Реферат: Контроль функционального состояния человека с использованием компьютерных технологий. Оптимизация тренировочных моделирование и тестирование подготовленности Исполнитель: Санников М. А

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тамбовский государственный университет имени Г. Р. Державина»


Кафедра теории и методики физического воспитания и спорта


Реферат

На тему: контроль функционального состояния человека с использованием компьютерных технологий. Оптимизация тренировочных моделирование и тестирование подготовленности


Исполнитель: Санников М. А.

Студент 4 курса очной формы обучения

института физической культуры и спорта


ТАМБОВ 2010

План


1. Введение

2. Для чего нужны информационные технологии в спорте

3. Учебный процесс

4. Стабилография

5. Нейрокомпьютинг

6. ЭКГ

7. ЭЭГ

8. Оптимизации тренировочных нагрузок

9. Моделирование и тестирование подготовленности

10. Список литературы

Введение

Для того чтобы успешно двигаться вперед, необходимо время от времени обозревать проделанную работу. Прошло немногим более десяти лет c тех пор, как в нашей стране был взят курс на компьютеризацию системы образования. И теперь мы можем подвести итоги. Если раньше рядовой специалист в нашей области и мечтать не мог о том, что на его рабочем месте будет персональный компьютер, то теперь можно говорить о том, что компьютеры вошли к нам в дом. Каковы же итоги компьютеризации в физической культуре и спорте? Следует отметить, что прогресс в этой области человеческой деятельности огромен. За обозреваемый период прикладные программные продукты прошли путь от программ для микрокалькуляторов до мультимедиа-систем, имеющих целью обучение будущих специалистов по физической культуре и спорту.

^ Учебный процесс.

Публикаций, посвященных использованию информационных технологий в учебном процессе, достаточно много. Из них следует, что совершенствование учебного процесса в институтах физической культуры (ИФК) ведется по двум направлениям. Во-первых, разрабатываются обучающие системы (ОС), направленные на сообщение студентам теоретических сведений и фактов по учебным дисциплинам и контроль за их теоретическими знаниями. Во-вторых, компьютерный опрос используется для отбора абитуриентов и студентов.


В настоящее время разработаны и внедрены в учебный процесс обучающие системы по пулевой стрельбе, гимнастике, лыжному спорту, физиологии, спортивно-педагогическим дисциплинам теории физической подготовки, математической статистике, спортивной метрологии, биомеханике [30], восточным единоборствам. Следует обратить внимание на подход, реализованный сотрудниками ПНИЛ РГАФК, создавшими программы, позволяющие проводить имитационное моделирование срочных и долговременных адаптационных процессов, протекающих в организме спортсменов. Разработчики предполагают, что использование программ позволит повысить эффективность учебного процесса при проведении занятий по биохимии, физиологии и биомеханике.


^ Контроль за функциональным состоянием организма человека

В нашу жизнь вошел компьютер очень легко и быстро, он облегчил нашу жизнь не только дома в учебе и работе, но так, же и в спортивной медицине. Тем самым позволила лучше и более углубленно наблюдать за здоровьем спортсменов.

Стабилография

Из серийно выпускаемых в настоящее время стабилографических комплексов наиболее полно удовлетворяет требованиям использования в физической культуре и спорте стабилоанализатор компьютерный с биологической обратной связью «Стабилан-01» (г. Таганрог). В модификации, ориентированной для использования в спорте, в него дополнительно встраиваются каналы для регистрации кистевой и становой силы, веса, балистограммы, периметрического дыхания, сердечного ритма и интегральных миограмм по 4-м отведениям. Для видов спорта, требующих оценки нагрузки отдельно по нижним конечностям, предусмотрен двухплатформенный вариант стабилоанализатора.

Указанный комплекс позволяет реализовать следующие направления в физической культуре и спорте: научно-исследовательское, контроль функционального состояния спортсменов, обучение и тренинг на основе компьютерной стабилографии, диагностика и реабилитация в спортивной медицине, использование в сфере спортивных услуг.

