Измерение кожно гальваническая реакция. Способ регистрации кожно-гальванических реакций и устройство для его осуществления

5. «СЕНСОРНО-МОТОРНАЯ РЕАКЦИЯ. ДВИГАТЕЛЬНАЯ РЕАКЦИЯ БОКСЕРА НА ПОЯВЛЕНИЕ ВНЕШНЕГО РАЗДРАЖИТЕЛЯ» В скоростном исполнении удара важная роль отводится на то, как боксер реагирует на появление внешнего раздражителя (звук, сигнал,загорание лампочки на динамометре перед

Одним из ведущих показателей состояния центральной нервной системы в оценке эмоциональной напряженности является кожная реакция (КР). В настоящее время выделяются два типа КР: фазическая и тоническая. Фазическая КР (от слова "фаза" - переменная величина) - это ответ центральной нервной системы на какой-то короткий ситуационный раздражитель, который называют реакцией на новизну информации. Но,если подозреваемому беспрерывно говорить: "Ты изнасиловал", то после нескольких повторов ответная реакция начнет снижаться и вскоре прекратится вообще.

Снижение показателей может наступать уже после четвертого-пятого предъявления. В основе этого явления лежит "привыкание" к значимому сигналу. Оно определяется уровнем мотивации в сокрытии информации, типом нервной системы человека, его функциональным состоянием.

Тоническая кожная реакция - это медленное изменение кожного сопротивления или кожного потенциала (напряжения), которое характеризует нервно-эмоциональное состояние. Если человека неожиданно поместить в стрессовую ситуацию, то тоническая КР перестроится в течение 2-3-х минут. Две-три минуты - это время запаздывания тонической реакции на эмоциональный раздражитель. Величина кожного сопротивления, которая реально наблюдалась в стрессовой ситуации, менялась от 300-600 кОм до 1-0,1 кОм. На первом этапе изучения кожных реакций исследователи разграничивали методики по способу измерения. Если регистрируют напряжение между двумя участками биоткани, то его называют кожно-гальванической реакцией (КГР) по имени ученого Л. Гальвани, впервые наблюдавшего это явление. Иногда эту процедуру называют электродермографией (от греческого слова derma - кожа).

Вопросу изучения кожной реакции КР в условиях лабораторного и производственного эксперимента посвящено значительное количество работ как у нас (И.С. Кондор, 1980, Н.А.Леонов, 1980, А.А. Крауклис, А.А. Алдерсонс, 1982 и др.), так и за рубежом (Wang 1961, Codor1963, Edelbery 1964, Hori 1982 и др.). История открытия этого явления относится к концу девятнадцатого века, когда в 1888 г. Ч. Фере в 1889 г. И.Р. Тарханов впервые установили взаимосвязь между уровнем кожного сопротивления (кожного потенциала) и психофизиологическим состоянием организма.

В своей работе, представленной на заседании Санкт-Петербургского общества психиатров и невропатологов, И.Р. Тарханов сообщил, что любое раздражение, нанесенное человеку, через некоторое время скрытого периода вызывает сильное изменение уровня регистрируемых показателей. Причем, наносимые раздражения не обязательно связаны с самой кожей. Даже мысленное выполнение арифметического действия вызывает значительные изменения кожного потенциала. При этом величина отклонения зависит от состояния испытуемого и глубины его воображения. С развитием утомления величина ответной реакции значительно снижается. В дальнейшем открытие, сделанное И.Р Тархановым, нашло отражение в мировой литературе как"феномен Тарханова", заключающийся в том, что с помощью чувствительного гальванометра измерялся электрический потенциал поверхности кожи при различных состояниях исследуемого организма. Параллельно с Тархановым, практически в одно и то же время, Фере выявил аналогичную зависимость в изменении кожного сопротивления. Такие ученые как В.П. Горев, (1943), S. Duret R. Duret, (1956) и др. провели сравнительную оценку двух методик измерения кожного сопротивления и кожного потенциала.

У испытуемых одновременно регистрировали КР и электрокожное сопротивление при различных звуковых, световых, болевых раздражителях. Ими было установлено, что формы кривой практически идентичны. Несмотря на то, что со дня первого серьезного изучения кожного потенциала прошло более 100 лет, вопрос механизма кожно-гальванического рефлекса остается довольно спорным. Так, в 1889 г И.Р. Тарханов пришел к выводу, что потенциалы кожи возникают за счет отведения биотока от участков с разным количеством потовых желез. Для реализации своей идеи И.Р. Тархановым была предложена специальная методика отведения кожного потенциала. В качестве точек наложения электродов им были рекомендованы ладонная и тыльная поверхности кисти и предплечье человека. В основе механизма возникновения потенциала кожи, как считал И.Р. Тарханов, лежит изменение интенсивности выделения пота под влиянием центральной нервной системы. Теория Тарханова о происхождении КР была поставлена под сомнение в 1963 г. (Zyerina, Skoril, Saurek). Изучая скорость распространения КР, они установили, что в верхних конечностях она составляет 154,9 см/сек, а в нижних-71,6 см/сек. В связи с этими данными вполне оправдано предположение, что в основе возникновения КР не могут лежать обменные процессы, тем более функция потовых желез. Так как их выделительные процессы слишком инертны по сравнению со скоростью проведения КР.

Независимость происхождения КР от функционального состояния потовых желез была продемонстрирована работами Wilcott (1957). Исследуя одновременно потоотделение, электросопротивление кожи и кожный потенциал с ладоней 35 испытуемых во время проведения тестов на устное решение математических задач, Wilcott и др. установили, что изменение электрокожного сопротивления наступает раньше на 1,1 сек., чем потоотделение. Было установлено, что время запаздывания КР у одного и того же испытуемого практически постоянно. Несмотря на ряд противоречащих и даже нередко исключающих друг друга теорий о происхождении постоянного потенциала, вопросов участии центрального нервного аппарата в этом процессе ни у кого не вызывает сомнений. Кожная реакция тесно связана как с общим состоянием центральной нервной системы, так и различных ее отделов.

Регистрируя площадь описываемой кривой КР с обеих рук, Раевская и др. (1985) выявили асимметрию в реакции, В спокойном состоянии, когда обследуемому предъявлялась серия фотовспышек, КР была более выражена на левой руке, а при отсчете временных интервалов в уме были больше показатели на правой руке. Это связано, по-видимому, с тем, что в данном случае преимущественно активизируется левое полушарие. Исследования, проведенные в процессе перехода от бодрствования ко сну, показали, что в ходе засыпания фазическая активность КГР снижается, достигая минимума в период сна.

Была сделана попытка изучения суточных ритмов электрокожного сопротивления с целью установления его периодики. Так, Pytenfranz, Hellbrugge, Niggeschmid (1956), исследуя суточную периодику на 8 испытуемых, установили, что ритм колебаний этого сопротивления с 8 до 11 часов был значительно выше, а с 12-15 и 18-20 часов ниже среднего уровня. Суточные кривые электрокожного сопротивления детей, в общем, аналогичны кривым взрослых, хотя и были сдвинуты влево на 1-2 часа (у детей утренний максимум в 8 часов, у взрослых в 10 часов, дневной минимум соответственно в 12 и 14 часов). Максимальное "уплощение" кривой и наибольшая ее стабильность у детей наблюдалась в 20-22 часа, а у взрослых после 24 часов. Кожная реакция - один из тех показателей, который является безотказным индикатором организма на новизну раздражителя. КР возникает только в результате рассогласования поступившей информации с ожидаемой, а не является результатом "раздражения" в обычном смысле этого слова. (Е.Н. Соколов, 1960, 1962).

На характер КР существенно влияют также возрастные и индивидуально-половые различия (Е.Н. Кутчак и др.). Изучая изменения сопротивления кожи человека в процессе его развития, установили, что минимальные цифры наблюдаются у новорожденных, а, начиная с одного года, кожное сопротивление постепенно увеличивается. В пожилом возрасте прослеживается снижение КР, достигая в старческом возрасте величины не намного большей, чем у новорожденных.

