2 Краткая характеристика функциональных систем человека (анализаторы органов чувств)

Для о беспечения целесообразного поведения человека необходимо, чтобы в его мозг поступала надежная и неискаженная информация – сигналы из внешней и внутренней среды организма. Эти сигналы воспринимаются органами чувств или физиологическими анализаторами (глаза, уши, кожа и пр.), надежно и неискаженно передаются в мозг, где осуществляется их правильная, неискаженная интерпретация и понимание. В каждый данный момент в мозг поступает огромное количество информации о самочувствии, позе, положении рук и ног, повороте и наклоне головы, поле зрения и т. п. Поведение человека и его деятельность основываются на постоянном приеме и анализе информации о характеристиках внешней среды и состоянии организма.

Весь этот процесс осуществляется с помощью анализаторов, являющихся частью центральной нервной системы. Информация, поступающая через анализаторы (органы чувств), называется сенсорной, т. е. чувственной, а процесс ее приема и анализа – сенсорной деятельностью.

Для более ясного представления об иллюзиях и необходимых мерах по их предупреждению пилоту необходимы некоторые знания о работе анализаторов сенсорной системы в норме. Ниже приводятся основные данные о психофизиологии этих анализаторов.

Каждый анализатор – это сложное нервное образование, состоящее из трех элементов (см. рисунок 2.1).

Периферическая часть анализатора – это рецепторы, специфические нервные клетки, как бы датчики или антенны, вынесенные на поверхность тела для лучшего контакта с сигналами внешней среды (некоторые рецепторы расположены во внутренних органах и системах организма). Каждый анализатор имеет свои специфические рецепторы, воспринимающие только соответствующий данному анализатору поток энергии (световой, звуковой, термической, химической и др.). Рецепторы преобразуют энергию внешнего раздражителя (сигнала) в нервные импульсы, которые передаются по нервным путям (волокнам) в ЦНС, где происходит их окончательная обработка и анализ. Но этот процесс не является дискретным. В центральной нервной системе по ходу анализа поступающей информации также вырабатываются нервные импульсы, которые направляются обратно к рецепторам для их оптимальной настройки и восприятия сигналов. Тем временем в мозгу происходит идентификация сигнала по цвету, размеру, форме, расстоянию и другим характеристикам. Собранная таким образом информация о сигнале интегрируется с информацией, находящейся в памяти, о сходном прошлом опыте и в какой‐то момент опознается характер и значение того, что мы видим и ощущаем.

По такому принципу функционируют все сенсорные анализаторы. Каждый сенсорный анализатор различает несколько качеств сигнала: зрительный – цвет, яркость, размер, форму и т. д.; слуховой – тембр, высоту звука, его интенсивность, и пр.Уровень активности рецепторных клеток отражает интенсивность воспринимаемого сигнала: чем ярче свет, громче звук, сильнее запах, тем выше активность рецепторов. Интенсивность (сила) ощущения сигнала влияет на его интерпретацию: восприятие шума может быть неприятным, раздражающим, если его воздействие слишком сильно и/или продолжительно. Но по мере воздействия сигнала (например, звука) реакция рецепторов ослабевает, снижается порог восприятия. Такое снижение интенсивности ощущения рецепторов называется их адаптацией к сигналу [76].

Следует отметить, что чувствительность анализаторов как к интенсивности, так и к другим параметрам сигналов не только определяется адаптацией рецепторов, но и зависит от многих других факторов: комплекса окружающих условий, взаимодействия анализаторов между собой, индивидуальных особенностей человека, его функционального состояния, времени суток и т.п.

Таблица 2.1

Основные сенсорные анализаторы человека

В таблице 2.1 приводятся шесть основных анализаторов (органов чувств) человека, которые воспринимают специфические для каждого из них распознаваемые ими свойства (качества) сигнала.

