Na + (которых много в среде вокруг клетки) и пропускающей ионы К +, связанные с белком. За счет этого создается постоянная разность потенциалов между клеткой и средой (потенциал покоя), достигающая mv (рис.3.3). Действие любого «агента», если он достаточен по силе, вызывает деполяризацию мембраны и она становится проницаемой для натрия: Рис. 3.3 Схема влияния «агента» на деполяризацию мембраны. При этом возникает потенциал действия, т.е. в точке
«повреждения» оказывается +60 mv и возникает разность 170 mv по отношению к соседнему участку нерва, разряд вызывает деполяризацию в соседнем участке, проникновение натрия и так распространяется возбуждение без декремента. Нейрон работает по закону «все или ничего», т.е. если сила возбуждения достигла порога деполяризации нейрон генерирует биопотенциал на 130 mv, если нет, то биопотенциал не возникает (релейная характеристика срабатывания).
61 62
В момент пика, а он длится 5 мс нейрон невозбудим, благодаря чему информация предается дискретными двоичными сигналами (до 100 бит/сек). Таким образом, любое изменение
среды преобразуется в двоичный код биопотенциалов, одинаковых по амплитуде, но разной частоты. Нейроны имеют примерно
585 тыс. часов надежности (примерно 70 лет работы), сравним с надежностью работы электронной аппаратуры, составляющей примерно 150 часов. В
рецепторах и осуществляется преобразование сигналов, (перекодирование). Сигнал внешней среды (звук, свет, давление и т.д.) перекодируется в биопотенциал,
который передается в виде двоичного кода в мозг, где сигналы декодируются в соответствующий образ среды. Иными словами, под воздействием внешних физических сигналов в мозгу осуществляется психический процесс построение образа предмета или явления. Аналогичная ситуация имеет место при передаче письменных сообщений. Образ с помощью буквенного кода преобразуется в сообщение, которое получатель декодирует и воссоздает образ (независимо от характера кода). Собственно получение сигнала есть ощущение, а его осознание восприятие. Без ощущения нет восприятия, но не всякое ощущение сопровождается восприятием (когда мы слышим иностранную речь на непонятном нам языке мы ощущаем, но не воспринимаем). Какие же общие законы функционирования рецепторов? Прежде всего, отметим, что рецепторы, воспринимающие сигналы из внешнего мира (экстерорецепторы), непосредственно контактируют со средой, другая часть рецепторов расположена внутри организма (интерорецепторы) / и их сигналы не всегда достигают сферы сознания, хотя попадают в головной мозг. Рецепторы строго специализированы, т.е. каждый рецептор реагирует генерацией биопотенциалов только на определенные, по своей физической (или химической) природе, агенты (фоторецепторы, барорецепторы и т.д.). 62 63
Литература к 3 лекции 1. Бабский Е.Б., Косицкий Г.И. и др. Физиология человека. М., Брайнес С.Н., Свечинский В.Б. Проблемы нейрокибернетики и нейробионики. М., Вулдридж Д. Механизмы мозга. М., Ломов Б.Ф. Человек и техника. М., Напалков А., Туров А. Элементарные единицы мозга. «Наука и жизнь», 6,
с. 25, Общая и частная физиология нервной системы. М., 1969, гл
64
Лекция 4 Восприятие зрительной информации человеком-оператором В подавляющем числе случаев деятельности свыше 80% информации об окружающей среде человек получает через зрительный канал. Поэтому, при конструировании средств
отображения информации в технических системах(пульты и панели управления, индикаторные приборы, экраны и т.д.) необходимо учитывать возможности зрительной системы по обнаружению, опознанию и восприятию сигналов. Такие сведения также необходимы для оценки и прогнозирования надежности системы «человек машина» и создания условий оптимальной работы оператору, т.к. ошибки в восприятии информации могут приводить к неправильным решениям и нарушениям функционирования всей системы. Следует отметить, что восприятие зрительной информации активный процесс, связанный с «психическим» преобразованием «входных» сигналов.
