Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

Изобретение относится к системе формирования и поддержания необходимой работоспособности операторов (ФИПРО), физиологии труда, инженерной психологии, и может быть использовано для восстановления работоспособности и коррекции функционального состояния человека-оператора (ЧО).

Известен способ вызывания релаксации, характеризующийся тем, что на человека воздействуют световыми и звуковыми сигналами в виде амплитудно-модулируемого белого шума постоянной периодичности (Авторское свидетельство СССР №571273, МПК А61М 21/00, 05.09.1977).

Однако, данный способ не обеспечивает полного снятия психического напряжения у длительно работающего ЧО.

Известен способ релаксации (Авторское свидетельство СССР №1119700, МПК А61М 21/00, 23.10.1984), характеризующийся тем, что на человека воздействуют по определенной программе одновременно звуковыми и световыми сигналами, соответствующими по частоте циклам дыхания испытуемого.

Такой способ также не обеспечивает достаточного повышения работоспособности и снятия психофизиологического напряжения.

В патенте на изобретение RU 1463309, МПК A61N 5/06, А61Н 39/00, 15.11.1994 представлено устройство для воздействия на биологический объект, согласно которому в комнате размещена светодинамическая установка в виде светозвукового устройства, содержащего блок управления, канала световых воздействий, вход которого соединен с первым выходом управления и содержит формирователь световых сигналов, вход которого является входом канала световых воздействий, и световой стимулятор, вход которого соединен с выходом формирователя световых сигналов, и содержащее канал звуковых воздействий, вход которого соединен со вторым выходом блока управления и содержит формирователь звуковых сигналов, вход которого является входом канала звуковых воздействий, и звуковой стимулятор, вход которого соединен с выходом формирователя звуковых сигналов.

Недостатком данного технического решения также является относительно узкие функциональные возможности, поскольку светодинамическая установка обеспечивает комплексное воздействие на человека, но световое воздействие не охватывает полный угол его зрения как сбоку, так и сверху. Это снижает эффективность психоэмоционального воздействия на человека.

В патенте на полезную модель RU 86884, МПК А61М 21/00, 18.02.2009 представлена комната для психоэмоционального воздействия на пациента, в которой размещены светодинамические установки. Комната содержит площадку, разделенную на вспомогательный и профессиональный участки, содержащие мебель, а потолок комнаты выполнен в виде натяжного потолка из зеркальной пленки, причем профессиональный участок содержит кресла пациентов, размещенные в начале профессионального участка и обращенные в сторону боковых и лицевой сторон комнаты, а светодинамические установки размещены последовательно по полуокружности перед креслами пациентов в пространстве от пола до потолка комнаты. Обеспечивается одновременное комплексное световое, изобразительное и шумовое воздействие на пациента, охватывающее полный угол его зрения как по боковым сторонам, так и сверху. Это повышает эффективность психоэмоционального воздействия на пациента.

Однако, при психоэмоциональном воздействии не учитываются индивидуальные особенности организма пациента, не предусмотрена возможность прерывания сеанса при необходимости.

Наиболее близким к заявляемому является «Способ релаксации» по патенту на изобретение RU 2103038, МПК А61М 21/00, 02.09.1994. Способ осуществляют путем воздействия одновременно звуковыми и световыми сигналами по определенной программе, состоящей из 4 режимов - адаптации, релаксации, нормализации и активации, при этом подачу звуковых и световых сигналов синхронизируют с частотой дыхания человека с помощью датчика дыхания.

Способ реализуется следующим образом. Кресло испытуемого оборудовано датчиком дыхания, световым экраном для отображения вспышек зеленого света, расположенным на уровне глаз на расстоянии 10-15 см, звукоизлучателями для комбинированного воздействия на ЧО звуковыми сигналами в виде амплитудно-модулированного «белого» шума (имитация шума морского прибоя) и функциональной музыки (Энциклопедический словарь по психологии и педагогике (сводный). Часть 9, 2013. Электронный ресурс: http://med.niv.ru/doc/dictionary/psychology-and-pedagogy/fc/slovar-212-9.htm#zag-18899).

Вначале испытуемый индивидуально выбирает уровень воздействующих световых и звуковых сигналов, которые остаются неизменными в течение 2 минут. Затем в течение 7 минут интенсивность воздействия плавно снижается на 40%. Далее в течение 3 минут остается постоянной для закрепления вызванного состояния релаксации. В следующие 3 минуты интенсивность воздействия быстро нарастает и доходит до начального уровня, способствуя переходу испытуемого из расслабленного в рабочее состояние.