Исследования В.Н. Мясищева (1929, 1936) выявили прямую связь между величиной раздражителя и амплитудой КР В то же время в работе А.И. Зингермана (1967) была показана обратная зависимость между вероятностью появления сигнала и величиной кожно-гальванической реакции. Чем меньше вероятность его появления, тем больше ответная реакция КР. Кожная реакция сопровождает все психические процессы человека, особенно если они носят явную эмоциональную окраску, являясь суммарным биологическим эффектом, характер которого определяется функциональным состоянием большого количества органов и тканей организма и позволяет в отдельных случаях довольно тонко анализировать психофизиологические реакции человека (А.К. Подшибякин, 1949, 1954; И.А. Ветохин, Л.П. Тимофеева, 1957). В 1967 Lakte установил, что КР может отражать подготовку организма к предстоящему восприятию информации с учетом физиологических особенностей человека и характера мотиваций.

Изучение КР при различных степенях напряженности позволило выявить прямую зависимость величины изменения сопротивления кожи от величины эмоциональной напряженности. Кожно-гальваническая реакция может быть использована не только как индикатор эмоционального состояния человека, но и, при соответствующих условиях, позволяет определять его величину. Большему по социальной значимости раздражителю (при условии одинаковой эмоциональной устойчивости организма) будет соответствовать более выраженное проявление кожной реакции.

В основе КР лежат нервные механизмы, отражающие, в конечном итоге, как величину раздражителя, так и вероятность его появления (энтропию). Характер ответа КР во многом определяется функциональным уровнем системы регулирования, устал или бодр человек, наличия у него патологии. Для оценки информативности КР использовались различные методические подходы. Изучалось время запаздывания (Dorrow 1967), максимальная амплитуда (А.А. Крауклис, А.А. Алдерсонс, 1982), длительность и площадь волн (П.В.Тараканов, 1982). Каждый из способов имеет право на существование, хотя, на наш взгляд, измерение площади волн КР следует считать наиболее информативным показателем. Анализируя результаты исследований различных авторов по КР, мы видим, что, в отдельных случаях, при воздействии сравнительно одинаковых источников стресса на человека, исследователи пришли к совершенно противоположным результатам. Для выявления причин противоречивости полученных результатов было проведено специальное исследование (В. А. Варламов, 1974). В эксперименте участвовали две группы испытуемых: эмоционально устойчивые и эмоционально неустойчивые, неадекватно реагирующие на стресс. Тоническая и фазическая составляющие КГ регистрировались на фоне постепенно возрастающую нервно-эмоциональную нагрузку (отрезок а - м рис.2). Было установлено, что тоническая составляющая КР с ростом эмоционального напряжения менялась однонаправлено (кожное сопротивление снижалось). В то же время, фазическая КР имела двухфазную зависимость от величины эмоционального напряжения (рис. 2). На первом этапе выполнения задания наблюдалось увеличение частоты и амплитуды осцилляции фазической КР. Далее, с продолжением увеличения эмоционального напряжения, наблюдалось снижение амплитуды КР (точка М). Эти исследования еще раз подтвердили необходимость быть внимательными к функциональному состоянию человека при исследовании, стремиться оптимизировать его состояние, в противном случае данные полиграфного обследования будут существенно искажены

Рис. 2. Измерение частоты и амплитуды КР при плавно нарастающем и плавно снижающемся эмоциональном напряжении:

а - фон,
б - максимальная ответная реакция на этапе увеличения эмоционального напряжения,
с - минимальная реакция в момент максимального стресса,
д ~ максимальная ответная реакция на этапе снижения эмоционального напряжения,
е - прекращение действия эмоционального раздражителя,
М - максимальное эмоциональное напряжение

Анализ данных о механизме возникновения и регулирования кожной реакции, ее информативных признаков показал, что:
-тоническая кожная реакция является отражением глубинных процессов функциональной перестройки в центральной нервной системе;
- величина "ответа" кожно-гальванического рефлекса находится в прямой зависимости от новизны раздражителя, типологических особенностей высшей нервной деятельности, уровня мотивации обследуемого и его функционального состояния;
- динамика показателей фазической КР может быть критерием степени эмоционального перенапряжения функциональной системы человека. Если дальнейший рост эмоционального напряжения ведет к снижению фазической КР, то это говорит о пределе функциональных возможностей обследуемого;
- методики регистрации, измерения динамики кожного сопротивления, или потенциала кожи, сточки зрения информативности не имеют различия;
- информативные признаки кривой КР являются общими для любых периодических кривых.

При анализе КР необходимо учитывать характеристики подвижности нервной системы людей с учетом региональных и национальных особенностей. По кривой КР нельзя определить, представитель какой национальности проходит тестирование, грузин или чеченец, но то, что они представители "южных" народов, оба темпераментные, с подвижной нервной системой, - определить можно. Показатели, которые могут быть использованы для последующего анализа, представлены на рис. 3. К ним следует отнести время запаздывания реакции (отрезок а-б). С момента предъявления стимулирующей информации обследуемому время запаздывания реакции составляет в норме 1,2-3 сек. Длина восходящей кривой (отрезок б-в) характеризует мощность активирующих процессов возбуждения. Нисходящая кривая (отрезок в-г) - интенсивность включения тормозных процессов. Время, за которое реакция достигла максимума (1Д определяет подвижность процессов возбуждения.

Практически во всех случаях при анализе кривых КР измеряется максимальная высота кривой (h), отражающая силу эмоционального ответа центральной нервной системы обследуемого на предъявляемый стимул. Высокую информативность представляет площадь, замеренная под кривой (S,}. Она является интегральным показателем, объединяющим амплитуду (Ы) и общую длительность кривой t 1 . Несет информацию и отрицательная фаза основной кривой (п). Отрицательная фаза-это часть кривой, которая

Рис. 3. Показатели, характеризующие кривую КР:

А - амплитуда реакции,
В - время,
С - стимул,
а, б - время запаздывания реакции,
б, в - длина "восходящей" кривой,
в, г - длина "нисходящей" кривой,
t, - время, за которое реакция достигла максимума,
tg - время, за которое реакция пришла к исходному состоянию,
h- амплитуда кривой,
S- площадь под кривой,
D - вершина отрицательной фазы кривой,
h- амплитуда отрицательной фазы кривой,
е, з - "затухающие" кривые.

Находится ниже нулевой линии и характеризует степень тормозных реакций центральной нервной системы, призванных для коррекции реакций возбуждения. Кривая отрицательной фазы (вершина "Д") анализируется по тем же показателям, что и основная (по длительности амплитуды и т.д.) с той лишь разницей, что она характеризует тормозные процессы. Чем больше амплитуда h в кривой отрицательной фазы, тем активней подключалась система, противодействующая, то есть тормозящая процессы возбуждения после их проявления. Состояние возбуждения, вызванное предъявленным стимулом, не может быть постоянным, бесконечным.

Включение механизмов торможения несет защитную функцию, так как длительное нахождение организма человека в состоянии возбуждения нежелательно, пагубно отражается на системе в целом. Если тормозящий механизм очень мощный, то кривая "проскакивает" нулевой уровень и переходит в "отрицательную фазу (рис. 4 - кривая 1Б). Таким образом, чем ярче у обследуемого выражена "отрицательная" фаза в кривой КР, тем больше возможность у подозреваемого контролировать свое состояние в экстремальных условиях.

