Способ определения утомления человека
Владельцы патента RU 2364316:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к офтальмологии и может быть использовано для определения утомления человека. Испытуемому задают тест с постоянной нагрузкой и предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс. Периодически методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один. Строят график динамики порогового межимпульсного интервала в координатах «значение порогового межимпульсного интервала - время тестирования». Состояние утомления человека определяют по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала. Способ позволяет установить степень утомления человека с высокой точностью. 1 табл., 3 ил.
Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для определения утомления человека.
Известен способ определения утомления человека, заключающийся в том, что регистрируют электрическое сопротивление кожи обеих рук, измеряют амплитуду потенциала электрического сопротивления кожи, вычисляют коэффициент сопротивления по формуле
Kac=2(v1-v2)/(v1+v2),
где v1 - амплитуда потенциала электрического сопротивления кожи на правой руке, v2 - амплитуда потенциала электрического сопротивления кожи на левой руке, и при Каc менее 0,2 определяют состояние утомления [1].
Недостатком способа является сложность определения электрического сопротивления кожи при выполнении физических упражнений.
В регуляторных процессах, происходящих в организме человека, доминирующая роль принадлежит центральной нервной системе, поэтому при оценке состояния человека необходимо оценивать состояние самой центральной нервной системы [2]. В качестве психофизиологических параметров, характеризующих состояние центральной нервной системы, используются психофизиологические параметры состояния зрительного анализатора, так как эффективность его функционирования зависит прежде всего от уровня функционирования центральной нервной системы [3].
Известен способ определения утомления человека путем измерения критической частоты слияния световых мельканий, воспринимаемых поочередно правым и левым глазом, при этом разность получаемых величин менее 15% свидетельствует о наличии утомления [4].
Известен способ определения утомления человека путем измерения критической частоты слияния световых мельканий красного и зеленого цветов последовательно для одного глаза с последующим определением разности полученных величин, при разнице меньше 0,3 Гц диагностируют утомление [5].
Недостатком способов является низкая точность определения степени утомления человека, обусловленная низкой точностью измерения критической частоты световых мельканий.
Ни один из известных способов не может быть принят в качестве прототипа к предлагаемому способу определения степени утомления человека.
Технический результат предлагаемого способа определения утомления человека заключается в повышении достоверности оценки.
Технический результат достигается тем, что испытуемому задают тест с постоянной нагрузкой и предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс; периодически методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один; состояние утомления человека определяют по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала.
На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых испытуемому в процессе тестирования, где tи - длительность светового импульса; Т - длительность временного интервала повторения парных световых импульсов; τ - длительность межимпульсного интервала.
На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала при определении его порогового значения.
На фиг.3 представлен график динамики порогового межимпульсного интервала при тестировании.
Предлагаемый способ определения утомления человека осуществляется следующим образом.
Испытуемому задают тест с постоянной нагрузкой и предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, разделенных начальным межимпульсным интервалом, равным 70 мс (фиг.2, интервал времени 0-T1).
В процессе тестирования периодически методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени T1-T2). Состояние утомления человека определяют по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала.
Предлагаемый способ определения утомления человека позволяет повысить достоверность оценки.
При предъявлении испытуемому последовательности парных световых импульсов длительностью tи, разделенных межимпульсным интервалом τ>τпор, off-система зрительного анализатора после окончания первого импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его окончании, поэтому у испытуемого возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов.
При уменьшении длительности межимпульсного интервала τ между двумя световыми импульсами восприятие зрительных импульсов затрудняется из-за влияния обратной маскировки, заключающейся в ухудшении восприятия первого по времени импульса вследствие предъявления второго импульса в непосредственной пространственно-временной близости с первым, а также прямой маскировки, при которой первый импульс влияет на качество восприятия второго [6]. Поэтому при уменьшении длительности межимпульсного интервала τ между двумя световыми импульсами до значения τ=τпор off-система зрительного анализатора после окончания первого импульса не успевает возбудиться и сформировать сигнал, свидетельствующий о его окончании, и у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один.
Во время ответов на световые стимулы появляется вначале рецептивное поле (РП) нейрона небольшого размера. Затем регистрируемое РП расширяется, после чего ослабляется, фрагментируется и исчезает. Статистическая оценка показала, что исчезновение регистрируемого РП нейрона приходится на период от 100 до 200 мс после появления светового стимула [7]. После исчезновения РП нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию нового стимула [8], поэтому длительность световых импульсов принята равной 200 мс.
Так как формирование зоны возбуждения РП заканчивается через 60-70 мс после предъявления светового стимула [8], длительность межимпульсного интервала принята равной 70 мс. При такой длительности межимпульсного интервала off-система зрительного анализатора после окончания первого светового импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его прекращении.
