Исследование принципов построения и разработка биотехнических систем для повышения эффективности оценки и коррекции психофизиологического состояния человека-оператора

На правах рукописи

ХАЛО ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И РАЗРАБОТКА БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЦЕНКИ И КОРРЕКЦИИ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Специальность:

05.11.17 – приборы, системы и изделия медицинского назначения

Таганрог – 2007

Работа выполнена в Технологическом институте Южного федерального университета в г. Таганроге на кафедре автоматизированных систем научных исследований и экспериментов.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

И.И. Турулин (ТТИ ЮФУ г. Таганрог)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.А. Воронин (ТТИ ЮФУ г. Таганрог)

доктор биологических наук, профессор

В.П. Омельченко (РГМУ г. Ростов-на-Дону)

Ведущее предприятие: ГОУ ВПО "Рязанский государственный радиотехнический университет», г. Рязань

Защита состоится “28” июня 2007 г. в 14-20 на заседании диссертационного совета Д 212.208.23 при Южном федеральном университете по адресу: Таганрог, ул. Шевченко 2, ауд. Е-306

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан “____”___________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., доц. Н.Н. Чернов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Существует множество областей человек-операторской деятельности, где принятие решений происходит в экстремальных условиях при остром дефиците времени. Примерами таких профессий могут служить такие виды человек-операторской деятельности как летчики, космонавты, водители и стрелки танков, авиадиспетчеры, диспетчеры железнодорожного транспорта, операторы атомных электростанций и многие другие. Ошибки здесь ведут к тяжелым иногда трагическим последствиям. В связи, с чем задача повышения эффективности методов оценки и коррекции состояния человека-оператора является весьма актуальной.

Подходы к разработке способов и технических средств оценки и коррекции психофизиологического состояния (ПФС) человека-оператора можно найти в работах Смирнова И.В., Безносюка Е.В., Журавлёва А.Н., Патрушева А.В., Звоникова В.М., Стадникова Е.Н., Иваницкого А.М., Стрельца В.Б., Корсакова И.А., Бахтиярова О.Г, Бехтеревой Н.П. и др. Известно около десятка способов оценки и коррекции ПФС человека-оператора, которые еще не были автоматизированы, хотя значимость их подтверждается исследованиями многих специалистов.

Надежность работы человека-оператора зависит не только от уровня его тренированности и природных свойств нервной системы (которую можно выявить с помощью профотбора), но и от способности сохранять операторскую мотивацию в экстремальных условиях. Психологический анализ мотивационных нарушений является единственным средством определения ведущего мотива в текущий момент времени, который непосредственно стимулирует все поведение человека.

В виду большого разнообразия видов операторской деятельности в настоящее время нет достаточно простых и адекватных методов ее оценки. Наиболее полно деятельность человека-оператора можно оценить на специальных дорогостоящих тренажерах, разработанных под конкретные типы человек-операторской деятельности, например для летчиков, космонавтов, машинистов локомотивов и др. Но даже самые совершенные тренажеры не позволяют полностью смоделировать реальную ситуацию. Поэтому более целесообразной является разработка системы, позволяющей осуществлять контроль и коррекцию деятельности человека-оператора непосредственно на рабочем месте. Поэтому основная задача исследования состоит в разработке такой системы. Сложность поставленной задачи заключается в необходимости непрерывного съема большого количества биологической информации и проведении на ее основе оперативной оценки и коррекции состояния человека-оператора. Решение поставленной задачи требует комплексного подхода.

Целью диссертационной работы являлось исследование принципов построения и разработка биотехнических систем для повышения эффективности оценки и коррекции психофизиологического состояния (ПФС) человека-оператора. Для достижения цели необходимо на основе системного подхода решить ряд взаимосвязанных задач, каждая из которых посвящена разработке соответствующей подсистемы:

1. подсистемы круглосуточного мониторинга (КМ);
2. подсистемы мониторинга рабочей деятельности (МРД);
3. стационарной подсистемы – диагностико-восстановительный центр (ДВЦ) для коррекции работы КМ и МРД, и осуществлении процесса профотбора.

Все разрабатываемые подсистемы соответствуют требованиям электробезопасности МЭК 601-1-1-92 для медицинского оборудования и выполнены по I классу защиты.

