Использование компьютерной системы
оценки психической работоспособности
в режиме домашней лаборатории
© Т. М. Смирнова © В. Н. Крутько
Институт системного анализа ФИЦ ИУ РАН,
Москва
smirnova.tatyana@gmail.com krutkovn@mail.ru
Аннотация Компьютерная система «СОПР-мониторинг» [1]
была разработана при участии сотрудников ГНЦ РФ
Компьютерная система «СОПР-мониторинг» была - ИМБП РАН – ведущей российской организации в
разработана нами для целей психофизиологического сфере медико-биологического обеспечения
мониторинга в экспериментальных исследованиях в пилотируемых космических объектов и
области космической медицины. Этот фундаментальных исследований в области
компьютерный инструмент был использован в космической биологии и медицины. «СОПР-
разнообразных экспериментах, в том числе в мониторинг» представляет собой компактную
международном проекте «Марс-500». В домашних компьютерную реализацию ряда тестовых методик,
условиях система «СОПР-мониторинг» применялась которые традиционно используются в космической
в целях многолетнего индивидуального мониторинга медицине и показали высокую информативность.
умственной работоспособности, сенсомоторной Ранее некоторые из этих методик имели аппаратную
координации и психо-эмоционального состояния. реализацию, а анализ психологического состояния
Анализ данных этого исследования позволил космонавтов и испытателей-добровольцев
выявить ряд индивидуальных особенностей в осуществляли с помощью анкетирования в
динамике психо-эмоционального состояния и бумажном виде.
работоспособности: долговременные тренды, Управление работой системы «СОПР-
суточные и годичные ритмы, чувствительность к мониторинг» организовано по принципу меню. На
экстремальным погодным условиям. Результаты каждом этапе работы на монитор выводятся кнопки
индивидуального мониторинга могут быть управления для выбора возможных вариантов
использованы в целях оптимизации режима труда и действий пользователя и подсказки, описывающие
отдыха, в особенности в условиях удаленной работы. возможные действия.
Исследование выполнено при финансовой Перед началом первого сеанса работы
поддержке Минобрнауки РФ в рамках проекта № пользователь должен зарегистрироваться, указав
14.607.21.0123. фамилию, имя, отчество, дату рождения и пол. Два
поля – «Профессии» и «Виды спорта», - отражающие
1 Цели и методы исследования имеющийся у пользователя опыт, не обязательны для
заполнения, однако содержащаяся в них информация
Исследование было проведено в целях проверки
может оказаться важной для интерпретации
возможностей использовать компьютерную систему
результатов мониторинга.
«СОПР-мониторинг», эффективность которой была
После первичной регистрации или выбора
многократно подтверждена в экспериментах по
нужного имени в списке зарегистрированных
изучению состояния и работоспособности человека в
пользователей последовательно предъявляется
условиях реальных и моделированных факторов
следующий набор тестовых методик:
космического полета, для оценки индивидуальных
8-цветовой тест Люшера;
характеристик состояния и работоспособности при
тест САН (самооценка самочувствия,
выполнении привычной профессиональной
активности и настроения);
деятельности в домашних условиях.
непрерывный счет в автотемпе (НСАТ);
реакция на движущийся объект (РДО);
Труды XVIII Международной конференции тест Спилбергера-Ханина на реактивную
DAMDID/RCDL’2016 «Аналитика и управление тревожность;
данными в областях с интенсивным тест Люшера повторно.
использованием данных», Ершово, 11-14 октября Таким образом, набор тестовых методик
2016 обеспечивает оценку наиболее лабильных
235
компонент психической работоспособности – участвовали 6 испытателей из России, Италии,
умственной работоспособности и сенсомоторной Франции и Китая.
координации, а также оценку психо-эмоционального В целях исследования возрастной динамики и
состояния. Реализация теста САН в системе «СОПР- половых различий психо-эмоционального состояния
мониторинг» несколько отличается от и умственной работоспособности система «СОПР-
традиционного бланкового метода. Как и в мониторинг» была использована при обследовании
бланковом варианте, последовательно предъявляется профессионально однородной группы из 10 мужчин
30 пар контрастных утверждений относительно и 17 женщин в условиях привычной
состояния пользователя, но шкала оценки близости профессиональной деятельности [6].
