Движения глаз при ограничении визуальной афферентации

Эксперименты, изложенные в первом разделе статьи, привели нас к заключению, что элементарные движения глаз регулируются визуальными сигналами. Однако в этих экспериментах движения глаз изучались в условиях предъявления точечного стимула, стабилизированного либо нестабилизированного относительно сетчатки. В первом случае появлялись скользящие движения, во втором – скачки.

В следующих сериях экспериментов была предпринята попытка исследовать характеристики движений глаз в условиях, когда перед испытуемым ставятся более сложные задачи: измерение длины отрезков, обведение контура фигуры, слежение за точкой, рисующей фигуру, опознание объектов, образованных точками. В условиях свободного рассматривания при решении подобных задач, как утверждают многие исследователи, движения глаз осуществляются по программе. Утверждается также, что эти движения осуществляют функции измерения объекта, построения его образа и коррекции.

Однако в условиях свободного рассматривания невозможно (или во всяком случае очень трудно) управлять зрительной стимуляцией. Остается открытым вопрос о соотношении собственно зрительных и кинестетических сигналов в регуляции движений. С целью их «разделения» в наших экспериментах поле зрения, т. е. визуальная стимуляция, ограничивалось (создавалось «узкое поле» зрения).

Это позволяло как бы отпрепарировать кинестетические сигналы и рассмотреть их роль в регуляции движений глаз, так сказать, в чистом виде.

Методика эксперимента^[5]. В экспериментах использовалась центральная присоска с двумя основными типами съемных насадок.

Насадка первого типа представляет собой тонкостенный тубус цилиндрической формы диаметром 4 мм и длиной 10 мм. В тубусе имеются две заслонки с отверстиями – диафрагмы: неподвижная, укрепленная у основания тубуса (диаметр отверстия 0,5 мм), и подвижная, способная перемещаться вдоль цилиндра (диаметр отверстия 0,1 мм).

Изменения расстояния между диафрагмами позволяют регулировать величину поля зрения. Чем больше это расстояние, тем меньше диаметр поля зрения (точнее, видимого его участка). Разнесение диафрагм на 10 мм дает сужение поля зрения до 3°.

Схема присоски с насадкой этого типа приведена на рисунке 1.18 а.

Сужение поля зрения до меньшей величины при помощи такой насадки ограничено длиной тубуса и диаметром отверстий диафрагм. Чтобы сузить поле зрения еще больше, нужно либо увеличить длину тубуса, либо уменьшить диаметр отверстий диафрагм. Но увеличение длины тубуса нежелательно, так как это утяжеляет присоску и может привести к искажению результатов опыта. Уменьшение же диаметров отверстий диафрагм нежелательно из-за физических свойств света: при очень малом диаметре возникает явление дифракции, что приводит к размыванию границ изображения; кроме того, уменьшение диаметра подвижной диафрагмы значительно ослабляет световой поток от объекта (уменьшение диаметра вдвое приводит к четырехкратному уменьшению яркости изображения).

Рис. 1.18. Схемы присоски с тубусом (а) и осветителем (б) для ограничения поля зрения

а) 1 – датчик для электромагнитной регистрации; 2 – тубус; 3 – провода питания датчика; 4 – диаграммы (входная и выходная); 5 – стекло; 6 – баллончик; 7 – корпус присоски; б) 1 – линза осветителя; 2 – диаграмма; 3 – лампочка накаливания; 4 – датчик регистрации; 5 – корпус присоски

Вес присоски с насадкой первого типа – 630 мг.

Для того чтобы получить диаметр поля зрения, меньший 3°, была сконструирована насадка второго типа. Этот тип насадки представляет собой миниатюрный осветитель^[6], укрепляемый на глазной присоске с помощью шарнира. Пучок света от такого осветителя падает на объект, расположенный перед испытуемым, освещая небольшой участок объекта. Схема присоски с насадкой этого типа изображена на рисунке 1.18 б. Если объект затемнен, то глаз будет воспринимать только этот, освещенный в данный момент, участок. Изменяя фокусировку осветителя, можно изменять величину освещаемого участка, т. е. фактически изменять величину поля зрения. Этот тип насадки позволяет получить величину поля зрения вплоть до нескольких угловых минут. Область его применения ограничивается в основном максимально возможным световым пятном, поскольку по мере увеличения размера освещенного участка яркость падает пропорционально квадрату его диаметра.

