Тезис доклада на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Медицинские информационные системы «МИС-2004»  Россия, Таганрог , 13-16 сентября 2004 г.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

Городецкий И.Г.*, Захаров Е.С., Скоморохов А.А.**
* Московский Авиационный Технологический Университет,
**НПКФ «Медиком МТД», г. Таганрог

Обеспечение успешности деятельности человека-оператора и прогноз эффективности деятельности в реальном времени является актуальной проблемой. Последствия ошибок, связанных с неадекватностью психофизиологической готовности к трудовой деятельности, плохой профессиональной подготовкой или изменениями текущего функционального состояния оператора при осуществлении деятельности, могут привести к авариям и катастрофам на производстве, транспорте, энергетических предприятиях, и т. д. Для решения этой проблемы необходимо обеспечить более эффективное решение таких задач, как профессиональный отбор и качественная подготовка операторов на тренажерных комплексах с психофизиологическим контролем его функционального состояния и с учетом специфики деятельности оператора.

Большую трудность при решении проблемы представляет идентификация состояний системы человек-машина, которая необходима и для оценки эффективности её функционирования, и для возможной регуляции или прогноза состояния системы в реальном времени. Результаты идентификации можно использовать как при профессиональном отборе кандидатов или при подготовке операторов, так и для прогноза успешности действий человека-оператора в реальном времени, и коррекции ситуации, путем простого предупреждения оператора или администратора системы о скором возможном наступлении проблем в деятельности, или использования этих результатов самой системой управления, с целью перестройки рабочего интерфейса таким образом, чтобы деятельность могла выполняться в новых условиях.

Для проведения исследований с целью выявления взаимосвязи паттернов физиологических сигналов и показателей эффективности выполнения операторской деятельности, а также для выбора подходов к идентификации психофизиологического состояния и соответствующих показателей эффективности деятельности человека-оператора, при совмещенном выполнении им задачи слежения и логической задачи, нами предлагается использовать психофизиологический комплекс «Реакор» (производитель НПКФ «Медиком МТД», г. Таганрог).

Комплекс «Реакор» со встроенной программой, реализующей адаптивную модель совмещённой деятельности человека-оператора [1, 2, 3], позволяет осуществлять одновременный синхронный мониторинг большого количества физиологических показателей испытуемого и показателей, характеризующих различные аспекты выполнения им операторской деятельности, а также обрабатывать полученные результаты различными математическими методами (статистический анализ с построением гистограммы распределения, спектральный анализ, оценка значимых изменений на разных этапах исследования и пр.).

Исходя из литературных данных, одним из перспективных направлений является идентификация различных состояний человека по электроэнцефалограмме (ЭЭГ). В качестве признаков идентификации используются не только спектральные и амплитудные характеристики ЭЭГ, но и параметры пространственной корреляции, отражающие изменения в межполушарных и внутриполушарных связях [4]. Сложность идентификации этих изменений и их связи с параметрами деятельности человека-оператора обусловлено тем, что статистические исследования быстро меняющихся ритмов во множестве областей мозга с помощью традиционных методов анализа ЭЭГ, учитывающих изменения одного параметра, невозможны. Поэтому особый интерес может представлять применение методов многопараметрической оценки свойств ЭЭГ–сигнала, например, использование обучаемых классификаторов, в том числе, искусственных нейронных сетей. Многие авторы упоминают высокую значимость функциональных связей, устанавливаемых синхронной ритмикой между различными участками скальпа, для осуществления различных мыслительных операций. Формирование новых связей способствует переходу на оптимальный уровень состояния, более адекватный для выполняемой операторской деятельности.

Нами была проведена серия экспериментов с использованием адаптивной модели совмещённой деятельности человека-оператора, в рамках которой было подтверждено наличие изменений в пространственной синхронизации на разных этапах деятельности испытуемого.                                    

На рисунке 1 отражена динамика некоторых физиологических показателей (асимметрия по альфа-индексу ЭЭГ, показатели тонуса резистивных и магистральных сосудов по фотоплетизмограмме, частота дыхания, проявления дыхательной аритмии на ЧСС) и показателей эффективности выполнения операторской деятельности, применительно к ее разным этапам. Начало работы характеризовалось симпатической активацией, однако, по мере повышения эффективности выполнения операторской деятельности, шло восстановление и даже в некоторых случаях превышение исходных значений показателей. Например, незначительное уменьшение асимметрии на начальном этапе работы сменяется ее значительным повышением, что соответствует повышению правополушарной активации, повышение тонуса резистивных и магистральных сосудов сменяется их значимым снижением, частота дыхания и ее влияние на ЧСС восстанавливаются.

Рис. 1. Динамика некоторых физиологических показателей и показателей эффективности выполнения операторской деятельности, применительно к ее разным этапам.

На рисунке 2 представлена динамика изменения пространственной синхронизации по различным фокусам головного мозга с использованием кросс-корреляционного анализа сигналов ЭЭГ. Видно, что в исходном состоянии у испытуемого Ш. в основном проявлялись внутриполушарные связи: первые 6 минут деятельности привели к появлению значимых межполушарных связей, последующие 6 минут деятельности еще более их усилили, после чего восстановилось исходное состояние.

 а)                                     б)                                           в)                                г)

Рис. 2. Динамика изменений межполушарных взаимоотношений испытуемого Ш. в процессе выполнения операторской деятельности: а) исходный фон, б) начало работы (1-6 минута), в) продолжение работы (6-11 минута), г) продолжение работы (11-16 минута).

На наш взгляд предварительные результаты анализа полученных данных позволяют надеяться на то, что дальнейшее накопление экспериментальных данных, а также выбор и применение соответствующего математического аппарата идентификации помогут продвинуться по пути решения проблемы автоматической идентификации состояния человека-оператора, прогноза успешности его деятельности и обеспечения более надежного функционирования системы «человек-машина».

Литература:

1.     Городецкий И.Г., Захаров Е.С., Скоморохов А.А., Артёмов И.В. Адаптивная модель совмещённой деятельности человека-оператора // Сборник докладов 7-го Всероссийского Совещания-семинара «Инженерно-Физиологические Проблемы Новой Техники» (Москва, 20-22 мая, 2003-й год.), типография МГТУ им. Баумана.

2.     Отчет о научно-исследовательской работе по теме «Поисковые исследования по созданию автоматизированной системы оценки психофизиологических возможностей и профессиональной пригодности военных специалистов», научный руководитель Городецкий И.Г., 2001.

3.     Голикова О.Г., Городецкий И.Г., Садов В.А. Патент РФ №2038043 от 27.06.1995.

4.     Щукин Т.Н., Дорохов В.Б., Лебедев А.Н., Луценко Е.В. ЭЭГ-прогноз успешности выполнения психомоторного теста при снижении уровня бодрствования: постановка задачи // Изд-во ИВНД, М.; 2003г.