Физическая культура и спорт/2. проблемы, исследования, предложения.

Ст. викладач Бітко С.М.

Національний технічний університет України «КПІ»

Особливості фрактального аналізу деяких нейродинамічних реакцій у спортсменів тхеквондистів різного ступеню спортивної кваліфікації

Стаття присвячена спробі фрактальному аналізу динамічних характеристик деяких нейродинамічних реакцій. При цьому нейродинамічніні реакції ми розглядаємо як відкриті динамічні системи з швидко змінним станом, то різко напруженим, то близьким до стабільного, що особливо характерно у періоди адаптації до виражених змін стану середовища (фізичне навантаження, емоційна й інтелектуальна діяльність та iн.). Оцінка всього ряду реакцій, що пред’являються, як правило, не аналізується - досліджується «статичний» стан системи реалізації нейродинамічнних реакцій. Вплив регулярних фізичних вправ на динаміку реалізації нейродинамічнних реакцій логічно вимагає врахування значення кожного вимірювання нейродинамічних реакцій. Фрактальне моделювання як інструмент для вивчення прихованого порядку в динаміці багатофакторних неврегульованих систем, якими є реалізація рухової функції при інтенсивній діяльності, потребує відповідного аналізу.

Фрактальні моделі дозволяють аналізувати особливості адаптації до інтенсивної фізичної діяльності, а також оцінювати процес збереження працездатності в наведених [2; 5].

Проблема діагностики поточного стану людей, що регулярно займаються фізичними навантаженнями, i тих, що не займаються активно фізичними навантаженнями, набуває в сучасних умовах все більшої актуальності і значущості. Дослідження нейродинамічніних реакцій разом з даними про стан функціональних можливостей організму в різних умовах необхідно враховувати для розуміння особливостей їх нейродинамічних i сенсомоторних функцій, властивостей, що забезпечують координацію нейродинамічніних проявів функціонального стану, його якісну своєрідність [6;7].

Таким чином, завдання такі: а) дослідження максимальної швидкості переробки інформації i рухливості нервових процесів при виконанні рухових вправ; б) дослідження стійкості i надійності переробки інформації при роботі на субмаксимальній швидкості; в) дослідження опору стомленню при фізичній роботі різної інтенсивності.

Практична нейродіагностика i її теорія, обмежується лише описом типових відхилень діяльності психічних процесів, станів, пошуком закономірностей, зв’язків, що обумовлюють ці відхилення [5; 6; і0]. Показники точності нейродинамічної реалізації швидкості процесів з переробки сенсорної інформації можуть бути тонкими індикаторами фізичного стану, але не відображують в цілому фізичний стан людини, зокрема при виконанні м’язової діяльності [9; 10].

Останнім часом значна увага приділяється розвитку теорії динамічних систем i методів фрактального аналізу (i зокрема фізіологічних систем). Відповідно до цього підходу системи моделюються системою звичайних диференційних рівнянь. Нейрофізіологічні системи людини дуже складні. Розроблені методи, які дозволяють за записом часового ряду одного з параметрів відтворити складність i деякі характеристики цієї системи. В людському організмі багато фракталоподібних утворень, хоча ці фрактальні анатомічні структури виконують неоднакові функції в різних органах, тим не менш є деякі спільні анатомічні i фізіологічні якості.

Результати досліджень, проведених останнім часом, свідчать, що хаос є нормальною якістю багатьох компонентів нервової системи. Наприклад, виявили ознаки хаосу в компонентах нервової системи, яка регулює секрецію гормонів [2; 4; 5]. Саме фізіологам належить краще зрозуміти те, яким чином процеси розвитку призводять до виникнення фрактальних структур i як динамічні процеси в організмі породжують ознаки хаосу, i саме завдяки цьому мають бути розроблені тонкі методи аналізу порушень функцій організму в різних умовах. Тож уявляється, що такий підхід дозволить глибше зрозуміти нейрофізіологічні процеси i в подальшому, можливо, використовувати їх у діагностиці.