Методы исследования опираются на использование методов системного анализа, численного анализа, моделирования, электротехники, радиотехники, планирования эксперимента и статистического оценивания.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Разработана структура системы оценки и коррекции состояния человека-оператора с учетом индивидуальных сверхмедленных биологических циклов и психосемантического портрета личности, позволяющая на порядок повысить точность прогноза возникновения патологических ПФС.
2. Предложено применить комплексы на основе фазированных антенных решеток для оценки и коррекции ПФС оператора, которые позволят, минуя промежуточные слои, возбуждать глубинные биологические структуры мозга и диагностировать их работу.
3. Разработана и апробирована структура комплекса с психологической обратной связью на основе стабилографической реакции для оценки и коррекции ПФС оператора, позволяющая на 30% повысить достоверность построения психосемантического портрета оператора за счет исключения возможности его сознательного вмешательства в процесс оценки и коррекции.
4. Поставлены и решены задачи автоматизации методов определения ПФС человека-оператора на основе сигналов глазного доступа и пантомимики.
5. Разработана структура многоканального портативного транскраниального электростимулятора с биологической обратной связью объединяющая четыре взаимодополняющих метода: поличастотных воздействий Л.Х. Гаркави, психосемантической коррекции А.Р. Лурия, ритмической стимуляции и зонной электростимуляции Иваницкого-Стрельца-Корсакова, которая позволяет с одной стороны на порядок сократить время обучения человека-оператора вхождению в заданные ПФС, а с другой в два – три раза расширить диапазон доступных обучению ПФС, по сравнению с существующими аналогами.
6. Поставлены и решены задачи определения ПФС человека-оператора для мобильных систем мониторинга на основе оценки баланса симпатической и парасимпатической нервных систем и величины вариабельности сердечного ритма с помощью каналов электрической активности кожи и фотоплетизмограммы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Общая структура системы оценки и коррекции состояния человека-оператора
2. Алгоритмы и метод применения комплексов психологической обратной связи на основе стабилометрии.
3. Алгоритмы оценки и коррекции ПФС человека-оператора.
4. Структуры каналов комплексов съема биологической информации для мобильных систем мониторинга человека-оператора.
5. Структура многоканального портативного транскраниального электростимулятора.

Практическая ценность заключается в построении более эффективных систем оценки и коррекции ПФС человека-оператора, позволяющих существенно снизить риск возникновения аварийных ситуаций и результатов их последствий.

Внедрение и использование результатов работы. Полученные в диссертационной работе результаты использованы в НИИ «Бриз» (г. Таганрог), при выполнении госбюджетной НИР «Исследование путей создания унифицированного многофункционального гидроакустического комплекса для оснащения поисково-спасательных судов и подводных аппаратов» (шифр «Ветка») по заказу министерства обороны РФ, в НКБ «МИУС» (г. Таганрог), при выполнении договора №323007, в отделе компьютерной стабилографии ЗАО ОКБ «Ритм» (г. Таганрог), по договору №2/05-12, при разработки систем оценки и коррекции ПФС человека-оператора с психологической обратной связью на основе стабилометрии. Акты внедрения научных результатов прилагаются к диссертации.

Апробация работы. По основным результатам диссертационной работы делались доклады на: всероссийской научно-практической конференции «Медицинские информационные системы - МИС-2004» Таганрог 2004, Всероссийских научно-техническом семинаре с международным участием «Микропроцессорные системы мониторинга, диагностики и управления сложными техническими объектами, организационно-техническими системами и комплексами» Таганрог, 2003, Всероссийских научных конференциях ”Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления”, Таганрог, 2002, 2003, 2004, 2005; Научно-практической конференции преподавателей, студентов, аспирантов и молодых ученных. ТИУиЭ Таганрог 2005, 2006; Всероссийской научной конференции с международным участием «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения» Таганрог 2002, 2003; Международной научной конференции «Цифровые методы и технологии» Таганрог, 2005; Международной научной конференции «Информационный подход в естественных, гуманитарных и технических науках» Таганрог, 2004; Всероссийской научной конференции «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» Таганрог 2004, 2006.

Результаты работы также докладывались в течение ряда лет на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Таганрогского государственного радиотехнического университета.

Разработки демонстрировались на всероссийской выставке «Инновация – 2005» в г. Новочеркасске, где были отмечены дипломом.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 40 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять разделов, заключение, список литературы и приложение. Основная часть (введение, пять разделов и заключение) содержит 145 страниц машинописного текста, иллюстрируется рисунками на 35 страницах. Список литературы содержит 176 наименований. Приложения содержат 79 страниц.

Содержание диссертационной работы.

Введение. Показана актуальность темы, дана характеристика работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.

Раздел 1. Проведенный анализ существующих систем оценки и коррекции состояния человека-оператора показал, что все они обладают двумя существенными недостатками:

1. в них отсутствует учет психологических мотивов оператора, хотя из специальной литературы известно, что до 90% ошибок совершаемых оператором имеют психогенный характер;
2. в них отсутствует учет серхмедленных биологических циклов, хотя так же из специальной литературы известно, что их учет позволяет повысить количество выявляемых патологические состояний в два раза.

