Эксперименты со сдвигом фазы и перелеты в широтном направлении

Сдвиги фазы принудителя и перелеты через несколько часовых поясов позволяют исследовать перестройку циркадианной системы во время переходного процесса.

В процессе ресинхронизации все циркадианные ритмы могут дрейфовать в одном направлении – вслед за принудителен. Однако иногда циркадианная система распадается на две составляющие, которые движутся в разных направлениях. Такая «раздельная ресинхронизация» чаще наблюдается после опережения фазы (перелета на восток), чем после задержки фазы (перелета на запад), и ее вероятность увеличивается с ростом величины сдвига фазы (числа пересеченных часовых поясов).

Для переходного процесса после сдвига фазы принудителя всегда характерно нарушение упорядоченности циркадианной системы – либо из-за разной скорости перестройки отдельных ритмов, либо (более резкое нарушение) из-за раздельной ресинхронизации. Вероятно, оно способствует снижению работоспособности и различным недомоганиям, наблюдаемым после перелетов. Вопрос о том, могут ли многократные перелеты или сдвиги фазы приводить к более серьезным последствиям, остается открытым. Эта проблема, прежде всего, касается тех сменных рабочих, которые постоянно живут в ситуации конф­ликта между сдвинутыми и несдвинутыми времязадателями. Их циркадианная система редко приспосабливается к ночной работе, а изменения формы суточной волны отражают скорее маскирующий эффект, чем подлинный сдвиг.

 

Глава 13. Ритмы работоспособности

Зависимость от времени дня

Колебания умственной работоспособности в период бодрствования изучались, по меньшей мере, на протяжении последних 100 лет. Еще Эббингауз в 1885 г. отметил, что запоминание бессмысленных слогов обычно быстрее происходит утром – по его мнению, из-за того, что «в более поздние часы умственные силы и восприимчивость снижены». С другой стороны, Бехтерев утверждал, что психические процессы утром замедлены, а вечером – ускорены, причем скорость их протекания минимальна в послеполуденное время. Об этом послеполуденном снижении говорил также Крепелин, который связывал его с приемом пищи. Обстоятельно изучив «кривую работоспособности», он тоже заметил подъем в утренние часы, но в отличие от Эббингауза заключил, что наблюдавшийся спад и сопутствующие явления «отнюдь не свидетельствовали об утомлении», поскольку они «исчезали спустя 2 – 3 часа, даже если работа продолжалась».

Таким образом, даже в самых ранних работах встречаются упоминания о двух различных тенденциях на протяжении дня, а также о «спаде после ленча» (после полудня). Утомление было признано важным фактором, хотя его конкретное проявление во времени представлялось спорным. Гейтс (1916), работа которого была связана главным образом с вопросами школьного распорядка, заключил, что утром все кривые работоспособности совпадают (т. е. работоспособность повышается примерно до полудня). Но после полудня «были обнаружены характерные различия»: «собственно интеллектуальные» процессы достигают своего максимума в середине дня и значительно снижаются после ленча, тогда как преимущественно «двигательные» функции проявляют «непрерывный подъем эффективности на протяжении всего [школьного] дня». По мнению автора, его работа в этой части подтверждала вывод, сделанный ранее Уинчем. Результаты исследования двигательных функций оказались также близкими к данным Холлингуорта, который, кроме того, полагал, что время пика работоспособности при выполнении таких задач частично зависит от привычных для данного человека часов работы.

Лэрд весьма критично отнесся к лабораторным исследованиям своих предшественников, объяснив разногласия между ними «недостаточной вдумчивостью при проведении экспериментальных работ» (сам он в тщательно контролируемых опытах на студентах обнаружил почти непрерывное на протяжении дня ухудшение результатов при испытании ряда психических функций, включая память). Критические замечания Лэрда представляются не вполне справедливыми, хотя они не противоречат данным, рассмотренным в обзоре Фримена и Ховленда. Вывод этих авторов, что различные исследователи получали все четыре возможные формы кривой работоспособности (неуклонный подъем; неуклонный спад; подъем, затем спад; спад, затем подъем), равносилен утверждению, что определенного профиля вообще не существует. Между тем более вероятно, что разным видам заданий соответствуют различные тенденции изменения, как уже ранее показал Гейтс.

