_еловек

_u

моеква • i 9 6 6

Б. СР. А О Л* О В

_{техника}

ОМ Е РКИ ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ

ИЗДАТЕЛЬСТВО „СОВЕТСКОЕ РАДИО

УДК 62-50.23

Книга является одной из первых в СССР работ, освещающих проблемы новой научной отрасли — ин­женерной психологии. Она содержит подробное опи­сание психофизиологических характеристик человека, определяющих его взаимодействие с машиной. При­водятся обширные данные, характеризующие быстро­ту реакции оператора на звуковые, световые и дру­гие воздействия, способности человека принимать, пе­рерабатывать и хранить информацию, надежность опе­ратора. Дается характеристика психических процессов и структуры трудовых действий. В работе обсуждаются принципы конструирования индикационных устройств и органов управления, вытекающие из особенностей психической деятельности человека, т. е. рассматрива­ется проблема согласования конструктивных особен­ностей машин с характеристиками человека, управля­ющего ими. Обобщаются итоги как отечественных, так и зарубежных исследований в области инженерной психологии.

Книга предназначается для специалистов, работаю­щих в области автоматики и радиолокации, психоло­гов, а также студентов университетов и технических вузов.

3-3-14 24-66

БОРИС ФЕДОРОВИЧ ЛОМОВ

Человек и техника

Редактор Н. Я- Гутчина Технический редактор В. В. Беляева

Художественный редактор В. Т. Сидоренко

Обложка и титул художника Б. Шаповалова

Сдано в набор 14/Ш I960 г. Подписано к печати H/VII 1966 г.

Т-09203 Формат 84ХЮ8'/_За Обьем 121.3С> п. л. Уч.-лзд. л. 25,881

Заказ 2286 Тираж 20 300 экз. Пумага типографская № 3

Цена в переппеге М"» П 1р. 73 к.

Московская типография № 10 Глаиполпграфпрома

Комитета по печати при Совете Miunicipoii СССР.

Шлюзовая и а б.) V),

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие автора ко второму изданию 8

Предисловие редактора к первому изданию 11

Введение 15

Глаза 1

Человек как звено системы управ­ ления 27

Глава 2

Анализаторы человека (чувствующие приборы) . . ._ 107

Глаза 3

О способности человека принимать, передавать и хранить информацию 168

Глава 4

Психические процессы и передача ин­ формации человеку 222

Глава 5

Психологическое исследование средств сигнализации 263

Глава б

Моторные компоненты действия и

конструирование органов управления 362

Заключение 404

Литература 418

Предметный указатель . . . 445

Именной указатель. . . . . 459

МОИМ РОДИТЕЛЯМ

ФЕДОРУ АЛЕКСЕЕВИЧУ И

МАРИИ СТЕПАНОВНЕ ЛОМОВЫМ

ПОСВЯЩАЮ

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Данная книга была написана в те годы (1959—1961), когда инженерная психология в нашей стране только начинала развиваться как самостоятельное научное на­правление. В то время было важно определить круг ее проблем, дать общий обзор ведущихся исследований и более или менее систематически представить основные результаты этих исследований. Именно такую задачу и ставил перед собой автор книги.

За прошедшие пять лет инженерная психология до­стигла значительных успехов. Возник ряд новых лабора­торий. Расширилась область исследований. Многие во­просы, которые в книге «Человек и техника» были наме­чены лишь схематически, сейчас разрабатываются весь­ма интенсивно. Наши знания о деятельности человека в системах контроля и управления обогатились. Инже­нерная психология накопила также некоторый опыт решения практических задач. Упрочился ее союз со смеж­ными науками.

За последние годы проведен ряд конференций, посвя­щенных проблемам инженерной психологии. Впервые эти проблемы обсуждались на конференции по психологии труда, созванной Институтом психологии АПН РСФСР в 1957 г. Несколько докладов было прочитано на Первом Всесоюзном съезде психологов (Москва, 1959 г.).

На втором съезде, состоявшемся в 1963 г. в Ленин­граде, уже работали самостоятельная секция инженер­ной психологии и симпозиум по проблемам приема и переработки информации человеком.

В 1963 г. в Москве состоялась конференция по про­блеме «Человек и автомат», созванная Научным сове­том по кибернетике, Институтом автоматики и телемеха­ники АН СССР и Институтом психологии АПН РСФСР.

8

В 1964 г. была проведена Первая Ленинградская кон­ференция по инженерной психологии, превратившаяся, по существу, во всесоюзную. На ней было обсуждено 120 докладов по всем направлениям ведущихся иссле­дований.

В 1965 г. в Ленинграде проходила конференция по инженерной психологии в приборостроении.

Вопросы инженерной психологии нередко возникают и на совещаниях, посвященных другим проблемам. Мож­но, например, упомянуть конференцию «Научные и тех­нические проблемы качества телевизионного изображе­ния» (Ленинград, 1963 г.), конференции по авиационной и космической медицине (Москва, 1963 г.), по физиоло­гии труда (Ленинград, 1964 г.), по бионике (Баку, 1964 г.), по вопросам безопасности автомобильного дви­жения (Москва, 1965 г.), по вопросам художественного конструирования (Москва, 1964 г.; Ленинград, 1965 г.), по научной организации труда (Москва, 1965 г.) и др. За прошедшие годы появился также ряд новых публи­каций по инженерной психологии, наиболее крупные из которых следует упомянуть.

В 1964 г. вышел сборник переводов статей американ­ских и английских авторов «Инженерная психология» под редакцией В. П. Зинченко и Д. Ю. Панова (изд-во «Прогресс»), Крупным событием явился выход в свет сборника советских авторов «Инженерная психология» под редакцией В. П. Зинченко, Л. Н. Леонтьева и Д. Ю. Панова (МГУ, 1964), представляющего собой кол­лективный труд психологов, психофизиологов и инже­неров.

В 1964 — 1966 г. ленинградским отделением Общества психологов совместно с другими организациями опубли­кованы четыре выпуска «Проблем инженерной психо­логии».

Все это свидетельствует о расширении работ в обла­сти инженерной психологии. Сейчас накоплена такая масса экспериментальных данных по разным проблемам этой молодой науки, что задача их систематизации и обобщения в виде единого руководства становится весь­ма сложной и, пожалуй, непосильной для одного чело­века.

Вместе с тем, существует потребность в книге, кото­рая могла бы представить проблемы инженерной психо-

9

логии как целостного научного направления. И эта по­требность становится, по-видимому, тем острее, чем более широко развертываются исследования по инженер­ной психологии, связанные с решением специальных за­дач (например, научной организации труда, технической эстетики, бионики, системотехники и т. д.).

Автор надеется, что предлагаемая вниманию читате­лей книга «Человек и техника (очерки инженерной психологии)» в какой-то мере может удовлетворить су­ществующую потребность.

Подготавливая второе издание Книги «Человек и техника» (первое выпущено в 1963 г. ЛГУ), автор не имел возможности переработать ее с учетом всего но­вого, что появилось в инженерной психологии за про­шедшие годы.

Во втором издании сохранена общая логика изло­жения проблем и данных инженерной 'психологии, а так­же структура книги. В пес включены лишь пекоюрые новые данные и дополнен список литературы.

Л (пор

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Предлагаемая вниманию читателей книга Б. Ф. Ло­мова— одна из первых советских монографий но инже­нерной психологии. Эта новая область психологии, по­граничная с техническими и физико-математическими пауками, возникла в современных условиях технического прогресса и комплексного объединения различных наук для решения фундаментальных проблем производства. В последние годы рост инженерно-психологических ис­следований был особенно стремительным. Именно поэто­му, несмотря па весьма короткий срок существования, в отечественной и зарубежной инженерной психологии накопилась большая масса экспериментальных данных, необходимых для конструирования и расчета индика­ционных устройств, органов управления и других меха­низмов дистанционного управления машинами.

Монография Б. Ф. Ломова представляет собой систе­матический свод этих данных, своеобразный итог на­чального развития инженерной психологии, который тем более интересен, что написан одним из крупных руково­дителей инженерно-психологических исследований в на­шей стране.

В общем своде инженерно-психологических исследо­ваний, конечно, существенное место занимают ориги­нальные экспериментальные работы лаборатории инженерной психологии Ленинградского университета, организованной и возглавляемой автором данной моно­графии.

Книга Б. Ф. Ломова, как мне представляется, успеш­но сочетает в себе черты научной монографии и руко­водства для изучения основ и современного состояния инженерной психологии. Следует учесть, что в предше­ствующие годы автор монографии разработал ориги­нальные спецкурсы психологии труда и избранных про*

11

блем инженерной психологии, прочитанные им для сту­дентов и аспирантов психологической специальности в Ленинградском университете. Наиболее важные части этих спецкурсов были многократно использованы авто­ром книги в его лекциях для инженеров и научно-техни­ческих работников. Но, конечно, решающее значение для создания этой книги имело накопление Б. Ф. Ломовым и его сотрудниками известного опыта прямого исполь­зования инженерно-психологических данных на прак­тике.

