Специфика методов психофизиологического исследования и их применения в психофизиологии профессиональной деятельности

Традиционным и старейшим в психоло­гии методом, который, на первый взгляд, трудно отнести исклю­чительно к какой-либо отрасли психологии является наблюдение. Однако есть все ос­нования выделить группу методов наблюдения, кото­рые можно считать исключительно психофизиологическими. Это те методы, где удается фиксировать не просто поведенческие акты, но те признаки, которые отражают особенности протекания фи­зиологических процессов при определенных психических состоя­ниях или ситуациях поведения. В прикладных исследованиях комплексный характер психофизиологических исследований обеспечивается применением полиэффекторного метода (комплекса аппаратных методов), включающего регистрацию частоты сердечных сокращений (ЧСС), электропневмограммы (ЭПГ), электромиограммы (ЭМГ), электроокулограммы (ЭОГ), кожно-гальванической реакции (КГР) и целый ряд других параметров.

Эффективность этих методов, которые также принято называть электрофизиологическими методами, зависит от того, насколько четко определены критерии оценки регистрируемых показателей, и от того, насколько адекватно используются данные параметры для решения поставленных задач.

Большое количество параметров потребовало их унификации и систематизации приемов анализа и оценки изменений психофизиологических функций. Они были приведены исследователями к единой форме.

	Электроокуло- графия			Магнито-энцефалография

Рисунок 2 - Аппаратные методы психофизиологического исследования

В перечень показателей, отражающих динамику регистрируемых параметров, вошли следующие показатели: длительность, латентный (скрытый) период, средние значения амплитуды и частоты реакций за определенный интервал времени, пространственно-временное распределение показателей и другие характеристики (Проблемы системного исследования, 1986). Постепенно исследователи перешли от стремления получать информацию о как можно большом количестве показателей к отбору характеристик, доминирующих в данном виде деятельности, необходимых и достаточных для оценки ее рациональности, организации и эффективности.

Электрофизиологические методы можно считать специфичны­ми для психофизиологии (кроме того, их широкое медицинское применение очевидно). В основе этих методов лежит то обстоя­тельство, что жизнедеятельность любой ткани есть электрохими­ческие по своей сути явления. Возбуждение клетки представляет собой изменение проницаемости клеточных мембран, формиро­вание встречных ионных потоков калия и натрия и, как следствие, возникновение потенциала действия. Последующая реполяризация клеточной мембраны сопровождается возникновением потен­циала покоя. Современные технические возможности позволяют использовать микроэлектродную регистрацию импульсной актив­ности нервных клеток у животных в свободном поведении. У че­ловека это можно сделать лишь в исключительных случаях в усло­виях оперативного вмешательства в структуры мозга. Именно по­этому далеко не все методы «классической» психофизиологии при­менимы в психофизиологии профессиональной деятельности.

Клеточные ансамбли, образующие отдельные органы (сердце, головной мозг, мышцы, желудок, глазные яблоки), являют собой с точки зрения физики диполь, т.е. образование, имеющее элект­рический заряд, отрицательный и положительный полюса. Рабо­та перечисленных органов есть перемещение этих диполей в про­странстве, которое можно регистрировать, измеряя разность по­тенциалов. Эта измеренная и зафиксированная разность потен­циалов и образует графическую картину электрической активно­сти мозга, сердца, мускулатуры и др. Анализ этих показателей, регистрируемых в процессе трудового процесса, позволяет раскры­вать механизмы функционирования человека, те психические функ­ции, которые участвуют в трудовом процессе.

Электроэнцефалограмма. В 1875 г. английский хирург Ричард Кэйтон впервые показал, что у животного можно зарегистриро­вать электрическую активность мозга. При помощи аппаратуры, которая по современным стандартам была чрезвычайно малочув­ствительной, Кэйтону удалось показать, что на поверхности сен­сорной коры кролика при воздействии света на глаза возникали характерные электрические изменения, а в отсутствие света мож­но было наблюдать регулярную фоновую электрическую актив­ность.