состояния к одному из крайних вариантов – не Также эта система была использована в
дискретная с 3 градациями с каждой стороны, а клиническом исследовании в рамках
непрерывный интервал от -1 (наихудшее возможное межведомственного проекта «Живи долго!» [3].
состояние) до 1 (наилучшее состояние). По 30 Целью данного проекта, выполненного на базе ГКБ
ответам вычисляются интегральные оценки по всем № 11 города Воронежа, являлись исследование
трем шкалам теста, которые заносятся в файл динамики старения и апробация методов замедления
результатов. старения в условиях современного российского
В процессе выполнения методики НСАТ в города. В рамках этого проекта были обследованы
течение 3 минут на монитор последовательно лица пожилого возраста (51 - 87 лет; всего 80
выводятся однозначные числа зеленого, красного человек), поэтому наиболее сложная нагрузочная
или синего цвета. Пользователь должен, начиная с проба – тест НСАТ – не использовалась. С прочими
исходного числа, в дальнейшем все зеленые числа тестами обследуемые успешно справились, что
прибавлять, а красные – вычитать из предыдущей доказывает удобство системы тестирования и ее
суммы, набирая результат на цифровой клавиатуре. приемлемость для лиц со значительно более низкими
В случае появления синего числа необходимо функциональными возможностями, чем у
повторить предыдущий результат. По результатам космонавтов и испытателей, допущенных к участию
этого теста фиксируются общее число выполненных в экспериментах в области космической медицины.
операций и число правильных ответов, а также В домашних условиях система «СОПР-
рассчитывается показатель точности счета – мониторинг» была использована для многолетнего (с
процентная доля правильных ответов. марта 2007 г. по май 2016 г., всего 190 сеансов)
После вызова теста РДО на экране появляется тестирования одним человеком. Это исследование
окружность с неподвижной меткой и шариком, не имело заранее заданного плана, поэтому
который начинает двигаться по окружности. Задача интервалы между сеансами варьировали от
пользователя – нажимать на клавишу неполных суток до 286 дней. Тестирование
каждый раз, когда подвижная метка касается осуществлялось в разное время суток в перерывах в
неподвижной. Продолжительность теста – около 3 процессе работы за компьютером – либо выполнения
минут, за это время шарик проходит 30 кругов. В привычной профессиональной деятельности, либо
файле результатов фиксируется время ошибки поиска информации для различных индивидуальных
реакции для каждого круга (если на каком-то круге целей. В ходе домашнего тестирования была
клавиша не была нажата, - пробел), а также использована возможность заносить в файлы
расчетные величины – средний модуль ошибки результатов комментарии, уточняющие условия
(СМО), средняя величина ошибки (СО) и тестирования.
максимальный модуль ошибки (ММО). Для анализа результатов домашнего мониторинга
В тесте Спилбергера-Ханина пользователь были использованы методы корреляционного,
должен выбрать один из четырех предлагаемых регрессионного и дисперсионного анализа.
вариантов ответа на 20 последовательно задаваемых Вычисления выполнены с помощью пакета Statistica.