Это использование в целях конструирования новой, более совершенной техники будущего связывает психо­логию, а с ней весь комплекс антропологических наук с самыми перспективными проблемами технического раз­вития. В книге Б. Ф. Ломова ясно намечается программа дальнейшего развития инженерной психологии, связан­ного с потребностями автоматизации производства, все­сторонним использованием возможностей технического моделирования различных видов нервно-психической деятельности человека (особенно перцептивной, мнеми-ческой и логической) и наиболее рациональным .вклю­чением человека в систему управления машинами и ме­ханизмами.

Из книги Б. Ф. Ломова читатель легко усмотрит, что инженерная психология не только прикладная дисцип­лина с большим будущим. Развитие инженерной психо­логии во многом зависит от разработки ее теоретических основ и центральной теоретической проблемы — взаимо­действия человека и техники в условиях автоматизации производства, имеющей столь важное значение для соз­дания материально-технической базы коммунистического общества.

Эта проблема составляет главное теоретическое со­держание монографии Б. Ф. Ломова. Различны аспекты, в которых она рассматривается. Один из них заклю­чается в изучении человека как звена системы управле­ния машинами и механизмами. Такой подход открывает доступ к сравнительной оценке возможностей человека и всех других звеньев системы управления, используя при этом современные методы теории информации и ки­бернетики в целом. Такой аспект особенно важен для инженерного применения научных знаний о человеке и развития инженерной психологии как,ласти кибернетики.

12

Однако этот аспект не только не исчерпывает теорий советской инженерной психологии, но и не определяет ее исходных принципиальных теоретических позиций, со­ставляющих другой аспект этой книги — рассмотрение человека как субъекта труда и познания.

Материалистическое понимание процессов сознатель­ной, психической регуляции трудовых действий разраба­тывалось автором книги ка протяжении ряда лет. Этот аспект инженерной психологии подготовлен многими оригинальными исследованиями Б. Ф. Ломова в общей психологии, психофизиологии труда, а также педагоги­ческой психологии.

В данной монографии лишь частично использованы оригинальные данные прошлых исследований автора, хотя именно эти исследования привели автора в инже­нерную психологию.

Предшествующие исследования Б. Ф. Ломова могут быть объединены в три цикла, каждый из которых по­служил своеобразным источником данной монографии.

Первый цикл экспериментальных работ был посвя­щен изучению особенностей бимануального осязания человека. Итоги этих работ были обобщены Б. Ф. Ломо­вым в коллективном труде «Осязание в процессах позна­ния и труда» (совместно с Б. Г. Ананьевым, Л. М. Век-кером и А. В. Ярмоленко).

С этим циклом исследований связана новая пробле­ма — психофизиологические основы конструирования органов управления в технических устройствах, — со­ставляющая, как известно, одну из основных проблем инженерной психологии.

Второй цикл экспериментальных исследований Б. Ф. Ломова включал ряд работ, посвященных меха­низмам и закономерностям формирования графических навыков, а именно восприятия рисунка и его роли в ре­гуляции навыков изобразительной деятельности, особен­ностям построения рисунка и чертежа, механизмам чте­ния чертежа и т. д. Общие итоги этих работ были подведены автором в книге «Формирование графических знаний и навыков у учащихся» (1959 г.), а также в ряде научных статей, обсуждавших специальные вопросы тео­рии психической регуляции действий человека, первона­чально графических, а затем и конструктивно-техниче­ских. Несомненно, важное значение имело обнаружение

13

регулйторйой роли графического образа в трудовом и конструктивно-техническом действии.

Третий цикл экспериментальных исследований Б. Ф. Ломова связан с изучением механизмов восприя­тия пространства и пространственных представлений как источника пространственного воображения, являющегося одним из важнейших компонентов конструктивно-техни­ческих способов. В этом плане были осуществлены сравнительные оценки измерительных функций разных анализаторов, исследования механизмов построения образа, сопоставления процессов изображений в анали­заторных системах человека и технических устройствах, исследования генезиса и факторов развития простран­ственного воображения и т. д.

Многочисленные экспериментальные работы Б. Ф. Ло­мова вошли в данную монографию лишь частично. Однако они, бесспорно, составляют один из важнейших источников нового направления в инженерной психоло­гии, представленного автором и его сотрудниками. Есть основание полагать, что ценный труд Б. Ф. Ломова сыграет существенную роль в дальнейшем развитии этой научной дисциплины, объединяющей науки о человеке и технические науки. Это объединение необходимо как непосредственно для технического прогресса, так и в интересах всестороннего развития человека.

В своей книге «Человек и техника» Б. Ф. Ломов фор­мулирует некоторые проблемы и задали перспективного значения, связанные с комплексным изучением челове­ка, его труда, познания и общения, составляющие пред­мет коллективных исследований ряда кафедр и лабора­торий Ленинградского университета. Имеппо поэтому мы особенно заинтересованы в откликах читателей на представляемый труд.

Кафедра психологии и лаборатория инженерной пси­хологии Ленинградского университета будут весьма признательны читателям за критические замечания, отзывы и пожелания.

Зав. кафедрой психологии ЛГУ проф. Б. Г. АНАНЬЕВ

ВВЕДЕНИЕ

Развитие производительных сил на базе передовой пауки и техники является важнейшей задачей строитель­ства коммунизма.

Механизация и автоматизация производственных про­цессов, электрификация промышленности, сельского хо­зяйства и транспорта, использование атомной энергии, создание быстродействующих электронных счетных ма­шин, применение новых методов химической переработки вещества — все это значительно расширяет возможности производства, изменяя условия, средства и методы труда, повышая его производительность.

В связи с успехами техники иногда говорят о замене человеческого труда «трудом» машин. Однако это утверждение не более чем метафора. В строгом смысле слова ни одна машина, даже самая совершенная, не тру­дится и не может трудиться. Она является лишь орудием труда, с помощью которого человек воз­действует на природу, изменяя последнюю сообразно заранее поставленной цели.

Каких бы замечательных успехов ли достигала тех­ника, какие бы удивительные автоматы ни создавались, труд всегда был и остается сознательной дея­тельностью человека, а человек — субъек­том труда.

Возможности человека как главного элемента произ­водительных сил расширяются за счет развития орудий труда. Но создание новых орудий приводит к изменению роли и места человека в производственных процессах. Отдельные операции, которые он должен был выполнять раньше, постепенно передаются машинам. Главными функциями человека в производстве становятся програм­мирование, управление и контроль. На этой основе воз­никают новые формы взаимосвязи физического и умственного труда.

15

Для дальнейшего развития производительных сил важно знать, как изменяются требования к субъекту тру­да, обусловленные ходом технического прогресса, важно изучить особенности и возможности человека с точки зрения этих требований.

Можно отметить по крайней мере три главные тен­денции изменения условий трудовой деятельности чело­века.

Во-первых, в связи с развитием механизации и авто­матизации перед человеком ставится задача одновре­менного управления все большим и большим количе­ством объектов (и их параметров). Это, естественно, усложняет анализ и оценку их состояний, а следова­тельно, операции программирования, управления и кон­троля.

Во-вторых, человек все более отдаляется от управ­ляемых объектов. В условиях дистанционного управле­ния он уже не может воспринимать их состояния непо­средственно. Между органами чувств человека и объек­том управления «вклинивается» целая система техниче­ских устройств, передающих необходимую' информацию. При этом обычно информация, поступающая к человеку, оказывается закодированной, и -перед ним возникает новая задача — декодирование, которой не было при непосредственном восприятии хода управляемого про­цесса. Воздействие оператора на этот процесс также опосредствуется системой технических устройств, что изменяет требования к рабочим движениям.

Наконец, в условиях современной техники значитель­но возрастают требования к скорости действий работ­ника, обусловленные повышением скоростей управляе­мых процессов.

Таким образом, развитие техники приводит к изме­нению условий трудовой деятельности, что в свою оче­редь изменяет требования к субъекту труда.

В связи с отмеченными тенденциями изменения усло­вий труда возникает ряд специальных вопросов. Напри­мер, сколько сигналов может человек воспринять одно­временно? Какова предельная скорость его реакций? Насколько быстро и точно и каким образом он выпол­няет операции декодирования? и т. д. Ответы на подоб­ные вопросы предполагают изучение процессов восприя­тия, внимания, памяти, воображения, мышления, способ-

U

ностей и т. п., т. е. психических процессов и качеств чело­века,

Ясно, что эффективность трудовой деятельности чело­века зависит от того, насколько результаты этого изуче­ния будут учтены при разработке и конструировании машин, которыми он должен управлять. Важно под­черкнуть необходимость знаний оптимальных усло­вий деятельности человека, а также его предельных воз­можностей.

