Способ оценки уровня внимания оператора при компьютерном тестировании
Владельцы патента RU 2441585:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (RU)
Изобретение предназначено для оценки профессиональной пригодности учащихся, для контроля когнитивных функций оператора в условиях информационной нагрузки, а также для ранней диагностики расстройств функции внимания. Оператору предъявляют тестовые задания на выполнение простой сенсомоторной реакции, отличающиеся между собой типом стимула и величиной межстимульного интервала. Вычисляют коэффициенты зависимости среднего времени реакции от межстимульного интервала. Оценку характеристик внимания делают по попаданию значений полученных коэффициентов в заданные интервалы. Способ позволяет повысить достоверность оценки уровня внимания за счет оценки активации непроизвольного внимания при реагировании только на слуховые стимулы; оценки баланса произвольного и непроизвольного внимания у человека при расширении диапазона временных интервалов между стимулами до 1-16 с, что позволяет оценить уровень внимания в различных функциональных состояниях оператора от напряженного до расслабленного состояния. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Изобретение относится к диагностике индивидуальных особенностей человека и может быть использовано для оценки профессиональной пригодности оператора, для контроля когнитивных (познавательных) функций учащихся в условиях информационной нагрузки, а также для ранней диагностики расстройств функции внимания.
Уровень внимания является наиболее подвижной характеристикой когнитивных процессов мозга. От текущего уровня внимания во многом зависит успешность и эффективность операторской деятельности, в которой присутствует информационная нагрузка. Поэтому в условиях повышенной ответственности за результаты труда при высокой значимости ошибки необходимо учитывать уровень внимания. При этом для достижения максимальной эффективности деятельности оператора измеряемые показатели уровня внимания должны попадать в диапазон оптимальных значений в соответствии с законом Йоркеса-Додсона (Айдаркин Е.К., Пахомов Н.В. Работоспособность и функциональное состояние. - Ростов-на-Дону, 2004. - 217 С.) /1/. Проблема подбора оптимальных значений уровня внимания связана с принципиальной разницей между произвольным и непроизвольным вниманием. Так, например, при работе с электронными средствами обучения, при работе авиадиспетчеров высокий уровень непроизвольного внимания может привести к тому, что посторонние стимулы будут постоянно отвлекать от решаемой задачи, снижая продуктивность работы в целом. Поэтому важно, чтобы активация непроизвольного внимания была скомпенсирована высоким уровнем произвольного внимания, то есть умением концентрироваться на решаемой задаче. В других ситуациях, например, при выезде следователя или спецагента на задание, отправке машиниста поезда или водителя грузового фургона в рейс важно проверить его способность быстро реагировать на различные неожиданные события. Если же специалист будет поглощен своими мыслями, то может упустить из виду важные сигналы, что может привести к принятию ошибочных решений. Таким образом, для практического применения в задачах профессионального отбора и допускового контроля важна не только общая оценка уровня внимания, но и оценка соотношения произвольного и непроизвольного внимания оператора.
При оценке уровня внимания используют стандартные психологические тесты, в которых о различных характеристиках внимания судят по количеству ошибок распознавания последовательностей предъявляемых стимулов.
Для оценки интенсивности и избирательности внимания используют тест Струпа (Психологическое тестирование интенсивности и избирательности внимания http://www.effecton.ru/46.html) /2/, в котором испытуемому предъявляют два бланка: вначале черно-белый бланк, а затем цветной. Каждый бланк предъявляют в течение 40 сек. Стимульный материал представляет собой два бланка с названиями цветов. На первом из бланков названия цветов написаны черным по белому. На втором - названия цветов написаны разными цветами, причем название цвета иногда совпадает, а иногда не совпадает с цветом надписи. Испытуемый читает вначале на первом, затем на втором бланке напечатанные слова по строкам слева направо максимально быстро. Тест выполняют с помощью инструктора. Инструктор отмечает каждое прочитанное слово нажатием клавиши. Оценивают два показателя: количество прочитанных слов и количество ошибок по двум бланкам.
Психологическое тестирование интенсивности внимания проводят с помощью корректурной пробы Бурдона (Психологическое тестирование интенсивности внимания http://www.effecton.ru/39.html) /3/. Испытуемому предъявляют буквенную таблицу. Он внимательно, но быстро, просматривает таблицу, отмечая буквы АМКЗ нажатием соответствующей клавиши. Оценку интенсивности производят на основании динамики количества просмотренных знаков, оценку устойчивости внимания - по количеству ошибок за каждую минуту, и оценку суммарного показателя внимания ПВ по формуле ПВ=КЗ/КО+1, где КЗ - количество просмотренных знаков, КО - количество ошибок.
