Система автоматизованого контролю функціонального стану людини, що перебуває у ергатичній системі «особа-комп'ютер»

Abstract

Сучасний етап розвитку суспільства характеризується швидким поширенням різноманітних інформаційних технологій (IT) у навчальні та виробничі процеси. Зростає напруженість праці на фоні зниження фізичної активності людей. Дисертаційне дослідження присвячено обґрунтуванню особливостей впливу ергатичного середовища на зміни функціонального стану для запобігання погіршення здоров’я суб’єктів навчання. У процесі дослідження проведено перевірку наявності кореляційних зв’язків між параметрами функціонального стану людини (ФСт), що визначаються варіабельністю серцевого ритму та реовазографією, а також електричними параметрами шкіри мікрозон на тілі людини. Вперше було відкрито явище стійкості електропровідності в контрольних точках на тілі людини, отримано авторське свідоцтво від 18.08.2014 № 56102. Явище полягає у сталості розрахованих середніх значень параметрів електрошкірних характеристик (ЕШХ) контрольних мікрозон, обчислених відповідно до запропонованого способу виміру, окремо для накопичуваного масиву вимірів кожної мікрозони, за статистичним правилом опрацювання однорідних даних. Основними науковими результатами дослідження є наступні. Вперше запропоновано модель автоматизованої системи управління ФСт в ергатичному комп’ютерному середовищі на основі контролю ЕШХ у мікрозонах. Вперше виявлено й описано явище середньої стабільності середніх значень параметрів ЕШХ у контрольних точках на тілі людини. Розроблено інтегральний критерій зміни функціонального стану осіб у ергатичних системах, на основі параметрів ЕШХ контрольних мікрозон. На його основі сворено новий метод визначення ФСт. Вперше виявлено кореляційний зв’язок між рівнем результатів, отриманих студентами за підсумкове тестування на базі автоматизованої тестуючої системи, та відносною зміною параметрів ФСт, визначеною стандартним поширеним методом реєстрації параметрів варіабельності серцевого ритму на базі запропонованого автором методу контролю ЕШХ мікрозон (МЗ). На базі методів варіабельності серцевого ритму (ВСР) та реовазографії (РВГ) досліджено ФСт у системі «людина – комп’ютер». Статистично доведено взаємозв’язок між параметрами ФСт, виміряних методами ВСР, РВГ та змінами параметрів ЕШХ, на основі кореляційного аналізу. Аналіз показників ВСР свідчить, що під час роботи в ергатичній навчальній системі в осіб відбулися активізації як симпатичного, так і парасимпатичного відділів ВНС. У контрольній групі зміни показників ВСР показували підвищення активності парасимпатичного відділу ВНС. За даними РВГ, у досліджуваній групі виявлено асиметрію кровонаповнення дрібних судин, що дорівнює 40 %, та зростання тонусу середніх і дрібних артеріол – до 17 % від початкового рівня, що свідчить про утруднення венозного відтоку в судинах верхніх кінцівок. Окремо перевірено вплив початкового стану тривожності особи, яка працює в системі «людина – комп’ютер», на зміни параметрів ФСт при роботі. Виявлено кореляційний зв’язок між параметрами стану осіб, отриманими методами ВСР, РВГ і ЕШХ МЗ із урахуванням впливу попереднього стану тривожності за допомогою методів математичної статистики. Розроблено алгоритм визначення зміни ФСт в ергатичних системах на основі узагальненого критерію припустимого розкиду параметрів ЕШХ контрольованих мікрозон. Проведено кластерний аналіз параметрів функціонального стану осіб за двома моделями: показників ВСР та параметрів ЕШХ МЗ. Доведено, що контроль ЕШХ МЗ є так само інформативним, як контроль ВСР. Розроблено модель та програмне забезпечення системи автоматизованого контролю ФСт при роботі в ергатичній навчальній системі на основі моніторингу параметрів ЕШХ контрольних мікрозон та запропонованого методу оброблення результатів ЕШХ на базі явища сталості середніх значень ЕШХ МЗ. Створено блок-схему та систему дистанційного контролю стану особи, яка працює в комп’ютерному середовищі, з метою своєчасного виправлення негативного впливу на стан здоров’я особи, яка навчається, за допомогою технологій Bluetooth і Wi-Fi. Результати дослідження можуть стати основою для вдосконалення методів моніторингу ФСт в ергатичних системах, через побудову приладів дистанційного контролю функціонального стану осіб. The modern stage of development of society is characterized by the rapid spread of various IT in educational and production processes. The tension of labor is increasing against the backdrop of a decrease in physical activity of people. The dissertation research is devoted to the substantiation of the peculiarities of the influence of the ergatic environment on changes in the functional state to prevent the