МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО

ТЮНІН ВОЛОДИМИР ЛЕОНІДОВИЧ

УДК 612.822.3.08: 612.821.2

НЕСПРИЯТЛИВІ ЕФЕКТИ ПРИ РОБОТІ З КОМП'ЮТЕРОМ:

ЕЛЕКТРОФІЗІОЛОГІЧНІ КОРЕЛЯТИ ТА МОЖЛИВОСТІ

НЕМЕДИКАМЕНТОЗНОЇ КОРЕКЦІЇ

03.00.13 – фізіологія людини і тварин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Сімферополь, 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Таврійському національному університеті ім. В.І. Вернадського Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:– | кандидат біологічних наук,

Володимир Борисович Павленко,

доцент кафедри фізіології людини і тварин та біофізики Таврійського національного університету

ім. В.І. Вернадського.

Офіційні опоненти:– |

доктор біологічних наук

Дмитро Артурович Василенко,

провідний науковий співробітник Інституту фізіології

ім. О.О. Богомольця НАН України.–

доктор медичних наук, професор

Олена Володимирівна Євтафьєва,

завідувач кафедри нормальної фізіології

Кримського державного медичного університету

ім. С.І. Георгієвського

Провідна установа – Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, кафедра фізіології людини і тварин

Захист відбудеться “ 9 ” червня 2005 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 52.051.04 Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського за адресою: вул. Вернадського, 4, Сімферополь, 95007.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського за адресою: вул. Вернадського, 4, Сімферополь, 95007.

Автореферат розісланий “ 6 ” травня 2005 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К 52.051.04 |

В.С. Мартинюк

Підписано до друку 4.05.2005 Формат 60x84/16

Тираж 100

Надруковано у видавничому відділі

Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського

95007, м. Сімферополь,

Пр-кт Вернадського, 4

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відомо, що робота із застосуванням персональних комп’ютерів (ПК) не тільки дозволяє підвищити продуктивність праці, але і є чинником ризику для здоров’я користувача. Тривала інтенсивна робота на комп’ютері пов’язана з істотними навантаженнями на зоровий та соматосенсорний аналізатори і систему рухового контролю. Дослідження останніх років показали, що незважаючи на вдосконалення відеомоніторів і ПК у цілому, у працівників, що постійно використовують комп’ютери, значуще частіше розвиваються захворювання органів зору, локомоторної системи, артеріальна гіпертензія та неврози (Bartosinska et al., 2001). У користувачів ПК частіше виявляються патологічне зорове стомлення, нервові й психосоматичні розлади (Tamez-Gonzalez, Martinez-Alcantara, 1993).

Напружена робота із застосуванням ПК є досить інтенсивним стресогенним чинником. Емоційний стрес, що переходить у дистрес, виявлено у виробничих умовах у програмістів та інших користувачів при тривалій, складній, напруженій і монотонній роботі з ПК (Аракелян и соавт., 2001). Такі порушення функціонального стану людини є частиною випадків “технологічного стресу” (Arnetz, 1997) і ведуть до економічних втрат та фізичного дискомфорту у працюючого (Lewis, Mireles, 1997).

Реєстрація викликаних ЕЕГ-потенціалів (ВП) до й після тривалої роботи з ПК виявила збільшення латентних періодів компонентів таких ВП (Р1 і N2), зменшення їхньої амплітуди та послаблення кореляційних зв’язків між характеристиками ЕЕГ-активності різних зон кори (Sobieszczanska et al., 1998).

Є підстави вважати, що такі порушення не є наслідком якихось органічних уражень окремих структур мозку, а є “збоями” у системі регуляції. Отже, оптимальними для корекції зазначених порушень мають бути насамперед не засоби фармакотерапії, а функціональні (немедикаментозні) методи. Можна припустити, що такі впливи мають бути орієнтовані на оптимізацію стану церебральних систем в цілому. Подібні впливи можуть бути забезпечені за допомогою спеціальним чином організованої візуальної стимуляції (наприклад, застосування колірних таблиць, КТ) та цілеспрямованої модифікації активності церебральних систем з використанням біологічного зворотного зв'язку по параметрах ЕЕГ (ЕЕГ-ЗЗ). При цьому треба врахувати, що систематичні дослідження нейро- та психофізіологічного статусу людини при напруженій роботі з ПК протягом тривалого часу (наприклад, години – звичайна тривалість проведення занять у комп’ютерному класі в студентів і школярів) і способів його немедикаментозної корекції з аналізом ЕЕГ-потенціалів поки не проводилися.

Таким чином, є підстави вважати, що уточнення особливостей нейро-психофізіологічного статусу людини при напруженої роботі із застосуванням ПК та оцінка ефектів його немедикаментозної корекції за допомогою візуальної кольорової стимуляції та сеансів ЕЕГ-ЗЗ стане внеском до забезпечення профілактики захворювань користувачів ПК.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася як фрагмент теми кафедри фізіології людини і тварин і біофізики Таврійського національного університету ім. В.І.Вернадського “Психофізіологічні механізми забезпечення досліджень моделей оптимізації навчально-виховного процесу в середній школі” (№ держреєстрації 0101U005768) і теми лабораторії вищої нервової діяльності кафедри “Психофізіологічні механізми забезпечення і корекції процесів навчання” (№ держреєстрації 0103U001210).

Мета та завдання дослідження. Метою дисертаційною роботи було визначення несприятливих ефектів при роботі з комп’ютером, їхніх електрофізіологічних корелятів і можливості немедикаментозної корекції згаданих ефектів.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені такі завдання:

1. Дати характеристику тим змінам основних ритмів ЕЕГ та пов’язаних з подіями ЕЕГ-потенціалів (ППП), кардіоритму й психологічних показників, котрі відбуваються при напруженій роботі із застосуванням ПК.