Позднее аналогичные наблюдения были сделаны относитель­но человека австрийским психиатром Хансом Бергером (1929). Во время хирургических операций на мозге Бергер смог зафиксиро­вать электрические потенциалы мозга. Кроме того, он установил, что электрические характеристики этих сигналов зависят от со­стояния испытуемого. Наиболее заметными были синхронные волны относительно большой амплитуды (около 50 микровольт) с характерной частотой около 10 циклов в секунду. Бергер назвал их «альфа-волнами» и противопоставил высокочастотным «бета-вол­нам», которые появляются, когда человек переходит в более ак­тивное состояние.

Бергер считал, что обнаружил физиологический показатель, аналогичный электрокардиограмме (ЭКГ): подобно тому, как ЭКГ может быть индикатором общего состояния сердечной мышцы, электроэнцефалограмма (ЭЭГ) представляет собой индикатор общей активности мозга. Дальнейшие исследователи показали, что ЭЭГ как отражение кода работы мозга значительно более сложное образование, чем другие электрофизиологические характеристи­ки.

В большинстве случаев электрическая активность мозга реги­стрируется у поверхности головы. Только такое отведение называ­ется электроэнцефалографией (ЭЭГ), хотя этот термин часто упо­требляют для обозначения прямой регистрации с поверхности коры или даже записи с помощью подкорковых вживленных электродов. ЭЭГ является наиболее перспективным, но пока наименее расшиф­рованным источником данных для психофизиолога. Ключевыми показателями ЭЭГ, важными для анализа психического состояния человека, служат частота и амплитуда мозговых волн.

Выделяют следующие частоты ЭЭГ: альфа-, бета-, тета- и дель­та-ритмы. Альфа-ритм — относительно высокоамплитудные син­хронные волны с частотой около 10 Гц (8—13 Гц), появляющиеся главным образом в затылочных отведениях, когда человек бодр­ствует, но находится в расслабленном состоянии. Бета-волны, — низкоамплитудные асинхронные колебания более высокой час­тоты (более 13 Гц), сопровождающие состояние активного бодр­ствования (Линдсей, Ливанов и др.). Позднее к классификации Бергера (выделившего две частоты — альфа и бета) были добавле­ны еще две полосы частот — тета (4—8 Гц) и дельта (менее 4 Гц). Это разбиение на группы по частоте более или менее произволь­но — оно не соответствует каким-то физиологическим категори­ям. Их связь со степенью «психической активации» представляет­ся довольно слабой, так как есть много исключений. Например, у взрослых людей при эмоциональных переживаниях обнаружива­ются колебания тета-частоты. Кроме того, эта классификация не подходит одинаково для всех возрастов. Альфа-ритм появляется лишь в раннем подростковом возрасте. Индивидуальная картина ЭЭГ может быть весьма разнообразной. Для определения доми­нантной полосы частот используют анализ Фурье, который пред­ставляет собой специальный прием обработки данных ЭЭГ с вы­делением частотных параметров. Другая важная характеристика спонтанных ритмов мозга — это их амплитуда, т. е. величина элек­трических изменений. Амплитуда и частота колебаний связаны друг с другом. Амплитуда более высокочастотных бета-волн со­ставляет обычно только одну десятую амплитуды более медлен­ных альфа-волн у одного и того же человека. Для анализа характе­ристик ЭЭГ широко применяется вычислительная техника.

Еще один традиционный показатель ЭЭГ — это «блокада аль­фа-ритма», т.е. внезапное, очень резкое уменьшение амплитуды альфа-волн, которое обычно происходит при предъявлении раз­дражителей. Например, если на глаза испытуемого падает свет, в затылочных отделах мозга у него обычно происходит блокада аль­фа-ритма. При этом различным классам психических состояний ставится в соответствие специфическая тенденция изменения спектрального и амплитудного состава ЭЭГ. Появление бета-волн свидетельствует о нарастающей напряженности в работе человека.

В настоящее время применяются более сложные методы ана­лиза ЭЭГ — усреднение вызванных потенциалов (УВП) и отрица­тельное отклонение медленного потенциала (ООМП). Оба пока­зателя основаны на «усреднении» спонтанных ритмов. Главный принцип состоит в том, что при многократном повторении како­го-то раздражителя низкоамплитудные кратковременные измене­ния ЭЭГ в ответ на него можно выделить, устранив фоновую элек­трическую активность.