Однако следует помнить, что возможны исключения, связанные с индивидуальными особенностями обследуемого, либо применяемой им техникой противодействия. Нисходящая часть кривой является отражением включения тормозных процессов. Чем мощней этот процесс, тем быстрей компенсируется возбуждение и тем круче кривая стремится к изолинии (рис. 4 - кривая 1Б). Если реакция КР положительная, т.е. кривая находится вверху от изолинии, то ее восходящая часть и амплитуда определяются процессами возбуждения. В норме баланс возбудительно-тормозных процессов выражается соотношением как 1,0: 1,2. Тормозные процессы должны незначительно преобладать, над процессами возбуждения, примерно на 5-10%. Наличие мощного тормозного процесса имеет большое значение для нормального функционирования нервной системы. Однако важную роль в реагировании на стимулирующую информацию играет и наличие согласованности, сбалансированности, взаимодействия процессов возбуждения и торможения.

При отсутствии сбалансированности и согласованности торможение, включенное однажды, очень долго будет воздействовать на организм человека, что тоже может привести к затруднениям при интерпретации полученных результатов. Это явление прослеживается на кривой № 2Б (рис. 4). Возникшее возбуждение (вершина "А") было компенсировано торможением (Б), которое не "отключалось" практически до конца регистрации реакции. На практике встречаются и противоположные реакции (кривая 3). Кривая от вершины "А", вызванной повышенным возбуждением на стимул (N), очень медленно

Рис. 4. Некоторые виды формы КР в фоне и после подачи стимула:

N - стимул,

А, Б, В, Г - вершины кривой,

Изолиния.

возвращается к исходному уровню. Это явление возможно в том случае, если ответный, тормозной процесс включается медленно, вяло, неадекватно силе процесса возбуждения. Отсутствие сбалансированности активирующих и угнетающих процессов прослеживается и на рис. АЛ- После стандартного реагирования на стимул, кривая не затухает и не возвращается к нулевой линии. На ней появляется несколько небольших всплесков, продолжающихся практически весь период измерения. Следует иметь в виду, что чем больше согласованность процессов возбуждения и торможения, тем меньше прослеживаются дополнительные вершины на кривой.

Система регулирования в организме устроена так, что постоянно существует определенный дисбаланс корректирующих процессов. Это связано с тем, что команды из "центра" о включении тех или иных реакций поступают с опозданием, а, следовательно, происходит их некоторое перерегулирование. В нашем примере (кривая 4) это явление четко видно. После возрастания процесса возбуждения, приведшего к появлению вершины "А", включаются тормозные реакции. Кривая резко снижается, достигая изолинии. К моменту поступления команды в "центр" о том, что процесс приведения реакции возбуждения к исходному базовому уровню закончен, поступит обратная команда - ослабить тормозные процессы.

Пройдет время, кривая "проскочит" базовую линию (точки Б,В, Г). И будет"подключена" система, повышающая возбуждение, и кривая пойдет вверх, стремясь достигнуть исходного уровня. И опять, за счет запаздывания команд, произойдет "проскакивание" изолинии и т.д.

В данном случае мы имеем дело с системой, которая постоянно находится в движении, никогда не останавливаясь. Амплитуда этих "качаний" тесно связана с величинами эмоционального напряжения и определяется общим функциональным состоянием обследуемого. Этим и объясняется появление дополнительных вершин на кривой или увеличение амплитуды уже существующих ранее. На практике можно встретить увеличение как числа вершин, так и их амплитуды, хотя это явление не обязательно.

Возможны случаи, когда дополнительные вершины кривой более четко выражены в фоне до начала тестирования (рис. 4 - кривая 5 вершины В и Б). При начале тестирования они резко уменьшаются или исчезают совсем. Это объясняется стрессом ожидания, в основе которого лежит дефицит информации о процедуре проверки. Данный тип реакции наблюдается у людей, для которых отсутствие (дефицит) информации, ее неопределенность вызывают большее эмоциональное напряжение, чем сама информация (кривая 5).

Рис.5 Различные формы реакции КР в ответ на предъявляемый стимул:
N-стимул
A,В-вершины кривой

Стресс ожидания может проявиться и в повторном появлении "вершин" на кривой (кривая 6Б}. Этот ложный сигнал, не несущий информации на предъявленный стимул (вопрос), легко определяется, если ему предшествовал продолжительное время относительно ровный участок полиграммы. Специалисту необходимо помнить, что "запаздывание" появления ответной реакции на предъявляемый вопрос лежит в пределах 1,2-3 секунды от момента осознания обследуемым предъявляемой ему информации, если запись результатов начинается после заданного вопроса. Поэтому"ключевое" слово в вопросе должно стоять в конце фразы. Например, можно построить фразу: "Вы убили женщину с ребенком?". Реакция КР может быть получена после слов "убили". В данном примере оно является основным (ключевым) в образовании эмоционального напряжения. Эту же информацию можно было предъявить обследуемому в другой последовательности: "Женщину с ребенком Вы убили?". В данном вопросе ключевое слово стоит в конце фразы. Ответная реакция на него проявится через 1,2-3 сек. Если "ответная" реакция на кривой КР будет наблюдаться через 4-6 секунд, или более, то она вызвана не предъявленным стимулом, а ассоциативным воспоминанием о событиях, связанных с его прошлым, в том числе и криминальным. В случае если основная информация, заложенная в предъявленном вопросе, и ассоциативная осознается обследуемым с небольшими временными задержками, то кривая может иметь несколько вершин (рис. 5-2 А, Б). Например, данная реакция может быть в том случае, если у гражданина "М", ранее судимого за изнасилование, при предъявлении значимого вопроса, начинается обычная реакция через 1,2-2 сек. после "ключевого" слова, а в это мгновение он вспомнит место лишения свободы, где ему, по стечению обстоятельств, чудом удалось остаться живым. Эта информация является тем стимулом, который вызывает дополнительное эмоциональное напряжение. Возможно, что эти воспоминания могут быть несколько затянуты во времени. В таком случае наблюдается вторая, довольно мощная вершина (рис. 5 -кривая 3 Б). В данном примере с гражданином "М" возможны случаи, когда после "ключевого" слова он сначала вспомнит события на зоне (рис. 5 - кривая 4 А), и потом совершенное им очередное преступление (4 Б).