2. Проаналізувати можливість корекції несприятливих зрушень психофізіологічного стану випробуваних за допомогою візуальної колірної стимуляції з використанням КТ С.-А. Мадяра.

3. Виявити можливість корекції несприятливих змін нейро- та психофізіологічного статусу випробуваних за допомогою сеансів ЕЕГ-ЗЗ, спрямованих на модуляцію співвідношень основних ритмів ЕЕГ.

Об'єктом дослідження дисертаційної роботи є нейро- та психофізіологічний статус користувача ПК.

Предмет дослідження – патерни та показники ЕЕГ-потенціалів, показники кардіоритму й психічного статусу користувача ПК.

Методи дослідження – У роботі використовували реєстрацію й аналіз поточної ЕЕГ, ВП і ППП людини, а також виконували психологічне тестування випробуваних. Дані обробляли з використанням стандартних методів варіаційної статистики. Деталі методики викладені у відповідних розділах.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше докладно вивчені зміни поточної ЕЕГ-активності людини після напруженої роботи на ПК протягом однієї години. Описано пов’язані з роботою на ПК зміни параметрів умовної негативної хвилі (УНХ), потенціалу Р300, що розвиваються при виконанні сенсомоторної реакції з попередженням і сигналом зворотного зв’язку. Уперше показано, що напружена робота із застосуванням ПК протягом однієї години веде до розвитку комплексу несприятливих змін функціонування центральної нервової системи, що відбиваються в модифікації патерну ЕЕГ-потенціалів, вегетативної регуляції (кардіоритму) та показників психологічного тестування.

Уперше виявлено, що візуальна колірна стимуляція з використанням КТ С.-А. Мадяра дозволяє досягти більш швидкого відновлення оптимального стану центральної нервової системи. Показано, що сеанси ЕЕГ-ЗЗ, спрямовані на збільшення співвідношення альфа- й тета-ритмів котрі проводяться після виконання напруженої роботи на комп’ютері, приводять до позитивної перебудови патерну ЕЕГ. У післядії такого тренінгу виявлено зміни співвідношень потужності основних ритмів, що свідчать про досягнення випробуваними більшого розслаблення в порівнянні з контрольною групою. У цей період після сеансу ЕЕГ-ЗЗ виявлено значуще зростання амплітуди пов’язаних з подіями ЕЕГ-потенціалів (УНХ і потенціалу Р300), що також свідчить про наближення до оптимального балансу процесів збудження й гальмування в ЦНС. Отже, візуальна колірна стимуляція з використанням КТ С.-А. Мадяра та альфа/тета ЕЕГ-тренінги дозволяють досягти більш швидкого відновлення оптимального стану ЦНС і можуть бути рекомендовані для зняття несприятливих ефектів напруженої роботи на комп'ютері.

Теоретичне і практичне значення роботи. Результати проведеного дослідження мають як фундаментальні, так і прикладні аспекти, одержано певну інформацію щодо механізмів несприятливих змін психофізіологічного статусу випробуваних при роботі з ПК, а також способів корекції таких змін. Результати роботи можуть становити інтерес для фахівців у галузях нейрофізіології, психофізіології і фізіології трудової діяльності. Результати дослідження розширюють уявлення про немедикаментозні засоби корекції несприятливих змін психофізіологічного стану людини. Матеріали роботи можуть бути використані в лекційних курсах “Фізіологія вищої нервової діяльності”, “Психофізіологія”, “Валеологія” і “Фізіологія центральної нервової системи”, які викладаються у вищих навчальних закладах.

Особистий внесок здобувача. Методика, схема експериментів та основні принципи аналізу отриманих даних розроблені разом із науковим керівником. Самостійно було проведено огляд літератури і виконано експериментальні дослідження нейрофізіологічних феноменів та психофізіологічного статусу у контрольній та експериментальних групах випробуваних, обговорено характер несприятливих впливів роботи з ПК і способи їхньої корекції. У дисертації не використані ідеї і розробки, що належать співавторам опублікованих робіт.

Апробація результатів дослідження. Основні положення та результати проведеного дослідження викладались у доповідях на X-XII Міжнародних симпозіумах “Нетрадиційне рослинництво, еніологія, екологія та здоров’я” (Алушта, 2001-2003), VI Міжнародний конференції “Актуальні питання розвитку інноваційної діяльності” (Сімферополь, 2002), Міжнародному симпозіумі з інтегративної антропології (Вінниця, 2004), Міжнародному симпозіумі “Біологічний вплив видимого світла” (Сімферополь, 2004), наукових конференціях Таврійського національного університету ім.В.І.Вернадського (2000-2004).

Матеріали дисертаційної роботи були використані при підготовці та проведенні лекцій, практичних і семінарських занять на кафедрі фізіології людини і тварин і кафедрі загальної психології Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано монографію, 4 статті у фахових виданнях та 6 матеріалів у збірках тез вітчизняних та міжнародних конференцій.

Структура дисертації. Дисертація викладена на 139 сторінках друкованого тексту й складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, а також списку використаних джерел на 19 сторінках, що містить 188 найменування (із них 67 російською й українською та 121 іноземними мовами). Робота ілюстрована 31 малюнком та 3 таблицями (з них 2 – на окремих сторінках).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі обґрунтовується актуальність теми дослідження, формулюються мета і задачі дослідження, визначаються наукова новизна і практична цінність отриманих результатів. Відзначені особистий внесок здобувача, а також внесок співавторів, разом з якими були опубліковані наукові праці. Наводяться дані про ознайомлення наукової спільноти с результатами дослідження.

