Способ определения времени реакции человека на движущиеся объекты

Изобретение относится к области моделирующих устройств, которые следует рассматривать как учебные или тренировочные устройства, вызывающие у обучающихся ощущения, идентичные ощущениям, возникающим при обращении с реальными устройствами, отличающиеся обеспечением записи или измерения характеристик обучаемого и предназначено для определения времени реакции человека на движущиеся объекты.

Одним из методов повышения надежности и эффективности профессиональной деятельности человека является диагностика и прогнозирование его функционального состояния. Простым и достаточно точным психофизиологическим показателем функционального состояния является время реакции на движущийся объект [1]. При этом время реакции на движущийся объект является сложным пространственно-временным рефлексом и используется в качестве теста для определения уровня взаимоотношения процессов возбуждения и торможения в коре головного мозга [2], что обусловливает необходимость точного его определения.

Известен способ определения времени реакции человека на движущийся объект, согласно которому испытуемым предъявляют циферблат обычного стрелочного секундомера, одно деление которого равно 0,01 сек. Испытуемые по команде «Можно» нажатием кнопки пускают секундомер и останавливают его в момент достижения стрелкой заданного деления на циферблате. Проводятся 13 измерений, три из которых считаются ориентировочными и при определении времени реакции на движущийся объект не учитываются. Индикатором реакции на движущийся объект является средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения. Для оценки средней величины ошибок запаздывания подсчитывается сумма отклонений с положительным знаком и количество ошибок такого рода. Деление суммарной величины ошибок на их количество дает искомую величину. Аналогичным образом вычисляется критерий, характеризующий среднюю величину ошибок упреждения. Сопоставление рассчитанных средних величин дает представление о преобладании средней величина ошибок запаздывания или упреждения, то есть о реакции на движущийся объект [3].

Известен способ тестирования реакции человека на движущийся объект, при проведении которого испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены курсор и метка, обозначающая «Стоп». Для обеспечения движения курсора по окружности испытуемый удерживает щупом кнопку пульта управления в нажатом состоянии. В момент предполагаемого совпадения курсора с меткой испытуемый отжимает щупом кнопку пульта. По количеству опережающих, отстающих и точных реакций судят о соотношении процессов торможения и возбуждения в центральной нервной системе, то есть о реакции на движущийся объект [4].

Недостатком известных способов является их низкие технологические возможности, так как они позволяют определить время реакции на движущийся объект только в плоскости параллельной испытуемому, в координатах «х-у», а также невозможность анализа приближения объекта.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения времени реакции человека на движущийся по направлению к нему объект путем предъявления испытуемому на экране видеомонитора замкнутого контура с тестовым объектом, в момент предполагаемого слияния замкнутого контура с тестовым объектом испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение тестового объекта, причем вычисляют ошибку несовпадения - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения - с отрицательным знаком, описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего вычисляют время реакции Тр человека на движущийся объект как среднеарифметическое значение по формуле:

где ti - время i-й ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n - число испытаний, в котором испытуемому предъявляют замкнутый контур, являющийся ограничивающим, концентрически внутри которого расположен тестовый объект аналогичной конфигурации, при этом тестовый объект увеличивают соответственно заданной скорости, имитируя движение его навстречу испытуемому до момента слияния тестового объекта с ограничивающим контуром, при этом после нажатия кнопки «Стоп» испытуемому вновь предъявляют замкнутый контур, концентрически внутри которого расположен тестовый объект начальных размеров и конфигурации. [5].

Недостатком известного способа являются его низкие технологические возможности, обусловленные тем, что он позволяет определить время реакции при движении одного объекта относительно другого, неподвижно зафиксированного, то есть по одной оси в прямоугольной системе координат в пространстве «х-y-z».

В то же время, из анализа литературных источников известно, что время реакции на движущийся объект определяют для тестирования реакции водителей транспортных средств [6], операторов подъемных устройств [7]. В этом случае наибольшее значение приобретает определение времени реакции в условиях одновременного движения объектов относительно друг друга, причем в различных направлениях в прямоугольной системе координат в пространстве «х-y-z».

Технический результат предлагаемого способа определения времени реакции человека на движущиеся объекты заключается в расширении технологических возможностей известных способов за счет определения времени реакции в условиях движения тестовых объектов по различным траекториям в прямоугольной системе координат в пространстве «х-y-z».

