Биомеханика - 2014. Материалы XI Всероссийской конференции с международн

У больных с деформациями конечностей СКО значений ПМ голени и ПМ стопы существенно не отличались и имели тенденцию к снижению с увеличением воз-

раста пациентов (σ = 2,1 – 0,04t;

R2 = 0,642).

Анализ взаимосвязи величин ПМ и их СКО в равновеликих группах (по 30 человек в каждой) выявил, что между этими показа-

телями нет пропорциональности. Величина СКО возрастала по мере повышения ПМ до 2,32 пф. ед., а затем начинала снижаться (рисунок). Это позволяет сделать заключение о существовании оптимального уровня значений ПМ, при котором наблюдается наиболее высокий индекс флюктуаций ПМ, то есть наблюдается наиболее высокий резерв механизма модуляций.

У здоровых на здоровой конечности по мере увеличения сократительной способности мышц возрастали величины ПМ, достигая зоны оптимальных значений (2,2–2,5 пф.ед.). Повышение ПМ за пределы физиологической нормы наблюдалось при воспалительных заболеваниях суставов, травме конечности, гипоксии тканей. Величина ПМ при этом могла превышать 5–6 пф. ед. Однако при дальнейшем увеличении тяжести патологических изменений ПМ снижалась. Параболический характер кривой зависимости ПМ от функционального состояния конечности является отражением известного в физиологии закона силовых отношений. Однако такая нелинейность делает ПМ неудобным для использования в качестве количественного диагностического теста. Снижение же величины СКО однозначно указывает на нарушение механизма модуляции ПМ.

Величина ПМ кожных покровов конечности является ценным показателем их состояния при сравнении величин на поврежденном и на интактном сегментах конечностей, а также при наличии предварительно проведенных исследований больных и построении графика динамики показателя в зависимости от степени воздействия на больного того или другого патологического фактора (укорочения, деформация конечности, атрофия мышц, гипоксия или воспалительные изменения тканей и т.д.).

Список литературы

1.Крупаткин А.И., Сидорова В.В. Лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляции кро-

ви. – М.: Медицина, 2005. – 256 с.

2.Козлов В.И., Азизов Г.А., Гурова О.В., Литвин Ф.Б. Лазерная допплеровская флоуметрия в оценке состояния и расстройств микроциркуляции крови. – М., 2012. – 32 с.

УДК 62-519

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНТЕРФЕЙС, ОСНОВАННЫЙ НА РЕГИСТРАЦИИ ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗ ЧЕЛОВЕКА

А.Г. Якушев

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова,

Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, moids@yandex.ru

Ключевые слова: визуальное управление, электроокулография, точностные движения.

Введение

Во многих технических системах в контур управления включается человек – оператор. Оператор всегда выполняет ряд функций. На первом месте стоит восприятие информации об окружающей среде и об управляемом процессе. В большинстве случаев оператор находится в визуальном контакте с окружающей средой, читает показания приборов и т.д. Зрение несет большую нагрузку, поэтому движения глаз оператора должны быть свободны, а расположение приборов – удобным для оператора.

Вторая, важнейшая, функция оператора – принятие управленческих решений. На основе информации об окружающей среде и управляемом процессе оператор принимает решения и формирует управляющие команды.

Третья функция – реализация управляющих воздействий: нажатие клавиш, поворот руля или открытие кранов. Характер воздействий может быть очень разнообразным. Управление обычно осуществляется с помощью рук или ног. Управляющие воздействия часто носят точностный характер [1]. В работе рассматривается возможность использования движений глаз как управляющего сигнала.

Сравнение точностных движений руки и глаза

Обычно управляющие воздействия осуществляются руками. Точностные движения рук сопровождаются (точнее – упреждаются) соответствующим движением глаз, которое направляет взор оператора в положение, куда должна прийти рука. Движения «глаз–рука» изучались в [2]. Для случая удаленной цели, угловое расстояние до которой превышает размеры fovea, до движения руки наблюдается опережающий скачок глаз. Он происходит на цель и предшествует движению руки в среднем на 250 мс. В новом положении глаза остаются до осуществления движения рукой. Такая стратегия движений глаз связывается в [3] с оценкой положения цели в эгоцентрических координатах: информация о положении цели имеет двигательную природу и заключена в эффекторных командах к скачку глаз на цель, поскольку сак-

кады на углы на 10 и более градусов могут программироваться с большой точностью [4]. Об этом говорит большое время подготовки саккады: большой объем зрительной работы по оценке положения цели осуществляется до скачка глаз и используется для организации движений руки [5].

Анализ принципов организации движений глаз проведен в работе [2], в частности, сформулирован принцип двойного опосредования: движения глаз возникают в те моменты и в том виде, которые необходимы для обеспечения зрительной афферентации основных действий. Зрительная афферентация

всвою очередь является зависимой переменной: сама необходимость в ней, ее конкретный вид или форма определяются ходом решения общей задачи. Таким образом, между движениями глаз и процессами общей деятельности имеет место двухступенчатая зависимость: это, во-первых, зависимость работы зрения от хода решения общей задачи и, во-вторых, зависимость движений глаз от работы зрения. Это значит, что движения глаз опосредуются дважды.

