СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ОРИЕНТИРОВОЧНОЙ ЗРИТЕЛЬНО-МОТОРНОЙ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА

Изобретение относится к области медицинской диагностики, а именно к психофизиологии, и позволяет определить уровень функционального состояния центральной нервной системы (УФС_ЦНС) человека на основе измерения времени ориентировочной зрительно-моторной реакции и расчета показателя УФС_ЦНС, и может найти применение в медицинской, психологической, физиологической и психофизиологической практике при проведении профессионального отбора, предсменного контроля и периодического мониторинга УФС_ЦНС с целью прогнозирования надежности профессиональной деятельности персонала предприятий с особоопасными технологиями, например в атомной энергетике.

Известна методика простой сенсомоторной реакции на зрительный стимул (ПСМР) и методика определения скорости реакции на движущийся объект (РДО).

Методика ПСМР (Лоскутова Т.Д. 1975; Мороз М.П. 2007). Для определения времени простой сенсомоторной реакции и расчета характеристик ФС ЦНС испытуемому предъявляется от 50 до 100 световых сигналов, подаваемых в случайном порядке. Затем проводится расчет интегральных критериев состояния ЦНС:

- функциональный уровень системы (ФУС);

- устойчивость реакции (УР);

- уровень функциональных возможностей (УФВ).

Основное отличие описанных выше методов оценки состояния ЦНС на основании измерения времени простой сенсомоторной реакции на зрительный раздражитель от предлагаемого метода оценки УФС_ЦНС на основе измерения времени ориентировочной зрительно-моторной реакции человека (ОЗМР) состоит в том, что предлагается выполнение более сложного задания. При выполнении ПСМР человеку необходимо определить появление стимула и осуществить простой однотипный двигательный акт по нажатию на соответствующую кнопку. Выполнение методики ОЗМР характеризуется значительно более сложной психической деятельностью - определение не только появление стимула, но его местонахождение, далее необходимо осуществить сенсомоторную координацию выполняемого двигательного акта, заключающуюся в том, что результат движения постоянно контролируется в соответствии с местонахождением стимула. Таким образом, оценивая результат выполнения центральной нервной системой более сложного задания, т.е. более сложной психической деятельности, мы получаем более достоверную оценку состояния ЦНС.

«Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе» А.В. Посошин и др. (Патент №2322187 РФ, 2007). Для оценки РДО на экране видеомонитора предъявляют окружность, на которой видна метка и движущийся по окружности с заданной - скоростью точечный объект. В момент совпадения положения точечного объекта с меткой испытуемый нажатием соответствующей клавиши на клавиатуре фиксирует положение точечного объекта относительно метки, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки. Далее вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки, т.е. время ошибки запаздывания или упреждения. Сопоставление рассчитанных средних ошибок упреждения или запаздывания дает представление о соотношении процессов возбуждения и торможения в ЦНС. ОЗМР является более сложной, чем реакция слежения за движущимся объектом, тем, что необходимо сначала определить местонахождение нового объекта и совершить целенаправленную двигательную реакцию. Способ определения ОЗМР более соответствует реальной производственной операторской деятельности, в связи с чем показатель УФС_ЦНС, рассчитанный по результатам данной реакции, более точно отражает состояние операторских навыков. Недостатком данного способа является то, что оценивается только частный процесс деятельности мозга, а именно взаимосоотношение процессов торможения и возбуждения в ЦНС, поэтому данный метод не позволяет судить об общем уровне функционального состояния ЦНС. Например, человек с возбудимым типом нервной системы (преобладание процессов возбуждения по классификации К. Леонгарда) в состоянии усталости по данному методу будет квалифицирован как ригидный (застревающий по классификации К. Леонгарда) с преобладанием процессов торможения в ЦНС.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ оценки функционального состояния ЦНС (RU 2289297 от 23.12.2004) человека на основе измерения и формализации выбранных показателей времени сенсомоторных реакций. В данном способе предложена формула расчета уровня функционального состояния (УФС) каждой из исследуемых функций, в которой учитываются параметры анализа гистограммы распределения значений времени реакций человека на световой или звуковой стимул. Далее значения уровней функционального состояния различных функций организма переводятся в безразмерные показатели, на основании которых рассчитывается уровень функционального состояния ЦНС (УФС_ЦНС). Недостатком данного метода является то, что для оценки функционального состояния ЦНС необходимо измерять как минимум две функциональные системы организма человека и иметь не менее 20 результатов исследования выбранных функциональных систем для каждого оцениваемого человека. Кроме этого данный способ не позволяет оценивать УФС_ЦНС в сравнении у разных обследуемых. В заявленном способе за счет предложенной сенсомоторной методики - ориентировочной зрительно-моторной реакции по той же формуле сразу определяется функциональное состояние ЦНС. Это достигается тем, что время реакции ОЗМР характеризует интегральный результат функционирования и взаимодействия двух функциональных систем: зрительной и моторной при выполнении зрительной и моторной ориентации. Кроме этого определены пределы колебаний данного показателя при различных функциональных состояниях ЦНС.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение точности и объективности оценки УФС_ЦНС человека-оператора, обуславливающего эффективность профессиональной деятельности, разработанного на основе современных научно-обоснованных концепций нейрофизиологических механизмов высшей нервной деятельности. Кроме этого методика ОЗМР может быть использована для тренировки двигательных реакций человека с возможностью оценки эффективности развития двигательных навыков.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается способ оценки УФС_ЦНС человека, заключающийся в визуальном определении места появления объекта, с последующей целенаправленной двигательной реакцией человека, в которой фиксируется время от момента появления объекта до подведения курсора к его границам.

