Что такое монотония ее последствия для водителя методы снижения влияния

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 21.09.2024

ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММА / МОНОТОНИЯ / ЗАСЫПАНИЕ / ОПЕРАТОРСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ / РАСПОЗНАВАНИЕ РАННИХ СТАДИЙ ДРЕМОТНОГО СОСТОЯНИЯ / РАСПОЗНАВАНИЕ СНИЖЕННОГО УРОВНЯ БОДРСТВОВАНИЯ / EEG / MONOTONY / FALLING ASLEEP / OPERATIONAL ACTIVITY / RECOGNITION OF EARLY STAGES OF DROWSINESS CONDITIONS / RECOGNITION OF LOWER LEVELS OF BEING AWAKE

Аннотация научной статьи по медицинским технологиям, автор научной работы — Ткаченко Ольга Николаевна, Дорохов Владимир Борисович, Свешников Дмитрий Сергеевич, Sveshnikov D.

Рассматривается эффективность распознавания сниженного уровня бодрствования при монотонной операторской деятельности по данным электроэнцефалограммы с использованием индивидуально настраиваемых математических классификаторов. Для создания соответствующих экспериментальных условий использовался компьютерный симулятор вождения автомобиля.

PHYSIOLOGICAL CORRELATES OF DROWSINESS CONDITION IN PERFORMING MONOTONOUS OPERATIONAL WORK

The article dwells on the effectiveness of recognition of lowering levels of being awake while doing monotonous operational work on the basis of data presented by EEG with the use of individually tuned mathematical classifiers. For the creation of experimental conditions a computer simulation of driving a car is used.

О.Н. Ткаченко, В.Б. Дорохов, Д.С. Свешников

Физиологические корреляты дремотного состояния при выполнении монотонной операторской деятельности1

Ключевые слова: электроэнцефалограмма, монотония, засыпание, операторская деятельность, распознавание ранних стадий дремотного состояния, распознавание сниженного уровня бодрствования.

1 Работа выполнена при поддержке гранта РГНФ № 12-36-01293.

Согласно недавнему обзору европейских данных об аварийности за к рулем [3], порядка 20-25% всех ДТП происходит по причине снижения | о уровня бодрствования водителя, причем обычно именно эти ДТП приво- | § дят к тяжелым последствиям вплоть до летальных исходов. Даже частич- с ^ ная депривация сна (не более 5 часов за сутки, предшествовавшие эпизоду вождения) увеличивает риск ДТП в 2,7 раз. Кроме того, в упомянутом обзоре подчеркивается, что, несмотря на растущее количество публикаций о исследованиях уровня бодрствования водителя с использованием автомобильного симулятора, зачастую в качестве независимого показателя состояния испытуемого, с которым сравниваются физиологические показатели, используется частота поворотов руля. Однако ее связь с уровнем бодрствования испытуемого неоднозначна.

Во многих публикациях смешиваются понятия монотонии, умственного утомления и даже субъективного ухудшения настроения [6]. Мы полагаем, что их следует четко разделять, поскольку состояние монотонии возникает при недостаточной нагрузке на когнитивную сферу, а умственной усталости - напротив, при избыточной, и эти состояния по-разному реагируют на кратковременный перерыв в деятельности [7].

Одним из перспективных методов контроля состояния оператора является айтрекинг - бесконтактный метод слежения за движениями глаз испытуемого посредством небольших видеокамер. В последние годы на фоне существенного удешевления айтрекеров наблюдаются попытки интегрировать их в конструкцию автомобилей и рабочих мест операторов. Стоит подчеркнуть, что в некоторых исследованиях показано отсутствие корреляции такого очевидного показателя, как открывание и закрывание глаз, с остальными показателями усталости и дремотного состояния. В работе N. Galley, R. Schleicher [10], как и в ряде других, наблюдались эпизоды микросна с открытыми глазами.

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) является одним из наиболее привлекательных физиологических показателей для создания такого рода систем, поскольку, в отличие от других физиологических параметров, таких, как электрокардиограмма (ЭКГ), электромиограмма (ЭМГ), кожно-гальвани-ческая реакция (КГР) и т.д., отражает непосредственно активность мозга в реальном времени с высоким временным разрешением. В то же время регистрация ЭЭГ не требует сложных и дорогостоящих установок. Распространение беспроводных электродов [10] делает ЭЭГ еще более перспективным показателем, поскольку такие электроды не ограничивают оператора в движении.

Недостатком ЭЭГ является ее большая индивидуальная вариабельность, что может быть преодолено только индивидуальной настройкой

классификатора под конкретного оператора. Однако в математической статистике уже давно существуют методы общего характера, позволяющие разделять классы измерений на основе обучающих выборок [8]. Такие классификаторы позволяют автоматически определять, по каким признакам должна производиться классификация, непосредственно из сравниваемых выборок и, таким образом, являются гораздо более гибкими и адаптивными, чем параметрические классификаторы. Широкое распространение все более сложных вычислительных систем позволяет надеяться, что использование таких методов, более сложных, чем обычные пороговые параметрические классификаторы, в обозримом будущем может стать доступным для широкого внедрения.

