novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.23.651-660novtexmech-1289Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSКоличественная оценка изменения функционального состояния человека за время полета летательного аппаратаQuantifi cation of Changes in the Functional Status of a Person During the Aircraft FlightКручининП. А.KruchininP. A.

канд. физ.-мат. наук, доц

PhD., Associate Professor, Faculti of Mechanics and Mathematics

pkruch@mech.math.msu.suКручининаА. П.KruchininaA. P.

канд. физ.-мат. наук, ассистент

anna.kruchinina@math.msu.ruКудряшовИ. А.KudryashovI. A.

канд. физ.-мат. наук, науч. сотр.

lya.kudryashov.85@gmail.comЛюбкевичА. А.LiubkevichA. A.

аспирант

antonlyu@mail.ruМиняйлоЯ. Ю.MinyayloYa. Yu.

аспирант

minyailo_yana@mail.ruПодоприхинМ. А.PodoprikhinM. A.

студент

podoprikhin.maxim@gmail.comЧертополоховВ. А.ChertopolokhovV. A.

науч. сотр.

psvr@vrmsu.ruМосковский государственный университет им. М. В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation2022071220222312651660Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20222022Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1289

Обсуждаются предварительные результаты применения разработанного подхода к количественной оценке изменения функционального состояния человека за время полета летательного аппарата. Для такой оценки используется сравнение результатов стабилометрических и окулографических обследований пассажира летательного аппарата, проведенные до и после полета. В серии полетов на легкомоторных летательных аппаратах приняли участие 14 добровольцев обоего пола, для которых провели 21 пару предполетных и послеполетных обследований. Для имеющейся выборки добровольцев в ходе этих обследований выявлены параметры, которые имеют устойчивую тенденцию к изменению. Эти параметры характеризуют качество зрительного слежения и возможности удержания человеком вертикальной позы. Доля проб, у которых после полета отмечено снижение средней скорости медленных фаз нистагма, возникающего при оптокинетической стимуляции, превысило 70 %. У большинства добровольцев заметны изменения стабилометрических параметров для оптокинетической пробы и пробы с удержанием равновесия на неустойчивой опоре в виде пластины пенополиуретана. Более чем в 70 % этих проб после полета изменялись скорости слежения, средняя скорость центра давления и показатель качества функции равновесия. Отмечено, что показатель Херста после полета снижался при вставании на пластину пенополиуретана у подавляющего числа обследуемых по сравнению с со значением в фоновой пробе, в то время как до полета изменение этого параметра носит разнонаправленный характер. В стабилометрическом тесте со "ступенчатым отклонением", при котором доброволец по команде совершал быстрые наклоны на небольшой угол за счет изменения угла в голеностопном суставе у 75 % обследуемых после полетов отмечено снижение средней скорости. Полученные результаты предполагается использовать для оценки качества симуляции полета с использованием тренажерных стендов.

The article is devoted to the approach to the quantitative estimation of changes in the functional state of a person during an airplane flight based on the results of stabilometric and oculographic examinations of airplane passengers carried out before and after the flight. Fourteen volunteers of both sexes participated in the study. They performed 21 pairs of pre-flight and post-flight examinations. For the existing sample of volunteers, parameters were identified that had a consistent trend of change. These parameters include visual tracking quality and stabilometric characteristics. In 70 % probes a decrease in the slow phases of optokinetic nystagmus average speed was noted. In most volunteers, changes in the stabilometric parameters for the optokinetic test and the balance test on an unstable support in the form of foam plate are noticeable. The tracking speeds, the average velocity of the pressure center, and the quality index of the equilibrium function decreased after the flight in more than 70 % of all samples. It was noted that the Hurst index after the flight decreased compared to background sample, during get up on the polyurethane foam plate in the vast majority of volunteers. In test before the flight the change in this parameter was multidirectional. In a stabilometric test with a "stepped deviation", in which a volunteer on command made quick bends at a small angle due to a change in the angle in the ankle joint, 75 % of the subjects after the flights showed a decrease in the average speed.