Сейчас человеку нередко приходится работать в усло­виях таких скоростей, которые превосходят возможно­сти его воспринимающих аппаратов. Так, при полете со скоростью, в три раза превышающей скорость звука, у пилота возникает своеобразная иллюзия. Она выра­жается в том, что пилот видит те предметы, которые находятся на расстоянии 100 м позади самолета, как бы находящимися на уровне самолета (Штрухгольдт [по 75]). Эта иллюзия обусловлена анизохронией (не­соразмерностью временных характеристик зрительного восприятия и движения «сверхскоростного» самолета), т. е. тем, что скорость восприятия «отстает» от скорости самолета. В этих условиях полеты при визуальной ориентировке становятся невозможными. Относительная медленность зрительного восприятия по сравнению со скоростью самолета является одной из основных причин столкновений в воздухе (Пердрие [458]). Понятно, что нельзя эффективно решить задачу конструирования си­стемы управления «сверхскоростным» самолетом, не учи­тывая временных границ зрительного восприятия. Если же иметь в виду, что при полете на таких самолетах изменяются условия не только зрительного восприятия, но и других психических процессов, то необходимость учета данных психологии при конструировании самоле­тов станет несомненной.

Еще большая необходимость в знаниях психических процессов и особенностей их изменения под влиянием тех или иных условий испытывается при конструирова­нии космических кораблей. Замечательные полеты совет­ских космонавтов и их американских коллег показали, что присутствие человека на борту космического кораб­ля позволяет решать много таких задач, которые недо­ступны современным автоматам. Вместе с тем, условия деятельности космонавта существенно отличаются от

2-2286 1'

условий, в которых человек находится па земле. Возни­кают вопросы о том, что может и чего не может сделать человек в космическом полете, какова его роль в управ­лении кораблем, какие задачи целесообразно ему пору­чить и т. д. Чтобы ответить на них, необходимо знать, как изменяются психические функции человека при пе­регрузках, невесомости, длительном пребывании в за­мкнутом пространстве. На основе этих знаний решаются многие вопросы — от организации рабочего места опе­ратора до системы его подготовки к полету. В конечном счете от успешности психологических исследований дея­тельности космонавта и их учета при конструировании корабля зависит и успешность космического полета.

Знания психических процессов и свойств человека необходимы также при разработке и конструировании железнодорожного, автомобильного, подводного и над­водного транспорта, электростанций, заводских цехов и т. д. Инженерная психология выступает в этой связи как составная часть научной организации труда. Сле­дует отметить, что она является также одной из основ (наряду с теорией архитектурной композиции) так назы­ваемой технической эстетики.

Не менее острая потребность в знаниях закономер­ностей психических процессов возникает при решении задач автоматизации производства. «Если речь идет, на­пример, об автоматическом управлении варкой стали,— отмечают акад. С. Л. Соболев и проф. Л. Л. Ляпунов,— то надо суметь воспроизвести ход мыслей опытных ста­леваров, изучить их реакцию па тс или иные показатели процесса и, выразив это в виде алгоритма, заложить его в машину. Только используя детально все эти данные, можно выделить элементарные акты и логические усло­вия, составляющие искомый алгоритм»* [290, стр. 130].

Современная автоматика создает такие технические устройства, которые моделируют некоторые стороны ра­боты человеческого мозга. Многие трудности, возникаю­щие при этом, определяются тем, что мы еще недоста­точно знаем природу психических процессов, являющих­ся функцией мозга. За последние годы достигнуты боль­шие успехи в моделировании логических операций. Но задача создания автоматов, моделирующих сенсорные процессы (ощущения, восприятия, представления), еще не решена. Между тем автоматизация многих пооцес-

18

Сов Нуждается в моделировании именно ощущения и вос­приятия. Так, создание «машин-стенографисток», ра­ботающих под диктовку, упирается в проблему речевого слуха. Известно, что человек прекрасно понимает речь, произносимую голосом любого тембра, с любой эмоцио­нальной окраской, в любом темпе. Для машины это пока непосильная задача. Но она может быть решена на осно­ве точного знания законов речевого слуха.

При создании хлопкоуборочных, чаеуборочных, фрук-тоуборочпых машин, при автоматизации некоторых ткац­ких операций возникает задача моделирования осяза­тельного восприятия. Мы уже не говорим о том, что во многих отраслях производства есть потребность в авто­матах, моделирующих зрительное восприятие.

Большой круг вопросов возникает в связи с задачей обучения современного рабочего. В некоторых отраслях труда уже сейчас применяются специальные машины, предназначенные для обучения и тренировки человека. Надо полагать, что с развитием техники роль обучаю­щих машин будет возрастать. Но чтобы конструировать их, необходимо знать закономерности формирования зна­ний, умений и навыков, закономерности формирования и развития способностей человека. Именно эти знания должны составить научную основу теории тренажеров и обучающих машин.

С развитием техники все более острой становится по­требность в детальном и всестороннем изучении особен­ностей человека. Отсюда вытекает необходимость сов­местной работы тех, кто конструирует машины, и тех, кто изучает человека. Самим ходом технического про­гресса диктуется союз технических и антропологических паук К

. Проблема «человек и техника» — одна из основных проблем современной науки. Ее решение предполагает совместную работу инженеров, математиков, психологов, физиологов, анатомов и представителей многих других научных дисциплин, ибо по существу своему эта пробле­ма требует комплексного исследования.

На стыках антропологических, биологических и тех­нических паук в последнее время сформировался ряд

¹ Термин «антропологический» употребляется здесь в самом широком смысле. К антропологическим относятся все те науки, предметом исследования которых является человек.

о* "°

Новых научных направлений, изучающих разные аспекте этой сложной проблемы. Одним из них является инже­нерная психология ¹.

Перечислим основные проблемы инженерной психо­логии:

1. Анализ задач человека в системах управления и способов его связи с другими компонентами систем. Та­кой анализ предполагает сравнительное изучение возмож­ностей человека и машины с тем, чтобы определить опти­мальную структурную схему системы управления. В этой связи изучаются характеристики точности, скорости и на­дежности действий человека, а также решается вопрос о распределении функций между человеком и машиной.

2. Исследование групповой деятельности людей, обслу­живающих систему управления, или взаимодействия операторов. Эта проблема становится особенно острой при разработке так называемых «больших систем», обслуживаемых коллективами людей. Создавая большие системы, необходимо решить, как будет осуществляться взаимный обмен информацией между членами коллекти­ва, в какие группы их целесообразно объединить и ка­кова должна быть численность каждой группы. В этой связи возникает также вопрос о «психофизиологической совместимости операторов».

На основе анализа групповой деятельности решаются задали оптимального пространственного расположения членов группы и организации их рабочих мест, а также сменности в работе.

3. Анализ структуры деятельности оператора. В этой связи определяется состав действий, которые должен вы­ полнять человек в системе управления, и рассматри­ ваются возможные способы их выполнения. В ходе та­ кого анализа выясняются требования -к психическим функциям, обусловленные структурой деятельности. Исходя из результатов анализа, оценивается сложность деятельности, а также решаются вопросы об отборе опе­ раторов (если это необходимо) и методах их тренировки.

* Это направление пока еще не имеет общепризнанного назва­ния. Оно выступает под разными именами: «инженерная психоло­гия», «поихотехнология», «прикладная экспериментальная психоло­гия», «техническая психофизиология». «Инженерная психология» входит как составная (часть в «эргономику», «технику человеческих факторов», «человеческую инженерию» (human engineering).

20

I 4. Исследование факторов, влияющих на эффектив-ji ность и надежность действий оператора. В этой связи рассматриваются условия, в которых работает оператор (освещенность, шум, вибрация, температура и т. д.), определяется возможность возникновения экстремальных ситуаций, перегрузок и т. д.

Все эти проблемы относятся к системе «человек— машина» в целом. Их анализ, являющийся первым эта­пом инженерно-психологического исследования, позво­ляет дать общую оценку «человеческих факторов», влияющих на работу системы управления, и найти ее оптимальную (в каждом конкретном случае) структур­ную и функциональную схему.

Другие проблемы касаются более детального изуче­ния «человеческого звена» системы управления, на осно­ве которого решаются вопросы выбора средств отобра­жения, конструкции информационных панелей, пультов управления и т. п., т. е. тех устройств, с помощью кото­рых человек получает информацию и па которые он непосредственно воздействует.

5. Изучение процесса приема человеком осведомитель­ ной информации о состояниях управляемых объектов, иначе говоря, изучение «сенсорного входа» человека.

Перед инженерами, создающими новую технику, не­избежно возникают вопросы о том, какой объем инфор­мации человек способен принять за единицу времени, какова наилучшая форма подачи информации человеку в той или иной конкретной системе управления, какими порциями следует подавать ему информацию, чтобы обеспечить нормальный ход работы, какова оптимальная частота следования этих порций и т. д. В этой связи ре­шается практическая задача «техники ввода инфор­мации».

6. Анализ процессов переработки информации чело­веком, ее хранения и формирования решения (команд­ной информации). В этой связи особенно важными яв­ляются вопросы о способах переработки информации, применяемых человеком, о его возможностях кодиро­вать, перекодировать и декодировать информацию, об объеме сохраняемой информации и способах хранения и т. п.

7. Исследование управляющих действий человека, иначе говоря, характеристик его «моторного выхода».

21

Здесь центральным является вопрос о структуре дей­ствий человека и механизме их регуляции.