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, в частности к способам и устройствам для диагностики состояния живого организма по электрической проводимости кожи, может быть использовано в экспериментальной и клинической медицине, а также в психофизиологии, педагогике и спортивной медицине. Изобретение позволяет устранить помехи, обусловленные артефактами движения человека, а также вызванные небиологическими причинами (различными электрическими помехами и аппаратурными шумами). Способ характеризуется тем, что анализируют форму каждого импульса в последовательности импульсов в полосе частот фазической составляющей. Для этого регистрируют первую и вторую производные по времени от логарифма электрической проводимости кожи. Определяют величину тренда, обусловленного тонической составляющей, и корректируют величину первой производной, вычитая из нее величину тренда. Далее определяют время прихода импульса первой производной в момент превышения величинной второй производной пороговой величины, а затем анализируют форму упомянутого импульса. При удовлетворении параметров этой формы установленным критериям относят упомянутый импульс к импульсам фазической составляющей, а при невыполнении - к артефактам. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, в частности к способам и устройствам для диагностики состояния живого организма по электрической проводимости кожи, и может быть использовано в экспериментальной и клинической медицине, а также в психофизиологии, педагогике и спортивной медицине. Известно, что электрическая проводимость кожи живого организма является чувствительным индикатором его физиологического и психического состояния, а параметры отклика проводимости на внешнее воздействие, так называемая кожно-гальваническая реакция (КГР), позволяет оценить психофизиологический статус индивидуума. При исследовании КГР различают показатели тонической и фазической составляющих электродермальной активности (ЭДА). Тоническая активность характеризует собой изменения проводимости кожи, происходящие относительно медленно с периодом нескольких минут и более. Фазическая активность - это процессы, происходящие много быстрее на фоне тонической активности, - их характерные времена единицы секунд. Именно фазическая активность в большей мере и характеризует реакцию организма на внешний раздражитель и в дальнейшем именуется фазической составляющей, или КГР. Известные способы регистрации КГР предусматривают наложение на кожу испытуемого пары электродов, подключенных к источнику зондирующего тока и регистратору тока в цепи электроды - источник тока. Реакция имеет место, когда потовые железы выпрыскивают секрет и в цепи возникают кратковременные импульсы электрического тока. Такие импульсы генерируются либо спонтанно, либо вследствие стрессового или иного раздражителя . Известные устройства для регистрации КГР включают источник тока, подключенный к электродам, а также блок регистрации изменения во времени электрического сигнала и его обработки. Обработка сигнала заключается в выделении фазической составляющей на фоне тонической составляющей. Это может обеспечиваться, например, в блоке, использующем мостовую схему и ряд усилителей постоянного тока с индивидуальной установкой нуля. Значение тонической составляющей (далее именуемой тренд) вычисляется аналоговым путем, а затем вычитается из сигнала. На эту величину на графопостроителе сдвигается к нулю базовая линия . В другом известном устройстве относительный уровень фазической составляющей по сравнению с тонической составляющей электродермальной активности выделяется схемой, содержащей на выходах соответствующих усилителей фильтры верхних и нижних частот, а также схему деления. Следует отметить, что в упомянутых выше способе и устройствах для регистрации кожно-гальванической реакции не предусматриваются средства для анализа самих импульсов фазической составляющей, в то время как они могут дать дополнительную информацию о состоянии испытуемого. Наиболее близким к заявляемому способу является способ регистрации кожно-гальванической реакции, реализованный в устройстве . Способ предусматривает закрепление на теле человека двух электродов, подачу электрического напряжения на них, регистрацию изменения во времени электрического тока, протекающего между электродами, и фиксацию импульсов тока в полосе частот фазической составляющей электродермальной активности. Прототипом устройства для регистрации кожно-гальванических реакций является устройство, реализующее вышеупомянутый способ . Оно имеет электроды со средствами их крепления к коже, подключенные к входному устройству, средства для выделения сигналов в полосах частот фазической и тонической составляющих электродермальной активности, средства для детектирования импульсов фазической составляющей, средства для уменьшения амплитуды импульсных помех, а также блок регистрации. Однако вышеупомянутые способ и устройство не свободны от артефактов, которые накладываются на временную последовательность сигналов КГР и сходны с импульсами фазической составляющей. Эти артефакты являются, например, следствием неконтролируемых движений человека при регистрации (т.н. артефакты движения (АД)). В сигнале могут появляться также шумы из-за изменения контактного сопротивления между, электродами и кожей человека. Упомянутые выше помехи, включая АД, могут иметь характеристические частоты, сравнимые с фазической составляющей, что ставит их выявление и учет в особую проблему. Ранее эта проблема решалась установкой специальных датчиков, в дополнение к электродермальным, на тело человека, что усложняет эксперимент (R.NICULA.- "Psychological Correlates of Nonspecific SCR", - Psychophysiology; 1991, vol.28. No l, p.p. 86-90). Кроме того, тоническая составляющая имеет минимальные характерные времена порядка нескольких минут. Эти изменения необходимо учитывать, особенно в тех случаях, когда амплитуда и частота фазической составляющей понижены, а тонические изменения максимальны. Такой процесс характерен и при аппаратном дрейфе измерительного тракта, и может быть ошибочно интерпретирован как информационный сигнал. Задачей настоящего изобретения является создание способа регистрации КГР и устройства для его осуществления, свободных от помех, обусловленных артефактами движения человека, а также помех, вызванных небиологическими причинами (техногенными и атмосферными электрическими разрядами и аппаратурными шумами). Эта задача решается без использования каких-либо дополнительных приспособлений, аналогичных описанным в вышеупомянутой работе R.NICULA. Информация о помехах извлекается непосредственно из самого сигнала КГР, и в основе методики лежит подробный анализ формы каждого электрического импульса в последовательности импульсов, поступающих с электродов. Известно, что импульс фазической составляющей представляет собой спонтанное кратковременное повышение проводимости кожи с последующим возвратом к исходному уровню. Такой импульс обладает специфической асимметрией формы: имеет крутой передний и более пологий задний фронты (см. "Principles of Psychophysiology. Physical, Social, And Inferential Elements". Ed. John T. Cacioppo and Louis G. Tassinary. Cambridge University Press, 1990, p.305). Для определения искомых параметров этого импульса КГР производится дифференцирование логарифма входного сигнала (например, с помощью аналогового дифференциатора). Патентуемый способ включает закрепление на теле человека двух электродов, подачу электрического напряжения на них, регистрацию изменения во времени электрического тока, протекающего между электродами и фиксацию импульсов тока в полосе частот фазической составляющей электродермальной активности. Способ характеризуется тем, что анализируют форму каждого импульса в последовательности импульсов в полосе частот фазической составляющей. Для этого регистрируют сигнал в виде производной по времени от логарифма численного значения электрического тока, определяют величину тренда, обусловленного изменениями сигнала в полосе частот тонической составляющей электродермальной активности, и корректируют величину первой производной, вычитая из нее величину тренда. Далее регистрируют вторую производную по времени от логарифма численного значения электрического тока, определяют начало импульса упомянутого сигнала по моменту превышения второй производной пороговой величины, а затем определяют соответствие формы импульса установленным критериям. При наличии такого соответствия относят анализируемый импульс к импульсам фазической составляющей, а при отсутствии - относят к артефактам. Величина тренда может определяться как среднее значение первой производной за интервал времени, характерный для тонической составляющей, преимущественно от 30 до 120 с. Кроме того, величина тренда может определяться как среднее значение первой производной за интервал времени 1-2 с при условии, что величины первой и второй производных меньше заданных пороговых значений в течение этого интервала времени. Временем прихода импульса первой производной может считаться момент, когда вторая производная превышает пороговое значение по меньшей мере на 0,2%. При определении формы импульса регистрируют значения максимальной (f MAX) и минимальной (f min) величин первой производной за вычетом величины тренда, их отношение r, интервал времени (t x) между минимумом и максимумом первой производной. При этом моменты достижения максимальной и минимальной величин первой производной определяются по моменту смены знака второй производной. Критериями принадлежности анализируемого импульса к сигналу фазической составляющей электродермальной активности могут являться следующие неравенства (для фильтрованного сигнала): 0,5 < f MAX < 