авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный университет имени М.В.

Ломоносова»

Факультет психологии

На правах рукописи

Поликанова Ирина Сергеевна

Психофизиологические детерминанты развития утомления при

когнитивной нагрузке 19.00.02 - Психофизиология (психологические наук

и) Диссертация на соискание ученой степени кандидата психологических наук Научные руководители:

доктор психологических наук А.М. Черноризов доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАН А.Г. Тоневицкий Москва - Оглавление ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................ ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА УТОМЛЕНИЯ В ПСИХОЛОГИИ:

ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ И НЕЙРОПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ.......... 1.1. История развития представлений об утомлении в психологии и психофизиологии. 1.1.1. Развитие представлений об утомлении в психологии......................................... 1.1.2. Развитие представлений об утомлении в психофизиологии............................... 1.1.3. Нейропсихология утомления................................................................................... 1.2. Утомление как функциональное состояние человека................................................... 1.2.1. Определение функционального состояния............................................................ 1.2.2. Понимание утомления как особого функционального состояния...................... 1.2.3. Отличие утомления от состояний монотонии и психического пресыщения... 1.3. Современные подходы к исследованию состояний утомления................................... 1.3.1. Поиск субъективных и объективных маркеров утомления................................ 1.3.2.Электроэнцефалографические и молекулярно-генетические индикаторы утомления....................................................................................................................................... 1.4. Выводы из литературного обзора...................................................................................... ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................................... 2.1. Испытуемые и схема исследования.................................................................................. 2.2. Экспериментальные задания и стимульный материал................................................ ПЗМР, простая зрительно-моторная реакция...................................................................... РВ, реакция выбора....................................................................................................................... 2.3. Процедура эксперимента..................................................................................................... 2.4. Анализ данных................................................................

...................................................... 2.5. Методики генотипирования............................................................................................... 2.5.1. Методика генотипирования 5HTT......................................................................... 2.5.2. Методика генотипирования DRD2........................................................................ 2.5.3. Методика генотипирования COMT....................................................................... ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ....................................................................... 3.1. Результаты по субъективным, поведенческим и электрофизиологическим показателям по всей выборке.................................................................................................... 3.1.1. Субъективные и поведенческие данные................................................................. 3.1.2. Результаты ЭЭГ...................................................................................................... 3.2. Результаты по субъективным, поведенческим и электрофизиологическим показателям у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, DRD2, СОМТ....... 3.2.1. Субъективные и поведенческие показатели у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, DRD2, СОМТ................................................................................. 3.2.2. ЭЭГ результаты у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, DRD2, СОМТ.............................................................................................................................................. 3.3. Проведение факторного анализа..................................................................................... 3.4. Моделирование структурными уравнениями связей между уровнем нейромедиаторов (серотонина и дофамина) и психофизологическими характеристиками при длительной когнитивной нагрузке............................................. ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ........................................................................ 4.1. Обсуждение результатов по субъективным, поведенческим и ЭЭГ данным по всей выборке............................................................................................................................... 4.1.1. Обсуждение субъективных и поведенческих результатов............................... 4.1.2. Обсуждение ЭЭГ результатов............................................................................ 4.2. Обсуждение результатов ЭЭГ, полученных для носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, DRD2 и СОМТ...................................................................... 4.2.1. Субъективные и поведенческие показатели....................................................... 4.2.2. Анализ ЭЭГ активности у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, DRD2 и СОМТ.............................................................................................................................. 4.3. Обсуждение результатов факторного анализа и структурного моделирования.... 4.3.1. Обсуждение результатов факторного анализа и структурного моделирования.............................................................................................................................. 4.4. Обобщение результатов..................................................................................................... ВЫВОДЫ.................................................................................................................................... ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................................... СПИСОК ЛИТЕРАТУРА......................................................................................................... ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………………. ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования. Изучение механизмов утомления является важной задачей в современном обществе, оно вносит весомый вклад в общетеоретические и практические основы психологии и психофизиологии.

Прикладные аспекты данного направления связаны с более объективной и качественной диагностикой функциональных состояний человека и с подготовкой специалистов, работающих в экстремальных условиях диспетчеров, силовиков, спортсменов и т.д. Профессиональная деятельность во многих сферах требует больших умственных, эмоциональных усилий и выносливости. Количество людей, страдающих от усталости, зачастую становящейся хронической, неуклонно растет. Это, в свою очередь, приводит не только к психическому и эмоциональному стрессу, но и к соматическим заболеваниям. Проблема утомления исследуется в различных областях психологии, психофизиологии, медицины, биохимии и др. Несмотря на это, еще не существует общей теории утомления, описывающей его механизмы (Cameron, 1974;

Розенблат, 1975;

Леонова, 1994;

De Luca, 2005).

Многие исследователи пытаются рассматривать феномен утомления либо изолированно на психологическом или психофизиологическом уровнях, либо комплексно – учитывая и психологические, и психофизиологические особенности (Klimesh, 1999;

Lorist et al., 2000;

Lorist et al., 2003;

Murataa et al., 2004;

Trejo et al., 2005;

Boksem et al., 2006;

Liu et al., 2006;

Wijesuriya et al., 2007;

Jap et al., 2009;

Lorist et al., 2009). Иногда они пытаются связать наличие определенного полиморфизма отдельных генов со скоростью развития утомления, используя для его оценки, как правило, какой-то один психологический или психофизиологический параметр, являющийся, по их мнению, индикатором состояния утомления (Davis, 1995;

Salamone et al., 1999;

Weicker, 2001;

Narita et al., 2003;

Lorist et al., 2005;

Meeusen, 2007;

Barnett, 2011). Специфика данной работы заключается в рассмотрении проблемы утомления сразу на психологическом, психофизиологическом и биохимическом уровнях, что позволяет сделать комплексную оценку данного состояния. Рассматривается комплекс психологических и психофизиологических параметров, отражающих динамику функционального состояния;

дана подробная оценка состоянию утомления, вызванному длительной когнитивной нагрузкой в течение четырех часов;

на биохимическом уровне показаны различия в развитии утомления у носителей разных полиморфизмов генов 5НТТ, DRD2 и СОМТ. Выбранные для биохимического анализа гены связаны с трансмиссией таких нейромедиаторов, как серотонин и дофамин, связанных в том числе с когнитивными функциями (Rowe et al., 1999;

Николлс, 2008;

Meeusen et al., 2007;

Bellgrove et al., 2008;

Gossoetal., 2008;

Bolton et al., 2010;

Malyuchenko et al., 2010;

Rosa et al., 2010;

Stelzel et al., 2010;

Doll et al., 2011;

Dumontheil et al., 2011;

Wishart et al., 2011).

Цель исследования: комплексное изучение механизмов утомления, отражающегося на субъективном, поведенческом, психофизиологическом, а также молекулярно-генетическом уровнях.

Объект исследования: проявления утомления в психике, поведении и психофизиологических показателях.

Предмет исследования: механизмы утомления в процессе когнитивной деятельности и их отражение в комплексе субъективных, поведенческих, психофизиологических и молекулярно-генетических показателей.

Теоретической гипотезой исследования является предположение о том, что длительная когнитивная нагрузка, приводящая к развитию утомления, будет по-разному сказываться на психологических, поведенческих и психофизиологических показателях у носителей различных полиморфизмов генов 5НТТ, DRD2 и COMT, связанных с определенным уровнем серотонина и дофамина.

Эмпирические гипотезы:

1. Длительная когнитивная нагрузка приводит к развитию утомления, что выражается в определенных психических, поведенческих и психофизиологических показателях.

2. Более высокий уровень серотонина (наличие S-аллели в гене 5НТТ) ассоциирован с большей скоростью развития утомления.

3. Более низкий уровень дофамина (наличие А1-аллели в гене DRD2 и VV генотипа в гене СОМТ) ассоциирован с большей скоростью развития утомления.

4. Носители генотипа LL (ген 5НТТ), А2А2 (ген DRD2) и ММ (ген СОМТ) будут характеризоваться меньшей скоростью развития утомления, по сравнению с носителями генотипа LS+SS (ген 5НТТ), A1A1+A1A2 (ген DRD2), MV и VV (ген СОМТ). Данные полиморфизмы ассоциированы с более низким уровнем серотонина и более высоким уровнем дофамина с большей устойчивостью к развитию утомления и лучшим когнитивным функционированием.