Научно-исследовательское направление в настоящее время включает в себя исследования собственно функции равновесия, как традиционное направление в следующих видах спорта: стрельба, гимнастика, прыжки в воду, тяжелая атлетика, борьба, прыжки на лыжах с трамплина, биатлон, групповая акробатика.

Контроль функционального состояния спортсменов на основе методов и средств компьютерной стабилографии сегодня не имеет альтернатив по комфортности и времени обследования, высокой чувствительности к отклонениям функционального состояния, возможности формирования индивидуальных и групповых нормативов, а также мониторингу текущего состояния спортсменов.

Обучение и тренинг на основе стабилографических технологий направлены на совершенство управления спортсменами отдельными мышечными группами, формирование правильной начальной позы в соответствии с требованиями спортивной специализации, формировании осанки и адекватного сохранения равновесия после возмущений и т.п.

Диагностика и реабилитация в спортивной медицине аналогичны методам, используемым в обычной медицине с поправкой на кондиционные возможности спортсменов, характер травм и скорость их восстановления.

В сфере оказания услуг физкультурно-оздоровительной направленности

компьютерная стабилография крайне необходима в фитнесс-клубах, шейпинг залах, бассейнах и т.п., с целью контроля функционального состояния занимающихся

Наличие биологических обратных связей различных модальностей позволяет применять компьютерные стабилографы в качестве тренажерных устройств, направленных на совершенствование функции равновесия, координационных способностей, психологической устойчивости, грамотного тактического мышления, повышения роли отдельных сенсорных каналов при управлении движениями.

Организации, эффективно использующие методы и средства стабилографии в спорте и активно участвующие в разработке новых методик: РГУФК (г. Москва) зимний спорт, легкая атлетика (прыжки в высоту, с шестом и др.), под руководством д.п.н., проф. М.П. Шестакова; МГУ (г. Москва) стрелковые виды спорта, под руководством д.б.н., проф. Д.А. Напалкова; НИИФК (г. Санкт-Петербург), параолимпийские виды спорта; КГУФКСиТ (г. Краснодар), акробатика, батут, легкая атлетика, бокс и дети с синдромом дефицита внимания и гиперактивности под руководством д.б.н. проф. А.Б. Трембача; НИИФКИС (г. Киев), профессиональный отбор и прогнозирование; Филиал КГУФКСиТ (г. Нальчик), мониторинг здоровья и зимние виды спорта под руководством к.п.н. М.Х. Индреева.

Нейрокомпьютинг

Введение. В современной спортивной науке математическое моделирование стало одним из основных методов решения задач управления системами организма спортсмена.

Этапы моделирования: 1) постановка задачи, 2) проведение экспериментов по регистрации динамических кривых входов и выходов; 3) статистическая обработка данных эксперимента; 4) выбор математического аппарата: применение алгебраических функций, а также методов факторного и регрессионного анализа для аппроксимации экспериментальных результатов; Методы дифференциальных и интегральных уравнений предусматривают построение математических моделей динамики биосистем. Фундаментально новый подход, существенно отличающийся от упомянутых методов, представляет нейрокомпьютинг.


Цель исследования: изучить особенности нейрокомпьютинга в спортивной науке.

Методы исследования: теоретический анализ литературных данных.

Результаты исследования. Нейрокомпьютинг — это технология создания систем обработки информации (например, нейронных сетей), которые способны генерировать методы, правила и алгоритмы обработки в виде адаптивного ответа в условиях функционирования в конкретной информационной среде. Такой подход не требует готовых алгоритмов и правил обработки — система должна «уметь» вырабатывать правила и модифицировать их в процессе решения конкретных задач, т. е. быть способной «учиться». В первую очередь в область нейрокомпьютинга входят нейронные сети. Обучение нейронной сети основано на том, что мы знаем, каким должен быть выходной сигнал. Данные за прошлые периоды содержат структурные зависимости, выявив которые, можно определить поведение системы в будущем. По сравнению с традиционными методами математической статистики, нейросетевые технологии позволяют выявлять нелинейные закономерности в сильно зашумленных неоднородных данных, обеспечивают высокое качество решений как при большом числе входных параметров, так и при относительно небольших объемах разрозненных данных. Самые перспективные задачи нейросетевого моделирования в спорте: прогнозирование спортивного (рекордного) результата; отбор и селекция (профилирование спортсменов); оценка возможностей спортсмена; оптимизация параметров тренировочной программы.

