PARAMETRES OF HUMAN’S HEART RATE DURING THE PERFORMANCE COMPLEX SENSORIMOTOR COMPUTER TEST CALLED “REACTION ON THE MOVEMENT OBJECT”

Full Text

Актуальность. Реакция на движущийся объект (РДО), как отмечено во многих работах, среди других форм сенсомоторного поведения человека характеризуется сложностью принятия решения, напряженностью зрительного внимания, выраженностью эмоционального компонента [4, 5]. При оценке параметров сенсомоторного теста РДО мы исходили из положений теории функциональных систем о том, что исследуемые нами зрительно-моторные реакции человека являются поведенческими актами, направленными на достижение полезных приспособительных результатов и осуществляемыми на основе предварительной инструкции [5]. Известно, что сердечная деятельность является обязательным компонентом любого целенаправленного поведения. Благодаря многообразию регуляторных механизмов, сердце в своей работе быстро и точно отражает особенности функциональных систем вегетативного и поведенческого уровней [1, 5]. В исследованиях на компьютерной модели теста «Стрелок» у всех обследованных операторов были установлены изменения вариабельности сердечного ритма до и после целенаправленного поведенческого акта, которые проявлялись в укорочении и удлинении одиночных RR-интервалов. В 55% случаев эти изменения имели значимые корреляции с результативностью поведения операторов. На основании анализа результатов исследования авторы сделали заключение о том, что в динамике сердечной деятельности могут быть отражены параметры поведенческих результатов [6]. По результатам исследования ряда авторов, зарегистрировано достоверное удлинение RR-интервалов при принятии решения [6, 10]. Исходя из этого, цель нашего исследования состояла в оценке вегетативного компонента (сердечной деятельности) функциональной системы целенаправленного поведения на компьютерной модели операторской деятельности теста РДО. Материал и методы исследования. В обследовании участвовали 10 студентов-добровольцев (5 девушек и 5 юношей), без нарушений опорно-двигательной системы, средний возраст 19.3±0.3 года. Студентов тестировали в течение 5 дней подряд (с понедельника - по пятницу включительно) в первой половине дня (с 10 до 12 часов). Исследование проводили на компьютере Intel Pentium IV (CPU 3.2 Гц, видеокарта NVIDIA GeForce 7300 GS) с ЖК дисплеем Samsung SyncMaster 940N (1280х1024, с частотой обновления экрана 72 Гц) с использованием зарегистрированного психофизиологического комплекса «Рендо» (свидетельство о регистрации № 2013610421, 2013) [9]. Монитор располагался на расстоянии 70 см от обследуемого. В качестве неподвижной мишени использовали крест размером 100х100 пикселей (30х30 мм), с толщиной линий в 2 пикселя и внутренним пустым пространством, совпадающим с размером маленького креста (33х33 пикселей, 10х10 мм). Маленький крестик начинал движение из центра неподвижного большого креста по воображаемой окружности диаметром 600 пикселей (180 мм). Задача обследуемого состояла в фиксации (остановке движения) маленького крестика в центре большого креста путем нажатия клавиши со стрелкой вниз. В каждом обследовании проводили 4 серии тестирования с указанными в таблице 1 параметрами зрительных стимулов. Таблица 1 Параметры зрительных стимулов в сериях теста РДО Параметры стимулов 1 серия 2 серия 3 серия 4 серия Цвет крестов красный синий синий синий Расположение (относительно циферблата часов) 12 часов 12 часов 12 часов 12 часов Направление движения маленького креста по часовой по часовой против часовой по часовой Скорость движения маленького креста (оборотов/с) 0.5 0.5 0.5 1.0 Количество предъявлений в серии 12 12 12 12 Перед выполнением теста в течение 1 минуты на экране дисплея предъявлялась инструкция следующего содержания: «Вам необходимо нажатием клавиши со стрелкой вниз остановить движущийся маленький крестик в центре большого креста. Внимание! Цвет, расположение, направление и скорость движения маленького крестика может меняться». Результативность