определение скорости информационно

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ
ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ
В ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫХ СТРУКТУРАХ
ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА
В. И. Егозина, Н. Д. Овчинников, С. И. Горбунов
Московский городской педагогический университет, г. Москва
Московский городской педагогический институт, г. Москва
[email protected]
Аннотация. В статье описана методика определения скорости информационно-аналитических операций в деятельностных структурах центральной нервной системы человека. Инновационная методика тестирования позволяет получить данные о закономерностях процессов мышления в центральной
нервной системе (ЦНС) человека, определения способностей к продуктивной
профессиональной деятельности и для отбора кандидатов для работы в условиях значительных физических и информационных нагрузках.
Abstract. The article describes the method of determining the speed of
information-analytical operations in activity-related structures of the central nervous
system. An innovative method of testing provides data about the patterns of thought
processes in the central nervous system (CNS) of a person to determine the ability of
productive professional activities and for the selection of candidates to work in
conditions of considerable physical and information loads.
Введение. Различные методы определения функционального состояния ЦНС человека по показателям импульсной биоэлектрической
активности (биопотенциалов) нервных клеток, электроэнцефалографии,
магнитоэнцефалографии, позитронно-эмиссионной томографии, ядерной магнитной резонансной интроскопии, электроокулограммы и др.
позволяют получать информацию о различных аспектах жизнедеятельности нервных клеток, анатомическом строении, кровообращении и
обмене веществ в различных структурах мозга, однако не позволяют с
достоверностью судить о характере информационно-аналитических
процессов в нервных центрах мозга.
В практике исследовательской работы для оценки информационно-аналитических возможностей ЦНС специалистами принято использовать термин «умственная работоспособность», под которым многими
авторами понимаются показатели объема оперативной и долговременной памяти. Под понятием оперативной памяти специалисты понимают
время удержания информации для последующего использования [1].
Определение объема оперативныой или долговременной памяти,
функций концентрации и распределения внимания обычно осуществ-
ляют по результатам тестирования с помощью предъявления зрительной или акустической информации, определения времени удержания
ее в памяти до воспроизведения в виде двигательной реакции, например, речи, указания на предмет и др. [1, 3].
Психофизиологическая сущность процессов мыщления человека
заключается в восприятии информации, сравнении ее с имеющимися в
памяти блоками информации, выработке на этой основе обоснованного
заключения и принятия решения на осуществление определенных двигательных реакций. Однако, используемые специалистами в настоящее
время методы диагностики позволяют составить суждение о жизнедеятельности и особенностях функционального состояния нервных клеток
мозга и дают ответа о скорости осуществеления информационноаналитических операций в ЦНС человека.
Цель работы заключается в выявлении особенностей функционирования динамических структур центральной нервной системы человека по показателям скорости информационно-аналитических операций.
Методы исследования. Исследования проводили с участием
практически здоровых студентов педагогического университета. Для
определения информационно-аналитических функций ЦНС использовали тест на определение объема оперативной памяти и концентрации
внимания с регистрацией времени выполнения тестов и определения
количества ошибочных реакций.
Тестовое информационное поле предявляли испытуемому на экране персонального компьютера в виде таблицы, в 25 ячейках которой
были изображения двузначных цифр в диапазоне от 11 до 50, расположенных в случайном порядке, причем 15 цифр отсутствовали.
Испытуемому предлагалось как можно быстрее проанализировать информационное поле, определить присутствующие на поле цифры
в порядке их нарастания (или убывания), выявить отсутствующие цифры и отметить их в особом списке.
Компьютерная программа при каждом тестировании изменяла
порядок расположения цифр и перечень отсутствующих в списке. Компьютерная программа автоматически точно определяля время, затраченное испытуемым на выполнение теста и количество ошибок в виде
неверно отмеченных знаков.
Комьютерную обработку полученных с расчетом скорости анализа информации (САИ) в соответствии с патентной заявкой
№2012124144/20 на изобретение «Способ определения скорости ин-
формационно-аналитических операций в деятельностных структурах
центральной нервной системы человека» осуществляли по формуле:
САИ = {(T+ T/n*(m*k1)}/n – ВМЦС*k2,
где Т– общее время, затраченное на тестирование,
ВМЦС – время установления межцентральных связей в деятельностных
структурах мозга;
n – количество совершенных аналитических операций, например, 25;
m – количество совершенных ошибок;
k1 –поправочный коэффициент, учитывающий количество совершенных ошибок;
k2 - поправочный коэффициент, учитывающий сложность задания и
количество межцентральных связей в деятельностных структурах ЦНС.