Технический результат достигается путем предъявления испытуемому на экране видеомонитора двух тестовых объектов в виде замкнутых контуров, в момент предполагаемого слияния тестовых объектов испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает их движение, причем вычисляют ошибку несовпадения - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения - с отрицательным знаком, описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего вычисляют время реакции Т_р человека на движущийся объект как среднеарифметическое значение по формуле:

,

где t_i - время i-й ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n - число испытаний;

после нажатия кнопки «Стоп» испытуемому вновь предъявляют тестовые объекты начальных размеров, конфигурации и расположения на экране, причем новым является то,
что испытуемому в произвольном месте экрана предъявляют тестовые объекты аналогичной конфигурации и различного размера, тестовые объекты двигаются с постоянной скоростью по прямолинейным пересекающимся в условной точке траекториям и одновременно изменяют свои геометрические размеры, при этом условная точка пересечения соответствует совпадению центров тестовых объектов, перемещения тестовых объектов по экрану имитируют движение в плоскости «х-у», изменение их геометрических размеров имитирует движение в плоскости «z».

Известно, что удаленность объекта определяется человеком посредством анализа угловых размеров объекта. Глаз определяет удаленность объектов с помощью специальных признаков глубины: монокулярных (видение одним глазом) и бинокулярных (видение двумя глазами). Монокулярные признаки глубины работают на больших расстояниях и оценивают удаленность объекта по уменьшению его размеров. Бинокулярные признаки глубины применимы на близких расстояниях (до нескольких метров) и позволяют оценить расстояние до объекта посредством сведение зрительных осей двух глаз в одну точку (конвергенция), различия в изображениях, даваемых правым и левым глазом. Наиболее естественным способом решения задачи определения расстояния до объекта является сравнение, когда узнаваемый объект сравнивается со своим физическим размером, известным из визуального опыта и, таким образом, достаточно точно определяется его удаленность [8].

Тогда, изменяя угловые размеры объекта, можно имитировать ситуацию приближения/удаления этого объекта к наблюдателю и оценивать восприятие испытуемым положения объекта в трехмерной системе координат.

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.

Время реакции на движущийся объект характеризует интегральный результат функционирования и взаимодействия двух функциональных систем: зрительной и моторной при выполнении зрительной и моторной ориентации.

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

Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагается способ определения времени реакции на движущиеся объекты, заключающийся в визуальном определении точки пересечения траекторий движения объектов (движущегося объекта и замкнутого контура), с последующей целенаправленной двигательной реакцией человека, в которой фиксируется время запаздывания или упреждения пересечения их центров.

Высшим отделом ЦНС является кора большого мозга (кора больших полушарий). Разные области коры большого мозга имеют разные поля, определяющиеся по характеру и количеству нейронов, толщине слоев и др. Наличие структурно различных полей предполагает и разное их функциональное предназначение. Так, выделяют сенсорные (проекционные), моторные и ассоциативные зоны.

Зрительная система (сенсорная зона) представляется в затылочной доле мозга (борозда птичьей шпоры), куда поступает информация о наличии и интенсивности зрительного сигнала, цвете, форме, размере предметов. При этом сложность и время обработки зависит от количества одновременно обрабатываемых признаков объекта. Моторные отделы коры мозга обеспечивают координированные движения мышц. Ассоциативная система связывает корковое представительство зрительного анализатора (теменные зрительные зоны) с двигательной зоной коры, и кортикоспинальным путем, обеспечивающим передачу возбуждения на эффекторы (мышцы), что обеспечивается целым комплексом подкорковых и корковых структур головного мозга.

Таким образом, основу оценки времени реакции на движущиеся по различным прямолинейным пересекающимся траекториям в прямоугольной системе координат в пространстве «х-y-z» объекты составляют сложные рефлексы более высоких порядков, которые отличаются от оценки времени реакции человека на движущийся объекты в двухкоординатной плоскости.

Заявляемый способ удовлетворяет критерию "новизна", так как впервые для времени реакции человека на движущиеся объекты использованы одновременные движения объектов в прямоугольной системе координат в пространстве «х-y-z».

Заявляемый способ соответствует критерию "изобретательский уровень", так как предложен принципиально новый способ оценки способности человека к восприятию движущихся по отношению к наблюдателю объектов. Отличительные признаки: тестовый объект и замкнутый контур могут двигаться по любой прямолинейной и пересекающейся в условной точке траектории в прямоугольной системе координат в пространстве «х-y-z», что обеспечивает большее подобие реальным объектам физического мира и большую сложность рефлексов подкорковых и корковых структур головного мозга.

