XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Влияние звука будильника на инерцию сна человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Никоноренкова А.Г. 1

---

1МБОУ г. Мурманска ММЛ

Огнева М.В. 1

---

1МБОУ г. Мурманска ММЛ

Работа в формате PDF

762.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Согласно исследованию проекта «Здоровье Mail.ru» времени на сон не хватает 53% граждан. Если человек регулярно не высыпается, это влечет за собой не только усталость в течение дня и снижение концентрации, но и увеличение веса, ухудшение здоровья. Врачи из США установили, что неспособность контролировать эмоции и поведение у подростков связано с недостатком сна и ослаблением состояния здоровья [7].

Цель работы: исследовать фазы, инерцию сна, циркадные ритмы и выяснить для себя оптимальные условия, чтобы просыпаться без стресса каждый день.

Задачи работы:

Собрать информацию о фазах сна и провести анализ циркадных ритмов взрослого человека и подростка.

Изучить методы исследования психофизиологических состояний человека.

На основе открытия российских ученых (система VibraImag) проанализировать своё электромагнитное поле в момент пробуждения и установить зависимость изображения от психоэмоционального состояния и звуков будильника.

Подготовить рекомендации для учащихся, учитывая риски при реализации экспериментов и применения программы в образовательных учреждениях.

Объект исследования: фазы сна и циркадные ритмы человека.

Предмет исследования: изучение влияния звука будильника на инерцию сна человека.

Гипотеза : исследование электромагнитного поля школьников может дать информацию о его здоровье, в частности, о психофизиологическом состоянии в момент пробуждения.

Методы исследования: классификация, моделирование, анализ и синтез, аналогия, наблюдение, интернет-анкетирование, эксперимент.

Научная новизна: изучая инерцию сна, доказано преимущества визуального анализа состояния человека в момент пробуждения с помощью системы VibraImag, наблюдение позволяет быстро и наглядно оценить психофизиологические параметры человека. На основе полученных результатов разработан плейлист.

Практическая значимость: работа полезна тем, кто хочет сделать свой день более продуктивным, можно найти для себя подходящий вариант для пробуждения.

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Фазы сна и их характеристики

Период сна состоит из 5 циклов по 90 минут. В каждом из них есть сон NONREM с медленным движением глаз и сон REM с быстрым движением глаз, длящийся 15—20 минут. Во время бодрствования детектируется альфа-ритм [4]. В первую половину ночи преобладает дельта-сон, а под утро лёгкий сон и быстрый сон. Фазы сна строго различаются по характеру электроэнцефалограммы и активности различных систем мозга (рис. 1).

В медленном сне (NONREM), различают 4 стадии:

1 стадия (тета-волны). Дремотное состояние длится до 9 минут;

Рис.1. Структура сна. Стадии сна

2 стадия от 30 до 45 минут. Появляются «сонные веретена» - форма электромагнитных колебаний с частотой 12 -14 Гц и низкоамплитудной активности головного мозга.

3 стадия. Длится несколько минут, «сонные веретена» исчезают, уступая место медленноволновой активности;

4 стадия глубокого сна около 30 минут. Преобладают дельта-волны. Возникают 80% сновидений, лунатизм, энурез.

В трех последующих циклах медленного сна третьей и второй стадии нет.

5 стадия. Сон с быстрым движением глаз (REM фаза) - 20 мин.

Выводы:

1.Стадии 1-4 составляют медленный сон, по мере погружения в который увеличивается амплитуда волн и снижается их частота. Стадия 5 (быстрый сон):частота волн повышается, а амплитуда уменьшается (см. рис.2). Окончание быстрого сна означает начало нового сонного цикла (стадии 2), либо человек пробуждается.

2. Каждая стадия сна необходима для нормальной работы организма, поддержания иммунитета, физической и когнитивной работоспособности, а также эмоционального равновесия [6].

1.2 Циркадные ритмы

Чтобы выяснить, как наладить свой сон, мы изучили суточные циркадные ритмы (циклы сна и бодрствования) – колебание функций организма человека в течение суток [2].

В центре мозга есть «ядро», которое устанавливает время в нашем организме. Внутренние часы — это гены и белки, которые регулируют активность, аппетит, температуру тела, давление и др.). Центры мозга, которые днём отвечали за расход энергии, ночью восстанавливают организм в первые четыре-пять часов сна. В оставшиеся три-четыре часа человеку снятся сны [2].

