автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Метод и программно-техническое обеспечение контроля соотношения процессов возбуждения и торможения человека на основе измерения времени реакции на движущийся объект

На правах рукописи

ПЕСОШИН АНДРЕИ ВАЛЕРЬЕВИЧ

МЕТОД И ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ СООТНОШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ НА ДВИЖУЩИЙСЯ ОБЪЕКТ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Казань - 2009

003463423

Работа выполнена на кафедре компьютерных систем государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева».

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Петухов Игорь Валерьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Польский Юрин Ехилевич

доктор технических наук, доцент Сидоркнна Ирина Геннадьевна

Ведущая организация: Институт информатики АН РТ, г. Казань

Защита состоится 20 апреля 2009г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.079.04 при ГОУ ВПО «Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева» по адресу: 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 31.

Ваши отзывы, заверенные печатью, просим выслать по адресу 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, д.Ю на имя ученого секретаря.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева, с авторефератом - на сайте КГТУ: http://www.kai.ru

Автореферат разослан « » марта 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета к.т.н., доцент

Линдваль В.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изучение профессиональной деятельности человека является важной и сложной проблемой инженерной психологии, эргономики и физиологии труда и спорта. Все большую актуальность приобретают задачи профориентации персонала и оценки профпригодности на основе дифференциации свойств нервной системы (НС) человека и определения интегральных показателей профессиональной деятельности.

Одной из основных характеристик НС человека является уровень соотношения процессов возбуждения и торможения, который определяет зрительно-моторные характеристики и функциональные возможности человека. Известным и широко используемым методом контроля этого соотношения является исследование реакции на движущийся объект (РДО) - определение точки встречи движущегося на экране символьного изображения объекта с неподвижной точкой (меткой), заранее указанной в словесной инструкции. Задача испытуемого, пытающегося точно остановить движущееся изображение объекта в заданной точке, состоит в нахождении некоторой величины упреждения с учетом скорости движения объекта, оставшегося расстояния и своих зрительно-моторных возможностей, осуществляя коррекцию пути движения объекта, т.е. выполняя корректирующие воздействия на объект.

«Большинство авторов ошибки упреждения в реакциях РДО склонны считать показателем преобладания возбудительного процесса, а ошибки запаздывания - индикатором преобладания процесса торможения. Предполагается также, что точные реакции в РДО показывают лица с уравновешенными процессами возбуждения и торможения»*.

Исследованию РДО посвящены работы В.М. Захарова, Н.И. Карауловой, А.П. Лаптева, В.П. Лисенковой, О.И. Масловой, Н.М. Пейсахова, A.B. Петровского, И.В. Петухова, В.В. Роженцова, O.E. Сурниной, Ю.А. Цагарелли и других ученых.

Разработка эффективных методов и средств контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека, особенно при отсутствии корректирующих воздействий на движущийся объект, является актуальной задачей.

Объектом исследования являются метод и средства контроля времени реакции человека на движущийся объект.

Предметом исследования являются способы, алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека при исследовании его зрительно-моторных и других характеристик.

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

Л

Целью работы является., обеспечение достоверности контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека при исследовании его зрительно-моторных характеристик и других фуйкциональных возможностей на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий.

Научная задача работы заключается в разработке эффективных способов, алгоритмического и программно-технического обеспечения контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека и их обработки при исследовании его зрительно-моторных характеристик и других функциональных возможностей.

Для достижения поставленной цели и • решения научной задачи необходимо решить следующие вопросы:

- выполнить анализ существующих методов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека;

- предложить способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий;

- предложить способ обработки результатов измерений РДО при оценке зрительно-моторных характеристик человека;

-разработать алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО при отсутствии корректирующих воздействий;

- провести экспериментальные исследования по контролю соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека.

Методы исследований. Для решения поставленной задачи в диссертационной работе использовались: аппарат теории автоматического управления, теории вероятностей и математической статистики, методы алгоритмизации и экспериментального исследования.

Обоснованность и достоверность полученных результатов определяются применением известных теоретических положений фундаментальных наук, корректностью используемых моделей и их адекватностью реальным физическим процессам, совпадением теоретических результатов с данными экспериментов, признанием разработанных способов и устройства изобретениями экспертами ФИПС. ■

Новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Впервые предложен способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий.

2. Предложен способ обработки результатов измерений РДО при исследовании зрительно-моторных характеристик человека.

3. Разработаны алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля соотношения процессов возбуждения и тррможения в НС на основе метода РДО при отсутствии корректирующих воздействий.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии метода РДО, в нахождении количественных значений времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий, позволяющих оценить зрительно-моторные способности человека, а также в разработке на его основе способов и алгоритмического обеспечения контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека и обработки результатов измерений РДО, являющихся основой для разработки новых эффективных технических средств.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

-разработаны структурные схемы технических средств контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО;

- разработан и внедрен аппаратно-программный комплекс для контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО;

- проведены экспериментальные исследования по измерению времени-РДО, при отсутствии корректирующих воздействий и контролю соотношения процессов возбуждения и торможения в НС, позволившие выработать рекомендации по применению разработанных способов.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 14 печатных работах, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 патента РФ, 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, 3 статьи, 5 работ в материалах и трудах конференций.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: международных научно-технических и научно-практических конференциях «Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии», г. Новочеркасск, 2003г.; «Современные проблемы информатизации», г. Воронеж, 2007г.; Татищевские чтения: Актуальные проблемы науки и практики, г. Тольятти, 2008г.; 8-м интернациональном конгрессе "Health & education millennium", г. Москва, 2007г.; Всероссийской конференции с международным участием «Вавиловские чтения», г. Йошкар-Ола, 2007г.; Всероссийских научно-практических конференциях «Методы и устройства в психофизиологических исследованиях человека», г. Йошкар-Ола, 2004г.; «Наука и профессиональная деятельность», г. Нижнекамск, 2008г.; региональных научно-практических конференциях «Методы и устройства психофизиологических исследований человека», г. Йошкар-Ола, 2003г.; «Физическая культура, спорт, здоровье», г. Йошкар-Ола, 2007г.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований использованы: при выполнении НИР по гранту РФФИ № 06-08-00988-а «Методы и технические средства исследования аспектов переработки зрительной информации человека»- госбюджетной НИР «Методы и средства исследования функционального состояния зрительной системы и организма человека», хоздоговорной НИР №' НЧ401018 (2818) «Разработка

методического и программно-алгоритмического обеспечения тестирования зрительно-моторных характеристик водителей автотранспорта» для управления ГИБДД МВД по РТ.

Результаты проведенных исследований внедрены и используются в ОАО «Биомашприбор» (г.Йошкар-Ола), в управлении ГИБДД МВД по Республике Татарстан и учебном процессе Марийского государственного университета, что подтверждается соответствующими актами.

Пути дальнейшей реализации результатов работы. Научные и практические результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы также в области инженерной и экспериментальной психологии, эргономики, психологии, физиологии труда и спорта, психологии, при исследовании функционального состояния человека.

На защиту выносятся:

-способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в HG человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий;

- способ обработки результатов измерений РДО при исследовании зрительно-моторных характеристик и возможностей человека;

- алгоритмы работы и структура технических средств контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 136 страницах машинописного текста и содержит 27 рисунков и 13 таблиц, состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, список литературы из 108. наименований.

Личный вклад автора состоит в следующем:

- выполнен анализ сущёствующих методов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека;

- предложены способы контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека при отсутствии корректирующих воздействий и обработки результатов измерения времени РДО, которые позволяют исследовать зрительно-моторные и другие характеристики человека;

- проведен статистический анализ результатов измерений времени РДО по известному и предложенному способам контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека;

- разработаны алгоритмы работы и структурные схемы технических средств контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека при исследовании зрительно-моторных и других возможностей человека;

- проведены экспериментальные исследования по измерению времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий и контролю соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека, позволившие дать рекомендации по применению разработанных способов, сделаны выводы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются объект, предмет, цель и задача исследования, отмечены методы исследования, достоверность и новизна полученных результатов, их теоретическая значимость и практическая ценность, приведены данные о публикациях, апробации и реализации результатов, сформулированы научные положения, выносимые на защиту. Приведены данные о структуре и объеме диссертации, дается краткий обзор диссертации по главам.