Электрические разряды мозга генерируют очень слабые маг­нитные поля. Коэн в Массачусетском технологическом институ­те впервые смог зарегистрировать эти поля на расстоянии 5 см от кожи в сильно экранированной комнате. Напряженность та­ких полей имеет величину порядка 10" гаусс, что составляет около 1/100 000 случайного магнитного фона в условиях города. Поэтому магнитоэнцефалография (в ее основе лежит открытие Джозефсона) требует в настоящее время очень сложного и дорогого оборудо­вания. Однако благодаря возможности безэлектродной регистра­ции активности мозга этот метод считается весьма перспективным. На основе этого открытия созданы СКВИДы — сверхпроводнико­вые квантомеханические интерференционные датчики. Они по­зволяют получать информацию об электрической активности моз­га без традиционных датчиков, используемых в обычной ЭЭГ.

Кожно-гальваническая реакция (КГР). Изменения электри­ческой активности кожи (ЭАК) регистрируются посредством по­лиграфа (специального аппарата, аналогичного электрокардиографу). Одним из первых исследователей КГР был Карл Юнг, который рассматривал КГР как объективное физиологическое «окно» в бессознательные процессы. Он впервые предположил, что вели­чина электрической реакции кожи отражает, по-видимому, сте­пень эмоционального переживания. Чем сильнее переживания человека, связанные с каким-либо событием, тем выше амплиту­да колебаний разности потенциалов между участками кожи.

ЭАК связывают, главным образом, с активностью потоотде­ления, однако физиологическая основа ее до конца не изучена. У человека на теле имеется 2 — 3 млн потовых желез, причем на ладонях и подошвах их в несколько раз больше, чем на других участках тела. Обычно, например, на ладонях и подошвах бывает около 400 потовых желез на квадратный сантиметр поверхности, около 200 — на лбу и около 60 — на спине.

Главная функция желез — поддержание постоянной темпера­туры тела. Однако некоторые из них активны и при сильных эмо­циональных переживаниях и разных формах деятельности субъек­та. Такого рода железы сосредоточены на ладонях и подошвах и, в меньшей степени, на лбу и под мышками. ЭАК обычно и исполь­зуется как показатель такого «эмоционального» и «деятельностного» потооделения. В исследованиях ее обычно регистрируют с кончиков пальцев или с ладони биполярными неполяризующимися электродами.

Существуют два способа исследования электрической актив­ности кожи, которые были открыты еще в конце XIX в.: метод Фере, в котором используется внешний источник тока, и метод Тарханова, в котором внешний источник тока не применяется. В настоящее время считается, что существуют некоторые разли­чия в физиологической основе показателей, измеряемых этими ме­тодами. Многочисленные исследования этого вопроса позволили выдвинуть два главных положения: 1) активность потовых желез отражает определенные события, происходящие в головном моз­ге. Ключевым элементом для предсказания реакции потовых же­лез оказалась «психологическая значимость» события для челове­ка; 2) величина реакции потовых желез закономерным образом связана с интенсивностью осознаваемых переживаний.

В психофизиологии профессиональной деятельности КГР ис­пользуется для оценки эмоционального реагирования в ответ на профессиональную задачу, уровня сформированности трудового навыка и других задач. Кроме того, регистрация КГР лежит в ос­нове так называемой детекции лжи, т.е. определения степени ис­кренности при ответах на интересующие исследователя вопросы. Процедура детекции лжи построена на анализе сигналов КГР и других психофизиологических показателей, снимаемых с испытуе­мого во время обследования. В качестве вопросов (стимулов) могут использоваться текстовые, графические или звуковые образы.

