Характеристики и особенности анализаторов человека
|
Прием и обработка информации человеком-оператором осуществляется с помощью нервной системы.
|
Нервная система имеет сложную структуру
|
Различают
-
центральную нервную систему (головной и спинной мозг), формирующую и регулирующую мышление и поведение человека,
-
периферическую нервную систему — нервы, по которым сигналы-импульсы распространяются от периферических органов к нервным центрам и от нервных центров к периферическим органам,
|
-
вегетативную нервную систему, регулирующую деятельность внутренних органов человека, функции жизнеобеспечения — т. е. растительную, «вегетативную» жизнь организма.
|
Решающую роль в осуществлении всех процессов жизнедеятельности человека, в том числе трудовой деятельности, играет центральная нервная система.
|
Прежде всего, благодаря ей организм функционирует как единое целое, взаимодействуют его органы и системы, осуществляется основной обмен, без которого невозможна сама жизнь.
|
Основные элементы нервной системы — рецептор, нейрон (нервная клетка) и синапс.
|
Рецептор — это устройство, преобразующее энергию внешнего или внутреннего раздражителя (светового, звукового, теплового, химического и т. п.) в специфический нервный процесс — возбуждение. Возбуждение, подобно сигналу, передается с одной нервной клетки на другую.
|
Нейрон (нервная клетка) — структурная единица мозга. Кора больших полушарий головного мозга, определяющая индивидуальное поведение человека, состоит из более чем 10 млрд нейронов
|
Синапс — тончайшее межклеточное образование, с помощью которого осуществляется переход возбуждения с одного нейрона на другой, с нейрона на мышцу или другие периферические исполнительные органы.
|
Мозг можно представить как совокупность взаимосвязанных групп нервных клеток, или анализаторов — зрительного, слухового, обонятельного, осязательного, двигательного, речедвигательного и т. п.
|
Корковые центры соответствующей области коры головного мозга называют корковым концом (представительством) анализатора, а органы чувств или другие рецепторные зоны, где расположены соответствующие рецепторы, — периферическим концом анализатора.
|
Основными процессами нервной деятельности являются возбуждение и торможение.
|
Информация из внешней среды и внутренней среды организма поступает в виде самых разнообразных раздражителей, однако на нейрофизиологическом уровне она проявляется в виде одного и того же физиологического процесса — возбуждения.
|
Возбуждение — это сложный биоэлектрический процесс, состоящий из множества сигналов-импульсов, приводящий в действие клетки и органы.
Процесс возбуждения обладает свойством распространяться, переходить из одного участка ткани на другой, находящийся в покое, и за счет этого связывает между собой и приводит в действие различные элементы организма.
|
Процесс торможения — сложный биоэлектрический процесс, ослабляющий или прекращающий деятельность клетки, органа. В отличие от возбуждения торможение носит местный характер, не распространяется.
|
Физиологическая основа формирования концептуальной модели – это работа анализаторов, т.е. первых органов, с помощью которых человек осуществляет анализ раздражителей.
|
Анализатор — термин, введенный И.П. Павловым для обозначения функциональной единицы, ответственной за прием и анализ сенсорной информации какой–либо одной модальности. Различают зрительный, слуховой, тактильный, вкусовой, обонятельный, кинестетический (внутримышечный), температурный и вестибулярный анализаторы.
|
Важнейшими для оператора является следующие анализаторы:
-
зрительные (90%)
-
слуховые (7%)
-
тактильные (3-2,5%)
|
|
В анализаторе выделяют три отдела:
|
|
1. Воспринимающий орган или рецептор, предназначенный для преобразования энергии раздражения в процесс нервного возбуждения. Вход рецептора приспособлен к приему сигналов определенного вида (световых, звуковых, тепловых и так далее), что и является основой квалификации анализаторов;
|
2. Проводник, состоящий из афферентных нервов и проводящих путей, по которому импульсы передаются к вышележащим отделам центральной нервной системы;
3. Центральный отдел, состоящий из релейных подкорковых ядер и проекционных отделов коры больших полушарий. (центр в коре больших полушарий головного мозга (мозговой конец))
|
Кроме восходящих (афферентных) путей существуют нисходящие волокна (эфферентные), по которым осуществляется регуляция деятельности нижних уровней анализатора со стороны его высших, в особенности корковых, отделов.
|
Анализаторы человека являются единой, взаимосвязанной системой. Действия раздражителя на один из анализаторов вызывает не только его прямую реакцию, но и изменяет функционирование других.
|
Мозговой конец (МК) состоит из ядра и рассеянных по коре головного мозга отдельных элементов. Между МК и рецептором существует обратная связь – осуществляется через волокна. За счет ОС в рецепторах производится декодирование, т.е. воспроизведение того исходного состояния, которое возникает при взаимодействии рецептора с раздражителем.
|
В частности, возможностями и особенностями анализаторов человека определяются психофизиологические требования к орудиям труда.
|
Рассмотрим подробнее некоторые важнейшие характеристики анализаторов, а также свойства зрительного, слухового и тактильного анализаторов. (Ведь именно от особенностей работы анализаторов зависит быстродействие и точность работы человека-оператора).
|
Восприятие информации в основном осуществляется зрительным, слуховым и тактильным анализаторами.