В[2] указано, что для правильного точностного движения руки мишень должна быть спроецирована в центр сетчатки; показано, что чем дальше на периферию сетчатки проецируется мишень, тем ниже точность быстрого движения руки на нее. Если мишень проецируется на периферию сетчатки, то глаза скачком поворачиваются так, чтобы мишень попала в центральную ямку сетчатки, обладающей максимальной разрешающей способностью. Высказана гипотеза о том, зачем необходимо «центрировать» мишень относительно эгоцентрических координат: «Когда зрительная ось направлена на цель, она вводит

всхему тела также и цель. В результате задача попадания рукой в цель сводится к согласованию движений двух рабочих органов: глаз и руки».

Экспериментально доказано [6], что при наблюдении за неподвижным окружением глаза человека либо совершают саккаду (угловые скорости порядка 100°/с), либо находятся в состоянии фиксации (сопровождаемом дрейфом, тремором и микросаккадами). Наблюдения [6, 7] показывают, что фиксации ограничены во времени, их длительность лежит в диапазоне 0,2–0,8 с, амплитуда дрейфа обычно не более 2°, а угловая скорость – 4°/с.

Установленная соподчиненность движений руки и глаза ведет к мысли отказаться от управляющих движений руки и ограничиться только движениями глаз, используемыми как управляющие – указательные – воздействия. Также необходимо отметить, что управление технической системой с помо-

щью направления взора открывает дополнительные возможности людям с нарушениями опорно-двигательного аппарата.

Описание компьютерного интерфейса

Для изучения возможностей визуального управления, в сравнении с управлением рукой с помощью мыши, реализован компьютерный интерфейс, входящий в игровую программу «Подсолнухи». Программа работает в режимах ручного управления – игрок реализует управление мышью и нажатием кнопок, и визуального управления, когда объект игры выбирается взором игрока.

Один цикл игры заключается в следующем: сначала, на две секунды, предъявляется центральный стимул, в центре которого расположена буква русского алфавита. Игрок должен прочитать букву и запомнить. Затем центральный стимул гаснет и, тоже на две секунды, появляются два периферических стимула. Игрок может выбрать любой из них и указать свой выбор либо мышью, либо взором, в зависимости от текущего режима. В центре выбранного стимула игрок должен прочитать букву. Буква считается «подходящей», если она совпадает по гласности с той, что была показана на центральном стимуле, и «неподходящей» в противном случае. Свое решение о совпадении гласности игрок выражает нажатием на одну из двух клавиш на клавиатуре или мыши. Результатом одного игрового цикла являются два фиксируемых параметра: время от появления периферических стимулов до ответного нажатия на клавишу «подходит/не подходит», а также заключение: «верно/неверно/не успел». Последнее заключение делается, если к моменту выключения стимула игрок не успел выразить свое решение.

Результаты

В таблице показаны результаты игры трех испытуемых. При визуальном управлении затраченное время во всех случаях меньше (от 1,196 до 4,062 с), а количество верных ответов всегда не меньше, чем при игре с помощью мыши, что, вероятно, означает, что игра только глазами, без вовлечения рук, более комфортна для испытуемого. Хотя игроки в целом от раза к разу улучшают результаты вследствие тренировки, выигрыш во времени и по правильности при визуальном управлении сохраняется во всех случаях.

Сравнение результатов испытаний для трех игроков

Полученные при использовании данной программы результаты красноречиво показывают, что визуальное управление имеет право на существование. По всей видимости, визуальное управление скоро найдет широкое применение в системах управления различными техническими и компьютерными системами, а также, несомненно, и в бытовых устройствах, начиная от персонального компьютера и заканчивая телевизором и микроволновой печью.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант 12-01-00839.

Список литературы

1.Буякас Т.М. Работа зрительной системы при точностных движениях рук. // Моторные компо-

ненты зрения. – М.: Наука, 1975. – С. 176–190.

2.Гиппенрейтер Ю.Б. О месте движений глаз в незрительных видах деятельности и их исследовании // Моторные компоненты зрения. – М.: Наука, 1975. – С. 213–221.

3.Безденежных Б.Н. Психофизиологические закономерности взаимодействия функциональных систем при реализации деятельности: дис. … д-ра психол. наук; Институт психологии РАН. –

М.: 2004. – 293 с.

4.Гуревич Б.X. Движения глаз как основа пространственного зрения и как модель поведения. –

Л.: Наука, 1971. – 226 с.

5.Бернштейн Н.А. Биомеханика и физиология движений: Избранные психологические труды / под ред. В.П. Зинченко. – М.: Изд-во Моск. психол.-соц. ин-та, 2008. – 687 с.

6.Ярбус А.Л. Роль движений глаз в процессе зрения. – М.: Наука, 1965. – 167 с.

7.Филин В.А. Автоматия саккад. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2002. – 240 с.