Электромиография (ЭМГ). Это регистрация суммарных ко­лебаний потенциалов, возникающих в области нервно-мышечной передачи и мышечных волокнах при поступлении к ним импуль­сов от мотонейронов спинного или продолговатого мозга. В на­стоящее время применяются различные варианты подкожных (игольчатых) и накожных (поверхностных) электродов. Последние в силу их атравматичности и легкости наложения имеют более широкое применение. Обычно пользуются биполярным отведе­нием, помещая один электрод на участке кожи над серединой («двигательной точкой») мышцы, а второй — на 1 — 2 см дистальнее. Во время покоя скелетная мускулатура всегда находится в со­стоянии легкого тонического напряжения, что проявляется на ЭМГ в виде низкоамплитудных (5 — 30 мкВ) колебаний частотой 100 Гц и более. Даже при локальном отведении электрической активнос­ти от расслабленной мышцы обычно наблюдаются колебания ча­стотой 6—10 Гц. При готовности к движению, мысленному его вы­полнению, при эмоциональном напряжении и других подобных случаях, т.е. в ситуациях, не сопровождающихся внешне наблю­даемыми движениями, тоническая ЭМГ возрастает как по ампли­туде, так и по частоте. Например, чтение «про себя» сопровожда­ется увеличением ЭМГ активности мышц нижней губы, причем, чем сложнее или бессмысленнее текст, тем более выражена ЭМГ. При мысленном письме у правшей усиливается мышечная актив­ность поверхностных сгибателей правой руки, что выявляется на ЭМГ. Амплитуда и частота ЭМГ прежде всего определяются коли­чеством возбужденных двигательных единиц, а также степенью синхронизации развивающихся в каждой из них колебаний потен­циала.

В психофизиологии профессиональной деятельности ЭМГ при­меняется при анализе сложного трудового действия, как правило, при так называемой полиэффекторной регистрации деятельно­сти (см. выше).

Электроокулография. Это регистрация движений глаз, важ­ного показателя в психофизиологическом эксперименте. Окулография может производиться посредством записи движений глаза на видеокамеру, тогда как электроокулография — на специальную аппаратуру типа полиграфа. Его использование позволяет регис­трировать амплитуду движения глаз (определяется в угловых гра­дусах) и время фиксации. Существует восемь основных видов дви­жений глаз. Три вида движения — тремор (мелкие, частые колеба­ния амплитудой 20 — 40 угловых секунд), дрейф (медленное, плав­ное перемещение глаз, прерываемое микроскачками) и микросак-кады (быстрые движения продолжительностью 10 — 20 мс и амп­литудой 2 — 50 угловых минут) — относят к микродвижениям. Из макродвижений наибольший интерес в психофизиологии представляют макросаккады и прослеживающие движения глаз. Макросаккады отражают обычно произвольные быстрые и точные сме­щения взора с одной точки на другую, например, при рассматри­вании картины, при зрительном контроле быстрых точных дви­жений руки и т.д. Их амплитуда варьирует в пределах от 40 до 60 угловых градусов. Прослеживающие движения глаз — плавные пе­ремещения глаз при отслеживании движущегося объекта в поле зрения. Прослеживающие движения глаз носят непроизвольный характер, их амплитуда ограничивается пределами моторного поля глаза (плюс-минус 60 угловых градусов по горизонтали и плюс-минус 40 угловых градусов по вертикали).

Наиболее распространенным методом регистрации движений глаз является электроокулография. По сравнению с другими окулографическими методами (фотооптический, фотоэлектрический и электромагнитный), электроокулография исключает контакт с глазным яблоком, может проводиться при любом освещении и тем самым не нарушает естественных условий зрительной активно­сти. В основе электроокулографии лежит дипольное свойство глаз­ного яблока — его роговица имеет положительный заряд относи­тельно сетчатки. Электрическая и оптическая оси глазного ябло­ка фактически совпадают, и поэтому электроокулограмма (ЭОГ) может служить показателем направления взора. При движении глаза угол его электрической оси отклоняется, что приводит к из­менению потенциалов, наводимых диполем глазного яблока на ок­ружающие ткани. Именно эти потенциалы регистрируются электроокулографическим методом.

В психофизиологии профессиональной деятельности окулография применяется при анализе микроструктуры исполнительно­го действия. Есть данные о том, что момент принятия решения опе­ратором находит выражение в определенной глазодвигательной ак­тивности. Методы анализа проблемностей и таксономии межсаккадических интервалов (МСИ) движений глаз (разработаны Ю.Я.Голиковым и А.Н.Костиным), регистрируемых с помощью ЭОГ, позволяют раскрывать содержание и оценивать психические процессы разного качества деятельности операторов.

