Глава 1. Литературный обзор
1.1. Оценка и контроль функциональных состояний систем организма.
Оценка и контроль функциональных состояний (ФС) человека в процессе выполнения им профессиональных задач является актуальной задачей инженерной психологии, важной для повышения эффективности деятельности во многих отраслях человеческой практики. Состояния психического перенапряжения, монотонии, утомления являются реальными источниками снижения эффективности и надежности деятельности операторов сложных систем, летчиков, космонавтов и др.
В большой мере это касается также административно-управленческого аппарата и лиц умственного труда, а также людей, занимающихся бизнесом. Безопасность для общества многих производств напрямую зависит от текущего ФС работающих на этих производствах. Оценка ФС важна на этапе проектирования современных средств управления, а также экологичности рабочего места, режима работы и содержания труда. Эффективное решение проблемы диагностики ФС чрезвычайно актуально при разработке адаптивных автоматизированных систем, в которых информация о ФС человека оперативно используется для управления уровнем психической нагрузки.
В таких системах нуждаются пилоты, авиадиспетчеры, водители, машинисты электропоездов, железнодорожные диспетчеры и многие другие. Оценка здоровья любого человека также имеет отношение к проблеме ФС. Раннее выявление состояний хронического утомления и переутомления очень важно в профилактике болезней. Контроль за ФС особенно актуален в процессе подготовки спортсменов для достижения ими высоких результатов без вреда для здоровья. В настоящее время, несмотря на огромное количество работ в данном направлении, проблема ФС остается далека от своего решения, как в плане понимания этиологии, так и диагностики. Данное пособие направлено на представление обобщенных данных по физиологической основе ФС, а также существующей практике оценки различных ФС человека.
Специальное место в пособии при рассмотрении вопроса о природе различных ФС уделяется клеточным адаптивным реакциям. До сих пор здесь много неясного. Однако без понимания характера биологических реакций клеток образующих ткани, органы и системы организма нельзя понять возможность нахождения различных элементов и организма в целом в разных ФС, а также разработать точные методы их диагностики. Много неоднозначного есть и в определении самого понятия «функциональное состояние».
Многие годы понятие ФС использовали не только для обозначения текущей возможности эффективного поведения, но и для обозначения разных уровней сознания (сна, бодрствования), а также при описании разных форм мотивационно-эмоционального поведения (внимания, эмоционального возбуждения и т. п.). Разночтения имеют место и при использовании понятия ФС при изучении различных уровней организации многоклеточных систем. Все это вкупе с отсутствием ясности в физиологической картине ФС при применении термина к разным явлениям в живых системах сделало проблему к настоящему времени чрезвычайно запутанной, требующей хотя бы какого-то анализа и обобщений.
1.2. Понятие функционального состояния организма.
Понятие функциональное состояние широко используется в современном обществе. В настоящее время говорят о ФС дорог, зданий, машин, а также человека и его отдельных органов и систем органов. Термин «функциональное состояние» уже давно используется в биологии, отражая внедрение системной (механистической) методологии в понимание принципов устройства и деятельности живых организмов.
Применение термина ФС в физиологии человека имеет место начиная с клеточного уровня. Однако смысл в данное понятие при этом вкладывается часто совершенно разный.
Одними исследователями на уровне целого организма в качестве ФС рассматриваются сон, бодрствование и его вариации: спокойное бодрствование, активное бодрствование, эмоциональное возбуждение, различные формы когнитивной и творческой активности (Д. Б. Линдсли, В. Блок, Н. Н. Данилова, В. П. Ильин и др.). Другие к ФС человека относят состояния текущей работоспособности, в том числе – утомление (В. И. Медведев, Г. М. Зараковский, В. П. Зинченко, А. Б. Леонова и др.). На уровне нервных клеток в качестве ФС чаще всего выступают возбуждение, торможение и покой (П. Г. Костюк, В. В. Шерстнев, В. П. Никитин, Н. В. Голиков, А. Г. Копылов, Н. П. Мовчан и др.), а утомление при этом вообще не рассматривается. Н. Е. Введенский под ФС возбудимых образований понимал текущую возможность генерации ими возбуждения и его проведения. Е. Н. Соколов, рассматривая вопрос о ФС нервных клеток, говорит о реактивности нейрона и изменении порога генерации потенциала действия.
