Способ оценки динамики развития эффективности зрительно-моторных реакций
Владельцы патента RU 2690596:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки динамики развития эффективности зрительно-моторных реакций. Предложен способ, при котором испытуемому на экране видеомонитора предъявляют зрительный стимул, красный круг диаметром 20 мм с отмеченным центром, место появления которого визуально определяет испытуемый, а также прицел в виде контура окружности диаметром 10 мм с отмеченным центром, отличающийся тем, что испытуемый с помощью двухосевого манипулятора типа «джойстик» с рукоятью в начальном центральном положении, находящейся в руке испытуемого, совмещает центры зрительного стимула и прицела, а в момент предполагаемого совмещения испытуемый нажимает кнопку манипулятора «Готов», после чего измеряют время с момента появления зрительного стимула до нажатия кнопки «Готов» и ошибку наведения прицела, равную расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов», после чего тест повторяют заданное количество раз и вычисляют время реализации моторного слежения по формуле: , где
– время, затраченное на прохождение i-го испытания, с, n - количество испытаний, точности реализации программы моторного слежения
, где
– ошибка наведения прицела в i-м испытании, пункты, n – количество испытаний. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей известных способов за счет измерения интегральных показателей времени и точности программ зрительно-моторного слежения человеком за хаотично подвижными объектами в процессе медицинской или профессиональной реабилитации человека на различных ее этапах, что необходимо для наблюдения динамики и коррекции программы индивидуальной медицинской или профессиональной реабилитации человека. 2 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области медицины, а именно, к области исследования психофизиологический реакций человека и предназначено для использования в медицинских целях, при функциональной диагностике организма человека и инженерной психологии для оценки динамики развития эффективности зрительно-моторных реакций.
В настоящее время известны способы проведения психофизиологических исследований, направленные на измерение скорости и точности зрительно-моторного слежения человеком, а также способы тренировки и оценки зрительно-моторной координации спортсменов, основанные на демонстрации испытуемому динамических виртуальных мишеней и измерении времени задержки и упреждения реакции в виде нажатий испытуемым клавиш манипулятора при совпадении динамической мишени и цели.
Известен способ отбора для занятий единоборствами [1], при котором испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещена метка и точечный объект, движущийся по окружности. Испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта, в момент предполагаемого совпадения его положения с меткой нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности. Затем вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности. Испытуемый выполняет описанную процедуру заданное число раз, после чего строят вариационный ряд ошибок несовпадения точечного объекта и метки, вычисляют вариационный размах ряда и отмечают на числовой оси отрезок, ограниченный наибольшим и наименьшим членами вариационного ряда. Способ позволяет оценить быстроту и точность двигательных действий испытуемого, тем самым повысить достоверность отбора подростков для занятий единоборствами за счет инструментальных исследований.
Известен способ определения времени реакции человека на движущийся по направлению от него объект [2], при котором испытуемому предъявляют на экране видеомонитора замкнутый контур, являющийся ограничивающим, внутри которого расположен тестовый объект аналогичной конфигурации. Тестовый объект увеличивают соответственно заданной скорости, имитируя движение его навстречу испытуемому. В момент предполагаемого совпадения размеров ограничивающего замкнутого контура и тестового объекта испытуемый нажатием кнопки «Стоп» останавливает увеличение диаметра тестового объекта. Затем вычисляют ошибку несовпадения диаметров тестового объекта и ограничивающего контура - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения - с отрицательным знаком и заданное время вновь предъявляют испытуемому замкнутый контур, внутри которого расположен тестовый объект начальных размеров и конфигурации. Затем вычисляют время реакции Tp человека на движущийся объект как среднеарифметическое значение по формуле:
,
где ti - i-я ошибка запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным, знаком, мс; n - количество испытаний, при этом замкнутый контур одновременно с увеличением тестового объекта уменьшают в диаметре с заданной скоростью, затем уменьшение диаметра замкнутого контура останавливают нажатием кнопки «Стоп», а затем через заданное время предъявляют испытуемому замкнутый контур начального размера.