При межстимульном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [9]. Для устранения эффекта маскировки между парами световых импульсов парные световые импульсы повторяются через постоянный временной интервал 1 с.
Изменения в организме, обусловленные развитием утомления, заключаются в дискоординации процессов в органах и системах организма, увеличении физиологической стоимости работы [10]. Состояние центральной нервной системы, осуществляющей регуляцию процессов, происходящих в организме человека, меняется. Центральная нервная система переходит в состояние напряженности, о чем свидетельствует резкое уменьшение порогового межимпульсного интервала между двумя импульсами в паре.
Таким образом, предлагаемый способ отличается от известных новым свойством, обусловливающим получение положительного эффекта.
Пример. Испытуемый 3., 20 лет, кандидат в мастера спорта по лыжным гонкам, выполнил тестирование с использованием велоэргометра модели ВЭ-05 "Ритм" ТУ 200 УССР 45-86 в положении сидя со скоростью педалирования 60 об/мин. Величина нагрузки постоянной мощности принималась равной 100% должного максимального потребления кислорода, определяемого по номограммам Б.П.Преварского. Во время тестирования врачом выполнялся постоянный контроль состояния испытуемого по его внешнему виду, частоте сердечных сокращений и артериальному давлению, изменения которых служили врачу основанием для прекращения тестирования. Определение порогового межимпульсного интервала выполнялось в начале тестирования и через каждые 2 минуты педалирования.
Данные значений порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования представлены в таблице, график динамики значений порогового межимпульсного интервала - на фиг.3.
| Время тестирования, мин | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| Значение порогового межимпульсного интервала, мс | 8,1 | 7,6 | 7,2 | 7,0 | 6,9 | 6,9 |
| Время тестирования, мин | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 |
| Значение порогового межимпульсного интервала, мс | 6,9 | 6,8 | 6,8 | 6,9 | 6,9 | 6,9 |
| Время тестирования, мин | 24 | 26 | 28 | 30 | 32 | 34 |
| Значение порогового межимпульсного интервала, мс | 6,9 | 6,9 | 7,0 | 7,2 | 7,2 | 7,3 |
| Время тестирования, мин | 36 | 38 | 40 | 42 | 44 | - |
| Значение порогового межимпульсного интервала, мс | 7,4 | 7,3 | 7,2 | 6,8 | 5,9 | - |
Анализ графика порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования позволяет определить состояние утомления человека по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала, равному 42 минутам. В это время необходимо закончить тестирование, иначе дальнейшая нагрузка приведет к переутомлению.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет достоверно определить состояние утомления человека.
Источники информации
1. Авторское свидетельство 1531991 СССР, А61В 5/16. Способ определения утомления человека и устройство для его осуществления. / М.А. Шевандин, О.И. Грибков, Г.В. Таратынова, И.М. Подклетнова (СССР).
2. Маслов Н.Б., Блощинский И.А., Максименко В.Н. Нейрофизиологическая картина генеза утомления, хронического утомления и переутомления человека-оператора. // Физиология человека. - 2003. - Т.29. - №5. - С.123-133.
3. Кравков С.В. Глаз и его работа. Психофизиология зрения, гигиена освещения. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1950. - 531 с.
4. Авторское свидетельство 1179989 СССР, А61В 5/16. Способ определения утомления человека. / И.А.Казановская, З.Ф.Кенга (СССР).
5. Авторское свидетельство 1436991 СССР, А61В 5/16. Способ определения степени утомления человека. / Ф.Г.Алекперов, А.Д.Вдовиченко, Г.С.Гроссу, А.С.Парсаданян (СССР).
6. Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А. Реакция нейронов и вызванные потенциалы в подкорковых структурах мозга при зрительном опознании. Сообщение IV. Эффект маскировки зрительных стимулов. // Физиология человека. - 1987. - Т.13. - №4. - С.561-566.
7. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре. // Физиология человека. - 1997. - Т. 23. - №2. - С.68-79.
8. Подвигин Н.Ф. Динамические свойства нейронных структур зрительной системы. Л.: Наука, 1979. - 158 с.
9. Тароян Н.А., Мямлин В.В., Генкина О.А. Межполушарные функциональные отношения в процессе решения человеком зрительно-пространственной задачи. // Физиология человека. - 1992. - Т.18. - №2. - С.5-14.
10. Смирнов К.М. Напряженность труда. // Успехи физиологических наук. - 1984. - Т.15. - №1. - С.76-99.
Способ определения утомления человека, заключающийся в том, что испытуемому задают тест с постоянной нагрузкой и предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс; периодически методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один, и строят график динамики порогового межимпульсного интервала в координатах «значение порогового межимпульсного интервала - время тестирования»; состояние утомления человека определяют по времени резкого уменьшения значений порогового межимпульсного интервала.