В данном случае ориентировочная зрительно-моторная двигательная (сенсомоторная) реакция формируется в системе зрительного анализатора, ассоциативной и интегративной системах мозга, а также в системе организации ориентировочной реакции. Ассоциативная система связывает корковое представительство зрительного анализатора (теменные зрительные зоны) с двигательной зоной коры, и кортикоспинальным путем, обеспечивающим передачу возбуждения на эффекторы (мышцы). Таким образом, ориентировочная зрительно-моторная реакция осуществляется целым комплексом подкорковых и корковых структур головного мозга, состояние которых отражается в скорости и устойчивости (вариативности) этих реакций. Таким образом, основу методики ОЗМР составляют сложные рефлексы второго и более высоких порядков, в отличие от ПЗМР, в основе которой лежит рефлекторная двигательная реакция на световой раздражитель - условный рефлекс первого порядка.

Уровень функционального состояния ЦНС оценивается по вероятностно-статистическим параметрам распределения показателей времени ориентировочной зрительно-моторной реакции. По величине УФС_ЦНС можно оценить уровень функционального состояния ЦНС (оптимальный, сниженный или существенно сниженный), готовности оператора к работе, степень его утомления, а в ряде случаев - и наличие патологических функциональных нарушений или органических расстройств деятельности центральной нервной системы.

Заявляемый способ удовлетворяет критерию "новизна", так как впервые для оценки функционального состояния ЦНС человека-оператора использованы ориентировочная и моторно-двигательная реакции.

Заявляемый способ соответствует критерию "изобретательский уровень", так как на основе современных данных о функционировании головного мозга человека с использованием персональных компьютеров предложен принципиально новый способ оценки УФС_ЦНС по показателю скорости ориентировочной и моторно-двигательной реакции в процессе интегративного рефлекторного акта. Отличительные признаки: скорость ориентировочной и моторно-двигательной реакции коррелирует с общим функциональным состоянием человека, прямыми и косвенными показателями его работоспособности, просты в получении и не требуют сложных программ и мощных ЭВМ. Соответствие «промышленная применимость» подтверждается результатами испытаний ОЗМР в лаборатории психофизиологического обеспечения Курской атомной электростанции.

Термин «время реакции», введенный в науку З. Экснером (1823), является общепринятым в международной психофизиологической литературе. Существует ряд профессий, например водители транспортных средств, операторы подъемных устройств, операторы энергетических установок и т.п., где показатель времени реакции является ключевым, чтобы разрешить допуск специалиста к выполнению функциональных обязанностей.

С точки зрения развития нового направления психофизиологии, на основе измерения и анализа времени реакций можно выделить два основных направления:

- разработка новых методик сенсомоторных реакций;

- разработка более сложных математических методов анализа временных рядов времени сенсомоторных реакций.

Ориентировочная зрительно-моторная реакция считается сложной, параметры которой специфичны для условий операторской деятельности, пилотов, машинистов, водителей и т.д. Знание величины УФС_ЦНС при выполнении ОЗМР у операторов любого профиля, в том числе операторов особо опасных производств, пилотов, машинистов и водителей, позволит разделить их на группы риска - лиц с хорошим, средним и плохим умением оценивать ориентацию объекта и производить точные координированные движения. Использование методики ОЗМР позволит оценить развитие ориентировочных зрительно-моторных реакций у человека в процессе тренировок на тренажерах.

