CC BY
80Фізика живого, Т. 15, N02, 2007. С.66-72.
© Макарчук М.Ю., Трушина В.А., Філімонова Н.Б., Чікіна Л.В., Федорчук С.В., Плаксій Ю.С., Мамілов С.О.
УДК 612.82/.83; 612.821
ОЦІНКА ЗДАТНОСТІ ЛЮДИНИ ДО ВИКОНАННЯ ЗАВДАНЬ ЗРОСТАЮЧОГО РІВНЯ СКЛАДНОСТІ
Макарчук М.Ю. \ Трушина В. А.1, Філімонова Н.Б.1, Чікіна Л.В.1, Федорчук С.В.1, Плаксій Ю.С.2, Мамілов С.О.2
1 Київський національний університет імені Тараса Шевченка, біологічний факультет, кафедра фізіології людини і тварин, вул. Володимирська, 64, 01033, Київ, Україна 2Інститут прикладних проблем фізики і біофізики НАН України, вул. .Львівська,44, 03115, Київ, Україна
Надійшла до редакції 19.11. 2007
На основі аналізу реакцій нервової системи, які проявляються в роботі серцево-судинної системи при сенсорному навантаженні, було виявлено три типові реакції. А саме, перший тип характеризується наявністю зворотного зв’язку на збільшення рівня складності завдання, що свідчить про адаптацію до зміни сенсорного навантаження і призводить до того, що обстежуваний прагне максимально ефективно виконувати завдання будь-якої складності. Умовою для безпомилкової роботи є високий рівень напруження нервової системи. Другий тип реакції на зростання складності субтесту свідчить про сенсорне перенавантаження, яке супроводжується різким збільшенням ЧСС, збільшенням кількості помилок та загальною дезорганізацією роботи обстежуваного. При цьому визначався рівень сенсорного навантаження, який є межею його можливостей. Третій тип реакції характеризується відсутністю зворотного зв’язку між успішністю виконання роботи та усвідомленням власних помилок, внаслідок чого не відбувається корекція стратегії виконання завдань, тобто не відбувається адаптація до відповідного рівня складності завдань. Проведене дослідження дає змогу запропонувати новий метод тестування здатності людини адаптуватися до виконання завдань різного типу та складності і роботи на межі її можливостей. Комплекс відносно простих та короткотривалих субтестів дає змогу виявити індивідуальні пороги складності завдань, тобто пороги сенсорного навантаження, при перевищенні яких відбувається дезорганізація роботи людини. Це дає змогу прогнозувати індивідуальні реакції людей в складних ситуаціях, коли виваженість їх рішень є критичною для контролю над ситуацією.
Ключові слова: кардіоритм, границя можливостей людини, критичний рівень складності завдання, адаптація.
ВСТУП
Найбільш вразливим місцем в роботі людини -оператора є необхідність час від часу працювати на межі своїх можливостей. При цьому від того, наскільки людина спроможна повністю зосередитись на поставленій задачі і максимально успішно її виконати, може залежати безпека багатьох людей. Виконання людиною певної роботи на піку її можливостей тісно пов’язана з активацією двох систем: системи кортикальної активації і активації автономної (вегетативної) нервової системи. Більшість фізіологічних змін, які пов’язані з активацією, можуть визначатися станом симпатичної нервової системи. Активація при виконанні певного завдання складається з базової активації, яка на даний момент часу була притаманна людині і активації, що виникає під дією зовнішньої стимуляції. Тому у людей з початковою високою активацією підвищений рівень складності завдання може викликати гіперактивацію, яка призводить до негативних переживань, сенсорного перевантаження, а при пролонгованій дії стимуляції - до стресових реакцій.