Нами проверялась принципиальная возможность и эффективность распознавания ранних стадий дремотного состояния при выполнении монотонной операторской деятельности по физиологическим показателям. Основной упор был сделан на распознавание сниженного уровня бодрствования по ЭЭГ гибкими статистическими методами с учетом индивидуальных особенностей испытуемого.

Материалы и методы исследования

В экспериментах участвовали 10 здоровых добровольцев с нормальным зрением в возрасте от 18 до 35 лет (средний возраст 26 ± 4 года). Каждый испытуемый участвовал в двух экспериментах: контрольном (без депривации сна) и основном (с частичной депривацией сна по предварительной договоренности с экспериментатором). Эксперименты проводились во время дневного пика сонливости (15.00-17.00 ч.). Испытуемые были информированы о процедуре эксперимента и подписывали согласие на участие в нем.

Экспериментальная процедура состояла в том, что испытуемый управлял компьютерным симулятором вождения автомобиля. Он получал инструкцию придерживаться центра дороги, отмеченного пунктирной линией разметки. Через случайные промежутки времени от 1 до 2 мин. на руль подавались случайные возмущения, которые испытуемый должен был корректировать, чтобы продолжать следовать по центральной линии дороги. Если испытуемый засыпал, его будили. Продолжительность эксперимента составляла 1,5 ч.

Регистрировались: ЭЭГ от 19 отведений, ЭОГ от 2 отведений и ЭКГ от 1 отведения с частотой опроса 200 Гц, параметры движений глаз испытуемого посредством бесконтактной системы EyeGaze с частотой опро-

са 120 Гц, видеозапись лица испытуемого и параметры автомобильно- к го симулятора. Референтные электроды были установлены на заушных | о костях. S |

Основным показателем состояния испытуемого служила экспертная с ^ оценка состояния испытуемого по видеозаписи. Видеозапись просматривали три независимых эксперта, которые оценивали состояние испытуемого в баллах: 1 - артефакты записи, 2 - нормальный уровень бодрствования, 3 - умеренно сниженный уровень бодрствования, 4 - сильно сниженный уровень бодрствования, 5 - сон. Участки, получившие баллы 1 и 5, исключались из дальнейшего анализа. Оценки троих экспертов усреднялись для получения финальной экспертной оценки [2].

Данные ЭЭГ очищались от артефактов глазодвигательных движений методом линейной регрессии. Для данных первой серии процедура очистки от глазодвигательных артефактов не производилась. Затем производилась фильтрация данных ЭЭГ в диапазоне 3-40 Гц.

Для классификаторов, требующих обучающей выборки, в качестве обучающих выбирались интервалы, идентифицированные всеми экспертами как состояние с нормальным (2 по пятибалльной шкале) и существенно сниженным (4 по пятибалльной шкале) уровнем бодрствования соответственно. После вычисления всех показателей уровня бодрствования они усреднялись на последовательно следующих друг за другом 15-секундных интервалах и сравнивались с экспертной оценкой, усредненной по тем же интервалам, на всем протяжении опыта.

В качестве универсальных показателей состояния испытуемого использовались: вариабельность RR-интервала, определенная по ЭКГ, и спектральная энтропия Шеннона.

В качестве классификаторов, позволяющих автоматически учесть индивидуальные особенности испытуемого, использовались метод общих пространственных паттернов (Common Spatial Patterns, CSP) и линейный классификатор на основе метода Байеса.

Для оценки качества разделения состояния тем или иным методом использовалась усредненная по всем трем экспертам оценка состояния испытуемого по видеозаписи. Отдельно рассматривались эффективность распознавания (процент верно распознанных интервалов времени) и коэффициент корреляции Пирсона между усредненной экспертной оценкой и классификационной кривой.

Результаты и обсуждение

Производилось сравнение методов CSP, Байеса, спектральной энтропии Шеннона, а также вариабельности сердечного ритма с градуальной экспертной оценкой.

В таблице 1 приведены оценки эффективности классификации различных состояний по сравнению с экспертной оценкой для метода CSP, метода Байеса, спектральной энтропии Шеннона, а также вариабельности сердечного ритма. Для каждого метода приведена его эффективность при оптимальном выборе порога (%), а также коэффициент корреляции этого показателя с экспертной оценкой (С). Звездочкой помечены испытуемые с бедной мимикой и, следовательно, слабо выраженными различиями между состояниями с нормальным и сниженным уровнем бодрствования на видео. Мы полагаем, что для них экспертная оценка могла неадекватно отражать их действительное состояние. Высокий уровень распознавания объясняется тем, что для этих испытуемых количество эпизодов, определенных как существенно сниженный уровень сонливости, было незначительным.

При сравнении с первой серией опытов заметно, что регистрация многоканальной ЭЭГ дает лучшее согласие с экспертной оценкой, чем при отведении от четырех электродов. По нашему мнению, это связано с гибкостью данных методов и их способностью адаптироваться к индивидуальным особенностям разделяемых классов состояний.