вопросов. Результатом теста является интегральная
оценка реактивной тревожности. 2 Результаты и обсуждение
Система «СОПР-мониторинг» применялась в
разнообразных экспериментах, проведенных на базе 2.1 Долговременные тренды
ГНЦ РФ - ИМБП РАН [2, 4, 5, 7] и посвященных Анализ многолетних тенденций изменения
исследованию индивидуальной и среднегрупповой состояния организма и работоспособности
динамики психо-эмоционального состояния и представляет интерес в первую очередь в плане
работоспособности в малых группах испытателей– выявления возрастных трендов. В таблице 1
добровольцев на фоне имитации комплекса факторов приведены значения коэффициентов корреляции
космического полета. Продолжительность между выборками показателей мониторинга и рядом
экспериментов соответствовала длительности моментов наблюдений (за начало отсчета было
реальных и проектируемых космических миссий – от принято начало первого сеанса). Достоверное
нескольких суток до 520 суточного эксперимента по снижение качества деятельности было отмечено по
моделированию пилотируемого полета на Марс с всем показателям теста НСАТ, но не по показателям
высадкой на поверхность планеты, в котором теста РДО. Самооценка состояния ухудшалась со
236
временем по всем параметрам, однако значимых динамики этих показателей. Не были монотонными
изменений тревожности не наблюдалось. Вклад изменения даже наиболее тесно коррелированных со
линейной временной компоненты в динамику временем показателей умственной
показателей мониторинга был невелик, - работоспособности (рисунки 1 и 2). В отдельные
коэффициент детерминации ни в одном случае не годы наблюдался рост этих показателей, что
достигал 20%. Линейная аппроксимация даже свидетельствует о наличии иных, помимо
наиболее тесно коррелированных со временем возрастных изменений, факторов, влияющих на
показателей по формуле: уровень умственной работоспособности.
y=A+B*t,
где y – показатель мониторинга, Таблица 3 Уровни значимости связи показателей
t - время, мониторинга с годом наблюдения.
A и B – коэффициенты,
показала, что среднегодовое снижение показателей Показатели p
умственной работоспособности и самооценки Число правильных ответов 5,2E-08
состояния не превышало нескольких процентов от Число операций 6,9E-08
начального уровня (таблица 2). Точность 3,9E-03
СМО 1,1E-07
Таблица 1 Корреляционные связи показателей СО 2,4E-04
мониторинга со временем регистрации. ММО 7,1E-06
Самочувствие 4,5E-04
Показатели r r^2, % p Активность 7,5E-05
Число правильных - Настроение 5,9E-07
ответов 0,427 18,3 0,000 Тревожность 0,371
-
Число операций 0,423 17,9 0,000
-
130
Точность 0,205 4,2 0,005
Число правильных ответов
- 120
СМО 0,050 0,2 0,498
110
СО 0,043 0,2 0,559
- 100
ММО 0,071 0,5 0,330
- 90
Самочувствие 0,254 6,4 0,001 80
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Активность 0,178 3,2 0,016 Год наблюдения
- Рисунок 1 Динамика числа правильных ответов по
Настроение 0,374 14,0 0,000 годам наблюдения
-
Тревожность 0,033 0,1 0,648 Примечание: на этом и всех следующих рисунках
приведены средние и стандартные ошибки среднего.
Таблица 2 Параметры линейного тренда
показателей мониторинга. 101
100
Показатели A B, B*1год, %
Точность, %
99
1/год A
Число правильных 98
ответов 119,5 -1,3 -1,1 97
Число операций 119,9 -1,3 -1,0 96
Точность, % 99,6 -0,1 -0,1 95
Самочувствие 0,59 -0,02 -2,6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Активность 0,34 -0,01 -2,6 Год наблюдения
Настроение 0,51 -0,02 -3,6 Рисунок 2 Динамика точности счета по годам
наблюдения.
Однако при более детальном рассмотрении
динамики показателей мониторинга можно увидеть, Показатели ошибки сенсомоторной реакции
что связь с фактором времени была значимой и для снижались не только в первые 2-3 года тестирования
показателей сенсомоторной реакции (таблица 3). Это (что можно было бы связать с эффектом обучения),
свидетельствует о немонотонном характере но и в дальнейшем – на шестой год по сравнению с
237
пятым (рисунки 3 и 4). Монотонный рост СМО и СО
1,0
(но не ММО), который можно было бы связать с
возрастными изменениями, имел место, начиная 0,8
Самочувствие
только с седьмого года наблюдения.
0,6
0,4
СМО СО
50
0,2
Ошибка реакции, мс
40
0,0
30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Год наблюдения
20
10
Рисунок 5 Динамика самочувствия по годам
наблюдения.