Перечисленные проблемы предполагают прежде всего изучение закономерностей психических процессов, хотя, разумеется, для их решения необходимо привлекать дан­ные не только психологии, но и других наук.

На основе инженерно-психологических исследований решается практическая задача согласования характери­стик человека и машины, образующих единую систему управления.

Как техническая наука инженерная психология изу­чает орудия труда и технологические процессы, по лишь под определенным углом зрения: выясняя, какие требо­вания предъявляются конструкцией инструментов, ма­шин, приборов и особенностями производственных опе­раций к психическим свойствам человека.

Как психологическая паука она изучает психические процессы и свойства человека, но также лишь под опре­деленным углом зрения: выясняя, какие требования к орудиям труда и к технологии вытекают из характе­ристики этих процессов и свойств.

На основе инженерно-психологических исследований решаются задачи приспособления конструкции машин к характеристикам человека и тем самым обеспечивают­ся оптимальные условия труда.

Инициаторами в создании инженерной психологии как самостоятельного научного направления выступили Ф. Бартлетт, В. Р. Гарнер, С. Т. Морган, Р. А. Мак-Фер-ланд, Е. Дж. Мак-Кормик, Л. Чапапис, П. М. Фиттс и некоторые другие психологи¹.

Работы американских и английских психологов пер­воначально были связаны с задачами конструирования военной техники, позднее психологическому анализу под­верглись и другие ее виды. Правда, и до сих пор инже­нерная психология в США обслуживает прежде всего нужды вооруженных сил. Однако результаты исследо­вания в этой области имеют общее значение для раз­вития современной техники. Они представляют собой такие научные достижения, которые могут и должны

¹ Отметим, что первые исследования инженерно-психологиче­ского типа были проведены ib «пашей стране еще 'в 20-е годы Н. А. .Бернштейном, iC. Г. Теллерштейном, Й. А. Эпле и Н. В. Зим-

КИНЫ1М.

22

быть использованы в самых различных областях произ­водства. Отметим, что, используя данные англо-амери­канской инженерной психологии, нужно иметь в виду слабость и противоречивость ее методологических, фило­софских позиций.

В Советском Союзе инженерная психология сделала только первые шаги. Однако уже сейчас становится ясной необходимость теоретического осмысления накап­ливаемых результатов. Последовательно материалисти­ческие позиции психологии, опирающейся на ленинскую теорию отражения, являются основным условием успеш­ного-развития инженерной психологии.

В течение ряда лет инженерно-психологические ис­следования выступали как один из разделов психологии и физиологии труда. Проблемы, которые сейчас состав­ляют предмет самостоятельной науки, разрабатывались в связи с задачами организации условий труда и рацио­нализации приемов трудовой деятельности человека.

Возможность поворота психологии к проблемам тех­нического прогресса подготовлена развитием ее спе­циальных областей: общей психологии, эксперименталь­ной психологии, психологии' труда. Данные, представ­ляющие определенный интерес для решения новых про­блем, накоплены в детской, педагогической, авиацион­ной и военной 'психологии, в психологии спорта и дру­гих областях ¹.

Важно подчеркнуть ту исключительную роль, кото­рую играют в развитии инженерной психологии иссле­дования познавательных процессов (ощущений, различе­ний, восприятий, опознаний, представлений, мышления). В современных условиях наблюдается сращивание 'про­цессов труда и познания. Человек развивается как

¹ Известную роль в возникновении инженерной психологии сыграла также .психотехника. Несмотря па нечеткость, а иногда и порочность ее философских позиций, в психотехнике накоплен зна­чительный .научный 'материал, подготовивший почву для инженер­ной (психологии. Подробный обзор источников инженерной психоло­гии и ее основных проблем дастся .в работах А. Н. Леонтьева и Д. Ю. Панова [185], Д. Л. Ошанина [246], К. К- Платонова [258], М. И. Бобпевой [24], Л. Б. Ительсона [143], Н. Г. Леваидовского [177], Я. Кржмвоглавого [163], В. П. Зииченко и Д. Ю. Панова [130], Чапаниса [357—360], Мак-Кормика [441], Фиттса [406], 3. Гератс-воля [75] и др., а также в наших статьях [196, 203, 206, 209, 213, 436].

23

субъект труда, поскольку он развивается как субъект познания, и наоборот. Процессы труда все чаще строят­ся по законам познания. Это определяется логикой общественного развития, для которого характерно со­единение физического и умственного труда. Единство познания и труда выступает в качестве одного из основ­ных условий развития творческих возможностей чело­века.

Известно, что традиционная психология и физиология труда развивались в основном как учение о двигатель-пых актах, а проблема познания долгое время являлась объектом преимущественно общей и экспериментальной психологии. Проблемы инженерной психологии требуют новых форм синтеза этих научных дисциплин. В русле нового направления, казалось бы, наиболее абстрактная отрасль психологии находит практическое применение. Вместе с тем инженерно-психологические исследования приобретают сейчас принципиальное значение для даль­нейшего развития общей теории психологии.

Предпосылки инженерной психологии формировались в ходе развития не только психологических (более ши­роко, антропологических), по также и технических наук. В этой связи прежде всего нужно упомянуть технологию, телемеханику, теорию автоматического регулирования, радиотехнику, электронику, теорию надежности. Инже­нерная психология обязана им постановкой вопросов, формированием некоторых понятий и разработкой спо­собов исследования.

Связь между психологией и техникой взаимная. С одной стороны, психологическая теория проверяется в процессе конструирования и эксплуатации новых ма­шин. С другой — прогресс в изучении психических явле­ний открывает новые возможности для* решения техни­ческих задач.

Однако ни науки о человеке, ни технические науки не располагали такими методами и теорией, которые позволили бы изучать человека и машину как звенья единой системы с некоторой общей точки зрения. Сов­местная работа психологов и инженеров была затруд­нена отсутствием единой теоретической позиции.

Решающую роль в создании такой позиции сыграла кибернетика, возникшая как синтез многих научных до­стижений.

24

к Изучая процессы управления в машинах и живых ■Организмах, кибернетика сформулировала некоторые КЪбщие принципы управления и строения управляющих 1систем и разработала методы математического описания I процессов передачи, переработки и хранения информа-[ ции, играющих фундаментальную роль в управляющих » системах. Это позволило подойти к решению пробле­мы согласования характеристик машин с характери­стиками человека с единой теоретической 'позиции, рас­сматривать качественно различные по своей природе звенья систем управления в одних и тех же терминах и пользоваться общими методами исследования этих звеньев.

Классическим объектом инженерной психологии яв­ляется деятельность человека в системах контроля и управления (труд диспетчера, оператора у пульта управ­ления и т. п.), точнее, взаимодействие человека и маши­ны в этих системах. Однако область ее исследований более широка. Она охватывает все виды техники. Инже­нерно-психологические исследования необходимы всюду, где речь идет о создании тех ил-и иных устройств, рас­считанных на восприятие, представление, мышление человека, на его действия.

Вопросы инженерной психологии неизбежно возни­кают при разработке средств коммуникации, телевизион­ных систем, исследовательских приборов, при проекти­ровании кинотеатров, заводских цехов, при оформлении автомобильных трасс и т. д. Достижения инженерной психологии могут и /должны быть использованы во всех областях народного хозяйства.

В книге дается обзор основных проблем инженерной психологии, а также накопленных -экспериментальных данных и намечаются некоторые пути дальнейших иссле­дований. Основное внимание уделяется проблемам, пере­численным в пп. 5—7, так как именно они позволяют лучше всего раскрыть суть инженерно-психологического подхода к анализу деятельности человека в системах управления и являются наиболее разработанными. Остальные проблемы характеризуются лишь в общих чертах.

В гл. 1 рассматриваются самые общие характери­стики человека как звена системы управления: скорость, точность и надежность его действий.

25

Гл. 2—5 посвящены проблемам приема и переработки информации человеком.

Мы выделяем три аспекта этой проблемы. Первый касается отношения физических свойств сигнала, несу­щего информацию, к характеристикам анализаторов человека {гл. 2). Это психофизический аспект, связанный с вопросом о выб_чоре физического алфавита сигна­лов, т. е. вопрос о том, какие свойства стимулов, разли­чаемых человеком, целесообразно в том или ином слу­чае использовать в качестве сигналов, передающих информацию.

Второй аспект рассматриваемой проблемы касается оценки того количества информации, которое человек может принять, переработать в единицу времени и сохра­нить (гл. 3). Он связан с решением таких задач, как определение оптимальной длины алфавита сигналов: «насыщение» сигналов информацией; оценка числа их измерений (признаков), необходимых для передачи дан­ного количества информации; распределение поступаю­щих сигналов во времени и т. д.

Третий аспект относится к характеристике тех про­цессов, посредством которых принимается и перераба­тывается информация, т. е. психических процессов (гл. 4). Это, так сказать, собственно психологический аспект. Речь идет прежде всего о формировании субъек­тивного образа сигнала и декодировании поступающей информации.