Мы полагаем, что по совокупности признаков метод Байеса позволяет достичь наиболее согласующегося с экспертной оценкой по видеозаписи распознавания сниженного уровня бодрствования. Метод CSP показывает близкую к нему эффективность, но меньшую корреляцию с градуальной экспертной оценкой. Спектральная энтропия Шеннона оказалась еще менее эффективным показателем. И, наконец, распознавание по вариабельности сердечного ритма было наименее эффективно, также этот показатель не демонстрировал заметной корреляции с градуальной экспертной оценкой.

Эффективность классификации различными методами для второй | о

Испытуемый Метод CSP Метод Байеса Спектральная энтропия Шеннона ЭКГ

1 100 - 0,04 85 0,30 80 0,32 68 - 0,3

2* 95 0,05 90 0,05 75 0,27 75 0,07

3 83 0 89 0,45 82 - 0,54 60 0,16

4 96 0,20 97 0,35 87 0,32 82 0,19

5* 100 0,17 80 - 0,06 100 0,17 81 0,06

6* 100 0 75 - 0,30 100 0,27 71 0,35

7 89 0,34 87 0,35 78 - 0,03 60 0,43

8 85 0,21 85 0,59 85 0,28 77 0,47

9 81 0,44 77 0,27 73 0,25 82 - 0,15

10 89 0,52 90 0,45 85 0,16 77 0,04

Среднее 92 ± 7 0,19 ± 0,19 86 ± 7 0,24 ± 27 84 ± 9 0,14 ± 26 73 ± 8 0,13 ± 0,24

Среднее без * 89 ± 7 0,24 ± 0,21 87 ± 6 0,39 ± 0,11 81 ± 5 0,11 ± 0,31 72 ± 10 0,12 ± 0,28

Полученная эффективность распознавания соответствует результатам сходных исследований с распознаванием состояния по ЭЭГ, описанным в литературе [13].

При выборе оптимальной длины минимального участка для анализа наилучшая корреляция с экспертной оценкой достигалась для двухминутного интервала в первой серии экспериментов (четыре электрода) и на 15-секундном интервале для второй серии экспериментов (регистрация ЭЭГ от 19 электродов по системе 10-20). Это может свидетельствовать как о недостаточности четырех электродов для эффективного распознавания уровня бодрствования испытуемого, так и о том, что регистрация от теменных и затылочных электродов не является оптимальной для данной задачи, поскольку наибольшие изменения при снижении уровня внимания происходят во фронтальных областях коры [11].

Хорошо видно, что определенное по ЭЭГ состояние испытуемого колеблется чаще, чем отклонение автомобиля от центра дороги и состояние испытуемого, определенное посредством экспертной оценки (рис. 1). Этот результат соответствует представлениям о характерных колебаниях состояния испытуемого в условиях длительной монотонной деятельности [1].

Рис. 1. Снизу вверх представлены усредненные для каждого 15-секундного сегмента: экспертная оценка для каждого 15-секундного сегмента, отклонение автомобиля от центра дороги, классификация состояния методом С8Р, классификация состояния методом Байеса, спектральная энтропия Шеннона и вариабельность КЯ-интервала сердечного ритма. Данные получены в эксперименте с участием испытуемого 8.

Метод спектральной энтропии Шеннона по сравнению с методами CSP и Байеса менее адекватно отражает динамику снижения уровня бодрствования испытуемого. Мы полагаем, что это может быть связано с фиксированным, не учитывающим индивидуальных особенностей ЭЭГ испытуемого, разделением спектра ЭЭГ на диапазоны. Тем не менее, спектральная энтропия Шеннона обнаруживает существенную корреляцию с экспертной оценкой и достаточно неплохую вероятность распоз-

навания состояния испытуемого по сравнению с ЭКГ, что соответствует го данным, приведенным в статье К. Пападелиса с соавторами [14]. | о

Возможность распознавания уровня бодрствования испытуемого по а §

вариабельности сердечного ритма, описанная в работе М. Атсуо и Х. Ясу- 5= така [4], не подтверждается нашими данными.

Применительно к данной задаче метод Байеса демонстрирует большую согласованность с градуальной экспертной оценкой, чем метод CSP, по критерию корреляции с экспертной оценкой. Также классификатор, полученный методом Байеса, в отличие от метода CSP, имеет фиксированный порог. В силу этого мы полагаем, что данный метод является потенциально более эффективным, чем метод CSP.

Метод CSP позволяет проанализировать вклад различных отведений ЭЭГ в итоговый классификатор. Данные второй серии показывают, что при усреднении по всем испытуемым вклад в распознавание состояния испытуемого отведений от фронтальных областей скальпа оказывается выше, чем вклад остальных областей. Это также согласуется с общепринятыми представлениями [11] о том, что наиболее существенные изменения при снижении уровня сосредоточенности испытуемого на задаче происходят во фронтальных областях коры головного мозга. Также данный факт может иметь практическую ценность при создании устройств, распознающих уровень бодрствования по ЭЭГ, с ограниченным количеством электродов.

