Способ экстренного поддержания работоспособности водителя транспортного средства, оператора на основе биологической обратной связи

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при необходимости экстренного поддержания работоспособности водителя транспортного средства при продолжении функциональной деятельности. Для этого при определении снижения уровня бодрствования осуществляют импульсное напряжение мышц предплечья с помощью кистевого эспандера или без него. При этом регулируют силу напряжения, длительность напряжения и расслабления в следующих режимах: импульсном, попеременном, нарастающем. Способ позволяет обеспечить сохранение работоспособности в состоянии утомления и предотвращении непроизвольного засыпания во время движения.

 

Изобретение относится к сфере безопасности водителей транспортных средств различного назначения, операторов различных профессий, выполняющих функциональные обязанности в экстренных ситуациях в состоянии утомления, и направлено на предотвращение непроизвольного засыпания.

В уровне техники известные аналоги подобного назначения выполнены в виде устройств, которые считывают физиологические параметры водителя (оператора), формируют информационный сигнал, при определенных пороговых значениях этого сигнала включают механическую сигнализацию в виде воздействия на различные репрезентативные системы человека. Это обеспечивает достижение технического результата - поддержание работоспособности водителя (оператора), являющегося характеристикой достигнутого технического эффекта - поддержание состояния бодрствования в условиях утомления и экстренного продолжения функциональной деятельности.

В приборных аналогах информационный сигнал контроля состояния водителя (оператора) считывается как физиологический параметр, с которым установлена (или предполагается) корреляционная связь контролируемого состояния - состояния бодрствования. Уровень бодрствования и его изменение фиксируют по частоте пульсации сердечных сокращений (патент RU 94024580 от 1996.08.27; патент RU 02111133 от 1998.05.20), концентрации кислорода в крови (патент RU 02275857 от 2006.05.10), сигналам биопотенциалов мозга (патент RU 02287440 от 2006.11.20), давлению на рулевое колесо (патент RU 02214931 от 2003.10.27), наклону головы (патент RU 02345420 от 2009.01.27), изменению электрической проводимости кожных покровов (патент RU 02200095 от 2003.03.10, патент RU 02251156 от 2005.04.27), сигналам фазической составляющей кожно-гальванической реакции (патент RU 2025731 от 1991.07.04), комплексным измерениям физиологических параметров (патент RU 02316433 от 2008.02.10). Это методы «пассивного» мониторинга состояния водителя (оператора).

Механическая сигнализация в рассмотренных аналогах не предотвращает засыпание водителя (оператора), а лишь сигнализирует об этом. Такой сигнал является не исполнительным, а информационным, следовательно, такой сигнал не может гарантированно изменить контролируемое физиологическое состояние и обеспечить бодрствование водителя (оператора).

Известны системы изменения физиологического состояния организма человека, построенные на использовании биологической обратной связи (БОС) (патент RU 02071361 от 1997.01.10, патент RU 02192777 от 2002.11.20).

Наиболее близким по способу применения БОС является аналог, представленный патентом на изобретение RU 02124370 от 1999.01.10, Штарк М.Б. и др., А61М 21/00, А61В 5/16, «Способ обучения саморегуляции физиологических параметров на основе биологической обратной связи». На экране монитора обучающемуся предъявляют значение физиологического параметра в виде скорости одной из соревнующихся фигур. В представленной системе тренируется релаксация и снятие психоэмоционального напряжения. Скорость компьютерного образа зависит от степени релаксации. Чем больше релаксация, тем больше скорость. Желаемый уровень задается скоростью компьютерного соперника. Далее, в процессе виртуальной гонки обучающийся производит произвольные или рекомендуемые инструкцией действия, направленные на максимальное расслабление. Информационный сигнал (скорость своего героя на мониторе) мотивирует к запуску необходимое действие. Связанное с действием посредством БОС состояние релаксации меняется в нужном направлении и визуализируется на мониторе - герой двигается быстрее. «Поймав» внутренний механизм БОС, обучающийся стремится так настроить себя, чтобы увеличить скорость своего компьютерного героя.

Подобным образом, только в ином структурном и биологическом исполнении, функционирует БОС в заявленном изобретении. Указанные аналоги с применением обратной связи имеют собственные конфигурации БОС и не применяются в области назначения заявленного изобретения.

Наиболее близким по назначению является протопит, представленный патентом на изобретение RU 02111134 от 1998.05.20, Дементиенко В.В. и Шахнарович В.М., В60К 28/06, «Способ поддержания работоспособности водителя транспортного средства и система для его осуществления».

Существенным признаком прототипа является то, что информационный сигнал о физиологическом состоянии водителя (оператора) формируется методом «активного» контроля бдительности водителя (оператора). Устройство анализирует адекватность реакции водителя на смысловое содержание стимула в виде вопроса (команды). Факт нарушения времени реакции, логического содержания ответа (действия) является критерием включения сигналов - звуковой сигнал для водителя, исполнительный сигнал на блок управления транспортным средством.