По статистике, около четверти населения земли регулярно не высыпается, а это влечет за собой не только усталость в течение дня и снижение концентрации, но и увеличение веса, ухудшение здоровья. Недостаток сна и нарушение циркадных ритмов снижает способность к эмоциональному контролю и повышает риск депрессивных состояний.

Рис.2. Схема циркадных ритмов

Синяя линия — среднестатистический взрослый

Жёлтая линия — среднестатистический подросток

У подростков эти функции только начинают формироваться. По данным National Sleep Foundation подросткам нужен долгий сон от 8 до 10 часов [2] (см. Рис.2). Это частично объясняется тем, что в подростковом возрасте происходит смена циркадных ритмов: организму нужно позже ложиться и позже вставать. Из-за раннего начала занятий, подростки в течение недели страдают от когнитивных нарушений. Недостаток сна приводит к тому, что их легко вывести из равновесия и довести до слёз или агрессии.

Рис.3. Схема циркадных ритмов. Синяя линия — среднестатистический взрослый

Жёлтая линия — среднестатистический подросток

Существует разрыв между потребностями организма подростка и обычными графиками сна и бодрствования взрослого человека. Спад бодрости у взрослого в 4 –5 часов утра, у подростка в 6 –7 часов утра. В циркадном ритме имеются два подъема работоспособности: с 10 до 12 и с 16 до 18 часов[3]. В зависимости от циркадных ритмов человек склонен либо к ранней активности (жаворонки), либо к поздней (совы). Большинство людей - это голуби (см. рис.3). Они встают рано и имеют два пика активности по несколько часов с перерывом. В 2017 г. Нобелевскую премию за открытия в области циркадных ритмов получили Дж. Холл, М. Росбаш и М.Янг.

Среди подростков больше сов. Самый крепкий сон приходится на семь часов утра. Подъём во время спада бодрости влечёт недостаток быстрого сна — последней фазы, которая важна для обучения. Врачи из США установили, что неспособность контролировать эмоции, мышление и поведение у подростков во многом связана с недостатком сна и ослаблением состояния здоровья [7].

Центры мозга, которые днём отвечали за взаимодействие человека с окружающей средой (расходовал энергию), ночью восстанавливают организм (накапливает энергию).

Инерция сна (от 30 минут до 4 часов) — это период между сном и бодрствованием. Время реакции и способность выполнять аналитические задачи снижены [5]. Инерция сна влияет на самочувствие и способность принимать решения. Главная причина инерции сна - внезапное пробуждение в REM фазу сна (когда нам что-то снится). Если человек просыпается в NON-REM фазу, кровяное давление, пульс и активность мозга снижены — просыпаться легче. Когда мы пробуждаемся естественно (без будильника), выработка мелатонина прекращается перед подъемом. Этим и обеспечивается мягкое пробуждение. Если просыпаться резко, на снижение мелатонина может уйти несколько часов.

Выводы:

1.Нарушение циркадных ритмов плохо сказывается на общем состоянии человека. Во время сна все внутренние процессы восстанавливаются. Недостаток сна снижает способность к эмоциональному контролю и повышает риск депрессивных состояний.

2.В борьбе с инерцией сна надо правильно рассчитать время сна.

1.3 Влияние музыки на мозг

Учёные из Австралии выяснили, что влияет на инерцию сна. Наше самочувствие зависит не только от длительности сна, но и от того, под какой звук будильника мы просыпаемся. Главную роль играет мелодичность: звуки не нарушают работу мозга в момент пробуждения и позволяют организму быстро перейти из сна к бодрствованию [5].

Разные стили музыки оказывают характерное воздействие на организм. Это происходит из-за различия в тембре, темпе и звуковых частот. Прослушивание на громкости 110 дБ должно быть ограничено, иначе развивается тугоухость.

Музыка Баха строится на основе скорости сердцебиения и дыхания. Музыка Моцарта известна своими лечебными свойствами. Она построена на гармонии, отсутствие раздражающих диссонансов, ровный ритм.

Выводы:

1.В борьбе с инерцией сна надо подобрать звук будильника.

2. В отличии от отдельных звуков, прослушивание музыки задействует все зоны головного мозга. Разные стили музыки по-разному действуют на организм из-за различий в амплитуде, высоте, темпах и тембра звука. Сердечный ритм подстраивается под ритм звучащей музыки. Прослушивание медленной музыки способствует к снижению артериального давления.