Остальные анализаторы в технических системах используются крайне редко, в особых условиях деятельности (например вестибулярный — в системе «летчик-самолет»).
|
Основными характеристиками анализаторов является чувствительность, избирательность и адаптивность.
|
Диапазон чувствительности анализатора определяется интервалом от минимальной до максимальной адекватно ощущаемой величины сигнала.
|
Величина раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, называется нижним абсолютным порогом чувствительности, а максимальная величина раздражителя — верхним абсолютным порогом.
|
Нижний абсолютный порог определяет чувствительность анализатора, поскольку сигналы, интенсивность которых меньше нижнего абсолютного порога, человеком не ощущаются, а увеличение интенсивности сигналов выше верхнего абсолютного порога вызывает у человека болевое ощущение.
|
Избирательность анализатора заключается в его способности из множества раздражителей, одновременно действующих на человека, в зависимости от условий воспринимать и анализировать только существенные раздражители.
|
Этим обеспечивается высокая помехоустойчивость, и быстродействие по анализу информации.
|
Благодаря избирательности анализаторов анализ большого количества информации человеком проводится в несколько раз быстрее, чем автоматическим устройством, поскольку компьютерная система предусматривает последовательный анализ всей информации без учета ее значимости.
|
В зависимости от условий окружающей среды анализатор может изменять диапазон чувствительности, например, перемещением хрусталика глаза.
Это свойство называется адаптацией.
|
Адаптация характеризуется величиной изменения чувствительности и временем, в течение которого она происходит.
|
|
В реальных условиях должны соблюдаться следующие требования к сигналам-раздражителям:
-
интенсивность сигналов должна соответствовать средним значениям диапазона чувствительности анализаторов;
-
различие между сигналами должно быть больше оперативного порога различения, но не должно значительно превышать оперативный порог, т. е. составлять оптимальную величину, обеспечивающую хорошую работоспособность и не вызывать утомления;
|
-
наиболее значительные и ответственные раздражители следует располагать в тех зонах сенсорного поля, которые соответствуют участкам рецепторной поверхности с наибольшей чувствительностью.
|
Характеристики зрительного анализатора.
|
|
Зрительным анализатором воспринимается форма, цвет, яркость и движение предметов. Возможность различения предмета на фоне других предметов определяется его контрастностью.
|
Контрастность — это соотношение яркости предмета и фона.
Различают прямой (яркость фона больше яркости предметов) и обратный (яркость предмета больше яркости фона) контрасты.
|
Оптимальным считается контраст, находящийся в пределах 0.6...0.9. Необходимо, чтобы различие в яркости предмета и фона было в 10...15 раз больше порогового значения. Форма предмета воспринимается с учетом контраста и угловых или линейных размеров.
|
Эргономические требования к средствам отображения визуальной информации устанавливают размеры и конфигурацию знаков, сигналов, углы их обзора и расстояния наблюдения, вид контраста изображения и окружающего фона, цвет свечений световых изображений, уровень яркости, частоту мельканий, скорость перемещений, условия внешней освещенности изображения.
|
Рациональное соответствие орудий труда зрительному, анализатору соблюдаются при следующих условиях:
|
| -
освещенность на рабочем месте оператора — 410 лк;
-
яркость свечения индикатора на черно-белой электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) — не менее 0,5 кд/м2;
-
яркость свечения индикатора на цветной ЭЛТ не менее 10 кд/м2;
-
оптимальная яркость индикатора на цветной ЭЛТ —170 кд/м2;
-
контраст прямой оптимальный — 0,8...0,9;
-
контраст прямой допустимый — 0,6...0,9;
-
контраст обратный для самосветящихся индикаторов — не менее 0,2;
| -
время представления (индикации) сигнала — не менее 2 с;
-
скорость движения сигнала при наличии опорного ориентира — 1...2 угловых минуты в секунду;
-
скорость движения сигнала без опорного ориентира — 15...30 угловых минут в секунду;
-
размеры знаков на экране 15...40 угловых минут;
-
частота мельканий — не менее 50 Гц;
-
ширина линии на экране — 1,15... 1,5 мм при расстоянии наблюдения соответственно 0,25... 1,5м.