У першому розділі „Огляд літературних даних” проведено аналіз даних літератури про вплив роботи з використанням ПК на стан здоров’я користувача, розглянуто електрофізіологічні кореляти такого впливу, описано сучасне уявлення про методики візуальної кольорової стимуляції та сеансів ЕЕГ-ЗЗ та розглянуто можливі нейрофізіологічні механізми, залучені у коригуючи ефекти таких процедур.

МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

В основній серії досліджень взяли участь 109 дорослих добровольців (19-35 років, обох статей, правші). Основна частина дослідження проводилася за такою схемою:

1. Реєстрація вихідних (контрольних) показників стану випробуваного, котра складалася з:

1.1. реєстрації поточної ЕЕГ у стані спокою із заплющеними й розплющеними очима й записа електрокардіограми (ЕКГ) для аналізу динаміки кардіоінтервалів;

1.2. реєстрації ВП і ППП (УНХ, Р300) у парадигмі визначення часу простої сенсомоторної реакції з попередженням;

1.3. психологічного тестування (тест САН);

2. Період напруженої роботи на ПК, зокрема заповнення опитувальників (Спилбергера-Ханина, 16 PF Кеттела, Клонингера, Цунга) і виконання тест-завдань (тест Бурдона) (Елисеев, 2000; Крылов, Маничева, 2000);

3. Повторне заповнення тесту САН; запис ЕЕГ і ЕКГ;

4. Корекція психофізіологічного стану випробуваного за допомогою колірних таблиць С.-А. Мадяра або тренінгу із застосуванням ЕЕГ-ЗЗ;

5. Підсумкова реєстрація нейро- і психофізіологічних показників, аналогічна такій в пп. 1 та 3.

Були сформовані контрольна група (група 1, 37 осіб) та дві експериментальні групи: в одній з них для корекції психофізіологічного стану застосовувалися КТ С.-А. Мадяра (група 2, 38 осіб), в іншій – сеанси ЕЕГ-ЗЗ (група 3, 34 особи).

Відведення й аналіз ЕЕГ-потенціалів здійснювали за загальноприйнятою методикою з використанням автоматизованого комплексу, що складався з електроенцефалографа EEG-16S (“Medicor”, Угорщина), лабораторного інтерфейсу й комп'ютера IBM PC. Для реєстрації ЕЕГ була обрана стандартна смуга частот тракту підсилення (верхня границя частотного діапазону 70 Гц; постійна часу, що визначає нижню границю, – 0,3 с). Сигнали обробляли з використанням перетворення Фур’є, одержуючи для аналізу спектри потужності ЕЕГ (в мкВ/Гц).

Для реєстрації ППП використовували два модифіковані канали EEG-16S. Їхні частотні характеристики були такими: постійна часу – 10 с, верхня границя смуги пропускання – 30 Гц. Частота оцифрування сигналу становила 100 с-1. Для реєстрації ППП у завданні на визначення часу простої сенсомоторної реакції з попередженням використовували програму “ERP”. Програма забезпечувала ситуацію, що практично збігалася з класичною УНХ-парадигмою – автоматизоване пред’явлення пар звукових стимулів (попереджуючого й імперативного) – і вимагала від тестованого реалізації моторної реакції (натискання на кнопку правою рукою) із максимально можливою швидкістю після другого з них (Конарева, Павленко, 2000). Про успішність виконання завдання випробуваний дізнавався за візуальними сигналами зворотного зв’язку, що виводилися на світлодіодне табло.

ЕЕГ-потенціали відводили монополярно, з розташуванням електродів за системою “10-20” у 10 локусах (F3, F4, C3, C4, T3, T4, P3, P4, O1, O2) З’єднані референтні електроди розташовували над соскоподібними відростками. У зв’язку з тим, що виконування завдання містило в собі моторні компоненти найбільш докладної обробці піддавали результати відведення від центральних (С3 і С4) локусів.

Випробуваний розташовувався в зручному кріслі в затемненій екранованій камері. ЕЕГ реєстрували в умовах відносного спокою. При виконанні сенсомоторної реакції реєстрували УНХ і Р300. Для аналізу використовували усереднені інтегральні значення амплітуди УНХ, котрі розраховували як середні арифметичні поточних амплітуд, вімірюваних через кожні 10 мс. Амплітуду Р300 оцінювали за магнітудою позитивної хвилі, котра виникала через 250–600 мс після подавання сигналу зворотного зв’язку (Суворов, Таїров, 1985). Крім того аналізували також комплекс середньо – і довголатентних слухових ВП, що виникали у відповідь на попереджувальний сигнал.

На основі аналізу R–R-інтервалів ЕКГ розраховували індекс напруги (ІН) вегетативного тонусу (Баевский, 1974).

Використані в експериментах КТ С.-А. Мадяра містять у собі гармонічні тріади 12-ступеневого колірного кола (сім основних кольорів та їх відтінки). КТ розмірами 43x45 см були розташовані на відстані 180 см від випробуваного й були освітлені (дві матові лампи розжарювання потужністю по 20 Вт кожна в рефлекторах із внутрішнім матовим напиленням, що забезпечувало рівномірне освітлення таблиць і запобігало попаданню світла від ламп на випробуваного). Комбінації кольорів розміщувалися на площі таблиць таким чином, щоб суб’єкт мимоволі переміщав свою зорову увагу від однієї тріади до іншої. Показано що у результаті виявляються ефекти дозованого колірного сприйняття, котрі приводять до сприятливих фізіологічних та емоційних змін на рівні всього організму (Мадяр С.-А. и соавт., 2003). Експозиція КТ становила 15 хв.