Клейтман и его коллеги нашли, что все кривые, полученные ими в серии тщательных экспериментов, относятся к третьему типу по классификации Фримена и Ховленда, с пиком работоспособности в середине периода бодрствования (т. е. где-то после полудня). По мнению этого автора, «большинство кривых работоспособности можно сблизить с известными 24-часовыми кривыми температуры тела, если игнорировать отклонения пика в ту или другую сторону от середины послеполуденного времени». Основываясь на этом параллелизме, Клейтман предположил существование причинной связи между температурой тела и работоспособностью. Но, разумеется, простая корреляция – еще не доказательство причинных отношений. К тому же близкое соответствие, обнаруженное Клейтманом, редко наблюдалось в других работах. Например, Рутенфранц и Хелльбрюгге, изучавшие выполнение школьниками простых вычислений, обнаружили два четких пика (один перед ленчем, другой – во второй половине дня), что подтверждает ранние наблюдения Бааде (1907) и противоречит гипотезе Клейтмана.

В экспериментах Блейка, проведенных с молодыми военнослужащими, наивысшие показатели при выполнении задач на «быструю переработку информации» наблюдались около 21 часа, хотя в большинстве случаев отмечался, кроме того, утренний пик.

Ухудшение кратковременной памяти, которое наблюдал Блейк, выявилось и в последующих работах. Предсказание о том, что в тестах, включающих как быструю переработку информации, так и использование кратковременной памяти, проявится некоторая промежуточная динамика на протяжении дня, было подтверждено при исследовании элементарного логического мышления. Результаты такого рода объясняли повышением уровня бодрствования на протяжении дня, а возможная роль утомления, о которой упоминали ранние исследователи, обычно недооценивалась. Изменение уровня бодрствования привлекали также для объяснения того факта, что в отличие от кратковременной памяти долговременное запоминание лучше происходит тогда, когда материал предъявляется во вторую половину дня, а не утром (отсюда следуют выводы относительно режимов обучения, противоречащие прежним выводам Гейтса. Большинство задач, которые использовались в упомянутых выше работах, содержали лишь минимальный двигательный компонент. Немногие исследования с двигательными тестами, проведенные за последнее время, в основном подтверждают сделанный ранее вывод о том, что этот вид работоспособности достигает максимума в конце дня. Разумеется, чем ближе задача к «чисто» двигательной, тем в большей мере показатель ее выполнения отражает физиологическое состояние, а не подлинную работоспособность и поэтому тем меньшее отношение такие эксперименты имеют к ритмам психических процессов. Хотя в таких заданиях, как психомоторный тест с шаром, соединение болтов и гаек и прицеливание из ружья (все они дают поздний пик), имеется явный перцептивный компонент, все же степень участия в них высших психических процессов обычно мала. В случае измерения силы сжатия кисти и частоты нажатия телеграфного ключа (как при исследовании циркадианных ритмов в работе Ашоффа и др., высшие психические функции, по существу, исключаются. Это досадно, поскольку очень важно было бы знать, являются ли ритмы работоспособности истинно эндогенными, как это было установлено в отношении физиологических процессов, или они частично или даже целиком определяются экзогенными факторами. В упомянутой работе было все же показано, что, по крайней мере, ритмы показателей в таких явно умственных тестах, как простые вычисления и оценка времени, являются эндогенными, поскольку они сохраняются (с более длинным «периодом») в условиях изоляции от всех времязадателей. В целом получено достаточно данных о том, что время влияет на выполнение широкого круга задач разной сложности и с разной долей участия двигательных процессов. Большинство наблюдаемых изменений можно отнести к одному из трех типов: 1) общий непрерывный подъем работоспособности в течение большей части дня; 2) начальный подъем, за которым следует общее снижение; 3) два пика, разделенные спадом после полуденного приема пищи. Пока не ясно, в какой мере на наблюдаемые кривые влияет утомление. Неясно также, действительно ли это фрагменты циркадианных ритмов или просто результат изменений в уровне бодрствова­ния, которые могут быть вызваны как периодическими, так и непериодическими факторами. Достоверно лишь то, что это не эпизодические отклонения, так как на большом материале было показано, что они сохраняются, не ослабевая, в течение 12 дней и (по неопубликованным данным автора и его сотрудников) даже дольше, что подтверждает результаты, полученные ранними исследователями, которые упорно проводили исследования на самих себе день за днем на протяжении месяцев.