-
|
Традиционно освещение рабочего места при работе с бумажными носителями информации имеет высокий уровень обшей освещенности (700 лк и более).
|
При считывании информации с ЭЛТ имеются следующие особенности:
|
1. Поверхность ЭЛТ расположена вертикально, что приводит к расположению линий зрения оператора на 20° выше, чем при работе с бумажными носителями.
|
Поэтому увеличивается вероятность появления прямой блесткости от светильников и окон.
|
2. Любой уровень освещенности экрана ЭЛТ уменьшает контраст между изображением и фоном, так как яркость темных участков (фона) увеличивается сильнее, или яркость светлых участков.
|
Исходя из этого, освещенность рабочего места с ЭЛТ и информацией, записанной на бумажном носителе, должна составлять 400...500 лк, что существенно снижает контраст экрана, по сравнению с неосвещенным рабочим местом и затрудняет выполнения задания, но позволяет читать информацию с бумаги и переносить ее на магнитный носитель.
При использовании информации только с экрана ЭЛТ освещенность рабочего места может находиться в пределах 150...400 лк.
|
3. Экран ЭЛТ искривлен и часто имеет высокий коэффициент отражения. Он играет роль зеркала, вызывая блесткость, так как свет ярких объектов, расположенных за оператором, и над ним отражается от экрана и попадает в глаза оператору. Эти отражения уменьшают контраст и могут частично или полностью искажать часть информации.
|
Характеристики слухового анализатора.
|
|
Слуховой анализатор состоит из уха, слухового нерва и сложной системы нервных связей и центров мозга.
|
Ухо воспринимает определенные частоты звука благодаря резонансу волокон мембраны и усилению сигналов средним и наружным ухом.
|
Слуховой анализатор воспринимает колебания частотой 16...20 000 Гц
|
Колебания частотой ниже 16 Гц называют инфразвуком, а выше 20 000 Гц — ультразвуком. Ультра- и инфразвук оказывают влияние на организм человека, но оно не сопровождается слуховым ощущением.
|
Звук характеризуется интенсивностью, частотой и формой звуковых колебаний, которые отражаются в слуховых ощущениях как громкость, высота и тембр.
|
Интенсивность звука оценивается по звуковому давлению, которое измеряется в Паскалях (давление, вызываемое силой 1 Н.Равномерно распределенной по площади 1 м2 и нормальной к ней) или в динах на квадратный сантиметр (1 Па=10 дин/см ).
|
Громкость — это характеристика звукового ощущения, которая наиболее тесно связана с интенсивностью звук а.
|
Уровень громкости выражается в фонах, фон численно равен уровню звукового давления в децибелах для чистого тона частотой 1000Гц.
|
Основными количественными характеристиками слухового анализатора являются абсолютный и дифференциальный пороги.
|
Нижний абсолютный порог соответствует интенсивности звука (в децибелах), обнаруживаемого человеком с вероятностью 0,5; верхний порог — интенсивность, при которой возникают болевые ощущения. Между ними расположена область восприятия речи.
|
Абсолютные пороги зависят от частоты и интенсивности звукового сигнала. Верхний абсолютный порог составляет 120...130 дБ, область восприятия речи — 60... 120 дБ.
|
Слуховой анализатор часто используется при проектировании средств сигнализации об аварийной ситуации. Слуховая информация воспринимается человеком на 20...30 мс быстрее визуальной.
|
В соответствии со свойствами слухового анализатора в оборудовании для передачи уведомляющих сигналов необходимо использовать частоту 200...400 Гц с интенсивностью до 110 дБ, для аварийных сообщений — частоту 800...5000 Гц
|
с интенсивностью 120 дБ. Длительность отдельных сигналов и интервалов между ними должна быть более 0,2 с, длительность интенсивных (предельно допустимых) сигналов не должна превышать 10 с.
|
Характеристики тактильного анализатора.
|
Тактильный анализатор используется для получения информации о положении предмета в пространстве, о его форме, размерах, качестве поверхности и материалов.
|
Функционирование тактильного анализатора основано на свойстве кожи воспринимать температурные, химические, механические и электрические воздействия предмета или орудия труда.
|
Наиболее часто тактильный анализатор используется для получения информации о состоянии оборудования путем анализа его вибраций.
|
Абсолютная чувствительность тактильных анализаторов на механическое воздействие определяется величиной минимального давления, вызывающего ощущение.
|
Наибольшая чувствительность при восприятии вибраций наблюдается при частоте 100... 300 Гц.
