Психофиологическая характеристика процесса приема информации
Как уже отмечалось, одним из этапов деятельности оператора является прием осведомительной информации о состоянии объекта управления и ходе протекания управляемого процесса. Этот этап деятельности обеспечивается такими познавательными процессами, как ощущение, восприятие, представление.
Ощущение — это простейший психический процесс, состоящий в отражении отдельных свойств и явлений материального мира, а также внутренних состояний организма при непосредственном воздействии раздражителей на органы чувств. Иными словами, ощущение есть «превращение энергии внешнего раздражения в нервный процесс» [88; т. 18, с.46]. В инженерной психологии ощущение рассматривается не только как чувственный образ, но также как особого рода деятельность человеческого организма (сенсорная деятельность). Она может выражаться как во внутренних процессах, так и во внешних движениях, но она обязательно необходима для возникновения ощущения. Так, например, зрительное ощущение не может возникнуть при неподвижном глазе, оно всегда сопровождается движением глаз.
На основе синтеза ощущений складывается более сложная форма чувственного отражения — восприятие, которое представляет собой процесс целостного отражения предметов и явлений материального мира, действующих в данный момент на органы чувств человека. Восприятие возникает на основе ощущений, на основе отражения отдельных свойств и качеств предметов. В отличие от ощущений при восприятии отражаются не отдельные свойства, а предмет в целом. При этом восприятие не сводится к простой сумме ощущений, а представляет собой качественно новую ступень чувственного познания.
Восприятие, как основа процесса приема информации оператором характеризуется такими свойствами, как целостность, осмысленность, избирательность, константность. Целостность восприятия возникает в результате анализа и синтеза комплексных раздражителей в процессе деятельности оператора. Осмысленность состоит в том, что воспринимаемый объект относится к определенной категории.
Восприятие обладает также избирательностью, которая заключается в преимущественном выделении одних объектов по сравнению с другими. Избирательность восприятия является выражением определенного отношения оператора к воздействию на него предметов и явлений внешней среды.
Константностью восприятия называется относительное постоянство некоторых воспринимаемых свойств предметов при изменении условий восприятия. Например, при зрительном восприятии имеет место константность цвета, величины и формы предметов. Константность восприятия цвета заключается в относительной неизменности видимого цвета при изменении освещения. Относительное постоянство видимой величины предметов при их различной удаленности называется константностью восприятия величины. Константность восприятия формы предметов заключается в относительной неизменности восприятия формы предмета при изменении положения его по отношению к линии взора оператора. Константное восприятие связано с восприятием предмета или предметной ситуации как единого целого.
Важным свойством восприятия является также апперцепция (от лат. ар — к и perceptio — восприятие) — зависимость содержания и направленности восприятия от опыта человека, его интересов и отношений. Апперцепция придает восприятию активный характер. Воспринимая сигналы, оператор выражает определенное отношение к ним. Апперцепция отражает тот факт, что разные люди могут по разному воспринимать один и тот же предмет или, наоборот, разные предметы воспринимаются как один и тот же. Различают апперцепцию устойчивую (обусловленную опытом и мировоззрением) и временную (связанную, например, с настроением).
Перечисленные свойства восприятия не являются врожденными. Их источником являются активные действия различных функциональных систем человека, в результате чего он способен сформировать адекватный образ предмета или явления, называемый перцептивным. Следовательно, восприятие необходимо рассматривать не только как один из процессов отражения предметов и явлений внешнего мира, но и как особый вид умственной деятельности (перцептивная деятельность). Существенным компонентом восприятия (так же как и ощущения) являются моторные процессы, которые характерны для любого вида восприятия. Так, зрительное восприятие сопровождается движением глаз, слуховое — движением гортани, воспроизводящим слышимый звук. Особенно большую роль моторные компоненты играют при осязании.
Процесс восприятия, как отмечалось в главе II, является фазным процессом и включает в себя несколько этапов: обнаружение, различение, опознание, интерпретацию. В различных видах деятельности человека рассмотренные этапы могут иметь различную продолжительность во времени. Это зависит от количества и величины оперативных единиц восприятия, под которыми следует понимать содержание, выделяемое субъектом при выполнении той или иной перцептивной задачи. Примерами оперативных единиц могут служить отдельные признаки сигнала (яркость, цвет, форма), отдельные предметы и их совокупности, отношения между ними. Чем крупнее оперативные единицы восприятия, чем меньше их общее число, тем быстрее осуществляется процесс восприятия. Предельным случаем является симультанное (одномоментное) восприятие информации. Противоположным ему является сукцессивное (развернутое во времени) восприятие.
