CC BY
45
14
Биотехнические системы
УДК 621.822.7; 681.2.088
Н. Б. Суворов, д-р биол. наук, профессор,
ФГБУ «НИИЭМ» СЗО РАМН
М. Я. Марусина, д-р техн. наук, профессор,
С. С. Щепетов, магистрант,
ФГБОУ ВПО «СПб НИУ ИТМО»
Ю. З. Полонский, д-р биол. наук,
ФГБУН «Институт мозга человека им. Н. П. Бехтеревой» РАН
Отражение умственной деятельности человека в реакциях кардиореспираторной системы1
Ключевые слова: арифметический тест, биотехническая система, дыхание, шахматная задача, электрокардиосигнал. Keywords: arithmetic test, bioengineering system, respiration, chess task, electrocardiosignal.
Приведены результаты исследований: реальная (решение шахматных задач с закрытыми глазами) интеллектуальная деятельность и одна из распространенных в литературе моделей умственной деятельности — решение арифметических задач также с закрытыми глазами проанализированы и сравнены по комплексу параметров кардиореспираторной системы.
Введение
Интеллектуальная (творческая), так же как и умственная, деятельность человека является одной из его специфических особенностей и наиболее сложно организованных психических функций и потому чрезвычайно трудна для инструментальных исследований. Известно, что умственная деятельность сопровождается комплексом реакций различных систем организма: изменением медленной электрической активности головного мозга (электроэнцефалограмма), изменением и перераспределением мышечного тонуса (электромиограмма), изменением ритма и глубины дыхания, изменением сердечного ритма (электрокардиосигнал, кардиоритмограмма) и др. Как правило, электрофизиологические корреляты в динамике изучаются в условиях моделирова-
1 Исследования проведены в ходе выполнения НИР в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по теме «Исследование нестационарных физиологических сигналов и изображений при интеллектуальной деятельности с помощью многофункционального диагностического измерительного комплекса».
ния умственной нагрузки. Однако при этом следует иметь в виду, что снижение или отсутствие мотивации испытуемых, потеря интереса к тесту приводят к недостоверным данным. Важно также выбрать соответствующие психофизиологические показатели. Очевидно, что модельные тесты не могут охватить все сферы мыслительной деятельности человека.
Практически все результаты исследований умственной деятельности были получены в условиях моделирования различных творческих и математических заданий. Идеальной формой творческого процесса представляется игра в шахматы [1, 2] или решение шахматных задач-миниатюр (мат в два хода), когда шахматист находится в условиях реального интеллектуального напряжения, не имеющего аналогов, а не его моделирования.
Цель исследования — обнаружить и понять разницу между индивидуальными физиологическими реакциями, сопровождающими решение шахматных задач и арифметических тестов.
Методика
В настоящее время биотехнические системы (БТС) различного назначения широко применяются в медицинской диагностике, при решении задач комплексной оценки функционального состояния человека в системах управления при минимальной физической нагрузке, в исследованиях умственной деятельности, при решении интеллектуальных операторских задач. Для диагностики, прогноза текущего и последующего состояний одним из наиболее трудоемких и ответственных процессов является
анализ комплекса психофизиологических показателей и формулирование научно-практических выводов. Эффективность этого процесса зависит, в частности, от состава биотехнической системы (БТС) и объема аналитических возможностей. Разработанная БТС «Шахматы» [3, 4], модифицированная для обсуждаемых исследований, в частности ее аппаратно-программные средства, обеспечивает быструю и достоверную переработку больших объемов информации.
В предыдущем исследовании участвовали профессиональные шахматисты, игравшие против шахматной программы целую партию с закрытыми глазами. Профессионалы сохраняют высокий уровень мотивации на протяжении всей партии независимо от ее исхода [5, 6]. Решение шахматных задач представляется менее напряженной интеллектуальной нагрузкой, но также требующей творческого подхода. Поэтому в качестве тестовых заданий испытуемым — любителям шахмат, подписавшим информированное согласие на участие в исследованиях, предлагалось решение миниатюр — задач с числом фигур на доске не более семи, как правило, двухходовок (мат в два хода). При решении шахматных задач мотивация испытуемых поддерживается эстетическим компонентом теста и, вероятно, элементом азарта.