функциональное состояние человекалетная нагрузкапостурологиястабилометрияоптокинетический тестнистагмзрительное слежениеThe article is devoted to the approach to the quantitative estimation of changes in the functional state of a person during an airplane flight based on the results of stabilometric and oculographic examinations of airplane passengers carried out before and after the flight. Fourteen volunteers of both sexes participated in the study. They performed 21 pairs of pre-flight and post-flight examinations. For the existing sample of volunteersparameters were identified that had a consistent trend of change. These parameters include visual tracking quality and stabilometric characteristics. In 70 % probes a decrease in the slow phases of optokinetic nystagmus average speed was noted. In most volunteerschanges in the stabilometric parameters for the optokinetic test and the balance test on an unstable support in the form of foam plate are noticeable. The tracking speedsthe average velocity of the pressure centerand the quality index of the equilibrium function decreased after the flight in more than 70 % of all samples. It was noted that the Hurst index after the flight decreased compared to background sampleduring get up on the polyurethane foam plate in the vast majority of volunteers. In test before the flight the change in this parameter was multidirectional. In a stabilometric test with a "stepped deviation"in which a volunteer on command made quick bends at a small angle due to a change in the angle in the ankle joint75 % of the subjects after the flights showed a decrease in the average speedПубликация подготовлена в рамках реализации Программы создания и развития научного центра мирового уровня "Сверхзвук" на 2020-2025 годы при финансовой поддержке Минобрнауки России (соглашение № 075-15-2020-923). Авторы выражают особую благодарность пилотам и персоналу аэродрома ВихревоThe paper was prepared within the Program of creation and development of the world-class research center "Sverhzvuk" in 2020—2025 under financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (agreement № 075-15-2020-923)ReferencesВолошин Н. В., Михеев Ю. В. и др. Проведение исследований на КТС Ан-26Б, Ил-86 и др. для обоснования допусков воспроизведения эргономических характеристик системы "летчик—самолет" в системе "летчик—тренажер". Отчет по НИР 1.01.02.151* НЭЦ АУВД, гос. рег. No 0I860095154. М., 1988.Voloshin N. V., Mikheev Yu. V. et al. Conducting research on the An-26B, Il-86, etc. CTS to substantiate the tolerances for reproducing the ergonomic characteristics of the "pilot-aircraft" system in the "pilot-simulator" system, Otchet po NIR 1.01.02.151* NEC AUVD, reg. No 0I860095154, Мoscow, 1988 (in Russian).Judy A. D. A Study of Flight Simulation Training Time, Aircraft Training Time, and Pilot Competence as Measured by The Naval Standard Score: PhD. diss. Lakeland(USA). Southeastern University. 2018. 82 p. URL: https://firescholars.seu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1021&context=coe (дата обращения 15.03.2022)Judy A. D. A Study of Flight Simulation Training Time, Aircraft Training Time, and Pilot Competence as Measured by The Naval Standard Score, PhD. diss. Lakeland(USA). Southeastern University, 2018, 82 p., available at: https://firescholars.seu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1021&context=coe (date of access 15.03.2022)Руководство по летной эксплуатации самолета Z-142. Воронеж, 2015. 81 с.Aircraft flight manual Z-142, Voronezh, 2015, 81 p. (in Russian).Boril J., Jirgl M., Jalovecky R. Use of Flight Simulators in Analyzing Pilot Behavior // IFIP Advances in Information and Communication Technology book series (IFIPAICT). 2016. Vol. 475. P. 255—263. DOI: 10.1007/978-3-319-44944-9_22.Boril J., Jirgl M., Jalovecky R. Use of Flight Simulators in Analyzing Pilot Behavior, IFIP Advances in Information and Communication Technology book series (IFIPAICT), 2016, vol. 475, pp. 255—263, DOI: 10.1007/978-3-319-44944-9_22.