Сукцессивное восприятие развивается в процессе его микрогенеза. Микрогенез восприятия — это выделяемые в реальном масштабе времени фазы становления перцептивного образа. Так, при изучении зрительного восприятия выделено пять фаз:
■ грубое различение общих пропорций и положения объекта;
■ мерцание формы объекта;
■ различение резких перепадов контура (грубое различение основных деталей) ;
■ глобальное восприятие формы, но без достаточно четкого различения мелких деталей;
■ оптимальное восприятие [93].
Указанная последовательность фаз может быть достаточно лабильной. В зависимости от задач и установок субъекта (апперцепции) микрогенез восприятия может не проходить все фазы, а заканчиваться на любой из них. Каждая фаза может инициировать определенное действие субъекта, в том числе и ошибочное. Установление фаз микрогенеза восприятия особенно необходимо для оптимизации трудовой деятельности, связанной с управлением различными транспортными системами, когда человек имеет дело не с отображенной информацией, а с ориентированием в реальном пространстве среди других движущихся объектов [148].
В процессе восприятия информации может присутствовать ряд специфических феноменов (от греч. phainomenon — являющееся), т. е. необычных, неожиданных явлений при восприятии информации.
Первый феномен заключается в том, что постулат «непосредственности», симультанной идентификации знакомых объектов является абстракцией. Реально идентификация — процесс двухэтапный. Первым этапом является диффузная, грубая ориентировочная оценка объекта, на втором этапе проводится более точная оценка — конкретная классификация сформулированного на первом этапе «базового образа». В реальной деятельности человека эти два этапа могут проявляться и сказываться на качестве решения задачи при дефиците времени.
Второй феномен связан с явлением апперцепции и заключается в «пристрастности» опознания. Разные люди один и тот же, даже хорошо знакомый объект воспринимают не вполне идентично. Более того, один и тот же человек может воспринимать объект неодинаково. Это обусловлено, с одной стороны, эффектом преднастройки, ожидания, что является результатом антиципации, а с другой стороны, эффектом активной «достройки» воспринимаемой ситуации. Это обусловлено тем, что человек постоянно творит, продумывает, даже не осознавая этого. Поэтому можно считать, что человеческому восприятию свойственны две противоположные тенденции: дорабатывать диффузно идентированные образы, повышая тем самым вероятность их правильного опознания, и искажать образы, уменьшая их конкретность.
Третий феномен восприятия связан с флюктуациями внимания. Он проявляется главным образом в эффектах обратимых фигур, когда при рассмотрении изображения непроизвольно одни признаки зрительного образа становятся доминирующими, а затем — другие; через несколько секунд первые снова становятся доминирующими и т. д. В результате человек в одном и том же изображении видит то один образ, то другой. Это явление может быть источником иллюзорного восприятия информации, отображаемой на рабочих местах операторов. С другой стороны, знание этих эффектов может помочь создавать наиболее адекватные информационные модели [53].
На основе ощущений и восприятия возникает сложная форма чувственного отражения — представление. Представление — это процесс отражения тех предметов и явлений, которые в данный момент не действуют на органы чувств. Очень велика (но, к сожалению, мало изучена) роль представлений в деятельности оператора. Не имея возможности непосредственно воспринимать управляемые объекты и процессы, он должен на основе поступающей информации воссоздать их в плане представлений. Основными особенностями представлений является их обобщенность и собирательность. Это означает, что в представлениях отражаются не только свойства единичного предмета, но и типичные свойства значительной по объему группы предметов [93].
Большое значение при приеме информации играет внимание. Под ним понимается направленность сознания на определенный объект. Внимание не является самостоятельным процессом, а только организует познавательную деятельность так, что определенные явления осознаются человеком отчетливее других. Основная функция внимания состоит в отборе значимых для человека воздействий и игнорировании других, несущественных. В зависимости от характера направленности и сосредоточения выделяют произвольное и непроизвольное внимание.