Угловые размеры освещенных участков рассматриваемого объекта при крайних настройках осветителя составляют 35' и 1,7°.

Вес присоски с насадкой второго типа – 590 мг.

Поскольку осветитель укреплен на присоске при помощи шарнира, направление создаваемого им пучка света можно изменить. В экспериментах, которые описываются в данной статье, осветитель устанавливался таким образом, чтобы центр светового пятна совпадал с проекцией зрительной оси глаза. Тем самым проекция зрительной оси как бы фиксировалась световым пятном и становилась наблюдаемой. Перемещаясь вместе с глазом, осветитель последовательно высвечивает участки рассматриваемого объекта и вместе с тем рисует траекторию движения проекции зрительной оси^[7].

Использование насадок первого и второго типа дает возможность исследовать работу глаза в условиях ограничения поля зрения от 0,5 до 5° (диаметр); насадка первого типа позволяет получить поле зрения от 3 до 5°, насадка второго типа – от 0,5 до 2°.

В экспериментах испытуемым, поле зрения которых ограничивалось при помощи описанных выше насадок, предлагались следующие задания.

1. Фиксация безориентирного поля: испытуемым предлагалось фиксировать взгляд и удержать глаз неподвижно в любом произвольно выбранном месте пустого экрана – белой сферической поверхности.

2. Фиксация точки, нанесенной на белый сферический экран.

3. Оценка длины прямолинейных и криволинейных отрезков, изображенных на плоскости для насадки первого типа: прослеживание отрезка. Длина отрезка варьировала от 40 до 10°, т. е. во всех случаях превышала диаметр узкого поля зрения.

4. Поиск и пересчет объектов – простых геометрических фигур. При этом предъявлялись как однородные, так и разнородные фигуры. Расстояние между центрами фигур составляло 3°. Если диаметр поля зрения был равен 2°, то испытуемый не мог одновременно видеть больше одной фигуры; если же диаметр был 5°, то он мог видеть одновременно несколько фигур.

5. Восприятие и опознание контурных и силуэтных изображений. Угловые размеры объектов составляли 20–35°, т. е. превышали диаметр узкого поля зрения в 10–15 раз. Тем самым создавалась необходимость последовательно обвести контур изображения, т. е. как бы ощупать его. В тех случаях, когда предъявляемые изображения были хорошо знакомы испытуемому (например, контурный рисунок чашки с блюдцем), от него требовалось назвать их. Если же предъявлялись абстрактные рисунки, контур которых образовывался сочетанием прямых и кривых линий, испытуемый должен был после осмотра этих рисунков найти их среди других фигур, но уже при свободном рассматривании или же нарисовать их по памяти. Все тестовые фигуры были выбраны с таким расчетом, чтобы в узком поле зрения в каждый данный момент по возможности не находились те участки контура, которые можно считать наиболее характерными для данной фигуры. Это было сделано с целью исключения возможности узнавания фигуры по ее какой-либо отдельной детали, что, конечно, повлияло бы на результаты эксперимента.

Время рассматривания фигур не ограничивалось, но регистрировалось экспериментатором. Опыт считался законченным, когда испытуемый либо называл фигуру, либо говорил, что он сможет ее найти (нарисовать), либо отказывался от продолжения эксперимента.

Поле зрения ограничивалось от 3 до 0,5°. Освещенность экрана при использовании насадок первого типа составляла 400–450 люкс. Освещенность пятна, создаваемого осветителем (насадка второго типа), – 100 люкс.