Сеанси ЕЕГ-ЗЗ проводили за традиційною методикою (Sterman, 1996) в три етапи. На першому етапі (рис. 1, епоха 1) випробувані слухали музику на фоні постійного звукового білого шуму. На другому етапі (епоха 2) суб’єктам пропонувалося спробувати змінити відношення потужностей альфа- й тета-ритмів своєї ЕЕГ (права гемісфера, центральні відведення), орієнтуючись на сигнал зворотного зв’язку. Як такий використовували білий шум, що змінювався за гучністю: при збільшенні потужності альфа-ритму й зниженні потужності тета-ритму шумовий сігнал ставав тихішим і зникав. На третьому етапі (епоха 3, післядія ЕЕГ-ЗЗ) сигнал зворотного зв’язку вимикався. Загальна тривалість сеансу становила сім-вісім хвилин, тривалість етапів – дві–три хвилини кожний. З випробуваними проводилися два сеанси ЕЕГ-ЗЗ загальною тривалістю 15 хв.

Рис. 1. Динаміка нормованої спектральної потужності ЕЕГ лівої (а) та правої (б) півкулі впродовж сеансу біологічного зворотного зв’язку по ЕЕГ у випробуваного Д.Г. Абсциса – частота коливань ЕЕГ (Гц). Ордината – нормована потужність коливань ЕЕГ (мкВ/Гц), . апліката – час (с). Інші пояснення у тексті.

Випробуваним контрольної групи пропонувалося спокійно сидіти в кріслі та 15 хв. дивитися на сіру поверхню, освітленість якої відповідала такій КТ.

Кількісна обробка результатів проводилося з використанням стандартних параметричних і непараметричних методів (в залежності від характеру розподілу числових даних. Відмінності між групами та коефіцієнти кореляційних звязків вважалися статистично значущими при р?0,05 (Лакин, 1980).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Вплив роботи з ПК на нейро- та психофізіологічний статус випробуваних.

Результати основної серії досліджень довели, що напружена робота на ПК призводила у випробуваних усіх груп до статистично значущої зміни показників ЕЕГ, зареєстрованих відразу після функціонального навантаження (табл. 1). Виявлена перебудова ритмів ЕЕГ свідчила про зростання напруженості в ЦНС. Ознаками цього було збільшення потужності бета-ритмів і зростання їхнього співвідношення з альфа-ритмами ЕЕГ. Більшою мірою зазначена активованість виявлялася в лівій півкулі головного мозку (зниження альфа-ритму у середньому на 15%), наслідком чого було зростання асиметрії альфа-ритму ЕЕГ. Крім того, було виявлене значуще зниження коефіцієнта реактивності альфа-ритму при розплющуванні очей. Напружена робота з ПК призводила також до падіння співвідношення альфа- та тета-ритмів ЕЕГ. Більшість авторів вважає, що збільшення потужності тета-ритму відносно до інших ритмів ЕЕГ є індикатором зниження швидкості обробки інформації в ЦНС, дефіциту психомоторної активності й уваги, труднощів із актуалізацією інформації із семантичної пам’яті, порушень логічного мислення та недостатнього загального рівня метаболізму в неокортексі (Ray et al., 1993; Krupp et al., 1994; DeLuca et al., 1995). Підвищення відносної потужності тета-ритму може також відбивати розвиток негативних емоцій у випробуваних при напруженій монотонній роботі. Про наявність таких емоцій свідчило статистично значне зниження показників шкал “самопочуття” (р<0,001), “активність” (р=0,03), “настрій” (р=0,004) у період післядії функціонального навантаження. Однак такі зміни були дуже індивідуальними: у випробуваних із високими показниками тривожності, та інших близьких рис особистості, у фазі післядії роботи з ПК спостерігалися великі значення потужності тета-ритму ЕЕГ. Його приріст був значимо пов’язаний із рівнем ситуативної и особистої тривожності по Спілбергеру (r=0,26 при р=0,007 и r=0,20 при р=0,04, відповідно), із рівнем депресії за Цунгом (r=0,26 при р=0,006), із прагненням до уникання невдач і залежністю від підкріплення за Клонінгером (r=0,23 при р=0.02 и r=0,21 при р=0,03, відповідно. У післядії функціонального навантаження відзначалося подовження R–R інтервалів і, як наслідок, деяке зниження ІН.

Таблиця 1

Показники нормованої потужності (мкВ/Гц) і співвідношення ритмів

ЕЕГ, зареєстрованих у центральних відведеннях при заплющених очах у 109 випробуваних до й після роботи з персональним комп’ютером

Показники ЕЕГ | До роботи | Після роботи | Рівень значущості відмінності (р)

Тета-ритм ліворуч | 1,47±0,04 | 1,39±0,04** | 0,012

Тета-ритм праворуч | 1,45±0,04 | 1,45±0,04 | 0,839

Альфа-ритм ліворуч | 1,37±0,05 | 1,16±0,05*** | 0,002

Альфа-ритм праворуч | 1,41±0,06 | 1,33±0,05** | 0,000

Бета1-ритм ліворуч | 0,54±0,02 | 0,54±0,02 | 0,815

Бета1-ритм праворуч | 0,51±0,02 | 0,54±0,02*** | 0,000

Бета2-ритм ліворуч | 0,32±0,02 | 0,43±0,02*** | 0,000

Бета2-ритм праворуч | 0,30±0,02 | 0,30±0,02 | 0,490

Альфа/тета ліворуч | 0,94±0,03 | 0,83±0,02*** | 0,000

Альфа/тета праворуч | 0,97±0,03 | 0,93±0,03*** | 0,008

Бета1/альфа ліворуч | 0,42±0,02 | 0,51±0,01*** | 0,000

Бета1/альфа праворуч | 0,39±0,01 | 0,45±0,02*** | 0,000

Примітки.

1. Наведені середні величини ± помилки середніх.

