СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК A61B5/16 A61B5/24 

Изобретение относится к области эргатических систем и может быть использовано для определения и коррекции функционального состояния оператора человекомашинных систем. Способ, реализованный в устройстве, обеспечивает повышение эффективности коррекции и предотвращение ухудшения состояния человека-оператора до того, как возникнет момент, когда он не сможет выполнять возложенные на него функции.

Известен способ поддержания работоспособности водителя транспортного средства [1], в котором осуществляется предъявление испытуемому стимула, регистрация ответной реакции на стимул, оценка состояния испытуемого, в зависимости от степени удовлетворительности оценки испытуемому предлагается самостоятельно предпринять меры для восстановления работоспособности путем активизации внимания человека-оператора преимущественно речевыми стимулами, либо в критической ситуации, когда уровень оценки слишком низок, включатся одна заранее заданная программа по преодолению критической ситуации (в данном случае - экстренное торможение транспортного средства). Недостатком способа является его узкое применение только в области контроля состояния водителей транспортных средств, а также то, что коррекция состояния водителя выполняется только в форме активизации его внимания. Дополнительные речевые и зрительные стимулы, которые включаются в результате получения неудовлетворительной оценки состояния испытуемого, фактически лишь косвенно влияют на функциональное состояние испытуемого и направлены, главным образом, на получение уточненных оценок, по уровню которых определяется, способен ли водитель далее самостоятельно продолжать управлять транспортным средством или необходимо вмешательство извне.

В том же патенте описана система для осуществления способа поддержания работоспособности водителя транспортного средства, которая включает подключенные к процессору блоки формирования и подачи стимулов (звуковых и зрительных), блоки приема и регистрации реакции на стимулы, блок сравнения и принятия решения, устройство отображения (дисплей). Недостатками системы являются ее узкое назначение для использования на транспортных средствах, а также то, что она позволяет выполнять коррекцию состояния водителя только в форме активизации его внимания путем сигнализации водителю о его неудовлетворительном состоянии и побуждения к активизации внимания для продолжения выполнения функций.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ, включающий предъявление стимулов человеку-оператору, регистрацию ответной реакции на стимулы, оценку текущего состояния человека-оператора по ответной реакции и стимулирование человека-оператора, в качестве стимулов для коррекции состояния используют энергетические стимулы, направленные на изменение функционального состояния человека-оператора и последовательности которых сформированы в программы энергетической стимуляции, каждая из которых направлена на коррекцию определенного текущего состояния человека-оператора, которое оценивают по степени отличия показателей текущего состояния от индивидуальных показателей, определяющих состояние человека-оператора как хорошее, при этом в качестве ответной реакции на предъявляемые стимулы используют сенсомоторную реакцию, а в качестве показателей состояния используют функциональный уровень центральной нервной системы, устойчивость реакции и уровень функциональных возможностей, которые рассчитываются по значению сенсомоторной реакции [2].

Недостатки данного способа.

1. Способ не подходит для многих видов деятельности, поскольку человеку-оператору приходится отвлекаться на предъявляемые стимулы для определения его состояния.

2. Для деятельности, связанной с высоким уровнем психоэмоционального воздействия, более эффективной для коррекции состояния было бы использование нейросенсорной терапии, позволяющей воздействовать на человека-оператора световыми импульсами и бинауральными воздействиями.

3. Некоторые различные (противоположные) состояния могут давать одинаковые средние времена реакции.

Предлагаемый способ коррекции функционального состояния человека-оператора позволяет устранить указанные недостатки прототипа.

Суть предлагаемого способа заключается в следующем.

Производят оценку состояния человека-оператора при отличии показателей текущего состояния от индивидуальных показателей, определяющих состояние человека-оператора как хорошее, предъявляют энергетические стимулы, направленные на изменение его функционального состояния. В качестве показателей состояния используют значение частоты сердечных сокращений ЧСС и для каждого человека-оператора задают граничные значения диапазона хорошего состояния ЧСС_min и ЧСС_max. В качестве энергетических стимулов используют световые импульсы и бинауральные воздействия, частота f которых задается в соответствии с выражением

В предлагаемом способе при коррекции используются одни и те же стимулы, но следующие с разной частотой. Если ЧСС находится в диапазоне [ЧСС_min; ЧСС_max], то корректирующее воздействие не оказывается.

Задача коррекции функционального состояния человека-оператора может быть решена с помощью нейросенсорной терапии, важной составляющей которой является аудиовизуальная стимуляция (ABC). В отличие от других психотерапевтических методик ABC не затрагивает высшие психические процессы, а лишь создает условия для осуществления осознанного выбора оптимальной поведенческой реакции и облегчения произвольной регуляции психических функций и вегетативных реакций благодаря оптимизации нервных процессов в коре головного мозга и устранению предпосылок для функционирования генератора патологически усиленного возбуждения. Обладая такими возможностями, ABC может использоваться в качестве профилактического средства, обеспечивающего повышение адаптационного резерва механизмов защиты внутренних органов от эмоциональных и психосоциальных нагрузок, а также оптимизации адаптивных реакций непосредственно в процессе экстремальных воздействий. Для проведения ABC используются приборы, генерирующие световые и звуковые сигналы, которые воздействуют через зрительный и слуховой анализаторы, с вовлечением в процесс корковых, лимбических структур и ретикулярной формации головного мозга, что косвенно влияет на нейрогуморальную регуляцию человека [3].