В первой главе содержится анализ проблемы, связанной с контролем соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека, дан обзор существующих технических средств для его осуществления.

Установлено, что наиболее распространенным является метод РДО, который представляет собой сложный зрительно-моторный тест. Время РДО используется как критерий утомления и профпригодности, при оценке функционального состояния организма и оператора в человеко-машинных системах. РДО входит в состав объективных психофизиологических показателей зрительной работоспособности авиационных групп высшего пилотажа «Русские Витязи» и «Стрижи».

Метод РДО основан на предъявлении испытуемому символьного изображения движущегося объекта, движение которого испытуемый останавливает в момент предполагаемого его совпадения с заданной меткой, (способ с остановом), различные модификации которого описаны Н.М. Пейсаховым и О.И. Масловой.

Обобщенная модель этих способов представлена на рис. 1. Показано, что действие испытуемого, пытающегося точно остановить движущийся объект 1 в указанной точке 2, соответствует управлению в следящих системах, основанному на непрерывных коррекциях, которые осуществляются после каждого очередного акта и базируются на текущей информации. В результате испытуемый корректирует ошибки упреждения увеличением пути движения объекта, а ошибки запаздывания - Рис. 1. Модель тестирования сокращением пути движения объекта. методом РДО

Очевидно, что известный способ позволяет,

прежде всего, оценить способность к корректировке своих действий и не позволяет определить истинный уровень соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека.

Анализ литературных источников показал, что разные исследователи используют различные способы обработки результатов измерений РДО.

а/ ! \ \ \ ! 1

1 \ \ ! ! / /

По способу Н.М. Пейсахова определяют среднюю величину ошибок запаздывания и среднюю величину ошибок упреждения, сопоставление которых дает представление о соотношении процессов возбуждения и торможения в НС. О.И. Масловой предложено проводить оценку по соотношению количества опережающих, отстающих и точных реакций.

При этом экспериментально установлено, что результаты контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека, полученные по способам обработки результатов измерений Н.М. Пейсахова и О.И. Масловой, в ряде случаев существенно отличаются друг от друга.

На основе анализа существующих способов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО и обработки результатов измерений сформулирована цель работы и задача научного исследования.

Во второй главе рассмотрены способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО, способ обработки и статистический анализ результатов измерений РДО.

Физическую модель, отображающую тестирование при контроле соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО, когда испытуемый получает информацию о результатах исследования и корректирует свои дальнейшие действия, можно представить в виде информационной системы с обратной связью (рис. 2), где л:(г) - входная величина (информация о движении точечного объекта), у(/) - выходная величина (результат совмещения точечного объекта и метки), х^) -воздействие обратной связи (коррекция времени останова движения точечного объекта, основанная на текущей информации об ошибке совмещения точечного объекта и метки).

Тогда, согласно теории автоматического управления, для исследования прямой цепи необходимо устранить обратную связь в процессе тестирования, т.е. исключить получение испытуемым информации о величине ошибки несовпадения точечного объекта и метки.

Устранение обратной связи позволит исследовать соотношение процессов возбуждения и торможения в НС на основе значения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий. Предложено модифицировать способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека следующим образом. В момент предполагаемого совпадения движущегося по окружности точечного объекта с меткой, испытуемый

Рис.2. Физическая модель процесса тестирования

нажатием кнопки «Стоп» фиксирует положение точечного объекта относительно метки, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки (способ без останова). В момент фиксации вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки -время ошибки запаздывания или упреждения, и описанную процедуру повторяют заданное число раз. Разработанный способ без останова защищен патентом № 2322187 РФ на изобретение.

Предложен способ обработки результатов измерений времени РДО. Проводят (и + 3) измерений времени РДО, (и >10), из которых первые 3 отбрасывают и при дальнейшей обработке не учитывают. Используя оставшиеся п значений времени РДО, вычисляют время реакции человека на движущийся объект Тр как среднеарифметическое полученных значений:

тр={£<>> о)

п ,=1

где tj — /-я ошибка запаздывания с положительным знаком или упреждения с. отрицательным знаком, мс; п — число остановок точечного объекта в области положения метки. Разработанный способ защищен патентом № 2326595 РФ на изобретение.

На основе анализа известного и предложенного способов сформулировано положение: результаты измерения РДО с использованием предложенного способа должны отличаться меньшей статистической зависимостью в сравнении с результатами измерения РДО, полученными с помощью известного способа.

Будем считать, что при проведении опытов получаем случайную величину АГ(мс). Гистограммы Дх) для одного испытуемого при использовании известного и предложенного способов приведены на рис.З и 4 соответственно.

11x1

03

-100 -60-1,0-20 0 20 (0 60

СИ

Их) 03

* -60 -¡0 -20 0 20 Ш 60 ВО ПО 120 НО

Рис. 3. Гистограмма рис. 4. Гистограмма

значений РДО, полученных значений РДО, полученных

по известному способу по предложенному способу

Для сравнения результатов предложенного и известного способов вычислялись основные статистические оценки: М'\х\— среднеарифметическое полученных значений, дисперсия ^"[-АГ], среднеквадратичное отклонение а'[х), доверительные интервалы Iр и нормированные автокорреляционные

функции (НАКФ) г(т) результатов измерений времени РДО, приведенные соответственно в табл. 1,2 и на рис. 5 и 6.

Таблица 1

Статистические характеристики случайной величины X

Способ оценки РДО Статистические характеристики случайной величины

М'[х\ вг-М

Известный способ с остановом 4,5мс 971,6 мс2 31,2 мс

Предложенный способ без останова 29мс 1098,4 мс2 33,1 мс

Таблица 2

Доверительные интервалы Iр, соответствующие доверительной вероятности Р~ 0,95, полученные с использованием известного и предложенного способов

Способ оценки РДО Доверительный интервал /¡^соответствующий доверительной вероятности /?= 0,95

1р для М'\Х] 1р для £>'[*]

Известный способ с остановом (-4,1; 13,0) (590,8; 1352,5)

Предложенный способ без останова (19,9; 38,1) (667,9; 1529,0)

НАКФ вычислялись по следующему выражению:

1 "

-7 ~т')(х,_-т[)

О- =—Ц. , Д- =—Ц ~т'У,

п-х-1£1, п-т-1,^,

т' =М'[х] - статистическое среднее.

Рис. 5. НАКФ последовательности Рис. 6. НАКФ последовательности

значений РДО, полученных значений РДО, полученных

по известному способу по предложенному способу

Анализ НАКФ (рис. 5 и 6) показывает, что значения РДО, полученные с использованием предложенного способа, характеризуются меньшей статистической зависимостью.

В третьей главе разработано алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе предложенного способа.

Разработано устройство «Измеритель реакции на движущийся объект» ИР ДО, структурная схема которого представлена на рис. 7.

Рис. 7. Структурная схема прибора ИР ДО

Прибор обеспечивает работу в двух режимах: «Режим 1» - с индикацией текущих результатов измерений времени РДО и «Режим 2» - с индикацией оценки времени РДО.

Для автоматизации контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека разработан микропроцессорный прибор (МПП), структурная схема которого приведена на рис. 8.

Рис. 8. Структурная схема прибора МПП

Прибор МПП позволяет автоматизировать процесс проведения измерений времени РДО и обработки результатов измерений, программно изменять методику измерений, в том числе скорость и направление движения объекта.

Для расширения функциональных возможностей при проведении исследований соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека (создания общей базы данных и статистической обработки результатов измерений), разработан аппаратно-программный комплекс (АПК). В состав АПК входит ПЭВМ, монитор с малым временем отклика и пульт испытуемого.