6. Восприятие и опознание контурных и силуэтных изображений фигур (таких же, как и в предыдущей задаче) в условиях слежения за световым пятном, плавно перемещаемым экспериментатором по их контуру. Экспериментатор пользовался указкой, на конце которой была укреплена лампочка; чтобы устранить засветы и блики, она помещалась в специальный светонепроницаемый кожух с отверстием, обращенным к глазу испытуемого. В отличие от задания № 5 здесь испытуемый был лишен свободы в выборе маршрута осмотра, а прерывистые скачкообразные движения глаз заменялись плавными следящими движениями. Цель эксперимента состояла в том, чтобы выяснить, не влияет ли дискретность движений, обусловленная узким полем зрения, на восприятие и опознание объекта; на первый план здесь выступало как бы «чистое» движение, т. е. собственно визуальная информация сводилась к минимуму (наблюдение одной точки).

7. Восприятие и опознание изображений, образованных темными и светлыми точками (мозаика). При выполнении этого задания испытуемый мог произвести произвольное сканирование всей фигуры, а не только ее контура. Поскольку точки, образующие фигуру, были расположены близко друг от друга (0,3°), в узком поле зрения могли одновременно в каждый данный момент находиться несколько точек: три – в поле зрения 1°, семь-восемь – в поле зрения 3°. Это облегчало задачу перевода взгляда от точки к точке. Величина точки 0,5°. Общее количество точек, образующих фигуру, 40–45.

Во всех экспериментах на один глаз укреплялась присоска с насадкой первого или второго типа, а второй закрывался ширмой, чтобы исключить ориентацию испытуемого при помощи этого второго глаза.

Расстояние экрана, на котором предъявлялись тест-объекты, от глаза испытуемого во всех экспериментах составляло 0,5 м.

В экспериментах принимало участие 6 человек с нормальным зрением в возрасте 20–30 лет.

Перед каждым экспериментом производились подгонка присоски и насадки, а также юстировка аппаратуры индивидуально для каждого испытуемого.

Движения глаз испытуемых при решении перечисленных задач регистрировались при помощи установки, схема которой изображена на рисунке 1.19.

Результаты экспериментов. Эксперименты показали, что характеристики движений глаз в условиях ограниченного (узкого) поля зрения существенно отличаются от тех, которые наблюдаются в условиях свободного рассматривания объектов при неограниченном (естественном) поле зрения.

Приведем данные, полученные при выполнении испытуемым каждого из перечисленных выше заданий.

Фиксация взгляда. При наблюдении пустого безориентирного экрана глаз не стоит на месте, а совершает дрейфовые движения, большие, чем в условиях свободного рассматривания, примерно на порядок. Иначе говоря, испытуемый не может фиксировать взгляд в какой-либо необозначенной точке «пустого» пространства, как этого требует инструкция.

Однако субъективно дрейфовые движения не замечаются, не осознаются: испытуемый уверен, что он выполняет задание. При попытках произвольного управления движением глаз в этих условиях наблюдаются плавные переходы от одного движения к другому, от дрейфа к скачку; нам не удалось зарегистрировать ярко выраженных скачков, характерных для переноса взгляда с точки на точку в условиях свободного рассматривания объектов.

Если в поле зрения имеется фиксационная точка (место фиксации обозначено), движения глаз приобретают характер быстрых дрейфовых сплывов (соскальзывание с фиксационной точки) и возвратных скачков. Область таких сплывов ограничена величиной узкого поля зрения (находится внутри поля).

Когда направление зрительной оси смещено относительно центра узкого поля, возникают нистагматические движения, медленная составляющая которых направлена в сторону смещения.

Визуальное измерение (оценка длины) отрезков. В условиях ограниченного (узкого) поля зрения симультанная оценка длины отрезков, превышающей его диаметр, исключена. В таких условиях глаз вынужден последовательно перемещаться вдоль отрезка, прослеживать его, как бы ощупывать. Образ длины прослеживаемого отрезка здесь может формироваться лишь на основе кинестетических сигналов: длина отрезка может быть оценена по амплитуде движения.

Таблица 1.1

Прослеживающие (измерительные по своей функции в условиях данной задачи) движения глаза являются дискретными и имеют скачкообразный характер. При этом величина скачков определяется величиной узкого поля зрения и составляет 0,5–0,6 его диаметра.

Время пауз между скачками составляет 300–350 мсек, т. е. несколько превышает длительность фиксации при свободном рассматривании.

Величина скачка определяется только величиной поля зрения; попытки произвольного управления ею безрезультатны.