Для осуществления визуальных воздействий обычно используются световые стимулы с частотой от 0,5 до 50 Гц. В таблице 1 приведены сводные данные по влиянию различных частот на функциональное состояние человека. Частота подачи стимулов может быть одинакова, но соотношение времен включения и выключения сигналов может быть разным. Обычно используется соотношение 50/50, а также рассчитанное по правилу «золотого сечения» - 12,8/87,2; 37,6/62,4, и наоборот. Короткие импульсы оказывают более возбуждающее действие, длинные - более тормозное.

В понятие частоты звуковой стимуляции закладывается два значения:

- несущая частота - звуковой тон (непрерывный звуковой сигнал),

- модулирующая частота - совпадает с частотой подачи световых стимулов (прерывистый звуковой сигнал).

Обычно используется несущая частота от 50 до 2000 Гц. Наиболее часто используемый диапазон от 60 до 400 Гц. Подбор тона производится, исходя из психо-акустических эффектов различных звуковых тонов. Возможно также проведение многотонального воздействия за счет генерации сигналов специальной формы. Диапазон частот до 150 Гц включает в себя резонансные частоты внутренних органов, поэтому бинауральные биения в дельта диапазоне, организованные на несущих до 150 Гц, могут подавлять метаболические процессы. Бинауральные биения в дельта диапазоне, организованные на несущих от 150 до 500 Гц, могут подавлять ментальные функции. Соответственно бинауральные биения в бета диапазоне на тех же несущих будут ускорять метаболические процессы и активировать сознательную активность.

При формировании звуковых тонов в наушниках с различной частотой дополнительно к звучанию этих тонов возникает ощущение звуковых пульсаций с частотой, равной разности частоты звука в правом и левом наушнике. Например, если в левое ухо подавать тон с частотой 200 Гц, а в правое - 208 Гц, то человек слышит звуковой тон с частотой (200+208)/2=204 Гц с ощущением модулированных звуковых пульсаций с частотой 208-200=8 Гц [4].

Частоты таблицы 1 легли в основу формирования выражения (1). Из данных волн для стимуляции человека-оператора при состоянии сильного расслабления, при котором ЧСС<ЧСС_min, были выбраны частоты стимулирующих импульсов от 12 до 40 Гц, а при состоянии сильного напряжения, при котором ЧСС>ЧСС_max, - от 3 до 15 Гц. Причем предполагается изменение частоты стимуляции при изменении частоты сердечных сокращений. Выражение (1) можно проиллюстрировать фиг. 1.

Предложенный способ позволяет по сравнению с известным способом (прототипом) повысить эффективность коррекции, позволяющей предотвратить ухудшение состояния человека-оператора до того, как возникнет момент, когда он не сможет выполнять возложенные на него функции. Повышение эффективности коррекции достигается за счет того, что при диагностике состояния оператору не приходится отвлекаться на предъявляемые стимулы, использование текущего значения ЧСС человека-оператора позволяет легко и достоверно распознать такие состояния как монотония, психоэмоциональная напряженность и стресс, и использование комбинации световых и бинауральных воздействий способно снизить эмоциональные и психологические нагрузки и повысить уровень активации организма человека-оператора при монотонии. При этом изменение частоты коррекции осуществляется плавно пропорционально изменению состояния.

Сущность изобретения и возможный вариант реализации предложенного способа поясняется следующим графическим материалом:

- фиг. 1 - график зависимости частоты стимуляции от частоты сердечных сокращений;

- фиг. 2 - функциональная схема устройства.

Для достижения технического результата, заключающегося в повышении эффективность коррекции, позволяющей предотвратить ухудшение состояния человека-оператора до того, как возникнет момент, когда он не сможет выполнять возложенные на него функции, содержащее центральный блок управления, к которому подключены блок памяти, блок формирования стимулов и блок анализа, блок формирования стимулов соединен с блоком стимуляции, выход блока анализа подключен к центральному блоку управления, дополнительно введены блок съема и обработки электрокардиосигнала, блок определения частоты сердечных сокращений, причем выход блока съема и обработки электрокардиосигнала соединен с входом блока определения частоты сердечных сокращений, выход которого подключен к блоку анализа.

Устройство состоит (фиг. 2) из блока 1 съема и обработки электрокардиосигнала, блока 2 определения частоты сердечных сокращений, блока 3 анализа, центрального блока 4 управления, блока 5 памяти, блока 6 формирования стимулов, блока 7 стимуляции.

Устройство коррекции функционального состояния человека-оператора содержит центральный блок 4 управления, к которому подключены блок 5 памяти, блок 6 формирования стимулов, и блок 3 анализа, блок 6 формирования стимулов соединен с блоком 7 стимуляции, блок 3 анализа подключен к центральному блоку 4 управления. Выход блока 1 съема и обработки электрокардиосигнала соединен с входом блока 2 определения частоты сердечных сокращений, выход которого подключен к блоку 3 анализа.

