научная статья по теме ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МОМЕНТОВ КРИТИЧЕСКОГО СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ БОДРСТВОВАНИЯ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ЗРИТЕЛЬНО-МОТОРНОЙ КООРДИНАЦИИ Биология

Текст научной статьи на тему «ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МОМЕНТОВ КРИТИЧЕСКОГО СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ БОДРСТВОВАНИЯ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ЗРИТЕЛЬНО-МОТОРНОЙ КООРДИНАЦИИ»

ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2014, том 64, № 1, с. 64-76

ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ

УДК 612.822.3

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МОМЕНТОВ КРИТИЧЕСКОГО СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ БОДРСТВОВАНИЯ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ЗРИТЕЛЬНО-МОТОРНОЙ КООРДИНАЦИИ

© 2014 г. Г. Н. Арсеньев, О. Н. Ткаченко, Ю.В. Украинцева, В. Б. Дорохов

Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, e-mail: byron100z@gmail.com Поступила в редакцию 20.06.2013 г.

Принята в печать 26.09.2013 г.

Разработан психомоторный тест, позволяющий моделировать состояние монотонии и отслеживать изменения зрительно-моторной координации в процессе снижения уровня бодрствования. От испытуемого требовалось в течение 1 ч прослеживать курсором "мыши" цель, медленно движущуюся на экране монитора по круговой орбите, и при неожиданном появлении нового стимула перевести на него курсор и нажать на клавишу "мыши". На протяжении всего эксперимента регистрировали показатели зрительно-моторной координации: латентные периоды перемещения взора, курсора "мыши" и нажатия на клавишу "мыши" при появлении нового стимула, а также отклонения взора и курсора "мыши" от центра цели, характеризующие точность прослеживания цели. По ЭЭГ и видеоизображению испытуемого проводили экспертную оценку изменений уровня бодрствования. Выявлена высокая чувствительность показателей зрительно-моторной координации к колебаниям уровня бодрствования. По мере снижения уровня бодрствования достоверно увеличивались латентные периоды саккадических движений глаз, перемещения курсора "мыши" и нажатия на клавишу "мыши", а также вариабельность отклонений взора и курсора "мыши" от центра цели. Для латентных периодов саккад, начала движения курсора и нажатия на клавишу "мыши" выявлено достоверное увеличение еще за 2—3 мин до того момента, когда эксперт замечал снижение уровня бодрствования. Обсуждается возможность прогнозирования моментов критического снижения уровня бодрствования по показателям зрительно-моторной координации.

Ключевые слова: зрительно-моторная координация, монотония, саккады, прослеживающие движения глаз, микросон, сонливость, скорость реакции.

Predicting the Moments of Critical Vigilance Decline by Visuomotor Coordination Parameters

G. N. Arsenyev, O. N. Tkachenko, U. V. Ukraintseva, V. B. Dorokhov

Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Scienses, Moscow,

e-mail: byron100z@gmail.com

A psychomotor test for induction of the state of monotony and visuomotor coordination analysis has been developed. The subject had to follow a small cicle slowly moving in circular orbit on a screen with a "mouse" cursor. When an additional target unexpectedly appeared, he had to catch it with a cursor and click a "mouse" button when the cursor was on it. Eye movements were recorded with an eyetracker. The experts marked the episodes of declined vigilance based on EEG and video of a subject. Analysis of parameters of visuomotor coordination demonstrated their high sensitivity to the vigilance decline. We have found the increase of variability in pursuit eye movements and "mouse" cursor movements during the episodes of lowered vigilance before the appearance of the additional target and also a growing latency of saccadic eye movements, cursor movements and "mouse" button presses when the cursor contacted the additional target. For latency of saccadic eye movements, cursor movements and mouse button presses significant increase was found 2—3 min before experts can detect vigilance decline too. The ability by visuomotor coordination parameters to predict the moments of critical vigilance decline is discussed.

Keywords: visuomotor coordination, monotony, saccades, pursuit eye movements, microsleep, sleepiness, reaction time.

DOI: 10.7868/S0044467714010031

Во время деятельности уровень внимания у человека может колебаться в широких пределах, вплоть до непроизвольного засыпания на несколько секунд — такие "провалы" в деятельности называются микросном. В эти моменты у человека либо значительно увеличивается время реакции, либо полностью пропадает реакция на внешние стимулы [Boyle et al., 2008]. Полагают, что эпизоды микросна возникают на фоне нарастающей сонливости вследствие экстренного включения механизмов, запускающих сон [Saper et al., 2010]. В эти моменты сдвиги в характере выполнения деятельности настолько внезапны и непредсказуемы, что некоторые авторы выдвинули гипотезу о возникновении состояния нестабильности при снижении уровня бодрствования [Gunzelmann et al., 2009; Zhou et al., 2011]. В различных профессиональных сферах, в частности во время управления транспортом, подобная нестабильность внимания может иметь самые драматические последствия [Дорохов, 2013].

