Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Методы исследования сенсомоторных реакций человека в процессе спортивной и трудовой деятельности

ВАК РФ 03.00.00, Биологические науки

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Верхало, Юрий Николаевич, Ленинград

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ ИМ.П.Ф.ЛЕСГАФТА

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕНСОМОТОРНЫХ РЕАКЦИЙ ЧЕЛОВЕКА В ПРОЦЕССЕ СПОРТИВНОЙ И ТРУДОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Руководитель кандидат биологических наук, доцент И.П.БАЙЧЕНКО

Научные консультанты:

доктор биологических наук 3•МОЗОЛИНА

кандидат физико-математических наук, профессор В.А.ПЕТРОВ

Ленинград 1970 г.

Кафедра биомеханики

Ю.Н.ВЕРХАЛО

/С05& а. 9 о

ОГЛАВЛЕНИЕ

-■" — стр.

ВВЕДЕНИЕ....................... 5

ГЛАВА X. О МЕТОДАХ РЕФЛЕКСОМЕТРЙИ........... 9

ГЛАВА П. ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕНИ ЗРИТЕЛЬНО-ДВИГАШЬ-НОЙ РЕАКЦИЙ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИЙ СВЕТОВОГО РАЗДРАЖИТЕЛЯ В ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ ПОЛЯ ЗРЕНИЯ.................21

1. Литературный обзор и состояние вопроса. ♦ 21

2. Экспериментальная методика хроноэлек-тропериметрии и сфероэлектрорефлексо-метрии.................28

А* Хроноэлектропериметр ......... 29

Б. Сфероэлектрорефлексометр ....... 32

3. Проведение исследований и результаты. . . 40 Заключение...............50

ГЛАВА Ш. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАТЕНТНОГО И МОТОРНОГО КОМПОНЕНТОВ СЕНСОМОТОРНОЙ РЕАКЦИИ НА ВСТРЕЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ ПРИ ДВИЖЕНИИ САМОГО СУБЪЕКТА (НА ПРШ№РЕ ВОДИТЕЛЕЙ АВТОТРАНСПОРТА). . ... 54

1. Литературный обзор и постановка вопроса.. 54

2. Экспериментальная методика - проекционная рефлексометрия...........70

3. Проведение исследований и результаты. . . 77

Заключение ........ ...... .82

ГЛАВА 1У. ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕНИ ЗРИТЕЛЬНО-ДВИГА-ТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ ПРИ ДЕЙСТВИЙ НЕОЖИДАННЫХ РАЗДРАЖИТЕЛЕЙ ..............86

1. литературный обзор и состояние вопроса . . 86

2. Экспериментальная методика - рефлексо-

метр с плоским ячейковым экраном.....90

3» Проведение исследований и результаты ... 96 Заключение............... 103

стр.

ГЛАВА У. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОТВЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ ПРИ ОГРАНИЧЕНИИ ВРЕМЕНИ ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ..............107

1. Литературный обзор и состояние вопроса. • 107

2. Экспериментальная методика для исследования произвольной регуляции по параметрам пространства, интенсивности прилагаемых усилий и времени. ♦ ...... 113

3. Проведение исследований и результаты . • 116 4« Заключение .............. 121

ГЛАВА У1. ДИНАМИКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА. В

ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ ПО ДАННЫМ АВТОХРОНОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ........124

I. Литературный обзор и состояние вопроса. . 124

V

2. Экспериментальная методика - установка для автоматической графической регистрации ритма и темпа движений ......

3. Проведение исследований и результаты. . Заключение ..............

ГЛАВА УП. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕФЛЕКСОМЕТРОВ-ТРЕНШРОВ В ПРАКТИКЕ ФИЗИОЛОГИИ ТРУДА И СПОРТА. .

Литературный обзор и состояние вопроса .

I. Кинопроекционная рефлексометрия • . .

А. Конструкция установки ......

129 139

148

152 152 1S7 160

Б. Проведение экспериментальных

исследований ........................164

В. Заключение.....................168

2» Исследование реакции оценки размеров

объекта................................170

A. Устройство установки................171

Б. Проведение исследований ..............174

B. Заключение..........................177

Стр.

3. Иитврорвфдвксомвтрия ■ предпосылки

к ее применению.................................177

A. Экспериментальная методика « интерорефдек-сометрия..................181

Б. Проведение исследований и результаты ... 187

B. Заключение...............* 190

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.......................193

ЛИТЕРАТУРНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ...............I 199

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................221

•V-

*

V

*

ВВЕДЕНИЕ

В физиологии труда и спорта решаются две основные задачи - повышение работоспособности и спортивных достижений, с одной стороны, и максимальное сохранение сил и здоровья человека, с другой.