10; -2 < f min < -0,1; 1,8 < t x < 7; 1,5 < r < 10 Вышеприведенные существенные признаки патентуемого способа обеспечивают достижение технического результата - повышения помехозащищенности регистрации кожно-гальванической реакции в условиях реальных помех различного происхождения, а также артефактов движения самого испытуемого. Ниже описанные средства для реализации способа могут быть выполнены как приборным, так и программным путем и их сущность ясна из приведенного описания. Устройство для регистрации кожно-гальванических реакций содержит электроды со средствами их крепления, подключенные к входному устройству, средства для подавления импульсных помех, средства для выделения сигналов в полосах частот фазической и тонической составляющих электродермальной активности, средства для детектирования импульсов фазической составляющей и блок регистрации. Средства выделения сигнала в полосах частот тонической и фазической составляющих, средства для подавления импульсных помех и средства для детектирования импульсов фазической составляющей выполнены в виде последовательно подключенных к входному устройству фильтра нижних частот, блока преобразования логарифма входного сигнала в первую и вторую производные по времени и блока анализа формы импульсов, при этом выход последнего подключен к входу блока регистрации. Входное устройство может представлять собой стабилизированный источник электрического напряжения и резистор, подключенные последовательно к электродам, логарифмирующий усилитель с дифференциальным входным каскадом, при этом резистор шунтирует входы логарифмирующего усилителя. Блок преобразования логарифма входного сигнала в первую и вторую производные по времени может быть выполнен в виде первого и второго дифференциаторов и фильтра нижних частот, при этом выход первого дифференциатора подключен к входам второго дифференциатора и фильтра нижних частот, выходы которых являются выходами блока. Блок анализа формы может включать средства для определения максимальной скорости изменения проводимости на переднем и заднем фронтах анализируемого импульса, средства для определения асимметрии его формы, средства для определения ширины импульса, средства для сравнения упомянутых величин с установленными пределами для выработки сигнала принадлежности анализируемого импульса сигналу фазической составляющей электродермальной активности. Блок преобразования входного сигнала в первую и вторую производные по времени от его логарифма и блок анализа формы импульсов могут быть выполнены на базе компьютера, подключенного к входному устройству через аналого-цифровой преобразователь. По сведениям, которыми располагают изобретатели, технический результат - повышение достоверности при выделении импульсов фазической составляющей очевидным образом не следует из сведений, содержащихся в уровне техники. Изобретателям не известен источник информации, в котором бы раскрывалась применяемая методика анализа формы сигнала, позволяющая разделять полезные сигналы импульсов фазической составляющей и артефакты, в том числе обусловленные движениями испытуемого. Отмеченное позволяет считать изобретение удовлетворяющим условию патентоспособности "изобретательский уровень". В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих изобретения, вариантов его осуществления. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для регистрации кожно-гальванических реакций в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 - реальный пример формы исходного сигнала (a) и результаты его обработки устройством по изобретению (b, c, d); на фиг. 3 - аппаратная реализация блока анализа формы импульса; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие функционирование блока анализа формы; на фиг. 5 - пример реализации блока синхронизации; на фиг. 6 - пример компьютерной реализации устройства с использованием цифровой обработки сигнала; Патентуемый способ регистрации кожно-гальванической реакции удобно пояснить на примерах функционирования устройств для его реализации. Устройство для регистрации кожно-гальванической реакции (фиг.1) включает входное устройство 1, подключенное к электродам 2, 3 для присоединения к коже 4 человека. Электроды могут быть выполнены в различных вариантах, например в виде двух колец, браслета на запястье и кольца, браслета с двумя электрическими контактами. Единственное требование к ним: электроды должны обеспечивать стабильный электрический контакт с кожей испытуемого. Электроды 2, 3 подключены к стабилизированному источнику напряжения 5 через резистор R 6, а сам резистор подключен к входу дифференциального логарифмирующего усилителя 7, выход которого является выходом входного устройства 1 и подключен к входу фильтра 8 нижних частот. Выход фильтра 8 подключен к входу первого дифференциатора 9. Выход последнего подключен к входу второго дифференциатора 10, выход которого подключен ко входу 11 блока 12 анализа формы импульса. Кроме того, выход первого дифференциатора 9 подключен непосредственно к блоку 12 через вход 13, а также через фильтр 14 нижних частот к другому входу 15 блока 12 анализа формы. Сигнал с выхода упомянутого фильтра 14 нижних частот используется в блоке 12 для компенсации тонической составляющей КГР. Частота среза фильтра 8 нижних частот составляет около 1 Гц, а частота среза фильтра 14 нижних частот - около 0,03 Гц, что соответствует верхним границам полос частот фазической и тонической составляющих ЭДА. Выход блока 12 анализа формы импульса подключен к блоку регистрации 16. Изобретение может быть реализовано как аппаратным, так и программным путем. И в том, и в другом случаях анализ формы импульсов фазической составляющей ЭДА, позволяющий отделить их от артефактов движения и помех, проводится с использованием характерных параметров сигнала, которые затем сопоставляются с допустимыми пределами. К числу этих характерных параметров относятся: максимальная крутизна переднего и заднего фронтов импульса: выражается как максимальная (f MAX) и минимальная (f min) величины первой производной логарифма входного сигнала (за вычетом тренда); ширина t x импульса, определяемая как интервал времени между моментами достижения максимального и минимального значений первой производной; отношение абсолютных величин первой производной (за вычетом тренда) в максимуме и минимуме: r = |(f MAX)|/|(f min)|. Это значение г является мерой асимметрии анализируемого импульса. Таким образом, условиями отнесения анализируемого импульса к импульсу фазической составляющей ЭДА, а не к артефактам движения и помехам, являются неравенства: m 1 < f MAX < m 2 ; m 3 < f min < m 4 ; r 1 < r < r 2 ;
t 1 < t x < t 2 "
где
m 1 , m 2 - наименьшее и наибольшее допустимые значения первой производной (за вычетом тренда) в максимуме, %/с;
m 3 , m 4 - наименьшее и наибольшее допустимые значения первой производной (за вычетом тренда) в минимуме, %/с;
t 1 , t 2 - минимальное и максимальное время между экстремумами первой производной, с;
r 1 , r 2 - минимальная и максимальная величина отношения r. Установлено, что эти пределы сильно варьируют как от одного испытуемого к другому, так и для одного и того же лица при различных измерениях. Вместе с тем, при статистической обработке результатов исследований было установлено, что от 80 до 90% сигналов относятся собственно к сигналам КГР, если используются следующие числовые значения пределов: m 1 =0,5, m 2 =10, m 3 =-2, m 4 = - 0,1, t 1 =1.8, t 2 =7, r 1 =1,5, r 2 =10. На фиг. 2 представлен пример обработки реального сигнала КГР. На кривой a показана форма сигнала - U = 100ln (I изм) на выходе логарифмического усилителя 7; на кривой b - первая U", а на кривой c - вторая U" производные показанного на кривой a сигнала. Поскольку схемой предусмотрено логарифмирование сигнала, то после дифференцирования в элементах 9 и 10 численные значения производных сигнала U" и U"" имеют размерность %/с и %/с 2 соответственно. Там же на фиг. 2 кривой d представлен результат распознавания сигнала КГР на фоне тренда и помех по патентуемому изобретению. Метками S 1 и S 2 показаны сигналы, соответствующие времени появления импульсов фазической составляющей. Обращает на себя внимание тот экспериментальный факт, что внешне сходный с помеченными метками S 1 и S 2 импульс в интервале времен 20 - 26 с (заштрихованная область) - является помехой. Проверка соответствия импульса указанным четырем критериям (*) производится блоком 12 анализа формы. Величина тренда может определяться как среднее значение первой производной за интервал времени, характерный для тонической составляющей, преимущественно от 30 до 120 с. Кроме того, величина тренда может определяться как среднее значение первой производной за интервал времени 1-2 с при условии, что величины первой и второй производных меньше заданных пороговых значений в течение этого интервала времени. Во втором варианте тренд определяется более точно, однако при большом количестве помех вышеупомянутые условия могут не выполняться длительное время. В этом случае необходимо определять тренд первым способом. На фиг. 3 представлена в качестве примера аппаратная реализация блока 12. В этом варианте тренд определяется по усредненному значению первой производной за время 30 с. На фиг. 4 приведены временные диаграммы, поясняющие работу отдельных элементов этого блока. Блок 12 имеет три входа 11, 13 и 15. Вход 11, на который подается сигнал второй производной U"", является сигнальным входом двух компараторов 17 и 18, причем на опорный вход последнего подан нулевой потенциал. Входы 13 и 15 являются входами дифференциального усилителя 19, выход которого подключен к сигнальным входам схем 20 и 21 выборки и хранения. Выходы компараторов 17, 18 подключены к входам блока 22 