Известен способ оценки зрительно-моторной реакции на движение объекта в пространстве [3], при котором испытуемый визуально наблюдает движущийся объект и реагирует на прохождение объекта через «финишный створ» нажатием на кнопку, причем в качестве объекта наблюдения используют движущийся по желобу металлический шарик, проходящий последовательно через два индукционных датчика, первый - запускающий электросекундомер и второй, расположенный на уровне «финишного створа», останавливающий секундомер в момент его прохождения, устанавливая стандартное время прохождения шариком расстояния между двумя датчиками, затем второй индукционный датчик отключают, а испытуемый останавливает секундомер в момент визуального прохождения шариком «финишного створа», нажимая на кнопку.
Известен способ определения способности к предвидению хода событий [4], при котором путем испытуемому на экране видеомонитора предъявляют окружность, на которой помещена метка и точечный объект. Точечный объект движется с заданной скоростью по окружности, за заданное время до достижения метки исчезает с экрана видеомонитора, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается. В момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с метким испытуемым нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности и точечный объект снова появляется на экране видеомонитора, в том месте, где было остановлено его движение. Затем вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности. Описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего вычисляют способность к прогнозированию положения движущегося объекта относительно метки Тпрог как среднеарифметическое значение по формуле:
,
где ti - i-я ошибка запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n - число остановок точечного объекта в области положения метки.
Недостатком известных способов являются их низкие технологические возможности, поскольку они позволяют измерять время реакции испытуемого на подвижные объекты и определять соотношения процессов возбуждения и торможения в коре головного мозга при осуществлении простой сенсомоторной реакции. Однако, в процессе человеческой деятельности (в том числе, производственной деятельности) выполняются более сложные психомоторные реакции, связанные с определением местонахождения объекта и совершением целенаправленной двигательной реакции. Данные психомоторные реакции могут быть нарушены в результате различных нейродегенеративных заболеваний или травм и эффективность их выполнения необходимо оценивать в процессе медицинской или профессиональной реабилитации пациента, что невозможно при помощи известных способов.
Наиболее близким по технической сущности к предъявляемому способу является способ оценки уровня функционального состояния центральной нервной системы человека на основе измерения времени ориентировочной зрительно-моторной реакции человека [5], при котором человеку предъявляют зрительный стимул, красный круг диаметром 20 мм, который визуально определяет его место появления; подводят курсор компьютерной мышки к его границам, измеряют время от момента появления стимула до подведения курсора к его границе, процедуру повторяют не менее 50 раз; на основе измеренных значений времени реакции строится гистограмма их распределения по разрядам с интервалом в 20 мс, по параметрам анализа гистограммы распределения времени реакции человека определяется значение моды - Мо и амплитуды моды - AMo, затем рассчитывается величина уровня функционального состояния ЦНС (УФСцнс) по формуле:
,
где 
- среднее значение; Кв – коэффициент вариации; Мо - середина разряда гистограммы, имеющего максимальную частоту; АМо - амплитуда моды в % - максимальная относительная частота гистограммы; 
- вариационный размах; ln – натуральный логарифм; и далее определяют по величине рассчитанного показателя уровень функционального состояния ЦНС, причем при значении УФСцнс больше 24,57 уровень функционального состояния будет оцениваться как оптимальный, при УФСцнс от 24,56 до 18,53 - как сниженный и при УФСцнс меньше 18,52 - как существенно сниженный.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности оценивать точность реализуемых моторных программ испытуемым, поскольку оценивается только время между появлением стимула и реализацией моторной программы. Это, безусловно, дает представление об уровне функционального состояния центральной нервной системы человека, однако, для оценки динамики развития эффективности зрительно-моторного слежения в задачах реабилитации пациентов необходимо измерять и точность реализуемых моторных программ.
Технический результат предлагаемого решения заключается в расширении функциональных возможностей способа за счет измерения интегральных показателей времени и точности программ зрительно-моторного слежения человеком за хаотично подвижными объектами в процессе медицинской или профессиональной реабилитации человека на различных ее этапах.
