БИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА И ЕГО СВЯЗИ С КОСМОФИЗИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ
Алгоритм функционирования биотехнической системы. Использование БТС предусматривает получения результатов функционального состояния человека в зависимости от факторов внешней среды для разных иерархических уровней от индивидуального до популяционного. Основой функционирования БТС является автоматизированная технология получения и визуализации результатов и формирования рекомендаций для испытуемого-пользователя на основе синхронного мониторинга его функционального состояния и космофизических факторов. Рассмотрим основные блоки алгоритма работы БТС, представленные на рис. 1.
1. Блок регистрации в проекте. На сайте www.umon.org.ua представлены описание проекта, возможности для участников проекта, справочная информация по регистрации, установке программного обеспечения (ПО) и прохождению регулярного тестирования. После заполнения регистрационной формы (п. 1.1.) на указанный адрес электронной почты направляется письмо со ссылкой для завершения регистрации (п 1.2.).
2. Блок тестирования испытуемого. После подтверждения регистрации испытуемый получает доступ к скачиванию программы-клиента для прохождения тестирования (п. 2.1.1.). Процесс установки ПО на ПК детально описан в разделе сайта «Новому участнику проекта». ПО позволяет осуществлять тестирования неограниченного числа пользователей на одном ПК в последовательном режиме. Добавление нового пользователя осуществляется только в режиме он-лайн (т.е. необходимо соединение с Интернет). Указанный в регистрационной форме адрес электронной почты пользователя является его идентификатором и используется в дальнейшем для сверки данных при повторном заходе на сайт. Каждый из субтестов в программе клиенте снабжен контекстными подсказками.
Рис. 1. Алгоритм построения биотехнической системы мониторинга функционального состояния человека.
Ежедневное мониторирование предусматривает регулярное (один раз в сутки в одно и то же время) регистрацию психофизических показателей помощью ПО (п.2.1.2.). Процесс одной сессии занимает 10-15 минут и предусматривает последовательное выполнение следующих тестов:
-
простая слухомоторная реакция, позволяющая определить время реакции на звуковой сигнал;
-
корректурная проба, используемая для оценки устойчивости произвольного внимания;
-
десятипальцевый хаотичный теппинг (способ защищён патентом РФ № 2314743), позволяющий оценить уровень моторных навыков, работоспособности, а также латеральные предпочтения.
-
методика САН (определение уровней самочувствия, активности, настроения, тревожности, агрессивности, степени благоприятности социальной среды) в нашей модификации,
-
трехкратное последовательное измерение артериального давления и частоты пульса с помощью тонометра и внесением результатов в соответствующие окна.
Ранее нами было показано, что регистрируемые параметры перечисленных методик позволяют отразить существенные аспекты состояния человека и основных регуляторных систем организма, чувствительных к факторам внешней среды: системы гемодинамики, вегетативной нервной и центральной нервной системы, психики.
Результаты мониторингового тестирования сохраняются локально на компьютере испытуемого (п. 2.1.3); накопленные данные могут быть отправлены на сервер в любой момент по желанию испытуемого (п. 2.1.4).
Для каждого испытуемого предусмотрен интерфейс в среде сайта: «личный кабинет», доступ в который испытуемый получает при вводе пары логин/пароль, указанной им при регистрации (п. 2.2.). По каждой из тестовых методик и ее показателей, а также по всем параметрам космической погоды в «личном кабинете» организована система помощи и контекстных подсказок. В рамках данного раздела доступны, в том числе, такие опции как:
-
Изменение личных данных, указанных при регистрации (п. 2.2.1).
-
Заполнения испытуемыми различных анкет, опросников согласно целям исследований (п.2.2.2), которые выявляют индивидуально-типологические характеристики испытуемых, позволяют точнее охарактеризовать результаты мониторинга и отнести испытуемого к той или иной экспериментальной группе.
-
Просмотр результатов и автоматическое формирование рекомендаций.
-
«Дневник наблюдений», в котором испытуемый может фиксировать особенности своего состояния и/или особых факторов, могущих повлиять на его состояние.