Задачи исследования:

исследовать влияние длительной когнитивной нагрузки на психические, поведенческие и психофизиологические показатели;

исследовать ассоциативную связь полиморфных маркеров генов (5НТТ, DRD2 и СОМТ), регулирующих обмен серотонина и дофамина в мозге, с особенностями развития утомления;

описать динамику субъективных ощущений, поведенческих показателей и мозговых процессов при развитии утомления;

выявить связь между концентрациями серотонина и дофамина в мозге и процессами развития утомления.

Методолого-теоретическая основа исследования. Диссертационное исследование базируется на комплексном подходе к исследованию утомления, основывающемся на работах таких отечественных ученых, как И.П. Павлов, Б.М. Теплов, В.Д. Небылицын, Н.Н. Данилова, Э.А. Голубева, А.Б. Леонова;

а также на работах зарубежных исследователей: В. Климеша (Klimesh), М. Лориста (Lorist), М. Буксема (Boksem) и др.

Методики исследования:

1. Психологические – методика субъективной оценки самочувствия САН (самочувствие, активность, настроение) (по Ю.Н. Гончарову).

2. Поведенческие – измерение времени реакции в различных заданиях:

простая зрительно-моторная реакция (ПЗМР) (модификация Т.Д. Лоскутовой), реакция выбора (РВ), максимальный теппинг (МТ), комфортный теппинг (КТ) (по Е.П. Ильину).

3. Психофизиологические:

а) анализ электроэнцефалографических (ЭЭГ) показателей – спектральные характеристики ритмов ЭЭГ, частота индивидуального альфа ритма (ИАР), индекс утомления (ИУ);

б) молекулярно-генетические: анализ взаимосвязи наличия определенного полиморфизма в генах 5НТТ, DRD2 СОМТ, связанных с трансмиссией таких нейромедиаторов, как серотонин и дофамин, с динамикой психологических, поведенческих и электроэнцефалографических параметров.

Испытуемые. Участие в исследовании было добровольным и проходило с соблюдением всех этических норм. В данном исследовании приняли участие 44 испытуемых мужского пола без каких-либо психических и неврологических заболеваний. Все испытуемые являются правшами.

Средний возраст составляет 24 6 лет (испытуемые с высшим образованием, преимущественно - студенты МГУ).

Научная новизна исследования заключается в получении новых данных относительно механизмов развития утомления. Впервые проведено комплексное исследование данного феномена, объединяющее результаты психологических и поведенческих тестов, электроэнцефалографических показателей и молекулярно-генетических особенностей испытуемых.

Впервые показаны различия между носителями разных полиморфизмов генов, определяющих уровень таких нейромедиаторов, как дофамин и серотонин, по динамике и особенностям развития утомления. В работе обнаружено, что эти различия преимущественно проявляются на электрофизиологическом уровне, в частности, в таких параметрах, как индивидуальный альфа-ритм, индекс утомления и динамика мощностей различных ритмов ЭЭГ. В работе впервые показано, что уровень этих нейромедиаторов определяет также скорость реагирования, при этом, эта закономерность проявляется как в нормальном функциональном состоянии, так и в состоянии утомления.

Теоретическая значимость данного исследования обусловлена необходимостью более глубокого и комплексного изучения механизмов утомления не только на уровне субъективных ощущений, поведенческих реакций и психофизиологических процессов, но также и на молекулярно генетическом уровне, позволяющем проследить связь между концентрацией определенных нейромедиаторов, функционально связанных с когнитивными функциями, и скоростью развития утомления. В диссертационной работе показана значимая связь между определенным уровнем нейромедиаторов серотонина и дофамина с электрофизиологическими (ЭЭГ) и поведенческими (время реакции) параметрами. Эти данные помогут более глубоко и детально изучить не только процессы утомления, но и механизмы развития других функциональных состояний.

Практическая значимость данной работы заключается в получении комплексной оценки состояния утомления, что может иметь широкое практическое применение в области диагностики функциональных состояний, а также в разработке научного подхода для подготовки специалистов, работающих в экстремальных условиях - диспетчеров, спортсменов и др. - с учетом их генетической предрасположенности к развитию определенных функциональных состояний. Полученные в данном исследовании результаты помогут выделить объективные маркеры утомления, что позволит создать более точный комплексный диагностический аппарат для контроля функциональных состояний человека.

Надежность и достоверность полученных результатов обеспечивается применением методов регистрации, обработки и анализа данных, адекватных предмету и задачам исследования;

организацией экспериментов в соответствии со стандартами экспериментальной психологии, психофизиологии и биохимии;

системностью исследовательских процедур;

использованием при обработке и анализе данных современного программного обеспечения и статистических методов, отвечающих специфике эмпирических данных, а также согласованностью полученных результатов с данными других исследователей.

Положения, выносимые на защиту:

Утомление, возникающее у человека при длительной 1.

когнитивной нагрузке, отражается на эмоциональном, поведенческом и электрофизиологическом уровнях: в снижении самочувствия и настроения, в снижении скорости простой зрительно-моторной реакции и увеличении скорости реакции выбора с одновременным увеличением количества ошибок, в замедлении комфортного теппинга (т.е. частоты нажатий на клавишу прибора), в снижении частоты индивидуального альфа-ритма, обширном увеличении индекса утомления, а также в увеличении средних мощностей тета-, альфа- и бета-ритмов.

Наиболее слабо процессы утомления проявляются при низкой 2.

концентрации серотонина и средней концентрации дофамина, таким образом, динамика и особенности развития когнитивного утомления значимо связаны с определенным уровнем данных нейромедиаторов.

Наиболее высокая скорость простой зрительно-моторной реакции 3.

и реакции выбора наблюдается при высокой концентрации серотонина и низкой - дофамина. Скорость моторных реакций значимо связана с определенным уровнем нейромедиаторов – серотонина и дофамина, как в нормальном функциональном состоянии, так и в состоянии утомления.

Комплексная модель исследования утомления, учитывающая 4.

динамику субъективных, поведенческих, электроэнцефалографических и молекулярно-генетических показателей, является адекватным инструментом исследования когнитивного утомления.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на заседаниях кафедры психофизиологии факультета психологии МГУ имени М.В. Ломоносова. Представлены на XXI Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010);

на XVII, XVIII, XIX Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов»

(Москва, 2010, 2011, 2012);

на IX Российско-германо-китайском научном семинаре «Когнитивная нейронаука» (Пекин, 2011);

на XII конгрессе по психологии (Стамбул, 2011);

на XVIII ежегодном съезде общества по когнитивным нейронаукам (Сан-Франциско, 2011);

на XXXXXI съезде общества по психофизиологическим исследованиям (Бостон, 2011);

на XIV и XV Международной зимней конференции по нейронаукам (Зельден, 2012, 2013);

на XXX Международном конгрессе по психологии (Кейптаун, 2012);

на XVI Международной конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 2012);

на X съезде немецкого общества по нейронаукам (Геттинген, 2013).

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст диссертации изложен на 240 страницах и включает в себя 53 рисунка и таблиц. Список литературы включает 182 публикацию, из них 105 на английском языке.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА УТОМЛЕНИЯ В ПСИХОЛОГИИ:

ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ И НЕЙРОПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ 1.1. История развития представлений об утомлении в психологии и психофизиологии.

1.1.1. Развитие представлений об утомлении в психологии.

Одной из первых областей знания, которая была заинтересована в исследовании трудового процесса, различных видов труда, в том числе и работоспособности, которая рассматривала человека не как «работающую машину», а как личность, способную сознательно регулировать свой труд, была профессиональная гигиена. Огромный вклад привнесла в эту область знаний книга Ф.Ф. Эрисмана "Профессиональная гигиена или гигиена умственного и физического труда" (Эрисман, 1877). Он подходил к рассмотрению человека не только с точки зрения организма, но как единого целого, включая также его "внутреннее удовлетворение своими занятиями", "душевное спокойствие".

Проблемы утомления и динамики работоспособности интенсивно разрабатывались в русле экспериментальной психологии в конце прошлого века. В числе первых исследователей, внесших существенный вклад в их разработку были такие известные психологи того времени, как Ф. Гальтон, Э. Крепелин, Г. Эббингауз, А. Бине (Леонова, 1994). Начало экспериментальным исследованиям высших психических функций положил Г.Эббингауз своей работой о памяти, в которой он выявил объем непосредственного запоминания, составляющий 6-8 бессмысленных слогов (Нуркова, 2006;

Гиппенрейтер и др., 2002). Оказалось, что уже при незначительном увеличении материала количество повторений, которое требуется для его запоминания, возрастает во много раз. Из этого следовало, что увеличение нагрузки на память приводит к снижению работоспособности.

В Германии в это время также развивались прикладные исследования.