В деятельности пилота преобладает зрительный анализатор. Используются также и другие анализаторы, которые обеспечивают информационную модель полета. Часто встречаются зрительные и вестибулярные иллюзии, что определяется особенностью функции этих анализаторов. Ниже будет рассмотрен каждый анализатор в отдельности.

2.1 Зрительный анализатор

Зрение обеспечивает не только большую часть необходимой информации (80 %) для формирования информационной модели полета, но и играет роль корректора и контролера вестибулярного и кинестетического сигналов, особенно при поступлении ложных сигналов. Зрение играет также существенную роль при пространственной ориентировке, которая складывается на основе зрительной информации и психических процессов анализа и синтеза сигналов видимых ориентиров [16].

Органами зрительного восприятия являются глаза, реагирующие на световые сигналы. Предметы, объекты, их цвета различаются тем, какую часть видимого спектра они отражают или поглощают. Глаза человека по строению и функционированию напоминают фотографический аппарат (рисунок 2.2). Он состоит в основном из «камер» и рецепторов. На первом плане камеры расположена оболочка – роговица, где происходит первичная фокусировка световых лучей. Затем важным элементом является хрусталик – биологическая линза, которая завершает процесс фокусировки. Еще один элемент – это радужная оболочка, круговая мышца, которая способна изменить количество поступающего в глаз светового потока с помощью находящегося в ее центре зрачка. Расширяя или сужая отверстие, зрачок играет роль диафрагмы. Процесс фокусировки осуществляется главным образом хрусталиком благодаря тому, что он может изменять кривизну, становясь более или менее плоским или выпуклым в зависимости от расстояния до объекта. Такая способность к приспособлению хрусталика называется аккомодацией.

Далее, позади расположена сетчатка, на внутреннем слое которой расположены фоторецепторы – палочковидные и колбочковидные клетки в перевернутом виде по отношению к пучку падающего света, из‐за чего изображение объекта проецируется на сетчатке в перевернутом виде. С сетчатки, вернее, с фоторецепторов начинается путь зрительного нерва, передающего нервные импульсы зрительной зоне мозга, где происходит опознание предмета и восстановление его нормальной проекции – как он выглядит на самом деле.

Хотя у человека два глаза, отображение от предмета с обоих глаз в мозгу объединяется, становится единым – бинокулярным. Зрительная система, кроме параметров, указанных выше, определяет местоположение объекта, его предметную характеристику, причем все эти процессы происходят одновременно [9].

Наиболее важными функциональными параметрами зрительной системы для деятельности пилота являются:

1. ОСТРОТА ЗРЕНИЯ

Острота зрения – это порог разрешающей способности глаза: при минимальном угле две равноудаленные точки видны как раздельные. Острота зрения зависит от освещенности и контрастности объекта, его расположения в поле зрения, формы размера и т. п. За единицу остроты зрения принимается способность различать промежутки шириной 1,5 мм на расстоянии 5 м (в пределах оси фиксации). При отклонении всего на 10 градусов от оси фиксации острота зрения снижается до 0,2 [9].

Глаз человека воспринимает световые волны длиной от 760 ммк (красный цвет) до 400 ммк (фиолетовый цвет ). Более длинные инфракрасные (более 760 ммк) и более короткие ультрафиолетовые волны глаз человека не воспринимает.

2. ПОЛЕ ЗРЕНИЯ

Предмет лучше всего видится в центральном поле зрения (в пределах 90° в обе стороны). Однако предметы, находящиеся за пределами этой зоны, также охватываются взглядом без поворота глаз и головы. Для пилота хороший необходимый обзор достигается при наличии следующих углов зрения: в сторону носа – 60°, в сторону уха – 95°, вверх – 60°, вниз – 70° [76].

Поля зрения для каждого глаза в отдельности при ахроматическом (не цветном) освещении следующие: сверху – 50°, снизу – 70°, в направлении к другому глазу – 60°, в противоположном направлении —90°. Общее поле зрения при бинокулярном зрении (двумя газами) по горизонтали составляет 180°.