Нами было показано, что учет индивидуальной специфики испытуемых новыми для данной области методами анализа (Байеса и CSP) позволяет добиться лучшего распознавания сниженного уровня бодрствования, чем метод спектральной энтропии Шеннона. Распознавание состояния испытуемого этими методами происходит правильно в 80-90% случаев, что можно считать очень хорошим результатом, учитывая, что для сравнения использовалась видеозапись лица испытуемого.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что метод Байеса обеспечивает лучшее соответствие экспертной оценке состояния испытуемого, чем метод С8Р, хотя по своей природе он является более чувствительным к качеству входных данных.

1. Пучкова А.Н., Ткаченко О.Н., Дорохов В.Б. Экспериментальная модель для исследования умственного утомления и адаптивной функции дневного сна для

§ 2. Ткаченко О.Н. Физиологические показатели дремотного состояния при

выполнении монотонной операторской деятельности: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М., 2012.

4. Atsuo M., Yasutaka H. Evaluation of Drowsiness by HRV Measures - Basic Study for Drowsy Driver Detection // Fourth International Workshop on Computational Intelligence & Applications IEEE SMC Hiroshima Chapter, 2008. Hiroshima University, Japan, December 10 & 11. Hiroshima, 2008.

7. Desmond P.A., Hancock P.A. Active and passive fatigue states // Stress, Workload and Fatigue / Hancock P.A., Desmond P.A. (eds.). London, 2001. P. 455-465.

8. Detection of lapses in responsiveness from the EEG / Peiris M.T. е.а. // Journal of Neural Engineering. 2011. № 8 (1).

9. Fukunaga K. Introduction to statistical pattern recognition. 2nd ed. Boston, 1990.

10. Galley N., Schleicher R. Subjective and optomotoric indicators of driver drowsiness // Proceeding of the 3rd International Conference on Traffic and Transport Psychology. Nottingham, 2004.

12. Klimesch W., Sauseng P., Halsmayr S. EEG alpha-oscillations: an inhibition-timing hypothesis (Review) // Brain Research Reviews. 2007. V. 53. P. 63-88.

13. Makeig S. Awareness during Drowsiness: Dynamics and Electrophysiologi-cal Correlates // Canadian Journal of Experimental Psychology. 2000. V. 54 (4). P. 266-273.

14. Monitoring sleepiness with on-board electrophysiological recordings for preventing sleep-deprived traffic accidents / Papadelis C. e.a. // Clinical Neurophysiol-ogy. 2007. V. 118. P. 1906-1922.

Ермолаева Екатерина Львовна 1 , Илюшина Елена Сергеевна 1 , Торопова Анастасия Игоревна 1 , Федосеева Любовь Алексеевна 1
1 ФГБОУ ВО Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина (Мининский университет)

Монотонное движение – движение транспортного средства в условиях однообразного ландшафта, отсутствия или небольшого количества других участников дорожного движения, размеренной езды в течение долгого времени. Чаще оно возникает за городом, чем в населенных пунктах или на городских улицах, на которых обычно много автомобилей, пешеходов, велосипедистов и др. Монотонное движение вызывает усталость быстрее, чем интенсивное, однако водитель может сразу ее не почувствовать, так как признаки утомления проявляются спустя некоторое время [1,2,3].

Существует 2 вида монотонии:

Возникающая в том случае, когда человек многократно совершает однотипные движения или действия. В это время его мозг принимает большое количество сигналов, которые посылаются в нервные центры с постоянной высокой скоростью, и происходит нервная и информационная перегрузка. Такой вид монотонии встречается у работающих на конвейере людей, постоянно выполняющих за смену одни и те же действия.
Развивающаяся в результате получения мозгом человека однотипной информации и однообразием восприятия, из-за чего возникает сенсорный голод. Этот вид монотонии характерен для водителей, и вызывается однообразием местности, неменяющейся позой на водительской сиденье, долгим наблюдением за доской приборов автомобиля.

Несмотря на то, что оба вида обусловлены разными причинами (недостаток и избыток информации), организм человека переносит их примерно одинаково. Человек начинает чувствовать скуку и усталость. [1,2,3].

Водители называют такую усталость дорожным гипнозом, который проявляется в том, что человек словно впадает в состояние отупления. Однако для устранения этой усталости человек не нуждается в длительном отдыхе, она проходит сама, когда меняется обстановка на дороге или условия езды. Связано это с тем, что никакие существенные изменения в организме человека не происходят, нарушаются лишь процессы саморегуляции.

Но дорожный гипноз может вызвать сонливость и засыпание, поэтому водителям приходится прикладывать немало усилий, чтобы побороть это состояние. Этот факт позволяет отнести условия работы водителя, находящегося за рулем длительный период времени, к экстремальным, а работа становится тяжелой и изнуряющей.

Дорожный гипноз – это очень опасное явление. У человека, подвергнувшегося влиянию монотонии, существенно увеличивается время реакции – до 30%, затормаживается скорость восприятия и осмысления увиденного. Это может привести к непроизвольному срабатыванию автоматизированных движений и, как следствие, к неадекватной реакции водителя на любое изменение дорожной ситуации, способной повлечь за собой аварию. Нужно заметить, что большинство ДТП (около 80%) происходит в тех местах, где воздействие монотонии особенно велико - в начале и в конце пути.