Однако, в данном изобретении не предусмотрена возможность предварительных настроек, учитывающих индивидуальные психофизиологические особенности ЧО, его текущее функциональное состояние, а также изменение параметров управления и времени воздействия, для гибкого встраивания во временные интервалы режима труда и отдыха (в зависимости от перерывов). Акустическое воздействие осуществляется посредством воспроизведения функциональной музыки (ФМ) и амплитудно-модулируемого «белого» шума без воздействия «цветным» шумом определенной спектральной плотности. Отсутствует сохранение и вызов ранее введенных настроек.

Задачей данного изобретения является повышение работоспособности путем коррекции функционального состояния у длительно работающего ЧО.

Для решения поставленной задачи предложен способ коррекции функционального состояния ЧО путем воздействия на органы зрения и слуха при синхронизации подачи звуковых и световых сигналов с частотой дыхания и/или длительностью выдоха человека помощью датчика дыхания, при этом на человека осуществляют амплитудно-модулируемое аудиовизуальное воздействие.

Амплитудно-модулируемое аудиовизуальное воздействие (АМАВ), т.е. воздействие посредством звука и света, может осуществляться в соответствии с одной из трех индивидуально предварительно настраиваемых программ проведения коррекции: нормализации, активации или релаксации. Каждая из программ коррекции представляет собой совокупность этапов - временных интервалов, на которых изменяются интенсивности звука и света по алгоритму, определяемому конкретной программой коррекции.

Акустическое и световое воздействие на органы слуха и зрения человека осуществляется одновременно. Акустическое воздействие осуществляется посредством воспроизведения музыкальных композиций и амплитудно-модулируемого стационарного шумового сигнала заданной спектральной плотности (далее по тексту используется термин «цветной» шум). Световое воздействие осуществляется посредством рассеянного (отраженно-рассеянного) света с преобладающей длиной волны из диапазона 510-570 нм. При этом интенсивность света и «цветного» шума синхронизируется с частотой дыхания и/или длительностью выдоха ЧО.

Предлагаемый способ коррекции функционального состояния ЧО предполагает использование программно-аппаратных средств, включающих в себя персональный компьютер (ПЭВМ), внешний микроконтроллер с подключенными к нему периферийными устройствами (датчик дыхания, источник света, кнопка для запуска/останова сеанса коррекции) и компьютерную программу. При этом, для вывода звука используется звуковая плата ПЭВМ. Микроконтроллер, подключенный к ПЭВМ, отвечает за обработку данных, получаемых с термического датчика дыхания и кнопки запуска/останова программы коррекции, а также за управление яркостью источника света. Компьютерная программа обеспечивает интерфейс взаимодействия ПЭВМ и микроконтроллера и реализует функции настройки параметров и выполнения программ воздействия.

В отличие от предыдущих способов авторами предложена предварительная индивидуальная и групповая настройка параметров выбранной ЧО программы воздействия. Индивидуально настраиваемыми параметрами являются: музыкальная композиция и максимальный уровень ее интенсивности, шумовой сигнал определяемый видом его спектральной плотности и максимальный пиковый уровень его интенсивности, максимальная пиковая интенсивность света. Указанные параметры задаются ЧО индивидуально с учетом личных предпочтений и принципа комфортности зрительного и слухового восприятия.

Групповая настройка параметров подразумевает настройку общей длительности программы воздействия и ее отдельных этапов, минимальный уровень интенсивности ФМ, «цветного» шума, а также длительность этапа ускоренного завершения программы в случае возникновения такой необходимости. Данные параметры задаются с учетом психофизиологических особенностей деятельности, режима труда и отдыха конкретных групп операторов и условий проведения сеанса коррекции (уровень шума в помещении, где проводится коррекция и т.п.).

После предварительной настройки программы воздействия ее параметры сохраняются, а запуск осуществляется нажатием одной кнопки. При повторном выборе программы воздействия ЧО может поменять настройки, в частности - выбрать другую музыкальную композицию в соответствии со своими предпочтениями.

В процессе аудиовизуального воздействия интенсивности «цветного» шума и света модулируются по амплитуде от минимального до максимального пикового значений. Профиль изменения амплитуды интенсивности определяется несимметричной гауссовой функцией на временном отрезке [t1, t2].