Основными свойствами внимания являются: интенсивность, объем, устойчивость, распределение и переключение. В ряде случаев внимание отождествляется с умственным (внутренним) усилием [16, 53], в других случаях оно рассматривается как ограничение поля восприятия [34], как своеобразный фильтр поступающей информации, внутренний контроль [16]. В инженерной психологии изучение свойств внимания имеет важное значение. По изменению характеристик внимания можно судить о степени утомления, уровне готовности реагировать на экстренные сигналы, определять оптимальную продолжительность работы за пультом управления, устанавливая рациональные режимы труда и отдыха. Учет характеристик внимания имеет важное значение при конструировании средств отображения информации.
Физиологической основой формирования перцептивного образа является работа анализаторов. Анализаторами называются нервные «приборы», посредством которых человек осуществляет анализ раздражений. Любой анализатор состоит из трех основных частей: рецептора, проводящих нервных путей и центра в коре больших полушарий головного мозга (рис. 11.1).
Рис. 11.1. Функциональная схема анализатора.
Основной функцией рецептора является превращение энергии действующего раздражителя в нервный процесс. Вход рецептора приспособлен к приему сигналов определенной модальности (вида) — световых, звуковых и др. Однако его выход посылает сигналы, по своей природе единые для любого входа нервной системы. Это позволяет рассматривать рецепторы как устройства кодирования информации.
Проводящие нервные пути осуществляют передачу нервных импульсов в кору головного мозга. Эти импульсы, достигнув коры головного мозга, подвергаются там определенной обработке и снова возвращаются в рецепторы. Только в этом процессе взаимодействия рецепторов и центров в коре больших полушарий происходит формирование перцептивного образа.
В зависимости от модальности (вида) принимаемых сигналов различают следующие анализаторы — внешние: зрительный (рецептор — глаз), слуховой (рецептор — ухо), тактильный, болевой, температурный (рецепторы кожи), обонятельный (рецептор в носовой полости), вкусовой (рецепторы на поверхности языка) и внутренние: анализатор давления, кинестетический (рецепторы в мышцах и сухожилиях), вестибулярный (рецепторы в полости уха) и специальные анализаторы, расположенные во внутренних органах и полостях тела. Наибольшее значение для деятельности оператора имеет зрительный анализатор, за ним следует слуховой и тактильный (осязательный). Участие других анализаторов в деятельности оператора невелико.
Основными характеристиками любого анализатора являются пороги — абсолютный (верхний и нижний), дифференциальный и оперативный. Понятие каждого из этих порогов может быть введено по отношению к энергетическим (интенсивность), пространственным (размер) и временным (продолжительность воздействия) характеристикам сигнала.
Минимальная величина раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, носит название нижнего абсолютного порога чувствительности, а максимально допустимая величина — название верхнего порога чувствительности (это понятие вводится по отношению лишь к энергетическим характеристикам). Сигналы, величина которых меньше нижнего порога, человеком не воспринимаются. Увеличение же интенсивности сигнала сверх верхнего порога вызывает у человека болевое ощущение (сверхгромкий звук, слепящая яркость и т. д.). Интервал между нижним и верхним порогами носит название диапазона чувствительности анализатора. Примерные значения основных характеристик различных анализаторов приводятся в табл. 11.1. С помощью анализаторов человек может не только ощущать тот или иной сигнал, но и различать сигналы. Для характеристики различения вводится понятие дифференциального порога (от лат. differentia —различать), под которым понимается минимальное различие между двумя раздражителями (сигналами) либо между двумя состояниями одного раздражителя, вызывающее едва заметное различие ощущений. Экспериментально установлено, что величина дифференциального порога пропорциональна исходной величине раздражителя:
(11.1)
где J — исходная величина сигнала (раздражителя); dJ — величина дифференциального порога; k — константа, равная 0,01 для зрительного анализатора, 0,10 — для слухового и 0,30 — для тактильного.
На основании выражения (11.1) может быть установлена зависимость между величиной сигнала и величиной вызываемого им ощущения:
(11.2)
где s — величина ощущения; к и С — константы.