Мета: встановити за даними фрактального аналізу i традиційних методів особливості нейродинамічніних реакцій на фізичні навантаження людей з різним рівнем спортивної кваліфікації, а також оцінити діагностичні можливості фрактального аналізу.

Отримання експрес-інформації про нейродинамічніні стани людини:

· визначення рівня просторово-часового диференціювання, співвідношення гальмівно-збудливих процесів в центральній нервовій системі

· визначення латентного часу простої i складної зорово-моторної реакції, анаеробної i загальної витривалості НМА.

Досліджували 40 спортсменів - 17 майстри спорту, майстри спорту міжнародного класу, 23 – 1 розряд.

У обстежених реєстрували параметри вищої нервової діяльності за наслідками сенсомоторної діяльності різного ступеня складності.

На установці «ПРОГНОЗ» досліджували

§ особливості простих та складних сенсомоторних реакцій на подразники, які адресовані до першої i другої сигнальної системи;

§ властивості вищої нервової діяльності (рівень функціональної рухливості, сили основних нервових процесів, динамічність, врівноваженість, лабільність нервової системи);

§ здатність до переробки інформації різної складності;

Дослідження нейродинамічних характеристик людини включає:

§ визначення часу простої зорово-моторної реакції (ПЗМР) на світловий подразник (кольори, геометричні фігури, слова);

§ визначення часу складної зорово-моторної реакції (СЗМР) на світловий подразник в умовах вибору одного з трьох (ПВ 1-3) сигналів, які подаються до першої сигнальної системи (кольори, геометричні фігури);

§ визначення рівня функціональної рухливості i динамічності нервових процесів (відповідно РФР НП та РД НП);

§ визначення працездатності головного мозку (ПГМ) - сили нервових процесів.

Статистичну обробку результатів проводили з використанням комп’ютерної програми «SPSS v lO» з визначенням основних статистичних показників.

Фрактальний аналіз оцінювали методом Херста за формулою:

Для багатьох тимчасових рядів нормований розмах добре описується емпіричним співвідношенням - як показане Херстом i Феллером, для випадкового процесу з незалежними значеннями i кінцевою дисперсією.

R/S = (рf/2^н).

Отримані результати (табл.1,) свідчать про те, що коефіцієнт фрактального розкиду (коефіцієнт Херста) спортсменів, при виконанні навантажень не зменшується. У менш адаптованих людей коефіцієнт фрактального розкиду знижується. На даному етапі при високих навантаженнях можемо припустите, що рівень функціонального стану людини підтримується схоластичністю нейродинамічніних реакцій, навіть на піці навантаження.

Деякі особливості коливального процесу в біологічних системах.

Основу існування будь-якої живої системи, як відомо, становить коливальний процес, що виражається так званою фрактальністю функцій. Остання обставина визначає роль гомеостатичних констант як деяких центрів, відносно яких коливаються доцільні реакції, протилежні за знаком (синтез - розпад, порушення - гальмування i т.д.). Саме широта інтервалів, у межах яких адаптивні реакції мають можливість неминуче досягти свого оптимального рівня, свідчить про високу пристосованість i високу надійність біологічної системи.

Таблиця №1 Фрактальний аналіз нейродинамічніних показників

(коефіцієнти Херста)

Гр.	СЗМР	РФР НП	РД НП
1 2	0,867071 0,640457	0,952334 0,815587	0,924174 0,635424
1 2	0,815382 0,747021	0,862401 0,745123	0,833481 0,868445
1 2	0,841433 0,780304	0,743792 0,817162	0,851331 0,827216
1 2	0,805345 0,705839	0,719604 0,651217	0,837240 0,843508
1 2	0,858406 0,806235	0,747655 0,615842	0,847875 0,782892
1 2	0,783481 0,577120	0,786062 0,677918	0,763169 0,679745
1 2	0,661558 0,770992	0,848662 0,857970	0,784275 0,744764
1 2	0,775084 0,854745	0,790275 0,711508	0,809442 0,7494
1 2	0,817460 0,847257	0,721623 0,836579	0,776717 0,770173
1 2	0,731727 0,81185	0,860022 0,836690	0,783459 0.783490

1.Мастера спорту, 2. 1 розряд

Найважливішим вираженням нелінійності є асиметричний характер двох антагоністичних тенденцій, що лежать в основі коливальних процесів i забезпечують поступальність хвильових процесів. Організм у цілому розглядається як система взаємодіючих один з одним i із середовищем нелінійних біоосціляторів, джерелом енергії яких є процеси метаболізму.