Указанный технический результат достигается тем, что испытуемому на экране видеомонитора предъявляют зрительный стимул, красный круг диаметром 20 мм. с отмеченным центром, место появления которого визуально определяет испытуемый, а также прицел в виде контура окружности диаметром 10 мм. с отмеченным центром, новым является то, что испытуемый с помощью двухосевого манипулятора типа «джойстик» с рукоятью в начальном центральном положении, находящейся в руке испытуемого совмещает центры зрительного стимула и прицела, а в момент предполагаемого совмещения испытуемый нажимает кнопку манипулятора «Готов», после чего измеряют время с момента появления зрительного стимула до нажатия кнопки «Готов» и ошибку наведения прицела, равную расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов», после чего тест повторяют заданное количество раз и вычисляют время реализации моторного слежения Тмс по формуле:
,
где ti – время, затраченное на прохождение i-го испытания, с., n - количество испытаний,
точности реализации программы моторного слежения Емс по формуле:
,
где еi – ошибка наведения прицела в i-м испытании, пункты, n - количество испытаний.
На фиг. 1 представлено укрупненное изображение экрана видеомонитора испытуемого при наведении прицела на зрительный стимул.
На фиг. 2 представлено изображение, поясняющее принцип случайного позиционирования зрительного стимула на заданном расстоянии от предыдущего положения в момент нажатия кнопки «Готов».
Предлагаемый способ оценки динамики развития эффективности зрительно-моторных реакций осуществляется следующим образом.
На первом этапе в центре экрана видеомонитора испытуемого отображают зрительный стимул и прицел, рука испытуемого располагается на рукояти двухосевого манипулятора типа «джойстик» с рукоятью в начальном центральном положении.
На втором этапе при нажатии испытуемым на манипуляторе кнопки «Готов» зрительный стимул перемещают в случайно выбранную точку, находящуюся на заранее определенном расстоянии L от предыдущего положения зрительного стимула и автоматизировано начинают отсчет времени выполнения теста.
На третьем этапе испытуемый реализует программу зрительно-моторного слежения, как можно скорее и как можно точнее совмещая центры зрительного стимула и прицела перемещая рукоять манипулятора. При этом на экране видеомонитора в режиме реального времени отображают положение прицела, соответствующее отклонению рукояти джойстика по горизонтальной и вертикальной оси.
На четвертом этапе испытуемый нажимает кнопку манипулятора «Готов», после чего заканчивают отсчет времени, затраченного испытуемым на реализацию программы зрительно-моторного слежения и вычисляют ошибку наведения прицела, равную расстоянию в пунктах от центра прицела до центра зрительного стимула, после чего тест повторяют с первого этапа заданное количество раз.
На пятом этапе вычисляют эффективность зрительно-моторного слежения в виде интегрального показателя скорости моторного слежения Тмс и точности моторного слежения Емс соответственно по формулам:
,
где ti – время, затраченное на прохождение i-го испытания, с.; n - количество испытаний,
,
где еi – ошибка наведения прицела в i-м испытании, пункты; n - количество испытаний.
На шестом этапе по прошествии заданного количества времени или после прохождения курса медицинской или профессиональной реабилитации повторяют тестирование и оценивают динамику развития эффективности зрительно-моторного слежения сравнивая интегральные показатели скорости моторного слежения Тмс и точности моторного слежения Емс первичного и повторного тестирования соответственно.
Предлагаемый способ оценки динамики развития эффективности зрительно-моторных реакций позволяет расширить функциональные возможности способа за счет измерения интегральных показателей времени и точности программ зрительно-моторного слежения человеком за хаотично подвижными объектами в процессе медицинской или профессиональной реабилитации человека на различных ее этапах, что необходимо для наблюдения динамики и коррекции программы индивидуальной медицинской или профессиональной реабилитации человека.
Пример 1.
Испытуемый А., 27 лет, при первоначальном тестировании при поступлении на курс обучения по программе переподготовки кадров по программе операторов лесозаготовительных машин (харвестеров) выполнил 10-кратное повторение теста держа рукоять джойстка правой рукой со следующими результатами:
t (время прохождения каждой итерации испытания), секунд:
5.8; 4.6; 5.4; 5.5; 5.2; 4.9; 5.5; 5.2; 5.5; 5.1
Интегральный показатель скорости моторного слежения Тмс первичного исследования = 5,27 с.