Для хроматического зрения положение границ поля зрения зависит от цвета и угловых размеров объекта: границы поля зрения сужаются при уменьшении размеров объекта, его яркости. утомлении и воздействии неблагоприятных факторов полета (шум, вибрация и пр.) [76].

Поля зрения расширяются при повороте глаз на 15–20°, особенно при повороте головы до 147° (см. рисунок 2.2).

В самолете поле зрения пилота ограничено спереди и сверху приборными панелями. Для различения предмета на дальнем расстоянии следует учитывать следующие условия: поле зрения, размер объекта, его контрастность, а также остроту зрения и внимание к объекту. В тумане, облаках обнаружить объект невозможно. Если объектом является самолет, то его размеры разнятся в зависимости от его положения; когда он летит навстречу, то выделяется образованная крыльями линия с утолщениями в местах расположения фюзеляжа и двигателей. Наибольшая площадь видима сбоку. Контрастность, определяемая соотношением яркости фона и самого объекта, также важна, так как темные предметы хорошо выделяются на фоне белых облаков. Трудно обнаруживаются самолеты на фоне голубого неба и слепящего солнца.

Сколько времени требуется для того, чтобы увидеть?

Рассчитано [28], что общее время от момента восприятия до опознания объекта составляет порядка 1,43 с, а общее время зрительного контроля – 2,3–4,1 с, в том числе движение глаз в направлении приборной доски для контроля приборов – 1,0 с (см. таблицу 2.2).

Если после осмотра горизонта перевести взгляд на приборы в кабине, прочесть их показания и вновь заняться осмотром горизонта, то на какое‐то время горизонт начисто выпадает из поля зрения. Время, необходимое для переноса взгляда на приборы и обратно на горизонт, составляет 2,31 с [88] (см. таблицу 2.2, нижняя часть).

Указанное время – это средняя величина. При выполнении маневра во избежание столкновения с реальным самолетом в воздухе необходимо еще приблизительно 3,5 с от момента принятия решения до осуществления маневра. Общее время составляет примерно 5 с в зависимости от индивидуальных особенностей пилота.

3. ОСОБЕННОСТИ НОЧНОГО ЗРЕНИЯ

В темноте часть рецепторов (клетки колбочки) теряют светочувствительность, а функционируют только клетки палочки, для максимальной чувствительности которых требуется 30 минут на адаптацию. В течение этого сравнительно небольшого промежутка времени могут возникать различные иллюзии. Острота ночного видения снижается сразу же после выхода на освещенное место. Для его повторного восстановления в темноте вновь требуется 30 мин. Поэтому, если для ознакомления с документами (карта и пр.) необходимо использовать фонарь, то при этом следует прикрывать один глаз, чтобы сохранить хотя бы в нем остроту ночного видения.

Следует отметить, что на остроту ночного видения не влияет красный свет, но он изменяет цвет предметов. Так при красном свете трудно различать красные, синие, черные обозначения, например, на карте. По данным японских исследователей, слабый белый свет небольшой яркости не влияет на остроту ночного зрения. В связи с этим в последние годы появились летательные аппараты, в кабине которых для освещения используется слабый белый свет [28] .

При полетах в условиях достаточной освещенности резкое снижение в наземные темные слои опасно, так как глаза не успевают адаптироваться к темноте. В результате пилот может не заметить какого‐либо препятствия, у него могут возникнуть зрительные иллюзии.

Таблица 2.2

Временные периоды функции зрения в полете

Темнота скрывает линию горизонта, окружающие визуальные ориентиры, и зрительное восприятие усложняется. На этой основе возможно возникновение иллюзий, ошибочных действий пилота. Например, размеры звезд или навигационных огней других летательных аппаратов кажутся больше, чем они есть на самом деле.