Сериков В. В., Юшкова О. И., Богданова В. Е. и др. Оценка функционального состояния организма летчиков во время смоделированного полета на тренажере // Вестник ТвГУ. Серия: Биология и экология. 2020. № 1. C. 17—30.Serikov V. V., Yushkova O. I., Bogdanova V. E. at al. Assessment of the functional state of the pilot organism during the simulated flight on the simulator, Vestnik TvGU. Seriya: Biologiya i Ekologiya, 2020, no.1, pp. 17—30 (in Russian).Жильцова И. И., Альжев Н. В. Опыт применения компьютерной стабилографии для предполетного и послеполетного контроля функционального состояния организма летчиков // Военно медицинский журнал. 2020. № 12. C. 47—54.Zhiltsova I. I, Alzhev N. V. Experience of using computer posturography for pre-flight and post-flight control of the functional state of the body of pilots, Voenno medicinskiy zhurnal, 2020, no. 12, pp. 47—54 (in Russian).Переяслов Г. А., Слива С. С. Методическое обеспечение стабилоанализатора "СТАБИЛАН—01" // Известия ТРТУ. 2002. Тематический выпуск: МИС-2002. С. 82—88.Pereyaslov G. A., Sliva S. S. Methodological support of the stabiloanalyzer "STABILAN — 01", Izvestiya TRTU, 2002, Thematic issue: MIS-2002, pp. 82—88 (in Russian).Chen X., Wang Q., Luo C. et al. Increased functional dynamics in civil aviation pilots: Evidence from a neuroimaging study // PLOS ONE. 2020. V. 15, N. 6. URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0234790 (дата обращения 15.03.2022).Chen X., Wang Q., Luo C. et al. Increased functional dynamics in civil aviation pilots: Evidence from a neuroimaging study, PLOS ONE, 2020, vol. 15, no. 6, available at: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0234790 (date of the application 15.03.2022).Kiroi V., Aslanyan E., Bakhtin O. EEG Correlates of the Functional State of Pilots during Simulated Flights // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2016. Vol. 46, N. 4. P. 374—381.Kiroi V., Aslanyan E., Bakhtin O. EEG Correlates of the Functional State of Pilots during Simulated Flights, Neuroscience and Behavioral Physiology, 2016, vol. 46, no. 4, pp. 374—381.Feng Ch., Wanyan X., Yang K. et al. A comprehensive prediction and evaluation method of pilot workload // Technology and health care: official journal of the European Society for Engineering and Medicine. 2018. Vol. 26, N.1. P. 1—14.Feng Ch., Wanyan X., Yang K. et al. A comprehensive prediction and evaluation method of pilot workload, Technology and health care: official journal of the European Society for Engineering and Medicine, 2018, vol. 26, no. 1, pp. 1—14.Благинин А. А., Котов О. В., Жильцова И. И. и др. Возможности компьютерной стабилографии в оценке функционального состояния организма оператора авиакосмического профиля// Военно медицинский журнал. 2016. № 8. C. 51—57Blaginin A. A., Kotov O. V., Zhiltsova I. I. et al. Possibilities of computerstabilography as a part of evaluation of functional state of aerospace operator’s organism, Voenno medicinskiy zhurnal, 2016, no. 8, pp. 51—57 (in Russian).Пальчун В. Т., Кунельская Н. Л., Горбушева И. А. и др. Современные методы диагностики вестибулярных расстройств // Лечебное дело. 2006. № 1. C. 53—60.Pal’chun V. T., Kunel’skaya N. L., Gorbushova I. A. et al. Modern methods for diagnosing vestibular disorders, Lechebnoe delo, 2006, no. 1, pp. 53—60 (in Russian).Лихачев С. А., Марьенко И. П. Статокинетическая характеристика вестибулярной дисфункции у пациентов с васкулярной компрессией преддверно-улиткового нерва// Журнал неврологии и психиатрии им. С. С. Корсакова. 2015. № 7. C. 35—39.Likhachev S. A., Mar’enko I. P. Statokinetic characteristics of vestibular dysfunction in patients with vascular compression of the cochleo-vestibular nerve, Zhurnal Nevrologii i psikhiatrii imeni S. S. Korsakova, 2015, no. 115(7), pp. 35—39 (in Russian).Руководство пользователя "Стабилан-01-2": программно-методическое обеспечение компонент стабилографического комплекса Stabmed2. ЗАО "ОКБ "РИТМ", Таганрог, 2011. 