Э. Крепелин стремился внести в психиатрию психологический эксперимент (Ждан, 1990). Им проводились экспериментальные исследования умственного утомления, и была построена кривая работы. В книге "Умственный труд" Э. Крепелином была изложена попытка экспериментального изучения "рабочей силы" применительно к умственному труду на модели счетных задач. О "рабочей силе" автор судил по результатам продуктивности выполнения тестового задания, которым испытуемый был занят несколько часов. Поскольку предметом изучения Э. Крепелина являлся конкретный человек и особенности его работоспособности по сравнению с другими, то он не учитывал специфику утомления при различных видах труда. Под работоспособностью он понимал функциональные возможности человека, проявляющиеся в разных видах труда, о которых нельзя судить непосредственно, но можно судить по косвенным оценкам успешности выполнения деятельности (Климов, Носкова, 1992;

Ждан, 1990).

В России, как и в странах Запада, в 80-90 гг. формируется общественное движение за научное изучение труда в связи с задачами охраны здоровья трудящихся, перед которым стояли задачи поиска способов оптимальной организации труда, в том числе и умственного труда. Среди этих задач стояли следующие: изучение работоспособности и утомления в целях профилактики профессиональных заболеваний и несчастных случаев, рациональная организация труда, классификации профессий по особенностям влияния различных факторов на состояние организма трудящихся;

разработка методов диагностики работоспособности и утомляемости (Климов, Носкова, 1992).

Свой вклад в проблему организации труда внес также И.М. Сеченов. В своей статье "К вопросу о влиянии раздражения чувствующих нервов на мышечную работу человека" (Сеченов, 1956) он представил результаты лабораторного эксперимента, в котором сам был испытуемым. Эксперимент моделировал физический труд с помощью ручного эргографа. Автор смог сопоставить динамику результатов работы с динамикой субъективных ощущений. Результаты исследования имели важное значение, как для теории отечественной психофизиологии труда, так и для практики организации труда.

И.М. Сеченовым был введен принцип "активного отдыха", под которым понималось чередование работающих органов, а также дано его физиологическое обоснование. Исследование И.М. Сеченовым проблемы чередования видов работы, работающих органов, как способа повышения продуктивности труда, было продолжено А.С. Азарьевым, который утверждал, что принцип "активного отдыха" для умственного труда не всегда эффективен и в некоторых случаях усиливает утомление и снижает работоспособность человека (по Климову, Носковой, 1992 г.).

Развитие техники привело к появлению новых видов трудовой деятельности, успешность выполнения которой кардинально зависела от уровня работоспособности человека. Это в свою очередь привело к необходимости изучения новых условий деятельности на организм человека, его психофизиологических функций.

В педагогике и психологии индивидуальных различий, диагностика работоспособности и утомляемости начала проводиться с учетом свойств самой личности. А.Ф. Лазурский включил оценку "умственной утомляемости" в "Программу исследования личности" (Лазурский, 1904).

В 1909 г. А.Л. Щеглов предложил программу нового направления прикладной психофизиологии, названного им "эргометрией" (по Климову, Носковой, 1992), которая должна была заниматься вопросами работоспособности человека и способах ее повышения. Но на деле эта проблема разрабатывалась преимущественно лишь в форме изучения и измерения утомления, как биологического явления.

Таким образом, проблема утомления и работоспособности человека имела почти 40-летнюю историю в дореволюционной России. В это время сложились основные подходы, которые впоследствии получили дальнейшее развитие, в частности, в советской психотехнике 20-30-х гг. (Климов, Носкова, 1992).

Основателем психотехники считается Г. Мюнстерберг (Мюнстерберг, 1922). Его исследования были тесно связаны с прикладными задачами, особенно с областью промышленного производства. Несколько раньше американский инженер Ф. Тейлор, разработал систему интенсификации труда путем использования психологических факторов в целях рационализации производства. Психотехника как направление прикладной психологии была тесно связана с экономическими интересами предпринимателей. В ней разрабатывались проблемы профессионального утомления, профориентации, профотбора, психологии воздействия, в том числе средствами рекламы и др.

(Климов, Носкова, 1992).

1.1.2. Развитие представлений об утомлении в психофизиологии.

Проблема индивидуальных различий работоспособности весьма широко исследовалась с позиций учения о высшей нервной деятельности.

Идея о пределе работоспособности корковых клеток и о силе-слабости нервной системы, «определяемой этим пределом, как о важнейшем свойстве, от которого зависят типические свойства поведения собаки», являлось для И.П. Павлова центральной, начиная с 1915 года (Голубева, 2005).

Согласно представлениям И.П. Павлова, сила нервной системы ха рактеризуется выносливостью нервных клеток, то есть способностью их выдерживать длительное или очень сильное возбуждение, не переходя в состояние запредельного торможения. Показателем силы является предел ра ботоспособности, определяемый по той интенсивности раздражения, когда впервые возникают признаки запредельного торможения. Все применявшиеся в павловских лабораториях приемы определения силы нервной системы у животных основаны именно на нахождении предела работоспособности.

Показателем достижения предела работоспособности служило снижение величины условного слюнного рефлекса (Голубева, 2005;

Гуревич, 1970).

В дальнейшем усилия были направлены на разработку других методик, выявляющих особенности непроизвольных компонентов произвольных двигательных реакций, некоторых характеристик безусловных реакций, особенности функционирования зрительного анализатора, а также ряд показателей фоновой ЭЭГ.

Новые методики открывали и новые возможности для изучения психологических проявлений силы нервной системы. Б.М. Теплов указывал, что с порогом запредельного торможения, как основным показателем силы нервной системы, коррелирует следующая группа показателей (Теплов, 1955;

Теплов, 1985):

1. Сопротивляемость к тормозящему действию посторонних раздражителей. Главное экспериментальное испытание — сравнение величины абсолютных зрительных порогов, измеряемых в тишине и при действии стука метронома, или величины слуховых порогов, измеряемых в темноте и при действии пульсирующего света. Сильная нервная система менее подвержена тормозящему действию посторонних раздражителей.

2. Некоторые особенности концентрации или иррадиации процесса возбуждения в зрительном анализаторе. Экспериментально выявляет эти особенности так называемая индукционная методика, смысл которой заключается в сравнении величины абсолютного зрительного порога для точечных раздражителей в пустом темном поле зрения и при наличии в поле зрения других, дополнительных точечных раздражителей разной интенсивности. В сильной нервной системе нервные процессы более концентрированны.

3. Характер проявления закона силы: закон силы состоит в том, что увеличение интенсивности раздражения влечет за собой нарастание величины (или скорости) реакции. Этот закон более отчетливо проявляется в сильной нервной системе.

4. Величина абсолютных порогов зрения и слуха. Чем больше сила нервной системы, тем больше пороги, или иначе говоря, тем меньше чувствительность нервной темы. Слабая нервная система — это система высокой чувствительности.

Б.М. Теплов говорит о том, что вопрос связи силы нервной системы и чувствительности принципиально важен, так как он касается более широкого вопроса – можно ли считать слабый тип нервной системы «плохим» или неполноценным. Проведенные им исследования показывают, что у слабой нервной системы есть и положительные (высокая чувствительность), и отрицательные (малая выносливость) стороны. То же относится и к сильной нервной системе (Теплов, Небылицын, 1963;

Теплов, 1955;

Теплов, 1961;

Теплов, 1985).

В.Д. Небылицын писал, что такие положительные свойства слабой нервной системы, как высокая чувствительность, позволяет дать хотя бы частичный ответ о биологической целесообразности существования такого типа нервной системы и механизмах его приспособления (Небылицын В.Д., 1956).

Учениками и последователям Б.М. Теплова были найдены новые показатели сильной нервной системы. Поиски новых показателей шли в основном по пути выявления тех устойчивых характеристик ЭЭГ, индивидуальные различия в которых так или иначе связаны с различиями по силе нервной системы.

Стали применяться показатели реакции электрической активности мозга на мелькающий свет. Указанная реакция (реакция навязывания) возникает при действии прерывистых световых стимулов и состоит в следовании биоэлектрических колебаний мозга за частотой ритмических световых раздражений. В.Д. Небылицыным показатели этой реакции изучались в плане проявления связи слабости нервной системы с большей чувствительностью. Применяя мелькающие раздражители разной интенсивности, он показал, что реакция навязывания лучше выражена у лиц со слабой нервной системой, при этом разница между слабой и сильной нервной системой в степени выраженности эффекта навязывания тем больше, чем меньше интенсивность раздражителей. На основании этих данных В.Д.Небылицын приходит к выводу, что лучшему проявлению эффекта навязывания способствует именно большая чувствительность, характерная для слабой нервной системы (Небылицын, 1956;

Небылицын, 1966;

Небылицын, 1976).