Каждый человек подвергается влиянию монотонии по-разному: одни более устойчивы, другие – менее. Согласно исследованиям люди подвижного типа, обладающие сильной нервной системой, переносят ее тяжелее людей инертного типа, чья нервная система более слабая. Считается, что 75% водителей очень тяжело переносят монотонию, 22% – тяжело и 3% людей относительно устойчивы к ней.

Однако есть возможность того, что можно натренировать устойчивость к монотонии. Это доказывается тем фактом, что водители-дальнобойщики переносят длительные монотонные поездки намного легче, чем другие водители.

Слушать в дороге музыку, желательно ритмичную, так как медленная будет еще больше успокаивать и замедлять работу мозга.
Подпевать песням на радио, разговаривать с пассажирами, не отвлекаясь при этом от дороги.
Обращать внимание на окружающие предметы, облака, деревья, дома, птиц, зверей. Важно не сосредотачиваться на однообразии ландшафта.
Думать о чем-то интересном и волнующем.
Хорошее средство от монотонии – жевательная резинка, что установили японские ученые.
Можно перекусить в дороге – например, конфетами, орехами, сухофруктами или семечками.

Монотонное движение – это очень опасно, поэтому на однообразных участках водителю нужно быть особенно внимательным.

МОНОТОНИЯ / УПРАВЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЕМ / ЭКГ-ДИАГНОСТИКА / ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ СЕРДЕЧНОГО РИТМА / МОНОТОНіЯ / КЕРУВАННЯ АВТОМОБіЛЕМ / ЕКГ-ДіАГНОСТИКА / ВАРіАБЕЛЬНіСТЬ СЕРЦЕВОГО РИТМУ / MONOTONY / DRIVING / ECG DIAGNOSIS / HEART RATE VARIABILITY

Аннотация научной статьи по медицинским технологиям, автор научной работы — Кулиш С. Н., Олейник В. П., Аксенова Т. А., Кэннэ Т. П.

Показана принципиальная возможность контроля функционального состояния водителя автотранспортных средств в состоянии монотонной деятельности по показателям вариабельности сердечного ритма .

INFORMATIVE FEATURES OF MONOTONIA AT EXCESS DRIVING

The principal possibility of driver’s functional condition control in the state of monotonous activity in terms of heart rate variability is shown.

Аннотация. Показана принципиальная возможность контроля функционального состояния водителя автотранспортных средств в состоянии монотонной деятельности по показателям вариабельности сердечного ритма.

Ключевые слова: монотония, управление автомобилем, ЭКГ-диагностика, вариабельность сердечного ритма.

ІНФОРМАТИВНІ ОЗНАКИ МОНОТОНІЇ ПРИ ТРИВАЛОМУ КЕРУВАННІ

Анотація. Показано принципову можливість контролю функціонального стану водія автотранспортних засобів у стані монотонної діяльності за показниками варіабельності серцевого ритму.

Ключові слова: монотонія, керування автомобілем, ЕКГ-діагностика, варіабельність серцевого ритму.

INFORMATIVE FEATURES OF MONOTONIA AT EXCESS DRIVING S. Kulish, Assistant Professor, Candidate of Technical Science,

V. Oliynyk, Professor, Candidate of Technical Science, T. Aksionova, Master,

Abstract. The principal possibility of driver’s functional condition control in the state of monotonous activity in terms of heart rate variability is shown.

Key words: monotony, driving, ECG diagnosis, heart rate variability.

Бурный рост высоких технологий, в основе которых лежат автоматизированные системы контроля и управления сложными процессами в различных областях техники, в том числе и на автомобильном транспорте, высветил проблему надежности человека-оператора как одного из важнейших элементов таких систем.

Общая тенденция роста доли человеческого фактора в возникновении внештатных ситуаций заставила обратить внимание специалистов по инженерной психологии и эргономике на проблему оценки и контроля психических нагрузок, которые воздействуют на функциональное состояние человека-оператора в процессе деятельности и, тем

самым, влияют на его надежность [1]. В ситуациях, когда доля автоматики в управлении высока, а уровень психической нагрузки низкий, или когда чрезмерная психическая нагрузка не компенсируется уровнем автоматики, возникает состояние монотонии. Монотония — это субъективное состояние пониженной психической активности, которое возникает, как правило, при длительной, постоянно повторяющейся, однообразной, не требующей личной инициативы работе [2].

Основная угроза монотонии как опасного функционального состояния человека-

оператора состоит в блокировке принятия быстрых и верных решений при возникновении внештатных (аварийных) ситуаций при управлении сложными техническими системами и, в частности, автомобильным транспортом.

Цель и постановка задачи

Исходя из актуальности возникающих научных вопросов, полагаем:

Цель данного исследования - предупреждение возникновения аварийных ситуаций при управлении человеком-оператором сложными техническими системами.

Задача исследования - поиск биомедицинских показателей функционального состояния оператора-человека в условиях длительной монотонной нагрузки.

Способ исследования - экспериментальный, с применением аппаратных средств биомедицинской радиоэлектроники.

