Способ определения степени умственного утомления
Владельцы патента RU 2386385:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к медицине и медицинской технике. До и в процессе умственной работы испытуемому периодически предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с. Методом последовательного приближения определяют длительность порогового межимпульсного интервала, при котором два импульса в паре сливаются в один. Степень умственного утомления вычисляют по формуле:
СУУi=(ПМИi-ПМИ0)100%/ПМИi; i=1, 2, …, n,
где СУУi - степень умственного утомления при i-м измерении; ПМИi - длительность порогового межимпульсного интервала при i-м измерении; ПМИ0 - длительность порогового межимпульсного интервала до начала умственной работы; n - число измерений порогового межимпульсного интервала в процессе выполнения умственной работы. Способ расширяет арсенал средств для определения степени умственного утомления. 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для определения степени умственного утомления.
Известен способ определения степени умственного утомления, заключающийся в предъявлении испытуемому сигналов переменной частоты в отдохнувшем и утомленном состояниях, измерении показателей реакции испытуемого на предъявленные сигналы и оценке степени утомления по относительному отклонению значений измеренных показателей, отличающийся тем, что сигналы формируют в виде требующих решения тестов, частоту предъявления которых изменяют пропорционально частоте их решения, количество тестов для отдохнувшего и утомленного состояний задают одинаковым, определяют в каждом из состояний общее время решения заданного количества тестов и количество правильно решенных тестов, а оценку степени умственного утомления производят по относительному изменению среднего времени правильного решения в соответствии с выражением
(Тср.у-Тср.о)100%/Тср.у, где Тср.у=Тсум.у/Кпр.у, Тср.о=Тсум.о/Кпр.о, Тср.у - среднее время правильного решения одного теста в утомленном состоянии, Тср.о - среднее время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии, Тсум.у - суммарное время решения заданного количества тестов в утомленном состоянии, Тсум.о - суммарное время решения заданного количества тестов в отдохнувшем состоянии, Кпр.у - количество правильно решенных тестов в утомленном состоянии, Кпр.о - количество правильно решенных тестов в отдохнувшем состоянии [1]. Для обеспечения универсальности в тестах рекомендуется использовать общепринятые, доступные широкой аудитории логические, математические, технические и др. выражения, не требующие глубоких или специальных знаний. При использовании математических выражений это могут быть две или несколько цифр, которые необходимо сложить или вычесть. Каждый последующий тест предъявляется испытуемому только после решения им предыдущего теста. В отдохнувшем и утомленном состояниях рекомендуется проводить 3-5 серий, по 10 тестов в каждой из них.
Недостатками способа являются длительность процедуры определения степени умственного утомления, зависимость времени решения тестов от образовательных и профессиональных навыков испытуемых.
Известен способ определения степени умственного утомления, предусматривающий предъявление испытуемому сигналов мелькающего света с плавно изменяемой частотой и измерение критической частоты слияния мельканий [2].
Известен способ определения степени утомления человека путем измерения критической частоты слияния мельканий, воспринимаемой одним глазом и другим глазом, по разности получаемых величин определяют степень утомления [3]. По данному способу исследуют центральную нервную систему человека, состояние которой меняется при умственном утомлении.
Недостатком способов является низкая точность определения степени умственного утомления. Данные способы основаны на определении субъективного ощущения момента слияния световых мельканий. При этом наблюдается большая вариабельность измеренных значений критической частоты, обусловленная отсутствием четкого перехода от видимости световых мельканий к ощущению их слияния [4]. Это объясняется наличием полосы пропускания рецептивных полей нейронов, воспринимающих световые мелькания, при этом частоты внутри полосы пропускания рецептивными полями не различаются [5].
Ни один из известных способов не может быть принят в качестве прототипа предлагаемого способа определения степени умственного утомления.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении точности определения степени умственного утомления.
Технический результат достигается тем, что в процессе умственной работы испытуемому периодически предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, методом последовательного приближения определяют длительность порогового межимпульсного интервала, при котором два импульса в паре сливаются в один, степень умственного утомления вычисляют по формуле:
СУУi=(ПМИi-ПМИ0)100%/ПМИi; i=1, 2, …, n,
где СУУi - степень умственного утомления при i-м измерении; ИМИi - длительность порогового межимпульсного интервала при i-м измерении; ПМИ0 - длительность порогового межимпульсного интервала до начала умственной работы; n - число измерений порогового межимпульсного интервала в процессе выполнения умственной работы.