ГЛАВА II. ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ

2.1. Методика выполнения работы

Изучив архитектуру сна, фазы сна, циркадные ритмы и влияние музыки на мозг, мы провели для 9-х классов Мурманского Международного Лицея тестирование Хорна-Остберга (в модификации проф. С.И. Степановой), опрошено 44 учащихся. По типу хронобиологической активности выяснили, что из них «совы» - 20 человек; 23 «голубя» и 1 «жаворонок».

Чтобы узнать, как подростку сделать свой день наиболее продуктивным, мы провели анкетирование среди учащихся 9-х классов лицея.

Анкета «Как сделать свой день более продуктивным?»

https://docs.google.com/forms/d/15A8MuHnegDHvU2ABAUWtOlIgsVbkp22FjkLu1yEy_eY/edit?usp=sharing

Большинство (79% из 75 человек) респондентов ответили, что им трудно вставать по утрам. На вопрос о характеристиках звука, от которых зависит различие в стилях музыки, в основном, отвечали тембр, ритм, частота звука, громкость. Практически все (97%) отметили, что прослушивание медленной музыки способствует снижению артериального давления.Наибольший интерес вызвал вопрос об эффекте Моцарта. Несмотря на то, что все знают о музыкотерапии, около трети опрошенных затрудняются ответить, как воздействует музыкана организм человека.

У нас возникли вопросы «Отдыхает ли мозг ночью? Можно ли заставить себя лечь пораньше?» https://media.foxford.ru/cirkadnye-ritmy-cheloveka/

Теперь, когда мы изучили, что такое фазы сна и сколько примерно времени они занимают, можно рассчитать в какую фазу обычно просыпается человек. Проверяем на себе. Никаноренкова Александра (НА).

В какую фазу сна обычно просыпается НА? Обычно НА спит 8 часов.

=

Вывод: получается, сон прошел 4 полных цикла, НА проснулась в пятую фазу (быстрый сон) http://www.psychiatry.ru/lib/1/book/92/chapter/14.

В рамках исследований были произведены наблюдения своего психоэмоционального состояния в момент пробуждения в течении 5 дней. Материал по влиянию звуков для будильника на организм человека систематизирован (см. Табл.1).

 Таблица 1

Дневник самонаблюдения (физиологическая таблица)

Вывод: если пробуждение наступает в пятую фазу (быстрый сон REM-фаза). Значит, инерция сна будет продолжительна, что негативно влияет на самочувствие и способность принимать решения. Чтобы добиться хороших результатов в учебе, учащиеся должны знать тип биоритмов, который для них характерен.

Электромагнитное поле человека - это носитель информации о его состоянии. Визуальное наблюдение позволило нам быстро и наглядно оценить психофизиологические параметры добровольцев [9].

Главное достоинство метода наблюдения в программе Vibraimage8Lite — возможность оценивать состояние человека за 20 секунд. Это позволяет получить информацию о реальном поведении испытуемого в эмоционально насыщенных ситуациях, изучить динамику этих состояний(см. Табл.2).

Таблица 2

Дневник самонаблюдения электромагнитного поля в момент пробуждения

2.2. Результаты и обсуждение

Среди подростков, участвующих в исследовании, достаточно большой процент сов (44%), им труднее вставать и ложиться в ранние часы. Самый крепкий приходится на семь часов утра. Подъём в самый минимум бодрого состояния влечёт за собой недостаток парадоксального сна — последней фазы, которая критически важна для запоминания и обучения. С возрастом внутренние часы постепенно ускоряются, и среди взрослых преобладают жаворонки. В борьбе с инерцией сна надо правильно рассчитать время сна и подобрать звук будильника.

Итоги Анкетирования «Как сделать свой день более продуктивным?»

В анкетировании приняло участие 75 учащихся 9-х классов. Большинство (79%) респондентов ответили, что им трудно вставать по утрам.

Более половины девятиклассников не знают о фазах сна и циркадных ритмах, и хотели бы узнать больше. Значит, тема нашего исследования для них актуальна.

На вопрос о характеристиках

з вука, от которых зависит различие в стилях музыки, отвечали тембр, ритм, частота звука, громкость, но около трети опрошенных не знают, какое воздействие оказывает музыкана организм человека.

Н аибольший интерес вызвал вопрос об эффекте Моцарта. Практически все (97%) знают, что прослушивание медленной музыки способствует снижению артериального давления.

Практически все знают, что музыкотерапия используется при лечении некоторых болезней.

Выводы по итогу самонаблюдения в течение 5 дней

1. Самым удачным звуком будильника оказалась ритмичная песня, так как в течение дня она поднимает мне настроение. Равномерность цвета и формы видеоизображения электромагнитного поля во время моего пробуждения, цветовая монохромность зеленого цвета (4-8 Гц) свидетельствует о хорошем самочувствии и минимальной инерции сна.