Таким образом, физиологическое формирование труда и физических качеств с непременным учетом энергетических затрат организма, мышечных усилий, напряженности нервной, сердечно-сосудистой и других систем, работы анализаторов человека, распределения нагрузки на его системы и органы в процессе трудовой и спортивной деятельности, а также контроль за состоянием функций организма, оценка возможного утомления, физиологический экспресс-анализ, научные основы профессионального отбора и рационального обучения и тренировки являются предметом исследований физиологов труда и спорта.

Современные методики решения частных задач физиологии тру да и спорта условно можно разделить на две группы:

а) методики наблюдения за особенностями динамики, фазно-стью физиологических процессов в лабораторном (Е.К.Жуков,1948 Е.М.Крепс, 1959; Ю.М.Уфлянд, 1959; В.А.Кожевников, 1960; Е.Б.БабскиЙ и Н.С.Якобсон, 1960 и др.) и производственном экс перименте (К.С.Тоуилов с сотрудниками, 1957; М.И.Виноградов, 1958; И.Т.Акулиничев, 1960; З.М.Золина с сотрудниками, 1960; В.В.Розенблат, 1961; Б.ФЛомов с сотрудниками, 1964-1968; Ю.В.Мойкин, 1968 и др.).

б) моделирование элементов трудовых процессов и спортивной деятельности (Н.В.Зимкин, 1956; Б.С.Вотчал с сотрудника-

ми, 1957; В.С.Фарфель с сотрудниками, 1962; Н.М.Амосов, 1964-; А.Б.Гандельсман с сотрудниками, 1964).

Трудности, связанные с исследованиями в этой области, заставляют нас с каждым годом все более и более убеждаться,что дальнейшее развитие физиологии труда и физиологии спорта невозможно без дальнейшего совершенствования инструментальных (аппаратурных) методов исследований (А.Й.Берг, 1960; В.В.Па-рин, 1968; Р.И.Утямывев, 1968).

По-видимому, не подлежит сомнению, что тот или иной метод изучения физиологических процессов выбирается в соответствии с задачами исследований.

Высоко оценивая значение инструментальных методов, которые применялись в физиологии труда и спорта еще в недалеком прошлом, надо отметить их несовершенство. Появление новых методов с этой точки зрения вызывается невозможностью решения поставленных задач старыми методическими приемами. Поэтому изменяется техническое вооружение методик. Развитие электротехники и её отрасли - электроники, использование её достижений в области биологических и медицинских наук привели в последнее десятилетие почти к полному преобразованию инструментальной техники и к перевооружению физиологии и медицины в целом (Е.Б .Бабский, 1962).

К сожалению, до сих пор при создании многих научных медицинских и биологических приборов часто мало учитываются условия их применения, и это нередко приводит либо к излишнему усложнению и удорожанию приборов, либо к неоправданному их упрощению. Например, с позиции теории информации полоса пропускания всех элементов системы должна быть взаимно согласо-

ванной, так незачем добиваться очень маленькой погрешности от одного из элементов системы, если другие элементы вносят ошибку на порядок более высокую (В.В.Еарин, Р.М.Баевский, 1966). Очень важно, чтобы исследователь умел правильно подобрать аппаратуру в соответствии с поставленной задачей и, если нужно, заменял её узлы; чтобы аппаратура обладала направленностью и точностью, соизмеримой с получаемыми результатами; чтобы она не вносила подозрительных сигналов в выходные данные (Р.Стэси, 1962 ;Э.Пунг , У.Сийман, 1969 ).

Существование молодых разделов медицины и биологии-физио-логии лётного труда и космической медицины - вообще невозможно без применения новых инструментальных методов исследований ф.Т.Акулиничев, Р.М.Баевский, О.Г.Газенко, К.П.Заэыоин, В.Р. Фрейдель, 1964; Р.М.Баевский, 1965).

В настоящей работе мы руководствовались изложенными выше положениями. Частной задачей работы является рассмотрение некоторых методов исследования реакций человека на раздражители, специфичные для трудовой и спортивной деятельности, являющейся частным случаем профессиональной деятельности. В ней обобщены некоторые наши материалы по разработке новых методических приемов исследования физиологических реакций человека и по созданию новых оригинальных физиологических приборов для практической реализации этих методических приемов.