Для оценки переключения внимания используют тест Иоселиани (Психологическое тестирование переключения внимания. http://www.effecton.ru/40.html) /4/. Испытуемому предъявляют в случайном порядке цифры темного и светлого цветов. Цифры темного цвета нужно прибавлять к предыдущему результату, а цифры светлого цвета отнимать. Все расчеты должны производиться в пределах первого десятка, т.е. 8+6=4, а не 14 и т.д. Результат вводится в компьютер нажатием на соответствующие цифровые клавиши и клавишу Enter. Оценку переключаемости интеллектуального внимания производят на основании вычисления коэффициента переключаемости КП по формуле: КП=(КО2-О2)/(КО1-O1), где КО2 - среднее количество ответов в первые 10 секунд после переключения; О2 - среднее количество ошибок в первые 10 секунд после переключения; КО1 - количество ответов за 30 секунд перед переключением; O1 - количество ошибок за 30 секунд перед переключением.
Другим популярным тестом для оценки переключения внимания является тест "Красное и черное" (Психологическое тестирование переключения внимания. Тест Горбова-Анфимова http://www.effecton.ru/161.html) /2/. Испытуемому предъявляется матрица с 25 красными и 24 черными числами. Нужно отыскивать красные числа в возрастающем порядке от 1 до 25, а черные - в убывающем от 24 до 1. Числа отыскиваются поочередно: 1 - красное, 24 - черное, 2 - красное, 23 - черное, и т.д. Оценку переключаемости внимания производят на основании вычисления количества правильных ответов.
Ближе к оценке баланса произвольного и непроизвольного внимания стоят тесты на устойчивость внимания. В тесте «Перепутанные линии» (Психологическое тестирование устойчивости внимания. Тест Рисса http://www.effecton.ru/42.html) /3/ испытуемый должен проследить мысленным взором маршрут каждой из перепутанных линий и ввести в компьютер номер, соответствующий концу линии. Оценку устойчивости сенсорного внимания производят на основании подсчета процента правильных ответов.
Общим недостатком психологических тестов является их субъективность и неоднозначность интерпретации. Качество деятельности, оцениваемое в этих тестах, кроме уровня внимания зависит от множества иных факторов - мотивации, навыка выполнения тестов, вербальных и арифметических навыков и т.п., что делает психологические тесты ненадежными при массовом применении.
Известны способы оценки функции внимания, основанные на тех же принципах, что и описанные выше психологические тесты.
Так, известный способ и устройство для исследования функции внимания основан на одновременном предъявлении двух задач: отслеживании знака, что требует удержания зрительного внимания на объекте, и удержании в памяти знака, также предъявляемого визуально (JP 2005013713, A61B 10/00, 2005-01-20) /4/. Оценку переключения внимания производят на основании ответов на обе задачи, которые испытуемый дает с помощью специального вводного устройства. Однако успешность ответов зависит от навыка использования данного вводного устройства, который приобретается при многократном участии в тестировании, что приводит к снижению достоверности оценки переключения внимания на контингенте опытных и неопытных испытуемых. Кроме того, использование только зрительных стимулов ограничивает применение полученной оценки для операторов, деятельность которых связана с присутствием слуховых стимулов.
Оценка внимания в известном способе комплексной оценки психического состояния (RU 2294215 C1, A61M 21/00, 27.02.2007) /5/ включает исследование параметров «вступления в задание» с оценкой следующих симптомов нарушений: импульсивность, замедленность, и «устойчивости деятельности» с оценкой следующих симптомов нарушений на основе анализа рисунка испытуемого: врабатываемость, слабость сосредоточения, повышенная отвлекаемость, соскальзывание на побочные ассоциации, недоучет деталей, детализация, повышенная истощаемость. Однако известный способ требует специальной подготовки по анализу рисунков для инструктора, заполняющего анкету, в которой он должен оценить наличие, отсутствие и характер выраженности неоднозначно интерпретируемых симптомов. Субъективность оценок инструктора снижает достоверность оценки психического состояния.
Известен способ для оценки зрительного внимания оператора (US 5801810, A61B 3/024; A61B 3/02, 1998-09-01) /6/ путем определения того, как быстро субъект может обнаружить данный световой раздражитель. Это заставляет максимально активировать произвольное внимание оператора, однако результат может не соответствовать истинному текущему уровню внимания, а соответствовать умению быстро концентрироваться.