Рассмотренные аналоги и прототип имеют существенные ограничения:

1. Невозможна индивидуальная и ситуативная настройка параметров информационного сигнала, отражающего контролируемое физиологическое состояние, т.е. приближение или переход границы «бодрствование-сон».

2. Звуковой сигнал воздействия на репрезентативную систему водителя (оператора) является не исполнительным, а информационным сигналом. Такой сигнал не может гарантировать вхождение водителя (оператора) в состояние «бодрствование», следовательно, не может гарантировать технический эффект (бодрствование) и соответственно не может гарантировать технический результат (поддержание работоспособности). Данное воздействие может лишь способствовать контролю засыпания, но не гарантирует такой контроль.

3. Когда звуковой сигнал водителю (оператору) выдается постоянно (или с короткими промежутками), у водителя (оператора) отсутствует механизм влияния на процесс восстановления и поддержания состояния «бодрствование».

4. В системах, использующих методы «активного» контроля, отсутствует непрерывность контроля.

Предлагаемый способ обеспечивает контроль и предотвращение непроизвольного засыпания водителя (оператора).

Техническим результатом является сохранение функциональной работоспособности в состоянии утомления. Технический эффект - удержание состояния бодрствования и предотвращение непроизвольного засыпания в экстренных ситуациях при утомлении, выходящем за границы безопасности.

Безопасное утомление (усталость) - состояние утомления, при котором физиологические параметры водителя (оператора) позволяют безопасно осуществлять функциональную деятельность.

Условно-безопасное утомление - состояние утомления, при котором снижение ресурса не приводит к возможности непроизвольного засыпания, однако снижение физиологических параметров (время реакции, скорость вращения рулевого колеса и т.д.) для определенных экстремальных условий может являться опасным.

Опасное утомление имеет несколько стадий.

1. Уменьшение ресурса - состояние утомления, при котором восстановление ресурса требует получения сна и отдыха.

2. Потеря ресурса - состояние утомления, при котором в организме происходят необратимые процессы утраты возможности восстановить израсходованный ресурс.

3. Истощение ресурса - состояние критического утомления, при котором происходит потеря сознания («блэк-аут»).

Техническое решение состоит в следующем:

В состоянии первой стадии опасного утомления, при экстренной необходимости, водитель (оператор) принимает волевое решение продолжать выполнение функциональной деятельности. В состоянии опасного утомления водитель (оператор) последовательно проходит три рефлексируемых состояния: состояние ощущения «Хочу спать», состояние действия «Начинаю засыпать» и состояние действия «Засыпаю». Условия монотонии, сидячее положение водителя (оператора) создают мощные естественные предпосылки релаксации, необходимые для засыпания утомленного организма. Волевые команды «Не спать» оказываются неспособными предотвратить переход от действия «Начинаю засыпать» к действию «Засыпаю». Действие «Засыпаю» является недопустимым, поскольку может привести к непроизвольному засыпанию. Таким образом, задача контроля и предотвращения непроизвольного засыпания заключается в контроле и предотвращении перехода от действия «Начинаю засыпать» к действию «Засыпаю». Для решения этой задачи необходимо сформировать информационный сигнал, исполнительный сигнал, критерии начала и завершения применения способа. Первым информационным подготовительным сигналом является рефлексируемое субъективное ощущение «Хочу спать». Это ощущение сигнализирует о том, что следующим состоянием утомления будет действие «Начинаю засыпать» и необходимо обратить внимание на переход в это состояние. Таким образом, первый сигнал (ощущение «Хочу спать») включает внимание водителя (оператора) к изменению своего состояния. Второй информационный сигнал-рефлексируемое действие «Начинаю засыпать» является критерием начала (принятие решения) применения данного способа, инициатором включения исполнительного сигнала, предотвращающего переход в состояние «Засыпаю». Такой исполнительный сигнал формируется при запуске биологической обратной связи следующим образом. При получении второго информационного сигнала «Начинаю засыпать» водитель (оператор) начинает действовать - создает мышечное напряжение, попеременно напрягает и расслабляет мышцы предплечья с помощью кистевого эспандера или без такового. Созданное мышечное напряжение формирует в головном мозгу очаг возбуждения. Данное возбуждение препятствует релаксации и соответственно засыпанию водителя (оператора) и позволяет продолжать функциональную деятельность. Для компенсации проявления нарастающего утомления водитель (оператор) увеличивает очаг возбуждения. Это достигается увеличением силы и длительности фазы напряжения, сокращением длительности фазы расслабления. Эскалация нагрузки мышц предплечья приводит к переходу от аэробного к анаэробному механизму энергообеспечения мышечной работы. Анаэробный механизм ограничен запасами гликогена в мышцах предплечья. Запасы гликогена уменьшаются, водитель испытывает сильную физическую усталость мышц предплечья и принимает волевое решение прекратить эскалацию напряжения. Прекращение напряжения мышц предплечья приводит к ликвидации очага возбуждения в головном мозгу, наступает естественное состояние релаксации, которое способствует непроизвольному засыпанию. Факт прекращения напряжения мышц предплечья является критерием завершения использования предлагаемого способа. Следовательно водитель (оператор) перед прекращением использования данного способа должен принять меры к завершению функциональной деятельности.