В четвертой главе представлены методика контроля соотношения процессов возбуждения и торможения, результаты экспериментальных исследований и сравнительный анализ оценок, полученных с использованием предложенных и известных способов. Контроль проводили с использованием разработанного АПК. В экспериментальных исследованиях участвовали практически здоровые люди в возрасте от 17 до 23 лет с нормальным или скорректированным зрением.

На рис. 9 представлена диаграмма индивидуальных значений времени РДО по группе из 30 испытуемых, полученных с использованием предложенного и известного способов.

Рис. 9. Диаграмма индивидуальных значений времени РДО по группе из 30 испытуемых. По горизонтальной оси - испытуемые; по вертикальной оси - значение времени РДО, мс.

Индивидуальное значение времени РДО, полученное с использованием предложенного способа по обследованной группе из 30 испытуемых, находится в пределах от - 31,3 до 30,2 мс, а по известному способу - от - 9,3 до 18,6 мс.

Установим порог значений времени РДО, например, ±3 мс, при котором состояние нервных процессов считаем близким к сбалансированности. Если время РДО менее -3 мс, то считаем, что преобладают процессы возбуждения, если более 3 мс - преобладают процессы торможения. Тогда сравнительный анализ значений времени РДО, полученных с использованием предложенного и известного способов по предложенному способу обработки результатов показал, что совпадение оценок соотношения процессов возбуждения и торможения наблюдается только в 37% случаев.

Выполнен сравнительный анализ предложенного и известных способов обработки результатов измерений времени РДО. Обработку результатов измерений проводили по предложенному способу по формуле (1) и известным способам обработки Н.М. Пейсахова и О.И. Масловой.

Результаты тестирования представляли в виде диаграммы в координатах «значение ошибки - номер попытки». Критерием преобладания процессов торможения, возбуждения или их равновесия является соотношение суммарных значений величин столбцов диаграммы в области положительных или отрицательных значений.

На рис. 10 представлены диаграммы 6 испытуемых, отобранных из 30 человек, разделенных на 3 подгруппы: «преобладание процессов возбуждения», «преобладание процессов торможения» и «сбалансированность процессов».

Д е

Рис. 10. Диаграммы индивидуальных значений ошибок запаздывания и упреждения. По горизонтальной оси - номер попытки, по вертикальной - значение времени РДО (мс). а - 1 -й испытуемый; б - 2-й испытуемый; в - 3-й испытуемый; г - 4-й испытуемый; д - 5-й испытуемый; е - 6-й испытуемый.

Из каждой подгруппы взяты результаты 2 испытуемых - 1 испытуемый со средним значением времени РДО внутри подгруппы и 1 испытуемый с максимальным значением времени РДО внутри данной подгруппы.

Анализ значений времени РДО для 6 испытуемых показывает, что оценки соотношения процессов возбуждения и торможения по предложенному способу обработки результатов измерений во всех случаях совпали с оценками, полученными на основе анализа диаграмм, в 5 случаях совпали с оценками по способу Н.М. Пейсахова и в 4 случаях - с оценками по способу О.И. Масловой. Сравнительный анализ оценок соотношения процессов возбуждения и торможения по группе из 30 испытуемых показал, что оценки по

предложенному способу обработки результатов измерений во всех случаях совпадают с оценками, полученными на основе анализа диаграмм. Совпадение оценок по способам Н.М. Пейсахова и О.И. Масловой с оценками, полученными на основе анализа диаграмм, наблюдается только в 70% случаев.

Результаты проведенных исследований внедрены в ОАО «Биомашприбор» (г.Йошкар-Ола) в проектно-конструкторскую деятельность при разработке и модернизации приборов для психофизиологических исследований, в учебный процесс на кафедре теоретических основ физвоспитания Марийского государственного университета и используются при тестировании зрительно-моторных характеристик водителей автотранспорта и инспекторов дорожно-патрульной службы полка ДПС управления ГИБДД МВД по Республике Татарстан.

В заключении формулируются выводы и приводится перечень основных результатов, полученных в диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Результатом исследований является научно-обоснованная техническая разработка способа, алгоритмического и программно-технического обеспечения контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий, имеющая существенное значение для различных отраслей знаний и техники, использующих свойства нервной системы человека.

1. Проведен анализ существующих методов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека. Установлено, что данные, полученные с помощью известного способа контроля методом РДО с остановом, характеризуют в большей степени индивидуальную способность к самонастройке, а не уровень соотношения процессов возбуждения и торможения 'в НС, используемый при исследовании зрительно-моторных характеристик и других функциональных * возможностей человека.

2. Предложено развитие метода РДО. Предложен способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий, отличающийся от известных тем, что испытуемый за счет устранения обратной связи не получает информацию о величине ошибки несовпадения положений точечного объекта и метки, то есть о результатах своих действий. Предложенный способ защищен патентом РФ на изобретение.

Проведен статистический анализ результатов измерений времени РДО. Построены гистограммы и статистические функции распределения и определены числовые характеристики. Анализ автокорреляционных функций показал, что результаты измеренных значений времени РДО, полученные с использованием предложенного способа, характеризуются меньшей

статистической зависимостью в сравнении с результатами, полученными с использованием известного способа.

3. Предложен способ обработки результатов измерений времени РДО, в котором время реакции человека на движущийся объект вычисляется как среднеарифметическое полученных значений. Способ защищен патентом РФ на изобретение.

4. Разработано алгоритмическое и программно-техническое обеспечение для контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС методом,РДО. Разработаны структурные схемы прибора измерения времени РДО, прибора Ml 111 на базе микропроцессора, защищенного патентом РФ на полезную модель, и аппаратно-программный комплекс. На программное обеспечение получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

5. По результатам экспериментальных исследований по обследованной группе из 30 испытуемых с использованием предложенных способов установлено, что индивидуальное время РДО находится в пределах от - 31,3 до 30,2 мс, а по известному способу - от - 9,3 до 18,6 мс.

Сравнительный анализ значений времени РДО, полученных с использованием предложенного и известного способов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека по предложенному способу обработки результатов измерений показал, что совпадение оценок соотношения процессов возбуждения и торможения наблюдается только в 37% случаев.

Сравнительный анализ показал, что оценки соотношения процессов возбуждения и торможения по предложенному способу обработки результатов измерений совпадают во всех случаях с оценками, полученными на основе анализа диаграмм, в то время, как оценки по способам Н.М. Пейсахова и О.И. Масловой совпадают с оценками, полученными на основе анализа диаграмм, только в 70% случаев, что убедительно свидетельствует о повышении достоверности контроля.

Таким образом, предложенный способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий и способ обработки результатов измерений времени РДО позволяют обеспечить достоверность контроля и сделать правильный вывод о соотношении процессов торможения и возбуждения в НС человека при исследовании его зрительно-моторных характеристик и других функциональных возможностей.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ:

1. Песошин, A.B. Информационные технологии автоматизации оценки соотношения возбуждения и торможения в центральной нервной системе /

A.B. Песошин II Системы управления и информационные технологии. — 2007. -№4.2 (30).-С. 275-279.

2. Петухов, И.В. Способ и техническое обеспечение оценки времени реакции человека на движущийся объект / И.В. Петухов, A.B. Песошин,

B.В. Роженцов // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. Казань, 2008,-№2.- С. 22-26.

Патенты н свидетельство:

3. Патент № 2322187 РФ. Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе / A.B. Песошин, И.В. Петухов, В.В. Роженцов. - Опубл. 20.04.2008. Бюл. №11.

4. Патент № 2326595 РФ. Способ оценки времени реакции человека на движущийся объект / A.B. Песошин, И.В. Петухов, В.В. Роженцов - Опубл. 20.06.2008. Бюл. № 17.

5. Патент на полезную модель № 78057. Устройство для психологических исследований / И.В. Петухов, A.B. Песошин, В.В. Роженцов, A.B. Петухов. -Опубл. 20.11.2008. Бюл. № 32.