Методы и аппаратные средства

В качестве способа регистрации медикобиологических показателей состояния оператора был использован метод электрокар-

диографии, так как ЭКГ-сигналы несут комплексную информацию о текущем и потенциальном состоянии организма. Для обработки ЭКГ-данных применена методика вариабельности сердечного ритма (ВСР), которая позволяет определять большое количество численных показателей, а также получать графические зависимости, используя только одно ЭКГ-отведение [3].

В качестве критерия информативности определяемых показателей ВСР была выбрана величина их корреляции с длительностью нагрузки.

ЭКГ-записи составляла 5 мин).

Для корректной систематизации полученных результатов были вычислены средние значения параметров ВСР и определены величины среднеквадратических отклонений (СКО) для каждого параметра в серии однотипных экспериментов. Усредненные значения параметров ВСР для каждого оператора и аппаратно-программного комплекса сведены в таблицы.

По данным проведенных экспериментов, к выявленным признакам монотонии отнесены следующие медицинские показатели: частота сердечных сокращений (ЧСС), индекс вегетативного равновесия (ИВР), индекс напряженности регуляторных систем (ИН), стандартное отклонение всех №К-интервалов ^Б^К), мода (Мо), средняя длина

Я-Я-интервалов (шЯЯ), стресс-индекс (81), индекс централизации (ІС). Как показано на рис. 1, параметр ЧСС со временем убывает, Мо и шЯЯ - возрастают, параметр ІС изменяется скачкообразно, однако наблюдается тенденция уменьшения значения параметра со временем.

Рис. 1. Графическая интерпретация информативных показателей монотонии

Эти показатели имеют максимальный коэффициент корреляции (> 0,9) с длительностью функциональной монотонной нагрузки, причем значения коэффициентов корреляции этих параметров определены с использованием трех различных аппаратно-программных комплексов.

Проведенное исследование показало принципиальную возможность контроля функционального состояния водителя автотранспортных средств в состоянии монотонной деятельности. К перспективным информативным показателям монотонии можно отнести показатели вариабельности сердечного ритма, определяемые методом электрокардиографической диагностики. Следует также отметить, что на чистоту эксперимента влияет перерыв в функциональной нагрузке на оператора во время записи ЭКГ. Для получения более точных данных рекомендуется использовать непрерывный мониторинг ЭКГ оператора во время нагрузки.

1. Бодров В.А. Психология и надежность:

человек в системах управления техникой / В.А. Бодров, В.Я. Орлов. - М.: Институт психологии РАН, 1998. -

2. Щербатых Ю.В. Психология труда и

кадрового менеджмента в схемах и таблицах: учебно-справочное пособие / Ю.В. Щербатых. - М.: Кнорус, 2011. -248 с.

3. Баевский P.M. Математический анализ

изменений сердечного ритма при стрессе / P.M. Баевский. - М.: ИНФРА-М, 1984. - 256 с.

Аннотация научной статьи по психологическим наукам, автор научной работы — Ничуговский А.А., Есманская Н.Е.

В данной статье представлены определение монотонии и факторы, влияющие на ее возникновение и проявления. Проанализированы последствия монотонии для успешности образовательной деятельности. Приводятся особенности данного функционального состояния в зависимости от специальности высшего образования и курса обучения. Автор видит значимость исследования данной проблемы для решения проблем учебной деятельности и развития личности студентов.

PROBLEMS ASSOCIATED WITH MONOTONY AS A NEGATIVE EMOTIONAL CONDITION IN STUDENTS DURING EDUCATIONAL PROCESS

This article presents a definition, factors influencing the manifestation and occurrence of monotony , and consequences of monotony . The author states the importance of studying this problem for solving problems of educational activity and the personality development in students.

ПРОБЛЕМЫ МОНОТОНИИ КАК НЕГАТИВНОГО ЭМОЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ У СТУДЕНТОВ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Аннотация. В данной статье представлены определение моно-тонии и факторы, влияющие на ее возникновение и проявления. Проанализированы последствия монотонии для успешности образовательной деятельности. Приводятся особенности данного функционального состояния в зависимости от специальности высшего образования и курса обучения. Автор видит значимость исследования данной проблемы для решения проблем учебной деятельности и развития личности студентов.

PROBLEMS ASSOCIATED WITH MONOTONY AS A NEGATIVE EMOTIONAL CONDITION IN STUDENTS DURING EDUCATIONAL PROCESS

Abstract. This article presents a definition, factors influencing the manifestation and occurrence of monotony, and consequences of monotony. The author states the importance of studying this problem for solving problems of educational activity and the personality development in students.

Key words: monotony, negative emotional state.

слова: монотония, эмоциональное со-

Актуальность данной проблемы продиктована поиском и обсуждением в науке таких аспектов, которые могут влиять на эффективность учебной деятельности в высших учебных учреждениях.

Учебная деятельность студентов связана с высоким уровнем психологического напряжения в процессе овладения большим объемом знаний, требующих умственных усилий и интенсивности. Из этого следует, что для достижения целей и решения задач в учебной деятельности усилия должны быть соизмеримы с психофизиологическими и психологическими возможностями обучающихся студентов. Если не учитывать вышеизложенные особенности, то цели образования утратят свою значимость в жизни студента.