В гл. 5 приводятся экспериментальные данные о вос­приятии человеком индикации различных типов, а также обсуждаются психологические принципы конструирова­ния индикаторов.

Мы уделили главное внимание проблеме приема и переработки информации человеком '(соответственно вопросам техники ввода), имея в виду, что прием и пере­работка информации составляют основу деятельности человека в системах контроля и управления.

Гл. 6 посвящена проблеме моторных компонентов управляющих действий человека («моторный выход»). В этой связи обсуждается вопрос об инженерно-психо­логических принципах конструирования органов управ­ления.

^I

ЧЕЛОВЕК КАК ЗВЕНО СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Функции человека-оператора в системах управления. Основным объектом исследования инженерной психоло­гии является система «человек — машина», которая рас­сматривается как частный случай управляющих систем. В системе такого рода человек и машина образуют еди­ный контур регулирования. Изучая процессы регулиро­вания, протекающие в системах «человек—машина», их строение и функции, инженерная психология рассматри­вает человека-оператора как одно из звеньев этих си­стем.

Бесспорно, что работа машины и трудовая деятель­ность человека принципиально различны. Человек, пре­образуя природу, осуществляет сознательно поставлен­ную цель. Машина — лишь «слепой исполнитель» челове­ческой воли, орудие его труда. Бесспорно также, что процессы, протекающие в технических устройствах (как бы совершенны они ни были), качественно отличаются от психических процессов, свойственных человеку. И тем не менее современная наука находит много аналогий между человеком и мапгинрй. Более того, жизнь требует создания таких концепций, которые позволили бы рас­сматривать человека и машину с единой позиции. Но единая позиция, выработка понятий, применяемых и к машине и к человеку, вовсе еще не означает, что между ними стираются всякие качественные различия.

Правда, нужно отметить, что об этих различиях не­редко забывают. В инженерной психологии имеются по­пытки полностью «уложить» психическую деятельность человека в схемы, разработанные науками, изучающими

27

машины. Те или иные особенности поведения человека пытаются объяснить принципами работы машин. При описании характеристик 'человека 'психологи часто заим­ствуют терминологию из радиотехники, электроники и т. и. Человек иногда рассматривается как «частотный фильтр» (Эллсон), как «линейный низкочастотный уси­литель» |(Де-Вор) и т. п. В связи с успехами, достигну­тыми в области конструирования информационно-логи­ческих машин, наблюдается и противоположная тенден­ция: описывать некоторые черты их работы в психологи­ческих терминах. Говорят, например, о «памяти» машин, об их «мышлении», о «решении машинами тех или иных задач» и т. д.

Такое взаимопроникновение терминов является, оче­видно, неизбежной чертой процесса сближения антропо­логических и технических наук, важной для выработки общего языка и общих позиций. Но оно таит в себе не­которые опасности, так как cxorctbo описаний иногда затушевывает качественные различия между явлениягли. Как следствие этого и возникают попытки объяснять поведение человека, исходя из принципов работы ма­шин. Здесь человек рассматривается как копия машины. В действительности же дело обстоит как <раз наоборот: в машинах моделируются те или иные стороны деятель­ности человека ¹.

Как бы сложны ни были машины, они были и оста­ются лишь орудиями труда, как отмечал Маркс, «соз­данными человеческой рукой, органами человеческого мозга». Отношение «человек—машина» в любых усло­виях остается отношением «субъект труда — орудие труда».

Сравнивая деятельность человека и работу современ­ных информационно-логических машин, можно найти некоторое сходство между ними. Вместе с тем необхо­димо подчеркнуть, что механизмы, осуществляющие прием и переработку сигналов человеком, припципиаль-

¹ Создание машин, моделирующих какие-либо стороны деятель­ности человека, основывается на 'результатах исследования этих сто­рон. Вместе с тем оно (позволяет глубже познать моделируемые явления. В этом смысле сравнение человека с машиной может быть полезным для психологических исследований. Подход к изучению человека с позиций технических наук .позволяет 'наиболее отчетлдао выявить его специфические особенности.

28

но отличны от механизмов, которые действуют в про­цессе преобразования сигналов машиной.

Качественные различия между человеком и машиной, однако, не исключают возможности рассматривать их в строго определенном отношении как звенья единой системы управления. Именно в таком подходе и выра­жается точка зрения инженерной психологии. Она вовсе не требует отождествлять деятельность человека с рабо­той машин или приписывать последним характеристики, свойственные только человеку.

Чтобы пояснить точку зрения инженерной психоло­гии, обратимся к рассмотрению системы «человек — ма­шина». Представим себе, что человек управляет каким-либо объектом. Будет ли это железнодорожный диспет­чер или авиадиспетчер, летчик или машинист электро­станции,— во всех случаях процесс управления имеет некоторые общие черты. Все изменения управляемого объекта улавливаются с помощью каких-либо датчиков, сигналы от датчиков преобразуются и подаются к при­борам, за которыми наблюдает человек. Он восприни­мает показания приборов, расшифровывает их, прини­мает решение, выполняет соответствующее действие, ко­торое может быть и очень простым (например, нажим кнопки) и более сложным. Сигнал, возникающий в ре­зультате действия человека, преобразуется и поступает к управляемому объекту, изменяя его состояние. Новое состояние объекта вызывает изменение показаний при­боров, которые информируют человека о результатах его действия. Это, в свою очередь, может потребовать от него новых действий и т. д.

Так ,в общих чертах выглядит замкнутая система регулирования, в которой человек, связанный прямыми и обратными связями с управляемым объектом, высту­пает в роли важнейшего, наиболее ответственного звена системы, а именно регулятора¹. Конечно, человек может"" и не получать сведений о результатах своих действий.

¹ Надо отметить, что в теории автоматического регулирования системы, 13 которых роль регул я тор л выполняется человеком, счи­таются разомкнутыми. Однако это может быть справедливым лишь в отношении систем автоматического регулирования. В более же общем случае замкнутой называется любая система с обратными связями вне зависимости от того, осуществляется ли замыкание че­рез автоматический регулятор или через человека,

29

Тогда он рассматривается как звено разомкнутой си­стемы.

На рис. 1 представлена элементарная структурная одноконтурная схема замкнутой системы -^человек— машина».

Процесс регулирования выступает как ряд переходов воздействий от одного звена системы к другому (лг_ь д-₂,

Вход _л ,

—hSH

*

Индика­тор

Оператор

Хд Органы (/правления

8ыход

Машина

Рис. 1. Элементарная структурная схема пкчелш «человек машина».

Хз, Ха) . Причем состояние любого звена илпясг па все остальные и, в свою очередь, зависит от них.

В действительности нередко одному оператору при­ходится управлять рядом объектов или нескольким людям — одним объектом. Связи между человеком-регу­лятором и регулируемым объектом также могут быть более сложными и включать большое число опосред­ствующих звеньев (приборов-индикаторов, органов управления и т. д.). Наряду с основными контурами си­стемы регулирования могут иметь и дополнительные. В этих случаях структурная схема системы «человек— машина» будет более сложной.

С развитием автоматики функции регулирования пе­редаются автоматам. В приведенную схему включается система автоматического регулирования (САР) (рис. 2). Однако и в этом случае информация об управляемом объекте, а также о состояниях СДР поступает па инди­каторы, за которыми наблюдает человек-оператор. Его основными задачами становятся контроль за работой

30

САР, предупреждение и профилактика аварий, выявле­ние возникающих неисправностей и т. п. При нормаль­ной работе САР оператор ограничивается только пассив­ным наблюдением за состояниями управляемых объек­тов. Но в те моменты, когда САР по каким-либо при­чинам не справляется с задачей, оператор вынужден активно вмешиваться в процесс регулирования.

Индика­тор

Опрритир

Органы у продле­ния

—Hg>

Система ад-

тпмотическ

pezijпиров

Машина

Выход

Рис. 2. Структурная схема системы управления,

включающей автоматический регулятор (но

Д. Л. Ошанину и И. Ф. Менде).

Схема автоматизированной системы управления (си­стемы «человек—автомат») изображена па рис. 2.

Еще большими техническими возможностями обла­дают комплексно-автоматизированные системы, которые включают управляющие вычислительные машины (УВМ). Эти машины могут осуществлять автоматиче­ский пуск управляемых агрегатов ino оптимальной про­грамме с учетом их состояний, поддерживать заданный режим работы, исходя из максимальной экономичности, предупреждать аварии, сигнализировать о нарушениях процесса с указанием места их возникновения и т. д., освобождая тем самым человека-оператора от многих функций. Основной задачей человека становится кон­троль за работой УВМ. При выходе их из строя оператор берет на себя и функции управления. В таких системах на приборную панель оператора передается информация об управляемом объекте и о работе УВМ.

31

Схема - комплексно-автоматизированной системы, включающей УВМ, шсжазана на рис. 3.