6. Свидетельство № 2008615339 о государственной регистрации программы для ЭВМ. Программа оценки времени реакции на движущийся объект / И.В. Петухов, A.B. Песошин, В.В. Роженцов, A.B. Петухов. - Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 20.11.2008.

Статьи:

7. Маслеников, А.Г. Исследование свойств нервной системы методом реакции на движущийся объект / А.Г. Маслеников, A.B. Песошин II Методы и устройства в психофизиологических исследованиях человека: Сборник научных статей / Под ред. В.В. Роженцова. - Йошкар-Ола: МарГГУ, 2003. - С. 13-16.

8. Песошина, Н.Т. Психологические аспекты новых информационных технологий в обучении / Н.Т. Песошина, A.B. Песошин // Методы и устройства в психофизиологических исследованиях человека: Сборник научных статей / Под ред. В.В. Роженцова. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. - С. 14-15.

9. Песошин, A.B. Оценка реакции на движущийся объект / A.B. Песошин // Современные проблемы информатизации в анализе и синтезе технологических и программно-телекоммуникационных систем: Сб. трудов. Воронеж: Научная книга. - 2007. - Вып. 13. - С. 305-307.

Материалы конференций:

10. Маслеников, А.Г. Оценка пластичности нервных процессов методом реакции на движущийся объект / А.Г. Маслеников, В.В. Роженцов, A.B. Песошин // Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 19 дек. 2003 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. - С. 17-19.

11. Песошин, A.B. Тестирование реакции на движущийся объект / A.B. Песошин // Материалы VIII Междунар. конгресса «Здоровье и образование в XXI веке; концепции болезней цивилизации». М.: Изд-во РУДН. - 2007. - С. 485-486.

12. Песошин, A.B. Проблемы оценки реакции на движущийся объект / A.B. Песошин, И.В. Петухов // Материалы Всероссийской конф. с международным участием «Вавиловские чтения». Йошкар-Ола, 2008. - С. 225227.

13. Песошин, A.B. Статистический анализ результатов измерения времени реакции на движущийся объект / A.B. Песошин // Информационные технологии в организации производства: Материалы V юбилейной Междунар. науч.-практ. конф. «Татшцевские чтения: Актуальные проблемы науки и практики». Тольятти, 16-19 апреля 2008г.: Волжский университет им. В.Н.Татищева, 2008. -С. 64-70.

14. Песошин, A.B. Информационные технологии при анализе точности реакции на движущийся объект для профессиональной пригодности / A.B. Песошин, Н.Т. Песошина, И.В. Петухов, В.В. Роженцов // Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. «Наука и профессиональная деятельность». Нижнекамск, 14 мая 2008г. - Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2008. - С. 201-204.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Усл. печ. л. 0,93. Усл. кр.-отт. 0,93. Уч. изд.л. 1,0. _ Тираж 100. Заказ. М 48._

Типография Издательства Казанского государственного технического университета 420111, Казань, К. Маркса, 10

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР МЕТОДОВ ОЦЕНКИ СВОЙСТВ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ.

1.1. Свойства центральной нервной системы и методы их исследования

1.1.1. Взаимодействие и соотношение процессов возбуждения и торможения в нервной системе.

1.1.2. Время реакции на движущийся объект как оценка соотношения процессов возбуждения и торможения.

1.1.3. Время реакции на движущийся объект как критерий утомления, адаптации и профпригодности.

1.2. Способы контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС методом определения РДО.

1.3. Технические средства контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС.

1.4. Постановка задачи исследований.

2. СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ СООТНОШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ В НС.

2.1. Модели контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО.

2.2. Способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека.

2.3. Способ обработки результатов измерений РДО.

2.4. Статистический анализ результатов измерений РДО по известному способу с остановом.

2.5. Статистический анализ результатов измерений РДО по предложенному способу без останова.

2.6. Выводы.

3. ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СООТНОШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ В НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ ЧЕЛОВЕКА.

3.1. Прибор «Измеритель реакции на движущийся объект» ИРДО.

3.2. Автоматизированный микропроцессорный прибор для контроля соотношения процессов возбуждения и торможения.

3.3. Аппаратно-программный комплекс для контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС.

3.4. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ.

4.1. Методика оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в НС.

4.2. Результаты экспериментальных исследований контроля соотношения процессов возбуждения и торможения методом РДО.

4.3. Результаты экспериментальных исследований по сравнению оценок, полученных предложенным и известными способами.

4.3.1. Результаты экспериментальных исследований по сравнению оценок, полученных предложенным способом оценки без останова в сравнении с известным способом с остановом.

4.3.2. Результаты экспериментальных исследований по сравнению оценок, полученных предложенным способом обработки результатов измерений РДО в сравнении с известными способами обработки Н.М. Пейсахова и О.И. Масловой.

4.4 Рекомендации по применению.

4.5. Выводы.

Изучение профессиональной деятельности человека является важной и сложной проблемой инженерной психологии, эргономики, психологии и физиологии труда. Несмотря на постоянное совершенствование техники, автоматизацию процесса деятельности, функции человека усложняются, а экономическая и социальная значимость результатов его труда и последствий возрастает.

Высокая аварийность на транспорте и производстве, большой экономический и профессиональный ущерб, возрастающая цена ошибок оператора определяют постоянную необходимость поиска путей и средств обеспечения эффективного функционирования человека в подобных системах в нормальных и экстремальных условиях деятельности.

Решение данной задачи может заключаться в профессиональном отборе персонала, основанном на индивидуальных особенностях человека, что является на сегодня одним из основных направлений в психологии труда. Все большую актуальность приобретают проблемы профориентации персонала на основе дифференциации свойств нервной системы (НС) человека и исследования интегральных показателей профессиональной деятельности [1].

Одной из основных характеристик НС человека является уровень соотношения процессов возбуждения и торможения, который определяет зрительно-моторные характеристики, функциональные возможности и характеризует своеобразие поведения каждого отдельного человека [2, 3].

Известным и широко используемым методом контроля этого соотношения является исследование его реакции на движущийся объект (РДО), выступающей индикатором точности восприятия временных и пространственных характеристик движения, а так же способности к саморегуляции и предвидению хода событий [4].

Данная способность является одной из важнейших характеристик человека, в том числе человека-оператора, как звена в человеко-машинных системах и позволяет предупреждать появление нежелательных ему ситуаций и заблаговременно адекватно реагировать на возникновение тех или иных обстоятельств, обеспечивая тем самым выполнение стоящих перед ним задач в сложной технической среде [4].

Суть метода РДО заключается в определении точки встречи движущегося на экране символьного изображения объекта с неподвижной точкой (меткой), заранее указанной в словесной инструкции. Задача испытуемого, пытающегося точно остановить движущееся изображение объекта в указанной ему точке, состоит в нахождении некоторой величины упреждения с учетом скорости движения объекта, оставшегося расстояния и своих зрительно-моторных возможностей [4], осуществляя коррекцию пути движения объекта, т.е. выполняя корректирующие воздействия.

Исследованию РДО посвящены работы В.М. Захарова, Н.И. Карауловой, А.П. Лаптева, В.П. Лисенковой, О.И. Масловой, Н.М. Пейсахова, A.B. Петровского, И.В. Петухова, В.В. Роженцова, O.E. Сурниной, Ю.А. Цагарелли и других ученых, используется широкий спектр методических и технических средств оценки РДО, что свидетельствует об интересе к этой проблеме.

Анализ методов и средств контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС, в том числе методом РДО, по отечественным и зарубежным литературным источникам, представлен в главе 1 диссертационной работы.

В то же время при выполнении теста РДО испытуемые, осуществляя коррекцию пути движения объекта на основе анализа результатов предыдущих измерений, вносят существенную зависимость полученных значений РДО от индивидуальной способности к коррекции, адаптации и научения. Очевидно, что известный способ позволяет, прежде всего, оценить способность к корректировке своих действий и не позволяет достоверно определить истинный уровень взаимоотношения процессов возбуждения и торможения в НС.