|
Пространственная чувствительность определяется минимальным расстоянием между двумя точками кожи, при раздражении которых возникает ощущение двух прикосновений.
|
На основе пространственной чувствительности пальцев, составляющей 1...2.5 мм, происходит опознание органов управления. При помощи тактильного анализатора можно передавать до десяти уровней (градаций) сигнала.
|
Тактильный анализатор обладает быстрой адаптацией, приводящей к снижению абсолютного порога ощущения.
|
В настоящее время тактильные анализаторы используются для контроля за работой оборудования (путем восприятия его вибраций), опознания органов управления и получения информации о вводе управляющих воздействий в систему управления (благодаря обратной связи в штурвалах, выключателях и переключателях).
|
Распределение информации между воспринимающими каналами человека
|
Информация между воспринимающими каналами человека должна распределятся на основе психологических восприятия информации различными анализаторами.
|
Необходимо учитывать взаимодействие и взаимное влияние анализаторов, их устойчивость к воздействию различных факторов среды: гипервесомости и невесомости, вибрации, гипоксемии, изменение способности к восприятию информации в процессе длительной работы и др.
|
Весьма существенное значение имеет вид информации, условия ее приема, а также характер деятельности оператора.
|
Выбор канала восприятия в зависимости от вида информации.
|
Передача количественной информации.
|
Для передачи количественной информации используются зрительный, слуховой и кожный каналы восприятия
|
|
Выбор канала обусловливается числом градаций признака.
|
|
1. Зрительный канал обеспечивает наибольшую точность определение величины признака, особенно при использовании цифровых кодов, шкал, изменений положений указателей приборов.
|
Он позволяет сравнивать и измерять информацию одновременно по нескольким признакам. Наименьшая точность наблюдается при кодировании величины яркостью.
| |
2. Слуховой канал по точности восприятия количественной информации может конкурировать со зрительным только при передаче количественной информации в виде речевых сообщений.
|
Точность приема количественной информации, закодированной с помощью частоты или интенсивности звукового сигнала, повышается при использовании эталона сравнения. Человек способен воспринять до 16 - 25 градации тональных сигналов, различающихся по высоте или громкости.
|
3. Кожный канал при передаче количественной информации значительно уступает зрительному и слуховому каналу.
|
С его помощью можно передать более 10 градаций величины за счет использования частоты вибротактильных или электрокожных сигналов (после соответствующей тренировке).
|
Передача многомерных сигналов
|
Использование многомерных сигналов, различающихся по нескольким признакам, способствует более экономной передаче информации.
|
С точки зрения возможности приема многомерной информации различные воспринимающие каналы человека не являются идентичными.
|
|
1. Зрительный канал, обладающий хорошо выраженными аналитическими свойствами, позволяет одновременно использовать несколько признаков в сигнале.
|
Информация для этого канала восприятия может быть закодирована одновременно с помощью интенсивности и цвета световых раздражителей, формы, площади, пространственного расположения сигналов, отношений их отдельных параметров.
|
Способность к поэлементному анализу большого числа отдельных составляющих сложного сигнала позволяет воспринимать с помощью этого канала большой объем информации, несмотря на то, что по шкалированию некоторых из них (например, интенсивности, частоты) зрительный анализатор не обладает выраженными преимуществами по сравнению с другими анализаторами.
|
Значительно повышает пропускную способность данного канала по отношению к многомерным кодовым сигналам синтез различных компонентов сигналов в единый зрительный образ. В этом отношении большую роль играет наличие возможности одновременного восприятия нескольких пространственно разобщенных зрительных образов.
|
2. Слуховой канал позволяет использовать при передаче многомерных звуковых сигналов интенсивность и частоту, тембр и ритм. Распределение частот по октавам и модулирование звуковых сигналов также повышает их распознаваемость.
|
Однако общий набор сигналов и возможность варьирования ими для этот анализатора меньше, чем для зрительного. Значительно ограничивает использование этого каната трудность приема и анализа информации, поступающей одновременно более чем от одного источника сигналов.
|
3. Кожный канал обладает меньшими возможностями для приема многомерных сигналов, чем два предыдущих.
|
При передаче по нему многомерных сигналов практически могут быть использованы частота сигналов и их пространственная локализация.
|
Передача информации о положении объектов в пространстве
|
|
1. Зрительный канал дает самую полную информацию о положении наблюдаемых объектов в пространстве (по трем координатам).
|
Большая точность в оценке пространства и пространственны отношений обеспечивается за счет выраженной аналитической способности зрительного анализатора, константности восприятия, визуализации представлений, широкой возможности оперирования пространственными зрительными образами.