е (ошибка наведения прицела при каждой итерации), пунктов:
2.2; 3.4; 2.7; 1.3; 1.9; 2.0; 1.7; 1.9; 1.8; 1.9
Интегральный показатель точности моторного слежения Емс первичного исследования = 2,08 пунктов.
После двух недель работы на симуляторах лесозаготовительной техники тот же испытуемый А. повторил 10-кратное выполнение теста держа рукоять джойстика той же рукой со следующими результатами:
t (время прохождения каждой итерации испытания), секунд:
4.3; 4.9; 4.4; 5.0; 4.4; 4.6; 4.5; 4.2; 4.5; 4.9
Интегральный показатель скорости моторного слежения Тмс первичного исследования = 4,57 с.
е (ошибка наведения прицела при каждой итерации), пунктов:
2.5; 1.6; 2.1; 1.7; 1.9; 1.8; 2.2; 1.7; 1.3; 1.7
Интегральный показатель точности моторного слежения Емс первичного исследования = 1,85 пунктов.
Таким образом, сравнивая интегральные показатели скорости моторного слежения Тмс и точности моторного слежения Емс первичного и повторного исследований, можно сделать вывод о наблюдаемой положительной динамике развития эффективности зрительно-моторных реакций.
Литература:
1. Патент № 2540164 РФ A61B5/16. Способ отбора для занятий единоборствами // Мамаева А.В. (РФ), Закамский А.В. (РФ), Полевщиков М.М. (РФ), Роженцов В.В. (РФ). Заявка: 2013148546/14, 30.10.2013 Опубл. 10.02.2015, Бюл. № 4.
2. Патент № 2497452 РФ A61B5/16. Способ определения времени реакции человека на движущийся по направлению от него объект // Курасов П.А. (РФ), Петухов И.В. (РФ). Заявка: 2012104099/14, 06.02.2012 Опубл. 20.08.2013, Бюл. № 23.
3. Патент № 2525638 РФ A61B5/16. Способ оценки зрительно-моторной реакции на движение объекта в пространстве // Левашов О.В. (РФ), Павлов С.Ф. (РФ). Заявка 2013124413/14, 28.05.2013 Опубл. 20.08.2014, Бюл. № 23.
4. Патент № 2381742 РФ A61B5/16. Способ определения способности к предвидению хода событий // Петухов И.В. (РФ). Заявка: 2008146586/14, 25.11.2008 Опубл. 20.02.2010, Бюл. № 5.
5. Патент №2573340 РФ A61B5/16. Способ оценки уровня функционального состояния центральной нервной системы человека на основе измерения времени ориентировочной зрительно-моторной реакции человека // Царев А.Н. (РФ). Заявка 2014117131/14, 29.04.2014 Опубл. 20.01.2016, Бюл. № 2.
Способ оценки динамики развития эффективности зрительно-моторных реакций, при котором испытуемому на экране видеомонитора предъявляют зрительный стимул, красный круг диаметром 20 мм с отмеченным центром, место появления которого визуально определяет испытуемый, а также прицел в виде контура окружности диаметром 10 мм с отмеченным центром, отличающийся тем, что испытуемый с помощью двухосевого манипулятора типа «джойстик» с рукоятью в начальном центральном положении, находящейся в руке испытуемого, совмещает центры зрительного стимула и прицела, а в момент предполагаемого совмещения испытуемый нажимает кнопку манипулятора «Готов», после чего измеряют время с момента появления зрительного стимула до нажатия кнопки «Готов» и ошибку наведения прицела, равную расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов», после чего тест повторяют заданное количество раз и вычисляют время реализации моторного слежения 
по формуле:
,
где 
– время, затраченное на прохождение i-го испытания, с, n - количество испытаний,
точности реализации программы моторного слежения 
,
где 
– ошибка наведения прицела в i-м испытании, пункты, n – количество испытаний.