синхронизации, соответственно к входам 23 и 24. Выход 25 блока 22 подключен к тактирующему входу схемы 20 выборки и хранения, а также к входу запуска генератора 26 пилообразного напряжения. Выход 27 подключен к тактирующему входу схемы 21 выборки и хранения. Выходы схем 20, 21 выборки и хранения, а также генератора 26 пилообразного напряжения подключены к входам схем сравнения 29, 30 и 31. Кроме того, выходы схем 20 и 21 соединены с входами аналогового делителя 32, выход которого соединен с входом схемы 33 сравнения. Выходы схем 29, 30, 31, 33 подключены к логическим входам схемы И: 34, 35, 36, 37, 38. Кроме того, выход 28 схемы 22 синхронизации подключен к стробирующему входу 39 схемы И 34. Компаратор 17 имеет вход для подачи опорного напряжения V S1 , устанавливающий пороговое значение второй производной, при превышении которого начинается анализ формы импульса. Опорные входы схем сравнения 29, 30, 31, 33 также подключены к источникам опорных напряжений (на фиг. не показаны), которые определяют допустимые пределы выбранных параметров. Индексы в наименованиях этих напряжений (V T1 , V T2 ; V M1 , V M2 ; V R1 ; V M3 , V M4) соответствуют указанным выше пределам, внутри которых должны лежать проверяемые величины (см. неравенства (*)). В случае такого соответствия на выходе 40 схемы 34 формируется короткий импульс логической "1". Функционирование блока 12 анализа формы импульсов, изображенного на фиг. 3, поясняется диаграммами фиг. 4. На диаграмме a показан пример одиночного импульса на выходе логарифмического усилителя 7. На вход блока 12 подаются следующие сигналы: сигнал первой производной - на вход 131 (диаграмма b), сигнал первой производной, усредненный за 30 с - на вход 15, и сигнал второй производной - на вход 11 (диаграмма c). Время усреднения выбрано наименьшим, соответствующим частотному диапазону тонической составляющей ЭДА. В результате этого на выходе дифференциального усилителя 19 имеется напряжение величиной U", соответствующее первой производной логарифма входного сигнала, скомпенсированной на величину тренда. Величина U" численно равна приращению напряжения за одну секунду, выраженному в %, относительно величины тонической составляющей (см. фиг. 4, b). Именно этот сигнал и анализируется остальной частью схемы. Тактирование элементов блока 12 осуществляется схемой 22 синхронизации следующим образом. Сигнал с выхода компаратора 17 представляет собой положительный перепад напряжения, возникающий при превышении напряжения с выхода дифференциатора 10 порогового значения V S1 (фиг. 4, c). Численное значение порогового напряжения V S1 в вольтах выбирается таким образом, чтобы оно соответствовало изменению второй производной по меньшей мере на 0,2%, что определено экспериментальным путем. Этот положительный перепад (фиг.4, d) является запускающим стробом для схемы 22 синхронизации. Компаратор 18 (см. фиг. 4, e) вырабатывает положительные и отрицательные перепады напряжения на своем выходе при переходе входного сигнала U"" через ноль. После запуска схемы синхронизации стробирующим импульсом с компаратора 17, по каждому фронту сигнала с компаратора 18 вырабатываются короткие стробимпульсы. Первый стробимпульс поступает на выход 25 (фиг.4, f) и подается затем на схему 20 выборки и хранения, которая фиксирует значение U" в момент достижения максимума (фиг.4, g). Второй строб (фиг.4. h) поступает с выхода 27 схемы 22 синхронизации на стробирующий вход второй схемы 21 выборки и хранения, которая фиксирует значение U" в минимуме (фиг.4, i). Первый же импульс подается также на вход генератора 26 пилообразного напряжения, который вырабатывает линейно нарастающее напряжение после прихода стробимпульса (фиг. 4, j). Сигнал с выхода генератора 26 пилообразного напряжения подается на вход схемы 29 сравнения. Выходной сигнал со схемы 20 поступает на вход схемы сравнения 30. Сигнал с выхода схемы 21 подается на схему 31. Кроме того, сигналы с выходов схем 20, 21 поступают на входы А и В аналогового делителя 32. Сигнал с выхода аналогового делителя 32, пропорциональный отношению входных напряжений U A /U B , подается на вход схемы 33 сравнения. Сигналы с выходов всех схем сравнения 29, 30, 31 и 33 подаются на входы 35, 36, 37, 38 схемы 34 логического И, которая тактируется стробимпульсом (см. фиг. 4, k), подаваемым на стробирующий вход 39 с выхода 28 схемы 22. В результате на выходе 40 схемы 34 образуется импульс логической "1" в случае, если на все четыре входа 35-38 подан сигнал логической "1" во время прихода стробимпульса на вход 39, положительный фронт которого соответствует отрицательному фронту на выходе 28. Схемы сравнения (поз. 29-31,33) могут быть реализованы любым из традиционных путей. Они вырабатывают сигнал логической "1" в том случае, если входное напряжение лежит в диапазоне, задаваемом двумя опорными напряжениями. Все внутренние стробирующие сигналы обеспечиваются схемой 22 синхронизации, которая может быть реализована, например, следующим образом (см. фиг. 5). Схема 22 имеет два входа: 23 и 24. Вход 23 подключен к S-входу RS-триггера 41, который переводится в единичное состояние положительным фронтом с компаратора 17 (фиг.4, d), т.е. при превышении значением второй производной U"" порогового уровня. Выход Q триггера 41 соединен со входами схем логического И 42 и 43, разрешая таким образом проходить через них сигналам с триггера 44 и инвертора 45. На вход 24 поступает сигнал с компаратора 18 (фиг.4, e). Отрицательный перепад сигнала с входа 24 инвертируется инвертором 45 и через схему 42 поступает на другой одновибратор 46, который вырабатывает стробирующий импульс на выходе 25 (см. фиг.4. h). Положительный перепад с входа 24 переводит триггер 44 в единичное состояние, что в свою очередь запускает одновибратор 47, который вырабатывает короткий положительный импульс. Этот стробирующий импульс подается на выход 27 схемы синхронизации (фиг. 4, f). Этот же импульс подается на вход инвертора 48, выход которого соединен с входом одновибратора 49. Таким образом схема 49 запускается задним фронтом импульса с выхода 47 и вырабатывает третий короткий стробирующий импульс (см. фиг.4, k). Этот импульс подается на выход 28, а также используется для сброса RS-триггеров 41 и 44, для чего подается на их R-входы. После прохождения этого импульса схема 22 синхронизации вновь готова к работе до прихода очередного сигнала на вход 23. В результате описанного выше функционирования схемы 22 синхронизации на выходе 40 блока 12 анализа формы (см. фиг.З) вырабатывается короткий импульс логической "1" при условии, что анализируемые параметры лежат в заданных пределах. Следует отметить, что на фиг.2, d метками S 1 и S 2 поименованы как раз указанные импульсы; для наглядности они наложены на графики первой и второй производных анализируемого сигнала. Выше описана аппаратная реализация средств выделения сигналов тонической составляющей и импульсов фазической составляющей. Вместе с тем, выявление полезного импульса фазической составляющей на фоне шумов и АД может быть осуществлено и программным путем. На фиг. 6 показан пример компьютерной реализации устройства с использованием цифровой обработки сигнала. Устройство включает входное устройство 1, подключенное к электродам 2, 3 для присоединения к коже человека 4. Электроды подключены через резистор R6 к источнику 5 стабилизированного постоянного опорного напряжения. Сигнал с резистора 6 подается на входное устройство - операционный усилитель 50 с высоким входным и низким выходным импедансами, работающий в линейном режиме. С выхода усилителя 50 сигнал поступает на вход стандартного 16- разрядного аналого-цифрового преобразователя 51 (АЦП), установленного в слот расширения IBM-совместимого компьютера 52. Логарифмирование и весь дальнейший анализ сигнала производится цифровым образом. С использованием преобразованных АЦП значений тока, протекающего между электродами (I изм)> вычисляются первая и вторая производные от величины 100ln(I изм) Вычислять значения первой производной необходимо с поправкой на тренд. Величина тренда определяется как среднее значение первой производной за время от 30 до 120 с. Далее производится определение принадлежности анализируемого импульса сигналу КГР (проверка выполнения условий (*)). При удовлетворении параметров формы установленным критериям относят упомянутый импульс к импульсам КГР, а при невыполнении - относят к артефактам. Описанные способ и устройство могут быть использованы при различных медицинских и психофизиологических исследованиях, где одним из измеряемых параметров является электрическая проводимость кожи. Это, например: тренажеры с обратной связью по кожному сопротивлению для выработки навыков релаксации и концентрации внимания, системы профотбора, и т.д.. Кроме того, патентуемое изобретение может быть применено, например, для определения уровня бодрствования водителя транспортного средства в реальных условиях, характеризующихся наличием многочисленных помех. Реализация устройств может быть легко осуществлена на стандартной элементной базе. Вариант устройства с цифровой обработкой сигнала может быть реализован на основе любого персонального компьютера, а также с использованием любого микроконтроллера или однокристальной микро-ЭВМ. Связь измерительной части и устройства обработки сигнала (как аналоговой, так и цифровой) может быть осуществлена любым из известных способов, как по проводному каналу, так и беспроводным способом, например, по радиоканалу или ИК-каналу. Существует много различных вариантов выполнения устройства в зависимости от умения и профессиональных знаний, а также используемой элементной базы, поэтому приведенные схемы не должны служить ограничениями при реализации изобретения.