С уменьшением поля зрения не только сокращается величина скачков, но иногда и нарушается их ритмичность: увеличивается длительность пауз, появляются возвратные движения.

Когда диаметр поля зрения меньше 1°, скачкообразные движения заменяются дрейфом, скорость которого составляет 0,5–1,0 град/сек. В некоторые моменты глаз останавливается и начинает дрейфовать в обратную сторону. При этом изменения направления дрейфа обычно испытуемыми не осознаются и часто оцениваются как противоположные действительным.

На рисунке 1.20 приведены характерные записи движений глаз при оценке длины прямолинейных отрезков, расположенных горизонтально. Записи сделаны в одном и том же масштабе.

В ходе прослеживания отрезка глаз строго к нему привязан; движение совершается вдоль отрезка (как прямолинейного, так и криволинейного). Оценка проделанного глазом пути, соответствующего длине отрезка, в условиях узкого поля зрения затруднена, а если диаметр поля зрения уменьшен до 1–0,5°, то и практически невозможна. Особенно отчетливо это проявляется в том случае, когда длина отрезка значительно превышает диаметр поля зрения и количество скачков при прослеживании становится больше 5–6 (вероятно, это как-то связано с объемом оперативной памяти). Испытуемый оценивает длину отрезка (в тех случаях, когда он в состоянии это сделать) весьма ориентировочно. Оценка производится на основе подсчета количества скачков, которые совершает глаз при прослеживании. Если испытуемому предлагают сравнить по длине два отрезка, то он подсчитывает количество скачков при прослеживании каждого из них и затем сопоставляет результаты. Таким образом, оценка длины отрезка осуществляется на речемыслительном, а не на непосредственно визуальном, перцептивном уровне.

В том случае, когда длина отрезка превышает диаметр узкого поля зрения значительно в 10–15 раз, в таком подсчете возникают ошибки, что вынуждает испытуемого сделать повторные прослеживания, а это часто приводит к еще большим ошибкам.

Нужно отметить, что длина отрезков, которую испытуемый в состоянии проследить, так же как и величина скачков, зависит от диаметра узкого поля зрения. Максимально возможная длина прослеживаемого отрезка поля зрения диаметром 3° составляет 30–35°, для поля зрения диаметром 2°–20–25°, для поля зрения 1°–10–13°. При предъявлении отрезков, длина которых превышает указанные, они прослеживаются лишь частично. Как бы испытуемый ни старался выполнить задание, прослеживание отрезков, превышающих по длине указанный предел, до конца не происходит.

Поиск и пересчет объектов. При поиске объектов, удаленных друг от друга на величину, превышающую диаметр узкого поля зрения, глаз совершает в основном дрейфовые движения; они напоминают те, которые наблюдаются при рассматривании пустого (безориентирного) экрана. Глаз «попадает на объект» лишь случайно, и если такое «попадание» произошло, то он как бы «вязнет», «прилипает» к нему. Перевод взгляда с обнаруженного объекта затруднен. Время остановок (фиксаций) при «попадании на объект» очень большое и не становится меньше 800–1000 мсек. Некоторые испытуемые вообще отказываются в этом случае продолжать поиск.

Если предъявленные объекты однородны, т. е. не имеют различительных признаков, то оценка их количества и пространственного расположения становится практически невозможной. Испытуемый не в состоянии определить, какой из объектов он уже видел, а какой является новым.

В том случае, когда объекты расположены внутри участка, охватываемого симультанно узким полем зрения, движения глаз приобретают скачкообразный характер; при этом величина скачков определяется расстоянием между объектами. Если эти объекты разнородны, то их подсчет (хотя и не очень точный) возможен. Если же объекты однородны, то их подсчет становится невозможным.

Восприятие и опознание контурных и силуэтных изображений. Как показали эти эксперименты, в условиях ограниченного поля зрения глаз испытуемого действительно совершает последовательный обход вдоль контура фигуры. При этом он перемещается так, что линия контура проходит всегда через середину поля зрения. Если же рассматривается силуэтный рисунок, то узкое поле располагается так, что одна его половина находится на самой фигуре (темной), а другая – на прилегающем участке светлого фона (рисунок 1.21 а, б).