-
«Вопрос специалисту» (п. 2.2.3.), для чего на сайте предусмотрены как гостевая книга, так и прямое обращение по адресу электронной почты umon@bk.ru. Вопросы направляются к соответствующему специалисту, и испытуемый получает необходимую консультацию.
-
Просмотр результатов, полученных в результате мониторирования – алгоритм функционирования раздела будет подробно рассмотрен в п. 4.
3. Блок баз данных биотехнической системы. Перечислим БД, в которых сохраняются данные, используемые в дальнейших расчетах (рис.1).
3.1. База данных регистрации пользователей. Содержит регистрационную информацию по каждому из испытуемых (дата регистрации, никнейм или фамилия/имя, пол, дата рождения, место жительства, электронный адрес, логин и пароль, модель тонометра и так далее).
3.2. БД опросников и анкет - даты заполнения опросников/анкет, и их результаты.
3.3. БД анамнестической информации. Содержит дополнительную анамнестическую информацию (заболевания, профвредность, и так далее), предоставляется самим пользователем и используется для формирования рекомендаций испытуемому.
3.4. БД временных рядов значений космофизических индексов (получаемых из соответствующих Интернет-ресурсов обсерваторий и научных порталов) для сопоставления их с результатами мониторинга психофизических параметров испытуемого. Предусмотрены поля для накапливания любой другой динамической информации о состоянии факторов внешней среды (подробнее в п. 8).
3.5. БД результатов измерений. Хранение результатов мониторинга, даты/времени прохождения каждой из сессии измерений с учетом местного времени.
4. Блок формирования запроса испытуемого к выдаче результатов. В пользовательском интерфейсе в структуре «личного кабинета» предусмотрены возможности представления результатов за конкретную дату (п. 4.1.) и за определенный интервал времени (п. 4.2). В первом случае (п. 4.1.) осуществляется выбор даты из перечня дат, за которые имеются данные тестирования, и выбор теста, по которому будет представлено детальное описание результатов. Во втором случае (п. 4.2.) осуществляется выбор интервала времени, за который будут представлены результаты динамики всех параметров, сгруппированных по тестам. Осуществляются проверки выполнимости запросов в соответствии с минимальными требованиями к наличию определенного количества измерений (подробнее в п. 5).
5. Блок автоматизированной выдачи результатов и рекомендаций испытуемому. При выборе просмотра результатов определенного теста за конкретную дату (сессию измерений) в браузере открываются всплывающие окна с отчетной информацией (таблица 1).
Информация по показателям выбранного теста визуализируется в виде графиков, диаграмм (п. 5.1.1.). Здесь же доступны ссылки на состояние и прогноз космической и обычной погоды, с которыми могут быть соотнесены результаты теста.
Таблица 1. Краткое содержание всплывающих окон браузера с отчетной информацией при формировании запроса к выдаче результатов выбранного теста за конкретную дату.
5.1. Всплывающие окна браузера с отчетной информацией:
|
5.1.1. Визуализация и детализация информации по результатам теста в виде графиков, диаграмм.
Состояние и прогноз космической и обычной погоды (Интернет-ссылки)
|
5.1.2. Визуализация и детальное описание результатов по выбранному тесту относительно индивидуальной нормы испытуемого на шкале процентилей с цветовым выделением
|
5.1.3. Описание характеристик показателей выбранного теста.
Физиологические нормы показателей теста (по данным литературы)
|
5.1.4. Таблицы с результатами всех тестов за выбранный день
|
5.1.5. Визуализация результатов всех тестов за выбранный день на шкале процентилей относительно индивидуальной нормы испытуемого
|
5.1.6. Формирование общего отчета с выводом предварительных рекомендаций и заключений (в автоматическом режиме)
|
В следующем окне (п. 5.1.2) по выбранному тесту приводится визуализация каждого из показателей теста на шкале процентилей с обозначением числовых значений. Таким образом, испытуемый получает наглядное представление о том, как относительно его индивидуальной нормы расположены значения показателей за определенный день. Цветовое выделение границ диапазонов организовано единым образом, а конкретное представление зависит от показателя. По мере ухудшения показателя гамма переходит от зеленой в красную, а по мере улучшения – от зеленой в синюю. В качестве примера, на рис. 2 приведен скриншот представления на шкале среднего времени простой слухомоторной реакции за определенный день тестирования конкретным испытуемым. Условием реализуемости представления показателя на шкале процентилей является наличие не менее 40 пройденных сессий тестирования.