где I(t) - текущая интенсивность шума (света),

А - максимальная пиковая интенсивность,

t - время в диапазоне [t1, t2],

μ - показатель, характеризующий положение пиковой интенсивности,

b² - дисперсия,

b1 - среднеквадратическое отклонение, определяющее временной интервал изменения интенсивности до окончания выдоха,

b2 - среднеквадратическое отклонение, определяющее временной интервал изменения интенсивности после окончания выдоха.

На рисунке показан пример амплитудной модуляции интенсивности «цветного» шума и света в процессе выполнения сеанса коррекции по программе нормализации. Здесь: профиль изменения максимальной пиковой интенсивности Imax(t) «цветного» шума и света (пунктирная линия) и профиль изменения амплитуды интенсивности I(t) «цветного» шума и света в течение дыхательного цикла после начала выдоха (сплошная линия). Imax и Imin - максимальная и минимальная пиковые интенсивности выбранной программы коррекции (нормализации), Δt₁, Δt₂, Δt₃ - длительности этапов программы нормализации.

Модулирование амплитуды «цветного» шума, как вариант реализации, может осуществляться программным способом путем изменения уровня громкости проигрываемого звукового фрагмента.

Модулирование интенсивности света, как вариант реализации, может осуществляться посредством изменения яркости источников света (например светодиодов) с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Для управления яркостью светодиода с использованием ШИМ может использоваться внешний микроконтроллер, подключенный к ПЭВМ по одному из широко распространенных интерфейсов (например RS232, Ethernet). В этом случае микроконтроллер получая от компьютерной программы команду на изменение яркости устанавливает необходимый уровень скважности ШИМ, и соответственно усредненный уровень яркости светодиода.

Частота следования пиковых значений интенсивности шума и света зависит от частоты дыхания за счет применения обратной связи по дыханию, а профиль изменения интенсивности определяется длительностью выдоха и выбранной программой сеанса коррекции функционального состояния.

Обратная связь по дыханию может быть реализована с использованием термического и/или звукового датчиков. При этом, для обработки и передачи в ПЭВМ данных с термического датчика используется внешний микроконтроллер. Например, для получения данных с термического датчика, реализованного с использованием термистора с отрицательным температурным коэффициентом, при помощи микроконтроллера измеряется сопротивление термистора, зависящее от его температуры. В процессе дыхательного цикла при выдохе температура термистора повышается на 2-10 градусов (в зависимости от температуры воздуха окружающей среды) и понижается при вдохе.

Способ коррекции функционального состояния ЧО реализуется следующим образом.

После выполнения индивидуальных настроек или загрузки ранее сохраненной настройки запускается сеанс коррекции функционального состояния.

Сеанс коррекции проводится в положении лежа или сидя в удобном кресле. Перед глазами человека устанавливается светорассеивающий экран, на который проецируется монохромный свет заданной длины волны. Перед лицом испытуемого устанавливается неинвазивный акустический или термический датчик дыхания, обеспечивающий обратную связь по дыханию. Для акустического воздействия применяются наушники или стереодинамики. До проведения сеанса испытуемый выбирает тип программы воздействия с возможностью настройки профилей изменения интенсивности на каждом этапе выбранной программы и дальнейшим сохранением индивидуальных настроек.

АМАВ по программе нормализации включает в себя три этапа. На первом этапе интенсивность ФМ и пиковые интенсивности шума и света плавно уменьшаются от максимального до минимального уровня. На втором этапе интенсивность ФМ и пиковые интенсивности шума и света соответствуют значению интенсивности, достигнутой в конце первого этапа, и не изменяются на протяжении всего этапа. На третьем этапе интенсивность ФМ и пиковые интенсивности шума и света постепенно увеличиваются до максимального уровня.

АМАВ по программе активации осуществляют в два этапа, на первом этапе интенсивность шума и света устанавливаются на минимальном уровне интенсивности, и не изменяются на протяжении всего этапа, на втором этапе интенсивность ФМ и пиковые интенсивности шума и света постепенно увеличиваются до максимального уровня.

АМАВ по программе релаксации состоит из двух этапов, на первом этапе интенсивность ФМ и пиковые интенсивности шума и света плавно уменьшаются от максимального до минимального уровня, на втором этапе интенсивность ФМ и пиковые интенсивности шума и света не изменяются до окончания программы.

Предварительная настройка параметров необходима по следующим причинам.

Выбор музыкальной композиции определяется индивидуально каждым ЧО в соответствии со своими музыкальными предпочтениями исходя из его текущего психоэмоционального состояния.