Обсуждение. Исследователи в спортивной науке с помощью нейронных сетей рассчитывают моделировать поразительные по своей эффективности процессы обработки информации, свойственные живым существам. М.П. Шестаков даже предположил новое прикладное научное направление «биокиберогогику» (спортивно-педагогическую биомеханику), которое связано с разработкой математической теории обучения человека двигательным действиям на основе применения нейронных сетей. Одним из наиболее популярных программных продуктов для нейросетевого моделирования является StatSoft Statistica. Все это служит рациональным основанием для нейрокомпьютинга в спортивной науке.


Выводы:

В настоящее время нейрокомпьютинг следует рассматривать как перспективную альтернативу программируемым вычислениям в спортивных исследованиях.

Нейрокомпьютинг может быть использован в биомеханике спорта для анализа и моделирования двигательных действий, а также прогнозирования способов совершенствования техники выполнения (на основе контроля как тренировочной, так и соревновательной деятельности спортсмена).

ЭКГ

Каждый год, двое из 100 000 молодых спортсменов становятся жертвами внезапной остановки сердца, что вызывает споры относительно тщательности медосмотра, проводимого перед допуском к спортивным мероприятиям. Новое исследование, проведенное сотрудниками Кардиологического Центра при Главном Госпитале г. Массачусетс показало, что включение электрографического тестирования в стандартную историю болезни и медицинское обследование может помочь в определении главных сердечнососудистых нарушений, в результате которых происходят внезапные смерти в спорте.


В своем докладе от 2 марта, опубликованном в журнале Annals of Internal Medicine, исследователи пришли к выводу, что ЭКГ повышает точность тестирования сердечнососудистой системы, но одновременно выдает значительный уровень ложноположительных результатов.


«Включение ЭКГ в текущий стандарт медицинского осмотра помогло улучшить способность медиков определять глубинные сердечные заболевания – включая кардиомиопатию и другие серьезные заболевания, приводящие к внезапным кардиальным смертям, но не поддававшимся диагностике только в медицинском осмотре», - говорит главный автор исследования, доктор медицинских наук Аарон Багиш из Кардиологического Центра, при Главном Госпитале г. Массачусетс.


Скрытые сердечнососудистые заболевания являются главной причиной внезапных смертей среди молодых спортсменов. Не подвергается сомнению необходимость проходить предварительный медосмотр перед соревнованием, но несмотря на это практические руководства для таких осмотров до сих пор не унифицированы. Американская коллегия кардиологов и Американская кардиологическая ассоциация рекомендуют спортсменам проходить тщательный медицинский осмотр, а Европейское Сообщество Кардиологии и Международный Олимпийский Комитет выступают за включение ЭКГ в медосмотр, предшествующий допуску к спортивным состязаниям. В 1982, Итальянское правительство ввело национальную программу обязательной ЭКГ диагностики для всех спортсменов возрасте менее 35 лет, что привело к значительному снижению случаев внезапной смерти среди спортсменов.


«Одной из главных проблем было отсутствие научных данных в дискуссии относительно обследования спортсменов, которая до сих пор велась исключительно на основании мнений и наблюдений», - говорит Багиш. «Этот вопрос впервые обсуждается на таком серьезном уровне, и в первый раз научные данные продемонстрировали нам преимущества и недостатки текущих стандартов здравоохранения».


