Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПСИХОФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в психиатрии, психосоматической и профилактической медицине, психологии для оценки психофизического состояния индивида с целью анализа его психоэмоционального поведения, уровня стресса, пригодности к определенной профессиональной деятельности, способности к безопасному управлению транспортным средством, возможных отклонений психического здоровья.

Когнитивные функции являются умственными процессами, которые позволяют нам принимать, отбирать, накапливать, перерабатывать, создавать и восстанавливать информацию. Это помогает нам понимать окружающий нас мир и общаться с ним. Как показывает анализ специальной литературы, большинство методов оценки психофизического состояния индивида основаны на тестировании, путем предъявления ему различных заданий и обработке результатов тестирования по определенным методикам, на основании которых делается вывод о состоянии индивида.

Известен способ определения работоспособности человека-оператора, изобретение по патенту RU № 2268650, A61B 5/16 (2006.01), опубликовано 27.01.2006. Согласно известному способу испытуемому предъявляют сигналы переменной частоты в отдохнувшем и утомленном состояниях, сигналы формируют в виде тестов, требующих умственной работы для их решения, измеряют показатели его реакции на предъявленные сигналы, измеряют суммарное время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства предъявленных человеку-оператору условий тестов и результатов их решений с учетом исправлений, определяют количество правильно решенных тестов и суммарное чистое время решения заданного количества тестов, а оценку работоспособности производят по сложной формуле, учитывающей время, затраченное на тестирование в утомленном и в отдохнувшем состоянии, время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства результатов решений тестов, количество правильно решенных задач. В итоге оценивают степень утомления испытуемых, преимущественно работников, занятых напряженной умственной деятельностью, и прогнозируют изменение их профессиональных показателей.

Недостатком известного способа является его продолжительность, необходимость тестирования в утомленном и в отдохнувшем состоянии, которые сами по себе являются неопределенными, субъективными понятиями. Кроме того, по известному способу невозможно оценить, какие когнитивные функции мозга изменены относительно нормы и степень таких изменений.

Известен психофизиологический способ оценки работоспособности оператора по патенту RU №2546090, C1, А61В 5/16, опубликован 10.04.2015. Способ включает предъявление человеку в случайном порядке различающихся по характеристикам стимулов, регистрацию времени сенсомоторной реакции испытуемого, реагирующего нажатием на кнопку, при этом предъявляют различающиеся по цвету и длительности свечения зрительные стимулы в виде цветовых пятен, перемещаемых по дискретным позициям на экране нейтрального фона с остановками, причем единовременно на текущей дискретной позиции предъявляют только одно пятно, цвет которого отличен от цвета пятна на предыдущей и последующей позициях, а длительность свечения пятен характеризуется первой и второй, увеличенной относительно первой, длительностью, при этом, регистрируют время реагирования только на предъявление пятна с увеличенной длительностью посредством нажатия на кнопку, соответствующую цвету текущего пятна, определяют число ошибок, среднеарифметическое время реагирования на сигналы за весь тест, по которым оценивают состояния человека.

Недостатком известного способа является относительно узкая область его применения, недостаточное испытание высших отделов центральной нервной системы, ответственных за краткосрочную память и логические построения. Область интереса ограничена, по сути дела, анализом внимательности и быстроты сенсомоторной реакции испытуемого. Сложность тестов невысока, а результаты зависят от волевых усилий индивида, его способности сосредоточиться.

Известен способ диагностики психофизического состояния индивида по патенту RU 2408264, A61B 5/16 (2006.01), опубликован 10.01.2011. Согласно изобретению, тестирование индивида включает определение им ранжированных по значимости цветов из предложенной ему цветовой гаммы, обработкой результатов которого судят о состоянии индивида. Тестирование индивида осуществляют в несколько этапов, на первом из которых индивид производит последовательное нанесение инструментом на носитель пиктограмм, каждая из которых наносится цветом из предложенной ему цветовой гаммы в порядке убывания значимости цветов, в качестве пиктограмм используют произвольно выбираемые им треугольник, или круг, или квадрат, после чего строят ранжированный по значимости цветов ряд. В пиктограммах полученного цветографического ряда индивид помещает ассоциативные отображения тем, выполняемых разными цветами в пределах предложенной ему цветовой гаммы, как актуальных для него, так и альтернативных, по результатам этапов тестирования строят цветографический ряд, по которому определяют психофизическое состояние пациента.