Формула изобретения

1. Способ регистрации кожно-гальванических реакций, включающий закрепление на теле человека двух электродов, подачу электрического напряжения на них, регистрацию изменения во времени электрического тока, протекающего между электродами и фиксацию импульсов тока в полосе частот физической составляющей электродермальной активности, отличающийся тем, что анализируют форму каждого импульса в последовательности импульсов в полосе частот физической составляющей, для чего регистрируют сигнал в виде производной по времени от логарифма численного значения электрического тока, определяют величину тренда, обусловленного изменениями сигнала в полосе частот тонической составляющей электродермальной активности, и корректируют величину первой производной, вычитая из нее величину тренда, регистрируют вторую производную по времени от логарифма численного значения электрического тока, определяют начало импульса упомянутого сигнала по моменту превышения второй производной пороговой величины, а затем определяют соответствие формы импульса установленным критериям и при наличии такого соответствия относят анализируемый импульс к импульсам физической составляющей, а при отсутствии - относят к артефактам. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину тренда определяют как среднее значение первой производной за интервал времени, преимущественно от 30 до 120 с. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину тренда определяют как среднее значение первой производной за интервал времени 1 - 2 с, при условии, что величины первой и второй производных меньше заданных пороговых значений в течение этого интервала времени. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что временем прихода импульса первой производной считают момент, когда вторая производная превышает пороговое значение по меньшей мере на 0,2%. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что при определении формы импульса регистрируют значения максимальной f m a x и минимальной f m i n величин первой производной за вычетом величины тренда, их отношение r, интервал времени t x между минимумом и максимумом первой производной, при этом моменты достижения максимальной и минимальной величин первой производной определяют по моменту смены знака второй производной. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что критериями принадлежности анализируемого импульса к сигналу физической составляющей электродермальной активности являются неравенства
0,5 < f m a x < 10;
-2 < f m i n < -0,1;
1,8 < t x < 7;
1,5 < r < 10. 7. Устройство для регистрации кожно-гальванических реакций, содержащее электроды со средствами их крепления, подключенные к входному устройству, средства для подавления импульсных помех, средства для выделения сигнала в полосе частот физической составляющей электродермальной активности, средства для детектирования импульсов физической составляющей, блок регистрации, отличающееся тем, что средства выделения сигнала в полосе частот физической составляющей, средства для подавления импульсных помех и средства для детектирования импульсов физической составляющей выполнены в виде последовательно подключенных к входному устройству фильтра нижних частот, блока преобразования входного сигнала в первую и вторую производные по времени и блока анализа формы импульсов, при этом выход последнего подключен к входу блока регистрации. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что входное устройство представляет собой стабилизированный источник электрического напряжения и резистор, подключенные последовательно к электродам, логарифмирующий усилитель с дифференциальным входным каскадом, при этом резистор шунтирует входы логарифмирующего усилителя. 9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что блок преобразования входного сигнала в первую и вторую производные по времени выполнен в виде первого и второго дифференциаторов и фильтра нижних частот, при этом выход первого дифференциаторв подключен к входам второго дифференциатора и фильтра нижних частот, выходы которых являются выходами блока. 10. Устройство по любому из пп.7 - 9, отличающееся тем, что блок анализа формы включает средства для определения максимальной скорости изменения сигнала на переднем и заднем фронтах анализируемого импульса, средства для определения асимметрии его формы, средства для определения ширины импульса, средства для сравнения упомянутых величин с установленными пределами для выработки сигнала принадлежности анализируемого импульса сигналу физической составляющей электродермальной активности. 11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что фильтр нижних частот, блок преобразования входного сигнала в первую и вторую производные по времени и блок анализа формы импульсов выполнены на базе компьютера, подключенного к входному устройству через аналого-цифровой преобразователь.

В 1888 году д-р Фере описал следующий случай. Больная с истерической анорексией, которую он тактично именует «мадам Икс», жаловалась на ощущения электрического покалывания в кистях и ступнях. Фере заметил, что эти ощущения усиливались, когда больная вдыхала какой-нибудь запах, смотрела на кусок цветного стекла или прислушивалась к звуку камертона. Мы не знаем, прекратились ли у больной покалывания в конечностях, но в ходе обследования Фере обнаружил, что при пропускании слабого тока через предплечье происходили систематические изменения в электрическом сопротивлении кожи. Двумя годами позже Тарханов независимо показал, что сходные электрические сдвиги можно наблюдать и без приложения внешнего тока. Таким образом, он открыл кожный потенциал и, кроме того, установил, что этот потенциал изменяется как при внутренних переживаниях, так и в ответ на сенсорное раздражение.

Позднее эта электрическая активность кожи получила название «кожно-гальванической реакции» (КХР) Этот термин сохранился и до наших дней. Хотя с помощью примитивных приборов, которыми пользовались в начале века, трудно было измерять столь тонкие сдвиги, предсказуемость и драматичность КГР привлекли внимание многих исследователей. Если вы никогда не наблюдали этого простого феномена, вам будет трудно представить себе воодушевление ранних исследователей, видевших в этой области безграничные перспективы. Вообразите себе, что с помощью замысловатого сплетения проводов ваши пальцы соединены с огромной машиной и что вы находитесь в старой лаборатории начала нашего века. А теперь вообразите, что всякий раз, как вы мысленно представляете себе лицо друга, стрелка измерительного прибора сдвигается с места!

Одним из первых исследователей КГР был Карл Юнг. Он рассматривал КГР как объективное физиологическое «окно» в бессознательные процессы, которые были постулированы его наставником Фрейдом. Именно в работе Юнга было впервые показано, что величина электрической реакции кожи отражает, по-видимому, степень эмоционального переживания. Чем сильнее затрагивает вас то, что вы себе представляете, тем сильнее отклоняется стрелка.

В этой атмосфере энтузиазма сотни ученых начали использовать свою громоздкую аппаратуру, чтобы определить, в каких именно ситуациях возникает КГР. В одной работе по изучению страха Нэнси Бэйли испытывала на своих товарищах-студентах действие следующих раздражителей: они прослушивали рассказ о том, как в море тонул скот; держали в руке горящую спичку до тех пор, пока она не начинала обжигать пальцы; затем в четырех футах от них стреляли из револьвера, заряженного холостым патроном который давал особенно громкий звук; а некоторым этот револьвер вручали, чтобы стреляли они сами. На основании субъективного отчета испытуемых и анализа физиологических реакций Бэйли пришла к выводу, что существует страх двух типов: испуг от неожиданности и страх, обусловленный пониманием ситуации. Уоллер изучал КГР у испытуемых, мысленно представлявших себе немецкий воздушный налет на Лондон, а Линде (Linde, 1928) обнаружил, что более смешные шутки закономерно вызывали более выраженную КГР (к восторгу психофизиков эта зависимость оказалась логарифмической кривой Вебера - Фехнера).

