SYSTEMS ANALYSIS OF BEHAVIOURAL AND VEGETATIVE PARAMETERS DURING LEARNING OF SENSOMOTOR TASK IN HUMAN

Abstract

We investigated the behavior of man during the computer test. The behavioural and vegetative parameters of 39 students were registered and analysed. It was found four types of subjects motor activity and cardiac rhythm during the test period. Correlation dependence between the sensomotor and vegetative parameters was established.

Full Text

Актуальность. Автоматизация технологических процессов и широкое использование ЭВМ в современных условиях определяют необходимость системного изучения функциональных возможностей и резервов организма, как ключевого звена в системе человек-оператор. С этих позиций, создание информативных компьютерных моделей операторской деятельности для исследования индивидуальных и типологических психофизиологических особенностей человека является актуальным. Оценка функционального состояния оператора представляет собой важное условие оптимизации труда, повышения его эффективности. Решение проблемы диагностики способностей и состояния человека в процессе производственной и иной деятельности, обеспечивает выполнение ряда социальных задач, направленных на снижение заболеваемости, эффективности производства, профессионального подбора кадров. Исходя из этого, цель данного исследования состояла в разработке и обосновании компьютерной модели операторской деятельности (ОД) на основе изучения некоторых психофизиологических закономерностей организации функциональной системы ОД и ее физиологической оценки. Материал и методы исследования. Было обследовано 39 студентов (20 юношей и 19 девушек). Для объективизации и стандартизации исследования постановка задачи, тестирование операторов, регистрация и анализ кардиоритма осуществляли с помощью ЭВМ. Предварительно обследуемые студенты были адаптированы к условиям тестирования и имели навыки операторов ЭВМ в рамках учебной программы подготовки биологов. В качестве модели операторской деятельности был разработан компьютерный вариант (платформа DOS) теста "кольца Ландольта". Тест представлял собой серию колец внешним диаметром 85 мм с одним разрывом на 12, 3, 6 или 9 часов, последовательно предъявляемых в центре экрана дисплея. Тестирование заключалось в определении места разрыва колец с помощью нажатия клавиатурных клавиш со стрелками и состояло из трех этапов. На первом этапе операторам предлагали работать без ошибок, на втором этапе - на скорость, а на третьем - необходимо было сочетать максимальную скорость реакции и безошибочность. На каждом из этапов операторы дважды выполняли задание в течение двух минут с 30 секундным перерывом между попытками. На всех этапах тестирования регистрировали поведенческие реакции операторов (результативность - количество правильно определенных колец, и ошибочность) и электрокардиографические показатели с помощью аппаратно-программного комплекса "Нейрокартограф" (Москва, фирма МБН). В электрокардиограмме выделяли длительность RR-интервалов и проводили анализ вариабельности зарегистрированного кардиоритма на отдельных этапах тестирования. С помощью тест-опросников определяли уровни личностной и ситуативной тревожности (по Спилбергу в модификации Ю.Л.Ханина; Ю.Л.Ханин, 1991) и проявления свойств ЦНС (по В.К.Сафонову; В.К. Сафонов, 1997). Для анализа зарегистрированных параметров использовали методы дескриптивной (описательной) статистики; выделение групповых особенностей проводили на основе кластерного дивизивного анализа, достоверность групповых различий обосновывали с помощью t-критерия Стьюдента; приведенные в работе коэффициенты корреляции рассчитаны на уровне значимости p<0.05. При постановке цели исследования и анализа полученных результатов мы исходили из положения о том, что операторская деятельность представляет собой целенаправленное поведение человека, осуществляемое на основании предварительной инструкции (О.Я.Боксер, К.В.Судаков, 1981). При выполнении задания происходит развертывание функциональной системы операторской деятельности, архитектоника которой, с позиции теории функциональных систем, включает стадии принятия решения и эфферентного синтеза. В исследованиях П.К. Анохина, К.В. Судакова, Г.Ц. Агояна, Б.В. Журавлева и многих других показано, что на стадии эфферентного синтеза постоянно происходит интеграции афферентно-эфферентых возбуждений как на промежуточных, так и конечном этапе достижения результата, физиологический смысл которых заключается в согласовании и закреплении центральных и периферических (соматических и вегетативных) исполнительных механизмов операторской деятельности (П.К.Анохин, 1968; К.В.Судаков, 2002; Г.Ц.Агонян, 1997; Б.В.