Анализ поставленной задачи показал, что наиболее целесообразным оказалось разбить систему на ряд подсистем, для чего было необходимо решить ряд взаимосвязанных задач, каждая из которых была бы посвящена разработке соответствующей подсистемы: сверхмобильной подсистемы круглосуточного мониторинга (КМ), подсистемы мониторинга рабочей деятельности (МРД) и стационарной подсистемы - диагностико-восстановительного центра (ДВЦ) для коррекции работы мобильных и портативных подсистем и, кроме того, реализующей процесс профотбора и обучения человек-операторского контингента вхождения в оптимальные ПФС для того или иного вида деятельности. Таким образом, задача построения общей системы оценки и коррекции ПФС человека-оператора была разбита на три подзадачи.

Рис. 1

Система организована в виде функциональной пирамиды. В общем виде работу системы можно представить следующим образом. Подсистема круглосуточного мониторинга (КМ) является самым нижнем звеном и осуществляет постоянный, но не исчерпывающий, мониторинг и коррекцию состояния человека-оператора по встроенной программе. Она также может предупредить возможность появления патологического состояния на рабочем месте с помощью статистического анализа ПФС оператора вне работы. Коррекция работы этой подсистемы осуществляется периодически системами более высокого уровня: подсистемой мониторинга рабочей деятельности (МРД) и стационарной подсистемой диагностико-восстановительного центра (ДВЦ).

Подсистема МРД осуществляет более полноценный контроль и коррекцию функционального состояния человека-оператора по встроенной подпрограмме в течение периода выполнения рабочей деятельности. Подсистема, в свою очередь, состоит из комплекса портативного мониторинга человека-оператора (ПМ) и комплекса дистанционного мониторинга и коррекции состояния человека-оператора (ДМ). Коррекция работы этой подсистемы осуществляется путем анализа данных, полученных из подсистемы КМ и подсистемы ДВЦ.

ДВЦ является самой полной и максимально исчерпывающей подсистемой для оценки и коррекции состояния человека-оператора. Подсистема предназначена для периодических исследований состояния человека–оператора. Она корректирует работу подсистем КМ и МРД не только на основе собственных данных, но и данных, накопленных подсистемами КМ и МРД. Эта подсистема также используется для профотбора.

В конце раздела формулируются цели и задачи дальнейших исследований.

Раздел 2 посвящен разработке подсистемы КМ, предназначенной для круглосуточного мониторинга и коррекции ПФС человека-оператора. Основной задачей здесь является предупреждение патологических состояний, не совместимых с возможностью успешного выполнения рабочей деятельности на основе анализа ПФС человека-оператора за пределами его рабочего места. В связи с необходимостью небольших размеров и веса подсистемы КМ, основной проблемой здесь является выбор наиболее информативных каналов биологической информации. Проведено обоснование выбора методик и каналов съема биологической информации для подсистемы КМ. Разработана функциональная схема подсистемы КМ, которая представлена на рис. 2А. Подсистема размещается на ручных и/или ножных браслетах и служит для оценки и коррекции ПФС с учетом межполушарной асимметрии, или в одном браслете – без учета последней.

А Б

Рис. 2

Система состоит из следующих каналов биологической информации: канала измерения электрической активности кожи (ЭАК), имеющего два выхода тонической и фазической составляющих; канала фотоплетизмограммы (ФП); датчика температуры тела (ДТТ), а также датчика температуры окружающей среды (ДТОС). Последний расположен на поверхности браслета и информация с него, хоть и не является биологической, но может быть значимой для оценки тонической составляющей ЭАК. Информация, снимаемая с этих каналов, поступает через аналоговый мультиплексор (АМ) на АЦП, а затем на блок первичной обработки и принятия решений (БПОПР), далее она транслируется по двунаправленному радиоканалу (РД) в центральный компьютер (ЦК). БПОПР по заданной с ЦК программе может подавать с помощью блока стимуляции (БС) сигнал на стимулирующий электрод, через который и осуществляется процесс БОС.

Для канала фотоплетизмограммы в подсистеме КМ наиболее удобным и эффективным являются метод оценки ПФС человека-оператора, основанный на анализе вариабельности сердечного ритма по методу фазовой плоскости, предложенного А.Д. Тытарем  и С.А. Синютиным. Однако этот метод необходимо было модернизировать, т.к. применение ЭКГ канала, здесь невозможно, из-за очевидных неудобств и низкой надежности в условиях повседневной деятельности. Поэтому для оценки баланса симпатической и парасимпатической нервных систем вместо отношения высокочастотных и низкочастотных составляющих спектра ЭКГ, был применена другая методика оценки - по ЭАК (см. рис. 3).