«Средь лесных пустынных недр Черной краской он сверкает, Пусть случайный путник знает: «двадцать третий километр!» Не смешно ль, ни до кого Столб свой текст донесть не может, Если глаз наш смысл не вложит В знаки мертвые его. Если не направлен взгляд На него что он такое? Он явленье нам чужое, Мир для нас глаза творят». Хр. Моргеншторн. 64 65
Зрительный канал восприятия информации (зрительный анализатор) человека состоит из таких звеньев: 1. Рецепторный, воспринимающий световые сигналы аппарат, рис. 4.1 или периферическая часть анализатора, представленная глазным яблоком (см. рис. 4.1); 2. Проводящий путь (зрительный нерв), по которому сигналы попадают в центральную часть анализатора, расположенную в затылочной области коры мозга, где и формируется зрительное изображение,
или психическая модель внешней картины. Зрительная система человека характеризуется активностью и адаптивностью. Активность заключается в том, что благодаря наличию обратной связи центральная часть анализатора оказывает влияние на состояние периферической части (глаза) и в зависимости от установки на получение определенного сигнала (ожидания), человек может его обнаружить, либо не заметить. Адаптивность определяет способность глаза приспосабливаться к
параметрам входного сигнала, обеспечивая наилучшие условия восприятия. Рис.4.1 Схема строения глазного яблока 1. Сосудистая оболочка 65 66 2. Сетчатка 3. Роговица 4. Радужка 5. Передняя камера глаза 6. Склера 7. Хрусталик 8. Ресничное тело 9. Стекловидное тело 10. Зрительный нерв Таким образом, зрительная модель, возникающая у человека, определяется характеристикой объекта наблюдения, состоянием периферического и центрального отделов анализатора. Характеристика объекта зависит от конструктивных особенностей средств отображения информации, а последние должны создаваться так, чтобы облегчить оператору зрительное восприятие. Состояние центра зависит от установки (ожидания, готовности), степени тренированности человека к обнаружению данных сигналов, его состояния, выраженности утомления и т.д. Глаз человека («входной» канал зрительной информации) состоит из собственно рецепторного аппарата, фокусирующей системы, мышечной системы, обеспечивающей вращение глазного яблока и т.д. Свето и цвета воспринимающие элементы расположены в сетчатой оболочке, выстилающей внутреннюю поверхность глазного яблока. Световые сигналы воспринимаются рецепторами,
которые носят название палочек (около 130 млн. шт.), цветовые колбочками (около 7 млн.шт.). Колбочки расположены, главным образом, в центральной зоне сетчатки, а палочки по всей поверхности. В сетчатой оболочке энергия светового сигнала через цепь химических реакций трансформируется в биопотенциал,
который по зрительному нерву передается в кору мозга. 66 67
Преломляющие среды глаза (роговица, хрусталик, стекловидное тело) фокусируют изображение на сетчатке, и обеспечивают четкость видения. Как показано на рис. 4.1, передняя поверхность глаза имеет прозрачную роговую оболочку с преломляющей силой в 43 диоптрии (1 Д преломляющая сила линзы с
F = 1 м). Роговица смачивается слезной жидкостью, но при
сильном слезотечении, вызванном усиленным движением воздуха, высокой температурой среды,
наличием в воздухе раздражающих веществ, либо эмоциональным напряжением оператора, слой слезной жидкости дополнительно преломляет световые лучи и изображение на сетчатке становится нечетким, т. е. имеет место искажение или потеря зрительной информации. Радужная оболочка (окрашенная часть глазного яблока) непроницаема для световых лучей, и световой поток попадает на сетчатку только через отверстие в радужной оболочке зрачок. Диаметр зрачка может изменяться от 1,5 до 7 8 мм. Изменение диаметра осуществляется непроизвольно (зрачковый рефлекс) и площадь зрачка зависит от освещенности. Чем выше освещенность, тем меньше его диаметр. Зрачок регулирует световой поток, попадающий на сетчатку. Скорость изменения диаметра зрачка относительно невелика (0,2 0,3) и при быстрой смене освещенности мощный световой поток может вызвать временное ослепление. При суженном зрачке снижается эффект сферической аберрации глаза, но при недостаточной освещенности (расширен зрачок) может быть искажение восприятия зрительной информации (положение стрелки на приборе и т.д.) частично за счет сферической аберрации. Зрачок резко расширяется и при эмоциональных состояниях
(страх, тревога), в связи с чем, также могут быть значительные ошибки восприятия зрительных сигналов. При значительном расширении зрачка (в силу указанных причин) и при высокой освещенности человек плохо видит. Основным фокусирующим прибором глаза является хрусталик эластичное тело дискообразной формы с переменной преломляющей силой от 19 до 33 D. Хрусталик подвешен на связках, растягивающих (уплощающих) его и при отсутствии сокращения круговых мышц имеет минимальную кривизну и 67 68
наименьший показатель преломления. При сокращении круговой мышцы / окружающей связки, тяга последних ослабляется и в силу эластичности хрусталик принимает выпуклую форму и соответственно возрастает показатель преломления. Чем ближе к глазу находится предмет, тем больше должна быть кривизна хрусталика для ясного видения. Изменение кривизны осуществляется рефлекторно и носит название аккомодации. Человек не может одновременно четко видеть предметы, расположенные на дальнем и близком расстоянии; переключение аккомодации занимает около 165 mс. Поэтому, приборы и другие
средства зрительной индикации должны располагаться, по мере возможности, В одной плоскости, во избежание частого переаккомодирования, которое увеличивает время восприятия зрительной информации и утомляет глаз оператора. При максимальном напряжении аккомодационного аппарата
(рассматривание предметов на очень близком расстоянии) быстро наступает утомление и снижается точность опознания. Расстояние ясного видения, т. е.