операторской деятельности (ОД) оценивали по количеству попаданий в мишень (остановка маленького крестика в центре неподвижного креста - 0 ± 30), количеству опережающих и запаздывающих реакций, величине угловых расстояний (УР) от остановленного маленького креста до центра большого (в градусах). Электрокардиограмму (ЭКГ) регистрировали в I стандартном отведении с помощью аппаратно-программного комплекса Нейрон-Спектр 4/П (ООО "Нейрософт") с частотой опроса АЦП 500 ГЦ. Анализ ЭКГ включал расчет средней длительности, среднего квадратического отклонения (СКО) и ошибки средней RR-интервалов [2, 3, 8]. Для оценки вегетативного компонента выделяли кардиоинтервалы отдельных поведенческих актов (5-7 кардиоинтервалов для 1-3 серии, 3-5 - для 4 серии) и рассчитывали коэффициенты корреляции (КК) между результативностью (величиной угловых расстояний малого крестика до центра неподвижного креста) и параметрами кардиоритма (средней длительность и СКО RR-интервалов). Значимость КК оценивали с помощью Z-метода, значимыми считали КК при p<0.05 [7]. Полученные результаты и их обсуждение. Анализ средних значений параметров, характеризующих вариабельность сердечного ритма обследованных студентов, показал, что в первые 3 дня тестирования в состоянии оперативного покоя и в период чтения инструкции кардиоритм был выражено тахикардическим (длительность кардиоинтервалов менее 600 мс, табл. 2). Таблица 2 Динамика средних значений параметров, характеризующих вариабельность сердечного ритма обследованных студентов на разных этапах тестирования Этапы 1 день 2 день 3 день 4 день 5 день Средняя длительность кардиоинтервалов ± ошибка (мс) ЧИ 595.7±8.0 599.6±8.0 544.2±5.0 674.0±15.1 661.1±18.1 1 серия 577.5±6.7 605.1±7.6 556.0±6.3 663.2±10.6 683.0±10.0 2 серия 562.0±2.6 613.8±8.4 554.9±5.1 692.6±13.2 678.0±6.2 3 серия 578.1±3.9 606.2±7.5 554.0±5.1 674.0±16.4 674.4±11.0 4 серия 598.0±6.2 612.1±3.5 542.9±4.7 679.1±6.5 653.0±5.80 Среднее квадратическое отклонение ± ошибка (мс) ЧИ 33.17±1.85 31.99±2.04 19.54±1.12 52.77±1.50 69.17±6.74 1 серия 23.32±2.52 26.23±1.08 21.87±1.36 36.67±3.38 34.65±1.62 2 серия 8.86±0.48 28.93±3.16 17.63±1.19 45.86±6.97 21.48±1.96 3 серия 13.65±0.56 26.02±1.77 17.72±0.59 56.95±3.52 38.15±2.88 4 серия 21.46±1.57 12.18±1.33 16.45±1.24 22.49±1.21 20.20±1.01 Обозначение: ЧИ - чтение инструкции. В первый день тестирования новизна обстановки и целенаправленного поведения обследованных студентов находила отражение в усилении частоты сердечных сокращений (ЧСС) в первых двух сериях исследования с постепенным восстановлением кардиоритма до исходного уровня в 3 и 4 сериях (табл. 2). В последующие четыре дня исследований динамика средней длительности кардиоинтервалов обследованных студентов в процессе выполнения теста РДО не имела значимых отличий от исходных значений в период чтения инструкции (табл. 2). Снижение психо-эмоционального напряжения, вызванного новизной экспериментальных условий и деятельностью, связанной с активным слежением за мишенью и быстротой двигательной реакции, также нашло отражение в нормализации кардиоритма до уровня умеренно-тахикардического (с длительностью кардиоинтервалов в диапазоне 600-800 мс) на 4 и 5 день обследования (табл. 2). В целом, на основе анализа средних значений ЧСС можно заключить, что данная усредненная характеристика кардиоритма служит критерием оценки уровня психо-эмоционального напряжения операторов и отражает процесс их адаптации к условиям и содержанию операторской деятельности. Известно, что в состоянии функционального покоя в сердечной деятельности проявляется небольшая аритмия (синусовая аритмия), вызванная рядом факторов: ритмическими дыхательными движениями, изменениями газового состава крови [11, 12, 13]. По результатам наших исследований вариабельность сердечного ритма обследованных студентов в период чтения инструкции в течение пяти дней наблюдений соответствовала умеренной сунусовой аритмии. Снижение ЧСС до уровня умеренной тахикардии в 4 и 5 