Это исследование проводилось на протяжении 3 лет. В нем приняло участие 510 студентов спортивного факультета Гарвардского Университета. До начала исследования, каждый участник имел стандартную медицинскую историю и получил медицинскую оценку в соответствии с руководством Американской коллегии кардиологов/Американской кардиологической ассоциации. Сразу после проведения этой оценки, каждый спортсмен прошел ЭКГ покоя и трансторакальную эхокардиографию. Трансторакальная эхокардиография показала, что 11 из всех спортсменов имели скрытые кардиологические патологии, указывающие на порок клапана сердца, и трое из них имели гипертрофическую кардиомиопатию и миокардит, заболевания достаточно серьезные и требующие ограничений физической активности. Обследование с включенным ЭКГ установило, что 10 из 11 спортсменов имели заболевания сердца, включая тех трех спортсменов, которым было необходимо ограничить спортивную деятельность. Медицинский осмотр и медицинская история выявили только 5 из 11 участников с пороком клапана сердца и пропустили двоих из участников с гипертрофической кардиомиопатией и миокардитом.


«Эти результаты вызывают справедливые опасения об эффективности ведения только истории болезни и медосмотра, так как именно в результате кардиомиопатии происходит большинство внезапных смертей в спорте», говорит Багиш. «Врачи, проводящие медосмотр и спортсмены, участвующие в этой важной процедуре, должны знать о ее преимуществах и недостатках. Главной целью этого исследования – предоставить научные данные для принятия решений, в результате которых можно спасти жизни многих спортсменов».


Тем не менее, в этом исследовании было 16 процентов ложно позитивных заключений, что ставит под сомнение чистоту результатов. Багиш, преподаватель по медицине в Медицинской Школе Гарварда, отмечает, что необходимо провести дальнейшее долгосрочное исследование, нацеленное на изучение результатов медосмотра и случаев внезапной смерти для определения влияния ЭКГ на стоимость медобеспечения и положительных исходов для пациента.

ЭЭГ

Эффективное освоение новых высот спортивного мастерства требует разработки новых высоких технологий спортивной подготовки, основанных на отказе от допинговых средств стимуляции работоспособности и опирающихся на выявление спортивных талантов. Целью исследования явилось выявление мозговых механизмов мобилизации функциональных резервов организма на основе анализа асимметрии диапазонов ЭЭГ у спортсменов, различной успешности соревновательной деятельности.

Методы. Обследованы тринадцать пловцов перед выступлением на чемпионате России по плаванию и отбором на чемпионат Европы. Спортсмены, занявшие призовые места, образовали группу призеров, а остальные были объединены в группу участников соревнований. Регистрация ЭЭГ производилась в состоянии покоя до тренировки и непосредственно после выполнения спортивной нагрузки с помощью компьютерного комплекса «Нейрон-Спектр» (монополярно с 16 стандартных точек отведения). Асимметрия мощности вычислялась как разность логарифмов абсолютной мощности правого и левого полушарий. Статистическая обработка включала выявление различий с использованием дисперсионного анализа ANOVA, выявление значимых различий по критерию Фишера.

Результаты. Анализ различий асимметрии мощности ЭЭГ, обусловленных факторами D (диапазон частот - 5 уровней), S (до и после спортивной нагрузки - 2 уровня) и U (успешность соревновательной деятельности - 2 уровня) показал значимость взаимодействия фак-торов D S U (F(4,44)=9,14 р=0,00002). До нагрузки значительные отличия мощности 2-диапазона ЭЭГ призеров от мощности этого диапазона у других участников чемпионата обусловлены выраженной правосторонней асимметрией у призеров и левосторонней асимметрией у участников (р<0,005). После нагрузки у призеров зарегистрировано уменьшение межполушарной асимметрии 2-диапазона (р<0,0005), у участников изменений асимметрии не обнаружено. Успешные в соревновательной деятельности спортсмены отличаются от менее успешных мозаичной правосторонней асимметрией мощности 1- и 2-диапазонов в областях, вовлеченных в реализацию моторных программ.

Обсуждение. Активность теменно-височных отделов правого полушария связывают с интенсивностью эмоционального напряжения. По нашему мнению, особенности межполушарной асимметрии наиболее успешных спортсменов создают благоприятные предпосылки к включению функциональных резервов второй очереди. Это предположение основывается на сложившихся в настоящее время представлениях об избирательном правополушарном контроле эмоциональной компоненты вегетативных реакций.

Выводы: Успешные в соревновательной деятельности спортсмены отличаются правосторонней асимметрией мощности -диапазонов в теменно-височной области.