При определении расстояния по кажущимся размерам источника света возможны ошибки на почве иллюзии. Поэтому в ночное время рекомендуется соблюдать осторожность и выполнять маневр с достаточным запасом высоты и дальности, особенно при сближении с огнями. Вообще ночью извращенное восприятие источников света очень часто становится причиной зрительных иллюзий. Во избежание этого в ночном полете нужно полностью полагаться на показания приборов.

Как известно, посадка на основе визуального наблюдения местности – сложная работа для пилота. Из кабины самолета посадочная полоса представляется в виде трапеции, поэтому даже для опытных пилотов принятие решения и осуществление корректировок при посадке оказывается нелегкой задачей. При посадке на более длинную, чем обычно, ВПП может показаться, что высота принятия решения была заниженной, а при посадке на более короткую полосу – завышенной. Если перед ВПП имеется подъем или спуск, то легко ошибиться в выборе правильной высоты для захода на посадку. Наличие подъема или спуска (рельефа местности) перед полосой – одна из причин зрительных иллюзий, особенно ночью.

Необходимо отметить, что пилот при посадке получает необходимую информацию не только из центрального поля зрения, куда направлена зрительная ось, но и из периферического поля зрения, на котором также отражаются размеры ангаров, других строений, высота деревьев и т. п. Все это учитывается пилотом при принятии решения о выборе высоты и скорости. Однако ночью эти процессы значительно затрудняются и возможно извращенное (иллюзорное) восприятие ориентиров.

4. ВОСПРИЯТИЕ МЕЛЬКАЮЩЕГО СВЕТА

Мелькающий свет имеет специфические особенности. Серия световых импульсов воспринимается как непрерывный сигнал, если интервалы между импульсами соизмеримы с временем инерции зрения. Критической частотой слияния мелькания (КЧСМ) является пороговая частота от 14 до 70 Гц в зависимости от скважности импульсов, их формы, яркости, угловых размеров световых сигналов, уровня адаптации рецепторов, функционального состояния зрительного анализатора. КЧСМ увеличивается при возрастании яркости, угловых размеров объекта (светового сигнала), при сокращении световой фазы относительно темноты и при повышенной возбудимости центральной нервной системы [76].

5. ВОСПРИЯТИЕ ДВИЖЕНИЯ

Восприятие движения имеет большое значение для пилота. Нижний абсолютный порог восприятия скорости составляет: при наличии в поле зрения неподвижного ориентира 1–2 угл. мин/с; без ориентира 15–30 угл. мин/с. Равномерное движение с малыми скоростями (до 10 угл.мил/с), при отсутствии в поле зрения неподвижных ориентиров может восприниматься как прерывистое. При оценке двух однородных объектов, один из которых меньше по угловым размерам, скорость меньшего завышается больше, чем более крупного (близкого) объекта [76].

Опознание расположения, формы объекта возможно в определенных границах: вверх – 25°, вниз – 35°, вправо и влево – 32° от оси зрения. Порог восприятия абсолютной удаленности составляет 12 % при дистанции l≤30 м, относительной удаленности 12–14 мм, при дистанции 5–6 м [76].

Следует отметить еще одну особенность зрительного анализатора, которая не является патологией или иллюзией, но которую важно иметь ввиду пилотам. Это возникновение последовательных зрительных образов, которые появляются перед глазами непосредственно после прекращения восприятия светового сигнала или объекта. Например после яркой вспышки света образ наблюдаемого объекта возникает из темноты перед глазами несколько раз в определенной последовательности с промежутками 0,2 с, а затем затухает. Для светоадаптированного глаза после прекращения действия вспышки света или осмотра экрана (например, телевизора) через 1–1,5 с появляются отрицательные образы объекта, яркие поверхности кажутся темными (например, экран), а темные – светлыми. При цветном объекте образ кажется окрашенным дополнительным цветом (белый). Возникновение последовательных зрительных образов зависит от состояния человека (утомление, возбуждение), от освещенности и яркости объекта и фона [76].