В процессе всего исследования регистрировались электрокардиосигнал, кривая дыхания (пневмо-грамма), электроэнцефалограмма 21 отведения, отметка о решении задачи или об отсутствии решения. Подобную комплексную регистрацию множества электрофизиологических параметров обеспечивает электроэнцефалограф «Мицар — ЭЭГ—202 (24 + 8)», имеющий полосу пропускания от 0 до 150 Гц и диапазон измерений до 300 мВ (разработчик и производитель — ООО Мицар, Санкт-Петербург, сертификат соответствия № РОСС Ки.ИМ17.В00017).
Психологические тесты на вычитание в уме являются модификацией классической методики по оценке умственной работоспособности. Предложенная в 1985 году методика была предназначена для исследования волевых усилий, врабатываемости и утомляемости. В настоящее время она используется в патопсихологических экспериментах для исследования умственной работоспособности, выявления истощаемости, определения устойчивости произвольного внимания, исследования переключаемо-сти внимания, скорости протекания психических процессов, утомляемости при монотонной работе (в отличие от шахмат, будем условно считать выполнение арифметических тестов умственной деятельностью без компонента «творчество»).
В базовом варианте теста испытуемый с закрытыми глазами по сигналу начинает последовательно вычитание в уме заданного двузначного числа из 1000. Озвучивая ответ, он синхронно нажимает на сигнальную кнопку (на мониторе вместе с физиологическими данными фиксируется в базе данных «метка», голос испытуемого также регистрируется на компьютере синхронно с электрофизиологически-
ми параметрами). Вычитание продолжается из полученного результата, озвучивается новый результат и т. д. Для избегания однотипности вычислений варьировалось начальное число (например, вычитание из 1001, 1002, 1003 и т.п.). Синхронизация начала выполнения теста, ответов испытуемого, вспомогательных сигналов с его электрофизиологическими данными (в одном файле данных) позволила анализировать процессы во время вычисления, проверки результата и принятия решения (ответ). Варианты теста проводились по аналогичной методике. В одном из вариантов (вычитание однозначного числа) испытуемый по сигналу озвучивал только последний результат. Вычитание из 1000 двух различных чисел (например, 7 — в дальнейшем в таблицах «Счет 1», и 23 — в дальнейшем в таблицах «Счет 2») позволяет менять сложность задания и, соответственно, уровень нагрузки.
Кардиоритмограмма (КРГ) строилась на основе электрокардиосигнала. КРГ отражает текущую мгновенную частоту сердечных сокращений — R-зубцов. Дыхание описывали средней частотой дыхательных движений в минуту и глубиной в относительных единицах. Рассчитывали следующие показатели, функциональное значение которых подробно описано в литературе:
• SDNN — стандартное отклонение RR-интерва-лов, мс;
• RMSSD — квадратный корень среднего значения квадратов разностей длительностей соседних RR-интервалов, мс;
• SDSD — стандартное отклонение разности длительностей соседних RR-интервалов, мс;
• NN50 — число соседних пар RR-интервалов, отличающихся более чем на 50 мс;
• М — средняя длительность RR-интервалов, мс;
• D — дисперсия RR-интервалов, мс2;
• ЧСС — частота сердечных сокращений, уд./мин;
• CV — коэффициент вариабельности сердечного ритма;
• RRmin — минимальное значение RR-интерва-ла, мс;
• RRmax — максимальное значение RR-интер-вала, мс;
• MODE — мода распределения RR-интервалов, с; начало интервала длительностей гистограммы, для которого выявлено наибольшее число RR-интервалов (при построении гистограмм использовался шаг гистограммы, равный 50 мс);
• AMO — амплитуда моды, процент числа RR-ин-тервалов, соответствующий максимуму гистограммы распределения по отношению к общему количеству RR-интервалов;
• X — вариационный размах или разность между максимальным и минимальным RR-интервала-ми, с;
• ИВР — индекс вегетативного равновесия;
• ВПР — вегетативный показатель ритма;
• ПАПР — показатель адекватности процессов регуляции;
• ИН — индекс напряжения регуляторных систем;
• ЧД — частота дыхания, вдох./мин;
• глубина дыхания, относительные единицы;
• ^скаттергр — коэффициент формы скаттер-граммы;
• Total — спектр мощности RR-интервалов в диапазоне 0,003-0,400 Гц;
• VLF — мощность сверхмедленных колебаний интервалов 0,003-0,040 Гц;
• LF — мощность медленных колебаний RR-ин-тервалов 0,04-0,15 Гц;
• HF — мощность быстрых колебаний RR-ин-тервалов 0,15-0,40 Гц;
• %LF = LF Ч 100 % / (LF + HF);
• %HF = LF Ч 100 % / (LF + HF);
• LF/HF — отношение LF к HF.