Зависимость (11.2) носит название основного психофизического закона, или закона Вебера — Фехнера. Согласно этому закону, интенсивность ощущения прямо пропорциональна логарифму силы раздражителя. Закон справедлив только для среднего участка диапазона чувствительности анализатора.
Понятие дифференциального порога имеет большое значение в психофизике? и экспериментальной психологии. Однако оно является явно недостаточным для инженерной психологии. Дело в том, что величина дифференциального порога характеризует предельные возможности анализатора и поэтому не может служить
Таблица 11.1 Сравнительная характеристика некоторых типов анализаторов
Анализатор | Абсолютный порог | Дифференциальный порог | Степень использования в технических системах, % | ||
единицы измерения | примерная величина | единицы измерения | примерная величина | ||
Зрительный (постоянный точечный световой сигнал) | лк | 4·10-10 ÷10-3 | лк угл.мин | 1%от исходной интенсивности 0,6÷1,5 | |
Слуховой | Вт/м2 | 10-12 | дБ | 0,3 ÷ 0,7 | |
Тактильный | мг/мм2 | 3 ÷ 300 | мг/мм" | 7% от исходной интенсивности | |
Вкусовой | мг/л | 10- 10000 | мг/л | 20% от исходной концентрации | Крайне незначительные |
Обонятельный | мг/л | 0,001 ÷ 1 | мг/л | 16÷50% от исходной концентрации | |
Кинестетический | кГ | — | кГ | 2,5÷9% от исходной величины | |
Температурный | с° | 0,2 ÷ 0,4 | С° | ||
Вестибулярный (Ускорение при вращении и прямолинейном движении) | м/с2 | 0,1÷0,12 | — | — |
основанием для выбора допустимой длины алфавита сигналов. Для этого необходимо пользоваться величиной, характеризующей не минимальную, а некоторую оптимальную различимость сигналов. Такой величиной в инженерной психологии является оперативный порог различения. Он определяется той наименьшей величиной различия между сигналами, при которой точность и скорость различения достигают максимума. Обычно оперативный порог различения в 10—15 раз больше дифференциального.
Рассмотренные характеристики и устройство анализаторов позволяют сформулировать общие требования к сигналам-раздражителям, адресованным оператору:
■ интенсивность сигналов должна соответствовать средним значениям диапазона чувствительности анализаторов, которая обеспечивает оптимальные условия для приема и переработки информации;
■ для того чтобы оператор мог следить за изменением сигналов, сравнивать их между собой по интенсивности, длительности, пространственному положению, необходимо обеспечить различие между сигналами, превышающее оперативный порог различения;
■ перепады между сигналами не должны значительно превышать оперативный порог, так как при больших перепадах возникает утомление; следовательно, существуют не только оптимальные пороги, но и оптимальные зоны, в которых различение сигналов осуществляется с наибольшей скоростью и точностью;
■ наиболее важные и ответственные сигналы следует располагать в тех зонах сенсорного поля, которые соответствуют участкам рецепторной поверхности с наибольшей чувствительностью;
■ при конструировании индикаторных устройств необходимо правильно выбрать вид сигнала, а следовательно, и модальность анализатора (зрительный, слуховой, тактильный и т. д.).
Как уже отмечалось, специфической особенностью анализаторов является большой диапазон интенсивно-стей сигналов, в пределах которого возможно эффективное функционирование анализаторов. Это оказывается возможным благодаря явлениям адаптации и сенсибилизации (соответственно понижение и повышение их чувствительности в зависимости от средней интенсивности сигналов, воздействующих на анализатор). Процессы адаптации и сенсибилизации (от лат. sensibilis — чувствительный) достаточно инертны и характеризуются адаптационными кривыми, которые также являются важной характеристикой анализаторов.
Чувствительность анализаторов как к интенсивности, так и к другим параметрам сигналов определяется не только положением точки на адаптационной кривой, но и зависит от множества других параметров: комплекса окружающих условий, взаимодействия анализаторов, методики измерений, индивидуальных особенностей обследуемого, его состояния и т. п. Поэтому измеренные разными наблюдателями характеристики анализаторов, проведенные в литературе и в табл. 11.1, являются среднестатистическими величинами, обладающими значительной дисперсией. В каждом конкретном случае они требуют своего уточнения.