Тобто сенсорне перевантаження людини може призводити до неадекватних дій і втрати контролю над складною ситуацією З сенсорним перевантаженням людині допомагає справлятись певна фізіологічна реакція, а саме: збільшення частоти серцевих
скорочень, яке супроводжується зниженням активності ретикулярної формації і, відповідно, блокуванням частини інформації, яка поступає. Тим самим знижується сенсорне перевантаження [1]. Тому аналіз серцевого ритму людини при виконанні тестів різної складності може бути вкрай інформативним для прогнозування успішності роботи конкретної людини на межі її можливостей.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
В дослідженні як обстежувані брали участь 14 осіб обох статей віком 19-27 років. За час дослідження кожен з обстежуваних послідовно проходив 4 різні субтести оцінки розвитку короткочасної пам’яті, але не більше одного субтесту впродовж доби. В обстежуваних реєстрували фотоплетизмограму до початку обстеження, під час проведення тестування,
та після їх завершення. Датчик для запису фотоплетизмотичного сигналу складався з випромінювача інфрачервоного світла і фотоприймача, які розташовані на відстані 7 мм. Датчик розміщувався в області скроневій ділянці голови обстежуваного таким чином, щоб реєструвалась пульсова хвиля. Після закріплення датчика обстежений знаходився в спокійному стані впродовж 15 хвилин.
Фотоплетизмографічний сигнал відображає зміни оптичного сигналу, який походить крізь біологічну тканину певної ділянки тіла як наслідок зміни об'єму крові, що протікає через цю ділянку в кожний момент часу. Оскільки ці зміни пов’язані із діяльністю серця та судин, то в фотоплетизмограмі може міститися інформація про тривалість окремих фаз серцевого скорочення, фізіологічні характеристики стану серця та судин. За отриманими фотоплетизмографічними сигналами визначались відповідні тривалості кардіоінтервалів [2, 3, 4].
В першому субтесті визначали розвиток короткочасної пам’яті на літери. Для цього обстежуваному пред'являли послідовно 60 груп приголосних літер по 2-7 різних літер у групі. Час пред'явлення кожної групи літер складав 1.5 с. Через 1 с. після того, як у верхньому прямокутнику літери згасали, у нижньому прямокутнику з'являлася тестова літера. Якщо ця літера була у пред’явленій раніше у верхньому прямокутнику групі літер, обстежуваному необхідно було натиснути правою рукою на клавішу "/", якщо її там не було - лівою рукою клавішу 'У у латинському регістрі. У субтесті було використано 15 літер українського алфавіту (Б, В, Г, Д, З, К, Л, Н, П, Р, С, Т, Х, Ц, Ч ), з яких при кожному тестуванні комп’ютер випадково обирав 12, які і пред’являлися у випадковій послідовності на екрані.
В другому субтесті визначали розвиток короткочасної пам'яті на геометричні фігури (Рис.1). За аналогічною до попереднього субтесту схемою обстежуваному пред 'являли послідовно 60 груп фігур по 2-7 фігури у групі.
■ "А • •• Ф
*•♦11
Рис. 1. Множина геометричних фігур, яка використовувалась в третьому субтесті.
В третьому субтесті оцінювали рівень розвитку короткочасної пам’яті на цифри. За схемою, аналогічній першому та другому тесту обстежуваному пред’являли послідовно 60 груп цифр по 2-7 цифри у групі. У тесті було використано цифри 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.
В н І 1
© о О 3 в в с*
Рис. 2. Множина геометричних фігур, яка використовувалась в четвертому субтесті.
В четвертому субтесті визначали розвиток короткочасної пам’яті на геометричні фігури, що поєднували в собі дві ознаки - колір і форму (Рис.2). За аналогічною схемою до попередніх субтестів обстежуваному пред’являлись послідовно 60 груп фігур по 2-7 фігури у групі.
В усіх чотирьох субтестах реєстрували час кожної відповіді та наявність чи відсутність при цьому помилки.
Статистичний аналіз отриманих даних не виявляє реакцію серцево-судинної системи на окремі помилки людини, оскільки оцінює показники тільки в середньому. Тому приділяли увагу виключно аналізу окремих безпосередніх реакцій серцево-судинної системи на здійснення помили обстежуваних.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Аналіз результатів тестування показав, що перші три субтести обстежувані в більшості випадків виконували достатньо легко, в той час, як четвертий субтест виявився для багатьох обстежуваних надто складним. Це пов’язано з тим, що для правильної відповіді в даному випадку обстежуваним необхідно було одночасно запам’ятовувати дві різнорідні ознаки, що призводило до сенсорного
перевантаження при певному рівні складності.
Рівень адекватності роботи кожного обстежуваного в умовах психофізіологічного навантаження оцінювався нами через одночасний аналіз змін кількості та характеру помилок і зміни при цьому послідовності тривалостей кардіоінтервалів. На основі такого аналізу ми виділили три типові реакції нервової системи, які проявляються в роботі серцево-судинної системи при помилкових реакціях і на основі яких можна визначити усвідомлюються, чи не усвідомлюються вони обстежуваним як помилкові.