Скаттерграмма, зависимость последующего RR-ин-
тервала от предыдущего, отображается на плоскости в виде точек, последовательно во времени соединенных между собой. В диагностике нарушений сердечного ритма большое значение придается форме скаттерграммы. Нами предложены алгоритм и программа расчета коэффициента ее формы [7, 8].
Что касается функции дыхания, в работе оценивались частота и глубина дыхания в относительных единицах. Нормальная частота дыхания у взрослого — 4-18 цикл./мин.
Результаты исследований
Прежде всего, подробно рассмотрим, у кого из испытуемых — любителей шахмат обнаружились наиболее выраженные индивидуальные различия. Для каких-либо обобщений кластеризации требуется однородная многочисленная группа. Невозможно отобрать статистически достаточное количество испытуемых в силу специфики творческого задания. Такую задачу мы и не ставили.
Результаты каждого испытуемого зафиксированы в компьютерных протоколах. Во всех протоколах приняты следующие обозначения:
• Релакс. — расслабленное бодрствование с закрытыми глазами в исходном состоянии и в перерывах между тестами;
• Шах1 — решение первой задачи;
• Шах1-1 и Шах1-2 — два последовательных фрагмента решения первой задачи;
• Шах2 — решение второй задачи;
• Шах2-1 и Шах2-2 — два последовательных фрагмента решения второй задачи;
• Счет1 — последовательное вычитание однозначного числа;
• Счет2 — последовательное считывание двузначного числа.
Все испытуемые справились с арифметическими тестами, показав при этом разную скорость счета. Решение шахматных задач оказалось по силам не всем участникам.
Анализ протоколов исследований свидетельствует, что практически все параметры кардиореспираторной системы меняются во время умственной нагрузки. Одна из целей настоящего исследования — выяснение, отличаются ли электрофизиологические показатели при реальной интеллектуальной деятельности (решение шахматной задачи) от умственной (арифметический счет в уме), существуют ли индивидуальные особенности такого реагирования.
Кандидат в мастера спорта по шахматам Л. (протокол 1), решивший обе предложенные задачи, испытывал лишь незначительное напряжение при их решении. Это подтверждается увеличением стандартного отклонения RR-интервалов, дисперсии их длительности, коэффициента вариации, относительной устойчивостью вариационного размаха, начальным небольшим повышением индекса напряжения и коэффициента формы скаттерграммы (Шах1-1) с последующим снижением последних. В то же время повысились частота сердечных сокращений, частота и (незначительно) глубина дыхания. Графики относятся к фрагменту Шах2.
Во время выполнения арифметического теста имели место:
• снижение стандартного отклонения RR-интер-валов, дисперсии их длительности, коэффициента вариации;
• незначительное по сравнению с исходным состоянием повышение средней ЧСС;
• снижение вариационного размаха;
• значительное повышение индекса напряжения и коэффициента формы скаттерграммы (Счет1);
• частота и глубина дыхания снизились по сравнению с аналогичными показателями, относящимися к фрагментам решения задач.
Таким образом, налицо наличие противоречивых тенденций в динамике параметров кардиорес-пираторной системы. Рост частоты сердечных сокращений и частоты дыхания чаще всего сопровождается снижением дисперсии, вариабельности ритма сердца, повышением индекса напряжения. В рассматриваемом случае имела место противоположная реакция. Данный факт может быть объяснен сохранением и, вероятно, усилением квазиритмического компонента в спектре мощности кардиоритмограм-мы, что подтверждается наличием собственной гармоники амплитудой 175 мс2 с максимумом в диапазоне около 0,13 Гц. Это хороший диагностический признак: напряжение кардиореспираторной системы находится в пределах физиологических возможностей испытуемого.