В работе также кратко изложены результаты наших исследований и в комплексе с другими авторами в области физиологии спорта и физиологии труда. Объем диссертации не позволяет полностью привести результаты этих исследований, подтверждающих це-

лесообразность применения предлагаемых нами методических приемов и дать полное техническое описание разработанных приборов и установок. Результаты исследований и описания физиологической аппаратуры изложены в наших книгах и статьях, помещенных в сборниках, журналах, материалах конференций (см.список литературы в конце диссертации).

Эти методические работы послужили основанием для выполнения ряда научных исследований и диссертаций аспирантов, которые были успешно защищены.

Приборы, разработанные нами, признаны Комитетом по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР изобретениями или являются техническими усовершенствованиями и рационализаторскими предложениями (см.перечень в конце диссертации),многие из них демонстрировались на выставках медицинской и биологической аппаратуры и отмечены дипломами, а также медалями ВДНХ СССР.

ГЛАВА I. О МЕТОДАХ РЕФЛЕ ЙЗСОМЕ ТРИЙ

Любая двигательная деятельность человека есть результат сложных и многообразных взаимодействий различных органов и систем его организма с внешней средой. Безусловно, ведущая роль в организации управления движения принадлежит функции центральной нервной системы.

Еще в 1863 году И.М.Сеченов, изучая область зрительных бугров промежуточного мозга, открыл явление торможения в центральной нервной системе. В своем замечательном труде "Рефлексы головного мозга" он впервые убедительно показал "отраженную",рефлекторную природу сознательных движений. Вот что он писал по этому погоду: "Стало быть, и все сознательные движения, называемые обыкновенно произвольными, суть в строгом смысле отраженные" (1908).

Дальнейшее развитие идей И.М.Сеченова о рефлекторной природе двигательных актов находит своё подтверждение в исследованиях И.П.Павлова и его школы. Согласно учению И.П.Павлова все так называемые произвольные и непроизвольные движения детерминированы, и их изучение невозможно будет без учета внешних воздействий.

И.П.Павлов вскрыл физиологическую сущность произвольных движений'; "Я нахожу, - писал он, - что с этими фактами в руках у нас теперь весь физиологический механизм так называемых "произвольных движений" (1951). Изучая физиологию произвольных движений и устанавливая связь кинестезических функций с двигательными клетками высших отделов центральной нервной системы,от ко-

торых по пирамидальному пути идут аферентные импульсы, й.П.Павлов пришел к выводу, что у человека эта связь вырабатывается в течение внеутробного существования и носит условно рефлекторный характер и затем постепенно расширяется и совершенству©тся,особенно в начальном периоде, когда он обучается управлять своими движениями.

Следует также отметить, что в XIX веке исследования,сопутствующие созданию рефлекторной теории нервной деятельности,проводились и за границей. Изучались спинно-мозговые рефлексы и был проведен анализ рефлекторной дуги (Ф.Мажанди и И.Мюллером). Ими обнаружено распределение центробежных и центростремительных волокон в спинно-мозговых корешках (закон Мажанди). Экспериментальные исследования М.Флуренса показали роль больших полушарий головного мозга (у птиц) в возникновении ощущений и произвольных движений.

Известную роль в изучении и хронографировании практической условно-рефлекторной деятельности человека сыграли работы астрономов Бесселя ( E.w.Bessel , 1823), Струве (1824), Ара-го ( Arago , 1842) и др. по измерению так называемой п личной ошибки0 при определении йоординат звезд. Таким образом,было положено начало изучению времени реакции человека. В 1861 г. директор обсерватории в Нейнбурге А.Гирш ( A.Hirsch, 1861 ) опубликовал данные о "физиологическом времени различных органов чувств" - зрения, слуха, осязания, полученные с помощью хроноскопа Гиппа. Этот прибор явился первым рефлексометричес-шш прибором.

Г.Гельмгольц( 1850), Дондерс ( Donders Й.F. , 1868),Экснер ( üxner s. , 1873) эти исследования перенесли на биологичес-

кую почву. К исследованию времени реакции человека было привле чено внимание виднейших физиологов и психологов: Кбттэлла ( JiCatteii , 1886); Меркеля (J.Merkel , 1885); Ланге ( L.Lange , 1888); Пиерона ( H.Pieron , 1909) И МНОГИХ дру г их.

Громадный вклад в изученш природы условных рефлексов внесен русскими физиологами. Природа торможения и связь его с возбуждением углубленно изучалась Н.Е.Введенским ( .1952). Ре флекторные причины - психических процессов человека рассматривались В.М.Бехтеревым (1928). Концентрацию возбуждения в нервных центрах - состояние доминанты - изучал А.А.Ухтомский (Х927, 1934, 1950). В лаборатории К.М.Быкова (1950) успешно исследовалась условно-рефлекторная регуляция деятельности внутренних органов.