Рис. 2. Пример представления показателя на шкале процентилей относительно индивидуальной нормы (медианного значения) – за определенный день.
В следующем окне браузера (п. 5.1.3.) предусмотрено представление значений показателя за выбранный день и контекстные подсказка, позволяющая ознакомиться с описанием данного показателя, и существующими физиологическими нормами (по данным литературы). Далее (п. 5.1.4) приводится таблица с результатами всех тестов за выбранный день и их интерпретацией. В следующем окне (п. 5.1.5.) визуализируются основные показатели тестов на шкале процентилей в виде единой структуры, что позволяет испытуемому наглядно увидеть распределение различных аспектов своего состояния относительно его индивидуальных норм. В отдельном окне (п. 5.1.6.) формируется общий отчет в формате, удобном для вывода на печать и сохранения в файл.
При выборе анализа динамики показателей за выбранный интервал времени открываются окна браузеров, краткое содержание которых представлено в таблице 2.
Таблица 2. Краткое содержание всплывающих окон браузера с отчетной информацией при формировании запроса к выдаче результатов всех тестов за выбранный интервал времени.
5.2. Всплывающие окна браузера с отчетной информацией:
|
5.2.1. Визуализация и по результатам теста в виде графиков, диаграмм (изменение показателей за выбранный интервал времени)
Состояние и прогноз космической и обычной погоды (Интернет-ссылки)
|
5.2.2. Опционально: Попарное сравнение любых выбранных показателей (измерений испытуемого, космической погоды и так далее).
Визуализация результатов в виде графиков.
|
5.2.3. Опционально: Описание характеристик выбранных показателей.
Физиологические нормы показателей тестов (по литературным данным )
|
Опция: Посмотреть данные за определенный день из выбранного периода
|
5.2.4. Описательная статистика показателей тестов за выбранный интервал времени. Визуализация в виде итоговой таблицы.
|
5.2.5. Кросскорреляционный анализ. Представление статистически значимых связей между показателями за выбранный интервал времени в виде таблицы
|
5.2.6. Формирование общего отчета с выводом предварительных рекомендаций и заключений (в автоматическом режиме)
|
В первом окне браузера (п. 5.2.1) испытуемому предлагается выбрать тест для графического отображения динамики его показателей за выбранный интервал времени. Данная опция доступна при наличии не менее 10 сессий измерений, при этом количество пропущенных дней регистрации показателей не должно превышать 50% от величины заданного интервала. Кроме того, доступна опция отображения результатов за определенный день из выбранного периода (ссылка на п. 4.1.1.). В следующем окне браузера (п. 5.2.2.) доступна опция непрерывного выбора любых двух показателей тестов и/или космической погоды для синхронного отображения на графике с двумя осями ординат, приведенными к единому масштабу для облегчения восприятия. В третьем окне (п. 5.2.3) приводятся характеристики и физиологические нормы выбранных показателей. Далее (п. 5.2.4) приводится описательная статистика показателей всех тестов в виде таблицы, содержащей значения среднего, медианы, стандартного отклонения, минимального и максимального значений, междуквартильного размаха, размаха между 90 и 10 процентилями, а также значениями нижнего и верхнего 95% доверительных интервалов. Необходимым условием для выдачи статистики является наличие не менее 40 измерений на выбранном интервале времени.
В следующем окне (п. 5.2.5.) выводятся результаты кросскорреляционного анализа в виде двух таблиц: 1) для определения связей основных показателей различных тестов между собой; 2) для определения связей основных показателей всех тестов с космофизическими индексами. Для реализуемости кросскорреляционного анализа необходимо наличие в выбранном диапазоне дат не менее 40 измерений. При этом при временных сдвигах показателей на ±2 суток должны перекрываться не менее 18 значений.
