Резонансные явления в биоИИК.

Органы чувств человека включают множество подвижных элементов: зрительные аппараты в мышечном подвесе совершают микро- и макроскачки, в вестибулярных аппаратах отолитовые пластины на упругих подвесах вибрируют под действием звуковой энергии и т.п. Эти движения имеют определенное функциональное назначение, поэтому они контролируются и регулируются. Однако интенсивные периодические воздействия, частоты которых близки к частотам собственных колебаний подвижных элементов органов чувств, вызывают явление резонанса, приводящее к различного рода отклонениям и нарушениям в работе биоИК.

Резонансные явления в отолитовых датчиках. Частота собственных колебаний отолитовых пластин у человека близка к 6 Гц. Воздействие периодических возмущений с частотой 1...10 Гц вызывает их сильную раскачку, приводящую к расхождению правой и левой вертикалей. В таких условиях биоИК не может нормально функционировать, что проявляется в нарушении координации движений, угнетении нервной системы и потере пространственной ориентации. Отказ биоИК сопровождается реакцией укачивания (потоотделением, тошнотой, рвотой) и вызывает тотальную мобилизацию систем адаптации организма.

Возможны три способа воздействия резонансных возмущений на человека:

² механические колебания, которые передаются через ткани и кости тела или головы;

² световые пульсации с резонансной частотой, проникающие через зрительные аппараты;

² инфразвуковые колебания, воздействующие на отолитовые пластины через слуховые органы.

Эффект воздействия механических вибраций зависит от места и площади контакта с вибрирующим объектом, позы тела, распределения костных, жировых и других тканей на пути фронта упругих колебаний. Ткани организма рассеивают, частично поглощают энергию вибраций, и в вестибулярный аппарат проникает уже небольшая доля энергии резонансных возмущений. Световые сигналы вызывают в нейронных сетях пульсации сигналов, аналогичные эффектам, возникающим при раскачке отолитовых органов. Инфразвук оказывает наиболее сильное воздействие: он непосредственно воздействует на отолитовые пластины и вызывает у них большие резонансные колебания.

Изменение состояния человека при резонансных воздействиях. В организме, который подвергается резонансным воздействиям, в зависимости от его интенсивности возникают следующие функциональные изменения:

- малые вибрации нейтрализуются регуляторами биоИК, поэтому их человек не замечает;

- средние вибрации полностью компенсируются специальными средствами адаптации путем стабилизации головы, напряжения шейных мышц, длительной фиксации взгляда на контрастных предметах и пр.;

- сильные воздействия превышают возможности специальных средств защиты, поэтому система адаптации организма переходит в режим экстремальной защиты; в этом состоянии у человека значительно снижается работоспособность, возникает головную боль и усталость;

- предельно допустимые вибрации могут переносить без необратимых последствий для организма в течение короткого времени только молодые взрослые тренированные мужчины.

Влияние малых резонансных воздействий. Даже незначительные резонансные воздействия постепенно “раскачивают” отолитовые пластины вестибулярных датчиков, вследствие чего появляется рассогласование между правой и левой биологическими вертикалями. На движущемся объекте пассажиры находятся в пассивном состоянии, поэтому у них резонансные воздействия могут вызвать явления укачивания, особенно у детей. У пилота биоИК активно участвует в процессах измерений, поэтому явления укачивания у них наблюдаются только на начальных этапах обучения. После многократных тренировок биоИК перестраивается и переходит на режим коррекции вертикали по видимому горизонту. Это означает, что работа человека на движущемся объекте в условиях действия резонансных возмущений зависит от возможности следить за линией горизонта и способности его биоИК формировать модель пространственного состояния на базе визуальной вертикали.

Рассмотрим возможные функциональные состояния летчика при полете на самолете при различных условиях видимости горизонта.

При хорошей видимости горизонта даже значительные резонансные возмущения компенсируются информацией о положении линии горизонта, поэтому биоИК пилота нормально функционирует.