Перший тип реакцій добре проявлявся в обстежуваного №5. На рис3. наведено зміни тривалості кардіоінтервалів та функцію помилок, яка представляє собою послідовність відповідей, при чому при кожній помилці значення функції збільшується на одиницю, при виконанні першого субтесту. З рис.3 видно, що на початку роботи є період впрацьовування, далі, приблизно до 100 с, іде період стабільної роботи, який характеризується значним варіаційним розмахом кардіоінтервалів. Після 100 с зростає складність субтесту, зменшується варіаційний розмах кардіоінтервалів, що свідчить про збільшення рівня психофізіологічного напруження. В
Макарчук М.Ю., Трушина В.А., Філімонова Н.Б., Чікіна Л.В., Федорчук С.В., Плаксій Ю.С., Мамілов С.О.
кінці тестування спостерігається почастішання помилок і поява специфічних реакцій серцево-судинної системи на усвідомлені помилки.
На рис. 4 наведено зміни тривалості кардіо-інтервалів та функцію помилок при виконанні третього субтесту обстежуваним №5. Як видно з рис. 4, до 120 с триває період стабільної роботи, який характеризується малою кількістю помилок та
значним варіаційним розмахом. Після цього
зосередженість на виконанні завдань субтесту падає, кількість помилок зростає., а варіаційний розмах зменшується. На 150 с обстежуваний робить спробу зосередитись, що призводить до певних успіхів в виконанні субтесту.
о
с
и
ь
■2
л
Час (с)
Рис. 3. Тривалість кардіоінтервалів (суцільна лінія) і функція помилок (крапки) при проведенні першого субтесту, обстежуваний №5.
Час (с)
Рис. 4. Тривалість кардіоінтервалів (суцільна лінія) і функція помилок (крапки) при проведенні третього субтесту, обстежуваний №5.
а
і
о
5
.а
и
Ь
■2
л
Б
Час (с)
Рис. 5. Тривалість кардіоінтервалів (суцільна лінія) і функція помилок (крапки) при проведенні четвертого субтесту, обстежуваний №5.
О
с;
о
с
.0
£
.0
Б
Час (с)
Рис. 6. Тривалість кардіоінтервалів (суцільна лінія) і функція помилок (крапки) при проведенні першого субтесту, обстежуваний №8.
Четвертий тест видався для обстежуваного №5 занадто складним. Доказом цього є рис.5, де наведено зміни тривалості кардіоінтервалів та функцію помилок при виконанні субтесту. Велика зосередженість спочатку дає змогу за перші 31 завдання помилитися 7 разів. Далі кількість помилок збільшується, обстежуваний спочатку намагається цьому протистояти, але приблизно на
130 с напруження зростає, і як наслідок зменшується варіаційний розмах кардіоінтервалів, що, мабуть, свідчить про усвідомлення
неможливості виконання субтесту. В кінці
виконання субтесту обстежуваному вдається знов стабілізувати роботу - тільки одна помилка на 8 завдань, що супроводжується збільшенням
варіаційного розмаху.
Макарчук М.Ю., Трушина В.А., Філімонова Н.Б., Чікіна Л.В., Федорчук С.В., Плаксій Ю.С., Мамілов С.О.
Таким чином, тип реакції, який
продемонстрував обстежуваний №5, свідчить про наявність зворотного зв’язку між усвідомленням власних помилок і зосередженістю виконання роботи, який може бути зафіксований в характерних змінах серцевого ритму. Цей зворотній зв’язок характеризує наявність адаптації до зміни складності завдань і призводить до того, що обстежуваний прагне максимально ефективно виконувати завдання будь-якої складності. Умовою для безпомилкової роботи є високий рівень напруження нервової системи.