2. Відмінності достовірні з: * р?0,05; ** р?0,01; *** р?0,001.

Реєстрація середньо- та довголатентних ВП, а також ССП, котрі розвивалися у випробуваних контрольної групи в парадигмі визначення часу сенсо-моторної реакції, не виявила значущих змін таких потенціалів після роботи з ПК у порівнянні з вихідними (початковими) рівнями. Причинами цього могли бути відносна стійкість характеристик детермінованих сенсорною стимуляцією викликаних ЕЕГ-потенціалів до зовнішніх впливів і той факт, що запис ВП і ССП проводили не одразу, а через одну год. після роботи з ПК. У той же час несприятливі зміни поточної ЕЕГ і знижений рівень ІН у контрольної групи випробуваних зберігалися й через годину після закінчення роботи з ПК. Зазначений факт свідчить про те, що навіть годинна напружена робота з ПК, хоча і не призводить до драматичних негативних змін у електрогенезі мозку, все ж є очевидним несприятливим фактором і викликає небажані зміни психофізіологічного статусу, які потребують відновного періоду тривалістю не менше однієї години або спеціальних методів корекції.

Корекція несприятливих ефектів напруженої роботи на комп’ютері за допомогою колірних таблиць С.-А. Мадяра та сеансів ЕЕГ-ЗЗ.

Як було зазначено вище, підсумковий запис психофізіологічних показників (приблизно через одну годину після закінчення роботи з ПК) свідчив про збереження зрушень, що намітилися, у контрольної групи випробуваних. У той же час у випробуваних експериментальної групи (група 2), яким після роботи з ПК надавали сеанс сприйняття КТ, спостерігалося швидке відновлення адекватних співвідношень потужностей ритмів ЕЕГ. При цьому між середніми значеннями потужності ритмів ЕЕГ і співвідношенням різних ритмів у зазначених груп при заплющених очах було виявлено значущі розходження. З рис. 2 видно, що експозиція КТ та відповідне дозоване колірне сприйняття призводило до посилення альфа-ритму в обох півкулях (на 16% у лівій та на 20% у правій – у порівнянні з контрольною групою).

Рис. 2. Діаграми нормованої потужності ритмів у контрольної (1) і експериментальних груп із застосуванням колірних таблиць (2) та сеансів ЕЕГ-зворотного зв’язку (3) при підсумковій реєстрації.

Тут і далі наведені середні значення та помилки середніх. * розходження з контролем достовірні з р<0,05; ** р<0,01; *** р<0,001.

Сеанси ЕЕГ-ЗЗ зумовлювали посилення перед усім низькочастотної складової (б1) альфа-ритму, особливо в лівій півкулі. Наслідком цього було деяке зниження частоти модального піка альфа-ритму. Вказані сеанси, хоча й були спрямовані на збільшення співвідношення альфа- й тета-ритмів, реєстрованих у правій півкулі, призводили до зміни всіх спектральних складових ЕЕГ обох гемісфер головного мозку. Так, у період післядії сеансів ЕЕГ-ЗЗ у поточній ЕЕГ спокою виявлялося статистично значуще зростання потужності альфа-ритму (на 27% – у лівій та на 16% – у правій гемісферах у порівнянні з контрольною групою) та зниження потужності бета2-ритму на одну третину в обох півкулях (рис. 2).

Зазначені зміни потужностей основних ритмів ЕЕГ після дозованого колірного сприйняття та сеансів ЕЕГ-ЗЗ ведуть до специфічної перебудови відношення між цими частотними компонентами ЕЕГ (рис. 3). З цього рисунка видно, що сприйняття КТ призводить до збільшення співвідношення між альфа- і тета-ритмами, та зниження співвідношення між бета1- й альфа-ритмами ЕЕГ. Проведення сеансів ЕЕГ-ЗЗ також веде до значущого збільшення співвідношення між альфа- й тета-ритмами ЕЕГ обох півкуль. Більший приріст альфа-компонента у порівнянні з тета-ритмом свідчить про ефективність тренінгу й, у кінцевому підсумку, про краще, у порівнянні з контрольною групою, відновлення оптимального балансу процесів збудження та гальмування в ЦНС (Sterman, 1996).

Рис. 3. Діаграми взаємовідношень нормованих потужностей ЕЕГ-ритмів у контрольної (1) і експериментальних груп, котрим надавалися сеанси сприйняття колірних таблиць (2) та сеанси ЕЕГ-зворотного зв’язку (3) при підсумковій реєстрації при закритих та відкритих очах (ОЗ, ОВ).

Примітка: позначення такі ж, як на рис. 2.

Ефективність корекційних заходів помітно залежала від психологічних особливостей випробуваних. Так, приріст альфа-ритму в учасників досліджень групи 2 у післядії дозованого колірного сприйняття позитивно корелював із рівнем тривожності (r=0,32 при р=0,049) та прагнення до уникнення невдач (r=0,39 при р=0,02). Приріст альфа-ритму в учасників досліджень групи 3 у післядії сеансів ЕЕГ-ЗЗ позитивно корелював із рівнем тривожності (r=0,54 при р=0,001), депресії (r=0,39 при р=0,02) та уникнення невдач (r=0,54 при р=0,001). Декремент тета-ритму під впливом сеансів ЕЕГ-ОС позитивно корелювало з показниками екстраверсії (r=0,70 при р=3·10-6 и r=0,56 при р=5·10-4) та пошуку новизни (r=0,65 при р=3·10-5 и r=0,58 при р=3·10-4, реєстрація від лівої та правої півкулі, відповідно).

Реєстрація ППП до й після роботи з ПК у випробуваних контрольної групи виявила деяке збільшення амплітуди цих потенціалів в підсумковому запису (рис. 4). Такі зміни можна пояснити “ефектом впрацьовування” при вторинному виконанні завдання.