Наиболее широкое распространение к настоящему времени получил такой показатель, как эффект навязывания медленных ритмов (4-7 Гц), который больше выражен в слабой нервной системе. В дальнейшем было показано, что слабая нервная система характеризуется также и большей выраженностью медленных частот в фоновой ЭЭГ, при отсутствии внешних раздражений.

Также была предложена методика определения силы нервной системы, основанная на учете индивидуальных различий в степени вариативности некоторых показателей фоновой ЭЭГ. Слабость нервной системы оказалась связанной с меньшей вариативностью амплитуд отдельных ритмических колебаний. Соответственно, в сильной нервной системе амплитуды отдельных волн менее стабильны.

Методика ЭЭГ имеет существенное преимущество при определении динамики функционального состояния, так как дает возможность получать показатели в течение всей работы без отрыва испытуемого от основной деятельности.

Общепризнанно, что переход от более быстрых к более медленным колебаниям отражает снижение функционального уровня (Данилова, 1985, 2004;

Голубева, 2005), т. е. переход от более деятельного состояния к менее деятельному, заторможенному. Учащение фоновой ритмики — один из признаков сдвига функционального состояния в сторону возбуждения.

Однако попытки применения методики ЭЭГ для нахождения объективных показателей функционального состояния в реальной трудовой деятельности пока еще не дают достаточно однородных результатов.

Многие исследователи пытались проследить динамику отдельных частотных составляющих ЭЭГ, т. е. изменение электрической активности в различных частотных диапазонах при утомлении. Чаще других изучению подвергался наиболее четко выраженный альфа ритм. В ряде исследований, проведенных в производственных условиях, получены результаты, свидетельствующие о снижении альфа активности и повышении бета актив ности после рабочего дня при разных видах деятельности, а иногда и о появлении в ЭЭГ медленных волн. Другие исследователи или не находят существенных изменений в ЭЭГ после работы или констатируют разнонаправленный характер изменений, различные типы сдвигов.

В исследовании В.И. Рождественской, Э.А. Голубевой, Л.Б. Ермолаевой-Томиной (Рождественская, 1980;

Небылицын, Голубева, Равич-Щербо, Ермолаева-Томина, 1965), наряду с принятыми показателями силы нервной системы, были использованы биоэлектрические характеристики: коэффициенты навязывания частот 4 Гц, 6 Гц, 8 Гц, 10 Гц, суммарная энергия дельта-ритма, тета-ритма, альфа-ритма и частота альфа ритма. В результате сравнительного анализа данных было установлено, что реакция навязывания на редкие световые раздражители определяется преимущественно не частными – зрительным и слуховым, а общим фактором силы нервной системы. Показатели суммарной энергии тета ритма оказались лучше выражены у обладателей слабой нервной системы. Также обладатели слабой нервной системы лучше усваивают световые раздражители, особенно в зонах дельта и тета частот. Это же относится и к большей выраженности у них медленных составляющих ЭЭГ. В противоположность этому, у обладателей сильной нервной системы не наблюдается такой специализированной реакции, направленной именно на восприятие данного ритмического раздражителя. У обладателей слабой нервной системы лучше выражено наличие медленных составляющих ЭЭГ (дельта и тета ритмов), и особенно лучшее навязывание 4, 5, 6 Гц, что некоторые связывают со склонностью к охранительному торможению. Предполагается, что система тормозных обратных связей принимает участие в формировании медленной спонтанной мозговой ритмики. Слабый раздражитель, вызывая возбуждение, не включает тормозную систему. Усиление раздражителя вовлекает отрицательную обратную связь и связанное с ней торможение нейрона.

Способность человека выполнять какую-либо деятельность в течение продолжительного времени без снижения качества работы обычно определяют, как уровень его работоспособности. При длительном выполнении деятельности работоспособность снижается в результате утомления. Скорость наступления утомления у людей неодинакова. Однако индивидуальные различия работоспособности нельзя сводить только к скорости наступления утомления. Работоспособность — явление сложное, многофакторное. Она зависит и от силы мотивов, побуждающих человека к деятельности, и от условий труда и состояния здоровья, и от настроения и эмоционального состояния человека в период его работы. Существенным фактором, влияющим на уровень и динамику работоспособности, являются специфические особенности каждой конкретной деятельности. Так, например, хорошо известно, что при однообразной деятельности работоспособность снижается раньше. Причем индивидуальные различия в подверженности людей действию однообразия очень большие (Рождественская, 1980).

Еще недостаточно изучены причины, обусловливающие многообразные индивидуальные различия работоспособности. Один из возможных подходов к проблеме это подход с точки зрения учения о высшей нервной деятельности. Известно, что одним из существенных условий, опре деляющих работоспособность человека, является уровень функционального состояния его нервной системы. Работоспособность бывает высокой при оптимальном для данных условий уровне функционирования нервных структур и снижается при более или менее значительных отклонениях от этого уровня. Такие отклонения проявляются в развитии у человека соответствующих психических состояний. Важное значение при этом имеет «гибкость» функциональных систем, включенных в деятельность, позволяющая быстро адаптироваться и действовать в соответствии с меняющимися условиями окружения.

Основатель дифференциальной психофизиологии Б.М. Теплов исходил из того, что природные, врожденные свойства нервной системы накладывают отпечаток на весь психический облик человека (Голубева, 2005;

Теплов Б.М., 1985). При этом он предостерегал от упрощенного понимания связи свойств нервной системы с индивидуальными особенностями поведения, считая, что проявление свойств бывает в огромной степени опосредовано влияниями условий жизни, воспитания и т.п. Он указывал, что выяснение реального значения свойств нервной системы для тех или иных психических свойств человека является сложной научной задачей, требующей специального методического подхода и постановки точных экспериментов.

1.1.3. Нейропсихология утомления.

А. Р. Лурия предложил структурно-функциональную модель мозга как субстрата психической деятельности. Эта модель характеризует наиболее общие закономерности работы мозга как единого целого и позволяет объяснить его интегративную функцию (Лурия А.Р., 1973;

Лурия А.Р., 1978).

Согласно этой модели, весь мозг можно разделить на три структурно функциональных блока: а) энергетический блок, б) блок приема, переработки и хранения экстероцептивной информации, в) блок программирования, регуляции и контроля сложных форм деятельности. Любая высшая психическая функция (ВПФ) осуществляется при обязательном участии всех трех блоков. Каждый блок характеризуется особенностями строения, физиологическими принципами, лежащими в основе его работы, и той ролью, которую он играет в обеспечении психических функций.

Первый блок - это блок регуляции энергетического тонуса и бодрствования. Только в условиях оптимального бодрствования человек может наилучшим образом принимать и перерабатывать информацию, вызывать в памяти нужные системы связей, программировать деятельность, осуществлять контроль над ней. Было установлено, что аппараты, обеспечивающие и регулирующие тонус коры, находятся не в самой коре, а в лежащих ниже стволовых и корковых отделах мозга. Таким аппаратом являются неспецифические структуры разных уровней - ретикулярная формация ствола мозга, неспецифические структуры среднего мозга, лимбическая система, область гиппокампа (Лурия, 2008;

Хомская, 2005).

И.П. Павлов не только указал на необходимость оптимального состояния мозговой коры для осуществления организованной деятельности, но и открыл основные нейродинамические законы возникновения такого оптимального состояния (Павлов И.П., 1951). Как было показано многочисленными исследованиями павловской школы, процессы возбуждения и торможения, протекающие в бодрствующей коре, подчиняются закону силы, характеризуются определенной концентрированностью, уравновешенностью и подвижностью. Эти основные законы нейродинамики неприложимы к состояниям сна или утомления, потому что в так называемых «тормозных» состояниях тонус коры снижается и нарушается закон силы: происходит уравнивание ответов по интенсивности на сильные и слабые раздражители. По мере снижения тонуса коры нарушается нормальное соотношение возбудительных и тормозных процессов, а также подвижность, которая необходима для протекания нормальной психической деятельности. Это указывает на то, какое решающее значение имеет наличие оптимального тонуса коры для организованного протекания психической деятельности.

Второй блок - блок приема, переработки и хранения информации расположен в наружных отделах неокортекса и занимает ее задние отделы, включая в свой состав аппараты затылочной, височной и теменной коры.