^ Оптимизации тренировочных нагрузок

Построение правильной программы тренировки — это довольно длительный и нетривиальный процесс. Как показывают исследования, профессионалы стремятся

добиваться результатов любой ценой, не обращая внимание на состояние своего организма. В то же время, начинающие спортсмены склонны в несколько раз превышать уровень нагрузок, необходимый для их правильного развития. По этим причинам необходим постоянный контроль тренировочного процесса. Однако контроль состояния спортсмена в реальном режиме времени и корректировка его действий непосредственно во время тренировки невозможны без использования специальных технических средств.

Авторами была разработана система мониторинга и управления тренировками спортсменов, которая использует влияние музыки на психофизиологическое состояние человека для того, чтобы правильно организовать ежедневные занятия спортом. Система представляет собой программно-аппаратный комплекс, выполненный в виде тренировочного спортивного костюма. Для определения физического состояния спортсмена в костюме предусмотрен набор датчиков. С их помощью определяется текущий темп тренировки, размер мышц, частота и глубина дыхания. На протяжении всего тренировочного процесса снимается электрокардиограмма (ЭКГ). Благодаря ЭКГ, а именно форме зубца ST, определяется физическая усталость организма и предупреждается возникновение аритмии сердца. По продолжительности интервалов R-R можно судить о количестве кислорода, поступающего к мышцам и, следовательно, о текущем уровне нагрузки. Психическое состояние организма (уровень стресса) прогнозируется благодаря использованию метода анализа вариабельности сердечного ритма.

В было показано, что человек подсознательно согласовывает ритм своих движений с ритмом музыки во время тренировки. Более того, в зависимости от эмоционального воздействия музыкальной композиции разные люди подстраиваются под разные частоты кратные ритму композиции (моды). Проигрывая композицию с определенным значением персональным индексом воздействия композиции (ПИВК) можно влиять на интенсивность выполнения тренировочных упражнений спортсменом (например, темп бега). Таким образом, мы построили кибернетическую систему с обратной связью для оптимального управления тренировкой в соответствии с заданной программой и в зависимости от состояния организма. Для обработки информации полученной с датчиков, выбора следующей композиции и ее проигрывания была разработана программа, выполняющаяся на смартфоне под управлением ОС Windows Mobile 6.0. Смартфон поддерживает интернет-соединение с центральным сервером системы, что позволяет тренерам осуществлять мониторинг, корректировку и управление тренировками спортсменов в удаленном режиме.

^ Моделирование и тестирование компьютерных технологий

Непрерывно возрастающая конкуренция на международной спортивной арене и повышающийся уровень требований к подготовленности занимающихся на всех этапах многолетней подготовки требуют дальнейшего совершенствования оптимальных по своему содержанию и характеру средств и методов работы с юными спортсменами. В число важнейших аспектов этой проблемы, спонтанно решаемых в спортивной практике и поэтому нуждающихся в аргументированной разработке, входит выявление и систематизация наиболее эффективных тренировочных программ воздействия на основе моделирования основных сторон подготовленности спортсменов. Недостаточная информативность и надёжность большинства существующих программ моделирования обычно приводит к многочисленным ошибкам при реализации тренировочных планов и не позволяет в должной мере повысить эффективность подготовки юных представителей различных видов спорта.

Моделирование как метод научного исследования позволяет выделить из бесконечного множества и разнообразия признаков, свойств и характеристик уровня подготовленности спортсмена достаточно ограниченную до приемлемого объёма совокупность наиболее существенных параметров. Это позволяет обоснованно перейти от рассмотрения реального объекта к сокращённому, но адекватному, изучение которого даёт исследователю вполне достаточную информацию о реальной динамике рассматриваемого объекта (Штофф В.А., 1966; Амосов Н.М.,1968; Анохин ПК, 1975; Батороев КБ.,1981; Нейлин Я.Г., 1984; Пилоян Р.А., 1986). Использование в настоящем исследовании метода моделирования для совершенствования процесса подготовки квалифицированных борцов-юношей позволило значительно повысить

эффективность этого процесса в практике спортивной борьбы, что и определило актуальность темы диссертации.