279 с.User manual "Stabilan-01-2": software and methodological support for the components of the stabilographic complex, ZAO "OKB "RITM", Taganrog, 2011, 279 p. (in Russian).Кручинин П. А. Анализ результатов стабилометрических тестов со ступенчатым воздействием c точки зрения механики управляемых систем // Биофизика. 2019. Т. 64, № 5. С. 1010—1020.Kruchinin P. A. Analysis of the results of stabiolmetric tests with a stepwise input action in the context of the mechanics of controlled systems, Biophysics, 2019, vol. 64, no. 5, pp. 818—827.Белопольский В. И. Взор человека: механизмы, модели, функции. М.: Институт психологии РАН, 2007. 415 c.Belopolskii V. I. Human gaze: mechanisms, models, functions, Moscow, Institut psikhologii RAN, 2007, 415 p. (in Russian).Якушев А. Г., Каспранская Г. Р., Сучалкина А. Ф., Штефанова О. Ю. Математическое моделирование нистагма как механизма стабилизации взора при движении // Известия Института инженерной физики. 2009. № 14. С. 27—31.Yakushev A. G., Kaspranskaya G. R., Suchalkina A. F., Shtefanova O. Yu. Mathematical modeling of nystagmus as a mechanism of gaze stabilization during movement, Izvesyiya Instituta inzhenernoy fiziki, 2009, no. 14, pp. 27—31 (in Russian).Скворцов Д. В. Клинический анализ движений. Стабилометрия. М.: АОЗТ "Антидор", 2000. 192 с.Skvorcov D. V. Clinical analysis of movements, Stabilometry, Мoscow, AOZT "Antidor", 2000, 192 p. (in Russian).Доценко В. И., Усачев В. И. Стабилометрия в диагностике постуральных нарушений в клинической практике: векторный анализ статокинезиграммы // Реабилитация. 2018. № 2(17). C 13—15.Docenko V. I., Usachev V. I. Stabilometry in the diagnosis of postural disorders in clinical practice: vector analysis of the statokinesigram, Reabilitaciya, 2018, no. 2(17), pp. 13—15.Кручинин П. А. Механические модели в стабилометрии // Российский журнал биомеханики. 2014. Т. 18, № 2. С. 184—193.Kruchinin P. A. Mechanical models of stabilometry, Russian Journal of Biomechanics, 2014, vol. 18, no. 2, pp. 184—193.Mandelbrot B. B., Van Ness J. W. Fractional Brownian motions, fractional noises and applications // SIAM Rev. 1968. Vol. 10. P. 422—437.Mandelbrot B. B., Van Ness J. W. Fractional Brownian motions, fractional noises and applications, SIAM Rev., 1968, vol. 10, pp. 422—437.Collins J. J., De Luca C. J. Open-loop and closed-loop control of posture: A random walk analysis of center-of-pressure trajectories // Experimental Brain Research. 1993. Vol. 95(2). P. 308—318.Collins J. J., De Luca C. J. Open-loop and closed-loop control of posture: A random walk analysis of center-of-pressure trajectories, Experimental Brain Research,1993, vol. 95(2), pp. 308—318.Лях Ю. Е., Горшков О. Г., Гурьянов В. Г., Выхованец Ю. Г. Моделирование механизмов саморегуляции вертикальной позы человека // Клин. информатика и телемедицина. 2011. № 8. С. 16—20.Liakh Yu. E., Gorshkov O. G., Gurianov V. G., Vikhovanets Yu. G. Modeling the mechanisms of self-regulation of the vertical posture of a person, Klinicheskaya informatika i telemedicine, 2011, no. 8, pp. 16—20 (in Russian).Schmittbuhl J., Vilotte J.-P., Roux S. Reliability of self-affine measurements // Physical Review E. 1995. Vol. 51(1). P. 131—147.Schmittbuhl J., Vilotte J.-P., Roux S. Reliability of self-affine measurements, Physical Review E, 1995, vol. 51(1), pp. 131—147.Муртазина Е. П. Функциональные особенности выполнения стабилографических тестов у испытуемых с различными антропометрическими данными // Изв. ЮФУ. Техн. науки. 2009. № 9(98). C. 123—127.Murtasina E. P. Functional features of performing stabilographic tests in subjects with different anthropometric data, Izvestija YuFU. Tekhnicheskie nauki, 2009, no. 9(98), pp. 123—127 (in Russian).Шлыков В. Ю., Киреева Т. Б., Левик Ю. С. Изменения стабилографических показателей у больных паркинсонизмом // Изв. ЮФУ. Техн. науки. 2008. № 6(83). C. 112—114.Shlikov V. Yu., Kireeva T. B., Levik Yu. S. Changes in stabilographic parameters in patients with parkinsonism, Izvestija YuFU. Tekhnicheskie nauki, 2008, no. 6(83), pp. 112—114 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.