Разночтения определяются во многом отсутствием общепринятого определения понятию ФС. Рассмотрим существующие подходы к раскрытию данного термина, основными из которых можно считать три. I. Активационный подход.
С точки зрения этого подхода разные ФС – это разные степени физиологической активности организма, обусловленные разными уровнями нервной активации [Линдсли, 1960; Блок, 1970; Хомская, 1977; Данилова, 1992; Ильин, 2005]. При этом понятие ФС и физиологическое состояние рассматриваются как синонимы [Ильин, 2005]. Так, Н. Н. Данилова [1992], раскрывая понятие ФС, определяет его как фоновую активность нервных центров, при которой и реализуется та или иная конкретная деятельность человека. В словаре «Психология» под ред. А. В. Петровского и М. Г. Ярошевского [1990] можно найти такое определение данному термину: ФС – это фоновая активность нервной системы, в условиях которой реализуются те или другие поведенческие акты животных и человека. Количество градаций активности нервной системы определяет возможное количество ФС.
Согласно данному подходу, все ФС можно выстроить в некую упорядоченную последовательность (континуум) состояний, различающихся по степени нервной активации. Наиболее часто при этом рассматривают континуумы «сон-бодрствование» и «кома-сверхвозбуждение».
При этом к ФС относят кому или терминальное состояние, сон и бодрствование в целом, а также разные уровни сна и бодрствования: глубокий сон, поверхностный сон, дремота, пробуждение, пассивное (спокойное) бодрствование, активное бодрствование, настороженное бодрствование, эмоциональное возбуждение, сверхвозбуждение [Линдсли, 1960; Моруцци, 1969; Блок, 1970]. Такие же психические состояния, как утомление, бодрость и стресс вообще не фигурируют в качестве ФС. Представление об уровнях бодрствования как состояниях активации своим успехом обязано прежде всего активационной теории Д. Линдсли [1960] и исследованиям неспецифических отделов нервной системы – ретикулярной формации мозга [Блок, 1970; Мэгун; 1965; Хомская, 1977].
При данном подходе помимо механизма, определяющего те или иные поведенческие акты, позиционируется существование в нервной системе отдельного механизма, определяющего ФС. Основная роль при этом отводится так называемой «модулирующей неспецифической системе мозга». ФС, с этой точки зрения, – это фон нервной деятельности в виде неспецифической нервной активации. Общий функциональный уровень (тонус), на фоне которого развивается тот или иной процесс, и есть ФС. Таким образом, согласно активационному подходу, ФС – это состояния разной физиологической активности, отражающие, в свою очередь, разные степени нервной активации, т. е., в конечном итоге, ФС – это разные активационные состояния. Делаются попытки соотнести разную активность нервной системы (т. е. разные ФС) с эффективностью деятельности. Однако последовательное увеличение активации не приводит к линейному возрастанию эффективности поведения. Чаще всего говорится о существовании колоколообразной зависимости между ними или в виде перевернутой U-образной кривой.
Эта зависимость известна в психологии также под названием закона Йеркса – Додсона. Согласно данному закону, как низкая, так и очень высокая активность негативно отражаются на качестве деятельности. Существует так называемый оптимум нервной активации для выполнения определенной умственной или физической работы. Показан целый ряд «признанных» показателей активации: изменения биоэлектрической активности мозга (частотноамплитудные характеристики ЭЭГ, показатели пространственной синхронизации, периодичности колебаний, асимметрии волн ЭЭГ и др.), вегетативные сдвиги (изменения величины кожного сопротивления, частота пульса, дыхания, величина диаметра зрачка, гормональные сдвиги), позотонические реакции и изменения электрической активности мышц [Блок, 1970; Хомская, 1977].
Однако установить прямую связь между динамикой того или иного показателя и изменением уровня бодрствования удается далеко не всегда, а если и удается, то только в самом общем виде. До сих пор не имеется точных показателей нервной активации, которые бы позволяли диагностировать оптимум ФС. II. Деятельностный подход. С позиции этого подхода ФС рассматривают как системный ответ организма (интегральную реакцию, результат) на включение в ту или иную деятельность.