До сегодняшнего дня эффективность учебной деятельности оценивалась на основе личностных особенностей обучающихся. Однако последние исследования говорят о том, что не последнюю роль для анализа эффективности и продуктивности процесса обучения имеют психологические особенности состояния студентов, так как процесс обучения происходит на фоне состояний человека и контролируется этим состоянием.

Психологические эмоциональные состояния изучены и проанализированы в работах В. А. Ганзена, Е. П. Ильина, А. Б. Леонова, Л. Р. Фахрутдинова, Н. Д. Ле-витова и Э. И. Киршбаума.

Монотония - функциональное состояние человека, возникающее при однообразной, монотонной деятельности. Оно характеризуется снижением тонуса и восприимчивости, ослаблением сознательного контроля, ухудшением внимания и памяти, стереотипизацией действий, появлением ощущения скуки, потерей интереса к работе. Продуктивность деятельности может восстанавливаться лишь временно - за счет особых волевых усилий. В ответ на монотонные условия деятельности могут развиваться явления пресыщения психического характера [1].

Монотонноустойчивость, с точки зрения психологических факторов обуславливается типом нервной системы, волевыми качествами, характером и темпераментом.

Согласно А. О. Прохорову, усталость - ощущение слабости, упадка сил от усиленной деятельности, напряжения, синоним утомления [2].

Состояние апатии у студентов в первую очередь обусловлено снижением заинтересованности к учебной деятельности: "надоело", "наскучило". Учебная деятельность для человека становится однообразным, монотонным "трудом".

Состояние монотонности обычно определяется как "эмоционально-мотивационный вакуум". Онтогенез состояния монотонности опосредован ростом возбуждения в двигательных корковых центрах. Это происходит на фоне развития торможения на других участках головного мозга связанных с приемом и переработкой информации. Эти изменения говорят о снижении активности (усталость). Это состояние характерно прежде всего для первокурсников. Монотония вызвана однообразием впечатлений, но не действий, и является побудительной силой этого состояния [3,4]. Монотонный род деятельности часто приводит к снижению активности психических процессов. Для студентов-старшекурсников такие состояния, как апатия, сонливость, очевидны.

По утверждению одних ученых такое субъективное чувство как усталость является показателем тяжести работы (учебы). Другие ученые считают, что функцией усталости является защита, предупреждающая полное истощение организма. Академик А. А.Ухтомский писал об усталости, как о патологическом состоянии.

Для студентов, особенно старших курсов, это состояние проявляется в виде сонливости. Причиной появления данного состояния являются психологические и психофизиологические факторы.

Типичные состояния и их интенсивность в течение всего учебного процесса зависят от различных детерминант. Наиболее существенной из них является выбор специализации. Для студентов, выбравших гуманитарные науки, свойственны такие состояния, как апатия, сомнения, пассивность, усталость, то есть снижение психической активности.

У студентов, выбравших естественнонаучные факультеты, преобладают положительные состояния: радость, восторг, счастье, то есть высокая психическая

активность. Для студентов физико-математических факультетов характерна низкая психическая активность, проявляющаяся в раздражительности и усталости.

Также выявлено, что на проявление и возникновение монотонии оказывает влияние этап обучения. Данный факт связан с тем, что каждому этапу соответствует свое содержание. На первом курсе начальный адаптивно-ориентировочный этап характеризуется такими состояниями, как радость, активация и восторг, то есть с состояниями высокой психической активности.

На третьем курсе учебная деятельность отличается увеличением раздражительности, пассивностью и снижением заинтересованности. Пятый курс, который является заключительным (учебно-профессиональным) отмечается состоянием страха, тревожности, стресса и усталости. Также замечено, что независимо от этапов специализации положительные состояния имеют более высокое значение по шкале переживаний [5].

В условиях монотонии у большинства студентов в ходе учебного процесса приводит к сужению объему внимания и нервному истощению, в результате этого происходит снижение психической активности мозга. Е. И. Ильин отмечает, что состояние монотонии предшествует утомлению.

Представленная проблематика имеет приоритетное значение для развития личности студентов и решения проблем учебной деятельности.

Конфликт интересов отсутствует.

1. Головин С. Ю. Словарь практического психолога/ С. Ю. Головин.— М., АСТ, Харвест,1998.

2. Райе Ф. Психология подросткового и юношеского возраста / Ф. Райе. — СПб.: Питер, 2000. — 902 с.

3. Асеев В. Г. Проблема монотонности в исследованиях зарубежных авторов / В. Г. Асеев // Вопросы психологии. 1975. -№ 1. — 163-169 с.

4. Ищенко Т. В. Место студенчества в социальной структуре общества / Т. В. Ищенко. Томск: Б. и., 1970. — 243 с.

5. Шмелева С.А. Психические состояния студентов педагогических специальностей и их взаимосвязь с профессионально важными качествами в процессе обучения в вузе : автореф. дис .кад. психол. наук /С.А. Шмелева - Казань, 2010.