|
2. Кожный канал при передаче этой информации можно поставить на второе место. Он обеспечивает определение положения объекта в пространстве по двум координатам при непосредственном соприкосновении с объектом и при дистанционном определении положения его в пространстве за счет искусственных кодовых признаках.
|
Такими кодовыми признаками могут быть частота вибротактильных или электрокожных сигналах и их локализация. Применения для этого изменение амплитуды, величины и площади давления тактильных сигналов ограничивается быстрым развитии адаптации в тактильном анализаторе.
|
3. Слуховой канал при однотонном восприятии обеспечивает высокую точность определения направление на источник звука. Когда же применяется искусственный код (обычное изменение частоты акустического сигнала, его тона), точность локализации оказывается ниже,
|
чем при использовании зрительного и кожного анализаторов.
В основном, в этом случае с помощью слухового анализатора можно определять изменение положения объекта в пространстве только по одной координате.
|
Восприятие времени
|
|
Точность восприятия временных интервалов зависит от их длительности, от того, заполнены они или не заполнены раздражителем и от ряда других причин.
|
Наибольшая точность отмечается при оценки заполненных временных интервалах.
|
1. Слуховой канал обеспечивает наибольшую точность в оценке временных характеристик сигналов (их длительности, темпа, ритма и т.п.). Ошибка в воспроизведении 3-, 5-, 10- секундных заполненных временных интервалов составляет при использовании слухового анализатора 1.2 - 4.7 % заданных стандартов.
|
2. Кинестетический канал также может успешно использоваться для передачи информации по параметру длительности. При поступлению по этому каналу заполненных временных интервалов длительностью в 4.8 и 9.1 с., ошибка в точности воспроизведении колеблется в пределах 6.4 - 16 %.
|
3. Тактильный канал по точности оценки времени занимает третье место. Ошибка точности воспроизведения 5, 10 - секундных интервалов при использовании этого анализатора составляет 7.4 - 24.8 % определяемых величин.
|
4. Зрительный канал обеспечивает наименьшую точность передачи временной информации. При поступлении сигналов в этот канал наблюдается меньшая точность и большая флюктуация в оценке длительности временных интервалов, чем при поступлении их по слуховому, кинестетическому и тактильному каналам. Ошибка в точности воспроизведения 3-, 5- и 10- секундных интервалов времени при использовании зрительного анализа составляет 13.8 - 18 % стандарта, а флюктуация - 1.2 - 2.9 с.
|
Передача информации об аварийных ситуациях
|
|
Сигналы, несущие информацию об аварийных ситуациях, можно подразделить на
-
предупреждающие и сигналы, свидетельствующие об аварии и
-
переключающие человека на деятельность по новому алгоритму.
|
Предупреждающие сигналы не должны нарушать заданного режима рабочей деятельности.
Следствием аварийных сигналов должно быть изменение алгоритма работы для предотвращения развития аварийной ситуации и восстановления нормального функционирования системы.
|
Для передачи предупреждающего сигнала можно использовать любой канал связи (зрительный, слуховой, тактильный).
|
Выбор его зависит от структуры деятельности, загруженности того или иного анализатора и вида алгоритма, на который должен быть переключен оператор. Выбор канала связи для передачи аварийного сигнала обусловливается тем, что сигнал должен быть обязательно и немедленно воспринят при любых обстоятельствах, не зависимо от характера работы.
|
1. Слуховой канал восприятия при передачи информации об аварийном состоянии имеет те преимущества, что слуховой анализатор обладает выраженной способностью к экстренной мобилизации.
|
Звуковой сигнал хорошо воспринимается независимо от местоположения его источника по отношению к оператору. Отрицательным свойством длительного интенсивного звукового сигнала его выраженное тормозное влияние на высшую нервную деятельность.
|
2. Зрительный канал восприятия при передаче аварийной информации является также достаточно эффективным.
|
Недостатком его является то, что источник информации обязательно должен находиться в поле зрения. Особенно важное значение приобретает канал в условиях интенсивного шум.
|
3. Кожный канал восприятия также может быть использован при подаче аварийных сигналов. При передаче аварийного сигнала в некоторых случаях может использоваться болевая чувствительность, однако данный вопрос требует дополнительно изучения.
|
|
Быстродействие различных видов анализаторов человека-оператора
Тактильный 0.09-0.22 секунды
Слуховой 0.12-0.18 с
Болевой 0.13-0.89 с
Зрительный 0.15-0.22 с
Температурный 0.28-1.6 с
Обонятельный 0.31-0.39 с
Вестибулярный 0.4 с
|
|
Достарыңызбен бөлісу: |