Предлагаемое устройство коррекции функционального состояния человека-оператора работает следующим образом. При включении устройства для выяснения необходимости проведения коррекции функционального состояния человека-оператора блоком 1 осуществляется съем и обработка электрокардиосигнала. Блок 2 осуществляет определение значения частоты сердечных сокращений, которое передается в блок 3 анализа. В блоке 3 происходит анализ значения частоты сердечных сокращений и в зависимости от вида деятельности и индивидуальных особенностей человека-оператора определяется диапазон хорошего состояния, в зависимости от которого из блока 5 памяти в центральный блок 4 управления извлекаются и передаются значения ЧСС_min и ЧСС_max. Данные значения используются для расчета частоты энергетических импульсов в центральном блоке 4 управления по формуле (1), которая передается в блок 6 формирования стимулов. Блок 6 управляет блоком 7 стимуляции, оказывающим воздействия на человека-оператора световыми импульсами и бинауральными воздействиями.

Технико-экономический эффект предложенного способа и устройства для его осуществления заключается в повышении эффективности коррекции состояния человека-оператора, что позволяет заблаговременно и оперативно путем применения энергетической стимуляции предотвратить переутомление человека-оператора прежде, чем он достигнет состояния, не позволяющего ему завершить выполнение возложенных на него функций. Повышение эффективности коррекции достигается за счет того, что при диагностике состояния оператору не приходится отвлекаться на предъявляемые стимулы, использование текущего значения ЧСС человека-оператора позволяет легко и достоверно распознать такие состояния как монотония, психоэмоциональная напряженность и стресс, и использование комбинации световых и бинауральных воздействий способно снизить эмоциональные и психологические нагрузки и повысить уровень активации организма человека-оператора при монотонии. При этом изменение частоты коррекции осуществляется плавно пропорционально изменению состояния.

Литература

1. Патент RU 2111134 С1, 6 В60K 28/06, 1998.

2. Патент РФ №2370212. Способ коррекции функционального состояния человека-оператора и устройство для его осуществления.

3. Голуб Я.В., Жиров В.М. Медико-психологические аспекты применения светозвуковой стимуляции и биологически обратной связи, СПб: КЕРИ, 2007.

4. Рыбников В.Ю., Бобрищев А.А., Голуб Я.В. Аудиовизуальная коррекция функционального состояния спортсменов: теория и практика. Монография. СПб.: Политехника-сервис, 2009.

Группа изобретений относится к области эргатических систем и может быть использована для коррекции функционального состояния человека-оператора. Производят оценку состояния человека-оператора. В качестве показателей состояния используют значение частоты сердечных сокращений ЧСС. Для каждого человека-оператора задают граничные значения диапазона хорошего состояния ЧСС_min и ЧСС_max. При выходе ЧСС за граничные значения в качестве энергетических стимулов используют световые импульсы и бинауральные воздействия, частота f которых задается в соответствии с определенным выражением. При этом используется устройство коррекции функционального состояния человека-оператора. Устройство содержит центральный блок управления, к которому подключены блок памяти, блок формирования стимулов и блок анализа. Блок формирования стимулов соединен с блоком стимуляции. Выход блока анализа подключен к центральному блоку управления. Дополнительно введен блок съема и обработки электрокардиосигнала, блок определения частоты сердечных сокращений. Выход блока съема и обработки электрокардиосигнала соединен с входом блока определения частоты сердечных сокращений, выход которого подключен к блоку анализа. Группа изобретений позволяет повысить эффективность коррекции состояния человека-оператора, предотвратить переутомление человека-оператора оперативно и заранее, снизить эмоциональные и психологические нагрузки, повысить уровень активации организма за счет методики определения состояния человека-оператора, использования значения ЧСС в качестве показателя состояния, воздействия световых стимулов и бинауральных воздействий. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ коррекции функционального состояния человека-оператора, заключающийся в том, что производят оценку состояния человека-оператора, при отличии показателей текущего состояния от индивидуальных показателей, определяющих состояние человека-оператора как хорошее, предъявляют энергетические стимулы, направленные на изменение его функционального состояния, отличающийся тем, что в качестве показателей состояния используют значение частоты сердечных сокращений ЧСС и для каждого человека-оператора задают граничные значения диапазона хорошего состояния ЧСС_min и ЧСС_max, при выходе ЧСС за граничные значения в качестве энергетических стимулов используют световые импульсы и бинауральные воздействия, частота f которых задается в соответствии с выражением

2. Устройство коррекции функционального состояния человека-оператора по п. 1, содержащее центральный блок управления, к которому подключены блок памяти, блок формирования стимулов и блок анализа, блок формирования стимулов соединен с блоком стимуляции, выход блока анализа подключен к центральному блоку управления, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены блок съема и обработки электрокардиосигнала, блок определения частоты сердечных сокращений, причем выход блока съема и обработки электрокардиосигнала соединен с входом блока определения частоты сердечных сокращений, выход которого подключен к блоку анализа.