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1,0
Год наблюдения
0,8
Рисунок 3 Динамика среднего модуля и средней
Активность
ошибки реакции по годам наблюдения. 0,6
0,4
0,2
160
0,0
140
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
120
Год наблюдения
ММО, мс
100
80 Рисунок 6 Динамика активности по годам
60 наблюдения.
40
20 1,0
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,8
Настроение
Год наблюдения
0,6
Рисунок 4 Динамика максимального модуля 0,4
ошибки реакции по годам наблюдения.
0,2
0,0
Динамика показателей самооценки состояния
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
также не была монотонной, причем вид всех трех Год наблюдения
кривых был различен (рисунки 5-7).
Различному характеру временной динамики Рисунок 7 Динамика настроения по годам
показателей мониторинга не может быть дано наблюдения.
однозначное объяснение на основе имеющейся Таблица 4 Уровни значимости связи показателей
информации об условиях исследования на всем его мониторинга со временем суток.
протяжении. Отсюда следует, что при проведении Показатели p
мониторинга вне строго контролируемых условий Число правильных ответов 0,050
научного эксперимента необходимо более Число операций 0,043
подробное описание условий тестирования. Точность 0,094
СМО 0,004
2.2 Суточная периодичность СО 0,002
Анализ суточных периодичностей ММО 0,001
работоспособности важен для определения Самочувствие 0,015
оптимального режима труда и отдыха. Активность 0,000
Для анализа суточных периодичностей время Настроение 0,275
выполнения тестов было категоризировано по Тревожность 0,008
двухчасовым интервалам. Результаты Умственная работоспособность была
дисперсионного анализа связей между показателями значительно ниже в ночное время по сравнению с
мониторинга приведены в таблице 4. Почти для всех дневными и вечерними часами Максимальная
показателей, за исключением точности счета и работоспособность имела место в период от 8 до 10
настроения, эта связь оказалась статистически часов утра, после чего довольно плавно снижалась
значимой. вплоть до полуночи (рисунок 8).
238
связан с интеллектуальной нагрузкой, чем с
130
сенсомоторной. Результаты исследования суточных
125
ритмов позволяют оптимальным образом
Число операций
120
организовать распределение разнохарактерных
115
видов деятельности в течение суток.
110
105 0,8
100
0,7
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
0:00
Самочувствие
Время суток, час. 0,6
Рисунок 8 Суточная периодичность числа 0,5
операций. 0,4
0,3
Максимальная эффективность сенсомоторной
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
0:00
деятельности также отмечалась между 8 и 10 часами
Время суток, час.
утра, но затем ошибка реакции резко возрастала
(рисунок 9). Во второй половине дня сенсомоторная Рисунок 10 Суточная периодичность самочувствия.
координация улучшалась, и между 22 и 24 часами
0,6
имел место второй минимум ошибки. Таким
образом, точки наилучшей и наихудшей
0,5
работоспособности для двух видов деятельности –
Активность
умственной и сенсомоторной – неодинаковы. 0,4
40 0,3
35 0,2
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
0:00
СМО, мс
30
Время суток, час.
25
Рисунок 11. Суточная периодичность
активности.
20
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
0:00
36
Время суток, час.
34
Рисунок 9 Суточная периодичность среднего
Тревожность
32
модуля ошибки. 30
28
Суточная динамика самочувствия не имела 26
сколько-нибудь выраженного закономерного
24
характера (рисунок 10). Максимум в интервале 6-8
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
часов был получен за счет единственного сеанса, 0:00
Время суток, час.
пришедшегося на этот интервал времени, и не может
считаться закономерным. Рисунок 12 Суточная периодичность тревожности.
Среди показателей самооценки состояния
наиболее выраженная циркадианная динамика имела 2.3 Сезонная периодичность
место для показателя активности (рисунок 11). Если Наличие цирканнулярных (т.е. окологодичных)
исключить из рассмотрения единственное ритмов в динамике многих физиологических и
наблюдение в интервале 6-8 часов, то максимум психологических показателей может сказываться и
активности приходится на 8-10 часов, т.е. совпадает на показателях работоспособности. В связи с этим
с максимумами эффективности как умственной, так была исследована динамика показателей
и сенсомоторной деятельности. Период мониторинга по месяцам года. Как видно из таблицы
выраженного спада активности соответствует 5, связь с фактором «месяц года» была значимой для
снижению качества сенсомоторной координации. В всех показателей эффективности деятельности,
то же время максимальные уровни тревожности кроме точности счета, но не значимой – для
соответствуют периоду максимальной умственной показателей психологического состояния.