Сонливость, или снижение уровня бодрствования, возникает по разным причинам, в основном она связана с дефицитом сна и со временем суток (циркадианным ритмом). Однако сонливость развивается также и при выполнении монотонной и скучной работы с низким уровнем внешней стимуляции. В этом случае причиной снижения уровня бодрствования является возникновение состояния монотонии [Дорохов, 2003]. Некоторые авторы предполагают, что монотония выявляет существующую "замаскированную" латентную сонливость, которая проявляется при низком уровне стимуляции, характерной для монотонии [Carskadon, Dement, 1987].

Повышенная дневная сонливость — сложный феномен, который может проявляться или в виде длительного и непрерывного состояния дремоты, или в виде внезапных "сонных атак". Кроме того, повышенная сонливость может быть следствием ряда расстройств: синдрома обструктивного апноэ, нарколепсии и нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Паркинсона [Iranzo, 2011]. Например, при болезни Паркинсона около 50% больных жалуются на повышенную дневную сонливость [Ondo et al., 2001; Shpirer et al., 2006]. Иногда повышенный уровень сонливости является одним из немногих ранних симптомов различных неврологических заболеваний и может быть важным диагностическим признаком, позволяющим вы-

явить заболевание на ранней стадии. В частности, некоторые авторы [Abbott et al., 2005] считают, что при развитии повышенной дневной сонливости риск появления болезни Паркинсона возрастает в 2—3 раза.

В настоящее время не существует достаточно надежных и универсальных методов контроля уровня бодрствования [Дементиен-ко, Дорохов, 2013; Дементиенко и др., 2006; Balkin et al., 2011; Whitlock, 2002]. Поэтому поиск методических подходов для объективной оценки уровня бодрствования и возможности прогнозировать его снижение является актуальной проблемой как в сфере медицины, так и в сфере безопасности профессиональной деятельности.

Наиболее прямой способ оценки функции внимания и его нарушений — это регистрация движений глаз и определение направления и динамики перемещений взора [Велич-ковский, 2003; Колесникова и др., 2006; Шульговский и др., 2008]. Окуломоторный контроль движущихся объектов обеспечивается двумя типами движений глаз: саккадами и прослеживающими движениями [De Xivry et al., 2006; De Xivry et al., 2007]. Для оптимального восприятия объекта, особенно движущегося, необходима тонкая координация между обоими типами движений [De Xivry etal., 2006]. Поэтому методы видеотрекинга, позволяющие бесконтактно регистрировать движения глаз, рассматриваются как наиболее перспективные технологии для создания устройств контроля уровня бодрствования человека на транспорте и производстве [Дементиенко, Дорохов, 2013].

В нашей лаборатории разработан психомоторный тест для анализа нарушений зрительно-моторной координации, вызываемых снижением уровня бодрствования [Дорохов и др., 2011]. В настоящем исследовании мы намерены проверить, возможно ли с помощью нашей методики прогнозировать наступление состояния со сниженным уровнем бодрствования еще до того, как снизится точность выполнения задания, а также, какие именно показатели зрительно-моторной координации наиболее чувствительны к снижению уровня бодрствования. Предыдущая работа [Дорохов и др., 2011] показала, что разработанный нами психомоторный тест у всех испытуемых через 25—40 мин вызывал состояние монотонии, которое проявлялось в снижении точности выполнения задания, при этом у половины из них отмечались также

моменты микросна, повлекшие за собой возникновение грубых ошибок. В настоящем исследовании мы подвергали испытуемых частичной депривации сна (50%), чтобы у всех участников эксперимента вызвать критическое снижение уровня бодрствования.

МЕТОДИКА

В эксперименте участвовали 19 человек обоего пола в возрасте от 21 до 30 лет. Эксперименты проводили во второй половине дня (от 13:00 до 18:00). Все испытуемые имели опыт пользования компьютером не менее 3 лет и уверенно владели компьютерной "мышью". Участники эксперимента были практически здоровы, не имели жалоб на проблемы со сном, все они перед экспериментом имели частичную депривацию сна, составляющую 50% длительности их обычного ночного сна. Испытуемые были ознакомлены с процедурой эксперимента и подписывали письменное согласие на участие в нем. Перед экспериментом проводили тестирование уровня сонливости по Шкале оценки сонливости Эпворта — Epworth Sleepiness Scale [Johns, 1991].

Состояние монотонии моделировалось с помощью методики, разработанной в нашей лаборатории [Дорохов и др., 2011]. От испытуемого требовалось в течение 1 ч с помощью курсора "мыши" компьютера сопровождать цель, которая медленно и равномерно двигалась по экрану по круговой орбите. Как было показано ранее [Дорохов и др., 2011], подобная длительная и однообразная деятельность вызывала состояние монотонии и снижение уровня бодрствования.

Круговая орбита, по которой перемещалась цель, имела радиус 60 мм, сама цель — небольшое круглое пятно диаметром 14 мм двигалась с небольшой скоростью 17 град/с. За 20.5 с цель описывала по экрану полный круг. Испытуемый должен был следить за целью и сопровождать ее курсором "мыши", удерживая курсор внутри круга-цели.

Изменения реактивности испытуемого при развитии состояния монотонии тестировались неожиданным появлением дополнительной

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком