих делах и заботах

Особенностью реакции БАТ на уровень психоэмоционального напряжения является то, что в зависимости от длительности электрического разбаланса выбранных БАТ можно говорить либо о кратковременных «всплесках» ПЭН, не влияющих на риск возникновения тех или иных заболеваний, либо о длительной разбалансировке «энергетики» БАТ, вызываемой длительным психоэмоциональным напряжением, который способствует появлению и развитию патологического состояния. Для такого типа признаков в соответствии с рекомендациями работы [5] будем говорить о разных уровнях уверенности в наличии длительного психоэмоционального напряжения, увеличивающего риск появления заболеваний юе. С учетом сказанного будем считать, что расчеты по формуле (2) производятся для однократного измерения электрических характеристик БАТ, и это соответствует первому уровню доверия к длительному ПЭН, т.е.

КуБ1ПЭН = КуБПЭН.

Если в ходе измерений устанавливается, что наблюдается отклонение сопротивлений ДЗТ от номинальных значений выше уровня 10 % в течение недели, следует говорить о втором уровне доверия, который эксперты предлагают определять соотношением

КУ ПЭН=1,2 КУ ПЭН.

При устойчивом месячном отклонении сопротивлений ДЗТ будем говорить о третьем уровне доверия к соотношению ПЭН:

КУбзпэн=1,4 КУб1пэн.

При устойчивом годичном отклонении вводится четвертый уровень доверия с применением соотношения КУб4пэн=1,6КУб1пэн.

Частный коэффициент уверенности в степени ПЭН для всех групп доверия по величине энергетических характеристик БАТ определяется соотношением

КУ

ПЭН

= тах

{ку

• КУБ2 • КУБ3 • КУБ4

ПЭН ПЭН ПЭН ПЭН

и достигает величины 0,72.

Для оценки уровня психоэмоционального напряжения по группе тестов, характеризующих параметры внимания, использованы результаты, полученные в работах [1, 2], в соответствии с которыми найдено следующее логическое выражение:

ЕСЛИ [(71 >10) и (72>0)], ТО [КУВпзн=^(П,72)], ИНАЧЕ (КУВШн=0),

(3)

Дпэн(71) =

Н-пэн (7 2) =

0, если 71 < 10; 0,0086 • 71, если 10 < 71 < 80;

0,6, если 71 > 80,

0, если 72 < 0;

0,008672, если 0 < 72 < 70;

0,6, если 72 > 70.

С учетом полученных функций принадлежностей для выражения (3) F(7\, Е2) = тах{цПЭН (71), Цпэн(72)} (Квпэн^0,6).

Аналогично реакции БАТ, показатели внимания могут отражать кратковременное и долговременное ПЭН. С учетом этого вводим четыре уровня доверия с формулами пересчета вида:

КуВ2пзн-1,2 КуВ1пэм;

КУВ3пэн=1,4 КУВ1пэн;

КУв4пэн=1,6 КУв1пэн.

Обобщенный частный коэффициент уверенности в степени ПЭН по показателям внимания будем определять выражением:

КУВпэН=тах{КУВ1пэН, КУв2пэн, КУвзпэн, КУв4пэн},

КУВ

>0,96.

Учитывая, что полученные частные коэффициенты уверенности отражают различные механизмы, формирующие уровень психоэмоционального напряжения, и что уверенность в возникновении заболеваний будет тем выше, чем выше уровень напряжения различных систем, в качестве интегральной оценки общей уверенности в наличии длительного психоэмоционального напряжения выбираем соотношение вида:

КУпэн-КУТпэн+КУБпэн

+КУВпэн-

где 71=ПВ-ПВо+КВ-КВо; 72=УВ-УВо; ПВ и ПВо -текущая переключаемость внимания и переключае-мость внимания, измеренная в состоянии спокойного бодрствования; КВ и КВо - соответствующие показатели концентрированности внимания; УВ и УВо -показатели устойчивости внимания.

Для вычисления КУВПЭН используются функции принадлежностей вида:

- КУТпэн'КУБпэн -КУТпэн'КУВпэн -

Кубпэн"кувпэн+кутпэн'кубпэн'кувпэн .

Учитывая, что наличие длительного психоэмоционального напряжения создает различные риски для различных заболеваний, в соответствии с рекомендациями [4], частную уверенность в прогнозе (диагнозе) а£ - КУш< ,пэн будем определять через функции принадлежностей с носителем по шкале КУпэн, т. е.:

КУт; ,ПЭН = (КУПЭН).

В ходе исследований нами изучалось влияние ПЭН на риск возникновения таких заболеваний, как заболевания нервной системы (класс ю Н ), системы пищеварения (класс ю П ), кожи (класс юк) и т.д. (рис. 2).

0,4 —

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 КУ

ПЭН

0,35—

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 КУП б

0,27—

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 КУ

ПЭН

Рис. 2. Функции принадлежностей к классам риска заболеваний нервной системы, системы пищеварения и кожи в ближайшие три года

Анализ приведенных графиков показывает, что только по уровню ПЭН нельзя судить с достаточной

уверенностью о риске возникновения исследуемых классов заболеваний. Однако, как показывают результаты проведенных исследований, в составе с другими факторами риска может быть обеспечен уровень доверия к принимаемым решениям в прогностических задачах 0,85 и выше, что вполне приемлемо для использования в медицинской практике.

Литература

1. Плотников В.В., Кореневский Н.А., Забродин Ю.М. Автоматизация методик психологического исследования. Орел, 1989. 327 с.

2. Штотланд Т.М. Разработка методов и средств комплексной диагностики и управления функциональным состоянием человека по фазам динамики деятельности: дис. ... канд. техн. наук. Курск, 2003. 145 с.

3. Практикум по инжнерной психологии и энергономике : учеб. пособие для высших учеб. заведений / С.К. Серге-енко [и др.]; под. ред. Ю.К. Стрелкова. М., 2003. 400 с.

4. Кореневский Н.А. Проектирование нечётких решающих сетей настраиваемых по структуре данных для задач медицинской диагностики // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2005. Т. 4, № 1. С. 12-20.

5. Кореневский Н.А., Буняев В.В., Яцун С.М. Компьютерные системы ранней диагностики состояния организма методами рефлексологии / ред. журн. «Изв. вузов. Электромеханика». Новочеркасск. 2003. 206 с.

6. Синтез моделей взаимодействия внутренних органов с проекционными зонами и их использование в рефлексодиагностике и рефлексотерапии / Н.А. Кореневский [и др.]. Курск, 2005. 224с.

7. Кореневский Н.А., Буняев В.В. Синтез меридианных моделей для рефлексодиагностики и рефлексотерапии // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2004. Т. 3, № 2, С. 178-182.

а

6

Поступила в редакцию 20 мая 2009 г.

Буняев Владимир Андреевич - канд. техн. наук, профессор, кафедра «Информационно-измерительная и медицинская техника», Южно-Российский государственный технический университет. Тел. (8635)25-52-14. E-mail: [email protected]

Буняев Виктор Владимирович - канд. мед. наук, доцент, кафедра «Информационно-измерительная и медицинская техника», Южно-Российский государственный технический университет. Тел. (8635)25-52-14. E-mail: [email protected]

Лукашов Михаил Иванович - канд. мед. наук, заведующий Курским областным кожно-венерологическим диспансером. Тел. (4712)58-70-98. E-mail: [email protected]

Афанасьев Владимир Иванович - аспирант, Курская государственная сельскохозяйственная академия.

Bunyaev Vladimir Andreevich - Candidate of Technical Sciences, professor, department «Informationn-measuring and medical technology», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8635)25-52-14. E-mail: [email protected]

Bunyaev Victor Vladimirovich - Candidate of Medical Sciences, assistant professor, department «Informationn-measuring and medical technology», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)25-52-14. E-mail: [email protected]

Lukashov Michael Ivanovich - Candidate of Medical Sciences, managing the Kursk regional kozhno-venereologic clinic. Ph. (4712)58-70-98. E-mail: [email protected]

Afanasev Vladimir Ivanovich - post-graduate student, Kursk State Agricultural Academy.