С помощью канала ЭАК не только уточняется текущее ПФС, но и определяется уровень овладения обучаемому навыку и степень межполушарной асимметрии. для чего рассчитываются коэффициенты психомоторной активности и коэффициент латеральной асимметрии:

и

где SCLл, SCLп – текущие электрические проводимости кожи левой и правой сторон тела соответственно, Сл, Сп - асимптотические значения электропроводности кожи левой и правой сторон тела, Кл, Кп - коэффициенты психомоторной активности с учетом межполушарной асимметрии.

Коэффициент латеральной асимметрии Касм :

Блок предварительной обработки и принятия решений включает в себя сигнальный процессор ADSP2185 и память микропрограмм. Блок стимуляции состоит из цифроаналогового преобразователя DAC714 и высоковольтного генератора тока.

Разработанная подсистема позволяет также осуществлять коррекцию состояния человека-оператора с помощью выработанного ранее, в ДВЦ, рефлекса на электростимуляцию по методике А.Р. Лурия. Однако в методике А.Р. Лурия нормируется лишь величина электрического сигнала, а частота и форма импульса произвольна, это позволяет совместить ее, с ритмическими методами инициации ПФС, а также методом поличастотных воздействий Л.Х. Гаркави. Такое совмещение различных методов существенно сокращает временные затраты на обучение человек-операторского контингента инициации требуемого ПФС (см. рис. 2Б).

Рис. 3

Таким образом, разработанная подсистема позволяет решить задачу круглосуточного мониторинга в сочетании с высокой комфортностью благодаря малым габаритам и массе.

Раздел 3 посвящен разработке подсистемы МРД, предназначенной для организации мониторинга в процессе выполнения рабочей деятельности оператора. Основной проблемой здесь является наличие возможности оперативной оценки и коррекции ПФС человека-оператора. Система состоит из комплекса ПМ и ДМ. Структурная схема комплекса ПМ представлена на рис. 4.

Рис. 4

За основу комплекса ПМ взята разработанная ранее автором и запатентованная система мониторинга человека-оператора. Комплекс состоит из следующих блоков: блока «шлем», внутри которого находятся канал измерения ЭЭГ, омегаметрии, датчик дыхания, датчик температуры тела (ДТТ), блока «костюм», с акселерометрами, блока «стабилоподошвы», блоков БПОПР, РК, а также подсистемы КМ. Эти каналы через аналоговый мультиплексор поступают на АЦП, информация с которого попадает на блок первичной обработки и принятия решений (БПОПР), далее она транслируется по двунаправленному радиоканалу (РК) в центральный компьютер (ЦК). Как и упомянутая выше подсистема, БПОПР, по заданной с ЦК программе, может осуществлять коррекцию состояния человека-оператора с помощью модуля транскраниальной стимуляции, системы ритмического и психосемантического воздействия, расположенных в блоке «шлем». В случае необходимости транскраниальный стимулятор может быть использован в качестве средства электронаркоза, тогда обратная связь осуществляется по каналу омегаметрии. Структура многоканального транскраниального электростимулятора представлена на рис. 5А.

А Б

Рис. 5

Качественная и количественная оценка ПФС в подсистеме ПМ обеспечивается по показателям коэффициента асимметрии мощности низкочастотных составляющих спектра ЭЭГ, ритмов дыхания и пульса, температурой тела. Дополнительными каналами для оценки функционального состояния человека-оператора являются стабилоподошвы, вмонтированные в обувь оператора и набор акселерометров, вмонтированных в костюм. Все питание комплекса осуществляется от аккумуляторных батарей. Связь с остальными подсистемами мониторинга человека-оператора осуществляется по радиоканалу. На рис. 5Б приведена сравнительная диаграмма эффективности разработанного электростимулятора с известными.

Комплекс дистанционного мониторинга предназначен для дополнительной оценки и коррекции состояния человека-оператора на рабочем месте. Для организации системы дистанционного мониторинга была предложена структура системы полиграфического мониторинга с психологической обратной связью на базе фазированных антенных решеток. Эта структура представлена на рис. 6.

1 - человек-оператор; 2 - приемная антенная решетка; 3 - усилители радиочастоты и фильтры; 4 - преобразователь Гильберта; 5 - комплексный фильтр нижних частот; 6 - аналого-цифровые преобразователи; 7 - процессор обработки биологической информации; 8 - интерфейс; 9 - персональный компьютер; 10 - устройство предъявления сти­мулов; 11 - временная автоматическая регулировка усиления; 12 - задающий ге­нератор; 13 - формирователи характеристик направленности; 14 - усилитель мощности; 15- передающая антенная решетка.

Рис. 6.

Анализ принципа действия подсистемы показал, что подобный метод может быть применен для стимуляции любой биологически активной точки организма, в частности, для бесконтактной кардиостимуляции, построения систем с биологической обратной связью, выработки у оператора навыка достижения необходимого функционального состояния и т. д. Возможно применение этого метода и для построения систем, например, поддержания на высоком уровне необходимой операторской мотивации, в центрах реабилитации, в системах активации резервных способностей человека и во многих других областях медицины.