Приведенные три типа систем управления можно рас­сматривать как этапы их развития (Д. А. Ошанин, В. Ф. Венда [248]). Легко видеть, что при переходе от одного этапа развития к другому человек постепенно освобождается от ряда функций, которые передаются

Гп

Индика­тор

Оператор

Органы (jfipaBiit: ■

HUH

^Н9>

Управляющая

Вычислитель

машина

Машина

Выход

Рис. 3. Структурная схема системы управления,

включающей управляющую вычислительную машину

(по Д. А Ошанину и В. Ф. Венде).

машинам. Но вместе с тем перед ним возникают новые и все более ответственные задачи. Человек становится интегральным звеном систем управления.

Основные параметры системы управления — время цикла регулирования (быстродействие), шропускная спо­собность, точность и надежность — в значительной мере определяются возможностями и особенностями деятель­ности ее интегрального звена—человека. Без анализа его характеристик невозможно ни понять работу системы в целом, ни правильно рассчитать ее.

Жизнь показывает, что недоучет характеристик чело­века при конструировании систем управления ведет или к тому, что система оказывается не в состоянии рабо­тать, или к частым нарушениям ее работы, которые иногда кончаются авариями, или к преждевременному утомлению оператора (а это снижает надежность всей системы). Так, по данным американских авторов, значи­тельное число аварий в авиации объясняется так назы-

32

ваемым «человеческим фактором» — обычно ошибками пилота. Они происходят потому, что пилот неточно вос­принял показания приборов, принял один прибор за дру­гой, спутал органы управления, не успел вовремя отреагировать и т. д.

Знание возможностей человека выполнять те или иные функции и способов их выполнения является необ­ходимым условием рационального конструирования си­стем управления.

Определяющее значение в процессах управления имеют циркуляция и переработка информации. Роль каждого компонента управляющей системы определяет­ся прежде всего тем, какие функции он выполняет в про­цессе циркуляции и переработки информации.

Функции человека в системах «человек—машина» мо­гут быть различны. Он может выступать в роли прием­ника осведомительной информации, поступающей в той или иной форме от управляемого объекта, ее ретран­слятора, передающего информацию от одного звена системы к другому. Он может осуществлять анализ информации и принимать решения, т. е. вырабатывать управляющую, или командную, информацию. Человек также может выполнять функцию программирования работы всей системы или ее частей. Он может осуществлять наблюдение и кон­троль за работой системы. Наконец, оператор может быть исполнителем той или иной команды, т. е. вы­полнять действия, непосредственно направленные на преобразования управляемого объекта. Обычно человек совмещает ряд функций, выполняя их последовательно или одновременно.

На разных этапах процесса управления одни функ­ции могут быть доминирующими, а другие — подчинен­ными. Диапазон участия человека в системах управле­ния чрезвычайно широк. На одном его полюсе находятся такие формы труда, в которых все функции по перера­ботке информации выполняются человеком. Здесь кон­тур регулирования системы «человек — орудие труда — предмет труда» почти полностью совпадает с контуром регулирования системы «человек». Это характерно для ручного труда. На другом полюсе находится труд в усло­виях высоко автоматизированного производства. Здесь большинство функций по переработке информации пере-

3—2286 ³³

дано машинам, за человеком же остается преимуще­ственно программирование и контроль. Между этими полюсами имеется много переходных ступеней.

В ходе технического прогресса, особенно в связи с созданием кибернетических машин, отдельные функции человека в системах управления по приему, хранению, передаче и переработке информации стали постепенно передаваться машинам. Но создаваемые машины пока могут «решать» лишь частные задачи. Поэтому для того, чтобы обеспечить работу системы управления как це­лого, -в нее обязательно должно быть включено звено, осуществляющее интеграцию всех остальных звеньев. Этим интегральным звеном современных систем управления, в которых широко применяются кибернети­ческие машины, и является человек, так как его психи­ческие свойства позволяют наилучшим способом решать задачи интеграции. Именно он организует процесс регу­лирования и тем самым координирует работу всех эле­ментов системы, связывая их в единое целое. Кстати сказать, программирование и контроль работы автома­тических систем представляют своего рода интегральные операции, поскольку они предполагают объединение функций приема, переработки и храпения информа­ции.

При оценке роли человека в системах управления, обусловленной развитием техники, нужно учитывать два органически связанных момента. С одной стороны, успехи техники создают возможность передать ряд весь­ма сложных функций человека машине: идет процесс частичной замены человека «машинными звеньями» си­стем. В связи с этим расширяется круг задач, которые способна решать система. С другой стороны, чем большее число машин включается в процесс управления и чем более расширяется круг задач, тем большей становится ^необходимость интегрировать их работу. А это означает, что'относительная роль человека в системах управления возрастает.

В последнее время в литературе часто обсуждается вопрос о том, в каких отношениях человек превосходит* машину, а в каких уступает ей (речь идет о сравнитель­ном анализе кибернетических машин и человека). По­скольку при конструировании систем управления неиз­бежно приходится решать задачу распределения функ-

34

ций между всеми ее звеньями, для инженерной психоло­гии этот вопрос представляет большой интерес.

Инженерную психологию прежде 'всего интересует сравнительная оценка человека п машины по тем функ­циям, которые они выполняют в процессах циркуляции и переработки информации.

В отношении приема информации несомненные преимущества человека заключаются в том, что возмож­ности его «сенсорного» входа» не ограничены каким-либо одним способом подачи сигналов. Человек может полу­чать информацию и непосредственно от регулируемого объекта, наблюдая за ним, и посредством тех или иных приборов. При этом переход от одного способа к дру­гому, если позволяют условия, осуществляется сравни­тельно легко. «Сенсорный вход» человека характеризует­ся значительной пластичностью и гибкостью. Поэтому человек может правильно и точно оценивать сигналы, изменяющиеся по тем или иным признакам в довольно , широких пределах. Так, если говорить о чтении письмен-I ной речи, то человек может читать тексты, напечатанные любым шрифтом и написанные любым почерком. Буквы ' могут значительно варьировать по -величине, наклону, [ форме и т. д., некоторые из них могут быть даже ча-| стичпо стертыми, но это не помешает человеку читать | текст. Возможности существующих «читающих» машин I пока еще весьма ограничены.

| Благодаря пластичности «сенсорного входа» оператор I может оценивать состояние регулируемых объектов не ? только по тем сигналам, которые прямо ему и адресо­ваны, по и по косвенным сигналам, не предусмотренным I схемой системы управления. Благодаря опыту у опера-^ тора укладываются свои способы приема информации, ^ позволяющие ему «брать информацию за пределами рас-£ считанной системы управления». В отношении приема Информации человек не ограничен конструкцией систе­мы управления. Так, предположим, что в системе управ­ления — по расчетам конструкторов — единственным I средством подачи оператору информации об управляе­мом объекте должен быть тот или иной прибор или их ^Комплекс. Прием информации рассматривается как счи­тывание показаний приборов. Однако часто оказывается, 11То в реальном процессе управления оператор не огра-I Иичивается только считыванием показаний приборов, но

|# 35

ориентируется в обстановке и по многим другим косвен­ным сигналам (например, по вибрации иола, шуму мо­тора и т. п.), разумеется, если они доступны для его органов чувств. При этом иногда косвенные сигналы слу­жат для пего источником гораздо большей информации, чем приборы.

В отличие от человека вход у существующих машин ограничен схемой системы регулирования. Машина «ви­дит» и «слышит» лишь те сигналы, которые только ей и адресованы, и может принять их лишь в той форме, кото­рая была заранее определена конструктором. Ко всем другим сигналам машина «слепа» и «глуха».

Человек может с .максимальной выгодой использовать избыточность информации. Он способен объединять от­дельные сипналы в целостную структуру, что позволяет находить наиболее экономные способы ее «приема и пере­работки. Способы 'Приема информации машиной ограни­чены, так же как и ее возможность использовать избы­точность информации.

Далее, человек в состоянии «схватить» маловероят­ные (неожиданные с точки зрения задач данной систе­мы) события. В этом отношении возможности суще­ствующих машин пока весьма ограничены.

Что же касается максимального объема информации, •принимаемой и перерабатываемой в единицу времени, то здесь явные преимущества остаются за .машиной. По дакньим ряда авторов, максимальное значение потока информации, которую мо>жет переработать человек, не превышает нескольких десятков двоичных единиц в се­кунду. Машина же оказывается в состоянии принять и переработать значительно (в сотни и тысячи раз) боль­шее количество информации *.

Большой '.пластичностью и гибкостью характеризует­ся также деятельность человека и о переработке .при­мятой информации. Его возможности преобразовывать информацию из одной формы в другую, анализировать и синтезировать поступающие сигналы (практически поч­ти безграничны. В зависимости от условий и требований конкретного Процесса управления оператор может при-

¹ Правда, нужно отметить, что при разных способах подсчета информации, 'принимаемой и перерабатываемой человеком, .получа­ются разные и три этом значительно расходящиеся величины. Под­робнее этот вопрос рассматривается >в гл. 3. •

36

,Mri!Hii> либо тот, либо иной способ кодировании и деко­дирования (Принимаемых сигналов, сравнительно легко переходя от одного из них к другому. Человек не огра­ничен ка!ким-либо одним алфавитом и способен ;при соот­ветствующем обучении работать в разных «-ключах». Одну и ту же операцию по переработке информации он может выполнить, пользуясь различными способами. В npiiiiimiine для человека всегда остается возможность плит новый способ переработки, не предусмотренный Конструктором системы управления. Существующие ки­бернетические машины моделируют лишь некоторые, далеко не всегда наиболее экономные способы обработ­ки информации, применяемые человеком.