Недостатком способа является акцент на психическое состояние испытуемого и недостаточный учет когнитивной мозговой деятельности. Анализ психофизического состояния индивида в известном способе базируется на модификации широко известного цветового теста М. Люшера, являющегося общепризнанным инструментом выявления негативных тенденций (тревожность, стресс, переживание страха). В то же время, не все психологи относят качественный метод Люшера к объективным из-за невозможности его жесткой стандартизации. В ряде исследований показано, что «количественные критерии для метода цветовых выборов трудно поддаются четкому определению. В зависимости от популяции испытуемых эти показатели значительно варьируются, поэтому для определения вероятности того или иного признака требовалось бы определить границы надежности для разных групп испытуемых, однако и тогда они не были бы достаточно конкретными» (Собчик Л.Н. Модифицированный восьмицветовой тест Люшера / Практ. руководство. - М.: Изд. НИОППАПИ, 2001. - 83 с.). Это признают и сами авторы рассматриваемого аналога, а сам способ диагностики психофизического состояния индивида по патенту RU 2408264 малопригоден для решения практических задач.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению и технической сущности является психофизиологический способ оценки базовых когнитивных функций человека по патенту RU 2683884, A61B 5/16, A61B 16/00, опубл. 02.04.2019 г. Способ выбран в качестве прототипа.

Согласно способу-прототипу, испытуемому предъявляют зрительные стимулы в виде кружков на сенсорном экране с нейтральным фоном и регистрируют время его реагирования с последующим вычислением показателей функционального состояния испытуемого, причем предъявление зрительных стимулов в виде кружков на сенсорном экране производят последовательно в четыре серии. В первой из серии испытуемому многократно последовательно предъявляют кружок на экране сенсорного монитора, и испытуемый касается экрана в месте предъявления кружка, после чего кружок выводят на другое место экрана. Во второй серии меняют цвет кружка, при этом многократно последовательно предъявляют кружок на экране сенсорного монитора испытуемому, испытуемый касается экрана в месте предъявления кружка, и постепенно сокращают время предъявления. В третьей серии в случайной последовательности предъявляются кружочки двух различных цветов, испытуемый касается экрана в месте предъявления кружка, один из которых, который соответствует основному цвету, при нажатии убирают с экрана, а при нажатии на другой формируют короткий звуковой сигнал. В четвертой серии последовательно предъявляют три матрицы с кружками двух и четырех цветов, испытуемый касается экрана в месте предъявления кружков, при нажатии исключают кружки заданного цвета, причем по результатам четвертой серии определяют количество промахов при нажатии, количество нажатий на кружки не основного цвета и среднее время свободной реакции. Измеряемые показатели: время свободной реакции (отражает темповые характеристики деятельности субъекта), коэффициент сенсомоторной лабильности (вычисляется по числу промахов, зафиксированных в ходе выполнения теста, и отражает общее и динамическое состояние сенсомоторной системы), коэффициент ориентировки (отражает баланс ориентировочной и оборонительной реакции), мотивационный индекс (вычисляется по числу повторных нажатий на блокированные стимулы).

Недостатком прототипа является длительность диагностики, требующей вербального контакта с испытуемым, и малая информативность получаемых численных характеристик, для которых не приводится методики анализа и сравнения с нормой, что оставляет сомнения в достоверности оценки текущего психофизического состояния человека.

Технической задачей изобретения является сокращение времени диагностики и повышение достоверности определения текущего психофизического состояния человека, позволяющего количественно оценить эффективность его деятельности при повышенных требованиях к быстроте реакции на раздражители, логическому мышлению и запоминанию информации. Получаемые результаты не должны зависеть от профессиональной, гендерной, национально-этнической принадлежности испытуемого, его культурно-образовательного уровня, что не исключено, например, при анализе цветовых предпочтений.