Он наиболее распространен среди инженерных психологов [Медведев, 1970; Диагностика функциональных состояний …, 1974; Зинченко, Леонова, Стрелков, 1977; Леонова, 1984; Медведев, Леонова, 1993]. Согласно этому подходу, ФС – это системная реакция организма, выражающаяся в виде интегрального динамического комплекса наличных характеристик тех функций и качеств индивида, которые прямо или косвенно обуславливают выполнение деятельности [Медведев, 1970]. А. Б. Леонова [1984] с этих позиций определяет ФС в общем как характеристику возможности человека выполнять конкретный вид деятельности.
Любое ФС есть продукт включения субъекта в некоторую деятельность, в ходе которой оно формируется и активно преобразуется, оказывая при этом обратное влияние на успешность реализации последней. Согласно данному подходу любое ФС человека возникает в процессе деятельности. При этом в качестве индикатора ФС выступает показатель эффективности деятельности.
Снижение эффективности деятельности при сохранении метаболических затрат рассматривается как признак изменения ФС в сторону его ухудшения. В качестве ФС выступают оперативный покой, состояния работоспособности: монотония, утомление, переутомление, а также различные формы физиологического и психологического стресса. С позиции данного подхода здоровье – это также ФС организма, обеспечивающее человеку возможность в конкретных условиях социокультурного бытия в наибольшей степени реализовывать потенциал заложенных в нем генетических программ [Вайнер, 2001].
При этом понятие ФС не подпадают такие психические феномены, как мотивационные и эмоциональные состояния, состояния сознания: сон, бодрствование, внимание и др. Данный подход не усматривает прямой связи ФС с уровнями активации нервной системы, а также не позиционирует существование какого-либо специфического механизма нервной деятельности, отвечающего за ФС.
ФС – это интегральная (целостная) реакция организма на включение в ту или иную деятельность, обуславливающая успешность этой деятельности.
Механизм разных ФС с точки зрения этого подхода должен быть связан с накоплением физиологических изменений в работающих органах, системах и организме в целом. III. Адаптационный подход. Согласно данному подходу
ФС – это интегральная характеристика напряжения адаптационных механизмов организма.
Поскольку любой вид деятельности, по сути, представляет собой адаптивную реакцию организма, связанную с определенной мобилизацией биологических ресурсов, а текущее состояние отражает ту или иную степень мобилизации и истощения адаптационных резервов, то возможно рассмотрение ФС с позиции степени напряжения и истощения системных адаптационных механизмов при реализации адаптивного поведения [Баевский, Кириллов, Клецкин, 1984; Баевский, Берсенева, 1997]. ФС в этом случае отражают разный уровень адаптации организма к внешней среде, т. е. степень (уровень) адаптированности.
Выделяются следующие ФС: состояние удовлетворительной адаптации, состояние неудовлетворительной адаптации и состояние срыва адаптации (дезадаптация), механизм возникновения которых связывается с разным напряжением регуляторных систем организма.
В состоянии удовлетворительной адаптации, в свою очередь, выделяются состояние нормы, состояние функционального напряжения и состояние специализированной адаптации. Состояние нормы свойственно здоровому человеку, живущему и работающему в обычных условиях. По степени адаптации здоровье при этом рассматривается как ФС организма, обеспечивающее достижение организмом функционального оптимума.
Таким образом, здоровью свойственна оптимальность адаптации, что проявляется в способности сохранять в различных ситуациях уравновешивание со средой при относительно умеренной плате за адаптацию.
Состояние функционального напряжения – это первичная оперативная реакция организма, характеризующаяся мобилизацией функциональных резервов организма, повышением уровня функционирования его систем. Это состояние характеризуется мобилизацией функциональных резервов организма, повышением уровня функционирования его систем, особенно тех, которые обеспечивают приспособительный эффект.
При этом усиливаются воспроизводство энергии и согласованность работы различных органов. Адаптация организма к условиям окружающей среды в состоянии функционального напряжения носит кратковременный характер.
Состояние специализированной адаптации представляет собой состояние повышенной резистентности к тем или иным неблагоприятным факторам и развивается после длительного действия на организм экстремальных и субэкстремальных факторов внешней среды.