В литературе описаны методы оценки выраженности произвольного и непроизвольного внимания по характеристикам связанных с событием потенциалов, регистрируемых с поверхности скальпа человека (Баранов-Крылов И.Н., Шуваев В.Т. Нейрофизиологические индикаторы произвольного и непроизвольного зрительного внимания у человека. // Физиология человека. 2000. Т.26. №6. С.31) /7/. Связанные с событием потенциалы используют в способах определения интенсивности произвольного внимания, концентрации и интереса (US 5983129, A61B 5/04, 1999-11-09) /8/, (US 5377100, A61B 5/0476, A63F 13/10, 1994-12-27) /9/, (US 7574254, A61B 5/00, 2009-08-11) /10/, которые являются перспективными в силу своей объективности и универсальности, однако требуют специального дорогостоящего оборудования и обучения специалистов. Так как мозговые волны значительно различаются у разных людей и даже у одного и того же человека в разных условиях, то способы, основанные на современных методах анализа и интерпретации нейрофизиологических сигналов не обеспечивают надежной классификации уровней внимания.
Более пригодными для широкого применения являются способы определения уровня внимания с регистрацией поведенческих реакций оператора.
Уровень непроизвольного внимания в начале прошлого века определялся в способе и устройстве измерения времени реакции (BP) на неожиданные световые стимулы, которые предъявляют на фоне нерегулярно предъявляемых стимулов другого цвета, за которыми тестируемому нужно внимательно следить (GB 147761, A61B 5/16, 19.05.1916) /11/. Результаты тестирования применяли для отбора водителей автомобилей, профессионально важным качеством которых служит быстрая реакция на неожиданный стимул. В более позднее время получил распространение длительный тест эффективности (continuous performance test, CPT) (Rosvold, Н. Enger; Mirsky, Allan F.; Sarason, Irwin; Bransome, Edwin D., Jr.; Beck, Lloyd H. A continuous performance test of brain damage. Journal of Consulting Psychology, Vol 20(5), Oct 1956, 343-350. doi: 10.1037/h0043220) /12/, а также его компьютеризированная версия (Greenberg, L. (1987). An objective measure of methylphenidate response: Clinical use of the MCA. Psychopharmacology Bulletin, 23 279-282) /13/. В данном тесте оценивают количество ложных подтверждений, количество пропусков, среднее время исправления, а также вычисляют чувствительность к стимулу. На основе характеристик, получаемых с помощью данного теста, разработан известный способ оценки паттерна динамики уровня внимания (US 6685652, A61B 5/11; A61B 5/16, 2004-02-03) /14/, в котором нужно реагировать на один тип стимулов, и не реагировать на другой тип стимулов, при этом дополнительно вводят критерии для определения величины сдвигов внимания относительно предыдущих измерений. Однако в данном способе оценивается только уровень произвольного внимания.
Известен способ оценки уровня внимания (RU 2033081 C1, A61B 5/16, 20.04.1995) /15/, в котором обследуемому предъявляются информационные поля с двузначными числами (таблицы), а он должен отыскивать заданное число, которое указывается перед предъявлением каждого информационного поля. В случайном порядке предъявляют информационные поля с соотношением площадей 1:4, обследуемый отвечает "да" или "нет" нажатием кнопок под правой и левой рукой - находит он заданное число или нет. Измеряют время поиска, соответствующее каждому типу информационного поля, и определяют среднее значение времени поиска информационного поля каждого типа. Распределение внимания оценивают по разности времени поиска в информационных полях одинаковой площади при различном количестве опознаваемых объектов. Однако в данном способе скорость поиска может зависеть от других факторов - арифметических способностей, навыков зрительного поиска. Данный способ оценивает только текущий уровень произвольного внимания.
Известен способ определения профессиональной подготовленности оператора (SU 1706571, 5 МПК A61B 5/16, публ. 1992.01. 23) /16/, включающий измерение времени реакции при предъявлении серии из 50 звуковых стимулов с межстимульным интервалом 2-10 с, четыре из которых заменяют на сдвоенные сигналы с межстимульным интервалом 0,3-0,8 с. Затем усредняют время реакции на вторые и первые сигналы сдвоенного стимула, рассчитывают их отношение, и при получении значения, не превышающего 1,74, определяют профессиональную пригодность оператора. Однако в данном способе оценивают только уровень непроизвольного внимания, поскольку оцениваются реакции на неожиданный стимул.
Известен способ оценки уровня внимания при компьютерном тестировании, основанный на использовании простой аудиомоторной реакции, выполнение которой осуществляется параллельно с выполнением учебного задания, что исключает прерывание выполнения учебного задания (смену деятельности) при оценке уровня активации ЦНС (RU 2341183, A61B 5/00, 2008.12.20) /17/. В данном способе предполагается, что BP на слуховые стимулы зависят от уровня когнитивной нагрузки, вызванной параллельным выполнением учебного задания. Так как уровень когнитивной нагрузки может быстро и значительно изменяться в течение рабочей смены, то оценка уровня внимания, получаемая известным способом, достоверна только для текущего состояния оператора, и не достаточно достоверна при допусковом контроле оператора, когда необходим прогноз уровня внимания на всю рабочую смену.