Круглосуточные исследования

На показателях работоспособности, получаемых в ночные часы, неизбежно будет сказываться либо лишение сна, либо внезапное пробуждение. Однако было все же проведено несколько круглосуточных исследований, так как с чисто практической точки зрения часто бывает важно знать, снижается ли ночью данный конкретный вид работоспособности (даже если трудно было бы доказать связь наблюдаемых изменений с какой-то колебательной системой организма).

Эти работы в значительной части финансировались военными ведомствами, так как ясно, что в системах обороны чрезвычайно важно обеспечить высокий уровень готовности в любое время суток. Была исследована работоспособность у рядового состава военно-морского флота по целому ряду тестов; некоторые тесты имитировали действительные обязанности моряков в условиях частой смены вахт, обычной на военных кораблях. Результаты подтвердили общие предсказания, вытекавшие из лабораторных экспериментов, проводившихся в дневное время (особенно тех, где испытуемыми были военнослужащие): уровень работоспособности в тестах, требующих быстрой переработки информации, оказался выше во время послеполуденных и вечерних вахт по сравнению с утрен­ними. Во время ночных вахт (перед более поздним сном или после укороченного сна) эффективность в таких тестах была снижена, а время реакции удлинено. Если средние показатели по отдельным вахтам отложить на одной 24-часовой шкале, то существование

Помимо военных организаций круглосуточная динамика ра­ботоспособности представляет интерес для тех, кто составляет графики сменных работ. Сменные рабочие (в отличие от лабо­раторных испытуемых) вынуждены работать более или менее непрерывно по 8 и более часов, как в ночные, так и в дневные смены; на основании результатов описанных выше экспериментов можно ожидать, что их работоспособность в первом случае будет ниже, чем во втором. Бьернер и др. в своей классической работе исследовали ошибки в записях рабочих трех смен на газовом заводе и показали, что работоспособность реальной производственной деятельности в ночные часы действительно снижена; данные, объединенные по всем трем сменам, выглядели как ясно выраженный суточный ритм. Однако истинный размах вариаций при сравнении смен может быть замаскирован частичной адаптацией рабочих к измененному режиму сна и бодрствования за время продолжительной работы в ночную смену. Поэтому более точных оценок «истинной» величины циркадианных изменений можно ожидать в тех случаях, когда такой адаптации не происходит (например, при быстром чередовании смен, когда, скажем, человек работает только две ночи подряд). Недавно Фолкард и др., проводившие исследование при быстром чередовании смен (2 – 2 – 2), обнаружили очень большой (40%) суточный перепад работоспособности в задании по интерполированной быстрой переработке информации. Форма суточной кривой приблизительно соответствовала предсказанной на основе экспериментов в дневное время. Однако добавление значительной нагрузки на память сверх прежнего задания привело к смеще­нию фазы наблюдаемого ритма примерно на 8 ч. Это отличие работоспособности при нагрузке на память (хотя и не столь выраженное) с пиком в ночное время, разумеется, могло быть предсказано по результатам описанных выше опытов с тестированием памяти в течение дня, но очень приятно видеть столь ясное подтверждение предсказаний.

Итак, в результате круглосуточных исследований создается впечатление, что существуют регулярные суточные вариации работоспособности, которые, видимо, отражают циркадианные ритмы психических процессов, подобные ритмам физиологических функций. Однако многие исследования по необходимости проводились в таких условиях (как, например, лишение сна или сменная работа), которые сами по себе могли создавать ритмичность. Вопрос состоит не в том, бывают ли циркадианные (круглосуточные) вариации работоспособности, - это и так ясно, - а в том, обусловлены ли эти вариации (или те, что наблюдаются только в дневное время) подлинной эндогенной периодичностью процессов, лежащих в их основе. Ответить на такой вопрос очень трудно, но изучение реакции ритмов работоспособности на изменение фазы времязадателя проливает некоторый свет на эту проблему.