1) При определении связей основных показателей различных тестов между собой (фрагмент примера представлен в таблице 3) по каждому из показателей тестов производится поиск максимумов кросскорреляционной функции в диапазоне ±2 суток.
Таблица 3. Фрагмент примера отчетной таблицы по выявляемым в кросскорреляционном анализе связей между показателями различных тестов (по данным испытуемой Н.).
анализируемый параметр
|
временной сдвиг анализируемого параметра, соответствующий макс.связи →
|
→ с показателями:
|
коэффициент корреляции
|
уровень значимости
|
Слухомоторная реакция: время
|
опережает на 2 сут.
|
ПСМР: вариабельность
|
-0.2
|
0.033
|
день-в-день (синхронно)
|
Корректурная проба: верно отмеченные знаки
|
-0.27
|
0.0102
|
запаздывает на 1 сут.
|
систолическое артериальное давление
|
0.45
|
0.0008
|
Корректурная проба: продуктивность
|
равномерно в интервале ±2 суток
|
Моторика: доля правой руки в параллельном тесте
|
-0.39±0.022
|
0.0012
|
запаздывает на 2 сут.
|
Моторика: количество нажатий левой рукой в перекрестном тесте
|
0.22
|
0.028
|
…………………………………………………………………………………………………………
При представлении коэффициентов корреляции в таблицу вносятся только те показатели (столбец 1 таблицы 3), модули коэффициентов корреляции с которыми составляют не менее 0.2. Те переменные, по которым не удается выявить связь, не заносятся в таблицу. При внесении во второй столбец таблицы возможны (соответственно) такие варианты информации о таком сдвиге:
1. Анализируемый параметр опережает на 2 сут. другой (конкретный) показатель.
2. Анализируемый параметр опережает на 1 сут. другой показатель.
3. Максимум корреляции наблюдается при отсутствии сдвига (день-в-день).
4. Анализируемый параметр запаздывает на 1 сут. относительно другого показателя.
5. Анализируемый параметр запаздывает на 2 сут. относительно другого показателя.
6. Значение корреляции практически одинаково на интервале сдвигов ±2 суток, если минимальный коэффициент корреляции по отрезку ±2 суток отличается от максимального менее, чем на 0.05 (корреляция равномерная). В таком случае выдается среднее по интервалу значение с соответствующей стандартной ошибкой.
В третьем столбце таблицы представляются те показатели, с которыми обнаруживается корреляция не менее 0.2 по модулю. В четвертом и пятом столбцах приводится сами значения коэффициента корреляции и уровни их статистической значимости.
2) При определении связей основных показателей всех тестов с космофизическими индексами алгоритм аналогичен с той разницей, что поиск максимума кросскорреляционной функции осуществляется в интервале [–2;+3] суток. В данном случае интервал расширен c [–2;+2], поскольку (как показывает опыт подобных исследований) изменения состояния организма могут запаздывать на 3 суток по отношению к соответствующим изменениям космической погоды. В таблице 4 представлен фрагмент примера отчетной таблицы.
Таблица 4. Фрагмент примера отчетной таблицы по выявляемым в кросскорреляционном анализе связей показателей всех тестов с космофизическими индексами (по данным испытуемой Н.).
анализируемый параметр
|
временной сдвиг анализируемого параметра, соответствующий макс.связи →
|
→ с индексами космической погоды:
|
коэффициент корреляции
|
уровень значимости
|
Тревожность
|
равномерно в интервале [–2;+3] суток.
|
F10.7 - солнечная активность
|
-0.35
|
0.022
|
запаздывает на 1 сут.
|
ММП - знак
|
-0.215
|
0.088
|
запаздывает на 3 сут.
|
Ар/F10.7 – отношение ГМА/СА
|
-0.278
|
0.051
|
запаздывает на 3 сут.
|
КЛ – интенсивность космических лучей
|
0.267
|
0.075
|
…………………………………………………………………………………………………………
Преимуществом кросскорреляционного анализа в данном случае является то, что его применение позволяет не просто установить статистические связи между переменными, но и выявить индивидуальные параметры временной организации функций организма в их связях между собой и с внешними датчиками биоритмов, среди которых ведущее место принадлежит космофизическим факторам.