При плохой видимости линии горизонта летчик определяет направление визуальной вертикали по наземным или небесным ориентирам. Если ориентиры опознаны правильно, то нарушений в работе биоИК также не наблюдается. Однако возможны ошибки при распознавании ориентиров, которые приводят к неправильному моделированию визуальной вертикали, из-за чего у летчика возникает ошибочное восприятие положения и движения тела (а значит, и самолета), называемое иллюзией пространственного положения. Причиной возникновения иллюзий обусловлены прерывистой работой зрительной системы: при смене условий и режимов работы зрение не обеспечивает биоИК информацией о вертикали. Изображение пролетаемой местности и, следовательно, линия горизонта в памяти мозга "стирается" через 0,25 с после ее восприятия. Вестибулярная система, которая в обычных условиях обеспечивает длительную "память" в биоИК, при резонансных воздействиях находится в возмущенном состоянии, и ее сигналы блокируются. Поэтому при возобновлении работы зрительной системы наличие сходных по некоторым признакам с линией горизонта объектов может привести к захвату ложного ориентира.

Известны различные виды иллюзий пространственного положения: ощущение крена, планирования при горизонтальном полете, иллюзия перевернутого полета и др. Если летчик не знает, что неправильно воспринимает свое пространственное положение, он чувствует себя нормально. Но когда, сопоставив личные ощущения с показаниями прибора, он выявляет факт рассогласования, него возникает сильный стресс, который проявляется в эмоциональном напряжении, неуверенности в показаниях приборов, нарушении координации движений, ухудшении техники пилотирования и т.п. Дальнейшая возможность управления самолетом зависит от способности летчика правильно диагностировать ситуацию, то есть определить, где произошел отказ: в его организме или техническом комплексе. В первом случае он полностью доверяется показаниям приборов и по ним осуществляет пилотирование; во втором – ведет самолет с использованием только собственных органов чувств.

Сами по себе иллюзии пространственного положения не проходят, для этого необходимо поступление в биоИК дополнительной корректирующей информации, причем ни зрительной, ни вестибулярной системе, ни прибору, с которым возникли рассогласования, биоИК уже не доверяет. Необходимо выполнить определенные эволюции с самолетом, измерить параметры его движения приборами и собственными проприоцепторными и тактильными биодатчиками. Если в результате манипуляций летчику в течение длительного времени не удается ликвидировать рассогласование между собственными ощущениями и показаниями проборов, то может произойти полный отказ его биоИК, что проявляется в потере пространственной ориентировки и катапультировании.

При отсутствии видимости горизонта и земной поверхности летчик не имеет возможности визуально получать информацию о направлении вертикали. В таких условиях он ориентируется только по приборам. При этом его функциональное состояние зависит от способности воспринимать показания индикаторов и средств отображения в качестве информации, адекватной зрительным картинам. Способность воссоздавать в головном мозге модель своего пространственного состояния только по приборной информации вырабатывается в результате продолжительного обучения. Такой режим работы для биоИК не является естественным, поэтому способность пилотирования по приборам сохраняется не более двух недель.

Таким образом, на движущихся объектах существует определенный уровень резонансных возмущений, которые при длительном воздействии на организм человека вызывают раскачку его маятниковых вертикалей. В процессе обучения биоИК приобретает способность осуществлять пространственную ориентацию по визуальной вертикали. Навигационными ориентирами, обеспечивающими воссоздание визуальной вертикали, являются видимый горизонт и стационарные объекты, имеющие однозначное расположение относительно вертикали места. Отсутствие возможности визуально измерять вертикаль вызывает у человека комплекс симптомов укачивания.

Одновременное воздействие инфразвуков (или вибраций) и мельканий световых сигналов с резонансной частотой в поле зрения человека является опасным, так как вызывает у него полный функциональный отказ.

Рекомендуемая литература:

1. Биология. Учебник для вузов. В 2-х томах /Ярыгин В.Н. М.: Высшая школа, 2005.

2. Биотехника – новое направление компьютеризации /Ю.К.Ахапкин, С.И.Барцев, Н.Н.Всеволодов. М.: Наука, 2004.

3. Казанцев Э.Ф. Технологии исследования биосистем. М. Машиностроение, 1999.

4. Эггинс Б. Химические и биологические сенсоры. Учебное пособие. М.: Техносфера, 2005.

5. Жорина Л.В. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами. Учебное пособие для вузов. М. Изд-во МГТУ им. Баумана, 2006.

6. Кнеппо П., Титомир Л. Биомагнитные измерения. М.: Энергоатомиздат, 1989.

7. Литинецкий И.Б. Беседы о бионике М. Наука, 1986.