Кроме того, анализ литературных источников показал, что разные исследователи используют различные способы обработки результатов измерений РДО. При этом экспериментально установлено, что результаты контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека, полученные по разным способам обработки результатов измерений, в ряде случаев существенно отличаются друг от друга.

Поэтому разработка эффективных методов и средств контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека, особенно при отсутствии корректирующих воздействий на движущийся объект, является актуальной задачей.

Объектом исследования являются метод и средства контроля времени реакции человека на движущийся объект.

Предметом исследования являются способы, алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека при исследовании его зрительно-моторных и других характеристик.

Целью работы является обеспечение достоверности контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека при исследовании его зрительно-моторных характеристик и других функциональных возможностей на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий.

Научная задача работы заключается в разработке эффективных способов, алгоритмического и программно-технического обеспечения контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека и их обработки при исследовании его зрительно-моторных характеристик и других функциональных возможностей.

Для достижения поставленной цели и решения научной задачи необходимо решить следующие вопросы:

- выполнить анализ существующих методов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека;

- предложить способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий;

- предложить способ обработки результатов измерений РДО при оценке зрительно-моторных характеристик конкретного человека;

- разработать алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО;

- провести экспериментальные исследования по контролю соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека.

Методы исследований. Для решения поставленной задачи в диссертационной работе использовались: аппарат теории автоматического управления, теории вероятностей и математической статистики, методы алгоритмизации и экспериментального исследования.

Обоснованность и достоверность полученных результатов определяются применением известных теоретических положений фундаментальных наук, корректностью используемых моделей и их адекватностью реальным физическим процессам, совпадением теоретических результатов с данными экспериментов, признанием разработанных способов (патенты №2326595 и №2322187 РФ) и устройства (патент №78057 РФ) изобретениями экспертами ФИПС.

Новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Впервые предложен способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий.

2. Предложен способ обработки результатов измерений РДО при исследовании зрительно-моторных характеристик человека.

3. Разработаны алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС на основе метода РДО при отсутствии корректирующих воздействий.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии метода РДО, в нахождении количественных значений времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий, позволяющих оценить зрительно-моторные способности человека, а также в разработке на его основе способов и алгоритмического обеспечения контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека и обработки результатов измерений РДО, являющихся основой для разработки новых эффективных технических средств.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработаны структурные схемы технических средств контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО;

- разработан и внедрен аппаратно-программный комплекс для контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО;

- проведены экспериментальные исследования по измерению времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий и контролю соотношения процессов возбуждения и торможения в НС, позволившие выработать рекомендации по применению разработанных способов.

Результаты проведенных исследований использованы: при выполнении НИР по гранту РФФИ №06-08-00988-а «Методы и технические средства исследования аспектов переработки зрительной информации человека», госбюджетной НИР «Методы и средства исследования функционального состояния зрительной системы и организма человека» и хоздоговорной НИР №НЧ401018 (2818) «Разработка методического и программно-алгоритмического обеспечения тестирования зрительно-моторных характеристик водителей автотранспорта» для управления ГИБДД МВД РТ.

Результаты проведенных исследований внедрены и используются в ОАО «Биомашприбор» (г.Йошкар-Ола), в управлении ГИБДД МВД Республики Татарстан и учебном процессе Марийского государственного университета, что подтверждается соответствующими актами.

Публикации и апробация результатов. Основное содержание диссертационной работы отражено в 14 печатных работах, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 патента РФ, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 3 статьи, 5 работ в материалах и трудах конференций.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических и научно-практических конференциях «Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии», г. Новочеркасск, 2003 г.; «Современные проблемы информатизации», г. Воронеж, 2007 г.; Татищевские чтения: Актуальные проблемы науки и практики, г. Тольятти, 2008 г.; 8-м интернациональном конгрессе "Health & education millennium", г. Москва, 2007 г.; Всероссийской конференции с международным участием «Вавиловские чтения», г. Йошкар-Ола, 2007 г.; Всероссийских научно-практических конференциях «Методы и устройства в психофизиологических исследованиях человека», г. Йошкар-Ола, 2004 г.; «Наука и профессиональная деятельность», г. Нижнекамск, 2008г. региональных научно-практических конференциях «Методы и устройства психофизиологических исследований человека», г. Йошкар-Ола, 2003 г.; «Физическая культура, спорт, здоровье», г. Йошкар-Ола, 2007 г.

Пути дальнейшей реализации результатов работы. Научные и практические результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы также в области инженерной и экспериментальной психологии, эргономики, психологии, физиологии труда и спорта, психологии, при исследовании функционального состояния человека.

На защиту выносятся:

- способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий;

- способ обработки результатов измерений РДО при исследовании зрительно-моторных характеристик и возможностей человека;

- алгоритмы работы и структура технических средств контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО.

Личный вклад автора состоит в следующем:

- выполнен анализ существующих методов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека;

- предложены способы контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека при отсутствии корректирующих воздействий и обработки результатов измерения времени РДО, которые позволяют исследовать зрительно-моторные и другие характеристики человека;

- проведен статистический анализ результатов измерений времени РДО по известному и предложенному способам контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека;

- разработаны алгоритмы работы и структурные схемы технических средств контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека при исследовании зрительно-моторных и других возможностей человека;

- проведены экспериментальные исследования по измерению времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий и контролю соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека, позволившие дать рекомендации по применению разработанных способов, сделаны выводы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 137 страницах машинописного текста и содержит 27 рисунков и 13 таблиц, состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, список литературы из 108 наименований.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются объект, предмет, цель и задача исследования, отмечены методы исследования, достоверность и новизна полученных результатов, их теоретическая значимость и практическая ценность, приведены данные о публикациях, апробации и реализации результатов, сформулированы научные положения, выносимые на защиту. Приведены данные о структуре и объеме диссертации, дается краткий обзор диссертации по главам.

В первой главе содержится анализ проблемы, связанной с контролем соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека, дан обзор существующих технических средств для его осуществления. На основе анализа существующих способов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО и обработки результатов измерений сформулирована цель работы и задача научного исследования.

Установлено, что наиболее распространенным является метод РДО, основанный на предъявлении испытуемому символьного изображения движущегося объекта, движение которого испытуемый останавливает в момент предполагаемого его совпадения с заданной меткой (способ с остановом), различные модификации которого описаны Н.М. Пейсаховым и О.И. Масловой.

Показано, что действие испытуемого, пытающегося точно остановить движущийся объект в указанной точке, соответствует управлению в следящих системах, основанному на непрерывных коррекциях, которые осуществляются после каждого очередного акта и базируются на текущей информации.

Во второй главе рассмотрены способы контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО, способ обработки и статистический анализ результатов измерений РДО.

Предложено модифицировать способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека путем устранения текущей информации об ошибке совмещения точечного объекта и метки за счет того, что движение точечного объекта по окружности в момент фиксации его положения продолжается без остановки (способ без останова). Разработанный способ защищен патентом № 2322187 РФ на изобретение.

Предложен способ обработки результатов измерений времени РДО, в котором время реакции человека определяется как среднеарифметическое полученных значений. Разработанный способ защищен патентом № 2326595 РФ на изобретение.

На основе анализа известного и предложенного способов сформулировано положение: результаты измерения РДО с использованием предложенного способа должны отличаться меньшей статистической зависимостью в сравнении с результатами измерения РДО, полученными с помощью известного способа.

Проведен статистический анализ результатов измерений РДО. Построены гистограммы и статистические функции распределения, определены числовые характеристики и автокорреляционные функции. Анализ автокорреляционных функций свидетельствует о том, что результаты измеренных значений времени РДО, полученные с использованием предложенного способа, характеризуются меньшей статистической зависимостью в сравнении с результатами, полученными с использованием известного способа.

В третьей главе разработано алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе предложенного способа.