видения без напряжения аккомодационных мышц при максимальном приближении предмета, составляет для молодого человека 25 см (от изображения до глаза), а при предельной аккомодации он может ясно видеть изображение на расстоянии не менее 10 см. С возрастом эластичность хрусталика уменьшается и точка ближнего видения смещается на 15 и более см. При снижении преломляющей силы глаза изображение фокусируется за сетчаткой (дальнозоркость), а при сильном преломлении ближе к сетчатки (близорукость). Аккомодация осуществляется синхронно обоими глазами. За хрусталиком находится стекловидное тело с постоянным показателем преломления. На сетчатке получается уменьшенное, действительное и обратное изображение. Представления о положении предметов формируется в центре анали- 68
69
затора на основании сигналов и от других органов чувств, благодаря чему отображается в сознании человека реальная картина. Все преломляющие среды глаза (роговица, хрусталик, стекловидное тело) имеют разные показатели преломления, но для расчета фокусировки и величины изображения предметов на сетчатке используют модель «редуцированного» глаза. Принимается, что сечение глаза равно 22,15 мм, а расстояние до точки преломления от роговицы 7,15
мм. ав 15 мм АВ х или, где х = l + 7,15 мм Зная «l», можно рассчитать площадь изображения на сетчатке. Часть центральной зоны сетчатки не имеет фоторецепторов (слепое пятно место выхода из глаза зрительного нерва), и если изображение проецируется туда человек его не видит. Это обстоятельство необходимо учитывать при оценке деятельности оператора, который должен вести наблюдение одним глазом за перемещающимся предметом (смотровые щели, трубки и т.д.), т. к. с этим феноменом могут быть связаны ошибки слежения. Восприятие зрительной информации зависит от ряда параметров зрения: 1.
Поле зрения. Полем зрения называется область видения при фиксированном взоре в заданную точку. Для каждого глаза поле составляет кнаружи 45 и внутри
42, общий обзор по горизонтали 180, кверху 54 и к низу 57. Центральное поле, при котором отмечается минимум ошибок считывания составляет ±20 по горизонтали и ±10 по вертикали. Величина поля зрения не одинакова по отношению к различному цвету и меняется (суживается) при утомлении оператора.