Рис. 4. Діаграми середніх амплітуд (мкВ) умовної негативної хвилі (УНХ) у цілому, її ранніх (УНВ-О) та пізніх (УНВ-Т) компонентів, а також потенціалу Р300 у контрольній (1) і експериментальних групах із застосуванням сеансів сприйняття колірних таблиць (2) та сеансів ЕЕГ-зворотного зв’язку (3) при підсумковій реєстрації.

Примітка: позначення такі ж як на рис. 2.

У той же час середні величини інтегральної УНХ у лівій півкулі і Т-хвилі (пізній компонент УНХ) в обох півкулях у випробуваних після експозиції КТ були значущо вищими, ніж у контрольної групи. Після сеансів ЕЕГ-ЗЗ середні величини інтегральної УНХ та її Т-хвилі, а також потенціалу Р300 в обох півкулях у випробуваних також значущо перевищували відповідні величини у контрольній групі. Оскільки великі амплітуди ППП виявляються в емоційно стабільних, „не тривожних” індивідів у комфортному стані, то виявлені розходження між групами свідчать про більш швидке відновлення оптимального стану ЦНС після дозованого колірного сприйняття та сеансів ЕЕГ-ЗЗ.

Візуальна колір-стимуляція та сеанси ЕЕГ-ЗЗ забезпечували також швидше відновлення рівня ІН у порівнянні із контрольною групою.

Про природу зазначених ефектів дозованого колірного сприйняття можна висловити тільки загальні припущення. М. Люшером показано (Люшер, 2003), що людина вибирає для сприйняття з набору кольорів перед усім той колір, вплив якого викликає стан, близький до бажаного в цей момент. Ми припускаємо, що певні тони видимого спектру асоціюються з денним, ранковим або вечірнім патерном природного освітлення, якому відповідають стани підвищеної активності або, навпаки, спокою, пов’язані з ціркадіанним ритмом. Крім того, віддання переваги певному кольору може бути пов’язане з індивідуальними особливостями перебігу деяких нейрохімічних процесів у ЦНС людини та їхніми порушеннями (Rubino et al., 2001). Існують припущення, що під дією яскравого кольорового світла в сітківці пригнічується синтез ретинального мелатоніну та посилюється вироблення ретинального дофаміну, такі зрушення є фактром, котрий забезпечує значну частину антидепресивних ефектів (Oren, 1991). Однак обґрунтованість такого припущення до цього часу чітко не доведена. Вибіркова стимуляція фоторецепторів приводить до активації зорових зон кори та певних механізмів гіпоталамуса. Крім того, змінюється активність клітин епіфізу, активується серотонінергічна система ЦНС (Deppe, 1999; Cocilovo, 1999; Durlach et al., 2002). Активація гіпоталамуса приводить до активації певних ланок вегетативної нервової системи й також до виділення відповідних гормонів. Наявність у КТ С.-А. Мадяра гармонічних комбінацій різних колірних тонів надавала учасникам експерименту певні індивідуальні можливості коригувати свій психофізіологічний стан.

Підсумки нашого дослідження дозволяють рекомендувати застосування колірних таблиць С.-А. Мадяра для більш швидкого й ефективного відновлення вихідного психофізіологічного стану людини після роботи на ПК, пов’язаною з істотною зоровою та емоційною напругою. Навіть короткочасна (15 хв.) експозиція зазначених КТ дозволяє досягти сприятливого співвідношення процесів збудження та гальмування в ЦНС.

Про механізми ефектів ЕЕГ-ОС також поки що існують лише окремі загальні припущення. Так, на думку Дж. Лубара (Lubar, 1997), ЕЕГ-ритми різних частот контролюються кортико-кортикальними зв’язками, які являють собою резонансні петлі. Ключову роль в їхній настройці відіграють такі нейротрансмітери нейромодулятори, як дофамін, норадреналін, серотонін та ацетилхолін. Різноспрямовані тренінги з використанням ЕЕГ-ОС змінюють активність зазначених медіаторних систем і, як наслідок, патерн ЕЕГ. Одержані в нашій лабораторії дані про досить помітний позитивний зв’язок імпульсної активності поодиноких серотонін- і норадренергічних клітин стовбура мозку тварини, яка не спить, з потужністю основних ЕЕГ-ритмів (Колотилова и соавт., 2005) свідчать на користь цього припущення. Ми припускаємо, що модифікація активності таких нейронів і загального балансу між активністю стовбурових нейрохімічних систем, котрі справляють генералізовані регуляційні впливи на вищі мозкові структури (і, насамперед на кортикальні механізми) у людини може бути однією з причин виявленого нами збільшення амплітуди ССП у випробуваних групи 3 в післядії сеансів ЕЕГ-ЗЗ.

Таким чином, завдяки розглянутим вище або поки ще не з’ясованим іншим причинам, сеанси ЕЕГ-ЗЗ, спрямовані на збільшення співвідношення альфа- й тета ритмів та проведені після виконання напруженої роботи на комп’ютері, приводять до сприятливої перебудови патерну поточної ЕЕГ і викликаних ЕЕГ-потенціалів. Це свідчить про досягнення випробуваними більшого розслаблення у порівнянні з контрольною групою. Альфа/тета тренінги дають змогу досягти більш швидкого відновлення оптимального стану ЦНС і можуть бути рекомендовані для зняття несприятливих ефектів напруженої роботи на комп’ютері.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено дані, які показують що напружена монотонна робота із застосуванням персонального комп’ютера (ПК) протягом тривалого часу (однієї години та більше) веде до розвитку несприятливих змін функціонування центральної нервової системи, що відбиваються в модифікації патерну ЕЕГ-потенціалів, кардіоритму та показників психологічного тестування. Запропоновано і випробувано нове рішення заходів по зняттю несприятливих ефектів напруженої роботи із ПК. Показано, що візуальна колірна стимуляція з використанням колірних таблиць (КТ) С.-А. Мадяра та сеанси біологічного зворотного зв’язку за характеристиками ЕЕГ (ЕЕГ-ЗЗ), спрямовані на збільшення співвідношення альфа- й тета-ритмів і проведені після виконання напруженої роботи на ПК, дозволяють досягти більш швидкого відновлення оптимального стану центральної нервової системи.