При решении поставленной задачи учитывалось, что состояние организма зависит от очень большого количества факторов, учесть которые в одном способе не представляется возможным. На сетевом ресурсе (дата обращения ноябрь 2019 г.) https://www.cognifit.com/ru/science/brain-function из авторитетных научных источников (Preiss M, Shatil E, Cermakova R, Cimermannova D, Flesher I (2013), el Entrenamiento Cognitivo Personalizado en el Trastorno Unipolar y Bipolar: un estudio del funcionamiento cognitivo. Frontiers in Human Neuroscience doi: 10.3389/fnhum.2013.00108; Haimov I, Shatil E (2013) Cognitive Training Improves Sleep Quality and Cognitive Function among Older Adults with Insomnia. PLoS ONE 8(4): e 61-390 и др.) приведены сведения о когнитивных процессах, определяющих психофизиологическое состояние человека, где выделены основные когнитивные функции: быстрота принятие решений, логическое мышление, память, внимание и концентрация, восприятие, действие в ответ на сигналы, воображение, способность к самоанализу и ряд других.

Из перечисленных выше нами выбраны первые три функции, как наиболее важные, по нашему мнению, для адекватной практической деятельности: быстрота реакции на раздражители, способность к логическому мышлению, краткосрочная память.

При усталости, заболевании, стрессовом состоянии, негативном влиянии на ЦНС алкогольных или наркотических веществ, происходит заметное изменение выбранных функций, что часто сопровождается физиологическими проявлениями (изменение температуры тела, частоты пульса, кровяного давления и др.). При этом изменяется гормональный фон, скорость передачи нервных сигналов, нарушаются химические процессы, ответственные за память, что изменяет функции ЦНС и когнитивные способности человека. Если физиологические параметры организма легко поддаются количественному контролю различными приборами, то определение психологического состояния индивида не может быть осуществлено измерениями и требует опосредованных методов оценки.

Диагностика психофизического состояния, как правило, не может выявить причину отклонения организма от нормального состояния, будь то усталость, стресс или воздействие психотропных веществ, но во многих случаях необходимо иметь простой и адекватный инструмент количественной оценки психофизического состояния человека.

Поставленная техническая задача решается предлагаемым способом диагностики психофизического состояния человека, при котором предъявляют испытуемому на экране сенсорного дисплея тестовые задачи, ответы на которые испытуемый дает касанием экрана, задачи предъявляют в виде зрительных стимулов, различных по размеру, содержанию, цвету, длительности демонстрации, фиксируют количество правильных ответов и ошибок, измеряют время, затрачиваемое испытуемым на решение тестовых задач. В отличие от ближайшего по назначению и технической сущности аналога тестируют ограниченное число наиболее важных функций человеческого мозга: быстроту реакции на раздражители, способность к логическому мышлению и состояние кратковременной памяти, которые определяют как область интересов при диагностике. Для этого формируют в памяти вычислительного устройства базу специально подобранных тестов, при обращении к которой выводят на экран и предлагают испытуемому последовательно три группы тестовых задач, причем первая группа упомянутых тестов требует от испытуемого преимущественно высокой скорости реакции на раздражитель (Rapid), вторая группа тестов требует преимущественно логических способностей (Logic), третья группа тестов требует преимущественно хорошей краткосрочной памяти (Memory). В каждой упомянутой группе тестов предлагают, по крайней мере, одну пару тестовых задач, первая из которых простая, вторая более сложная, отношение времени выполнения простой тестовой задачи к времени выполнения более сложной тестовой задачи в области интереса принимают соответственно за коэффициент скорости реакции k_R, коэффициент логических способностей k_L и коэффициент краткосрочной памяти k_M при текущем психофизическом состоянии испытуемого, причем, если упомянутых пар тестовых задач несколько, каждый из упомянутых коэффициентов k_R, k_L, k_M рассчитывают как среднее значение результатов нескольких испытаний данного диагностического параметра, а в качестве интегрального результата Ψ диагностики текущего психофизического состояния используют сумму трех полученных коэффициентов, Ψ = k_R+ k_L+ k_M, где 0 ≤ k_i ≤ 1, i=R, L, M.

В частных случаях реализации изобретения упомянутое тестирование проводят в стрессовых условиях, для чего демонстрацию тестовых задач сопровождают звуковыми, световыми или тактильными раздражителями.