Шахматист-любитель Г. (протокол 2) не смог решить ни одной из двух предъявленных задач. Нет необходимости рассматривать результаты столь же подробно, как в первом случае. Отметим, что режим Счет1 (вычитание однозначного числа) оказался для испытуемого более простым, чем вычитание двузначного числа (Счет2). Повышенное напряжение, вызванное последним тестом, оказалось сравнимым с напряжением во время решения обеих нерешенных
Протокол 1
Испытуемый Л. Электрофизиологическое обследование.
Дата: 26/03/2013. Время: 19:15:16. Графики относятся к фрагменту Шах2. Гистограммы распределения КК-интервалов, скаттерграммы и спектры мощности
Шахматы 19:27:13
%
RR-i1c
30-
20
10-
0,9
0,8
0,7
"it .,'■»": " ■"
. í"
Рмсл2
100,0
50,0-
0,5 1,0 1,5
0,7 0,8 0,9 RRic
0,1 0,2 0,3 0,4 Гц
Таблица 1
Показатели кардиоритмограммы
Показатель Релакс. Шах1-1 Шах1-2 Шах2 Релакс. Счет1 Счет2 Релакс.
SDNN, мс 55,1 62,4 59,2 59,4 77,6 33,9 49,4 43,5
RMSSD, мс 36,7 18,1 39,9 40,7 50,2 25,8 38,0 37,3
SDSD, мс 37,0 18,2 40,2 40,8 50,5 26,1 38,4 37,6
NN50 5 0 6 21 10 0 4 8
M, мс 917 647 800 806 848 861 869 907
D, мс2 3036 3894 3508 3530 6016 1149 2445 1889
ЧСС, уд./мин 65 93 75 74 71 70 69 66
CV, % 6,01 9,64 7,40 7,38 9,14 3,94 5,69 4,79
RRmin мс 806 580 656 648 690 776 752 790
RRmax> мс 1088 816 898 938 1010 916 962 1018
MODE, с 0,90 0,60 0,75 0,80 0,85 0,85 0,85 0,90
AMO, % 36,7 32,2 27,9 33,2 23,7 46,7 38,3 49,3
X, с 0,28 0,24 0,24 0,29 0,32 0,14 0,21 0,23
ИВР, %/с 130,3 136,5 115,2 114,6 74,0 333,3 182,4 216,1
ВПР, с-2 3,94 7,06 5,51 4,31 3,68 8,40 5,60 4,87
ПАПР, %/с 40,8 53,7 37,2 41,5 27,9 54,9 45,1 54,8
ИН, %/с2 72,4 113,7 76,8 71,6 43,5 196,1 107,3 120,1
ЧД, вдох./мин 14 24 22 22 22 16 18 17
Глубина дых. 59 65 56 59 61 41 41 54
F А скаттергр 1,39 1,86 1,32 2,29 2,14 14,43 10,31 1,48
0
0
0
c
Протокол 2
Испытуемый Г. Электрофизиологическое обследование. Дата: 15/03/2013. Время: 12:20:47.
Гистограммы распределения КК-интервалов, скаттерграммы и спектры мощности
Шахматы 19:27:13
%
RR-i1c
40-
30-
20-
10-
Л
0,8-
0,7-
0,6-
-d т *
Рмсл2
100,0-
50,0
0,5
1,0
1,5
0,7
0,8
0,9 RRic
0,2 0,3 0,4 Гц
Таблица 2
Показатели кардиоритмограммы
Показатель Релакс. Шах1-1 Шах1-2 Шах2 Релакс. Счет1 Счет2 Релакс.
