Физиологические методы

Физиологические методы применяются обычно в сочетании с другими методами и дополняют их. Сущность этих методов заключается в изучении физиологического состояния человека,

выполняющего данную работу, в определении реакции различных систем организма на выполнение данной деятельности. Наибольшее распространение при исследовании деятельности оператора имеют следующие физиологические методы (рис. 11).

Электроэнцефалография (ЭЭГ) связана с изучением биоэлектрической активности головного мозга. Регистрация биопотенциалов головного мозга позволяет наблюдать за состоянием человека как в условиях сна, так и во время выполнения трудовых операций. ЭЭГ является сложным колебанием. В нее входят такие составляющие: альфа-ритм (частота колебаний 8—13 гц), бета-ритм (15—30 гц), дельта-ритм (0,5—3,5 гц), тета-ритм (4-8 гц).

Выявление и регистрация отдельных составляющих осуществляется с помощью спектроанализатора. Многочисленными исследованиями [101, 111] установлено, что ЭЭГ можно использовать для определения эмоционального возбуждения оператора. При этом наблюдается увеличение амплитуды тета-ритма с одновременным увеличением амплитуды бета-ритма. Развитие утомления у оператора связано с падением амплитуды, а также с увеличением времени восстановления альфа-ритма.

Кожно-гальваническая реакция (КГР)заключается в изучении электрического сопротивления кожи (метод Фере) или собственного электрического потенциала кожи (метод Тарханова). Наибольшее распространение в практике исследования деятельности операторов нашел первый способ. КГР является одним из наиболее результативных способов для определения возникновения у оператора эмоционального возбуждения, а также возникновения напряженности в работе. В этих условиях наблюдается падение электрического сопротивления кожи. В спокойном состоянии это сопротивление, наоборот, повышается.

Электропневмография (ЭПГ)связана с изучением частоты и глубины дыхания. В нормальном состоянии частота дыхания составляет около 20 колебаний в минуту. В состоянии возбуждения или напряжения частота дыхания увеличивается до 50— 60 колебаний в минуту, наблюдается также уменьшение глубины дыхания и укорочение фазы выдоха по сравнению с вдохом.

Электромиография (ЭМГ)заключается в регистрации потенциалов действия (ПД) мышц. Источником колебаний потенциалов является распространяющийся по мышечным волокнам процесс возбуждения. ЭМГ является весьма чувствительным объективным показателем включения в работу определенных групп мышц. Регистрация биопотенциалов мышц производится для определения ведущих групп мышц при выполнении того или иного рабочего движения, для количественной характеристики напряжения мышц в зависимости от принятой рабочей позы, регистрации степени утомления мышц при выполнении рабочих движений или сохранении определенной позы, а также для выявления по показателю электрической активности мышц степени эмоционального возбуждения человека при нервно-напряженной работе. ЭМГ можно использовать также как один из показателей уровня готовности человека к действию.

Электроокулография (ЭОГ)представляет собой способ записи движений глаз, основанный на измерении потенциала в окружающих глазную орбиту тканях. При этом знак потенциала указывает направление перемещения взгляда, а его величина — угол этого перемещения. Установлено, что между углом перемещения взгляда и величиной потенциала существует линейная зависимость. ЭОГ применяется для анализа работы зрительной системы человека с устройствами отображения информации, для анализа мыслительной деятельности и других целей [54].

Измерение кровяного (артериального) давления.При измерении давления крови существуют два показателя: максимальное давление (во время сокращения сердца) и минимальное давление (при расслаблении сердца). Кровяное давление хорошо отражает динамику напряженных состояний. Исследования показывают увеличение давления в этих случаях до 180— 190 мм рт. ст. Повышение давления наблюдается не только при наличии напряженных условий, но и в период их ожидания, при возникновении тревоги, повышенном внимании и т. д.

Речевой ответ (РО)заключается в изучении спектрального состава речи оператора. По изменению интонации голоса, которая сопровождается изменением спектрального состава звуковых колебаний, можно судить о возникновении эмоциональных состояний оператора, о напряженности в его работе [102].