Разработан прибор измерения времени РДО, обеспечивающий работу в двух режимах: «Режим 1» — с индикацией текущих результатов измерений времени РДО и «Режим 2» - с индикацией оценки времени РДО.

Для автоматизации тестирования по контролю соотношения процессов возбуждения и торможения в НС разработан микропроцессорный прибор (МПП). Прибор МПП позволяет автоматизировать процесс проведения измерений времени РДО и обработки результатов измерений, программно изменять методику измерений, в том числе скорость и направление движения объекта, и защищен патентом № 78057 РФ на полезную модель.

Для расширения функциональных возможностей при проведении исследований соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека (создания общей базы данных и статистической обработки результатов измерений), разработан аппаратно-программный комплекс (АПК). В состав АПК входит ПЭВМ, монитор с малым временем отклика и пульт испытуемого. На программное обеспечение получено свидетельство № 2008615339 о государственной регистрации программы для ЭВМ.

В четвертой главе представлены методика контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека, результаты экспериментальных исследований и сравнительный анализ оценок, полученных с использованием разработанных и известных способов.

Сравнительный анализ значений времени РДО, полученных с использованием предложенного и известного способов по предложенному способу обработки результатов показал, что совпадение оценок соотношения процессов возбуждения и торможения наблюдается только в 37% случаев.

Установлено, что индивидуальное значение времени РДО, полученное с использованием предложенного способа, по обследованной группе из 30 испытуемых находится в пределах от - 31,3 до 30,2 мс, а по известному способу - от - 9,3 до 18,6 мс.

Сравнительный анализ оценок соотношения процессов возбуждения и торможения по группе из 30 испытуемых показал, что оценки по предложенному способу обработки результатов измерений во всех случаях совпадают с оценками, полученными на основе анализа диаграмм. Совпадение оценок по способам Н.М. Пейсахова й О.И. Масловой с оценками, полученными на основе анализа диаграмм, наблюдается только в 70% случаев.

В заключении формулируются выводы и приводится перечень основных результатов, полученных в диссертационной работе.

В приложении приведен листинг программы для ЭВМ, используемой для проведения исследований в составе АПК и защищенной свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ, таблица числовых характеристик индивидуальных результатов оценки РДО, расчет инструментальной составляющей погрешности измерений.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю кандидату технических наук, доценту И.В. Петухову и доктору технических наук, доценту В.В. Роженцову за внимательное отношение и ценные консультации и рекомендации.

4.5. Выводы

1. Рассмотрен алгоритм осуществления методики контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС методом РДО при отсутствии корректирующих воздействий.

2. По результатам экспериментальных исследований с использованием предложенных способов установлено, что индивидуальное время РДО по обследованной группе из 30 испытуемых находится в пределах от -31,3 до 30,2 мс, а по известному способу — в пределах от -9,3 до 18,6 мс.

3. Сравнительный анализ оценок соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека методом РДО, полученных с использованием предложенного и известного способов показал, что предложенный способ позволяет обеспечить достоверность контроля и сделать правильный вывод во всех случаях соотношения возбуждения и торможения.

4. Установлено, что предложенный способ обработки результатов измерений времени РДО в сравнении с известными способами Пейсахова и Масловой также позволяет обеспечить достоверность контроля и сделать правильный вывод о соотношении процессов торможения и возбуждения в НС человека.

5. Даны рекомендации по применению предложенных способов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека и обработки результатов измерений времени РДО.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом исследований является научно-обоснованная техническая разработка способа, алгоритмического и программно-технического обеспечения контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий, имеющая существенное значение для различных отраслей знаний и техники, использующих свойства нервной системы человека.

1. Проведен анализ существующих методов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека. Установлено, что данные, полученные с помощью известного способа контроля методом РДО с остановом, характеризуют в большей степени индивидуальную способность к самонастройке, а не уровень соотношения процессов возбуждения и торможения в НС, используемый при исследовании зрительно-моторных характеристик и других функциональных возможностей человека.

2. Предложено развитие метода РДО. Предложен способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий, отличающийся от известных тем, что испытуемый за счет устранения обратной связи не получает информацию о величине ошибки несовпадения положений точечного объекта и метки, то есть о результатах своих действий. Предложенный способ защищен патентом РФ на изобретение.

Проведен статистический анализ результатов измерений времени РДО. Построены гистограммы и статистические функции распределения и определены числовые характеристики. Анализ автокорреляционных функций показал, что результаты измеренных значений времени РДО, полученные с использованием предложенного способа, характеризуются меньшей статистической зависимостью в сравнении с результатами, полученными с использованием известного способа.

3. Предложен способ обработки результатов измерений времени РДО, в котором время реакции человека на движущийся объект вычисляется как среднеарифметическое полученных значений. Способ защищен патентом РФ на изобретение.

4. Разработано алгоритмическое и программно-техническое обеспечение для контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС методом РДО. Разработаны структурные схемы прибора измерения времени РДО, прибора МПП на базе микропроцессора, защищенного патентом РФ на полезную модель, и аппаратно-программный комплекс. На программное обеспечение получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

5. По результатам экспериментальных исследований по обследованной группе из 30 испытуемых с использованием предложенных способов установлено, что индивидуальное время РДО находится в пределах от - 31,3 до 30,2 мс, а по известному способу — от — 9,3 до 18,6 мс.

Сравнительный анализ значений времени РДО, полученных с использованием предложенного и известного способов контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека по предложенному способу обработки результатов измерений показал, что совпадение оценок соотношения процессов возбуждения и торможения наблюдается только в 37% случаев.

Сравнительный анализ показал, что оценки соотношения процессов возбуждения и торможения по предложенному способу обработки результатов измерений совпадают во всех случаях с оценками, полученными на основе анализа диаграмм, в то время, как оценки по способам Н.М. Пейсахова и О.И. Масловой совпадают с оценками, полученными на основе анализа диаграмм, только в 70% случаев, что убедительно свидетельствует о повышении достоверности контроля.

Таким образом, предложенный способ контроля соотношения процессов возбуждения и торможения в НС человека на основе измерения времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий и способ обработки результатов измерений времени РДО позволяют обеспечить достоверность контроля и сделать правильный вывод о соотношении процессов торможения и возбуждения в НС человека при исследовании его зрительно-моторных характеристик и других функциональных возможностей.

1. Дмитриева, М.А. Психология труда и инженерная психология / MA. Дмитриева, A.A. Крылов, А.И. Нафтульев. Под общ. ред. А.А.Крылова. -Л.: ЛГУ, 1979.-221 с.

2. Коченов, М.М. Судебно-психологическая экспертиза / М.М. Коченов. -М.: МГУ, 1977. 180 с.

3. Ошанин, Д.А. Психологические вопросы регуляции деятельности / Д.А. Ошанин, O.A. Конопкин. Под ред. Д.А. Ошанина и O.A. Конопкина. -М.: Педагогика, 1973. 208 с.

4. Пейсахов, Н.М. Закономерности динамики психических явлений / Н.М. Пейсахов. Казань: КГУ, 1984. - 235 с.

5. Абдеев, Р.Ф. Философия информационной цивилизации / Р.Ф. Абдеев. М.: Владос, 1994. - 288 с.

6. Основы инженерной психологии / Под ред. Б.Ф. Ломова. М.: Высшая школа, 1986. - 448 с.

7. Симанкое, B.C. Системный анализ в адаптивном управлении / B.C. Симанков, Е.В. Луценко, В.Н. Лаптев. Краснодар: Ин-т совр. технол. и экон., 2001.-258 с.

8. Шнейдерман, Б. Психология программирования: человеческие факторы в вычислительных и информационных системах / Б. Шнейдерман: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1984. - 303 с.

9. Гагин, Ю.А. Духовный акмеизм биомеханики / Ю.А. Гагин, C.B. Дмитриев: Монография. СПб.: изд-во СПб. Балт. Академии, 2000. — 308 с.