дни исследований сопровождалось усилением синусовой аритмии (табл. 2). При выполнении операторского задания вариабельность сердечного ритма достоверно и значительно снижалась по сравнению с исходным функциональным состоянием оперативного покоя во всех без исключения сериях (табл. 2). Мы предполагаем, что снижение вариабельности сердечного ритма связано с иерархическим соподчинением систем внешнего дыхания и вегетативного кардиорегулирования функциональной системе ОД. По результатам наших исследований СКО проявил себя как более лабильный, более чувствительный и информативный параметр: так в четвертой серии теста РДО увеличение скорости вращения движущегося объекта вызывало достоверное снижение вариабельности сердечного ритма при отсутствии значимых изменений частоты сердечных сокращений (табл. 2). Для изучения этих особенностей нами были выделены и проанализированы интервальные характеристики сердечного ритма в периоды от момента появления очередного условного раздражителя (появление неподвижных большого и малого крестов) до непосредственной двигательной реакции - нажатия на клавишу с целью остановки вращения малого креста в центре неподвижного большого. По результатам наших исследований установлены значимые КК (p<0.05) между результативностью и параметрами кардиоритма в пределах отдельного поведенческого акта силой от 0.43 до 0.83. Полученные данные дают основание предполагать, что во временных параметрах отдельных RR-интервалов находят отражение процессы принятия решений и оценки результативности, а также особенности вегетативного обеспечения операторской деятельности (рис. 1). Установлено, что частота встречаемости значимых корреляций отдельных кардиоинтервалов с результативностью в течение пяти дней обследования существенно снижается, что можно объяснить минимизацией необходимых компонентов функциональной системы ОД в процессе обучения: при автоматизации сенсомоторного навыка и снижении эмоциональной напряженности сердечная деятельность обретает большую автономность (рис. 2). Для уточнения роли сердечного компонента в вегетативном обеспечении отдельного поведенческого акта были выделены некоторые типичные формы кардиодинамики, коррелирующие с результативностью операторов. Полученные данные позволяют предположить, что увеличение длительности кардиоинтервала в период моторного акта отражает процессы, связанные с принятием решения и оценкой достигнутого результата. Рис. 1. Характер корреляционных связей между длительностью RR-интервалов и результативностью поведенческих актов Рис. 2. Динамика значимых корреляций между длительностью RR-интервалов и результативностью целенаправленного поведения Изменение длительности отдельных RR-интервалов с момента начала движения крестика отражает психофизиологические процессы взаимодействия возбуждений, определяющих параметры очередного сенсомоторного акта (рис. 3). Рис. 3. Пример типичной динамики кардиоритма поведенческого акта В данной модели операторской деятельности мы исходили из представлений о том, что в целостной функциональной системе целенаправленного поведения каждый сенсомоторный акт определяется взаимодействием двух комплексов возбуждений: возбуждений, реализующих подготовленную сенсомоторную реакцию, и возбуждений, тормозящих ее начало до определенного момента времени. Выводы. Полученные нами результаты позволяют утверждать, что характер взаимодействий этих комплексов возбуждений находит отражение во временных параметрах последовательных кардиоинтервалов, которые, в свою очередь, могут служить коррелятами процессов принятия решений и оценки результативности целенаправленного поведения операторов.

About the authors

A V Sulin

FGBOU VPO “Voronezh State University”

G A Vashanov

FGBOU VPO “Voronezh State University”

B V Juravlev

Federal State Scientific Institution “Research Institute of Normal Physiology,P.K. Anokhin”

V U Juravlev

FGBOU VPO “Voronezh State University”

S I Gulyaeva

FGBOU VPO “Voronezh State University”

References