Области этих отделов коры включают первичные зоны, которые обеспечивают прием и анализ поступающей извне информации;

вторичные зоны, выполняющие функции синтеза информации от одного анализатора и третичные зоны, основной задачей которых является комплексный синтез информации.

Третий функциональный блок мозга - блок программирования, регуляции и контроля сложных форм деятельности. Он связан с организацией целенаправленной, сознательной психической активности, которая включает в свою структуру цель, мотив, программу действий по достижению цели, выбор средств, контроль за выполнением действий, коррекцию полученного результата. Обеспечению этих задач и служит третий блок мозга.

Аппараты третьего функционального блока мозга расположены кпереди от центральной извилины и включают в свой состав моторные, премоторные и префронтальные отделы коры лобных долей мозга. Нейроны моторной коры передают возбуждение к мышцам, отсюда начинается большой пирамидный путь. Премоторная кора обеспечивает двигательные программы, то есть объединяет отдельные движения в единую кинетическую мелодию. Префронтальные отделы играют решающую роль в формировании намерений, программ, в регуляции и контроле наиболее сложных форм поведения человека. Они могут выполнять ассоциативную функцию, получая импульсы от первого блока мозга и оказывать интенсивное модулирующее влияние на образования ретикулярной формации, приводя ее активирующие импульсы в соответствие с динамическими схемами поведения, которые формируются непосредственно в префронтальной (лобной) коре.

Префронтальные отделы фактически надстроены над всеми отделами мозговой коры, выполняя функцию общей регуляции поведения.

Советский физиолог М.Н. Ливанов вместе с сотрудниками установили тесную связь префронтальных отделов мозга с наиболее сложными формами активации, вызываемой интеллектуальной деятельностью. С помощью многоканальной регистрации ЭЭГ (50-100 каналов), авторы обнаружили, что каждая достаточно сложная умственная работа, например, счет в уме, ведет к увеличению синхронизации альфа-ритма прежде всего в лобных долях мозга (Лурия, 1973).

Анализ особенностей строения и функционирования трех функциональных блоков мозга позволяет предположить, что каждая форма сознательной деятельности всегда является сложной функциональной системой и осуществляется, опираясь на совместную работу всех трех блоков мозга, каждый из которых вносит свой вклад в обеспечение всего психического процесса в целом. Выделение этих блоков достаточно условно.

Анализируя взаимодействие блоков мозга с точки зрения деятельности, следует отметить, что первый блок участвует в формировании мотивов любой сознательной деятельности, второй - обеспечивает операциональную сторону деятельности, а третий - отвечает за формирование целей и программ деятельности. Нарушение работы каждого из этих блоков обязательно приводит к дезинтеграции психической деятельности в целом, но каждый раз по-разному, так как приводит к нарушению соответствующих стадий деятельности.

Использование данного подхода к проблеме утомления является удобным и достаточно четко отражает всю сложность и многоуровневость данной проблемы. Таким образом, процессы утомления отражаются на всех трех функциональных блоках. Так, наличие оптимального функционального состояния коры обеспечивает одно из основных условий успешного выполнения деятельности. Но, естественно, при длительной умственной нагрузке функциональное состояние будет колебаться и, в конечном счете, через определенное время ресурсов мозга не станет хватать для успешного выполнения деятельности. Второй блок, который зависит и от первого и от третьего блока, также может сильно испытывать влияние утомления. При оптимальном функциональном состоянии мозга организм способен быстро воспринимать и анализировать поступающую информацию, стимуляцию. С течением времени ресурсов мозга может также стать недостаточно для успешного выполнения данной задачи и данные процессы начнут замедляться и продуктивность может снизиться. Без третьего блока – программирования, регуляции и контроля деятельности – деятельность также не может эффективно осуществляться. Таким образом, эффективное выполнение деятельности осуществляется за счет координированной работы всех трех функциональных блоков. Но при очень длительной деятельности, приводящей к развитию утомления, деятельность этих трех блоков нарушается, возникает нехватка ресурсов для поддержания оптимального выполнения деятельности, и эффективность снижается.

1.2. Утомление как функциональное состояние человека.

1.2.1. Определение функционального состояния.

Под функциональным состоянием (ФС) обычно пониманиют некоторую фоновую активность нервных центров, при которой реализуется та или иная конкретная деятельность человека. Ретикулярная формация (активирующие и инактивирующие отделы) и лимбическая система (определяющая мотивационное возбуждение) представляют модулирующую систему мозга, регулирующую возбудимость нейронных сетей мозга (Александров, 2007). Модулирующая система мозга реализует свои функции через функциональные системы, которые регулируют процессы активации в составе различных видов деятельности. Она регулирует цикл бодрствование – сон, стадии и фазы сна, уровни и специфику функциональных состояний во время бодрствования, а также процессы внимания благодаря ее способности создавать как локальные, так и генерализованные эффекты активации и инактивации в нервной системе (Данилова, 2004).

Функциональные состояния необходимая составляющая любого вида деятельности и поведения. Хорошо изучены отношения между уровнем активации мозга и эффективностью выполнения различных действий, операций, навыков и обучения. Они обычно описываются куполообразной кривой, показывающей, что наиболее высокие результаты деятельности достигаются не при самой высокой, а при средней активации нервной системы, получившей название оптимального функционального состояния.

Исследования Йеркса и Додсона показали, что с ростом активизации нервной системы до определенного критического уровня эффективность деятельности повышается (Фресс, Пиаже, 1975). Дальнейшая активизация нервной системы в условиях продолжающегося воздействия стресса приводит к снижению показателей деятельности. Установлено, что в условиях стрессорного воздействия раньше происходит нарушение более сложной деятельности, при одновременном повышении эффективности более простой. Но также иногда наблюдаются парадоксальные ситуации, когда при стрессе показатели качества выполнения более сложной деятельности могут увеличиться в большей мере, чем показатели менее сложной деятельности. В данном случае речь может идти о двух видах регуляции: психологической и физиологической. Работоспособность сохраняется (а может и возрастать) за счет увеличения физиологической «цены» мобилизации внутренних резервов организма, что сопровождается повышением выделения кортикостероидов, учащением пульса, колебаниями артериального давления и т.д. В другом случае, при снижении качества деятельности, показатели физиологических функций оставались неизменными. Высокая мотивация к работе, несмотря на ухудшение функционального состояния оператора, способна до определенного уровня увеличить эффективности его деятельности (Александров, 2007).

Также для описания механизмов динамики функциональных состояний достаточно часто используется теория активации, описывающая связь между уровнем активации мозга и эффективностью выполнения различных действий, операций и навыков (Блок, 1970;

Александров Ю.И., 2007). Это отношение обычно описывается куполообразной кривой, показывающей, что эффективность выполнения деятельности растет вместе с ростом уровня активации нервных центров, но до определенного уровня. И при чрезмерной активации нервных центров происходит снижение эффективности выполнения деятельности.

1.2.2. Понимание утомления как особого функционального состояния.

В настоящее время проблема исследования утомления становится все более актуальной, появляются новые исследования на данную тему в различных областях науки: в психологии, медицине, биохимии и других дисциплинах. В психологических исследованиях не редко под термином «утомление» понимается определенное функциональное состояние, возникающее в результате интенсивной или длительной нагрузки и проявляющееся во временном нарушении ряда психических и физиологических функций человека, снижении эффективности и качества его деятельности (Непопалов, Сопов, Родионов и др., 2008).

Анализ функционального состояния человека в ходе выполнения им определенной деятельности требует учета не только физиологической составляющей, но также и психологических и социально-психологических факторов. Любое состояние человека можно описать комплексом различных параметров, к которым, в первую очередь, относятся физиологические системы организма: центральная нервная система, сердечно-сосудистая, дыхательная, двигательная, эндокринная и другие. Для различных функциональных состояний характерны определенные сдвиги в деятельности физиологических систем организма, которые отражаются также и в когнитивной сфере человека – в процессах внимания, восприятия, памяти, мышления. Наиболее четко это видно на функциональных состояниях, соответствующих крайним положениям – сильному эмоциональному напряжению или утомлению. При сильном эмоциональном напряжении, к примеру, начинают доминировать чувства тревоги, нервозности, страха и переживания опасности. При сильном утомлении человек испытывает чувства усталости, вялости, бессилия (Леонова, 1981).


При описании любого функционального состояния человека при выполнении им определенной деятельности, помимо физиологической составляющей, весьма важным фактором является учет поведенческих реакций, которые обычно делят на качественные и количественные. К таким параметрам можно отнести оценку эффективности и производительности труда, его интенсивности и темпа выполнения работы, число сбоев и ошибок, а также субъективное состояние и самочувствие самого человека.