работоспособности (рисунок 12), что, вероятно, Колебательный характер помесячной динамики
является проявлением напряжения, связанного с умственной работоспособности не позволяет
этим видом деятельности. Это предположение выявить какой-либо явной закономерности (рисунок
согласуется с тем фактом, что тестирование 13). В динамике СМО и СО выражено резкое
выполнялось на фоне работы за компьютером, повышение в весенние месяцы (рисунок 14). Самый
характер которой в значительно большей степени низкий уровень эти показатели имели в период с
239
сентября по декабрь. Такой результат позволяет мониторинга к этому природному воздействию мы
предположить, что для данного обследуемого сравнили средние значения показателей за весь
целесообразно было бы по возможности переносить четвертый год наблюдения (чтобы исключить
на этот период года работы, требующие высокой влияние сезонной вариабельности) в период жары и
точности реакции. вне этого периода. Чувствительными к данному
воздействию оказались только два показателя –
Таблица 5 Уровни значимости связи показателей точность счета и настроение (таблица 6). При этом
мониторинга с месяцем наблюдения. точность в период жары была ниже, но настроение –
выше, чем в обычных погодных условиях.
Показатели p Повышение настроения, не сопровождающееся
Число правильных ответов 0,025 улучшением самочувствия, отражает, по-видимому,
Число операций 0,036 не столько индивидуальную переносимость жары,
Точность 0,400 сколько индивидуальный механизм мобилизации в
СМО 5,24E-10 неблагоприятных условиях, обеспечивающей
СО 9,05E-10 устойчивый уровень почти всех мониторируемых
ММО 2,07E-05 показателей работоспособности.
Самочувствие 0,084
Активность 0,644 Таблица 6 Показатели мониторинга,
Настроение 0,137 чувствительные к экстремальной жаре.
Тревожность 0,437
Показатели Период 4-й год без p
130
жары периода
жары
Число правильных ответов
125
Точность, % 98,8±0,2 99,5±0,2 0,017
120 Настроение 0,46±0,03 0,34±0,03 0,013
115
110
105
Заключение
100 Результаты мониторинга с помощью системы
Янв Фев Мар Апр Май Июн Июл Авг Сен Окт Ноя Дек «СОПР-мониторинг» позволили выявить ряд
индивидуальных особенностей работоспособности и
Рисунок 13 Среднемесячные уровни числа психо-эмоционального состояния, которые имеет
правильных ответов. смысл учитывать в целях оптимального
СМО СО планирования режима труда и отдыха. Это особенно
значимо для работающих в дистанционном режиме.
50
Система «СОПР-мониторинг» может быть
использована в домашних условиях для тренировки
Ошибка реакции, мс
40
умственной работоспособности и сенсомоторной
30
деятельности.
20 Пользователь, достаточно подготовленный в
10
области планирования эксперимента и анализа
данных, может с помощью данного компьютерного
0
инструмента организовать для себя и членов своей
Янв Фев Мар Апр Май И юнИ юл Ав г Сен Окт Ноя Дек
семьи исследование показателей психической
Рисунок 14 Среднемесячные уровни ошибки работоспособности при любых условиях и
реакции. воздействиях, представляющих интерес, и
Возможно, что слабо выраженная годичная разрабатывать оптимальные режимы труда и отдыха
периодичность умственной работоспособности самостоятельно.