Заключения о результате проведенного исследования как правило относятся к профессиональной психофизиологической пригодности, к психофизиологическому статусу, к функциональному состоянию и работоспособности персонала. Такие заключения выносятся только на основании конкретных методик и с помощью автоматизированных средств психофизиологического обследования.

Методы комплексной оценки психофизиологического состояния работника

Методы изучения психофизиологических состояний (ПС) име­ют давнюю историю, которая начиналась с исследований, глав­ным образом, психиатров, направленных на выяснение особен­ностей текущего состояния человека. К числу первых методов оп­ределения неблагоприятных состояний в трудовой деятельности (стресса, напряженности) относится вариант ассоциативного эк­сперимента, предложенный немецким психиатром Э. Крепелином. Он установил, что свободные ассоциации (первое пришедшее на ум слово) в ответ на специально подобранные тестовые слова у таких людей существенно отличаются от нормы. Первое массовое использование тестов выявления особых неблагоприятных состо­яний относится к периоду Первой мировой войны, в ходе которой солдаты американской армии заполняли опросник Вудвортса. Опросник содержал перечень вопросов, направленных на выяв­ление признаков военного невроза.

По своей сути эти методы оценивают запас функциональных резервов работника (так называемые адаптационные возможно­сти), которые постоянно расходуются на поддержание равновесия между организмом и средой в процессе осуществления профессио­нальной деятельности. Адаптационные возможности представля­ют собой одно из фундаментальных свойств организма. В каждый момент времени существует некоторый положительный или отри­цательный баланс функциональных резервов по отношению к не­которому среднему уровню. Оценка адаптационных возможнос­тей организма работника осуществляется путем определения со­отношения между нагрузками, которым подвергается работник в процессе трудовой деятельности, и диапазоном компенсаторных реакций на них со стороны различных систем и организма в це­лом. Нарушение этих соотношений приводит к дезадаптационным явлениям — состояниям утомления и переутомления, ошибкам и бракам в работе.

К числу наиболее информативных показателей динамики со­стояния обычно относят различные параметры сердечно-сосуди­стой (в частности, анализ вариабельности сердечного ритма), ды­хательной систем (частота дыхания, пробы Штанге (время задер­жки дыхания на вдохе), Генча (время задержки дыхания на выдо­хе)), другие показатели: тремометрия (оценка степени дрожания); простая и сложная зрительно-моторные реакции; стабилографическая проба.

Другая группа методов изучения состояний работника основана на регистрации КГР, используемой как один из наиболее четких критериев уровня активации. К перспективным направлениям ис­следований относят оценку суточных и нагрузочных колебаний гор­мональных сдвигов. В качестве типичных коррелятов повышенной напряженности и стресса обычно указывают на увеличение содер­жания в крови и моче работающего человека 17-оксикортикостеро-идов, «гормонов стресса» — адреналина и норадреналина. Широ­кое применение находят так называемые нагрузочные пробы, на­правленные на выявление резервных возможностей организма.

При очевидных достоинствах методы регистрации физиологи­ческих показателей имеют и серьезные ограничения. Например, такой широко используемый показатель, как ЭЭГ, характеризу­ется высокой вариабельностью у одного и того же лица в стан­дартных условиях измерения, с одной стороны, и одинаковыми тенденциями изменения при развитии различных состояний — с другой. В связи с этим одной из центральных задач такого рода из­мерений становится решение проблемы индивидуальных различий, что применительно к конкретной ситуации тестирования приоб­ретает характер создания «физиологического профиля личности».

Таким образом, в распоряжении психофизиологии профессио­нальной деятельности имеется специальный инструментарий (на­блюдение, тесты, электрофизиологические методы, моделирова­ние и эксперимент), который позволяет оценивать работу анализаторных систем человека в процессе труда, исполнительных ме­ханизмов деятельности, осуществлять комплексную оценку пси­хофизиологического состояния работника.

О других способах исследования психофизиолога речь пойдет далее.