Н.Д. Левитов выделяет несколько компонентов утомления, развивающегося при выполнении человеком определенной деятельности (Левитов, 1964).

Среди этих компонентов можно выделить: 1) чувство слабосилия, при котором человек чувствует снижение работоспособности, но пока без падения производительности труда;

2) нарушения внимания;

3) расстройства в сенсорной области, которое, как правило, проявляется в изменении сенсорных порогов;

4) нарушения в моторной сфере, проявляющиеся в замедлении движений, сбое их ритма, снижении точности и координированности;

5) нарушения памяти и мышления, которые обычно относятся к сфере выполняемой деятельности;

6) ослабление воли, проявляющиеся в снижении таких качеств, как решительность, самоконтроль, выдержка;

7) сонливость.

Среди поведенческих характеристик утомления очень часто используются параметры времени реакции и ошибок. Множество исследований показали замедление времени реакции и снижение точности с развитием утомления (Lorist et al., 2000;

Boksem et al., 2006;

Trejo et al., 2005).

Однако, в некоторых случаях может наблюдаться увеличение скорости, но также с увеличением количества ошибок (Jennings,1976;

Wickelgren, 1977;

Sternberg, 2004).

Еще одним важным фактором в изучении различных состояний человека является понимание их как формируемых реакций (Зинченко, 1974).

Это означает, что любое функциональное состояние формируется в конкретной ситуации и определяется этой ситуацией и причинами ее вызвавшими. Для состояния утомления, к примеру, первостепенное значение имеют факторы продолжительности воздействия нагрузки, вида нагрузки, ее организации во времени (Cameron, 1974;

Розенблат, 1975). Так, например, при физическом утомлении типичными симптомами являются возрастание частоты сердечных сокращений, уменьшение силы сердечных сокращений, повышение артериального давления крови. Но при этом следует отметить, что отдельно взятые эти симптомы вряд ли могут диагностировать наличие или отсутствие утомления. Если взять более дифференцированную картину изменений физиологических систем организма, их направлений и отношений между ними, то получится более полное и объективное представление.

Разные виды трудовой деятельности предъявляют разные требования к организму и за счет этого нагрузка, которая накладывается на разные звенья, обеспечивающие выполнение этой деятельности, неодинакова (Егоров и др., 1973). Но эта связь между выполнением деятельности и динамикой физиологических процессов не является линейной. Так, обеспечение почти любых психофизиологических функций может осуществляться за счет компенсаторных механизмов, позволяющих поддерживать высокий уровень продуктивности деятельности. К примеру, при высокой мотивации, обусловленной различными социально-психологическими причинами, нередко наблюдается стойкое повышение показателей функционирования наиболее ответственных систем независимо от характера состояния (Леонова, 2004). У диспетчеров железнодорожного транспорта в конце смены наблюдается снижение порогов обнаружения звуковых сигналов, притом, что при утомлении обычно наблюдается падение сенсорной чувствительности (Медведев, 1970). Любые попытки поиска универсального средства оценки и диагностики конкретного функционального состояния приводили к неудачам из-за того, что они обычно не учитывали сам характер и тип выполняемой деятельности, а также комплекс требований, предъявляемых к организму (Cameron, 1974;

Деревянко, 1976;

Леонова, 1981). Из вышесказанного следует вывод: если мы хотим описать характеристики определенного функционального состояния при выполнении некоторой деятельности, к примеру, утомления – необходимо учитывать целый комплекс параметров, включающих психологические и социально-психологические аспекты, а также характер самой выполняемой деятельности и требования, предъявляемые ею к организму. Только таким способом мы сможем получить комплексную оценку конкретного функционального состояния.

В настоящее время существует множество теоретических и экспериментальных работ, посвященных утомлению, но до сих пор, не существует единой теории утомления, описывающей его механизмы (Розенблат, 1975;

Cameron, 1974). Существует множество подходов, теорий, понятий утомления (Barlley, 1947). Наиболее часто под утомлением понимается временное снижение работоспособности под влиянием длительного воздействия нагрузки. Специфика утомления зависит от вида нагрузки, времени, необходимого для восстановления исходного уровня работоспособности и уровня локализации утомления (Леонова, 1981). Эти факторы составляют основу различных классификаций утомления: выделяют физическое и умственное утомление, острое и хроническое, рассматривают специфические виды утомления — мышечное, сенсорное, когнитивное и так далее (Платонов, 1970;

Розенблат, 1975). Некоторые авторы говорят о том, что разные виды утомления, например, мышечное и умственное нельзя отделить одно от другого, так как они оба проявляются и при физической деятельности и при интеллектуальной. Интенсивная физическая работа приводит в первую очередь к мышечному утомлению, а усиленная или монотонная умственная нагрузка вызывает преимущественно утомление центрального типа (Окнин, 2004). Многие авторы говорят об индивидуальной подверженности утомлению. Н.Д. Левитов считает, что подверженность утомлению зависит от физического развития, здоровья, возраста, интереса и мотивации (Левитов 1964).

1.2.3. Отличие утомления от состояний монотонии и психического пресыщения.

Утомление не следует путать с такими близкими, но не тождественными ему состояниями, как монотония и психическое пресыщение, которые также сопровождаются ухудшением работоспособности (Ассев, 1975;

Ильин, 1978;

Непопалов и др., 2008).

Различия между этими состояниями проявляются и в поведенческом плане, и в субъективном. Утомление можно охарактеризовать как естественную реакцию, связанную с нарастанием напряжения при продолжительной работе, а два других состояния являются следствием однообразия деятельности, выполняемой в специфических условиях (бедность внешней среды, ограниченное поле работы, несложные стереотипные действия и так далее) (Ассев, 1975). М.И. Виноградов определяет монотонию следующим образом:

«В физиологической основе монотонности лежит тормозящее действие однообразных повторных раздражителей, и оно проявляется тем скорее и глубже, чем ограниченнее раздражимая область коры, т.е. чем проще состав раздражающей стереотипной системы» (по Никитиной, 1999). Для монотонии характерны: погружение человека в дремотное состояние;

понижение психической активности, которая снижает реактивность и способность к переключению, и возникает она задолго до истинного утомления (Непопалов и др., 2008). Состояния психического пресыщения связаны с развитием аффективного эмоционального комплекса в ответ на выполнение однообразной и стереотипной деятельности. Характерным является эффект «аккумулирования», при котором повторение монотонной работы в схожих условиях вызывает психическое пресыщение значительно раньше (Непопалов и др., 2008). Механизмы психического пресыщения объясняются тем, что напряжение в мотивационной сфере выполняемого действия из-за его непрерывного повторения становится ниже, чем в других системах напряжения. После чего, эти системы начинают определять поведение человека, и он отказывается выполнять монотонную работу, переключаясь на другую (Непопалов и др., 2008). Можно привести пример из психологии спорта, где было показано, что психическое пресыщение часто наступает в период перехода от выполнения объемных нагрузок к более скоростным, но идентичным по структуре. Это происходит из-за того, что спортсмен, стремясь избежать однообразия, начинает менять темп на более скоростной, что приводит к преждевременному вхождению в спортивную форму (Сопов, 2002).

Таким образом, различия между состояниями утомления, монотонии и психического пресыщения становятся вполне отчетливыми при анализе их проявлений на поведенческом, физиологическом и психологическом уровнях (Леонова, 1981). Для монотонии характерным изменением является общее снижение активности обеспечивающих деятельность процессов. Для состояния утомления, напротив, свойственна диссоциация этих процессов по мере нарастания напряжения, что проявляется в росте рассогласования между отдельными показателями (Ассев, 1975). Но также не следует забывать, что разделение состояний монотонии и психического пресыщения являются относительными, так как, во-первых, они оказывают взаимное влияние друг на друга;

во-вторых, они суммированно действуют на состояние человека;

в третьих, как правило, они не встречаются в крайних формах, поэтому возможно исследовать в основном только их сочетания.


С точки зрения физиологии, утомления приводит к истощению внутренних ресурсов организма, что вынуждает его переходить на менее выгодные способы функционирования. Это может проявляться в увеличении частоты сердечных сокращений, задействовании большего числа мышечных единиц при реализации двигательного акта при ослаблении сокращений отдельных мышечных волокон. Также это может отражаться в устойчивости вегетативных функций, снижении силы и скорости мышечного сокращения, дискоординации в работе регуляторных систем, затруднениях выработки и торможения условных рефлексов. Вследствие этого замедляется темп работы, нарушаются точность, ритмичность и координация движений (Леонова, 1981).