Рассмотренные физиологические показатели обладают различными электрическими характеристиками, и прежде всего шириной спектра сигнала и амплитудой. Примерные значения этих характеристик для рассмотренных показателей приведены на рис. 12. Из рисунка видно, что наибольшие

трудности в регистрации представляет ЭЭГ. Для ее регистрации требуется наличие экранированного помещения, что исключает применение этого метода при исследовании деятельности оператора в реальных условиях. Применение этого метода возможно только в лабораторных условиях. Наименьшие трудности для регистрации вызывает РО, КГР, ЭПГ. Электрические сигналы этих показателей имеют большую величину, поэтому съем и усиление сигналов не представляют особых трудностей [101].

Некоторые сигналы (например, КГР, ЭОГ) медленно изменяются во времени и представляют собой практически напряжения постоянного тока. Поскольку непосредственное усиление

постоянного тока затруднительно, эти сигналы необходимо предварительно преобразовать в высокочастотные и вести усиление на повышенной частоте, что с точки зрения технической реализации является более простым делом.

На рис. 13 показана общая структурная схема измерения одного физиологического показателя. Рассмотрим кратко состав и назначение основных элементов этой схемы.

Датчики (электроды) служат для отведения потенциалов с поверхности тела человека. К конструкции и способу крепления электродов предъявляются следующие требования: обеспечение надежного и постоянного контакта с кожей человека, отсутствие смещения при движениях испытуемого, возможность легкой и быстрой установки и съема электродов, исключение беспокойства испытуемого или причинения ему боли. По способу крепления электроды могут быть накладываемыми (прижимными) или приклеивающимися. Наиболее хорошо удовлетворяют предъявляемым требованиям накладываемые электроды.

Преобразователь служит для преобразования исходного сигнала к виду, с которым легко вести дальнейшее усиление сигнала. Основным видом преобразования является преобразование медленно меняющегося напряжения в высокочастотное. В этом случае преобразователь представляет собой амплитудный или частотный модулятор.

Усилитель биоэлектрических сигналов необходим для усиления исходного сигнала до величины, которая может быть легко зафиксирована с помощью регистрирующих устройств. Усилители должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечить необходимый коэффициент усиления, обладать равномерной амплитудной характеристикой во всем диапазоне спектра сигнала, иметь малые нелинейные искажения.

Регистратор служит для регистрации исследуемого сигнала в течение необходимого времени. Регистрации может предшествовать предварительный автоматический анализ сигнала. В качестве анализаторов и регистраторов используются: одно- и многоканальные осциллографы, самописцы, печатающие устройства, спектроанализаторы и т. п.

Исследование только одного физиологического показателя, как правило, не может дать однозначного ответа о состоянии оператора. Поэтому в практике инженерно-психологических исследований применяется обычно так называемый полиэффекторный метод исследования, заключающийся в одновременной записи и анализе целого комплекса показателей, называемого симптомокомплексом. Применение полиэффекторной методики позволяет значительно повысить надежность и достоверность диагностики состояний оператора при выполнении данной деятельности [16, 111]..

При выборе показателей, входящих в состав симптомокомплекса, необходимо руководствоваться следующими соображениями.

1.Показатель должен быть информативным, т. е. с его помощью должно быть обеспечено установление интересующего исследователя состояния оператора.

2.Регистрация показателя не должна влиять на работу оператора, не должна мешать ему и стеснять его движений. Этому требованию наиболее полно удовлетворяют бесконтактные методы (например, РО), наименее полно — все контактные методы.

3.Регистрация показателя должна быть легко технически реализуема, не должна требовать сложной и громоздкой аппаратуры, создания для оператора специальных условий, при которых возможна регистрация этого показателя. С этой точки зрения наименее удобным является применение ЭЭГ.

4.Должна быть обеспечена возможность непрерывной регистрации показателя в течение всего времени работы оператора. Этому требованию хуже всего удовлетворяет исследование кровяного давления оператора, которое возможно замерять только в отдельные моменты.