Кроме того, упомянутое тестирование проводят в условиях дефицита времени, демонстрируя на дисплее время, оставшееся до конца теста, например, в виде убывающей полоски. При этом задают время, статистически достаточное для решения тестовой задачи, и при его истечении принимают соответствующий коэффициент, равным нулю.

Кроме того, испытуемого мотивируют на быстрое и точное решение тестовой задачи, синхронно демонстрируя на дисплее количество правильных ответов и количество ошибок, которые испытуемый может учитывать при решении тестовых задач.

Кроме того, при диагностировании учитывают значимость измеряемых параметров k_R, k_L, k_M на интегральный результат диагностирования.

Общими с прототипом признаками являются подбор специальных тестов, требующих работы высших отделов головного мозга и нейронных связей, которые регулируют психофизическое состояние всего организма, использование сенсорного дисплея, позволяющего осуществлять непосредственную связь с памятью вычислительного устройства и оперативно обрабатывать параметры сенсомоторных реакций испытуемого, фиксация количества правильных ответов и ошибок, синхронная демонстрация их испытуемому во время диагностики, а также измерение времени, затрачиваемого испытуемым на решение тестовых задач.

Существенными отличиями, обеспечивающими технический результат, является выбор области интереса, при котором основное внимание уделено быстроте реакции на раздражители, способности к логическому мышлению и оперативному запоминанию информации, для чего введены простые для определения количественные показатели, дающие адекватную информацию о психофизическом состоянии организма в данный момент времени, а также интегральный диагностический параметр Ψ, выражающий результат диагностики текущего психофизического состояния индивида.

Подбор тестовых задач для осуществления способа не представляет большого труда. Существует обширная литература и сетевые ресурсы, приводятся психологические, логические, креативные и игровые тесты самого разного уровня сложности и назначения, например, для определения уровня интеллекта IQ (1. Большая книга IQ-тестов, 1600 заданий, Рассел К., Картер Ф., 2009; 2. Ганс Айзенк: Тесты Айзенка. IQ. Мегамозг. Раскрой возможности своего интеллекта; 3. https://www.labirint.ru/books/535340/; 4. Jackson, Douglas N.; Rushton, J. Philippe. Males have greater g: Sex differences in general mental ability from 100,000 17- to 18-year-olds on the Scholastic Assessment Test (англ.) // Intelligence : journal. - 2006. - Vol. 34, no. 5. - P. 479-486. — DOI:10.1016/j.intell.2006.03.005, etc).

В результате воздействия дестабилизирующего фактора (физическая нагрузка, стресс, психотропный препарат) изменяется быстрота реакции, логика и память, что приводит к увеличению времени решения тестовых задач. В общем случае коэффициенты k_R, k_L, k_M учитывают правильность выполнения задач, предоставленных испытуемому, но зависят от эффективности работы ЦНС в данный момент времен, причем динамика изменения коэффициентов при возрастании сложности задачи различна и зависит как от личных качеств индивида, так и от причины, вызвавшей изменения психофизического состояния. Вместе с тем, когнитивные способности большинства людей примерно одинаковы, а доля индивидов со значительными отличиями в большую или меньшую сторону не так велика. Для анализа получаемых результатов диагностирования упомянутый набор специальных тестов должен пройти независимую проверку, например, на группе студентов, находящихся в обычном работоспособном состоянии, с получением среднестатистических значений коэффициентов k_R, k_L, k_M и среднестатистического интегрального показателя Ψ_стат. для каждого используемого теста. Характеристики тестов заносят в виде базы данных в память вычислительного устройства.

Вычислительное устройство может быть оборудовано специальной программой для ЭВМ, обрабатывающей поступающую с сенсорного экрана информацию, сравнивающей ее со статистической информацией из базы данных и практически мгновенно выдающей результаты на экран дисплея.

При экспресс-диагностировании для получения каждого из трех диагностических параметров k_R, k_L, k_M можно ограничиться одной парой тестовых задач, простой и сложной. В этом случае процедура выполнения каждого теста может быть выполнена за 2-5 минут.