Научная новизна работы: Впервые проведён аргументированный анализ динамики и корреляции основных показателей физической подготовленности борцов-юношей в годичном цикле подготовки. Систематизированы применяемые в практике способы тестирования и моделирования подготовленности борцов, на основе чего объективно выбраны наиболее информативные показатели для их включения в программу моделирования. Определены нормативные уровни отобранных показателей в соответствии с тренировочным периодом годичного цикла подготовки. Проведена апробация разработанной экспериментальной программы моделирования учебно-тренировочного процесса квалифицированных борцов-юношей, показавшая высокую эффективность этой программы. Установлены пути реализации экспериментальной методики моделирования в процессе подготовки борцов.

Практическая значимость исследования заключается в определении оптимальной процедуры тестирования и оценки достижений в тестах, включённых в экспериментальную программу моделирования. Установлена значимость различных качеств и способностей в структуре подготовленности борцов-юношей. Определена информативность разработанной экспериментальной программы и выявлены способы повышения её эффективности. Показаны пути реализации данных, получаемых при тестировании подготовленности борцов, на основе анализа и сопоставления этих данных с нормативными уровнями экспериментальной программы моделирования.

Практические рекомендации внедрены в учебно-тренировочный процесс нескольких спортивных школ по борьбе, что подтверждается актами внедрения (приложения 2, 3, 4).

Подход к данной проблеме, основной принцип её реализации, выводы и практические рекомендации могут быть использованы при разработке и применении программ моделирования подготовленности занимающихся в других видах спорта.

На защиту выносятся следующие основные положения работы:

1. Определение и систематизация используемых в спортивной практике путей тестирования и моделирования показателей подготовленности, а также установление динамики и корреляции этих показателей являются необходимыми атрибутами для разработки программы моделирования физической подготовленности борцов-юношей.

2. Применение экспериментальной программы моделирования физической подготовленности борцов позволяет объективно сопоставить моделируемые показатели с индивидуальными, фактически зафиксированными у того или иного спортсмена, и на основе этого вводить в учебно-тренировочный процесс целенаправленные коррекции с целью повышения эффективности этого процесса.

3. Нормативные уровни контролируемых показателей, разработанные в соответствии с каждым тренировочным периодом годичного цикла подготовки, позволяют выявить интенсивность и точность соответствия прироста тестируемых параметров специфике этих периодов, на основании чего можно со значительной степенью вероятности определить степень успешности реализации индивидуальных учебно-тренировочных планов.

4. Спортивно-технические показатели борцов-юношей высоко коррелируют с параметрами физической подготовленности, что является весомым аргументом, подтверждающим эффективность

экспериментальной программы моделирования в целях управления учебно-тренировочным процессом.

Используемая литература


Андреев В.И. Проблемы педагогического мониторинга качества образования. // Известия Российской Академии образования. – 2001. – № 1. – С. 35–37.

Смирнов Н.К. Здоровьесберегающие образовательные технологии в работе учителя и школы. – М.: АРКТИ, 2003.

Шишов С.Е., Кальней В.А. Школа: мониторинг качества образования. – М.: Педагогическое общество России, 2000.

Baggish AL, Hutter AM Jr, Wang F, Yared K, Weiner RB, Kupperman E, Picard MH, Wood MJ. Cardiovascular Screening in College Athletes With and Without Electrocardiography: A Cross-sectional Study. Ann Intern Med. 2010 Mar 2;152(5):269-75. (Переведена на Русский язык)

^ Интернет ресурсы


http://www.google.ru/search?hl=ru&source=hp&q=%D0%B8%D0%BD%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5+%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8+%D0%B2+%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%B5&aq=f&aqi=g2&aql=&oq=&gs_rfai=

http://www.sportmedicine.ru/news_science/ecg-exam.php

http://sportbiblioteka.ru/item/600

http://www.sportsmen.ru/cski/ch/mys/

http://www.diplomnic.ru/rabota/26554.html

http://spo.1september.ru/articlef.php?ID=200701810