связана с тем, что для данного испытателя этот вид Блок индивидуального мониторинга психической
деятельности является основным. Многолетняя работоспособности и психо-эмоционального
тренировка, вероятно, подавляет вариабельность состояния может быть включен в интернет-среду,
показателей привычного вида деятельности. обеспечивающую, с одной стороны, статистический
анализ данных, накопленных отдельными
2.4 Чувствительность к экстремальным пользователями, и передачу результатов анализа
погодным условиям пользователям, а с другой – накопление и анализ
В основном настоящее исследование проходило в больших объемов обезличенных данных. Такой
комфортных погодных условиях. Однако на вариант организации мониторинга и оптимизации
четвертый год мониторинга пришелся период режимов деятельности на основе его результатов
экстремальной жары и загрязненности воздуха летом может быть реализован в рамках разрабатываемой в
2010 г. Для оценки чувствительности показателей ИСА РАН интернет-системы персонализированной
240
поддержки здоровьесбережения через личный исследования в условиях 520-суточной
кабинет пользователя. Данный подход позволил бы изоляции. Авиакосмическая и экологическая
использовать результаты индивидуального медицина, 48(3), 2014, с. 25-29.
мониторинга как в целях индивидуального и [6] V.N.Krutko, T.M.Smirnova, I.M.Larina,
семейного здоровьесбережения, так и в качестве G.Y.Vasilieva. Mental performance and
элемента системы социально-гигиенического sensomotoric coordination as markers of bioage:
мониторинга, обеспечивающего оценку sexual differences, nonlinear effects,
работоспособности и психо-эмоционального phsychophysiological correlations. VI European
состояния на популяционном уровне. Congress: Healthy and Active Ageing for All
Europeans. July 5-8, 2007, Saint Petersburg,
Литература Russia. Advances in Gerontology, 2007, volume
20, № 3, p. 49.
[1] Т. М. Смирнова, В. Н. Крутько, А. Ф.
[7] D. M. Shved, V. I. Gushin, A.G. Vinokhodova, I.
Быстрицкая, А. Г. Виноходова, И. М. Ларина.
Использование компьютерной системы «СОПР- A. Nichiporuk, G. Y. Vasilieva.
мониторинг» для анализа психической Psychophysiological adaptation and
работоспособности в условиях привычной communication behavior of a human operator
профессиональной деятельности и в сложных during 105-day isolation. Human Physiology,
условиях. Труды Института системного анализа 40(7), 2014, p. 797-803.
Российской академии наук, т. 19, 2006, с. 156-
170. Utilization of computerized evaluation
[2] А. Г. Виноходова, Т. М. Смирнова, А. Ф. of mental performance in home lab mode
Быстрицкая, В. Н. Крутько. Использование Tatyana M. Smirnova, Vyacheslav N. Krutko
компьютерных методов оценки «СОПР-
мониторинг» для оценки работоспособности Computer system "SOPR-monitoring" has been
при моделировании факторов космического developed for the purposes of psycho-physiological
полета. Авиакосмическая и экологическая monitoring in experimental research in the field of space
медицина, 41(6), 2007, с. 48-52. medicine. This computer-based tool was used in various
[3] В. Н. Крутько, Т. М. Смирнова, М. В. Силютина, experiments, including the international project "Mars-
О. Н. Таранина. Психологические и клинико- 500". At home, "SOPR-monitoring” was applied to
физиологические корреляты старения у multi-year individual monitoring of mental performance,
женщин. Вестник восстановительной sensomotoric coordination and psycho-emotional state.
медицины, № 2, 2015, с. 2-6. Analysis of the data from this study revealed a number of
[4] А. Г. Виноходова, А. Ф. Быстрицкая, Т. М. individual features in dynamics of psycho-emotional
Смирнова. Способность к психической state and performance: long-term trends, daily and
саморегуляции как фактор устойчивости к annual rhythms, sensitivity to extreme weather
стрессу в экстремальных условиях conditions. The results of individual monitoring can be
космического полета. Авиакосмическая и used in order to optimize the work/rest schedules,
экологическая медицина, 39(5), 2005, с. 14-18. especially in the context of remote job.
[5] В. И. Гущин, Д.М. Швед, М. А. Левинских, А. Г. The reported study was funded by Ministry of Education
Виноходова, О. Б. Сигналова, А. Е. and Science of Russia according to the research project
Смолеевский. Экопсихологические № 14.607.21.0123.
241