Раздел 4 посвящен разработке и компоновке стационарной подсистемы периодической оценки и коррекции состояния человека-оператора. Основной задачей здесь является более углубленная оценка и коррекция ПФС человека-оператора на основе полученных данных работы подсистем КМ и МРД.

В состав стационарной подсистемы входит диагностико-восстановительный комплекс (ДВЦ). ДВЦ предназначен для выявления индивидуальных психологических особенностей работников и восстановления психофизиологических ресурсов с учетом параметров функциональной асимметрии центральной нервной системы.

Техническим новшеством в комплексе ДВЦ является применение психологической обратной связи на основе стабилометрии (см. рис. 7). За основу программного обеспечения данного мониторинга взят программный пакет для системы «Стабилан», разработано также дополнительное программное обеспечение. На рис.8 представлены примеры влияния психосемантических стимулов на стабилографические показатели. Особенно хорошо это видно на баллистограмме (см. рис 8Б).

УПС – устройство предъявления стимулов; Ч-О – человек –оператор; УСБИ – устройство сбора биологической информации; БВСГ - блок выбора семантической группы; СБ – семантическая база; БМС – база маскированных символов.

Рис.7

А Б

Рис. 8.

Статистический анализ информации, получаемой при семантической диагностике, показывает наличие «болевых точек» в подсознании, которые подлежат коррекции. Их значимость для личности может быть точно измерена.

Психолог может применить эти данные при психокоррекции и психотерапии. Результат статистической обработки сводится в таблицу. При статистическом анализе результатов применяется t-критерий Стьюдента и F-критерий Фишера.

Критерий Фишера предназначен для сопоставления двух выборок по частоте встречаемости интересующего исследователя эффекта. В проведенных исследованиях выявлены статистически значимые зависимости между предъявляемыми стимулами, ЧСС и амплитудой вариации линейной скорости на стабилограмме.

В систему также входит разработанный блок цвето-звуковой стимуляции Прана-4, который является продолжением разработанных автором ранее в ОКБ «РИТМ» устройств Консонанс, Прана-1, -2, -3. Блок схема устройства представлена на Рис 9.

Блок –схема системы Прана-4

Компьютер

Датчик фотоплетизмограммы ТЭС

Левый канал

Стерео микрофон

Правый канал

Рис. 9

Блок схема алгоритма выявления и инициации оптимального ПФС приведена на рис. 10.

Рис. 10.

Для оценки ПФС человека методами фоносемантики применены программы «Диатон» и «ВААЛ», разработанные в лаборатории профессора Журавлева и оценивают наличие внушений в речи, ее суггестивность. Питание комплекса осуществляется от стандартных промышленных источников 220В 50Гц или 400Гц, для стационарной системы разработан сверхмалошумящий (уровень шума менее 1мВ) DC\DC преобразователь.

Такими образом, разработанная подсистема ДВЦ позволяет осуществлять более точную оценку и коррекцию ПФС человека-оператора, по сравнению с подсистемами КМ и МРД и корректировать их работу.

Раздел 5 посвящен разработке алгоритмов и методов оценки и коррекции ПФС человека-оператора, который является объектом исследования.

Была предложена следующая система оценки состояния человека-оператора (см. рис 11).

Рис. 11

В проведенных исследованиях для определения психосемантического пространства человека-оператора в дополнение общеизвестным биометрическим показателям (скорость сенсорно-моторной реакции, ЭКГ, ЭАК, ЭЭГ), были выявлены следующие статистические стабилометрические значимые показатели: качество функции равновесия; коэффициент резкого изменения направлений движения; средняя скорость перемещения центра тяжести.

Использование этой информации оказывается исчерпывающим, что позволяет упростить систему и повысить оперативность оценки, заменив методику определения психосемантического пространства, основанную на сенсомоторной реакции. Аналогичный подход применен при выборе оптимальных параметров стимула и самого набора стимулов для приведения данного текущего состояния к состоянию Yopt.

Задача нахождения оптимального функционального состояния для определенного вида человеко-операторской деятельности является задачей поиска максимума неопределенной функции. При этом выбирается модель оптимального состояния Йеркса-Додсона-Хебба (рис. 12.).

Рис. 12

При поиске максимума был выбран градиентный метод Кифера - Вольфовица. При этом учитывались следующие особенности: В качестве критерия оптимального состояния человека-оператора был выбран критерий адаптации, предложенный Я.С. Пеккером, О.Г Берестневой и А.В. Ротовым, который является частным случаем оптимального ФС:

где n - количество учитываемых переменных состояния; Р(хj) - вероятность отклонения переменной xj от «предпочтительного» состояния.