Звідси може бути зроблений найважливіший висновок про те, що в основі коливань лежать процеси енергозабезпечення. Аеробні й анаеробні способи одержання енергії разом забезпечують поступальність роботи метаболічних механізмів, а їхнє гармонічне сполучення i є головною умовою підтримки стабільної в умовах екстремальної рухової активності.

Фрактальний аналіз базувалися на дослідженнях Гольберга i Ричні [2]. Вони проаналізували методом фракталів ЕКГ-сигнали більш 14 млн людей. Автори за даними фрактального аналізу частоти серцевих скорочень дійшли висновку, що висока стохастичність серцевого ритму дозволяє організму функціонувати в широкому діапазоні i легко адаптуватися до фізичних навантажень. Таким чином, ці й наші дані свідчать, що чим більше розкид нейродинамічних показників i показників кардіоритму, тим ефективніші адаптаційні можливості організму.

Таким чином, метод фрактальної оцінки нейродинамічніних реакцій дозволяє оцінити функціонування досліджуваних структур в умовах інтенсивних навантажень.

Висновки.

1. Метод фрактального аналізу (при значних масивах даних - більше 50 вимірювань) дозволяє виявити динаміку реалізацій адаптивної функції рухових реакцій за нейродинамічніними показниками.

2. Метод фрактального аналізу нейродинамічніних реакцій у людей з різним спортивної кваліфікації, є інформативним в оцінці ефективності адаптації до фізичних навантажень.

3. Встановлено, що коефіцієнт Херста дозволяє оперативно виявити характер змін нейродинамічніних показників у людей при виконанні різного роду навантажень.

Література

1. Алексийчук Ю.Н., Коляденко Г.И., Лизогуб B.C. и др. О взаимосвязи основных свойств нервных процессов с некоторыми психофизиологическими показателями и результатами физической подготовленности абитуриентов // Индивидуальные психофизиологические особенности человека и профессиональная деятельность: Тез. докл., Черкассы і3-і5 ноября 1991 г. - Киев - Черкассы, 1991. - С. 3-4.

2. Голберг Э.Л., Ригни Д.Р., Уэст Б. Дж. Хаос и фракталы в физиологии человека // В мире науки. - 1990. - № 4. - С. 25-30.

3. Иванюра И.А. Полищук СМ., Шейко В.И. и др. Динамика некоторых психофизиологических функций учащихся среднего школьного возраста, занимающихся плаванием // Индивидуальные психофизиологические особенности человека и проф. деят.; тез. докл. ч.2. Черкассы 13-15 ноября 1991 г. - Киев - Черкассы, 1991. - С. 55-57.

4. Кауфман С.А. Антихаос и приспособление // В мире науки. - 1991. - №і0. - С. 43.

5. Коркаран Э. Упорядоченный хаос // В мире науки. - 1990. - № 10. - С. 40-41.

6. Лоскутова Т.Д. Время реакции как психофизиологический метод оценки функционального состояния нервной системы // В кн.: Нейрофизиологические исследования в экспертизе трудоспособности. - Л.: Медицина, 1978. -С.165-194.

7. Макаренко Н.В. Время сложной сенсомоторной реакции выбора у лиц с различной функциональной подвижностью нервных процессов // Журн. высш. нервн. деят. - 1989г. - 39, вып. 5. - С. 813-818.

8. Сандер Д. Фрактальный рост // В мире науки. - 1987. - № 3.

9. Юнгерс X., Пайтген Х-О., Заупе Д. Язык фракталов // В мире науки. - 1990. - №і0. - С. 36, 42.

10. Цырульников В. А., Ворначева Т. Р., Битко СИ. Программа психофизиологических исследований при личной деятельности // Теоретичні i прикладні проблеми психології, 2008. №(8). - С.187-193.