6. Вывод отчетной информации по запросу пользователя на печать / в файл. Данный пункт алгоритма суммирует отчеты, полученные испытуемым, на веб-странице, где отсутствуют элементы интерактивности, и которая специально подготовлена для выдачи на печать и локального сохранения результатов в html-файл с изображениями или в веб-архив (mht-файл).
7. Блок консультаций с экспертами / специалистами. Поскольку окончательный вывод на основе информации, получаемой в БТС, может сделать только соответствующий специалист (врач, физиолог, психолог и так далее), необходимым компонентом алгоритма ее функционирования является формирование заключений и рекомендаций специалистом. Для этого предусмотрены возможности обращения за консультацией к соответствующему специалисту проекта через интерфейс сайта (п. 7.1, 7.2), а также вывода информации на печать / в файл для дальнейшей ее передачи врачам и другим специалистам по инициативе испытуемого (п. 7.3).
8. Возможности использования биотехнической системы в исследовательских и практических задачах. Информационные технологии БТС позволяют ее использовать в различных задачах, как в исходном варианте, так и в варианте запросов от организаций на проведение исследовательских и научно-практических работ. В последнем случае, при заключении соответствующих договоров (п. 8.1, 8.2), организации обеспечивают тестирование групп испытуемых в течение определенного времени, и получают обезличенные данные по тестированию других испытуемых, которые накоплены в базе данных проекта в течение того же временного интервала (п. 8.3.3). Особенно актуальны такие обмены информацией для исследования влияния космической погоды в планетарном масштабе. Для дальнейшего расширения географии исследований в будущем может быть предусмотрен перевод интерфейса и методик на другие языки.
Еще одна возможность использования БТС заключается в проведении биомедицинских исследований, когда группы испытуемых делятся по тому или иному признаку. (п. 8.3.1). Важными направлениями исследований являются разработка систем критериальной экспресс-диагностики состояния лиц определенных групп, чья деятельность или состояние должно мониторироваться в связи с профессиональной деятельностью или определенным заболеванием (п. 8.3.4). Накопленные результаты могут быть использованы для определения возрастных, половых, популяционных норм показателей тестовых методик (п. 8.3.2), которые нуждаются в дополнительном нормировании, поскольку существующие показатели зачастую противоречивы и получены на выборках небольшого объема. Пункты 8.4-8.8. иллюстрируют направления решения этих задач в рамках БТС.
Отдельно стоит отметить возможность включения других показателей внешней среды в БТС для дальнейшего анализа: экологических, метеорологических и так далее. Кроме того, потенциал БТС может быть использован в гигиенических исследованиях, когда параллельно с регистрацией состояния испытуемых на рабочем месте записываться с помощью приборов уровни шума, излучений и других параметров с последующей передачей в базу данных на сервер и включением этих показателей внешней среды в анализ.
Выводы
-
Представленная биотехническая система позволяет осуществлять диагностику состояния человека с помощью комплекса экспресс-методик, реализованных в программном обеспечении, устанавливаемом на персональный компьютер пользователя. Данные регулярного тестирования передаются на сервер в базу данных и составляют основу для дальнейшего анализа и выдачи результатов и рекомендаций в интерфейсе пользователя в среде сайта www.umon.org.ua
-
Накапливаемые данные динамики состояния испытуемого, космической погоды и других факторов позволяют проводить комплексный анализ динамики состояния испытуемого относительно его индивидуальных норм по каждому из показателей, выявлять связи между показателями состояния испытуемого и параметрами космической погоды с учетом временного лага между ними. Получаемые результаты являются основой для прогнозирования состояния человека в связи с влиянием социально-психологических и космофизических факторов.
-
Предварительные выводы и рекомендации, получаемые в автоматизированном режиме, являются основой для дальнейшего осознания информации экспертами, врачами и другими специалистами. Биотехническая система обладает потенциалом для проведения разнообразных научных исследований на основе ее технологии, а также для реализации экспресс-диагностики лиц, чья профессиональная деятельность связана с конкретными требованиями, предъявляемыми к их состоянию.
|