На фиг.1 представлена временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых испытуемому, где tи - длительность светового импульса; τ - длительность межимпульсного интервала; Т - длительность временного интервала повторения парных световых импульсов.
На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения длительности межимпульсного интервала при определении его порогового значения.
На фиг.3 представлен график динамики порогового межимпульсного интервала в процессе умственной работы, на фиг.4 - степени умственного утомления.
Предлагаемый способ определения степени умственного утомления осуществляется следующим образом.
Испытуемому предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с (фиг.1, 2, интервал времени 0-T1). Методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени T1-Т2).
Далее испытуемый выполняет умственную работу, связанную с решением логических или математических задач. Испытуемому периодически предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с (фиг.1, 2, интервал времени 0-T1). Методом последовательного приближения определяют длительность порогового межимпульсного интервала, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени T1-Т2). Степень умственного утомления вычисляют по формуле:
СУУi=(ПМИi-ПМИ0)100%/ПМИi; i=1, 2, …, n,
где СУУi - степень умственного утомления при i-м измерении; ПМИi - длительность порогового межимпульсного интервала при i-м измерении; ПМИ0 - длительность порогового межимпульсного интервала до начала умственной работы; n - число измерений порогового межимпульсного интервала в процессе выполнения умственной работы.
Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения степени умственного утомления, т.к. точность определения порогового межимпульсного интервала выше точности определения частоты слияния световых мельканий на 20-29% [4].
В регуляторных процессах, происходящих в организме человека в процессе трудовой деятельности, особенно умственной, доминирующая роль принадлежит центральной нервной системе, поэтому при определении степени умственного утомления необходимо определить состояние самой центральной нервной системы [6].
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 [7].
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 [8]. 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 нейрона небольшого размера. Затем рецептивное поле расширяется, после чего ослабляется, фрагментируется и исчезает. Статистическая оценка показала, что исчезновение рецептивного поля нейрона приходится на период от 100 до 200 мс после появления светового стимула [9]. После исчезновения рецептивного поля нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию нового стимула [10], поэтому длительность световых импульсов принята равной 200 мс.
Так как формирование зоны возбуждения рецептивного поля заканчивается через 60-70 мс после предъявления светового стимула [10], 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 [11]. Для устранения эффекта маскировки между парами световых импульсов парные световые импульсы повторяются через постоянный временной интервал 1 с.
Таким образом, предлагаемый способ отличается от известных новым свойством, обусловливающим получение положительного эффекта.
Пример. Испытуемому Ж., 19 лет, предъявили последовательность парных световых импульсов длительностью tи, равной 200 мс, разделенных начальным межимпульсным интервалом τнач, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.1, 2, интервал времени 0-T1). Методом последовательного приближения определили пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени T1-T2), равный 6,7 мс.
Далее испытуемый в течение двух часов выполнял решение систем алгебраических уравнений с несколькими неизвестными. Испытуемому периодически, через каждые 20 минут работы, предъявляли последовательность парных световых импульсов длительностью tи, равной 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом τнач, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал Т, равный 1 с (фиг.1, 2, интервал времени 0-T1). Методом последовательного приближения определяли длительность порогового межимпульсного интервала, при котором два импульса в паре сливаются в один (фиг.2, интервал времени T1-T2). Степень умственного утомления вычисляли по формуле:
CУУi-(ПMИi-ПMИ0)100%/ПMИi; i=1, 2, …, n,
где СУУi - степень умственного утомления при i-м измерении; ПМИi - длительность порогового межимпульсного интервала при i-м измерении; ПМИ0 - длительность порогового межимпульсного интервала до начала решения систем алгебраических уравнений; n - число измерений порогового межимпульсного интервала во время решения систем алгебраических уравнений.