Л.А.Орбели (1938, 1959) и А.Н.Крестовников (1939, 1951) в течение многих лет изучали механизмы рефлекторно-мышечной деятельности в физиологии спорта.

В 20-30-х годах вопросы рефлексометрии также изучались В.В .Ефимовым (1929), КЛ.Кекчеевым (1964), Н.А.Бернштейном (1966), А.Г.Ивановым-Смоленским (1933), В.С.Фарфелем (1934), Н.В.Зимкиным (1934, 1936), М.Й.Виноградовым (1958), Г.П.КЬнра-ди (1934), С.А.Косиловым (1955) и многими другими в связи с созданием лабораторий и исследованиями в области физиологии, гигиены труда и изучением вопросов физиологии спорта.

Методы изучения рефлексов и среди них метод условных рефлексов И.П.Павлова являются наиболее общими и всеобъемлющими способами изучения работы больших полушарий головного мозга. И.П.Павлов указывал: "Метод условных рефлексов дает в руки

экспериментатора способ, открывающий широкие перспективы"(1952). Этот способ является объективным физиологическим методом изучения нервных механизмов, лежащих в основе поведения, и опирается на три основные принципа материалистической причинности и взаимосвязи явлений: детерминизм,физиологический анализ и синтез, и единство функций и структуры.

В современной биологии измерение времени рефлекторных реакций как метод оценки функционального состояния нервной системы широко применяется в исследованиях по общей физиологии и гигиене труда, физиологии спорта, спортивной, космической, клинической медицине, фармакологии, токсикологии, радиологии, НОТ и других областях*^. Это объясняется относительной доступностью измерения этого показателя в самых разнообразных условиях, высокой его чувствительностью к различным воздействиям на организм и, что самое главное, - в его адекватных возможностях измерения скрытого (латентного) времени рефлекторной реакции,возникающей в ответ на адекватное для данного рецептора раздражения, и моторного времени двигательного ответа.

Обычно в рефлексе учитывается прежде всего соотношение между силой действующего раздражения, вызывающего рефлекс, и силой и характером ответной реакции. Однако весьма существенно, что вкладывание" ответной реакции происходит именно в течение скрытого периода, что и подчеркивает особое значение этого показателя (A.B.Коробков, С.А.Хитун, 1956; С.И.Горшков, 1963).

I/ В нашей работе под временем реакции мы будем подразумевать время, затрачиваемое на рефлекторную реакцию, но не на физическую-механическую реакцию (например, реакция опоры и т.п.).

Поэтому при изучении рефлекторной деятельности человека время латентного периода выделяется из общего времени реакции. Последнее» впрочем, часто вызывается не научными интересами, а техническими возможностями аппаратуры*

Динамические измерения скрытого времени позволяют делать выгоды о характере изменений в функциональном состоянии нервной системы. В соответствии с высказываниями И.И.Сеченова и И.П.Павлова удлинение скрытого периода необходимо рассматривать как указание на развитие торможения, а его укорочение - как указание на процесс растормаживания. Измерение скрытого времени реакции используется при изучении функционального состояния различных областей нервной системы как физиологическая проба многими исследователями (Д.А.Ошанин, 1956; А.А«Виру, 1962; Г.И. Черняев, 1962; А.С.Батуев, И.П.Никитина, 1963; С.И.Галперин, Н.Э.Татарекий, 1967; А,Б.Гандельсман, 1968; J.Kries, F.Auer-baeh, 1877; P.G.Cheathem, 1952; P.Donaldson, 1958).

Наряду с этим при специальном физиологическом изучении трудовой деятельности человека следует иметь в виду, что обслуживание современной производственной и военной техники связано с выполнением точных, тонко координированных, ограниченных временем действий, выполняемых часто на фоне "шумов" - помех, в условиях, требующих большого физического и эмоционального напряжения. Поэтому исследователю необходимо учитывать время не толь' ко латентного, но и моторного компонентов реакции (А.Ц.Пуни, 1959; Б.Ф.Ломов, 1963; К.К.Платонов, 1965; J.B.Teepie, 1960). Для этой цели применяется цепь хронометрических или хронографических устройств.

Вое вышесказанное можно отнести и к исследованиям в области физиологии спорта (А.Д.Новиков, 1941; А.Н.Крестовников,1951; В%С-;Фарфв*Ь,-19бО;-Н^Ъе^.й.Реск, Н.ЗШЫег, Р.ТгоезсЬ, 1966).

Рефлексометрия пережила периоды большого подъема (р