deterioration of the health of subjects of education. In the research process, verifying the existence of correlations between a person’s functional state parameters determined by the heart rate variability and rheovasography, and the skin electrical parameters of the microzones on the person’s body, was carried out. The phenomenon of the electro conductivity stability at the control points on the human body was first opened and described and Copyright certificate No. 56102, August 18, 2014 was received. The phenomenon consists in the stability of the calculated averages of skin electrical parameters in the control microzones. Averages calculations were provided in accordance with the method proposed by the author, separately for the accumulated array of measurements of each microzone, by the rule of processing homogeneous data, which makes it possible to determine the permissible limits of changes in the parameters of the electroskin parameters of each control microzone separately. The main scientific results of the study are the next. For the first time a model of the automated control system for the person’s functional state in an ergatic computer environment based on the electroskin parameters control in the microzones, is proposed. The phenomenon of the average electro conductivity stability at the control points on the human body was discovered and described for the first time. An integral criterion for changing the functional state of individuals in ergatic systems was developed, based on the parameters of the skin electrical parameters of the control microzone. It is based on a new method of determining the functional state of person. Correlation between the level of results obtained by students for the final testing on the basis of the automated testing system, and the relative changed parameters was founded. The functional state of individuals was defined by: the standard common method of recording the parameters of heart rate variability; proposed method of the electroskin characteristics control (ESC). On the basis of the methods of heart rate variability (HRV) and reovazography (RVG), the functional state of person in the system of «person – computer» was investigated. The interconnection between the parameters of functional state of person, measured by the methods of HRV, RVG and changes in ESC parameters, is statistically proved on the basis of correlation analysis. The analysis of the indicators of HRV shows that during the work in the ergatist educational system, the activists of both the sympathetic, and the parasympathetic departments of the VNS have become active. In the control group, changes in the HRV indices showed an increase in the activity of the parasympathetic VNS. According to the data of RVG, in the study group the asymmetry of blood vessels filling small vessels, equal to 40 %, and the increase in the tone of medium and small arterioles - up to 17 % of the baseline level were revealed, indicating the complication of venous outflow in the vessels of the upper limbs. The possible influence of the initial state of anxiety of the person working in the «person – computer» system on the changes in the parameters of the functional state during his work, determined by the methods of heart rate variability, rheovasography and ESC is checked. The correlation between the parameters of the status of the persons obtained by the methods of heart rate variability and rheovasography, and skin electrical parameters, is determined. An algorithmic model of the application of the integral criterion for the rapid assessment of the change in the functional state of the persons working in the ergatic training system, based on the parameters of ESC, was developed. A general model of the ergatic training system with the automated system for monitoring the change in the functional state of a person when working in the ergatic training system using the integral criterion of ESC is developed. The efficiency of the work of the ergatic training system supplemented by the control system of the person’s traits was investigated. A block diagramand the system of the remote control of the state of a person working in a computer environment has been created with the goal of timely correcting the negative impact on the student’s health status using Bluetooth and Wi-Fi technologies. A new method of processing human’s functional state characteristics and building the conclusions regarding changes in it is proposed. It is proved that this new method has a high correlation with the parameters of the functional state of a person, obtained by well-known and widely used control methods, but simpler in execution.