Определение поля зрения осуществляется с помощью специального прибора-периметра. 2. Острота зрения. Различение зрительных объектов связано с остротой зрения, последняя характеризуется наименьшим расстоянием между двумя точ- 69 70
ками, которые еще воспринимаются раздельно. Предел различения на расстоянии 25 см составляет для большей части людей 0,06 мм, хотя отдельные специалисты (например, шлифовальщики) различают зазор в 0,006 0,01 мм. Чем дальше предмет от наблюдателя, тем больше расстояние между двумя точками,
воспринимаемыми раздельно. Остроту зрения удобно характеризовать углом зрения, т. е. углом, образованным двумя сходящимися у зрачка прямыми от крайних точек объекта. Минимальный угол зрения для различения двух точек на различном расстоянии от наблюдателя составляет 1 и линейные размеры изображения на сетчатке при этом достигают 0,005 м. Такое зрение считается нормальным и принимается равным 1,0. Острота зрения на близком
расстоянии может изменяться и за счет аккомодации, но при удалении предмета от глаза более, чем на 6 м острота от аккомодации не зависит. Острота зрения оценивается обычно через различение пороговой цели (цель, по размерам которой вероятность обнаружения составляем 50%). Грубое определение полного обнаружения (
100%) сводится к удвоению линейных размеров пороговой цели (по амер. методам). Рис Зависимость вероятности обнаружения во времени. 70 71
Острота определяется по: a) разрешающей способности (раздельное видение 2-х точек); b) порогу обнаружения (размер); порогу стереоскопии; c) порогу различения сношения линий. Увеличение угловых размеров не повышает остроты зрения. Различительная способность глаза при одном и том же угле зрения лучше всего на расстоянии точки наилучшего видения, т. к. с увеличением расстояния (и размеров объекта) вовлекаются и периферические зоны сетчатки, за счет чего точность считывания ухудшается на 50%. Это обстоятельство заставляет максимально (по возможности) приближать средства отображения информации к оператору. Острота зрения зависит от яркости, контрастности и формы объекта. 3. Светочувствительность глаза. Пороговое значение освещенности на зрачке для восприятия светового сигнала составляет 10-9 лк, что позволило бы наблюдателю при идеальных условиях увидеть свет 1
стеариновой свечи на расстоянии 30 км (освещенность Солнца составляет (70 80)10 3 лк). Для восприятия сигнала и его различения необходима достаточная яркость его или величина излучения светящейся поверхности в направлении зрения. Яркость это отношение силы света источника в этом направлении к площади светящейся поверхности объекта, рассматриваемой в том же направлении. В Международной системе единиц (СИ) измеряется в канделах на м². Ранее эта единица измерения называлась нит (1нт=1кд/1м²), но в настоящее время стандартами на единицы СИ применение этого наименования не предусмотрено.
Существуют также другие единицы измерения яркости стильб (сб), апостильб (асб), ламберт (Лб): 1 асб = 1/π 10 4 сб = 0,3199 нт = 10 4 Лб Свет или световой поток
- это мощность лучистой энергии. Единица измерения света или светового потока - люмен (lm). Люмен является редуцированной фотометрической величиной,
образованной из энергетической фотометриче- 71 72
ской величины при помощи относительной спектральной чувствительности специального вида относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения. 1 лм = вт λ, где λ берѐтся из графика относительной спектральной световой эффективности для дневного зрения для соответствующей длины волны монохроматического излучения, а ватт - единица измерения мощности потока излучения. Пороговое значение интенсивности (яркости) сигнала зависит от его площади (площади изображения на сетчатке). Если І пор S = Const (4.1) где: І пор пороговое значение интенсивности; S площадь сигнала. Тогда яркость обозначается (В) и находится по следующему выражению: В = І S Cos, (4.2) где І сила света, S площадь поверхности, φ угол с нормалью к светящемуся объекту. Если І пор S Const, тогда В определяется по следующему выражению: В = dі ds Cos, (4.3) Это относится особенно к контурам сигналов (предметов). Диапазон яркостей, воспринимаемых человеком, составляет нт, предельно переносимая яркость (при кратковременном предъявлении) при- 72 73
мерно в 7 раз больше яркости белого, глянцевого листа бумаги на ярком солнечном свету. При
больших яркостях объекта, или при внезапном перепаде яркости (освещенности) возникает потеря зрительного восприятия или кратковременное его ухудшение. Такие яркости называются слепящими. Слепящая яркость может возникнуть при работе с электросваркой, при включении сильных сигнальных огней на рабочем месте, при переходе на аварийное освещение,
отличающееся интенсивностью, при включении на пульте очень сильного светового индикатора и т. д. Естественно, что возникновение слепящей яркости дезорганизует работу оператора, и может быть причиной многочисленных ошибок. Допустимый уровень увеличения яркости, еще не вызывающий ослепления может быть определен по формуле: где g = 3 g допустимое увеличение яркости; В ф, (4.4) В ф яркость фона, к которому глаз адаптирован. 4. Контрастность.
Скачать 1.6 Mb.