Выбор шумового сигнала осуществляется из предложенных трех видов исходя из личных предпочтений. Так, например, «зеленый» шум напоминает повседневный «звук» города, прогулочных парков и т.д. «Розовый» шум - это одна из самых известных в звуковом дизайне разновидностей. Его используют для создания звука ветра и всего, что с ним связанно. «Коричневый» шум, в отличие от «розового», имеет более крутой спад частотном спектре. По звучанию он более теплый, чем «розовый» и работа с ним более приятна слуху. Все звуки волн океана, шум от водопада, прибои и т.д. содержат в основе «коричневый» шум. Смысл понятий: «зеленый», «розовый», «коричневый» шум поясняется в: «Толковый словарь по психологии». 2013. Электронный ресурс: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1186812).

Выбор интенсивности музыки и шума осуществляется индивидуально с связи с:

- различным состоянием органа слуха операторов в зависимости от возраста, наличия заболеваний по органу слуха;

- уровнем шума окружающей обстановки на месте проведения сеанса коррекции;

- индивидуальным уровнем громкости для комфортного восприятия музыки и «цветного» шума.

При этом фактическая максимальная пиковая интенсивность шума и музыки при проведении сеанса коррекции используется на 2 дБ выше выбранной оператором.

Минимальная интенсивность шума и музыки относится к групповым настройкам и составляет 40-60% от уровня максимальной интенсивности выбранной программы коррекции. При проведении сеанса коррекции в условиях относительной тишины (40-45 дБ) минимальная интенсивность составляет 40% от максимальной. В условиях повышенного внешнего шума (60-75 дБ) минимальный уровень составляет 60% от максимального.

Выбор максимального уровня светового воздействия осуществляется индивидуально на основе принципа комфортности восприятия выбранной яркости света.

Необходимость выбора общей длительности программы коррекции и отдельных ее этапов обусловлена располагаемым временем для проведения сеанса. При этом, для отдельных этапов программ коррекции установлены минимальные значения длительности этапов программ коррекции, которые приведены в таблице.

В процессе профессиональной деятельности существуют ситуации, когда в связи с необходимостью экстренного включения в работу возникает потребность досрочного завершения сеанса коррекции, проводимого по программе нормализации или активации. В этом случае текущий этап программы коррекции прерывается и начинает выполняться этап, на котором происходит ускоренное увеличение интенсивности пиковых значений шума и света. Это позволяет минимизировать вероятность ухудшения качества деятельности в первые минуты после прерванного сеанса коррекции.

Минимальное время для досрочного завершения программы коррекции относится к групповым настройкам и определяется спецификой профессиональной деятельности конкретных групп операторов, но не может быть менее 20 секунд. Досрочное прерывание сеанса коррекции осуществляется нажатием на ту же кнопку, при помощи которой он запускался.

В соответствии с заявляемым способом коррекции функционального состояния человека-оператора проводился сеанс АМАВ на органы зрения и слуха с использованием программ в зависимости от требуемого результата: программы нормализации, программы активации или программы релаксации.

Испытаниям была подвергнута группа из 20 операторов. Каждый оператор имел возможность предварительно устанавливать начальный уровень световых и звуковых сигналов. Проводилась индивидуальная настройка программы под каждого испытуемого. Ритмовоздействующее устройство с перерывом в одни сутки для каждого ЧО включалось в трех режимах: нормализующем, активирующем и релаксирующем. Каждый раз проводились 2 серии испытаний «ЧД» и «ДВ»: «ЧД» - при синхронизации подачи звуковых и световых сигналов с частотой дыхания человека-оператора; «ДВ» - при синхронизации подачи звуковых и световых сигналов с частотой дыхания и длительностью выдоха человека-оператора.

Возможность предварительной настройки и применения индивидуальных ранее сохраненных настроек в 92% были оценены «полностью удовлетворяющими», 8% как «удовлетворяющими в основном», по степени удобства в серии «ДВ» все 100% определили, что это «очень удобно», в серии «ЧД» 82% были оценены «полностью удовлетворяющими», 18% как «удовлетворяющими в основном».

В результате испытаний работоспособность операторов повышалась до 72-100%, в серии «ЧД», до 76-100% в серии «ДВ» и наблюдалась коррекция их функционального состояния по сравнению с группой, не подвергавшейся коррекции. Во всех режимах по показателям теста дифференцированной самооценки функционального состояния (Доскин В.А., Лаврентьева Н. А., Мирошников М.Н. и др. Тест дифференцированной самооценки функционального состояния. Вопр. психол., 1973, №6.) улучшались самочувствие и настроение, активность увеличивалась при активирующем режиме.