Известен способ определения зрительного внимания, в котором тест на внимание дополняют системой отслеживания взгляда (WO 2008129356, A61B 3/113, A61B 5/16, 2007-11-15) /18/. Уровень произвольного внимания и эмоциональной реакции определяют по длительности фиксации взгляда на разных элементах предъявляемого изображения системой отслеживания движений глаз, что усложняет способ.
Наиболее близким по выполнению и достигаемому результату к заявляемому способу (использование зрительных и слуховых стимулов для оценки уровня распределения внимания) является способ оценки уровня распределения внимания (RU 2343843, A61B 10/00, 20.01.2009) /19/, принимаемый за прототип, при котором тестируемому предъявляют на экране компьютера стимульные поля и определяют его реакцию на стимульное поле заданного типа. В первом задании испытуемому в течение 3 мин на экране компьютера в случайном порядке предъявляют 180 пар геометрических фигур, среди которых 20 раз появляются пары с одинаковыми фигурами. Интервал между предъявлениями фигур выбирают в диапазоне 450-550 мс. Испытуемый должен нажать на заданную кнопку при появлении двух одинаковых фигур. Во втором задании дополнительно к указанной задаче испытуемому предъявляют слуховые стимулы в виде дикторского текста с перечислением последовательности пар цифр от 1 до 9 в случайном порядке, с паузами от 3 до 5 с между парами. При совпадении цифр в паре испытуемый должен нажать на другую заданную кнопку. В ходе выполнения заданий регистрируют количество пропусков одинаковых фигур, количество пар фигур, ошибочно воспринятых как одинаковые, количество пропусков пар совпадающих цифр, количество пар цифр, ошибочно воспринятых как совпадающие, время реагирования от момента предъявления одинаковых геометрических фигур до нажатия на кнопку, время реагирования от момента предъявления совпадающих слуховых стимулов до нажатия на кнопку. Затем вычисляют среднеарифметические значения времени реакции на зрительные стимулы в первом (Т1) и втором (Т2) заданиях, а также их разность (Т2-Т1), количество правильных ответов на зрительные стимулы в первом задании RV, во втором задании RVS и на слуховые стимулы RS. Полученные значения сопоставляют с установленными критериями: T1≤600 мс; (T2-T1)≤300 мс; RV≥17; RS≥9; (RV-RVS)≤3, на основании этого делают вывод о том, что обследуемый обладает необходимым уровнем распределения внимания для операторов динамических систем.
Выполнение первого задания (Т1) преимущественно обеспечивается активацией произвольного внимания, а выполнение второго задания (Т2), в котором добавлены реакции на слуховые стимулы, требует одновременной активации как произвольного так и непроизвольного внимания оператора. При этом наблюдаемое ухудшение реакции на зрительные стимулы происходит из-за частичного переключения ресурсов внимания на выполнение реакций на слуховые стимулы. Однако из-за отсутствия оценки активации непроизвольного внимания при реагировании только на слуховые стимулы причины наблюдаемого ухудшения реакции на зрительные стимулы для данного оператора остаются неопределенными, что снижает достоверность оценки уровня внимания оператора, то есть неясно оператор медленно реагирует на слуховые стимулы или с трудом переключается между реакциями на слуховые и зрительные стимулы.
Кроме того известный способ предусматривает проведение тестирования в быстром темпе с межстимульным интервалом (МСИ) 0.5 с, что может привести к недостоверным выводам в отношении работы большинства операторов, выполняемой в более размеренном темпе.