Существенными признаками предлагаемого способа являются:

1. Действия:

- рефлексия состояния «Хочу спать» и «Начинаю засыпать»;

- концентрация внимания на изменении состояния;

- волевое напряжение-расслабление мышц предплечья.

- волевое прекращение напряжения мышц предплечья;

2. Порядок действий:

1) обнаружение методом рефлексии состояния «Хочу спать»;

2) концентрация внимания на изменении состояния;

3) обнаружение методом рефлексии состояния «Начинаю засыпать»;

4) волевое напряжение-расслабление мышц предплечья;

5) волевое прекращение напряжения мышц предплечья;

3. Режим действий

Режим напряжения мышц предплечья - импульсный, попеременный (двумя руками), нарастающий. Силу напряжения, длительность фазы напряжения и фазы расслабления определяют достижением минимального уровня возбуждения очага головного мозга, достаточного для предотвращения состояния «Хочу спать». Методом индивидуального подбора для текущего состояния утомления водитель (оператор) определяет минимальную силу напряжения, минимальную длительность фазы напряжения и максимальную длительность фазы расслабления.

4. Использование устройств (приспособлений)

Напряжение мышц предплечья осуществляется двумя способами: 1) с применением кистевого эспандера; 2) напряжением пустой руки.

Ознакомление, освоение и проверка индивидуальной эффективности предлагаемого способа первоначально проходит в безопасных условиях и ситуациях. Безопасные, когда последствия засыпания в процессе функциональной деятельности не приведут к негативным результатам. Осуществление способа доступно любому взрослому рефлексирующему человеку.

Способ осуществляется следующим образом.

Подготовка. Водителю (оператору) в состоянии первой стадии опасного утомления предлагают занять удобную сидячую релаксационную позу и дают задание, функционально подобное действиям оператора-наблюдателя при минимуме двигательной активности. Например, задание посмотреть фильм до конца и затем рассказать, что происходило и чем закончилось. Прочитать фрагмент книги. Когда человек «борясь со сном» засыпает и просыпается, это означает, что он находится в опасной стадии утомления. В процессе профессиональной деятельности в таком состоянии могут возникнуть негативные последствия.

Применение способа. Методом рефлексии водитель (оператор) выявляет собственное состояние «Хочу спать». Наблюдает за изменением этого состояния. Когда водитель (оператор) методом рефлексии выявляет состояние «Начинаю засыпать», он начинает напрягать мышцы предплечья (с помощью кистевого эспандера или без него). Регулируя силу напряжения (минимальная), длительность напряжения (минимальная) и длительность расслабления (максимальная) водитель (оператор) добивается субъективного избавления от состояния «Засыпаю», «Начинаю засыпать», «Хочу спать». Продолжает выполнять задание. Утомление возрастает. Для предотвращения появления состояния «Хочу спать» и «Начинаю засыпать» необходимо увеличивать силу и длительность напряжения, уменьшать длительность расслабления, попеременно напрягать разные руки. В соответствии с индивидуальными ресурсами мышечной активности (запасы гликогена в мышцах предплечья) водитель (оператор) продолжает эскалацию напряжения мышц предплечья. Удерживать состояние бодрствования таким образом становится все труднее и труднее. Водитель (оператор) принимает осознанное волевое решение прекратить напрягать мышцы предплечья и закончить применение данного способа. Созданный мышечным напряжением очаг возбуждения головного мозга затухает, наступает естественная релаксация и непроизвольное засыпание.

После индивидуального освоения способа в безопасных условиях водитель (оператор) аналогичным образом применяет способ в экстренных ситуациях. Водитель (оператор) обязательно принимает меры к тому, чтобы безопасно завершить выполнение функциональных обязанностей перед завершением применения данного способа.

Способ экстренного поддержания работоспособности водителя транспортного средства при продолжении функциональной деятельности, характеризующийся тем, что при определении снижения уровня бодрствования осуществляют импульсное напряжение мышц предплечья с помощью кистевого эспандера или без него, регулируя силу напряжения, длительность напряжения и расслабления в следующих режимах: импульсном, попеременном, нарастающем.