Основные физиологические показатели оператора

Применение физиологических методов в инженер­ной психологии обусловлено следующими обстоятель­ствами [38]:

■ Физиологические характеристики имеют важное значе­ние для контроля состояния оператора.

■ Любое психологическое проявление имеет физиологи­ческую основу.

■ В клинической практике и физиологии труда накоплен определенный опыт обработки и анализа физиологичес­ких характеристик; имеется также богатый арсенал при­боров для проведения физиологических измерений.

Некоторое представление об используемых в ин­женерно-психологической практике физиологических методах дают данные, представленные в табл. 7.1 и на рис. 7.1, 7.2. Кратко, не останавливаясь на механизмах возникновения и способах получения и обработки, рассмотрим важнейшие из физиологических характе­ристик [38, 173].

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) характеризует спонтанную электрическую активность головного моз­га. В спектре ЭЭГ содержатся различные составляю­щие: дельта-ритм (частота колебаний 0,5 — 4,0 Гц), тета-ритм (5,0 —7,0 Гц), альфа-ритм (8,0—12,0Гц), бета-ритм (15 — 35 Гц), гамма-ритм (35—100 Гц). Преобладание низкочастотных колебаний (дельта- и тета-ритмы) свидетельствует о наступлении тормозного процесса (сон, ослабление бдительности и внимания, утомление и.п.). Наличие альфа-волн характеризует

Рис. 7.1. Физиологические методы, используемые при исследовании деятельности оператора.

состояние нормальной синхронизации основных нервных процес­сов. Они являются доминирующими у здорового, бодр­ствующего человека, находящегося в состоянии опе­ративной готовности к деятельности. Преобладание высокочастотных колебаний указывает на процесс воз­буждения» в коре головного мозга. Это бывает харак­терным при возникновении психофизиологической на­пряженности во время работы, свидетельствует о возникновении эмоциональных состояний.

Помимо ЭЭГ биоэлектрическая активность голов­ного мозга характеризуется также вызванными потен­циалами (ВП), возникающими в ответ на внешнее воз­действие и в относительно строгой связи с ним. Одной из разновидностей ВП является реакция навязывания ритма — следование колебаний биопотенциала за ча­стотой ритмического раздражителя. Метод ВП исполь­зуется при изучении восприятия, внимания, интеллек­та, функциональной асимметрии мозга.

Электромиограмма (ЭМГ) представляет регистра­цию биопотенциалов мышц человека. ЭМГ служит весьма чувствительным объективным показателем включения в динамическую или статическую работу отдельных групп мышц. Такой анализ необходим при изучении рабочей позы и управляющих движений оператора. Суммарная биоэлектрическая активность мышц оценивается показателем где Aj и t, — соответственно амплитуда и длитель­ность i-ro мышечного сокращения; Т — период на­блюдения.

С помощью ЭМГ можно регистрировать также утомление человека. При утомлении уменьшается сум­марная активность мышц и средняя амплитуда колеба­ний [75].

Кожно-гальваническая реакция (КГР) характери­зует изменение электрического сопротивления или разности потенциалов кожи. КГР является одним из наиболее результативных способов регистрации воз­никновения эмоциональной напряженности у опера­тора. При этом наблюдается падение электрического сопротивления кожи или увеличение разности потен­циалов между двумя точками кожной поверхности (от 10 — 30 мВ/см в нормальном состоянии до 100 мВ/см и более при возникновении эмоциональной напряжен­ности).

Электрокардиограмма (ЭКГ) заключается в регис­трации электрических явлений, возникающих в сер­дечной мышце. ЭКГ состоит (см. рис. 7.2, г) из ряда зубцов, характеризующих протекание тех или иных процессов в сердечной мышце, и интервалов между ними. Зубец R соответствует моменту возбуждения желудочков сердца, а зубец Т — моменту выхода их из состояния возбуждения. Интервал R—R характеризу­ет длительность сердечного цикла, а интервал Q —Т соответствует периоду от начала возбуждения желу­дочков сердца до окончания их возбуждения.

В инженерной психологии ЭКГ используется для определения напряженности работы оператора. Для этого измеряются: частота сердечных сокращений (ЧСС), систолический и гистографический показатели: Частота сердечных сокращений определяется величи­ной, обратной продолжительности R— R интервалов.

Систолический показатель определяется процент­ным соотношением времени сокращения желудочков сердца ко всему времени сердечного цикла, т. е.

Для определения гистографического показателя определяется N последовательных значений величин t_rr [38]. Весь диапазон изменения t_RR разбивается на m интервалов одинаковой длины. Если через t_i обо­значить середину i-гo интервала, а через n_i — число значений t_RR, попавших в i-й интервал, то величину гистографического показателя можно вычислить по формуле

При возникновении напряженности в работе опе­ратора рассмотренные показатели ЭКГ, как правило, увеличиваются.