10. Романов, Д.А. Математические модели индивида и социума (информационный аспект) / Д.А. Романов. Краснодар: КСЭИ, 2001. - 76 с.

11. Романов, Д.А. Управление технической подготовленностью спортсменов на основе компьютерного видеоанализа движений: Дис. канд. пед. наук / Д.А. Романов. — Краснодар, 2004. 156 с.

12. Большая советская энциклопедия. М.: Издательство Советская энциклопедия, 1970. — 18240 с.

13. Павлов, И.П. Поли. собр. соч. / И.П. Павлов. M.-JL: АН СССР, 1951. - Т. 3.-Кн. 2.-409 с.

14. Введенский, Н.Е. Возбуждение, торможение и наркоз / И.М. Сеченов, И.П. Павлов, Н.Е. Введенский // Избранные труды. Т. 2. Физиология нервной системы. М.: Наука, 1952. 602 с.

15. Типологические особенности высшей нервной деятельности человека / Под ред. Б.М. Теплова. М.: АПН РСФСР, 1956. - 412 с.

16. Семеновская, E.H. Электрофизиологические исследования в офтальмологии / E.H. Семеновская. — М.: Медгиз, 1963. 279 с.

17. Бойко, Е.И. Мозг и психика / Е.И. Бойко. М.: Просвещение, 1969. -191 с.

18. Небылнцин, В.Д. Основные свойства нервной системы человека / В.Д. Небылицин. М.: Просвещение, 1966. - 383 с.

19. Пейсахов, Н.М. Саморегуляция и типологические свойства нервной системы / Н.М. Пейсахов. Казань: КГУ, 1974. - 253 с.

20. Макаренко, Н.В. Лабильность нервной системы у лиц с различным уровнем функциональной подвижности нервных процессов / Н.В. Макаренко // Физиология человека. 1990. - Т. 16. - № 2. - С. 51 - 57.

21. Kypaee, В.А. Валеология. Словарь терминов / В.А. Кураев, В.Б. Войнов. Ростов-на-Дону: УНИИ валеологии РГУ, 2002. 92 с.

22. 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: КГУ, 1976.-238 с.

23. Голиков, Н.В. Функциональная лабильность и ее изменения при основных нервных процессах / Н.В. Голиков. JL: ЛГУ, 1950. - 240 с.

24. Лоскутова, Т.Д. Оценка функционального состояния центральной нервной системы человека по параметрам простой двигательной реакции / Т.Д. Лоскутова // Физиол. журн. СССР им. И.М. Сеченова. 1975. - Т. 61. -№ 1.-С.З- 12.

25. Бойко, Е.Н. Время реакции человека / Е.Н. Бойко. М.: Медицина, 1964.-440 с.

26. Егоров, А.С. Психофизиология умственного труда / А.С. Егоров, В.П. Загрядский. Л.: Наука, 1973. - 132 с.

27. Щербатых, Ю.В. Вегетативные проявления экзаменационного стресса: Автореф. дис.докт. биол. наук / Ю.В. Щербатых. СПб., 2001. -32 с.

28. Русалов, В.М. Основная проблема современной дифференциальной психофизиологии / В.М. Русалов // Физиология человека. 1975. - Т.1. - № 3. -С. 451-458.

29. Вартанян, Г.А. Взаимодействие возбуждения и торможения в нейроне / Г.А. Вартанян. Л.: Медицина, 1970. - 216 с.

30. Загрядский, В.П. Методы исследования в физиологии труда / В.П. Загрядский, З.К. Сулимо-Самуйло. Л.: Наука, 1976. - 93 с.

31. Псядло, Э.М. Комплексна система психоф1зюлопчного професшного вщбору суднових оператор1в: Автореф. дис. докт. бюл. наук / Э.М. Псядло. К.: АМН Украши. 1н-т медицини пращ., 2002. - 32 с.

32. Moen, В.Е. Reduced performance in tests of memory and visual abstraction in seamen exposed to industrial solvents / B.E. Moen, T. Riise, E.M. Haga, G.O. Fossan //Acta-Psychiatrica-Scandinavica.-1990.-V.81(2). P.114 -119.

33. Stelling, D. Psychological Selection of Operators / D. Stelling // Witting W. Abstracts of Papaers /Posters Submitted for Review by the Int.Papers Selection Committee. ISHFOB, 1995. - P.55.

34. Трофимов, Ю.Л. Экспериментальные исследования процессов восприятия чертежей и схем / Ю.Л. Трофимов //Вопросы кибернетики. — М., 1978. -Вып.39. С.99-112.

35. Damos, D.L. Performance evalution tests for environmental research: Critical tracking test / D.L. Damos, A.C. Bittner, R.S. Kennedy et al // Percept.and Mot.Skills. 1984. - V.58. - № 2. - P. 567- 573.

36. Глушко, A.H. О проблеме психофизиологической реабилитации / А.Н. Глушко и др. //Воен.-мед. журн. 1994. - № 3. - С. 46 - 48.

37. Навакатикян, О. А. Физиология и гигиена умственного труда / О.А. Навакатикян, В.В. Крыжановская, В.В. Кальниш. — К.: Здоров'я. 1987. - 148 с.

38. Маслов, Н.Б. Нейрофизиологическая картина генеза утомления, хронического утомления и переутомления человека-оператора / Н.Б. Маслов, И.А. Блощинский, В.Н. Максименко // Физиология человека. — 2003. Т. 29. -№ 5. - С. 123-133.

39. Сулин, В.Ю. Центральные и поведенческие корреляты операторской деятельности человека в тесте РДО / В.Ю. Сулин, О.Ю. Лобода // Физиол. и психофизиол. мотивации. 1998. — №2. - С. 84 - 89.

40. Исмайлова, О.М. Психофизиологические особенности психогенных расстройств у военнослужащих / О.М. Исмайлова, В.Е. Косачёв // Компьютер и мозг. Новые технологии. М.: Наука, 2005. - С. 170-181.

41. Исследование эффективности биологически активной добавки «Окулист» применительно к задачам авиационной офтальмологии и офтальмоэргономики / Отчет по результатам научно-клинических исследований. М.: 6ЦВКГ. 2006. - 13 с.

42. Овечкин, И.Г. Исследование влияния биологической активной добавки к пище «Окулист на функциональное состояние зрительного анализатора / Овечкин И.Г., Антонюк В.Д., Заворотная С.В. и др.// Вестник восстановительной медицины. 2003. — № 4. — С. 46 - 48.

43. Ногин, Л.Б. Динамика психофизиологических показателей у работающих вахтовым методом в условиях Крайнего Севера / Л.Б. Ногин, Л.С. Зайцева // Сборник научных трудов молодых ученых и студентов РГАФК. М., 2000. - С. 39 - 41.

44. Bittner-Czapinska, Е. Analiza wybranych parametrow czynnosciowego zespolu wykonawczego u akordeonistow / E. Bittner-Czapinska, M. Janiszewski // Med. pr. 2004. V 55. - № 4. - P. 337 - 339.

45. Mucha, С. Dosierungskriterien fur ein multimodales sensorisches Fruhstimulationsprogramm bei komatosen Patienten / C. Mucha, R. Schulz // Phys. Med. Rehabilitationsmed. Kurortmed. 2005. V15.-№ 5.-P. 291-301.

46. Zabalia, M. Espaces psychiques et cognition de l'espace chez des enfants atteints d'infirmité motrice d'origine cerebrale / M. Zabalia // Neuropsychiat. enfance et adolescence. 2004. V 52. — № 3. - P. 160 — 165.

47. Исмайлова, О.М. Психофизиологический статус раненых, пациентов с бытовой травмой, психосоматических больных и его значение для оптимизации процесса восстановительного лечения: Автореф. дис.канд. мед. наук/ О.М. Исмайлова. М., 2007. - 16 с.