Восприятие используемых в известном способе зрительных стимулов в виде геометрических фигур и слуховых стимулов в виде дикторского текста с перечислением последовательности пар цифр может привести к возникновению различных субъективных ассоциаций, которые отражаясь на скорости реакций в ответ на эти стимулы, могут искажать получаемые оценки. Быстрый темп тестирования приводит к формированию напряженного функционального состояния оператора, а непредсказуемость субъективных ассоциаций может привести к резким изменениям скорости реакции. Оценки уровня внимания, полученные в условиях напряженного функционального состояния, неадекватны условиям обычной деятельности оператора.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение достоверности оценки уровня внимания за счет:
- оценки активации непроизвольного внимания при реагировании только на слуховые стимулы;
- оценки баланса произвольного и непроизвольного внимания у человека при расширении диапазона временных интервалов между стимулами до 1-16 с, что позволяет оценить уровень внимания в различных функциональных состояниях оператора от напряженного до расслабленного состояния;
- исключения неконтролируемых факторов, таких как арифметические навыки, навыки пространственного мышления при восприятии геометрических фигур за счет использования простых реакций на одиночные стимулы.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе оценки уровня внимания оператора при компьютерном тестировании, заключающемся в измерении времени реакции (BP) испытуемого на зрительные и слуховые стимулы, предъявляемые с заданным межстимульным интервалом (МСИ), вычислении среднеарифметических значений BP испытуемого, согласно изобретению измерение BP испытуемого на зрительные и слуховые стимулы выполняют не менее чем в трех последовательно предъявляемых заданиях отдельно для зрительных и слуховых стимулов с последовательным снижением МСИ в диапазоне 1-16 с, аппроксимируют зависимости полученных среднеарифметических значений BP от логарифма МСИ уравнением ВР=klogT+b, где k - коэффициент, отражающий угол наклона тренда, b - коэффициент, отражающий смещение линии тренда вдоль оси ординат, T - МСИ, и сохраняют в памяти компьютера значения коэффициентов ka, ba уравнения BP=kalogT+ba для слуховых стимулов, и коэффициентов kv, bv уравнения BP=kvlogT+bv - для зрительных стимулов, и
при 0.7<kv/ka<0.9 делают вывод о соответствии баланса внимания к физическим параметрам зрительных и слуховых стимулов видовой норме,
при ka<0.05 делают вывод о нечувствительности оператора к изменению текущего функционального состояния, при ka>0.08 делают вывод о повышенной чувствительности оператора к изменению текущего функционального состояния,
при bv>0.29 делают вывод о слабой выраженности у оператора реакции обнаружения зрительных стимулов,
при ba>0.27 делают вывод о слабой выраженности реакции обнаружения слуховых стимулов,
при bv/ba<0,8 делают вывод о сдвиге баланса внимания в область произвольных реакций, при bv/ba>1,2 делают вывод о сдвиге баланса внимания в область непроизвольных реакций.
В частном случае выполнения способа:
- в качестве зрительных стимулов используют одиночные световые вспышки длительностью 1-50 мс;
- в качестве слуховых стимулов используют одиночные звуковые стимулы длительностью 1-50 мс;
- в последовательно предъявляемых заданиях используют МСИ, равные 16, 8, 4, 2, 1 секунд с точностью ±20%.
Выполнение не менее чем трех последовательно предъявляемых заданий с последовательным снижением МСИ в диапазоне 1-16 с приводит к изменению функционального состояния оператора от расслабленного до напряженного. Вычисление среднеарифметических значений BP в трех или более заданиях при различном функциональном состоянии оператора позволяет аппроксимировать зависимость BP от логарифма МСИ уравнением, коэффициенты которого отражают особенности выполнения BP одновременно в расслабленном и в напряженном состояниях, что более надежно характеризует уровень внимания оператора, чем среднеарифметическое значение BP, полученное при выполнении одного задания.
Авторами настоящего изобретения обнаружено, что BP в значительной мере зависит от величины МСИ. При зрительной и при слуховой стимуляции BP логарифмически растет при увеличении МСИ. Использование МСИ, увеличивающихся в геометрической прогрессии 1, 2, 4, 8, 16 с, позволяет сократить количество заданий, необходимых для получения достоверной оценки уровня внимания. Чтобы избежать привыкания оператора к фиксированному МСИ стимуляцию осуществляют со случайным отклонением МСИ в пределах ±20%.
В результате исследований активности коры головного мозга человека по параметрам связанных с событием потенциалов (ССП), проведенных авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что при реагировании на зрительные стимулы большую роль играют механизмы произвольного внимания, а при реагировании на слуховые стимулы - непроизвольного. Эта особенность была использована для вывода оценки баланса произвольного и непроизвольного внимания у человека.
Различия в реагировании на зрительные и слуховые стимулы обусловлены видовой экологической специализацией человека. Слуховая система позволяет быстрее обнаруживать новые события и выполняет сторожевую функцию, зрительная система имеет преимущество при детальном анализе событий. Однако эти различия, четко выраженные при реагировании на простые стимулы, могут искажаться при восприятии сложных стимулов, способных вызвать из памяти ассоциативный ряд образов, имеющих эмоциональную значимость для субъекта. Сложно предсказать, какой именно характер реагирования будет в этом случае у конкретного индивида, поэтому критерии оценки уровня внимания, полученные на выборке людей, будут не применимы для каждого из операторов.
Операции способа оценки уровня внимания оператора при компьютерном тестировании поясняются чертежами.
На фиг.1 приведена схема организации рабочего места оператора при компьютерном тестировании.
На фиг.2 приведена блок-схема алгоритма осуществления способа оценки уровня внимания оператора при компьютерном тестировании.
На фиг.3 приведены графики зависимости BP, с, от МСИ, с, полученных для 20 операторов, где треугольниками обозначены средние значения BP на зрительные стимулы, кружками - средние значения BP на слуховые стимулы, сплошной линией - аппроксимация зависимости BP от логарифма МСИ уравнением BP=kvlogT+bv для зрительных стимулов, пунктирной линией - аппроксимация зависимости BP от логарифма МСИ уравнением BP=kalogT+ba для слуховых стимулов.