Для оценки ПФС человека-оператора для каждого вида деятельности в качестве оптимального состояния принимается «индивидуальный оптимум». Применение интегрального критерия для оценки ПФС предполагает существование пороговых значений, превышение которых соответствует переходу на другой уровень функционирования организма. В таблице 1 приведены пороговые значения критерия Коп для различных функциональных состояний (ФС).

Таблица 1

№	Качество удержания предпочтительного ФС	Коп
1	уверенное удержание предпочтительного ФС	0,69
2	неуверенное удержание предпочтительного ФС	2,01
3	нахождение на границе предпочтительного ФС	3,087
4	выход за границы предпочтительного ФС	4,39

Для проверки выбранных методов обучения инициации оптимального ПФС человека-оператора, использовался стандартный табличный тест Шульте. На приведенных графиках (см. рис 13А, Б, В) видно, как повышается способность отдельного человека-оператора удерживать оптимальное ПФС, в зависимости от применения различных методов обучения и их комбинаций. Коэффициент корреляции между временем удержания ФС в заданных пределах по критерию Коп и снижением временных затрат при выполнении задания составил r=-0,73.

Без тренировки БОС + стимуляция

А Б

После БОС - тренировки

В Г

Рис. 13

Из диаграммы представленной на рис. 13Г видно как меняется эффективность работы человека-оператора в зависимости от различных методов реализованных в системе.

Проведенные исследования показали следующее:

1. Выход хотя бы одного из биометрических параметров за границы кластера может привести к смене всей матрицы ведущего (текущего) функционального состояния сознания.

2. Одновременное применение различных типов воздействия позволяет быстрее достичь требуемого функционального состояния сознания. Это говорит о том, что подсистема МРД должна обладать максимально возможным числом каналов коррекции.

3. Простая или сложная сенсомоторная реакция может быть заменена стабилометрическими показателями, однако для сокращения остальных биометрических каналов (с целью упрощения системы) пока еще мало данных.

На рис. 14 представлен сравнительный анализ разработанной системы с существующими.

1- «Биомаус», 2- «Эгоскоп», 3-система для машинистов локомотивов, 4- разработанная система

Рис.14

В заключении приведены основные научные выводы и практические результаты диссертационной работы:

1. На основании проведенного анализа существующих систем оценки и коррекции состояния человека-оператора выяснено, что все существующие системы обладают двумя важными недостатками: 1) в них отсутствует учет психологических мотивов оператора, хотя из специальной литературы известно, что до 90% ошибок, совершаемых оператором имеют психогенный характер. 2) в них отсутствует учет серхмедленных биологических циклов, хотя так же из специальной литературы известно, что учет этих циклов позволяет повысить количество выявляемых патологических состояний человека в два раза.
2. Разработана общая структура системы оценки и коррекции состояния человека-оператора, состоящая из трех основных подсистем: мобильной подсистемы круглосуточного мониторинга человека-оператора, подсистемы мониторинга рабочей деятельности человека-оператора, стационарная подсистемы для оценки и коррекции состояния человека-оператора.
3. На основе существующих моделей сознания была предложена и разработана модель сознания, удобная для оценки и коррекции ПФС.
4. Разработана мобильная подсистема круглосуточного мониторинга человека-оператора. Обоснованны и выбраны технические требования для подсистемы КМ, выбраны и предложены методы оценки и коррекции состояния человека-оператора для подсистемы КМ. Все каналы КМ отмакетированы и апробированы.
5. Разработана подсистема мониторинга рабочей деятельности человека-оператора. Обоснованны и выбраны технические требования для подсистемы МРД, выбраны и предложены методы и алгоритмы оценки и коррекции ПФС человека-оператора для подсистемы МРД, часть технических решений защищена патентом. Все каналы МРД отмакетированы и апробированы.
6. Отмакетированы и исследованы каналы транскраниальной и электромагнитной стимуляции. Макет транскраниального электростимулятора с возможностью автоматического подбора оптимальной индивидуальной частоты стимуляции, длительности следования импульсов, силы воздействующего тока и БОС на основе измерителя -потенциала был отмечен дипломом всероссийской научно-технической выставки «Инновация-2005» в г. Новочеркасске.
7. Разработана стационарная подсистема для коррекции состояния человека-оператора. Разработаны и предложена аппаратура сопровождения. Разработано методы и алгоритмы для систем с психологической обратной связью на основе стабилометрии. Предложены и разработаны методы повышения эффективности психотренингов для человека-оператора. Разработан алгоритм инициации оптимального функционального состояния.
8. Предложен комплекс психологической обратной связи на основе стабилометрии. Разработано программное и методическое обеспечение комплекса. Проведенные исследования позволили выявить стабилографические корреляты различных ПФС.