SDNN, мс 37,8 60,7 28,0 41,1 41,5 36,1 39,3 36,1
RMSSD, мс 27,5 27,4 15,2 23,2 21,3 21,0 21,9 23,0
SDSD, мс 27,7 27,5 15,4 23,3 21,4 21,1 21,9 23,1
NN50 1 5 0 1 4 2 5 0
M, мс 782 681 584 843 686 686 704 735
D, мс2 1426 3682 786 1691 1726 1304 1547 1303
ЧСС, уд./мин 77 88 103 71 87 87 85 82
CV, % 4,83 8,91 4,80 4,88 6,05 5,26 5,58 4,91
RRmin, мс 708 576 518 736 574 566 586 630
RRmax, мс 876 826 620 922 810 774 808 812
MODE, с 0,75 0,60 0,60 0,85 0,65 0,65 0,70 0,70
AMO, % 44,7 29,0 42,9 46,6 44,2 54,7 41,0 42,9
X, с 0,17 0,25 0,10 0,19 0,24 0,21 0,22 0,18
ИВР, %/с 266,3 116,2 420,2 250,4 187,5 263,0 184,8 235,5
ВПР, с-2 7,94 6,67 16,34 6,33 6,52 7,40 6,44 7,85
ПАПР, %/с 59,6 48,4 71,4 54,8 68,1 84,2 58,6 61,2
ИН, %/с2 177,5 96,8 350,1 147,3 144,2 202,3 132,0 168,2
ЧД, вдох./мин 16 18 18 16 16 15 15 14
Глубина дых. 32 34 22 41 68 70 79 79
F 1 скаттергр 3,15 9,78 14,76 2,87 16,69 18,56 15,43 15,21
№ 5C29)/20ÍÍ~|
биотехносфера
c
Протокол 3
Испытуемый Д. Электрофизиологическое обследование. Дата: 05/04/2013. Время: 09:37:02.
Гистограммы распределения КК-интервалов, скаттерграммы и спектры мощности
Шахматы 19:27:13
%
30
RR-i1c
20
10
0,8-
0,7-
. 1.
■. - - ■. ■ ; У " '-:'
Рмсл2
100,0
50,0
0,5 1,0 1,5
0,7
0,9
RRic
0,4 Гц
Таблица 3
Показатели кардиоритмограммы
Показатель Релакс. Шах1-1 Шах1-2 Шах2-2 Релакс. Счет1 Релакс.
SDNN, мс 45,1 24,1 38,0 41,4 40,5 34,0 33,3
RMSSD, мс 27,1 16,4 20,9 23,1 24,8 22,2 25,8
SDSD, мс 27,3 16,5 21,0 23,2 24,9 22,3 25,9
NN50 2 0 3 6 3 0 1
M, мс 816 762 736 770 813 765 825
D, мс2 2033 580 1446 1717 1644 1155 1110
ЧСС, уд./мин 74 79 82 78 74 78 73
CV, % 5,53 3,16 5,17 5,38 4,99 4,44 4,04
RRmin мс 698 710 642 626 738 676 732
RRmax> мс 896 818 836 888 894 846 900
MODE, с 0,80 0,75 0,70 0,75 0,80 0,75 0,80
AMO, % 37,0 68,1 53,3 40,7 41,2 53,2 55,7
X, с 0,20 0,11 0,19 0,26 0,16 0,17 0,17
ИВР, %/с 187,1 630,9 274,9 155,2 264,0 313,2 331,5
ВПР, с-2 6,31 12,35 7,36 5,09 8,01 7,84 7,44
ПАПР, %/с 46,3 90,9 76,2 54,2 51,5 71,0 69,6
ИН, %/с2 116,9 420,6 196,4 103,5 165,0 208,8 207,2
ЧД, вдох./мин 9 13 13 13 16 18 16
Глубина дых. 160 126 156 146 96 69 102
F 1 скаттергр 2,23 4,87 4,45 4,37 3,68 3,92 3,32
| № 5(293/2013
биотехносфера
c
21
Биотехнические системы
шахматных задач. Соответственно, мощность гармоники в диапазоне около 0,1 Гц составила 25 мс2. Графики относятся к фрагменту Шах1.
Опытный шахматист-любитель Д. (протокол 3) решил только первую задачу. При вычитании только он применил упрощающий и ускоряющий способ (алгоритм) счета (элемент творчества?). Графики относятся к фрагменту Шах2-2.