На фиг.4 приведен график зависимости коэффициентов kv уравнения BP=kvlogT+bv от коэффициентов ka уравнения BP=kalogT+ba, где точками показаны значения для группы из 20 операторов, сплошной линией - функция kv=ka, пунктирными линиями - границы диапазонов чувствительности оператора к изменению текущего функционального состояния.
На фиг.5 приведен график зависимости коэффициентов bv уравнения BP=kvlogT+bv от коэффициентов ba уравнения BP=kalogT+ba, где пунктирными линиями обозначены границы трех областей, соответствующих сдвигу баланса внимания оператора в сторону произвольного внимания (A), отсутствию сдвига баланса внимания (B), и сдвигу баланса внимания в сторону непроизвольного внимания (C).
На фиг.6 приведены графики связанных с событием потенциалов (ССП), зарегистрированных в лобных областях коры головного мозга, где а, б, в, г, д - ССП на зрительные стимулы, предъявляемые с МСИ 1, 2, 4, 8, 16 с соответственно, е, ж, з, и, к - ССП на слуховые стимулы, предъявляемые с МСИ 1, 2, 4, 8, 16 с соответственно, вертикальной линией отмечен момент предъявления стимула, меткой N1 отмечен компонент, отражающий активацию непроизвольного внимания, меткой Р3 - компонент Р300, отражающий активацию произвольного внимания.
В таблице приведены характеристики тестовых заданий оператору при выполнении простой сенсомоторной реакции.
Способ оценки уровня внимания оператора при компьютерном тестировании осуществляются следующим образом.
Оператор в наушниках 1 во время компьютерного тестирования располагается перед дисплеем 2, который подключен к персональному компьютеру (ПК) 3, к которому подключена «мышь» 4 (фиг.1). Программное обеспечение ПК 3 реализует алгоритм осуществления способа оценки уровня внимания оператора. Блок-схема алгоритма (фиг.2) содержит блок предъявления инструкции 5, блок предъявления заданий 6, блок вычисления среднеарифметических значений BP 8, блок вычисления коэффициентов линейного тренда BP 10, блок оценки чувствительности текущего функционального состояния (ТФС) 11, блок оценки баланса внимания к физическим параметрам стимула 12, блок оценки баланса произвольного и непроизвольного внимания 13, блок оценки концентрации внимания 14.
Оператору на дисплее 2 предъявляют инструкцию «В ответ на предъявление каждого стимула как можно быстрее нажать на кнопку мыши». Зрительный стимул формируют программно в виде кратковременной вспышки участка экрана дисплея 2 длительностью 50 мс. Слуховой стимул формируют программно в виде звукового тона частотой 1000 Гц длительностью 50 мс и предъявляют через наушники 1.
Для подачи коротких зрительных стимулов длительностью 1-50 мс может быть использована фотовспышка, подключенная к ПК. В качестве слуховых стимулов могут быть предъявлены звуки в виде щелчков длительностью 1 мс. Уменьшение длительности стимулов менее 1 мс может привести к переходу нижнего порога восприятия у некоторых операторов. Увеличение длительности зрительных и слуховых стимулов свыше 50 мс может привести к субъективному восприятию двух отдельных событий включения и выключения стимула. Включение и выключение стимулов длительностью до 50 мс попадает в один квант субъективного времени, поэтому оператор воспринимает такой стимул как одно событие. Разделение событий во времени начинается при интервале между событиями порядка 100 мс, при этом реакция может затягиваться из-за того, что оператор непроизвольно ожидает выключения стимула.
Тестовое задание Зi (фиг.2) содержит последовательность из не менее 50 стимулов одного типа. Тестовые задания Зi оператору, отличающиеся между собой типом стимула и величиной МСИ, предъявляют в последовательности i=1…10, указанной в таблице. Минимальная длительность выполнения тестового задания порядка 3 мин обеспечивает накопление единичных значений BP для статистически достоверного их усреднения.