Список основных публикаций по теме диссертационной работы

Издания входящие в перечень ВАК

1. Хало П.В. Сверхмобильные системы с биологической обратной связью // Изв. ТРТУ №5 Таганрог, 2004. С. 182 – 184.
2. Хало П.В. Психологическая обратная связь как способ оценки и коррекции психофизиологического состояния человека-оператора // Изв. ТРТУ №6 Таганрог, 2004. С.30-32.
3. Хало П.В. Диагностика и коррекция психофизиологического состояния человека-оператора в условиях развивающегося информационного общества // Изв. ТРТУ №1 Таганрог, 2006. С.111-115.
4. Хало П.В. Разработка аппаратуры для групповых психотренингов // Изв. ТРТУ №9 Таганрог, 2006 С.111.
5. Хало П.В. Онтогенез слоёв сознания// Изв. ТРТУ №15 Таганрог, 2006 С.144-151.
6. Хало П.В., Галалу В.Г., Бородянский И.М. Прецизионный преобразователь код-ток // Изв. ТРТУ №3 Таганрог, 2003. С.67-69.
7. Хало П.В., Галалу В.Г., Бородянский М.Е. 14-разрядный преобразователь код-ток // Приборы и техника эксперимента №3 М., 2003. С.81-83.
8. Хало П.В., Галалу В.Г., Бородянский И.М. Линейный преобразователь напряжение-ток // Приборы и техника эксперимента №4 М., 2003. С.63-64.
9. Хало П.В., Галалу В.Г. Прецизионные генераторы двуполярного тока // Изв. ТРТУ №1 Таганрог, 2004. С. 88.
10. Хало П.В., Галалу В.Г., Силаева О.А. Мощные генераторы тока на операционных усилителях // Изв. ТРТУ №2 Таганрог, 2004. С. 13 – 15.
11. Хало П.В., Галалу В.Г. Преобразователи постоянного тока с низким уровнем пульсаций // Приборы и техника эксперимента №6 М. 2004. С. 67-68.
12. Хало П.В., Галалу В.Г. Преобразователи DC/DC для медицинской вскоропомощной аппаратуры // Изв. ТРТУ №5 Таганрог, 2004. С. 184 – 185.
13. Хало П.В., Галалу В.Г. Мощный акустический генератор инфранизких частот // Изв. ТРТУ №8 Таганрог, 2004. С. 92-93.
14. Хало П.В., Галалу В.Г. К вопросу создания мощного акустического генератора инфранизких частот //Изв. ТРТУ №1 Таганрог, 2005. С. 151-154
15. Хало П.В., Турулин И.И. Применение фазированных антенных решеток для оценки и коррекции психофизиологического состояния человека-оператора// Изв. ТРТУ №6 Таганрог, 2004. С.14-18.
16. Хало П.В., Турулин И.И. Канал электрической активности кожи для мобильной системы мониторинга // Изв. ТРТУ №6 Таганрог, 2004. С.124-125.
17. Хало П.В., Галалу В.Г. Транскраниальный электростимулятор // Изв. ТРТУ №9 Таганрог, 2005. С.87.
18. Хало П.В., Галалу В.Г., Бородянский И.М. Модуль мощного преобразователя код-ток // Приборы и техника эксперимента №3 М., 2005. С. 165.
19. Хало П.В., Турулин И.И., Бородянский Ю.М. О возможности применения фазированных антенных решеток для оценки состояния человека-оператора // Изв. ТРТУ №5. Таганрог, 2006. С.197-199.
20. Хало П.В., Галалу В.Г., Бородянский Ю.М. Некоторые особенности построения линейных стабилизаторов на повышенные выходные напряжения // Изв. ТРТУ №5 Таганрог, 2006. С.98-100.
21. Хало П.В., Галалу В.Г. Системный подход в методе транскраниальной электростимуляции// Изв. ТРТУ №6 Таганрог, 2006 С.281-287.
22. Хало П.В., Галалу В.Г. Преобразователи напряжение-ток // Изв. ТРТУ №9. Таганрог, 2006 С.110.
23. Хало П.В. Индивидуальные технические средства психотренинга // Изв. ТРТУ №11. Таганрог, 2006 C.249-255.
24. Хало П.В. Галалу В.Г., Мельницкая Е.В. Применение цифрового электростимулятора для индивидуального психотренинга // Изв. ТРТУ №11 Таганрог, 2006 С.115-118.

Патенты

25. Хало П.В., Сурженко И.Ф., Бородянский И.М., Бородянский Ю.М., Ольшанская Е.Г., «Система мониторинга человека – оператора» // Патент на изобретение № 2201130, приоритет от 22.03.2001.
26. Хало П.В., Волков И.Н., Бородянский М.Е., Чирская И.И., Парасоцкий С.А., Юдина Г.Д. «Измеритель углового ускорения вала»// Патент на изобретение №2278389, приоритет от 03.12.2003.