Данные измеренных значений порогового межимпульсного интервала и вычисленных значений степени умственного утомления с указанием времени измерения представлены в таблице.
| Время измерения, ч, мин | 9.00 | 9.20 | 9.40 | 10.00 |
| Значение порогового межимпульсного интервала, мс | 6,7 | 7,4 | 7,8 | 8,5 |
| Степень умственного утомления, % | - | 9,5 | 14,1 | 21,2 |
| Время измерения, ч, мин | 10.20 | 10.40 | 11.00 | - |
| Значение порогового межимпульсного интервала, мс | 8,9 | 9,8 | 11,1 | - |
| Степень умственного утомления, % | 24,7 | 31,6 | 39,6 | - |
Положительный эффект предлагаемого способа определения степени умственного утомления подтвержден результатами экспериментального исследования по группе из 10 испытуемых.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения степени умственного утомления. Это позволяет более рационально построить режим труда и отдыха, тем самым улучшить условия труда и своевременно предупредить ошибки испытуемых, вызванные умственным утомлением.
Источники информации
1. Пат. РФ 2243724, А61В 5/16. Способ определения степени умственного утомления. / Демьяненко А.В., Медведев В.Р., Старостин М.М., Ткаченко В.И., Ткаченко Н.В., Кравченко В.А. - №2003131207/14; заявл. 10.24.2003; опубл. 01.10.2005.
2. Деревянко, Е.А. Интегральная оценка работоспособности при умственном и физическом труде: Метод, реком. / Е.А.Деревянко, О.А.Лихачева, Н.С.Ударова и др. - М.: Экономика, 1976. - 76 с.
3. А.с. СССР 673266, А63В 3/06, 5/16. Способ определения степени утомления человека. / В.А.Варламов, Л.Я.Оськин, B.C.Фанин (СССР). - №2473351/28-13; заявл. 31.03.77; опубл. 15.07.79.
4. Петухов И.В. Исследование точности оценок временных характеристик зрительного восприятия. / И.В. Петухов, В.В. Роженцов, М.Т. Алиев. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2007. - Т.144, №8. - С.236-237.
5. Глезер В.Д. Зрение и мышление. / В.Д.Глезер. - 2-е изд., испр. и доп. - СПб.: Наука, 1993. - 284 с.
6. Маслов Н.Б. Нейрофизиологическая картина генеза утомления, хронического утомления и переутомления человека-оператора. / Н.Б.Маслов, И.А.Блощинский, В.Н.Максименко. // Физиология человека. - 2003. - Т.29, №5. -С.123-133.
7. Кравков С.В. Глаз и его работа. Психофизиология зрения, гигиена освещения. / С.В.Кравков. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1950. - 531 с.
8. Кропотов Ю.Д. Реакция нейронов и вызванные потенциалы в подкорковых структурах мозга при зрительном опознании. Сообщение IV. Эффект маскировки зрительных стимулов. / Ю.Д.Кропотов, В.А.Пономарев. // Физиология человека. - 1987. - Т.13, №4. - С.561-566.
9. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре. / И.А.Шевелев. // Физиология человека. - 1997. - Т.23, №2. - С.68-79.
10. Подвигин Н.Ф. Динамические свойства нейронных структур зрительной системы. / Н.Ф.Подвигин. - Л.: Наука, 1979. - 158 с.
11. Тароян Н.А. Межполушарные функциональные отношения в процессе решения человеком зрительно-пространственной задачи. / Н.А.Тароян, В.В.Мямлин, О.А.Генкина. // Физиология человека. - 1992. - Т. 18, №2. - С.5-14.
Способ определения степени умственного утомления, заключающийся в том, что в процессе умственной работы испытуемому периодически предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных межимпульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, методом последовательного приближения определяют длительность порогового межимпульсного интервала, при котором два импульса в паре сливаются в один, степень умственного утомления вычисляют по формуле
СУУi=(ПМИi-ПМИ0)100%/ПМИi; i=1, 2, …, n,
где СУУi - степень умственного утомления при i-м измерении; ПМИi - длительность порогового межимпульсного интервала при i-м измерении; ПМИ0 - длительность порогового межимпульсного интервала до начала умственной работы; n - число измерений порогового межимпульсного интервала в процессе выполнения умственной работы.