Головні наукові і практичні висновки роботи є такими:

1. Аналіз даних літератури та результати власних досліджень свідчать що робота із застосуванням ПК є помітним чинником ризику для здоров’я користувача. Однак порушення психофізіологічного стану при цьому не є наслідком якихось органічних уражень окремих структур мозку, а є “збоями” у системі регуляції. Оптимальними для корекції зазначених порушень мають бути, насамперед, не фармакологічні препарати, а функціональні немедікаментозні методи.

2. Напружена монотонна робота із застосуванням ПК протягом однієї години веде до розвитку несприятливих змін функціонування центральної нервової системи, які відбиваються в модифікації патерну ЕЕГ-потенціалів. У випробуваних після роботи з ПК виявлено зменшення співвідношення потужності альфа- й тета-ритмів, збільшення співвідношення бета1- й альфа-ритмів ЕЕГ у центральних відведеннях, падіння показників психологічного стану “самопочуття”, “активність”, “настрій”, індексу напруги вегетативного тонусу (згідно з даними аналізу кардіоритму).

3. Проведення після роботи з ПК візуальної колірстимуляції за допомогою КТ С.-А. Мадяра протягом 15 хв. дозволяє досягти значуще більшої величини співвідношення альфа - й тета-ритмів, та меншої – бета1- й альфа-ритмів ЕЕГ, більшої амплітуди умовної негативної хвилі (УНХ) при виконанні сенсо-моторної реакції з попередженням у порівнянні з контрольною групою.

4. Проведення після роботи з ПК сеансів ЕЕГ-ЗЗ, спрямованих на збільшення співвідношення альфа- й тета-ритмів у центральних відведеннях правої півкулі, також приводять до сприятливої перебудови патерну ЕЕГ. У післядії такого тренінгу виявлено значущий приріст потужності альфа-ритму, зниження потужності бета2-ритму, а також збільшення співвідношення потужності альфа- й тета-ритмів ЕЕГ обох півкуль. У післядії сеансу ЕЕГ-ЗЗ виявлено значуще зростання амплітуди пов’язаних із подіями ЕЕГ-потенціалів (УНХ і потенціалу Р300), що також свідчить про наближення до оптимального балансу процесів збудження та гальмування в ЦНС.

5. Ефективність виявлених перебудов патерну ЕЕГ-потенціалів залежить від особливостей особистості випробуваних. Найбільш вразливими до несприятливих впливів роботи з ПК є випробувані з високим рівнем тривожності та підвищеним прагненням до уникнення невдач. Однак ефективність візуальної колір-стимуляції та сеансів ЕЕГ-ЗЗ вище саме в таких індивідів.

6. Оскільки візуальна колір-стимуляція із використанням КТ С.-А. Мадьяра й проведення сеансів ЕЕГ-ЗЗ дають змогу досягти більш швидкого відновлення оптимального стану ЦНС, такі заходи можуть бути рекомендовані для зняття несприятливих ефектів напруженої роботи на комп’ютері.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ РОБІТ

1. Сидякин В.Г, Сташков А.М., Тюнин В.Л. Психофизиологический подход к проблемам обучения и здоровья учащихся.– Севастополь, Рибэст, 2002. – 288 с. Автором виконано формування проблеми, цілі і задач досліджень, взята участь у проведенні експериментальних досліджень, аналіз літературного й експериментального матеріалу, статистична обробка одержаних результатів, узагальнення результатів і висновки.

2. Сидякін В.Г., Тюнін В.Л., Хомякова О.В. Системний аналіз основних властивостей особистості учнів у творчій діяльності вчителя // Збірник наукових праць „Творча особливість вчителя: проблеми теорії і практики”. – Київ, 2001. – Вип. 6. – С. 270-278. Автором виконано експериментальне дослідження, аналіз літературного й експериментального матеріалу, статистична обробка одержаних результатів, узагальнення результатів та висновки.

3. Тюнин В.Л., Павленко В.Б. Анализ неблагоприятных воздействий напряженной работы на компьютере на функциональный статус человека // Ученые записки ТНУ. – 2004. – Т. 17 (56), № 1. – С. 82-88. Автором виконано аналіз літературного матеріалу та висновки.

4. Тюнин В.Л., Мадьяр С.-А., Ковалевская Е.Е., Павленко В.Б. Коррекция неблагоприятных влияний напряженной работы на компьютере с помощью цветовых таблиц С.-А. Мадьяра // Ученые записки ТНУ. – 2005. – Т. 18 (57), № 1. – С. 138-145. Автором виконано експериментальне дослідження, аналіз літературного і експериментального матеріалу, статистична обробка одержаних результатів, узагальнення результатів та висновки.

5. Тюнин В.Л., Павленко В.Б. Коррекция неблагоприятных эффектов напряженной работы на компьютере с помощью электроэнцефалографической обратной связи // Труды Крымского государственного медицинского университета им. С.И. Георгиевского. – 2004. – т. 140 , часть 3 . – С. 174-178.

Автором виконано експериментальне дослідження, аналіз літературного й експериментального матеріалу, статистична обробка одержаних результатів, узагальнення результатів і висновки.