И отношении функции переработки информации так Же, как и в отношении функции приема, человек не огра-, ничей конструкцией системы управления.

Вместе с тем нужчю отметить, что по точности и ско­рое in выполнения некоторых действий человек значи­тельно уступает машине. Так, операции счета он выпол­няет значительно медленнее и менее точно, чем это де-Лпет информационно-логическая машина.

^['Выступая в роли наполнителя (командной инфор­мации, человек также характеризуется большой пластич-"опыо. Пользуясь одним и тем же двигательным ампа-том, он в состоянии выполнять самые разнообразные (ч'к'твия.

Каи< 'правило, существующие автоматические регуля­торы являются строго и узко шеп;иализирова1ппы'МИ. .Человек же при некотором обучении с одинаковым 'успе­хом может осуществлять функции регулятора во многих снаемах управления, «акими бы различными пи были 'Их функциональные и структурные схемы. Он можег ^ei ко и часто менять программы, по которьш должно 'Осуществляться регулирование. Обладая огромной пла­стичностью, человек способен в случае тех или иных Нарушений (переходить от одного способа выполнения [СВоич функций в системах управления к другим. Маши-Нй же при нарушении перестает работать или начинает

_Г отекать грубые ошибки. Ошако, имея возможность «настроиться на любую ;lipoi рммму'\ оператор значительно уступает машине по времени, в течение которого он способен непрерывно ра-

37

ботать по заданной программе. Он сравнительно быстро устает, может отвлекаться, забывать нужное и т. д.

Итак, из всего оказанного следует, что человек-ите­ратор является у Н'Ивер с а л ын ы м и наиболее пла­стичным «звеном системы управления». Вместе с тем он уступает «машинным звеньям» системы то скорости, а частично и точности выполнения операции и но воз­можности длительное время непрерывно сохранять за­данный режим работы.

Возможности каждого звена системы управления вы­полнять операции шо приему, переработке, хранению и передаче информации определяются в конечном счете природой тех процессов, посредством которых эти опе­рации осуществляются. Это б равтой мере относится как к «машинным званьям» системы, так и /к человеку. Пере­численные выше достоинства и недостатки оператора, рассматриваемого <как звено системы управления, выте­кают из его физиологических и психических качеств, точно так же как характеристики «машинных звеньев»— из их механических, электрических, магнитных и т. т. качеств. Например, при определении возможности ультразвукового устройства — липши задержки — сохра­нять информацию (длительность храпения, скорость и точность воспроизведения и т. т.) мы должпь1 дать ана­лиз электромеханических .преобразовании (прямой и обратный пьезоэлектрический эффект), процесса распро­странения звуковых волн высокой частоты в жидкости и циркуляции электрических импульсов. При оценке воз­можности человека выполнять функцию хранения инфор­мации мы должны обратиться к анализу процессов па­мяти и механизма замыкания нервтых связей, находя­щегося в их основе.

При внешнем сопоставлении человека и машин, вклю­ченных в систему управления, мы можем отметить, что человек является универсальным и (наиболее пластичным звеном. Но для того чтобы выяснить основы его пластич­ности и универсальности, мы должны выйти за пределы внешних сопоставлений и обратиться к анализу природы психической деятельности.

Первый вопрос, который здесь возникает, — это во­прос о том, посредством каких процессов осуществляет­ся прием и переработка информации в «человеческом» звене системы управления. Чтобы ответить на этот во-

38

прос, мы вынуждены рассматривать проблему функций оператора khik звена систем управления в другом аспек­те и пользоваться новьш кругом понятий. Описывая «входные» характеристики человека, необходимо обра­титься к анализу процессов ощущения и восприятия. В связи с анализом операции человека по переработке информации возникает необходимость изучения процес­сов памяти, представления, воображения, мышления. Характеризуя особен и ости «выхода» человека, нужно обратиться к проблеме действия: прежде всего к вопро­сам о структуре действия и механизмах его психической регуляции К

Перечисленные (психические процессы обладают-ря­дом специфических особенностей и подчиняются опреде­ленным объективным законам, которые необходимо учи­тывать -при определении оптимального режима работы оператора.

Прием и переработка человеком информации, цир­кулирующей в системах управления, выступают как ча­стный случай процессов познаашя и деятельности.

Естественно поэтому, что инженерная (психология, изучающая функции и характеристики работы опера­тора, включенного как звено в систему управления, долж­на опираться на все те достижения, которые накоплены в области исследования .природы и закономерностей пси­хических явлений. Только тогда она сможет дать содер­жательный анализ особенностей участия оператора в об­щем процессе циркуляции информации, определить его возможности (а вместе с тем и возможности всей систе­мы) и рационально решить задачу распределения функ­ций между человеком и «машинными звеньями».

'Короче говоря, инженерно-психологическое исследо­вание должно быть не только инженерным, по и психо­логическим, поскольку человек остается человеком и тогда, когда он выступает в роли звена системы управ­ления.

Среди всех .параметров системы управления наиболее важными (с точки зрения оценки «человеческого фак-

¹ К'руг психологических проблем, вытекающих из анализа функ­ций оператора в системах регулирования, здесь очерчен весьма схе­матически. iB действительности выполнение операции приема и пе­реработки информации, так же как и регулирования, предполагает ансамбль (психических процессов.

39

тора») являются время цикла регулирования, точность и надежность.

Время цикла регулирования. Процесс регулирования состоит в изменении регулируемой величины по опреде­ленной программе. Одна из самых общих его характе­ристик— это время, в течение которого объект 'перево­дится из некоторого исходного состояния в заданное. Математически процесс регулирования описывается как функция времени.

Анализ «временного контекста» работы системы управления 'предполагает выделение двух взаимосвязан­ных аспектов. Один из них — это время, необходимое для полного «оборота» сигнала по контуру системы управления, т. е. время преобразований и передачи осве­домительной информации от объекта к регулятору и управляющей информации — от регулятора к объекту¹. В простом случае одноконтурной системы время цикла регулирования представляет собой сумму времени за­держки сигнала во всех звеньях:

i = \

где Т — еремя цикла регулирования;

ti—(время задержки сигнала в г-и звене; . п — количество звеньев в системе управления. Если сравнивать различные звенья системы «чело­век—машина» по времени задержки сигнала, то окажет­ся, что в этом отношении человек значительно отстает от «машинных звеньев». Время его реакций исчисляется десятыми долями секунды, целыми секундами и даже иногда минутами. «Машинные звенья» обладают боль­шей скоростью реагирования. Так, электронные лампы могут срабатывать в миллионные доли секунды. Поэто­му общее время цикла регулирования определяется главным образам временем реакций человека.

Второй аспект связан с вопросом о соотношении вре­менных характеристик контура регулирования и управ­ляемого процесса. Это соотношение определяет степень близости реального хода регулирования к тому, кото­рый задан программой. Точное выполнение программы

¹ В данном случае имеются в виду только замкнутые системы. 40

ЬЮзможчю лишь в том случае, если время «срабатыва-Гния» регулятора не превышает времени изменения регу-» лируемой величины. Практически оно должно быть всег-\ да меньше. В противном случае выполнение программы становится невозможным: регулятор начинает допускать грубые ошибки и в какой-то момент перестает работать. Из всего сказанного вытекает необходимость изуче­ния временных характеристик реакций человека, чтобы учесть их л'ри расчетах систем управления.

Самой элементарной разновидностью реакций являет­ся так называемая простая сенсомоторная р е а к-ция'.В подобных реакциях человек выполняет то или иное движение (например, нажимает на кнопку, пере­мещает рычат и т. п.) ib ответ на заранее известный, но внезапно 'появляющийся сигнал с возможной для него максимальной скоростью. Время задержки складывается в этом случае из латентного периода реакции (время от момента появления сигнала до начала движения) и вре­мени 'моторного компонента (длительность ответного движения).

Сразу же отметим, что в реальных процессах управ­ления реакции этого вида встречаются редко. Там, где требуется максимально быстрый ответ на заранее изве­стный сигнал, обычно используются как наиболее эффек­тивные автоматы. Однако при измерении латентного периода простой сенсомоториой реакции мы получаем некоторые исходные данТные, относительно которых можно производить вычисление времени и более слож­ных реакций, характерных для работы оператора.

Многочисленные экспериментальные данные показы­вают, что латентный период простой сенсомоториой ре­акции зависит прежде всего от того, на какой анализа­тор воздействует сигнал-раздражитель, или, иначе гово­ря, от м о д а л ь <н о с т и ощущения, регулирующего ответное движение.