В наших исследованиях принимали, что скорость установления
связей между нейронами мозга по данным ряда отечественных и зарубежных исследователей равна 1 мс [1, 3, 5].
Коэффициент k1 – устанавливали с учетом количества совершенных при тестировании ошибок и принимали равным:
при нулевом количестве ошибок: k1= 1;
при количестве ошибок от 1 до 3: k1= 3;
при количестве ошибок от 4 до 7: k1= 4;
при количестве ошибок от 8 до 12: k1=5;
при количестве ошибок 13 и более: k1= 6.
Коэффициент k2 – поправочный коэффициент, учитывающий
сложность задания и количество совершаемых при анализе межцентральных связей в деятельностных структура ЦНС устанавливливали
равным:
при выполнении простых цифровых или буквенных тестов k2 = 1;
при выполнении тестов повышенной сложности k2 = 3;
при выполнении тестов высокой сложности k2 = 5.
В нашем случае коэффициент k2 при тестировании студентов с
использованием теста повышенной сложности принимали равным 3.
Результаты исследований и их обсуждение. Апробация предлагаемого способа с проверкой его информативности и оценкой показателей общих аналитических возможностей ЦНС человека проведена сотрудниками Научно-исследовательского института столичного образования с участием студентов Московского городского педагогического
университета – здоровых юношей и девушек в возрасте 17–19 лет.
Результаты апробации приведены в табл. 1.
ФИО
К.В.
З.С.
К.Д.
Р.А.
Д.К.
Н.В.
У.И.
К.М.
Р.Н.
Т.А.
Т
98000
120000
165000
264000
106000
175000
107000
141000
91000
297000
Т/ n
3980
4800
6600
10560
4240
7000
4280
5640
3640
11880
m
0
2
4
4
0
5
1
1
1
2
k1
1
3
4
4
1
5
3
3
3
3
0
6
16
16
0
25
3
3
3
6
0
28800
105600
168960
0
35000
12840
16920
3640
23760
98000
148800
270600
432960
106000
210000
119840
157920
94640
320760
Время на 1 аналит. операцию с
учетом поправок,
мс
Время межцентр.
свя-зей, мс
Сумма времени на
межентр. связи,
мс
Скорость инф.–
аналит. операций,
мс
Общее время (Т)
с учетом поправок, мс
Прибавка времени, мс
Повыш. нагрузки
Время на 1 операцию, мс
Количество ошибок
Поправочный
коэфф.
Время выполнения теста, мс
Группа студентов
Таблица 1 – Результаты исследования изменений скорости информационноаналитических операций в деятельностных структурах ЦНС студентов с информационной нагрузкой при выполнении теста «Определение отсутствующих
цифр»
3920
5952
10824
17318
4240
8400
4793
6317
3785
3920
ВМЦ ВМЦ*3 САИ
52
156
3764
62
186
5766
65
195 10629
67
201 17117
76
228
4012
81
243
8157
61
183
4610
65
195
6121
73
219
3566
77
231 12599
Как видно из результатов проведенных исследований, учитывающих сложность теста, количество совершенных ошибок и скорость
установления межцентральных связей в деятельностных структурах
мозга, скорость информационно-аналитической деятельности у обследованных студентов при расчете на 1 операцию изменялась от 3764 до
17117 мс. Полученные в исследованиях данные коррелировали с общими поведенческими реакциям (например, характеристиками типа «быстрый мыслитель» или «тугодум») и показателями успешности учебнообразовательной деятельности.
При анализе данных о времени информационно-аналитических процессов в деятельностных структурах ЦНС человека учитывали что в организации мыслительной деятельности участвуют различные отделы коры
больших полушарий, причем ведущую роль в системе анализа информации играют нейроные структуры коры больших полушарий. Структуры
нервных центров, где осуществляются информационно-аналитические
процессы, распределены по всей коре больших полушарий.
Информационно-аналитические процессы осуществляются в головном мозге, и в первую очередь – в центрах коры больших полушарий. В формировании мыслительной деятельности могут принимать
участие многие из более чем 13 млн. нейронов ЦНС, каждый из которых
имеет синаптические соединения более, чем с 60 тысячами других нейронов [3, 5].