У испытуемого Д. наименьшие изменения по отношению к исходному состоянию наблюдались во время арифметического теста (Счет1). На это указывают показатели вариабельности ритма сердца БЮ^, КМВББ, 8Б8Б, Б, СУ, индекс напряжения, коэффициент формы скаттерграммы, повышение частоты дыхания и снижение глубины. Средняя ЧСС практически не изменялась. Как и у испытуемого Л., кардиоритмограмма Д. имела квазипериодический характер с собственной гармоникой диапазона около 0,09 Гц мощностью 185 мс2.
Отметим, что у всех испытуемых, принявших участие в исследованиях, во время выполнения заданий в сердечном ритме наблюдались медленные волны Ц1 (0,04—0,15 Гц) — свидетельство преобладания симпатического тонуса, обеспечивающего мыслительную деятельность.
Заключение
Анализ реакций кардиореспираторной системы на реальную интеллектуальную нагрузку — решение шахматной задачи (мат в два хода) вслепую был проведен впервые. Сведения о подобных исследованиях отсутствуют в литературе. Изучение электрофизиологических коррелят реальной (не модельной) интеллектуальной деятельности специально подобранных заинтересованных (мотивированных) испытуемых позволяет получить более достоверные данные об изменениях, происходящих в результате психоэмоционального напряжения, вызываемого поставленной задачей. Испытуемые имели возможность пройти тестирование (решение арифметических заданий). Необходимость давать устные ответы и практическая безошибочность последовательного вычитания у всех испытуемых позволили предположить поддержание достаточного уровня мотивации и неформальный подход к тестам.
Специфика решения шахматных миниатюр с закрытыми глазами заключается в необходимости оценить положение фигур на доске, попытаться понять идею (тему) задачи, оценить положение (степени свободы) короля, держать исходную позицию в уме на протяжении всего решения. Кроме того, при рассмотрении вариантов необходимо также удерживать в памяти все промежуточные позиции. Несомненно, решение шахматных задач — интеллектуальный творческий процесс. Арифметический счет в уме с закрытыми глазами — один из способов моделирования умственной деятельности. Таким образом, следует обратить внимание на разницу
в реагировании кардиореспираторной системы на два разных вида мыслительной деятельности.
Реакции испытуемых имеют выраженный индивидуальный характер, в настоящее время это никого не удивляет. Как показывают приведенные протоколы, у всех испытуемых преобладает симпатический тонус во время выполнения заданий, что косвенно подтверждает ответственное отношение участников к проводимым исследованиям: отбор испытуемых проводился очень тщательно путем собеседования.
Оказалось, что у разных людей могут наблюдаться противоположные реакции на задачи, требующие включения интеллекта и выполняемые с помощью навыков мысленного счета. Так, у испытуемого Л. счет в уме (на первый взгляд, более простое задание) вызывал повышенное напряжение в кардиореспи-раторной системе. Напротив, решение шахматных миниатюр оказалось значительно меньшей нагрузкой. Л. получает удовольствие?
Испытуемый Г. легко прошел тест Счет1, а тест Счет2 (вычитание двузначных чисел) по нагрузке оказался соизмеримым с решением шахматных задач, с которыми Г. не справился. Параметры вариабельности ритма сердца свидетельствуют о том, что Г. добросовестно пытался найти решение.
Испытуемому Д. тяжело далось правильное решение первой задачи, при решении второй задачи он терял исходную позицию, пытался ее восстановить, это не позволило ему найти правильное решение. При выполнении теста Счет1 (вычитание однозначного числа) он, в отличие от всех остальных испытуемых, вычитал 10, к разности прибавлял 3, если вычитаемым было число 7. Благодаря этому Д. показал самую высокую скорость счета.
В измерительном диагностическом измерительном комплексе [3, 4], разработанном на базе БТС «Шахматы», реализованы возможности применения современных методов анализа биоэлектрических процессов, сопровождающих переменную по напряженности интеллектуальную деятельность, благодаря синхронизации изучаемой мыслительной деятельности, срезов регистрируемых физиологических параметров испытуемого, технических и вспомогательных сигналов.