Пример 1. Проведены испытания трех человек. Для диагностики психофизического состояния выбраны примерно одинаковые тестовые условия A, B и C, в которых статистически нормальный индивид набирает интегральный показатель Ψ_стат. от 1,4 до 1,5. Измерялись: время решения шести тестовых задач, общее время диагностики, вычислялся интегральный показатель Ψ согласно формуле изобретения. Индексом 1 обозначено время, затраченное на решение простой тестовой задачи, индексом 2 - более сложной. Результаты сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты диагностики индивидов, находящихся в разном психофизическом состоянии

Анализ показывает, что данные первых двух индивидов практически не отличаются от среднестатистических параметров, время диагностики каждого около 10 мин. Третий индивид затратил на решение тестовых задач примерно в два раза больше времени (22,7 мин) и набирает только 47,8% от среднестатистического показателя Ψ_стат. Полученные данные позволяют количественно оценить психофизическое состояние каждого из трех испытуемых.

В конкретных условиях один из параметров k_R, k_L, k_M может быть наиболее важен при оценке пригодности испытуемого для какой-либо деятельности. В этом случае в целях большей валидности диагностики для параметров k могут быть введены коэффициенты значимости α_R, α_L α_M, а интегральный показатель Ψ определяют по формуле Ψ_α = α_Rk_R+ α_Lk_L+ α_Mk_M, где 0 ≤ k_i ≤ 1; α_R+ α_L + α_M=1. Величина коэффициентов значимости α зависит от целей проводимого диагностирования и может быть задана экспертным путем. Указанные коэффициенты значимости α могут быть выражены в долях единицы или в процентах. Так, в соревнованиях по стендовой стрельбе требуется, в основном, быстрота реакции, а логические и мнемонические способности второстепенны, В работе следователя, наоборот, доминируют логика и память.

Пример 2. Рассмотрим осуществление способа по изобретению в специфическом случае профессионального отбора. Испытывают двух претендентов на должность, требующую повышенной краткосрочной памяти. Диагностику проводят аналогично примеру 1, но работодатель считает, что эффективность деятельности на 60% зависит от хорошей памяти, оставляя на быстроту реакции и логику по 20%, т.е. α_M=0,6; α_R=0,2; α_L=0,2. Используя показатели индивида 1 и индивида 2 из примера 1, получим таблицу 2:

Таблица 2. Результаты диагностики двух индивидов с учетом значимости диагностических параметров

Результаты показывают, что интегральный показатель индивида 1 (Ψ =1,49) выше, чем у индивида 2 (Ψ=1,48), однако с учетом специфических требований профессии индивид 2 (Ψ_α=0,616) больше подходит для данной профессии (Ψ_α=0,562).

Пример 3. В качестве иллюстрации приведем простейшие тесты для конкретного использования изобретения.

Испытуемому предоставляют на сенсорном экране зрительные стимулы в виде комбинации из графических примитивов разного цвета и формы. Необходимо посредством нажатия на сенсорный экран указать верный вариант ответа. На фиг. 1 представлен пример тестирования со зрительными стимулами в виде комбинации из графических примитивов разного цвета и формы.

Пример 4. Испытуемому предоставляют на сенсорном экране зрительные стимулы в виде перепутанных линий. Необходимо посредством нажатий на сенсорный экран указать начало и соответствующий конец каждой из линий. При верном выборе подсвечиваются цифра и буква, означающая начало и конец линии. На фиг.2 представлен пример тестового задания со зрительными стимулами в виде перепутанных линий.

Пример 5. Испытуемому предоставляют на сенсорном экране зрительные стимулы в виде таблицы с расположенными в случайном порядке числами. Необходимо последовательно нажимать на сенсорном экране на числа в порядке их возрастания. На фиг. 3 представлен пример такой таблицы. Для парного теста (более сложного теста, время выполнения которого сравнивают со временем выполнения теста по фиг. 3) можно использовать аналогичную, но более сложную таблицу Шульте (фиг. 4).

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности количественного определения текущего психофизического состояния человека с возможностью адекватной оценки эффективности его деятельности в условиях повышенных требований к быстроте реакции, логическому мышлению и запоминанию информации.

К достоинствам предложенного способа относится и то, что он позволяет проводить исследования различной сложности, в том числе в режиме экспресс-диагностики, который занимает 10-15 минут и позволяет оперативно определить, есть ли на данный момент у человека отклонение от статистически нормального психофизического состояния, и оценить величину таких отклонений.