1. Golovin S. YU. Slovar' prakticheskogo psikhologa [Dictionary of practical psychologist]/ S. YU. Golovin.— M., AST, Kharvest,1998. (in Russian)

2. Rayye F. Psikhologiya podrostkovogo i yunosheskogo vozrasta [Psychology of adolescence and adolescence]/ F. Rayye. — SPb.: Piter, 2000. — 902 s. (in Russian)

3. Aseyev V. G. Problema monotonnosti v issledovaniyakh zarubezhnykh avtorov [The problem of monotony in the studies of foreign authors] / V. G. Aseyev // Voprosy psikhologii. 1975. -№ 1. — 163-169 s. (in Russian)

4. Ishchenko T. V. Mesto studenchestva v sotsial'noy strukture obshchestva [The place of students in the social structure of society]/ T. V. Ishchenko. Tomsk: B. i., 1970. — 243 s. (in Russian)

5. Shmeleva S.A. Psikhicheskiye sostoyaniya studentov pedagogicheskikh spetsi-al'nostey i ikh vzaimosvyaz' s professional'no vazhnymi kachestvami v protsesse obu-cheniya v vuze [Mental conditions of students of pedagogical specialties and their interrelation with professionally important qualities in the process of studying in high school]: avtoref. dis .kad. psikhol. nauk [the author's abstract. Dis. Cad. Psychol. Sciences]/S.A. Shmeleva - Kazan', 2010. (in Russian)

При управлении автомобилем в условиях, когда на дороге нет других участников движения, при однообразном ландшафте, водитель быстрее почувствует усталость, чем при управлении автомобилем в условиях интенсивного городского движения. Таким образом, в монотонной обстановке при недостатке информации или вынужденной бездеятельности чувство усталости может возникнуть даже быстрее, чем при активной напряженной работе, хотя объективных признаков утомления при этом еще может и не быть.

В психологии принято различать две монотонии:

- развивающуюся в результате многократного повторения одних и тех же движений и поступления большого количества одинаковых сигналов в одни и те же нервные центры, т.е. информационной перегрузки ( например, работа на конвейере с мелкими операциями, когда человеку за смену приходится сотни и тысячи раз повторять одни и те же движения);

Монотония развивается при длительной езде по прямой дороге в условиях однообразной и ничем не примечательной местности. Набегающая на водителя дорога непроизвольно приковывает к себе его внимание, а ритмичные покачивания автомобиля, порой блики на его капоте еще более усиливают ее тормозное действие. Под воздействием монотонии существенно увеличивается время реакции водителя (при езде по монотонной дороге за 10—12 км пути оно возрастает на 30 %). Под влиянием монотонии происходит затормаживание процессов восприятия и мышления, открывается большой простор для непроизвольных срабатываний всяких автоматизированных действий. И это становится ужа опасным. Поскольку, как известно из психологии, автоматизмы срабатывают на определенные ситуации, а при заторможенном восприятии всякие неожиданно возникающие дорожные ситуации могут восприниматься неадекватно и вызывать неуместные двигательные реакции. Все эти факторы — заторможенное восприятие и мышление, замедленная реакция, склонность к непроизвольным ошибочным движениям способствуют возникновению дорожных происшествий. Поэтому не случайно 78 % таких происшествий приходится на последнюю и первую треть монотонных участков дороги, т.е. на участки, где уже накапливается воздействие монотонии при прямом и обратном движении.

Люди по-разному устойчивы к монотонии, по-разному ее переживают. Так, замечено, что те, у кого сильная нервная система, переживают монотонию сильнее, чем те, у кого она слабая, что подвижные типы переносят ее хуже, чем инертные. Изучение водителей показали, что 74 % водителей очень тяжело переносили состояние монотонии, 23 % — тяжело и лишь 3 % были относительно устойчивы к монотонии. Замечено, что водители, работающие длительное время на дальних междугородных перевозках грузов, легче переживают монотонность дороги, чем другие водители. Это позволяет предположить, что существует некоторая тренируемость к монотонным условиям.

Также для предупреждения такого состояния на однообразных участках дороги рекомендуется использовать средства, активизирующие внимание водителей: беседа со спутником (лучше со спутницей), жевание сушеных фруктов или кислых конфет. Заторможенное состояние у водителя может возникнуть и при отсутствии утомления, но даже незначительное утомление способствует его появлению.

Читайте также:

Что такое монотония ее последствия для водителя методы снижения влияния

PHYSIOLOGICAL CORRELATES OF DROWSINESS CONDITION IN PERFORMING MONOTONOUS OPERATIONAL WORK

Аннотация научной статьи по медицинским технологиям, автор научной работы — Кулиш С. Н., Олейник В. П., Аксенова Т. А., Кэннэ Т. П.

Похожие темы научных работ по медицинским технологиям , автор научной работы — Кулиш С. Н., Олейник В. П., Аксенова Т. А., Кэннэ Т. П.

INFORMATIVE FEATURES OF MONOTONIA AT EXCESS DRIVING

Аннотация научной статьи по психологическим наукам, автор научной работы — Ничуговский А.А., Есманская Н.Е.

Похожие темы научных работ по психологическим наукам , автор научной работы — Ничуговский А.А., Есманская Н.Е.

PROBLEMS ASSOCIATED WITH MONOTONY AS A NEGATIVE EMOTIONAL CONDITION IN STUDENTS DURING EDUCATIONAL PROCESS