Развитие утомления проявляется также и на когнитивной сфере человека. Очень часто происходит снижение сенсорной чувствительности в различных модальностях, что отражается в увеличении абсолютных и дифференциальных порогов для этих модальностей.

При утомлении часто наблюдается замедление реагирования — увеличивается время простой сенсомоторной реакции и реакции выбора.

Однако может наблюдаться увеличение скорости, сопровождаемое ростом числа ошибок. Утомления часто приводит к распаду выполнения сложных двигательных навыков из-за некоординированной реализации отдельных моторных актов.

Одним из наиболее важных показателей утомления является сужение объема внимания, сложности в его переключении и распределении, что может являться нарушением процессов сознательного контроля за выполнением деятельности. Также часто наблюдается снижение эффективности кратковременной памяти, связаной с ухудшением удержания информации в системе кратковременного хранения и операций семантического кодирования. Эффективность процесса мышления существенно снижается за счет преобладания стереотипных способов решения задач в ситуациях, требующих принятия новых решений, или своеобразных феноменов нарушения целенаправленности интеллектуальных актов. Также при развитии утомления происходит трансформация мотивов деятельности – переход от адекватной мотивации к мотивации прекращения деятельности (Леонова, 1981).

При анализе динамики развития утомления многие исследователи выделяют несколько стадий. Такая классификация на стадии осуществляется обычно на основе анализа общих закономерностей динамики работоспособности в процессе длительного выполнения деятельности.

Традиционным способом выделения стадий работоспособности является анализ так называемой кривой работоспособности — зависимости между эффективностью деятельности и временем ее выполнения (Деревянко, 1959;

Косилов, 1965;

Виноградова, 1969). Существуют различные подходы к описанию этой кривой работоспособности и выделению стадий развития утомления, но можно выделить наиболее общие и типичные стадии: в начале работы наблюдается период врабатывания, затем следует стадия оптимальной работоспособности, после чего наступает стадия утомления и конечного порыва. Но характер и длительность этих стадий зависит от множества параметров и факторов. Деревянко Е.А. выделил 6 стадий динамики утомления (Деревянко, 1959): 1 - период врабатываемости;

2 -период оптимальной работоспособности;

3 - период полной компенсации;

4 - период неустойчивой компенсации, 5 - конечный порыв;

6 - прогрессирующее снижение продуктивности.

Появление симптомов утомления свидетельствует о недостаточности ресурсов и компенсаторных механизмов для поддержания эффективности деятельности. Восстановление оптимального уровня работоспособности предполагает прекращение выполнения деятельности, вызвавшей утомление, на определенный период времени. Если же продолжительность и полноценность периодов отдыха недостаточны, но происходит накопление утомления, что в свою очередь может привести к переутомлению (Cameron, 1974).

Важным направлением исследования утомления является изучение хронического утомления. Одними из первых симптомов являются чувства постоянной усталости, повышенной утомляемости, сонливости, вялости (Платонов, 1970). На начальных стадиях развития хронического утомления объективные признаки выражены слабо. Но так как главной задачей диагностики хронического утомления является его выявление на ранних стадиях, то стоит важный вопрос поиска надежных индикаторов его возникновения. Большое значение имеет анализ субъективных признаков, но также информативный вклад вносит анализ соотношений продолжительности отдельных стадий работоспособности, главным образом стадий врабатывания и оптимальной работоспособности (Медведев, 1970).

1.3. Современные подходы к исследованию состояний утомления.

1.3.1. Поиск субъективных и объективных маркеров утомления.

В настоящее время существует множество методов, используемых для оценки функциональных состояний, в том числе и утомления. Практически все методы можно разделить на три основные группы: 1. Физиологические и психофизиологические методы;

2. Поведенческие методы;

3. Субъективные методы (Зинченко В.П. и др., 1977). Иногда используется дихотическая классификация на физиологические и психологические методы (Леонова, 1994).

Многие исследования в области изучения утомления направлены на поиск объективных коррелятов динамики функциональных состояний организма. Под такими коррелятами обычно понимаются определенные сдвиги в различных физиологических системах организма человека.

Несомненным плюсом таких исследований является их объективность и возможность получения количественной оценки в сдвигах функциональных систем организма. В качестве возможных индикаторов динамики функцио нальных состояний рассматриваются различные показатели работы центральной и вегетативной нервных систем, среди которых можно выделить электроэнцефалограмму (ЭЭГ), электромиограмму (ЭМГ), кожно гальваническую реакцию (КГР), частоту сердечных сокращений, тонус сосудов, величину диаметра зрачка и другие. Помимо психофизиологических показателей, все большую популярность набирают исследования биохимических и молекулярно-генетических коррелятов утомления (Франкснхойзер, 1970;

Newsholme et al., 1995;

Meeusen et al., 2007;

Зинченко, 2011). Но, пожалуй, наибольшее развитие среди физиологических методов в исследовании утомления получил метод электроэнцефалограммы, или ЭЭГ.

Уже давно показано, что электрическая активность мозга может служить непосредственным индикатором и коррелятом многих психофизиологических состояний (Данилова, 2004;

Александров, 2007). Так, к примеру, развивающееся утомление отражается на ЭЭГ в виде десинхронизации альфа ритма, а также в увеличении мощности медленной ритмики – тета и дельта ритмов (Данилова, 2004;

Александров, 2007). При увеличении утомления мощность тета- и дельта-ритмов усиливается, а десинхронизация альфа ритма перерастает в гиперсинхронизацию (Караджов и др., 1976;

Данилова, 2004).

В основе психологических методов диагностики утомления чаще всего лежит оценка успешности выполнения определенного вида деятельности.

При этом анализируются динамика показателей количества, качества и скорости выполнения задачи (Леонова, 1994). Для диагностики состояний могут использоваться почти любые из разработанных в экспериментальной психологии методик, оценивающих эффективность процессов восприятия, внимания, памяти, мышления. К таким методикам можно отнести корректурную пробу Бурдона, таблицы Шульте, комбинационный метод Эббингауза, метод парных ассоциаций, методики непрерывного счета Крепелина и элементарной шифровки Пьерона — Рузера, предназначенные для анализа интеллектуальных процессов. Перечисленные тесты в их многочисленных модификациях широко используются и в современной диагностической практике (Леонова, 1994). К данной группе методов также относятся различные психометрические процедуры, к которым можно отнести определения абсолютных и дифференциальных порогов чувствительности в различных модальностях, определение критической частоты слияния мельканий (КЧСМ) (Медведев, 1970;

Деревянко, 1959).

Еще одной важной группой методик, относящихся к психологической группе методов, является анализ динамики различных проявлений двигательной активности человека (Леонова, 1994). На анализ двигательной активности также направлены и физиологические методики такие, например, как электромиограмма, или ЭМГ. Среди психологических методик довольно типичными являются различные варианты степ-теста и теппинг-теста, но наиболее обширной группой методик является определение времени реакции при выполнении различных сенсомоторных задач (Бойко, 1964;

Hayes, 1976).

При анализе времени реакции обычно выделяются латентная и исполнительная части, которые позволяют судить о процессах принятия ре шений, регуляции двигательного акта (Леонова, 1994). Основными показателями выполнения психометрических тестов является успешность и скорость выполнения заданий. Но при этом эти критерии не всегда линейно связаны с уровнем развития утомления. Так, например, по увеличению количества ошибок еще можно судить о развитии утомления, а вот по скорости реакции – не всегда. В некоторых исследованиях было показано, что в одних заданиях на скорость реакции происходит уменьшение скорости при развитии утомления, например, в простой зрительно-моторной задаче;

а в других, наоборот, увеличение скорости, например, в реакции выбора (Jennings, 1976;

Wickelgren, 1977;

Sternberg, 2004). Поэтому развитие данного направления направлено на поиск интегральных критериев оценки эффективности.

Сама идея использования комплексного подхода к изучению функциональных состояний, в том числе утомления, не является новой. Еще Нечаев А.П. в 1926 году, проанализировав множество методик оценки утомления, пришел к выводу, что эти методики, взятые отдельно, не позволяют судить о наличии утомления (Нечаев, 1926). Он говорит о необходимости одновременной регистрации сенсорной и моторной готовности человека и соотношения между ними.

В современных исследованиях авторы стремятся к использованию в своих экспериментах более разнообразных методов и методик, отражающих характеристики и свойства функционирования различных систем организма.