2. Мне нужно оптимально для сна около девяти часов, за это время мой мозг отдыхает после рабочего дня и организм набирается сил.

3. Кроме звука, повлияли на уменьшение инерции сна еще дополнительные факторы. Имеет большое значение время, в которое ложимся спать, самый лучший вариант для меня –22.30 и спать нужно примерно 9-10 часов. Также после пробуждения мне помогает контрастный душ.

Электромагнитное поле человека - это носитель информации о его состоянии. Визуальное наблюдение позволило нам быстро и наглядно оценить свои психофизиологические параметры.

Мы выбрали такой метод исследования, как наблюдение, так как он является одним из наиболее универсальных методов и позволяет исследовать состояние человека как в лабораторных, так и в естественных условиях. Главное достоинство метода наблюдения в данной программе Vibraimage8Lite — возможность оценивать состояние человека практически мгновенно (20 секунд). Это позволяет получить информацию о реальном поведении испытуемого в эмоционально насыщенных ситуациях, изучить динамику этих состояний. Данное описание виброизображения справедливо для выполнения правил: равномерность и стабильность освещенности объекта. Получены виброизображения в момент моего пробуждения и фото (см.Табл.2).

Нормальное состояние человека характеризуется равномерностью цвета и формы видеоизображения вокруг головы, монохромностью в середине цветовой шкалы, а для состояния человека после стресса характерны большая пространственная и цветовая неравномерность видеоизображения, что свидетельствует о психофизиологической неуравновешенности.

Явные различия между изображениями одного и того же человека в момент пробуждения иллюстрируют преимущества визуального анализа состояния человека с помощью метода виброизображения, а визуальное наблюдение позволяет быстро оценить психофизиологические параметры человека.

Экспериментальный метод положительно зарекомендовал себя при изучении стрессовых состояний: легче смоделировать волевые и познавательные состояния для испытуемого [5]. Такие нагрузки мы смоделировали в эксперименте, используя схему изучения стресса (В. Л. Марищук, В. И. Евдокимов).

Мы провели эксперименты по влиянию звуков для будильника на свой организм в течении 5 дней. На протяжении 5 дней НА (Никаноренкова Александра) просыпалась под разные виды звуков, записывала свои ощущения в дневник самонаблюдения. Когда мы недостаточно спим, мы сами у себя отнимаем силы и не даём организму нормально работать. Если человек не будет спать в течение суток, по исследованиям ученых, он не восстановится даже за неделю. Когда человек спит пять часов, физически он может функционировать, но мы хуже себя чувствуем днём, повышаются риски развития депрессии и тревоги. Это значит, что мы встаем в неправильную фазу сна (внезапное пробуждение в REM фазу сна, когда нам что-то снится.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе теоретически исследованы фазы (стадии) сна и биологические (циркадные) ритмы. В ходе экспериментов выявлены оптимальные условия, при которых можно просыпаться без стресса каждый день.

Электромагнитное поле человека - это носитель информации о его состоянии. Визуальное наблюдение виброизображений своего электромагнитного поля позволило нам быстро и наглядно оценить психофизиологические параметры (эмоциональный фон) во время пробуждения.

Риски: нет достоверной корреляции соответствующих показателей у лиц в нормальном (спокойном) состоянии [9], необходимо учитывать состояние здоровья, хронотип и возраст человека.

Таким образом, мы достигли цели нашей работы (исследовали фазы и инерцию сна, биологические ритмы и выяснили для себя оптимальные условия, чтобы просыпаться без стресса каждый день). Частично подтверждена гипотеза (на собственном примере). Экспериментально исследуя своё электромагнитное поле в момент пробуждения, мы оценили свои психофизиологические параметры (явные различия между изображениями в спокойном и стрессовом состоянии).

В ходе экспериментов выявлены оптимальные условия, при которых можно просыпаться без стресса каждый день. На основе полученных результатов представлен плейлист. Разработаны рекомендации, чтобы просыпаться без стресса каждый день (см. Табл.3). Работа полезна тем, кто хочет сделать свой день более продуктивным, каждый человек найдет для себя самый подходящий вариант для пробуждения, ведь утреннее настроение влияет на оставшийся день.

Таблица 3

Рекомендации «Как сделать свое пробуждение более эффективным?»

Основные выводы

Каждая стадия сна несет свою функцию и необходима для нормальной работы организма, поддержания иммунитета, физической и когнитивной работоспособности, эмоционального равновесия.