Знание величины УФС_ЦНС при выполнении ОЗМР у операторов, пилотов, водителей и т.д. позволит прогнозировать успешность профессиональной деятельности и выявить лиц со сниженным УФС_ЦНС для формирования группы риска и организации, целенаправленных реабилитационно-оздоровительных мероприятий. Кроме этого выявление лиц с хорошим, средним и плохим умением ориентации и выполнением точных двигательных реакций может быть использовано при профотборе.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом: для оценки ориентировочной зрительно-моторной реакции предлагается использование персонального компьютера, что позволяет проводить оценку ориентировочной зрительно-моторной реакции человека в двухмерном пространстве. На экране монитора появляется красный круг диаметром 20 мм, к которому необходимо подвести курсор компьютерной мышки. Фиксируется время от появления метки до подведения курсора до ее границ. После этого метка исчезает и появляется вновь через 3-5 секунд на окружности с заданным радиусом с центром в месте появления предыдущей метки. Это позволяет стандартизировать ориентировочную зрительно-моторную реакцию человека как по месту ориентировки, так и по величине двигательной реакции. Стимул предъявляется не менее 50 раз с обязательными 2-3 первыми тренировочными (неоцениваемыми) реакциями. На основе измеренных значений времени реакции строится гистограмма их распределения по разрядам с интервалом в 20 мс. По параметрам анализа гистограммы распределения времени реакции человека определяется значение моды - М_О и амплитуды моды - A_Mo. Затем рассчитывается УФС_ЦНС по формуле:

где - среднее значение;

Кв - коэффициент вариации (σ/ * 100);

М_О - середина разряда гистограммы, имеющего максимальную частоту;

A_Mo ^_ амплитуда моды в % - максимальная относительная частота гистограммы;

ΔХ - вариационный размах = X_MAX ^_X_MIN;

Ln - натуральный логарифм.

Полученные данные приведены в таблице №1.

В таблице представлены данные, полученные при проведении периодического психофизиологического обследования оперативного персонала Курской АЭС в лаборатории психофизиологического обеспечения надежной эксплуатации. Для сравнения в таблице приведены результаты расчета УФС_ЦНС для ПЗМР и ОЗМР на основании обследования 540 операторов. Оценка уровня функционального состояния ЦНС (оптимальный, сниженный, существенно сниженный) проводилась на основании проведенного комплексного психофизиологического обследования, включающего тестирование по психологическим и психофизиологическим методикам, экспресс-диагностики психофизиологического состояния человека с помощью компьютерного комплекса «ДИАКОМС» и объективного осмотра физиолога.

Представленные данные показывают, что по результатам расчета УФС_ЦНС по интервалам скорости реакций ПЗМР и ОЗМР можно определять функциональное состояние ЦНС. Как видно из таблицы определение данного показателя по результатам ОЗМР является более точным. Об этом свидетельствует меньшая величина ошибки средней и величины показателей точности определения средней (C_S) [Лакин Г.Ф. Биометрия. 1990]. Уменьшение ошибки средней при определении оптимального уровня функционального состояния составило 0,27 (33,3%), при сниженном УФС_ЦНС 0,20 (32,8%) и существенно сниженном УФС_ЦНС 0,24 (41,4%).

Величина показателя точности определения средней, по которой оценивают полученные результаты наблюдений, считается вполне удовлетворительной, если коэффициент C_S не превышает 3-5%. Чем меньше этот показатель, тем точнее определено среднее значение рассчитываемого показателя. Таким образом, классификация уровня функционального состояния ЦНС операторов с помощью методики ОЗМР по сравнению с ПСМР является более точной в соответствии с величиной C_S (2,94>1.87; 3,07>1,92; и 3,89>2,09), рассчитанной для трех уровней функциональных состояний ЦНС.

На основании средних значений УФС_ЦНС, полученных в результате тестирования оперативного персонала Курской атомной электростанции, нами рассчитаны границы уровней функционального состояния ЦНС:

Способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека на основе измерения времени ориентировочной зрительно-моторной реакции человека, включающий предъявление зрительного стимула, отличающийся тем, что человеку предъявляют зрительный стимул, красный круг диаметром 20 мм, который визуально определяет его место появления; подводят курсор компьютерной мышки к его границам, измеряют время от момента появления стимула до подведения курсора к его границе, процедуру повторяют не менее 50 раз; на основе измеренных значений времени реакции строится гистограмма их распределения по разрядам с интервалом в 20 мс; по параметрам анализа гистограммы распределения времени реакции человека определяется значение моды - М и амплитуды моды - A, затем рассчитывается величина уровня функционального состояния ЦНС (УФС) по формуле: где - среднее значение;Кв - коэффициент вариации (а/ * 100);М - середина разряда гистограммы, имеющего максимальную частоту;A амплитуда моды в % - максимальная относительная частота гистограммы;ΔХ - вариационный размах = Х-X;Ln - натуральный логарифм,и далее определяют по величине рассчитанного показателя уровень функционального состояния ЦНС, причем при значении УФС больше 24,57 уровень функционального состояния будет оцениваться как оптимальный, при УФС от 24,56 до 18,53 - как сниженный и при УФС меньше 18,52 - как существенно сниженный.