Соответствие «промышленная применимость» подтверждается результатами испытаний в лаборатории «Эргатические системы управления» Поволжского государственного технологического университета.

На фиг. 1 представлено условное изображение экрана видеомонитора испытуемого при определении времени реакции человека на движущиеся объекты, где 1 – условная точка пересечения траекторий движения тестовых объектов, 2₁ – начальное положение первого тестового объекта (удаляющегося), 2₂ – конечное положение первого тестового объекта (удаляющегося), 3₁ – начальное положение второго тестового объекта (приближающегося), 3₂ – конечное положение второго тестового объекта (приближающегося).

Предлагаемый способ определения времени реакции человека на движущиеся объекты осуществляется следующим образом.

На первом этапе на экране видеомонитора испытуемому отображают два тестовых объекта аналогичной конфигурации. Тестовые объекты располагаются в произвольных местах экрана и имеют различный размер.

Согласно бинокулярным признакам глубины считается, что тестовый объект большего размера находится ближе к наблюдателю (испытуемому), чем тестовый объект меньшего размера.

На втором этапе тестовые объекты начинают движение с постоянной скоростью по прямолинейным пересекающимся в условной точке 1 (рис.) траекториям. Условная точка пересечения соответствует совпадению центров тестовых объектов. Перемещение тестовых объектов по экрану имитируют движение объектов в плоскости «х-у».

При этом одновременно происходит изменение геометрических размеров тестовых объектов, что имитирует их движение в плоскости «z»: уменьшение размера имитирует удаление объекта от наблюдателя, увеличение размеров имитирует приближение тестового объекта к наблюдателю.

В условной точке пересечения координаты «x-y-z» центров тестовых объектов равны, то есть имитируется столкновение тестовых объектов в прямоугольной системе координат в пространстве «x-y-z».

В момент предполагаемого слияния тестовых объектов испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает их движение, причем вычисляют ошибку несовпадения t_i  - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения - с отрицательным знаком.

После нажатия кнопки «Стоп» испытуемому вновь предъявляют тестовые объекты начальных размеров, конфигурации и расположения на экране.

Описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего вычисляют время реакции Т_р человека на движущийся объект как среднеарифметическое значение по формуле:

где t_i - время i-й ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n - число испытаний.

Технический результат предлагаемого способа определения времени реакции человека на движущиеся объекты заключается в повышении технологических возможностей известных способов за счет определения времени реакции в условиях движения тестовых объектов по различным траекториям в прямоугольной системе координат в пространстве «х-y-z», что позволяет исследовать сложные рефлексы более высоких порядков.

Литература

1. Сурнина О.Е., Лебедева Е.В. Половые и возрастные различия времени реакции на движущийся объект у детей и взрослых // Физиология человека. – 2001. – Т. 27, № 4. – С. 56-60.

2. Караулова Н.И. Возможности использования реакции на движущийся объект в оценке результатов тренировки // Физиология человека. – 1982. – Т. 8, № 4. – С. 653-660.

3. Методы и портативная аппаратура для исследования индивидуально-психологических различий человека / Н.М. Пейсахов, А.П. Кашин, Г.Г. Баранов, Р.Г. Вагапов; Под ред. В.М. Шадрина. – Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1976. – 238 с.

4. Маслова О.И., Горюнова А.В., Гурьева М.Б. и др. Применение тестовых компьютерных систем в диагностике когнитивных нарушений при синдроме дефицита внимания с гиперактивностью у детей школьного возраста // Медицинская техника. – 2005. - № 1. – С. 7-13.

5. Пат. 2400138 РФ. Способ определения времени реакции человека на движущийся по направлению к нему объект / Петухов И.В., Пуртов А.В., Репин Д.С. (РФ). – опубл. 27.09.2010, Бюл. № 27.

6. Пейсахов Н.М. Закономерности динамики психических явлений. – Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1984. – 235 с.

7. Патент RU2573340C2

8. Лапин А.И. Плоскость и пространство, или жизнь квадратом (3-е изд., исправ. и доп.) М.: Издатели Л. Гусев, М. Сидоренко, 2008. – 180 с.