6. Сидякин В.Г., Сташков А.М., Янова Н.П., Кириллова А.В., Архангельская Е.В., Ефимова В.М., Тюнин В.Л. Инновационные подходы к проблемам обучения и здоровья учащихся // Материалы VI международной конференции “Актуальные вопросы развития инновационной деятельности”. – Симферополь, 2002. С. 187-189.

7. Сидякин В.Г., Сташков А.М., Тюнин В.Л. Социальный и психологический анализ свойств личности учащихся старших классов // Материалы X международного симпозиума “Нетрадиционное растениеводство, эниология, экология и здоровье”. Алушта, 2001. – С. 912-913.

8. Тюнин В.Л., Хомякова О.В. Психофизиологический анализ состояния организма учащихся и студентов в модельных экспериментах при работе на компьютере // Материалы XI международного симпозиума “Нетрадиционное растениеводство, эниология, экология и здоровье”. Алушта-Симферополь, 2002. – С. 775-777.

9. Сидякин В.Г., Тюнин В.Л., Хомякова О.В., Трибрат А.Г. Комплексное исследование системных функций организма учащихся старших классов средней школы // Материалы XII международного симпозиума “Нетрадиционное растениеводство, эниология, экология и здоровье”. Алушта-Симферополь, 2003. – С. 853-855.

10. Тюнин В.Л., Павленко В.Б. Влияние напряженной работы на компьютере на психофизиологический статус человека и возможные способы его коррекции // Biomedical and biosocial anthropology. – 2004. – № 2. – С. 67 (материалы Международного симпозиума по интегративной антропологии, Винница, 2004).

11. Tiunin V.L., Madyar S.A., Pavlenko V.B. Correction of influence of intensive computer work using visual color stimulation and EEG biofeedback // Biophotons and coherent systems in biology, biophysics and biotechnology (abstract book 3th Alexander Gurwitsch Conference) – 2004. – P. 65.

АНОТАЦІЯ

Тюнін В.Л. Несприятливі ефекти при роботі з комп'ютером: електрофізіологічні кореляти і можливості немедикаментозної корекції. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата біологічних наук за фахом 03.00.13 – фізіологія людини і тварин. Таврійський національний університет ім. В.І.Вернадського, Сімферополь, 2005.

Дисертація присвячена вивченню нейро- та психофізіологічних ефектів напруженої монотонної роботи з персональним комп'ютером (ПК). В 108 добровольців віку 18-25 років реєстрували поточну ЕЕГ, а також викликані та пов'язані з подіями ЕЕГ-потенціали, проводили психологічне тестування. Виявлено, що навіть одногодинна напружена робота із ПК приводить до несприятливих змін психофізіологічного статусу, що супроводжується зменшенням співвідношення альфа- і тета-ритмів і збільшенням – бета- і альфа-ритмів ЕЕГ у центральних відведеннях, й ці зміни зберігаються у контрольної групи впродовж години. Для корекції несприятливих ефектів в одній з експериментальних груп застосовували візуальну кольорову стимуляцію за допомогою колірних таблиць С.-А. Мадяра, в другій – сеанси біологічного зворотного зв'язку за характеристиками ЕЕГ. В обох випадках виявлено нормалізацію спектра ЕЕГ, збільшення амплітуд умовної негативної хвилі й потенціалу Р300. Зазначені заходи можуть бути рекомендовані для зняття несприятливих ефектів напруженої роботи на ПК.

Ключові слова: персональний комп’ютер, ЕЕГ, викликані та пов’язані с подією ЕЕГ-потенціали, колірні таблиці С.-А. Мадяра, EEГ-зворотній зв’язок.

АННОТАЦИЯ

Тюнин В.Л. Неблагоприятные эффекты при работе с компьютером: электрофизиологические корреляты и возможности немедикаментозной коррекции. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 – физиология человека и животных. Таврический национальный университет им. В.И.Вернадского, Симферополь, 2005.

Диссертация посвящена изучения влияния напряженной работы с персональным компьютером (ПК) на характеристики текущей ЭЭГ, вызванных и связанных с событиями ЭЭГ-потенциалов, показатели кардиоритма и психологического тестирования, а также оценке возможных способов коррекции неблагоприятных изменений психофизиологического статуса пользователей ПК. В исследовании приняли участие 109 взрослых (19-35 лет) добровольцев обоего пола, правшей. Испытуемые были разделены на три группы: контрольная (группа 1, 37 человек) и две экспериментальные, в одной для коррекции психофизиологического состояния применяли визуальную цветостимуляцию с использованием специальных цветовых таблиц (ЦТ) С.-А. Мадяра (группа 2, 38 человек), в другой – сеансы биологической обратной связи по характеристикам ЭЭГ (ЭЭГ-ОС). Сеансы ЭЭГ-ОС были направлены на увеличение соотношения альфа- и тета-ритмов, отведенных от центрального локуса правого полушария (группа 3, 34 человека). Электрофизиологические показатели и показатели психологического тестирования определяли до и после работы на компьютере продолжительностью один час (обычная продолжительность работы с ПК при проведении занятий в компьютерном классе), а также через один час после ее окончания.

Выявлено, что напряженная монотонная работа с ПК в течение одного часа (выполнение корректурной пробы, заполнение опросников) ведет к развитию неблагоприятных изменений функционирования ЦНС, отражающихся в модификации паттерна ЭЭГ-потенциалов. У испытуемых после работы с ПК выявлено значимое уменьшение соотношения мощности альфа- и тета- ритмов, увеличение соотношения бета1- и альфа-ритмов ЭЭГ центральных отведений. Обнаружено также статистически значимое снижение психологических показателей “самочувствие”, “активность”, “настроение” по сравнению с исходным