48. Клюжев, В.М. Психотерапевтические и психофизиологические аспекты оценки состояния раненых с психогенными расстройствами /

49. B.М. Клюжев, О.М. Исмайлова // Военно-медицинский журнал. 2007. -№2.- С. 54-55.

50. Wright, К.A. Modulation of the effects of alcohol on driving-related psychomotor skills by chronic exposure to cannabis / K.A. Wright, P. Terry // Psychopharmacology. 2002. V 160. - № 2. - P. 213 - 219.

51. Литвинова, Н.А. Адаптация студентов младших курсов в зависимости от уровня функциональной подвижности нервных процессов и функциональной ассиметрии мозга / Н.А. Литвинова, М.Г. Березина, А.А. Прохорова // Валеология. № 3. - 1999. - С. 53 - 57.

52. Дорофеева, Н.В. Индивидуальные психофизиологические особенности человека и их значение в спортивной деятельности (на примере спортсменов-каратистов) / Н.В. Дорофеева, Э.М. Казин, Н.А. Литвинова // Валеология, № 1. 2000. - С. 47 - 52.

53. Локтева, Р.К. Особенности физиологических показателей у мужчин и женщин / Р.К. Локтева // Материалы VI Международной междисциплинарной конференции по биологической психиатрии «Стресс и поведение», М., 2001. — С. 60 - 63.

54. Crone, E.A. Switching between tasks and responses. A developmental study / E.A. Crone, S.A. Bunge, van der M. W. Molen, К. R. Ridderinkhof // Dev. Sei. 2006. V 9. - № 3. - P. 278 - 287.

55. Патент 2245097 РФ A61B5/00. Способ оценки профессиональной пригодности персонала для различных видов деятельности / Е.А. Мельникова. Опубл. 27.01.2005. Бюл. № 3.

56. Василевский, H.H. Дифференциальная адаптивность мозга / H.H. Василевский // Физиология человека. 1975. - Т. 1. - № 3. - С. 469 -481.'

57. Патент 2240728 А61В5/16. Способ оценки функционального состояния организма человека-оператора в системе «человек-машина» / Э.В. Шаталов и др. Опубл. 27.01.2005. Бюл. № 3.

58. A.c. 2013998 А61В5/16. Способ диагностики утомления / В .Я. Щебетаха, З.В.Дубровина. Опубл. 15.06.1994.

59. Мельникова, Т.С. Временные параметры простой двигательной реакции как показатели функционального состояния мозга человека / Т.С. Мельникова, Д.А. Фарбер // Физиология человека. 1976. - Т. 2. - № 5. -С. 836-842.

60. Песошин, A.B. Проблемы оценки реакции на движущийся объект / A.B. Песошин, И.В. Петухов // Материалы всероссийской конференции с международным участием «Вавиловские чтения». Йошкар-Ола, 2008. С. 225-227.

61. Цагареллы, Ю.А. Теория и практика системной диагностики человека / Ю.А. Цагарелли. Казань: Татглимат, 2002. — 168 с.

62. Цагарелли, Ю.А. Системная психологическая диагностика на приборе «Активациометр» / Ю.А. Цагарелли // Электронное учебное пособие. -Казань, 2008.-266 с.

63. Баранов, Г.Г. Прибор для исследования вероятностного прогнозирования / Г.Г. Баранов, В.М. Захаров, Ю.С. Комаров, Ю.П. Наживин, Р.Ш. Марданов, М.М. Пейсахов // Вопросы психологии М.: Педагогика, 1981.-№2.-С. 127-129.

64. Патент 2080091 РФ, А61В5/16. Устройство для психологических исследований / Э.М. Фромберг, А.Б. Алгазин, В.П. Бабиков. Опубл. 27.05.1997. Бюл. № 15.

65. Песошин, A.B. Тестирование реакции на движущийся объект / A.B. Песошин // Материалы VIII Международного конгресса «Здоровье и образование в XXI веке; концепции болезней цивилизации». М.: РУДН. -2007.-С. 485-486.

66. Тарасова, O.JI. Особенности психофизиологической адаптации к учебной деятельности у подростков с различным типом вегетативной регуляции / Тарасова, O.JL: Автореф. дис.канд. мед. наук / O.JI. Тарасова. Томск, 1998. - 16 с.

67. Никитушкгт, В.Г. Морфофункциональные показатели и физическая подготовленность детей разного возраста, пола и состояния здоровья / В.Г. Никитушкин, В.К. Спирин // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. 2001. -№ 4. - С. 13 - 18.

68. Песошин, A.B. Информационные технологии автоматизации оценки соотношения возбуждения и торможения в центральной нервной системе / A.B. Песошин // Системы управления и информационные технологии. 2007. - № 4.2(30). - С. 275 - 279.

69. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического регулирования / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. — М.: Наука, 1972. 768 с.

70. Доганоеский, С.А. Параметрические системы автоматического регулирования / С.А. Догановский. М.: Энергия, 1973. — 168 с.

71. Озерянный, H.A. Системы с параметрической обратной связью / H.A. Озерянный. -М.: Энергия, 1974. 152 с.

72. Патент № 2322187 РФ. Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе / A.B. Песошин, И.В. Петухов, В.В. Роженцов. Опубл. 20.04.2008. Бюл. №11.

73. Гланц, С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц. М.: Практика, 1999. - 459 с.

74. Роженцов, В.В. Критическая частота световых мельканий: применение, способы и устройства измерения: Монография /

75. B.В. Роженцов. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. - 156 с.

76. Коган, А.Б. Биологическая кибернетика / А.Б. Коган. М.: Высшая школа, 1977.-407 с.

77. Трифонов, Е.В. Прогнозирование общий принцип управления в физиологических системах / Е.В. Трифонов // 2-я Междунар. конф. по основным проблемам бионики, АН СССР. - M.-JL, 1978. - С.74 - 75.

78. Майн, X. Марковские процессы принятия решений / X. Майн,

79. C. Осаки. М.: Наука, 1977. - 176 с.

80. Патент № 2326595 РФ. Способ оценки времени реакции человека на движущийся объект / A.B. Песошин, И.В. Петухов, В.В.Роженцов. -Опубл. 20.06.2008. Бюл. № 17.

81. Песошин, A.B. Оценка реакции на движущийся объект / A.B. Песошин // Современные проблемы информатизации в анализе исинтезе технологических и программно-телекоммуникационных систем: Сб. трудов. Воронеж: Научная книга. 2007. - Вып. 13. - С. 305 - 307.

82. Вентцелъ, Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. М.: Наука, 1964.-576 с.

83. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. М.: Наука, 1970. - 720с.

84. Патент на полезную модель №78057 РФ. Устройство для психологических исследований / И.В. Петухов, A.B. Песошин, В.В. Роженцов,

85. A.B. Петухов. Опубл. 20.11.2008. Бюл. № 17.

86. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008615339. Программа оценки времени реакции на движущийся объект системе / И.В. Петухов, A.B. Песошин, В.В. Роженцов, A.B. Петухов. -Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 20.11.2008.

87. B.М. Ухтин // Физиология человека. 1975. - Т.1. - № 3. - С. 570 — 572.

88. Шамшинова, A.M. Функциональные методы исследования в офтальмологии / A.M. Шамшинова, В.В. Волков. М.: Медицина, 1999. -416 с.

89. ЮЗ.СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. М.: Изд-во стандартов, 1995. — 30 с.

90. ГОСТ Р 50779.21-2004. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным. Ч. 1: Нормальное распределение. - М.: Изд-во стандартов, 2004. - 43 с.

91. Платонов, А.Е. Статистический анализ в медицине и биологии: задачи, терминология, логика, компьютерные методы / А.Е. Платонов. М.: РАМН, 2000. - 52 с.

92. Петухов, И.В. Способ и техническое обеспечение оценки времени реакции человека на движущийся объект / И.В. Петухов, A.B. Песошин, В.В. Роженцов // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. Казань, 2008.- №2.- С. 22-26.

93. ГОСТ 16263-70. ГСИ. Метрология. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1987. - 54 с.

94. ГОСТ Р 8.563-96 Методики выполнения измерений. М.: Изд-во стандартов, 1996.-20 с.