Исследования подтвердили, что решающее значение в обеспечении системных реакций организма на умственную нагрузку имеют индивидуально-типологические особенности личности. Индивидуальность реагирования на два варианта мыслительной деятельности позволяет сделать ряд практических выводов. Разработанная БТС может использоваться как в обычной диагностике электрической активности кар-диореспираторной системы, так и для исследования текущего и рабочего функциональных состояний операторов информационных систем управления, диспетчеров управления воздушным движением, операторов различных транспортных средств, военной техники и т.д. Результаты подобных работ необходимы для оперативного отбора и прогноза качества деятельности человека в системе управления.
Литература
1. Sigman M., Etchemendy P., Fernández Slezak D. et al.
Response time distributions in rapid chess: a large-scale decision making experiment // Frontiers Neurosci. 2010. Vol. 4. P.1-12.
2. Chabris C. F. Cognitive and Neuropsychological Mechanisms of 6. Expertise: Studies with Chess Masters: PhD Thesis / Harvard University. Cambridge; Massachusetts, 1999. 131 p.
3. Суворов Н. Б., Абрамов В. А., Козаченко А. В. и др. Биотехническая система для исследования интеллектуальной 7. деятельности человека // Информационно-управляющие системы. 2010. № 5. С. 70-77.
4. Марусина М. Я., Суворов Н. Б., Козаченко А. В. и др. Син- 8. хронизация физиологических сигналов интеллектуальной деятельности человека с помощью многофункционального
измерительного комплекса // Научно-технический вестник ИТМО. 2013. № 4 (86). С. 49-55.
Анодина-Андриевская Е. М., Божокин С. В., Марусина М. Я.
и др. Перспективные подходы к анализу информативности физиологических сигналов и медицинских изображений человека при интеллектуальной деятельности // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. Т. 54. № 7. С. 27-34. Суворов Н. Б., Божокин С. В., Полонский Ю. З. Электрофизиологические корреляты умственной деятельности человека. Вейвлет-анализ // Информационно-управляющие системы. 2012. № 3. С. 71-76.
Суворов Н. Б. Информационная составляющая в биоуправлении функциональным состоянием человека // Информационно-управляющие системы. 2002. № 1. С. 57-64. Суворов Н. Б., Щепетов С. С., Марусина М. Я. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ ЕЭСТК. № 2013616870 от 24.07.2013.
УДК 612.76+611.7
А. О. Кузнецов, директор,
A. А. Красковский, инженер, ООО «Биотелемеханика»
С. А. Тараканов, директор,
Центр медицинского, экологического приборостроения и биотехнологий ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»
B. И. Кузнецов, директор,
ООО «Конструкторское бюро современных технологий Санкт-Петербургского государственного университета ИТМО»
Оценка параметров движения нижних конечностей человека с помошью акселерометров
Ключевые слова: акселерометр, модель движения, опорно-двигательный аппарат, параметры движения конечностей, система захвата движения.
Keywords: accelerometer, motion model, musculoskeletal system, limb movement parameters, motion capture system.
Нарушения опорно-двигательного аппарата лучше всего проявляются в процессе перемещения человека, в то время как большинство медицинских диагностических систем в этой области ориентируются на данные, полученные при обследовании человека в статическом положении. В рамках настоящей статьи приводятся результаты исследования возможности использования акселерометров для измерения параметров движения нижних конечностей человека и анализа различных вариантов крепления измерительных устройств с акселерометрами на теле человека с целью получения корректных данных о перемещении конечностей, на основе которых может быть произведена полноценная диагностика состояния опорно-двигательного аппарата человека.
Введение
Опорно-двигательный аппарат человека (ОДА) — это сложный компонент человеческого организма, который постоянно подвергается негативному воздействию окружающей среды. Он защищает внутренние органы, позволяет человеку двигаться, переносить различные предметы. В целом ОДА играет огромную роль в ежедневной активности человека. По этой причине он особенно подвержен различным болезням, особенно при возрастных изменениях.
Согласно статистике Всемирной организации здравоохранения, болезни ОДА составляют порядка 4 % от всех причин болезней в Европейском регионе [1], что является существенным показателем, практически приближающимся к распространенности заболеваний дыхательных путей. В 2009 году более