Монографии

27. Хало П.В. Истоки современных психотехнологий. Часть I // Таганрог, 2006. 438с. Таганрогский гос. радиотехн. ун-тет. Деп. в ВИНИТИ 07.12.06 №1525-В2006.
28. Хало П.В. Истоки современных психотехнологий. Часть II // Таганрог, 2006. 173с. Таганрогский гос. радиотехн. ун-тет. Деп. в ВИНИТИ 19.12.06 №1580-В2006.
29. Хало П.В. Истоки современных психотехнологий. Часть III // Таганрог, 2006. 313с. Таганрогский гос. радиотехн. ун-тет. Деп. в ВИНИТИ 09.01.07 №1-В2007.

Другие издания

30. Хало П.В., Галалу В.Г. Преобразователи DC\DC для медицинских диагностических систем // Пятая Всерос. научн. конф. с международным участием молодых ученных и аспирантов. Таганрог, 2002. С.80-82.
31. Хало П.В. Канал ЭАК для мобильных систем мониторинга // Теоретическая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления: материалы VII Всерос. научн. конф. Таганрог, 2004. С. 308-309.
32. Хало П.В. Проблема измененных состояний сознания в современном обществе //Материалы VI научн.-практ. конф. преподавателей, студентов, аспирантов и молодых ученных. T. 1. ТИУиЭ Таганрог, 2005. С. 181-185.
33. Хало П.В. Построение системы цвето-звуковой стимуляции мозга // Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления: материалы VIII Всерос. научн. конф. Таганрог, 2006. С. 295-296.
34. Хало П.В. Методы совершенствования сессий холотропного дыхания (из десятилетнего опыта работы) // Материалы VII научн.-практ. конф. преподавателей, студентов, аспирантов и молодых ученных. Т. 1. ТИУиЭ Таганрог, 2006. C.144-147.
35. Хало П.В., Галалу В.Г. Мощный генератор тока для исследовательской аппаратуры в магнитотерапии // Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения: материалы IV Всеросс. научн. конф. с международным участием. Таганрог 2003. С.305-308.
36. Хало П.В., Галалу В.Г. Управляемые генераторы тока на операционных усилителях// Информационный подход в естественных, гуманитарных и технических науках. Часть 4. Таганрог, 2004. С. 18-27.
37. Хало П.В., Галалу В.Г. О возможности построения мобильной системы с психологической обратной связью на основе стабилометрии // Цифровые методы и технологии: материалы международной научной конференции. Часть 1 Таганрог, 2005. С.16-26.
38. Хало П.В., Галалу В.Г., Мельницкая Е.Б. Цифровой электростимулятор // Статистические методы в естественных, гуманитарных и технических науках: материалы международной научн. конф. Часть 2. Таганрог, 2006. С.25-28.
39. Хало П.В., Галалу В.Г., Миляева Е.А. Защита входных цепей информационно-измерительных систем от помех и наводок // Статистические методы в естественных, гуманитарных и технических науках. Материалы международной научной конференции. Часть 4. Таганрог, 2006. С.17-27.
40. Хало П.В., Галалу В.Г. Прецизионные преобразователи напряжение-ток // Статистические методы в естественных, гуманитарных и технических науках. Материалы международной научн. конф. Часть 4. Таганрог, 2006. С.28-31.

В опубликованных совместных работах лично автором получены следующие результаты. В [6-10, 18, 22, 35, 36, 40] приводится способы построения прецизионных преобразователей код-ток для применения в различных системах оценки и коррекции состояния ПФС человека-оператора. В [11, 12, 20, 30] приводится способы построения DС-DС преобразователя со сверхмалым уровнем пульсаций. В [13, 14] рассмотрены особенности воздействия инфразвука на человека и разработаны несколько вариантов построения инфразвуковых излучателей для систем тренировки операторов работающих в условиях повышенной сейсмической активности. В [15, 19] разработаны структурные и функциональные схемы систем дистанционной оценки и коррекции ПФС человека-оператора на основе фазированных антенных решеток. В [16] приводится обоснование технических параметров канала измерения электрической активности кожи для систем мониторинга ПФС человека-оператора и схемотехническое решение. В [17, 21, 24, 38] выбор технических параметров для канала транскраниальной стимуляции систем коррекции ПФС человека-оператора и схемотехническое решение. В [25] разработаны структура и алгоритм работы системы мониторинга человека-оператора. В [26] предлагается устройство измерения углового ускорения вала для реализации метода пантомимики в стабилокресле. В [37] предлагается применить стабилографические методы в системах психосемантической оценки состояния человека-оператора, разрабатывается методология, функциональные и структурные схемы систем. В [39] разработаны методы уменьшения помех во входных цепях системы сбора биометрической информации.