Электрические изменения в коже так поразительны, и их так легко измерять, что там, где психофизиологи искали основные законы поведения, другие люди видели уже практические возможности. Одно время рекламные агентства выясняли, можно ли по выраженности КГР в ответ на рекламное объявление предсказать, насколько эффективно данная реклама повлияет на продажу товара. В одном предварительном опыте у группы домохозяек наибольшую КГР вызывала именно та реклама блинной муки, которая действительно оказалась более эффективной, чем другие рекламные объявления. Однако такой же опыт, проведенный на той же группе испытуемых с рекламой детского питания, был менее успешным. Это не удивительно. В основе этого и многих других подобных исследований лежало предположение, что реклама, вызывающая у людей наиболее эмоциональную реакцию, должна сильнее повлиять на продажу товара; но это предположение в разных случаях могло быть и верным, и неверным. Как бы то ни было, использование КГР в рекламном деле оказалось очередным скоропроходящим увлечением.

Многие фирмы, поставляющие электронное оборудование, продают сейчас недорогие устройства, которые могут издавать тоны разной высоты или громкости в зависимости от сопротивления в цепи. Человек может стать душой вечера, если, подсоединив такую машинку к ладоням ничего не подозревающего приятеля, будет задавать ему сугубо личные вопросы. Машинка, вероятно, станет издавать предательские вопли во всех случаях, когда тот будет лгать. Это, конечно, просто безобидная игрушка, но только до тех пор, пока она не используется для вторжения в личную жизнь безвинных зрителей.

Более дорогостоящие варианты тех же устройств продаются во имя науки и религии. Можно сказать, что чем менее искушен в житейских делах потребитель, тем скорее он станет платить деньги для измерения реакции своих потовых желез.

1. Способ регистрации кожно-гальванических реакций, включающий закрепление на теле человека двух электродов, подачу электрического напряжения на них, регистрацию изменения во времени электрического тока, протекающего между электродами и фиксацию импульсов тока в полосе частот физической составляющей электродермальной активности, отличающийся тем, что анализируют форму каждого импульса в последовательности импульсов в полосе частот физической составляющей, для чего регистрируют сигнал в виде производной по времени от логарифма численного значения электрического тока, определяют величину тренда, обусловленного изменениями сигнала в полосе частот тонической составляющей электродермальной активности, и корректируют величину первой производной, вычитая из нее величину тренда, регистрируют вторую производную по времени от логарифма численного значения электрического тока, определяют начало импульса упомянутого сигнала по моменту превышения второй производной пороговой величины, а затем определяют соответствие формы импульса установленным критериям и при наличии такого соответствия относят анализируемый импульс к импульсам физической составляющей, а при отсутствии - относят к артефактам.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину тренда определяют как среднее значение первой производной за интервал времени, преимущественно от 30 до 120 с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину тренда определяют как среднее значение первой производной за интервал времени 1 - 2 с, при условии, что величины первой и второй производных меньше заданных пороговых значений в течение этого интервала времени.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что временем прихода импульса первой производной считают момент, когда вторая производная превышает пороговое значение по меньшей мере на 0,2%.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что при определении формы импульса регистрируют значения максимальной f max и минимальной f min величин первой производной за вычетом величины тренда, их отношение r, интервал времени t x между минимумом и максимумом первой производной, при этом моменты достижения максимальной и минимальной величин первой производной определяют по моменту смены знака второй производной.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что критериями принадлежности анализируемого импульса к сигналу физической составляющей электродермальной активности являются неравенства
0,5 < f max < 10;
-2 < f min < -0,1;
1,8 < t x < 7;
1,5 < r < 10.

7. Устройство для регистрации кожно-гальванических реакций, содержащее электроды со средствами их крепления, подключенные к входному устройству, средства для подавления импульсных помех, средства для выделения сигнала в полосе частот физической составляющей электродермальной активности, средства для детектирования импульсов физической составляющей, блок регистрации, отличающееся тем, что средства выделения сигнала в полосе частот физической составляющей, средства для подавления импульсных помех и средства для детектирования импульсов физической составляющей выполнены в виде последовательно подключенных к входному устройству фильтра нижних частот, блока преобразования входного сигнала в первую и вторую производные по времени и блока анализа формы импульсов, при этом выход последнего подключен к входу блока регистрации.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что входное устройство представляет собой стабилизированный источник электрического напряжения и резистор, подключенные последовательно к электродам, логарифмирующий усилитель с дифференциальным входным каскадом, при этом резистор шунтирует входы логарифмирующего усилителя.

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что блок преобразования входного сигнала в первую и вторую производные по времени выполнен в виде первого и второго дифференциаторов и фильтра нижних частот, при этом выход первого дифференциаторв подключен к входам второго дифференциатора и фильтра нижних частот, выходы которых являются выходами блока.

10. Устройство по любому из пп.7 - 9, отличающееся тем, что блок анализа формы включает средства для определения максимальной скорости изменения сигнала на переднем и заднем фронтах анализируемого импульса, средства для определения асимметрии его формы, средства для определения ширины импульса, средства для сравнения упомянутых величин с установленными пределами для выработки сигнала принадлежности анализируемого импульса сигналу физической составляющей электродермальной активности.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что фильтр нижних частот, блок преобразования входного сигнала в первую и вторую производные по времени и блок анализа формы импульсов выполнены на базе компьютера, подключенного к входному устройству через аналого-цифровой преобразователь.

Электрическая активность кожи – кожно-гальваническая реакция (КГР) – определяется двумя способами. Первый, предложенный С. Фере (Fere) в 1888 г., представляет собой измерение кожного сопротивления. Второй – измерение разности потенциалов между двумя точками на поверхности кожи – связан с именем И. Р. Тарханова (1889).

Сопоставление КГР, полученных по методу Фере и по методу Тарханова, привело к выводу, что изменения разности кожных потенциалов и кожного сопротивления отражают одну и ту же рефлекторную реакцию, фиксируемую в различных физических условиях (Кожевников, 1955). Изменения сопротивления всегда представляются однофазной волной уменьшения исходного кожного сопротивления. Изменения кожных потенциалов могут выражаться в виде волн различной полярности, часто многофазных. Согласно Р. Эдельбергу (Edelberg, 1970), разность потенциалов кожи включает эпидермальный компонент, не связанный с активностью потовых желез, тогда как проводимость кожи его не имеет, то есть отражает состояние потовых желез.

При измерении кожного сопротивления с внешним источником тока, присоединенным отрицательным полюсом к ладони, латентный период изменения сопротивления оказывается на 0,4–0,9 сек больше, чем скрытый период изменений разности потенциалов. Динамические характеристики фазической КГР достоверно отражают быстропротекающие процессы в ЦНС. Характер и форма тонического компонента являются индивидуальными показателями и не обнаруживают четкой зависимости от типа деятельности.

В возникновении КГР участвуют два главных механизма: периферический (свойства самой кожи, в том числе активность потовых желез) (Biro, 1983) и передаточный, связанный с активирующим и пусковым действием центральных структур (Lader, Motagu, 1962). Различают спонтанную КГР, развивающуюся при отсутствии внешнего воздействия, и вызванную – отражающую реакцию организма на внешний стимул.

Для регистрации КГР используют неполяризующиеся электроды, накладываемые обычно на ладонную и тыльную поверхность рук, кончики пальцев, иногда – на лоб или ступни ног.

Наиболее эффективна КГР в сочетании с другими методами при оценке эмоционального состояния испытуемых (рис. 2.24).

Рис. 2. 24. Изменение физиологических функций испытуемого при наступлении дремоты (а) и при пробуждении (б).

1, 2 – ЭЭГ, отведения 0 1 и 0 2 (левое и правое полушария соответственно); 3, 4 – КГР левой и правой руки; 5 – сейсмоактограмма (сигналы появляются при постукивании испытуемым по датчику пальцем); 6 – ЭКГ (Леутин, Николаева, 1989).

Все описанные методы получения психофизиологической информации имеют свои достоинства и недостатки. Одновременное использование сразу нескольких из них в одной экспериментальной ситуации позволяет получить более надежные результаты. Дополнительное использование психологических тестов также повышает эффективность применения физиологических методов.