Тезисы докладов

Вид материала

Содержание

Бесконтактная диагностика умственного утомления операторов при работе с компьютером
Элементы обратной инженерии нейронных систем на уровне базовых информационных процессов

Подобный материал:

1 ... 59 60 61 62 63 64 65 66 ... 96

БЕСКОНТАКТНАЯ ДИАГНОСТИКА УМСТВЕННОГО УТОМЛЕНИЯ ОПЕРАТОРОВ ПРИ РАБОТЕ С КОМПЬЮТЕРОМ

В.В.Дементиенко¹⁾, А.Н.Пучкова²⁾, О.Н.Ткаченко²⁾, В.Б.Дорохов²⁾

¹⁾Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, Москва; ²⁾Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва

Одним из путей предотвращения возможных катастроф в про-мышленности и на транспорте является использование компью-терных систем диагностики негативных функциональных состоя-ний со сниженной работоспособностью по физиологическим пока-зателям (Fatigue Detection System). В настоящее время большие надежды возлагаются на бесконтактный метод видеорегистрации движения глаз (eye tracking technology – видеотрекинга). Опыт разработок такого рода систем для водителей показал трудность надежной регистрации движения глаз у свободно движущегося водителя в кабине автомобиля. Однако есть много видов малоподвижной профессиональной деятельности по управлению сложными процессами, отражающимися на экране компьютера, что облегчает применение технология видеотрекинга для диагностики состояния утомления операторов.

Нами была разработана методика моделирования умственного утомления в лабораторных условиях, позволяющая непрерывно регистрировать движения глаз и рук оператора. Согласно инструкции, испытуемые с максимальной скоростью и точностью решали появляющиеся на экране компьютера арифметические задачи. После вычисления ответа требовалось щелкнуть мышью по примеру и выбрать правильный ответ из двух появлявшихся на экране путем щелчка мышью по правильному ответу. Траектория движение взора испытуемого регистрировалось с помощью бесконтактной системы видеотрекинга (Eyegaze Development System, LC Technologies, USA), параллельно шла запись движений курсора мыши и электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Такая схема позволяла одновременно анализировать динамику изменения показателей координации зрительной и моторной систем, вызываемых умственным утомлением.

В результате проведенных пилотных исследований (10 человек, 20 экспериментов) было показано, что оператор может поддерживать эффективность работы на стабильном уровне, однако в связи с недостаточным уровнем утомления заметных изменений в параметрах движений глаз не произошло. Тем не менее умственное утомление сказывалось на последующей деятельности, а степень восстановления зависела от типа отдыха. После часа спокойного бодрствования скорость работы постепенно снижалась, в то время как после сна работоспособность восстанавливалась и не снижалась в ходе второй сессии. Предварительные результаты были представлены на конференциях (Puchkova A.N. et al., 2011, 1, 2, 3).

После проведения пилотных исследований методика была модифицирована для получения более выраженного умственного утомления за счет усложнения выполняемых задач и удлинения времени их выполнения.

Литература

Puchkova A.N., Tkachenko O.N., Dorokhov V.B., Dementienko V.V. 2011. Evaluation of mental fatigue by eye and hand movement parameters // Abstracts of the 16th European Conference on Eye Movements, p. 172.
Puchkova A.N., Tkachenko O.N., Dorokhov V.B. 2011. Daytime nap recuperates psychomotor activity affected by mental fatigue // Abstracts of the 51st Annual Meeting of Society for Psychophysiological Research. Boston, MA. p. 133.
Пучкова А.Н., Ткаченко О.Н., Королева Н.В., Дорохов В.Б. 2011. Ум-ственное утомление: восстановление зрительно-моторной координации после дневного сна // Материалы 6-й Российской (с международным учас-тием) школы-конференции «Сон – окно в мир бодрствования». М., p. 89.

ЭЛЕМЕНТЫ ОБРАТНОЙ ИНЖЕНЕРИИ НЕЙРОННЫХ СИСТЕМ НА УРОВНЕ БАЗОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

В.Л.Дунин-Барковский, В.Б.Котов, И.А.Смирнитская, А.И.Жуков

Научно-исследовательский институт системных исследований РАН, Москва

Одним из главных фокусов нейроисследований последнего времени становится уровень многонейронной интеграции при максимальном учёте биофизики составляющих нейронный ансамбль элементов.

Проведенные в 2009–2011 гг. работы по проекту «Исследование соотношения сетевых и пейсмейкерных механизмов дыхательной ритмики в цикле бодрствование-сон» были направлены на сокращение разрыва между системным и нейронными уровнями анализа физиологических процессов. В частности, нами было показано, что возможна организация как пачечной ритмической активности отдельных нейронов, так и системная ритмическая активность нейронных групп, обусловленная взаимодействием процессов на наружной мембране нейрона и на мембране эндоплазматического ретикулума. Результаты получены при учёте свойств большого числа ионных каналов, встречающихся в нейронах продолговатого мозга. Для оценки возможностей реального взаимодействия моделирования с конкретными физиологическими данными мы провели цикл исследований по настройке нашей модели в соответствии с экспериментальными данными по регистрации нейронов B5 моллюска Helisoma trivolvis. Работа проводилась совместно с Л.Артинян и В.Редером из Отдела биологии Университета штата Джорджия (Атланта, США). Результаты позволили выдвинуть гипотезу о возможности посттормозной отдачи в нейронах без участия каналов, активирующихся при гиперполяризации.

В связи с исследованием вопроса об эфферентных сигналах дыхательного центра мы рассмотрели проблему кодировании непрерывных и дискретных переменных в нейронных структурах. Частотное кодирования нейронами амплитуд воспринимаемых сигналов связано с синхронизацией и десинхронизацией нейронов с общей нагрузкой (например, мотонейронов одной мышцы). Интересен анализ множеств устойчивых состояний (аттракторов) в многонейронных системах. До недавнего времени считалось, что эти состояния формируются либо в процессах обучения под влиянием афферентных сигналов, либо за счёт связей, определяемых физическим расстоянием между телами нейронов (связи типа «мексиканская шляпа»). В последнее время появились данные о том, что межнейронные связи, обеспечивающие аттракторные свойства нейронных сетей, могут формироваться в процессах онтогенеза с помощью молекулярных меток. Мы проанализировали ряд простых механизмов создания и распределения меток для нескольких видов нейронных аттракторов. В частности, исследовались правила создания наборов меток, обеспечивающих квазинепрерывные аттракторы для дискретных решёток для представления непрерывных переменных с размер-ностями d = 1, 2. 3. Кроме того, возможны наборы меток, создающие аттракторы размерности d = 0, то есть сети Хопфилда. Подключение аттракторов к выполнению реальных функций может достигаться обучением-настройкой афферентных и эфферентных связей нейронов с использованием алгоритмов типа персептронов и самоорганизующихся карт Кохонена. Понимание механизмов нейронного кодирования важно для fMRI и MEG. При существующих пространственных разрешениях этих методов регистрации нервных процессов разные паттерны активности нейронов сети должны быть неотличимы друг от друга, поскольку при оптимальном формировании аттракторов активные нейроны разных устойчивых состояний должны быть распределены равномерно и случайно в пространстве, занимаемом нейронной сетью (например, кортикальной гиперколонкой).