Другий тип реакції характерним для досліджуваного №8. На рис.6 наведено зміни тривалості кардіоінтервалів та функцію помилок при виконанні першого субтесту. З рисунку видно,
що на початку виконання субтесту у цього обстежуваного спостерігається добре виражений період адаптації, який триває 25 с і характеризується двома помилками. Далі йде досить довгий безпомилковий період. Зростання складності субтесту в цей час призводить до збільшення ЧСС (зменшення тривалості кардіоінтервалів) у обстежуваного. Починаючи з 125 секунди, складність виконання субтесту для обстежуваного різко зростає, стає більшою за поріг його можливостей. Цей відрізок роботи такого обстежуваного характеризується одночасним збільшенням кількості помилок, зростанням варіаційного розмаху та існуванням специфічних реакцій, що може свідчити про загальну дезорганізацію роботи.
Час (с)
Рис. 7. Тривалість кардіоінтервалів (суцільна лінія) і функція помилок (крапки) при проведенні четвертого субтесту, обстежуваний №8.
На рис. 7 показані зміни тривалості
кардіоінтервалів та функцію помилок при виконанні четвертого субтесту. Впродовж всього субтесту обстежуваний знаходиться в одному стані, не спостерігається зміні тривалості кардіоінтервалу. Успішність виконання субтесту є досить випадковою, вона не супроводжується відповідною реакцією нервової системи, як це було при виконанні першого субтесту. Як періоди успішної роботи, так і періоди помилкових відповідей не викликають будь-яких реакцій серцево-судинної системи. Це свідчить по відсутність зворотного зв’язку між успішності виконання роботи та усвідомленням власних помилок, в наслідок чого не відбувається корекція
стратегії виконання завдань, тобто не відбувається адаптація до відповідного рівня складності завдань.
Вказані обстежувані продемонстрували найбільш типові реакції. Серед інших обстежуваних спостерігались реакції, які можна віднести до одного з вищенаведених типів, або їх комбінації. Поріг адаптації до складності завдань у кожного з обстежуваних був індивідуальним. Перехід через цей поріг визначався зміною типу реакції і свідчив по дезорганізацію в виконанні завдань.
ВИСНОВКИ
На основі аналізу змін поточної діяльності, викликаних появою помилкових реакцій та характеру змін в роботі серцево-судинної системи при поступовому зростанні сенсорного
навантаженні, було виявлено у різних обстежуваних. три характеристичні типи реакцій. У обстежуваних, з першим типом реагування на помилки при появі помилок і подальшому зростанні рівня складності завдання, максимально включаються адаптивні реакції, що дозволяє таким обстежуваним максимально ефективно виконувати завдання будь-якої складності. При цьому безпомилкова робота забезпечується високим рівнем напруження діяльності нервової системи. У обстежуваних з другим типом реакції зростання складності субтесту викликає сенсорне перенавантаження, яке супроводжується різким збільшенням ЧСС, збільшенням кількості помилок та загальною дезорганізацією роботи обстежуваного. При цьому чітко виявляється граничний рівень сенсорного навантаження, який здатні витримувати такі обстежувані У обстежуваних з третім типом реакції характерною є відсутність зворотного зв’язку між успішністю виконання роботи та усвідомленням власних помилок, внаслідок чого у таких обстежуваних не відбувається корекція стратегії виконання завдань при зміні рівня їхньої складності.
Проведене дослідження дає змогу запропонувати новий метод тестування здатності людини до виконання завдань різного типу та складності і роботи на межі її можливостей. Комплекс відносно простих та короткотривалих субтестів дає змогу виявити індивідуальні пороги складності завдань, тобто пороги сенсорного навантаження, при перевищенні яких відбувається
дезорганізація роботи людини. Це дає змогу передбачати індивідуальні реакції людей в складних ситуаціях, коли виваженість їх рішень є критичною для контролю над ситуацією.
Робота виконана в рамках проекту № Ф25 / 6362007 Державного фонду фундаментальних досліджень МОН України
Література
1. Фрэнкин Р. Мотивация поведения: биологические, когнитивные и социальные аспекты. - СПб.: Питер, 2003. - 651 с.
2. Баевский Р.М., Кирилов О.И., Клецкин З.С. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. - М.: Наука, 1984. - 221 с.
3. Макарчук М.Ю., Плаксій Ю.С., Мамілов С., Філімонова Н.Б., Трушина В.А., Чікіна Л.В., Федорчук С.В. Пульсоксиметричний метод оцінки реакції людини на психофізіологічне навантаження // Матеріали Всеукраїнської наукової конференції, присвяченої 160 річчю кафедри фізіології людини і тварин Київського національного університету імені Тараса Шевченка “Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі і патології”.- Київ, 2002.- С. 80.