Центральной проблемой при этом является выбор из большого числа имеющихся наиболее надежных и удобных для практического использования методик. Пригодность того или иного показателя для оценки функционального состояния должна оцениваться по степени его информативности, которая определяется, во-первых, по тому, насколько полно он отражает состояние исследуемой системы, а во-вторых, по степени его устойчивости (Леонова, 1994). Таким образом, определенный показатель может использоваться для оценки функционального состояния, например, утомления, если он достаточно полно отражает состояние этой системы и обладает определенной степенью устойчивости, отражая не любые спонтанные колебания, а фиксируя изменения анализируемой системы.

По данным многочисленных исследований было показано, что развитие утомления сопровождается изменением целого комплекса показателей, включающих в себя как субъективные, так и поведенческие, физиологические и психофизиологические (Klimesh, 1999;

Lorist et al., 2000;

Boksem et al., 2006). Изменение субъективных показателей обычно определяется с помощью тестов и опросников, в которых испытуемые отмечают свое субъективное состояние до утомления и после. Множество исследований показало, что утомление сильно отражается на субъективном состоянии человека: снижается активность, самочувствие (Wijesuriya et al., 2007);

уменьшается энергичность, спокойствие и возрастает усталость (Lorist et al., 2000;

Trejo et al., 2005;

Cheng, 2011).

При исследовании поведенческих характеристик утомления достаточно часто используются показатели времени реакции. Во многих исследованиях доказано, что после длительной когнитивной нагрузки, например, решения арифметических задач, наблюдается значимое увеличение простой зрительно-моторной реакции, которое в свою очередь сопровождается снижением точности выполнения задания (Lorist et al., 2000;

Trejo et al., 2005;

Boksem et al., 2006). При этом некоторые авторы обнаружили, что при выполнении реакции выбора после длительной когнитивной нагрузки, наблюдается не увеличение времени реакции, а ее снижение, и вместе с этим возрастает количество ошибок. Этот эффект был назван «Компромиссом скорости и точности» (Jennings, 1976;

Wickelgren, 1977;

Sternberg, 2004). Разные исследователи предлагали различные теории объяснения этого феномена. Одной из основных является теория о том, что с увеличением времени выполнения задания, то есть с возрастанием утомления происходит смещение отношения между контролируемым ответом на стимул и случайным ответом на него, который по латенции гораздо короче контролируемого. И по мере увеличения утомления это соотношение смещается в сторону случайных ответов (Ollman, 1966;

Yellott, 1971). Таким образом, при увеличении утомления происходит уменьшение скорости ответа и возрастание количества ошибок. Еще одной теорией, объясняющей уменьшение времени реакции выбора после длительной когнитивной нагрузки является гипотеза о том, что во время выполнения задания у испытуемого постоянно копится информация о уже выполненных заданиях, что позволяет ему быстрее отвечать на стимул, но из-за влияния утомления на когнитивную сферу происходит увеличение количества ошибок (Knight, 1974).

1.3.2.Электроэнцефалографические и молекулярно-генетические индикаторы утомления.

Современный подход к проблеме исследования утомления предполагает использование современной техники и методов. В психофизиологии в настоящее время активно используются различные методы такие, например, как многоканальная электроэнцефалография (ЭЭГ), позволяющая не только четко прослеживать динамику биоритмов мозга в разных функциональных состояниях и при выполнении различных задач, но также и локализовать данную активность в различных структурах мозга.

Также широко используемый метод вызванных потенциалов (ВП) позволяет прослеживать динамические характеристики ответных реакций мозга на различные задания, например, исследование особенностей внимания или утомления. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) позволяет определять активность в структурах мозга, задействованных в выполнении той или иной когнитивной деятельности, а также активацию в различных областях мозга при различных функциональных состояниях.

Комплексный и интегративный подход к использованию данных методов позволяет получать объективное представление о различных процессах, происходящих в мозге, в том числе, и о процессе утомления. В настоящее время получено множество данных, подтверждающих и дополняющих ранее полученные результаты, связанные с процессами утомления (Lorist et al, 2003;

Murataa et al, 2004;

Boksem et al, 2005;

DeLuca et al., 2005;

Trejo et al, 2005, 2007;

Liu et al, 2006;

Jap et al, 2009;

Lorist et al, 2009).

ЭЭГ является результатом суммации элементарных процессов, протекающих в нейронах головного мозга, и представляет собой сложный нелинейный колебательный процесс (Душенин Д.Ю., 2011). Одной из распространенных моделей в настоящее время является концепция статистического отображения активности множественных нейронных потенциалов в суммарной ЭЭГ (Зенков, Ронкин, 2004). Она предполагает, что ЭЭГ является результатом сложной суммации электрических потенциалов независимо работающих нейронов. Отклонения от случайного распределения в данной модели будут связаны с изменением функционального состояния.

При некоторых функциональных состояниях мозга наблюдается высокая синхронизация активности нейронов, – в таких случаях будет наблюдаться значительное отклонение от случайного распределения, что может отражаться в повышении амплитуды суммарных потенциалов и увеличении когерентности между элементарными и суммарными процессами.

При высоком уровне функциональной активности мозга, который наблюдается при повышенном внимании, эмоциональном напряжении, наблюдается увеличение объема воспринимаемой и перерабатываемой мозгом информации, что, в свою очередь, требует большей автономии нейронов для повышения информационной содержательности осуществления их функций. Повышение автономии деятельности нейронов отражается в десинхронизации электрической активности мозга (Данилова, 1970).

При снижении же функциональной активности мозга происходит объединение отдельных нейронов в большие синхронизированные группы, и их активность становится зависимой от деятельности этих больших популяций нейронов. В результате этого, на ЭЭГ наблюдается высокая синхронизация электрической активности мозга, которая соответствует меньшей информационной содеражательности процессов мозга (Зенков, Ронкин, 2004).

А) ЭЭГ корреляты утомления.

Многочисленные исследования, проведенные в области психофизиологии утомления, показали, что различные показатели ЭЭГ коррелируют с параметрами утомления. К таким показателям ЭЭГ можно отнести увеличение мощностей медленных ритмов (тета и альфа), индивидуальный альфа ритм, индекс утомления. В различных исследованиях было показано, что утомление отражается в увеличении мощности альфа ритма в теменных и затылочных областях, а также в увеличении мощности тета ритма в лобных областях (Boksmen et al., 2005;

Jap, 2009;

Cheng, 2011, Trejo et al., 2005, Lol et al., 2007). Буксем показал, что мощность тета ритма после длительной когнитивной нагрузки значимо повышается во фронтальных медиальных электродах, мощность же нижнего альфа ритма после утомления была выше в теменных областях, а мощность верхнего альфа ритма была выше в затылочных регионах (Boksmen et al., 2005). Трейо показал, что после 3 часов непрерывного решения арифметических задач наблюдается значимое увеличение мощности фронтального тета ритма и теменного альфа ритма (Trejo et al., 2005). Лэл и Крейг обнаружили в своем исследовании на примере имитации ситуации вождения у профессиональных водителей и непрофессионалов в двух независимых сериях, что тета ритм обладает тенденцией к увеличению при длительной когнитивной нагрузке, а также характеризуется высокой степенью воспроизводимости (Lal et al., 2007). В другом исследовании Лэл и Бекиарис показали на примере имитации ситуации вождения у опытных водителей, что ситуация, требующая усиленного внимания в течение длительного времени, отражается на ЭЭГ увеличением мощности тета ритма и уменьшением мощности альфа ритма.

При проведении повторного эксперимента была доказана достоверность этих данных (Lal et al., 2007). Ченг с соавторами показали, что после 3 часов непрерывного решения зрительных арифметических задач наблюдается увеличение мощности тета ритма и уменьшение мощности альфа (Cheng, 2011). Снижение мощности альфа ритма после решения арифметических задач некоторые ученые объясняют тем, что подобная когнитивная нагрузка требует задействования рабочей памяти, что в свою очередь приводит к подавлению альфа ритма на ЭЭГ (Klimesh, 1997).

Некоторые исследователи отмечают уменьшение бета ритма во фронтальных областях после длительной когнитивной нагрузки (Lal et al., 2007;

Jap, 2009), хотя некоторые ученые, наоборот, отмечают увеличение мощности бета ритма во время длительного выполнения когнитивных задач.

Буксем отмечает увеличение бета ритма после длительной когнитивной нагрузки во фронтальных отведениях (F3, F4). (Boksmen et al., 2005). Климеш предполагает, что увеличение мощности в нижнем бета диапазоне связан с увеличением усилий, которые необходимо приложить испытуемому для поддержания высокой концентрации внимания во время выполнения заданий (Klimesh, 1999).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.