Физиологические методы в инженерной психологии и эргономике
Физиологические методы и причины их использования в инженерной психологии и эргономике. Физиологические характеристики человека, используемые в инженерной психологии и эргономике: электроэнцефалограмма, электромиограмма, кожно-гальваническая реакция, электрокардиограмма, электроокулограмма, пневмограмма, речевой ответ, спирометрия, динамометрия, пульсометрия, плетизмография, актография. Общая специфика использования физиологических методов в инженерной психологии и эргономике.
Физиологические методы применяются в инженерной психологии для изучения функционального состояния оператора в процессе трудовой деятельности, для определения реакции различных систем организма на ее выполнение.
Применение физиологических методов в инженерной психологии обусловлено следующими обстоятельствами:
1) Физиологические характеристики имеют важное значение для контроля состояния оператора;
2) Любое психологическое проявление имеет физиологическую основу;
3) В клинической практике и физиологии труда накоплен определенный опыт обработки и анализа физиологических характеристик, а также имеется богатый арсенал приборов для проведения физиологических измерений.
К числу физиологических характеристик, измерение которых наиболее часто используется в инженерной психологии, относятся:
• электроэнцефалограмма,
• электромиограмма,
• кожно-гальваническая реакция,
• электрокардиограмма,
• электроокулограмма,
• пневмограмма,
• речевой ответ.
1) Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) характеризует биоэлектрическую активность головного мозга.
В спектре ЭЭГ содержатся различные составляющие:
· дельта-ритм (частота колебаний 0,5–4,0 Гц),
· тета-ритм (5,0–7,0 Гц),
· альфа-ритм (8,0–12,0 Гц),
· бета-ритм (15–35 Гц),
· гамма-ритм (35–100 Гц).
Преобладание низкочастотных колебаний (дельта- и тета-ритмы) свидетельствует о наступлении тормозного процесса (сон, ослабление бдительности и внимания, утомление и т. п.).
Наличие альфа-волн характеризует состояние нормальной синхронизации основных нервных процессов. Они являются доминирующими у здорового, бодрствующего человека, находящегося в состоянии оперативной готовности к деятельности.
Преобладание высокочастотных колебаний указывает на процесс возбуждения в коре головного мозга. Это бывает характерным при возникновении психофизиологической напряженности во время работы, а также свидетельствует о возникновении эмоциональных состояний.
Помимо ЭЭГ биоэлектрическая активность головного мозга характеризуется также вызванными потенциалами (ВП), возникающими в ответ на внешнее воздействие и в относительно строгой связи с ним.
Одной из разновидностей ВП является реакция навязывания ритма – следование колебаний биопотенциала за частотой ритмического раздражителя. Метод ВП используется при изучении восприятия, внимания, интеллекта, функциональной асимметрии мозга.
Для анализа функционального состояния головного мозга используется также магнитоэнцефалограмма (МЭГ), которая представляет собой регистрацию параметров магнитного поля человека.
Одним из новейших и весьма перспективных методов изучения функционального состояния головного мозга является компьютерная томография (КТ). С его помощью можно получить информацию об изменении активности мозга при различных видах психической деятельности.
Дальнейшим развитием КТ является томография с использованием эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМР-томография) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ).
Эти методы требуют сложного дорогостоящего оборудования, но они являются наиболее перспективными способами изучения головного мозга.
2) Электромиограмма (ЭМГ) представляет собой регистрацию биоэлектрических потенциалов мышц человека, что является весьма чувствительным объективным показателем включения их в динамическую или статическую работу. Такой анализ необходим при изучении рабочей позы и управляющих движений оператора, утомления человека т. .к.. при утомлении уменьшается суммарная активность мышц и средняя амплитуда колебаний.
Кроме того с помощью ЭМГ можно судить о степени эмоционального возбуждения при нервно-напряженной работе человека. В этом случае запись ЭМГ ведется обычно с неработающих мышц, обнаруживающих тем большую активность, чем выше напряженность работающего человека (от лестничных мышц шеи, мышц лба и предплечья).
3) Кожно-гальваническая реакция (КГР) характеризует изменение электрического сопротивления или разности потенциалов кожи.
КГР является одним из наиболее результативных способов регистрации возникновения эмоциональной напряженности у оператора.
При возникновении этого состояния у человека наблюдается падение электрического сопротивления кожи или увеличение разности потенциалов между двумя точками кожной поверхности (от 10–30 мВ/см в нормальном состоянии до 100 мВ/см и более при возникновении эмоциональной напряженности).
4) Электрокардиограмма (ЭКГ) представляет собой регистрацию электрических явлений, возникающих в сердечной мышце.
В инженерной психологии ЭКГ используется для определения напряженности работы оператора. Для этого измеряются: частота сердечных сокращений, систолический и гистографический показатели. При возникновении напряженности в работе оператора рассмотренные показатели ЭКГ, как правило, увеличиваются.
5) Электроокулограмма (ЭОГ) характеризует электрическую активность глазных мышц. Обычно используется раздельная регистрация вертикальных и горизонтальных движений глаз. При этом знак потенциала ЭОГ указывает направление перемещения взгляда, а его величина – угол перемещения.
ОГ применяется для анализа работы зрительной системы оператора со средствами отображения информации, для анализа распределения и переключения внимания оператора в процессе работы и других целей.