Продолжительность стадий и фаз сна может изменяться в различных циклах. Зависит это показатель от эмоционального состояния спящего. Например, стадия глубокого сна в первом цикле продолжительна, в последнем может отсутствовать. Точное время сна можно проверить с помощью энцефалограммы, но у нас нет такой возможности, поэтому мы взяли усредненное время для каждой фазы.

Пробуждение в пятую фазу (быстрый сон REM-фаза) нежелательно, это важно для запоминания и обучения. Громкий звук или яркий свет, увеличивает инерцию сна, что приводит к сбою работы организма, отрицательно влияет на иммунитет, физическую и когнитивную работоспособность, а также приводит к подростков к нарушению эмоционального равновесия и агрессии.

Нарушение циркадных ритмов плохо сказывается на общем состоянии человека. Во время сна все внутренние процессы восстанавливаются.

С помощью системы VibraImage можно исследовать виброизображения электромагнитного поля человека и наблюдать за изменениями в функциональном состоянии его организма под воздействием различных факторов [9].

Выявлена зависимость электромагнитного поля человека от изменений его психофизиологического состояния (эмоциональный фон) во время пробуждения. При нормальном излучении человеком электромагнитной энергии, клетки организма функционируют гармонично. Если равновесный ритм нарушается, то изменяется и функционирование клеток. Стрессовое состояние характеризуется разрывами в электромагнитном поле испытуемых и существенным цветовым отличием от нормы.

Для пробуждения с минимальной инерцией сна, рекомендуется использовать медленные, приятные мелодии. Эффективность звуков природы ниже: выраженного ритма в них нет. Чтобы лучше просыпаться, необходимо иногда менять мелодии будильника, чтобы мозг не привыкал к определенным звукам и не переставал на них реагировать.

Работа полезна тем, кто хочет сделать свой день более продуктивным и просыпаться без стресса, каждый человек найдет для себя самый подходящий вариант для пробуждения, ведь утреннее настроение влияет на самочувствие в течение всего дня.

Для нас важно, чтобы наша информация была доступна людям. Мы хотим, чтобы человек, который хочет сделать свой день более продуктивным и просыпаться без стресса, использовал наши рекомендации и мог подобрать для себя оптимальные условия. Поэтому данную работу мы опубликуем в СМИ.

Не бывает универсальных рецептов для всех и каждого. Мы понимаем сложность и неоднозначность наших исследований. Поэтому в перспективе, применяя методику определения уровня здоровья (В.А.Лищук, Е.В. Мосткова) и программу ВибраМИ, планируем исследовать психофизиологическое и эмоциональное состояние человека и ранжирование психофизиологической реакции на различные звуки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Большой психологический словарь — URL:

http://med.niv.ru/doc/dictionary/big-psychological/fc/slovar-209-3.htm?/ (дата обращения 23.03.2022).

Бузунов Р.. Наука сна: внутренние часы, биологические ритмы — URL: https://media.foxford.ru/cirkadnye-ritmy-cheloveka/(дата обращения 23.03.2022).

Наумова А.А., Наумова Т.А. Влияние биоритмов на умственную работоспособность // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. 2016. № 9 (27). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/3547 (дата обращения: 23.03.2022).

Нейробиология сна: современный взгляд: Учебное пособие / Петров А.М., Гиниатуллин А.Р. – Казань: КГМУ, 2012 – 109 с.

Под какую мелодию будильника просыпаться легче всего — URL: https://lifehacker.ru/melodiya-budilnika/?ysclid=l0xiyem4ko (дата обращения 23.03.2022).

Психопатология. Часть II. СОН И НАРУШЕНИЯ СНА/ Жмуров В.А. Иркутск: Издат-во Иркутского Университета, 1986 – 217 с.

Самоконтроль и циркадные ритмы у подростков. Портал «Научная Россия» — URL: https://lifehacker.ru/melodiya-budilnika/?ysclid=l0xiyem4ko (дата обращения 23.03.2022)

10 фактов, которые каждый родитель должен знать о мозге своего подростка — URL: www.livescience.com https://www.infoniac.ru/news/10-faktov-kotoryh-kazhdyi-roditel-dolzhen-znat-o-mozge-svoego-podrostka.html (дата обращения 23.03.2022)

Система анализа психофизиологического и эмоционального состояния человека. РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ. Версия Lite 8.1 Многопрофильное Предприятие «ЭЛСИС» С – Петербург: VibraLite8.1 ©Элсис, 2014.