Журавлев, 1996). Полученные результаты и их обсуждение. Анализ поведенческих реакций показал, что на первом этапе тестирования (задача безошибочной деятельности) среднее значение результативности (среднее количество определений разрывов колец в двух попытках - 104.7±2.5 и 113.6±1.64) и среднее число ошибок (1.18±0.2 и 0.77±0.17) было значительно ниже, чем на последующих этапах (p<0.01). На втором и третьем этапах смена установки ОД вызывала, в основном, увеличение средних значений ошибочных реакций при максимальной средней результативности операторов. Установлено различие в организации ОД у девушек и юношей. На первом этапе девушки в среднем отличались более низкой результативностью и совершали меньшее число ошибок по сравнению с юношами (p<0.05). Во второй попытке первого тестирования происходили коррекция и закрепление исполнительных механизмов функциональной системы ОД: прирост результативности у девушек составил 13%, а ошибочность уменьшилась на 64%, у юношей - на 5% и 48%, соответственно (рис. 1). Описание: Результативность МЖ Рис. 1. Динамика результативности (столбики) и ошибочности (линии) юношей и девушек в зависимости от характера установки В исходном состоянии функционального покоя средняя длительность RR-интервалов у юношей и девушек соответствовала нормокардическому ритму (0.848±0.025 с). Достоверное увеличение частоты сердечных сокращений (ЧСС) операторов в среднем на 13% происходило во время чтения задания (p<0.05); в дальнейшем умеренная тахикардия сохранялась на всех этапах тестирования. Проведенный корреляционный анализ длительности кардиоинтервалов выявил значимые сильные связи (0.945, p<0.001) между ЧСС обследуемых студентов при чтении задания и на всех этапах тестирования. Выделенные корреляционные связи отражают роль системы кровообращения, как важнейшего вегетативного компонента функциональной системы операторской деятельности. Полученные результаты подтверждают положение о том, что во время чтения инструкции на стадии афферентного синтеза происходит взаимодействие обстановочных и внутренних мотивационных возбуждений, отражающих функциональное состояние операторов. Формируется основа функциональной системы ОД как особая эмоционально-мотивационная организация нейродинамических процессов, включающая подсистему семантической обработки зрительной информации (инструкции), активацию механизмов памяти, создание предпусковой интеграции соматических и вегетативных исполнительных компонентов, акцептора результатов действия (АРД) предстоящей операторской деятельности (Б.В.Журавлев, 1996; К.В. Судаков, 2002). В наших исследованиях это отражалось в опережающей, по отношению к самой ОД, симпатотонической перестройке кардиорегулирования и создании определенного психоэмоционального напряжения операторов, сохраняющегося в дальнейшем на всех этапах тестирования. В результате анализа данных психологического тестирования установлено, что уровень личностной и ситуационной тревожности, проявления свойств нервной системы обследованных студентов в целом соответствовал среднему значению и достоверных различий по половому признаку не установлено. Корреляционный анализ выявил значимые взаимосвязи между средними значениями некоторых поведенческих, вегетативных и психологических показателей обследованных операторов (рис. 2). Описание: КК ПВР Рис. 2. Значимые корреляционные связи между некоторыми поведенческими, кардиоритмическими и психологическими параметрами обследуемых студентов. Обозначения: СПТ - сила процессов торможения, Р - результативность, О - ошибочность, ЧСС 1П - частота сердечных сокращений во время первого тестирования на каждом из этапов, Д 1П - дисперсия длительности кардиоинтервалов во время первого тестирования на каждом из этапов. Анализируя выявленные значимые корреляционные связи между поведенческими и кардиоритмическими показателями с позиции теории функциональных систем П.К.Анохина, можно предположить, что при выполнении теста система кардиорегулирования иерархически соподчинена функциональной системе операторской деятельности. Следовательно, установленные зависимости между дисперсией длительности кардиоинтервалов (основным параметром, характеризующим вариабельность сердечного ритма), результативностью (у юношей) и ошибочностью (у девушек) отражают различия в стратегии поведения операторов. На основе кластерного дивизивного анализа результативности и ошибочности ОД на всех этапах тестирования были сформированы четыре группы операторов (таблица). Таблица Групповые особенности выполнения теста группы юноши (n/%) девушки (n/%) показатели выполнения теста результативность ошибочность 1 5 (25%) 14 (73.7%) 110.25±3.77** 0.72±0.12 2 3 (15%) 2(10.5%) 123.07±1.74 2.10±0.50х 3 5 (25%) 1 (5.3%) 121.72±2.02 3.31±0.42хх 4 7 (35%) 2(10.5%) 123.45±2.40 0.80±0.09 Примечание: ** - p<0.01 по сравнению с 2-4 группами; х - p<0.05 и хх - p<0.01 по сравнению с 1 и 4 группами. Как следует из данных, приведенных в таблице, 84 % девушек (1 и 4 группы) совершали минимальное количество ошибок на всех этапах тестирования, а 75% юношей (2-4 группы) продемонстрировали высокую скорость выполнения операторского задания. Используемый метод выделения групп операторов по результативности их ОД оказался информативным и адекватным, т.к. групповые особенности поведения операторов подтвердились различиями в динамике кардиоритмических параметров (рис. 3). Описание: ЧСС Рис. 3. Групповая динамика длительности кардиоинтервалов операторов Обозначения: Фон - исходное состояние функционального покоя; ЧЗ - чтение задания; 1, 2, 3 - этапы выполнения теста. Выводы. Поскольку параметры кардиоритма не только определяют энергетическое обеспечение операторской деятельности, но и отражают активность симпатического и парасимпатического отделов нервной системы, данные формы кардиореагирования позволяют оценивать степень участия механизмов вегетативного обеспечения в организации ОД. В целом можно сказать, что успешность операторской деятельности каждой группы обследованных студентов с точки зрения физиологических затрат имела разную "функциональную стоимость".