| Характеристики тестовых заданий оператору при выполении простой сенсомоторной реакции | |||
| №№ | Тип стимула | МСИ, с, точность ±20% | Минимальная длительность выполнения тестового задания Зi, мин |
| 1 | Зрительный | 16 | 8 |
| 2 | Зрительный | 8 | 5 |
| 3 | Зрительный | 4 | 3 |
| 4 | Зрительный | 2 | 3 |
| 5 | Зрительный | 1 | 3 |
| 6 | Слуховой | 16 | 8 |
| 7 | Слуховой | 8 | 5 |
| 8 | Слуховой | 4 | 3 |
| 9 | Слуховой | 2 | 3 |
| 10 | Слуховой | 1 | 3 |
Данные о моментах предъявления стимулов и ответных реакциях испытуемого в каждой тестовом задании Зi сохраняют в соответствующие массивы в памяти ПК 3. В каждом массиве, содержащем временные метки и коды событий, построчным поиском по коду стимула находят момент времени tSj начала предъявления j-го стимула, и момент времени tBj начала последующего нажатия на кнопку «мыши». BP на j-й стимул Rj вычисляют по формуле Rj=tBj-tSj. В результате для тестового задания Зi формируют массив Rj 7. Для каждого массива Rj 7 находят средние значения . Формируют вектор среднеарифметических значений BP для разных МСИ 
и вектор логарифмов соответствующих значений МСИ x=log2T=[0 1 2 3 4]. Из элементов x строят матрицу Вандермонда M для степени 1. Вычисляют значения коэффициентов k и b уравнения y=kx+b методом наименьших квадратов по формуле [k, b]=M/y. Расчет коэффициентов k и b линейной модели, аппроксимирующей зависимость BP от логарифма МСИ, проводят для зрительных (kv, bv) и слуховых (ka, ba) BP.
Из полученных значений ka, ba, kv, bv начинают формировать заключение 15. Предварительно создают шаблон пустого заключения, содержащий сведения об операторе и дате обследования.
Если отношение kv/ka попадает в диапазон между 0.7 и 0.9, то в конец заключения добавляют «Баланс внимания к физическим параметрам стимула соответствует видовой норме». Если нет, то добавляют в конец заключения «Баланс внимания к физическим параметрам стимула не соответствует видовой норме».
Исходя из значения ka получают характеристику чувствительности оператора к изменению текущего функционального состояния sU:
- если ka<0.05, то sU = «не»;
- если нет и ka<0.08, то sU = «средне»;
- иначе sU = «высоко».
В конец заключения добавляют строку «Оператор»+sU+«чувствителен к изменению текущего функционального состояния».
Если ba<0.2 или bv<0.2, то добавляют в конец заключения «Для данного учащегося характерен избыток ложных тревог».
Если ba>0.27, то добавляют в конец заключения «У данного учащегося слабо выражена реакция обнаружения слуховых стимулов».
Если bv>0.29, то добавляют в конец заключения «У данного учащегося слабо выражена реакция обнаружения зрительных стимулов».
Если bv/ba<0,8, то добавляют в конец заключения «Баланс внимания сдвинут в область произвольных реакций». Если bv/ba>1/2, то добавляют в конец заключения «Баланс внимания сдвинут в область непроизвольных реакций».
Текст заключения о балансе произвольного и непроизвольного внимания и полученные значения коэффициентов ka, ba, kv, bv сохраняют в памяти компьютера.
Критерии для составления заключения 15 были получены на основании экспериментальных данных, набранных в ходе апробации способа оценки внимания оператора при компьютерном тестировании на 20 добровольцах.
Как следует из фиг.3, у разных операторов графики зависимости ВР от МСИ отличаются углом наклона и смещением линии тренда для зрительных и слуховых ВР вдоль оси ординат, что свидетельствует о репрезентативности выборки обследованных операторов, то есть критерии, полученные на выборке, можно применять ко всей генеральной совокупности операторов.
Как следует из фиг.4, индивидуальные значения для всех протестированных операторов смещены вправо от линии функции kv=ka, что свидетельствует о видовой норме - преобладанию значения ka над kv в среднем в 1,25 раза. Распределение коэффициентов ka по абсолютному значению позволяет выделить три диапазона, разделенных на фиг.4 пунктирными линиями: малые значения ka<0.05 характеризуют операторов, которые демонстрируют нечувствительность к изменению ТФС; средние значения 0.05<ka<0.08 показывают невысокую чувствительность испытуемого к изменению ТФС; значения ka>0.08 демонстрируют высокую чувствительность испытуемого к изменению ТФС.
Как следует из фиг.5, в окрестности биссектрисы прямого угла координатной плоскости, ограниченной на рисунке пунктирными линиями, лежат точки, характерные для операторов, для которых реакции на слуховые и зрительные стимулы представляют одинаковую сложность. Ниже этой зоны располагаются точки, характеризующие операторов, для которых реакция на слуховые стимулы, связанная с непроизвольным вниманием, сложнее. Выше - для операторов, для которых сложнее зрительная задача, связанная с произвольным вниманием.