4. МакарчукМ.Ю., Філімонова Н.Б., Трушина В.А., Чікіна Л.В., Плаксий Ю.С., Мамилов С.О., Федорчук С.В. Програмно-апаратний комплекс оцінки здатності операторів до роботи в умовах психофізіологічного навантаження // В кн.: Мат. науково-практичної конф. “Вищі навчальні заклади - Києву” (12.03.2004 р.). -Київ, 2004. - С. 40 - 41.
ОЦЕНКА СПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЙ ВОЗРАСТАЮЩЕГО УРОВНЯ СЛОЖНОСТИ
Макарчук Н.Ю., Трушина В.А., Филимонова Н.Б., Чикина Л.В., Федорчук С.В., Плаксий Ю.С., Мамилов С.О.
На основе анализа реакций нервной системы, которые проявляются в работе сердечно-сосудистой системы при сенсорной нагрузке, было выявлено три типичные реакции. А именно, первый тип характеризуется наличием обратной связи на увеличение уровня сложности заданий, который свидетельствует об адаптации к изменению сенсорной нагрузки и приводить к тому, что обследуемый старается максимально эффективно выполнять задания любой сложности. Условием для безошибочной работы является высокий уровень напряжения нервной системы. Второй тип реакции на увеличение сложности субтеста свидетельствует о сенсорной перегрузке, которая сопровождается резким увеличением ЧСС, увеличением количества ошибок и общей дезорганизацией работы обследуемого. При этом определялся уровень сенсорной нагрузки, который является границей его возможностей. Третий тип реакций характеризуется отсутствием обратной связи между успешностью выполнения работы и осмыслением собственных ошибок, вследствие чего не происходит коррекция стратегии выполнения заданий, то есть не происходит адаптация к соответствующему уровню сложности задания. Проведенное исследование дает возможность предложить новый метод тестирования способности человека к адаптации к выполнению заданий разного типа и сложности и работы на границе его возможностей. Комплекс относительно простых та кратковременных субтестов позволяет выявить индивидуальные пороги сложности заданий, то есть пороги сенсорной нагрузки, при превышении которых происходит дезорганизация работы человека. Это дает возможность прогнозировать индивидуальные реакции людей в сложных ситуациях, когда взвешенность их решений является критической для контролю за ситуацией.
Ключевые слова: кардиоритм, граница возможностей человека, критический уровень сложности задания, адаптация.
MaKapnyK M.W., TpymuHa B.A., OimMOHOBa H.E., HiKiHa ^.B., OegopnyK C.B., n.iaKcin W.C., MaMimoB C.O.
ASSESSMENT OF ABILITY OF THE PERSON TO PERFORMANCE OF TASKS OF THE INCREASING LEVEL OF COMPLEXITY
Makarchuk M.Yu., Trushina V.A., Filimonova N.B., Chikina L.V., Fedorchuk S.V., Plaksij Yu.S., Mamilov S.O.
On the basis of analysis of reactions of the nervous system which show in the activity of cardiovascular system at a touch load, it has been revealed three typical reactions. Namely, the first type is characterized by presence of a feedback on augmentation of a level of complexity of tasks which testifies to adaptation to change of a touch load and to lead to that surveyed tries to carry out tasks of any complexity as much as possible effectively. A condition for correct work is the high level of a strain of the nervous system. The second type of reaction to augmentation of complexity of the subtest testifies to a touch overload which is accompanied by sharp augmentation cardiac rhythm, augmentation of quantity of errors and the general disorganization of work surveyed. Thus the level of a touch load which is the limit of his opportunities was defined. The third type of reactions is characterized by absence of a feedback between success of performance of work and understanding of own errors owing to what there is no correction of strategy of performance of tasks, that is there is no adaptation to a conforming level of complexity of the task. Carried out research enables to offer a new method of testing of ability of the person to adaptation to performance of tasks of different type and complexity and work on the limit of his opportunities. A complex concerning simple and short-term subtests allows to reveal individual critical level of complexity of tasks, that is thresholds of a touch load at which excess there is a disorganization of work of the person. It enables to forecast the individual reactions of people in complex situations when suspension of their decisions is critical for the control over a situation.
Key words: cardiac rhythm, limit of the person opportunities, critical level of complexity of the task, adaptation.