Электроокулограмма (ЭОГ) характеризует электри­ческую активность глазных мышц. Обычно использу­ется раздельная регистрация вертикальных и горизон­тальных движений глаз. При этом знак потенциала ЭОГ указывает направление перемещения взгляда, а его величина — угол перемещения. ЭОГ применяется для анализа работы зрительной системы человека со средствами отображения информации, для анализа распределения и переключения внимания оператора в процессе работы и других целей.

Пневмограмма (ПГ) представляет собой запись внешнего дыхания. Она используется для оценки пси­хофизиологической напряженности. В состоянии воз­буждения или напряжения частота дыхания увеличи­вается до 50 — 60 колебаний в минуту, наблюдается также уменьшение глубины дыхания и укорочение фазы выдоха (t_ВЫД) относительно фазы вдоха (t_BД).

Речевой ответ (РО) изучается по спектральным и временным характеристикам речи оператора. По изме­нению интонации голоса, которая сопровождается изме­нением спектрального состава звуковых колебаний, можно судить о возникновении эмоциональных состояний

оператора, напряженности и утомления в его работе. В последнее время получены данные, свидетельствующие о том, что информация об этих состояниях содержится также во временных параметрах РО. Например, при развитии утомления увеличиваются длительность слов и пауз между ними, а также их дисперсии.

Помимо рассмотренных методов, получивших до­вольно широкое применение в инженерной психологии и не нашедших отражения в табл. 7.1, для исследования деятельности оператора используется в ряде случаев еще ряд методов, показанных на рис. 7.2. Спирометрия (от лат. spirare — дышать, выдыхать) представляет ме­тод исследования жизненной емкости легких путем измерения объема выдыхаемого воздуха; этот метод используется для характеристики непроизвольных сдви­гов уровня активации в ходе, например, суточного цик­ла. Динамометрией определяется мышечное утомление,

Таблица 7.1

Характеристики физиологических процессов человека

статическая выносливость, величина волевого усилия.

Для оценки динамики функциональных состояний используются, наряду с ЭКГ, такие методики исследо­вания сердечно-сосудистой системы, как пульсометрия, плетизмография, сфигмография, различные раз­новидности кардиографии (баллистокардиография, фонокардиография, динамокардиография), измерение кровяного давления (венозного и артериального).

Пульсометрия (от лат. pulsus — удар, толчок) зак­лючается в измерении частоты пульса. Ее измерение интегрально отражает различные стороны психофизи­ологического напряжения: мышечного, терморегуляторного, нервно-эмоционального и др. Поэтому частота пульса при осуществлении той или иной деятельности может использоваться для оценки сложности выпол­няемых трудовых операций. Увеличение частоты пуль­са наблюдается при мышечной работе, эмоциональном возбуждении и в меньшей степени — при напряжен­ной умственной деятельности. В момент выраженного напряжения частота пульса (частота сердечных сокра­щений) может достигать 150—180 ударов в минуту.

Плетизмография (от греч. plethysmos — увеличе­ние) представляет методику регистрации сосудистых реакций организма и заключается в определении из­менения объема органов человека, зависящих от состо­яния кровеносных сосудов; используется как чувствительный индикатор вегетативных сдвигов при раз­личных реакциях организма. Сфигмография (от греч. sphygmos — биение сердца) представляет метод иссле­дования кровяного давления в артериях и ритма сер­дечной деятельности по биению пульса.

В ряде случаев хорошие результаты дает актогра­фия (от лат. actus — действие, движение) — метод ав­томатической регистрации двигательной активности человека во времени. Различают общую и дифферен­цированную актографию. Первая обеспечивает реги­страцию двигательной активности организмд в целом (общая активность), вторая — регистрацию специфи­ческой двигательной активности (например, тремор). Актография осуществляется при помощи специальных устройств — актографов, в которых движение улавли­вается специальными датчиками (например, тензодатчиками), а затем преобразуется в регистрируемые элек­трические или механические сигналы. Актография является хорошим индикатором определения утомле­ния и напряженности оператора, позволяет осуще­ствить в ряде случаев бесконтактный съем информа­ции о его функциональном состоянии.

Заканчивая рассмотрение физиологических мето­дов, следует отметить, что в инженерно-психологичес­ких исследованиях в подавляющем большинстве случа­ев (в отличие, к примеру, от клинической практики) они не имеют самостоятельного значения. Как правило, они используются в сочетании с психологическими и дру­гими методами, в определенной степени дополняя их.