При обработке ЭОГ анализируются количество движений и миганий в единицу времени, амплитуда и длительность движений (перемещений взгляда), а также длительность фиксаций взгляда.
Ранее для регистрации движения глаз использовался оптический метод. На глаз с помощью присоски крепилось зеркальце, и блик от него фиксировался на фотокимографе. Присоска вызывает дискомфорт, но этот метод до сих пор иногда используют в академических целях, потому что он очень точный. Затем широкое распространение получила электроокулография.
Сейчас на смену электроокулографии пришли приборы, называемые «ай-трекерами» (eyetracker), построеные по принципу видеоокулографии.
Eyetracking – это система регистрации движения глаз, которую еще иначе называют видеоокулографией, и бывает она двух типов. Первый тип – это так называемые «носимые» системы, которые надеваются на голову в виде больших очков или специальных оптических устройств. На голове человека монтируется некая система – видеокамера, направленная вперед, фиксирует обстановку перед ним, глаз подсвечивается слабым или инфракрасным источником света, отраженный от глаз блик образует световую метку, которая через оптические световоды микшируется в видеосигнал от камеры.
6) Пневмограмма (ПГ) представляет собой запись параметров внешнего дыхания человека. Она используется для оценки психофизиологической напряженности, возникающей у человека при выполнении той или иной деятельности.
В состоянии возбуждения или напряжения частота дыхания увеличивается до 50–60 вдохов в минуту, наблюдается также уменьшение глубины дыхания и укорочение фазы выдоха относительно фазы вдоха.
7) Речевой ответ (РО)изучается по спектральным и временным характеристикам речи оператора. По изменению интонации голоса, которая сопровождается изменением спектрального состава звуковых колебаний, можно судить о возникновении эмоциональных состояний оператора, напряженности и утомления в его работе.
Информация об этих состояниях содержится также и во временных параметрах РО. Например, при развитии утомления увеличиваются длительность произнесения слов и пауз между ними, а также их дисперсии.
Все рассмотренные методы достаточно широко используются в инженерно-психологических исследованиях. Но кроме них для исследования деятельности оператора при проведении эргономических исследований используются также и другие методы. К ним прежде всего относятся:
· спирометрия,
· динамометрия.
· пульсометрия,
· плетизмография,
· актография,
8) Спирометрия представляет собой метод исследования жизненной емкости легких путем измерения объема выдыхаемого воздуха; этот метод используется для характеристики непроизвольных сдвигов уровня активации в ходе, например, суточного цикла работы. Для ее проведения используют специальные приборы: спирометры или спирографы.
9) Динамометрия позволяет на основе измерения величины усилий, которые может показать человек, оценить мышечное утомление, статическую и динамическую выносливость, а также величину волевого усилия.
10) Пульсометрия заключается в измерении частоты пульса. Ее изменение интегрально отражает различные стороны психофизиологического напряжения: мышечного, терморегуляторного, нервно-эмоционального и др. Поэтому частота пульса при осуществлении той или иной деятельности может использоваться для оценки сложности выполняемых трудовых операций. Увеличение частоты пульса наблюдается при мышечной работе, эмоциональном возбуждении и в меньшей степени при выполнении напряженной умственной деятельности. В момент выраженного напряжения частота пульса (частота сердечных сокращений) может достигать 150 – 180 ударов в минуту.
11) Плетизмография представляет собой методику регистрации сосудистых реакций организма и заключается в определении изменения объема органов человека, зависящих от состояния кровеносных сосудов.
П. пользуются при изучении функционального состояния сердечно-сосудистой системы, изменений распределения крови в организме при физической и умственной работе, утомлении, различных эмоциях, а также под влиянием тепла, холода, тактильных и др.
12) Актография – метод автоматической регистрации двигательной активности человека во времени. Различают общую и дифференцированную актографию. Первая обеспечивает регистрацию двигательной активности организма в целом (общая активность), вторая – регистрацию специфической двигательной активности (например, тремор). Актография осуществляется при помощи специальных тензодатчиков, которые преобразуют механические параметры движений в регистрируемые электрические сигналы. Актография – хороший индикатор определения утомления и напряженности оператора, она позволяет бесконтактно получать информацию о его функциональном состоянии.
Наиболее известной разновидностью дифференцированной актографии является оценка тремора.
Тремор – это непроизвольные ритмические мышечные сокращения, вызывающие колебательные движения конечностей человека. Он постоянно сопровождает произвольные движения и поддержание статической позы тела. Тремор усиливается при утомлении, а также при переживании сильных эмоций. По величине тремора можно определить наличие у оператора этих явлений. Для оценки тремора используются различные методы: прямые и косвенные. Одним из наиболее распространенных является метод, основанный на исследовании сенсомоторной координации оператора при прослеживании им криволинейного контура.
Электрофизиологические методы (регистрация кардиограммы, пульса, дыхания, кожно-гальванической реакции и т. п.) позволяют обеспечить непрерывность контроля, они просты в реализации. Однако они требуют установки на теле операторов датчиков или электродов, что создает неудобства, отвлекает и мешает его работе.В инженерно-психологических исследованиях в подавляющем большинстве случаев эти методы не имеют самостоятельного значения, а используются, как правило, в сочетании с психологическими и другими методами, в определенной степени дополняя их.