В процессе управления мышлением (память, концентрация внимания и др.) в ЦНС возникает множество замкнутых циклов обмена
информацией между участками коры и подкорковыми образованиями
мозга. В регуляции мышления важнейшая роль принадлежит лобным
долям, в передних отделах которых происходит сознательное обработка
и принятие решения [1, 3, 5].
В процессе анализа поступающей информации между отдельными нейронными ассоциациями устанавливаются определенные связи и
ведется процесс анализа информации и формируется команда на осуществление двигательных реакций. В аналитическом процессе могут принимать участие многие из более чем 13 млн. нейронов ЦНС, каждый из
которых имеет синаптические соединения более, чем с 60 тысячами
других нейронов. Структуры нервных центров, где происходит аналитический процесс, распределены по всей ЦНС – от коры больших полушарий до спинного мозга [4, 5].
Побуждение к мышлению формируются под влиянием подкорковых мотивационных центров и ассоциативной коры. Время мыслительных операций характеризуется изменениями нейронной активности, начинающейся после получения определенной пусковой информации, подключением хранящихся в памяти блоков информации, началом
процесса обработки информации, завершающемся заключением и принятием обоснованного решения. Скорость мышления зависит от интенсивности подкорковой психоэмоциональной стимуляции: чем она сильнее, тем раньше активизируются эффекторы [1, 3].
В ходе мышления человек использует уже выработанные в ходе
онтогенеза блоки программы, привлекая для этого высшие нервные
центры к разработке деталей их выполнения. При обучении значительно повышается скорость и эффективность обработки информации,
точность и обоснованность принимаемых решений. В процессе обучения нарабатываемые мыслительные процессы
совершенствуются,
обеспечивая возможность достижения высоких результатов [3, 4].
На временные параметры мышления оказывают влияние сложность заданий и состояние эмоциорегулирующих подкорковых центров
мозга. В исследованиях установлено, что чем сложнее информационная
задача, тем больше времени тратится на ее анализ и выработку обоснованного решения.
Известно, что на показатели скорости информационно-аналитических процессов в деятельностных структурах мозга влияют, кроме
функционального состояния высших отделов коры головного мозга,
активность ассоциативных полей переднелобных и нижнетеменных областей мозга [4, 5].
Данные о скорости информационно-аналитических операций в
деятельностных структурах ЦНС обследуемых людей позволяют также
получать информацию о характере следующих процессов:
1) о функциональных возможностях ЦНС обследуемого субъекта
(низкие показатели при информационных нагрузках свидетельствуют о
сниженных резервах организма);
2) об общих закономерностях изменений времени информационно-аналитических операций под влиянием учебно-информационных и
физических нагрузках;
3) о способнастях человека к сложной профессиональной деятельности, связанной с восприятием и обработкой значительных потоков информации.
Достоверные данные о скорости изменениях времени мышления
при информационных и физических нагрузках открывают возможость
составить более точное представление о закономерностях функционирования информационно-аналитических структур мозга человека и научно
обосновать методы повышения эффективности деятельности при высоких физических, информационных и психоэмоциональных нагрузках.
Выводы. Разработанный метод тестирования функционального
состояния деятельностных структур центральной нервной системы человека позволяет получать достоверные данные о скорости информационно-аналитических, определять у обследуемых людей уровни готовности к профессиональной деятельности, выявлять лиц, способных эффективно действовать в условиях дефицита информации и времени на
выработку правильного решения.
Литература
1. Мисюк, Н. С. Модели механизмов мозга человека / Н. С. Мисюк. – Мн.: «Беларусь», 1973. – 152 с.
2. Овчинников, Н. Д. Психофизиологические критерии оценки надежности уровня безопасности и надежности деятельности человека в экстремальных ситуациях / Н. Д.
Овчинников, В. И. Егозина; под ред. доктора пед. наук А. Н.Блеера. – М. : Анита Пресс,
2006. – 380 с.
3. Психофизиология : учебник / под общ. ред. Ю. И. Александрова. – СПб. : Питер, 2007. – 464 с.
4. Физиология человека : в 3 т. / редкол.: Р. Шмидт [и др.]. – М. : Мир, 1996. – Т. 1. –
323 с.
5. Филиппов, М. М. Психофизиология функциональных состояний / М. М. Филиппов. – К. : МАУП, 2006. – 240 с.