Для доказательства преобладания непроизвольного внимания при реагировании только на слуховые стимулы в ходе апробации способа оценки внимания оператора при компьютерном тестировании на 20 добровольцах с поверхности кожи головы регистрировали ЭЭГ по системе 10-20. Из полученных записей ЭЭГ производили выделение связанных с событием потенциалов (ССП) за счет усреднения отрезков ЭЭГ относительно временных отметок стимуляции с достаточным для анализа соотношением сигнал/шум. Как следует из фиг.6, амплитуда компонента N1, отражающего процессы активации непроизвольного внимания, росла при увеличении МСИ в большей степени при реагировании на слуховые стимулы (фиг.6, е-к), чем при реакциях на зрительные стимулы (фиг.6, а-д). Амплитуда компонента Р3, отражающего неспецифические процессы, связанные с активацией произвольного внимания, напротив, при увеличении МСИ в большей степени росла при реагировании на зрительные стимулы (фиг.6, а-д), чем на слуховые стимулы (фиг.6, е-к).
Заявляемый способ использован в лаборатории нейрофизиологии и эргономики Южного федерального университета в качестве метода экспресс-диагностики функционального состояния учащихся во время работы с электронными обучающими средствами.
Источники информации
1. Айдаркин Е.К., Пахомов Н.В. Работоспособность и функциональное состояние. - Ростов-на-Дону, 2004. - 217 С.
2. Психологическое тестирование переключения внимания. Тест Горбова-Анфимова http://www.effecton.ru/161.html
3. Психологическое тестирование устойчивости внимания. Тест Рисса http://www.effecton.ru/42.html
4. JP 2005013713, A61B 10/00, 2005-01-20.
5. RU 2294215 C1, A61M 21/00, 27.02.2007.
6. US 5801810, A61B 3/024; A61B 3/02, 1998-09-01.
7. Баранов-Крылов И.Н., Шуваев В.Т. Нейрофизиологические индикаторы произвольного и непроизвольного зрительного внимания у человека. Физиология человека, 26(6), 2000. С.31-41.
8. US 5983129, 1999-11-09.
9. US 5377100, 1994-12-27.
10. US 7574254, 2009-08-11.
11. DEX 147761, A61B 5/16, 19.05.1916.
12. Rosvold, Н.Е.; Mirsky, A.F.; Sarason, I.; Bransome, E.D., Jr.; Beck, L.H. A continuous performance test of brain damage. J. of Consulting Psychology, Vol.20, 1956, 343-350.
13. Greenberg, L. (1987). An objective measure of methylphenidate response: Clinical use of the MCA. Psychopharmacology Bulletin, 23 279-282.
14. US 6685652, A61B 5/11; A61B 5/16, 2004-02-03.
15. RU 2033081 C1, A61B 5/16, 20.04.1995.
16. SU 1706571, 5 МПК A61B 5/16, публ. 1992.01.23.
17. RU 2341183, A61B 5/00, 2008.12.20.
18. WO 2008129356, 2007-11-15.
19. RU 2343843, A61B 10/00, 20.01.2009 - прототип.
1. Способ оценки уровня внимания оператора при компьютерном тестировании, заключающийся в измерении времени реакции (BP) испытуемого на зрительные и слуховые стимулы, предъявляемые с заданным межстимульным интервалом (МСИ), вычислении среднеарифметических значений BP испытуемого, отличающийся тем, что измерение BP испытуемого на зрительные и слуховые стимулы выполняют не менее чем в трех последовательно предъявляемых заданиях отдельно для зрительных и слуховых стимулов с МСИ в диапазоне 1-16 с и аппроксимируют зависимости полученных среднеарифметических значений BP от логарифма МСИ уравнением линейного тренда BP=k log T+b, где к - коэффициент, отражающий угол наклона тренда, b - коэффициент, отражающий смещение линии тренда относительно оси ординат, Т - МСИ, и при 0,7<kv/ka<0,9, где kv - коэффициент, отражающий угол наклона тренда зависимости для зрительных стимулов; kа - для слуховых стимулов, делают вывод о соответствии баланса внимания к физическим параметрам зрительных и слуховых стимулов видовой норме, при kа<0,05 делают вывод о нечувствительности оператора к изменению текущего функционального состояния, при kа>0,08 делают вывод о повышенной чувствительности оператора к изменению текущего функционального состояния, при bv>0,29, где bv - коэффициент b уравнения тренда зависимости BP на зрительные стимулы от МСИ, делают вывод о слабой выраженности у оператора реакции обнаружения зрительных стимулов, при bа>0,27, где bа - коэффициент b уравнения тренда зависимости BP на слуховые стимулы от МСИ, делают вывод о слабой выраженности реакции обнаружения слуховых стимулов, при bv/ba<0,8 делают вывод о сдвиге баланса внимания в область произвольных реакций, при bv/ba>1,2 делают вывод о сдвиге баланса внимания в область непроизвольных реакций.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве зрительных стимулов используют одиночные световые вспышки длительностью 1-50 мс.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве слуховых стимулов используют одиночные звуковые стимулы длительностью 1-50 мс.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в последовательно предъявляемых тестовых заданиях используют МСИ, равные 16, 8, 4, 2, 1 с с точностью ±20%.