(В табл. 1 приводятся сводные данные ряда авторов, полученные 'при измерении реакций на раздражители средней (относительно диапазона чувствительности) интенсивности (3. Гератеволь [75], Н. В. Краинский[162],

¹ /Нужно отметить, что «простая сенсомоторная реакция» скла­дывается из ряда процессов, т. е. в действительности является не простым образованием. Но в данном случае пас интересует лишь общее время реакции как целого.

41

К. К- Платонов [257, 258], Э. Флейшман и Р. Ганье [389], Р. С. Вудвортс п X. Шлозберг [504]).

таблица' 1

Латентный период простой сенсомоторной реакции при воздействии на разные анализаторы

Анализатор (и качество сигнала-раздражителя)

Латентный пе­риод (средняя величина в мсек)

Тактильный (прикосновение)

Слуховой (звук)

Зрительный (свет)

Обонятельный (запах)

Температурный (тепло и холод)

_I соленое сладкое кислое горькое •

Вестибулярный аппарат (вращение испытуемого) Болевой

90—220¹ 120—180¹ 150—220¹ 310—390¹ 280—1600¹ 310 450 540 1080 400 130—890¹

¹ Указаны наименьшие и наибольшие значения средних величин, полученных разными авторами.

Причину различий между величинами лагенгных пе­риодов реакции нужно искать, по-видимому, в истории развития механизмов регуляции движений. На основа­нии имеющихся данных можно полагать, что тактильная сигнализация является генетически исходной и наиболее интимно связанной с движениями. Этим и объясняется относительная краткость латентного периода реакции, возникающей в ответ на тактильные сигналы. Все остальные анализаторы включаются в' механизм регуля­ции движений позднее. Вероятно, в соотношениях вели­чин латентных периодов отражается соотношение ролей каждого из анализаторов в рефлекторном механизме регуляции. Однако этот вопрос требует специального исследования. Сейчас лишь подчеркнем, что при расче­тах времени реакций человека необходимо учитывать модальность сигнала. Важно также отметить, что, изме­няя модальность сигнала, мы можем управлять време­нем реакций человека,

42

Латентный период простой сепсомоторной реакции изменяется с изменением интенсивности сигнала-раздражителя, на какой бы анализатор этот сигнал пи действовал. Чем больше интенсивность, тем короче ла­тентный период, и наоборот (Е. И. Бойко {30], К. М. Гу-ревич и Т. В. Розанова i[89], M. Ф. Пономарев [260], М. Брнхциш [349], Р. С. Вудвортс и X. Шлозберг [504]). Под'влиянием увеличения интенсивности возрастает так­же-скорость <и ускорение ответного движения, т. е. сокра­щается время моторного компонента (Брихцин [349]) ^l._t Таким образом, время простой сепсомоторной реакции может быть представлено как функция интенсивности раздражителя. На рис. 4 приведены данные Шошоля, по­лученные при измерении латентного периода реакции па звуковой раздражитель, интенсивность которого изменя­лась от величины, близкой к порогу чувствительности слухового анализатора, до 100 дб выше порога [370].

Согласно А. Пьерону [по 33], зависимость времени реакции от интенсивности (физической силы) сигнала-раздражителя может быть выражена формулой

<!.=-£—и. (2)

где /_v—время реакции:

а —переменная часть времени реакции; к — несократимый минимум, т. е. минимальное вре­мя реакции в оптимальных условиях (констан­та); i— интенсивность раздражителя; п— показатель степени (его величина зависит от конкретных характеристик сигналов и условий опытов). Вопрос о механизмах влияния интенсивности раздра­жителя на время простой реакции систематически изу­чался Е. И. Бойко [30, 33]. Подробно проанализировав литературные данные, а также результаты эксперимен­тов, проведенных в его лаборатории. Бойко пришел к вы­воду, что зависимость времени реакции от интенсивности

¹ Данная зависимость проявляется лишь в определенном диа­пазоне интепенв'постей. Сверхсильный раздражитель может вызвать охранительное торможение. В этом случае реакция либо не -выпол­няется вовсе, либо ее время возрастает.

43

раздражителя объясняется действием физиологического закона силы, открытого И. П. Павловым [250]. Согласно этому закону, чем больше энергии поступает в нервную систему от раздражителя, тем быстрее протекают про­цессы во всех ее звеньях и тем энергичнее конечный рефлекторный эффект.

Ухтенсидность, лог. ед.

Рис. 4. Зависимость латентного периода простой сенсомоторпой реакции от интенсивности акусти­ческого раздражителя (по ГНопюлю).

Нужно отметить, однако, что этот закон отчетливо проявляется лишь при равенстве всех прочих условий. Под влиянием определенных факторов он может маски­роваться. Так, А. Е. Ольшанникова из лаборатории проф. Д. А. Ошанина показала, что в том случае, когда слабый раздражитель имеет особое значение для дея­тельности человека (например, является аварийным сиг­налом), время реакции на него может быть короче, чем на сильный, но менее значимый раздражитель [245].

В исследованиях ряда авторов выявлена зависимость латентного периода реакции от пространственных характеристик раздражителя. При увеличении его раз­меров латентный период, как правило, сокращается (Флейшман и Ганье [389], Вудвортс и Шлозберг [504]).

Время реакции также зависит от того, на какой уча­сток рецепторной поверхности действует раздражитель. Так, при исследовании зрительно-двигательных реакций

44

установлено, что, чем дальше от фовеа (участка сетчат­ки, обладающего наиболее высокой разрешающей спо­собностью) находится место воздействия света, тем длиннее латентный период (Т. Н. Ушакова [314], Вуд-вортс и Шлозберг [504]). Эта зависимость представлена на рис. 5.

frfjpad

Рис. 5. Зависимость латентного периода простои сеисомоторной реакции от места воздействия све­тового раздражителя (по Поффенбергеру): / — фовеа; 2 — внутренняя (носальная) часть поля зре­ния; 3 — наружная (височная) часть поля зрения. За 0 принят латентный период реакции на сигнал, по­являющийся в фовсальной части поля зрения.

На время реакций влияние оказывают не сами по себе абсолютные характеристики раздражителя (интен­сивность, размер), а их отношение к окружающему фону. Общее правило заключается в том, что с увеличе­нием контрастности раздражителя по отношению к фону время реакции на него сокращается.

Сигналом для двигательной реакции может быть не только появление раздражителя, но также его исчезно­вение или изменение.

По данным Дженкинса, реакция на прекращение действия света короче, чем на его появление, примерно на 13,5% [504]. Это было подтверждено в нашей лабора­тории В. М. Водлозеровым.

В его экспериментах на фоне узкой полоски света появлялось темное пятно. Продвинувшись на некоторое расстояние, оно исчезало. Испытуемый должен был на­жимать на ключ как при появлении, так и при исчезно­вении пятна. Оказалось, что средняя величина латент-

45

ного периода реакции па исчезновение раздражителя короче, чем на появление. Разница составляет при­мерно 8%.

Как показал Штеймап, реакция па увеличение ин­тенсивности света имеет больший латентный период, чем на уменынение. Прн этом время реакции зависит от величины изменения: чем она больше, тем реакция ко­роче [504].

В исследовании Водлозерова измерялся латентный период реакции на изменение скорости движущегося пятна. Было обнаружено, что реакция на ускорение при­мерно на 15% короче, чем па замедление. Выявилась также зависимость латентного периода от того, насколь­ко величина ускорения превосходит порог зрительного различения изменений скорости (дифференциальный по­рог). В целом, чем больше это превосходство, тем коро­че латентный период.

Зависимости времени реакции от качества, интенсив­ности и пространственных особенностей сигнала-раздра­жителя, обнаруженные при изучении простых сепсомо-торных реакций, проявляются и в других их разновидно­стях. Правда, там эти зависимости могут маскироваться действием некоторых новых факторов.

Второй разновидностью сепсомоторпых реакций яв­ляется р е а к ц и я п а д в и ж у щ и й с я о б ъ е к т, со­кращенно называемая РДО. Здесь сигналом для мотор­ного ответа является момент достижения движущимся объектом некоторой заданной точки. По эксперимен­тальным данным латентный период РДО при прочих равных условиях короче латентного периода простой сенсомоторпой реакции. Его величина колеблется от 10 до 150 мсек (В. А. Горовой-Шалгап- [86], В. В. Чебы-шева [321]). Как установил Н. В. Зимкип, время РДО зависит от времени предшествующего наблюдения за сигналом (от «времени предшествования»). Если это время более 300 мсек, то латентный период не превы­шает указанных величин. Если же оно короче, то латент­ный период РДО приближается к латентному периоду простой сенсомоторпой реакции [120].

К. К. Платонов, изучая процесс тренировки РДО, выявил различия в способах восприятия движущегося объекта: способ «поводка» и способ «вилки» [257].

46

По данным М. Ф. Пономарева, время РДО зависит от соотношения процессов возбуждения и торможения в коре больших полушарий, которое определяет диффе-ренцировку времени [260]. В исследованиях Чебытневой было установлено, что при соответствующей тренировке человек может научиться достаточно точно реагировать даже в тех случаях, когда движущийся объект имеет значительную скорость (5 000 км/час при дистанции на­блюдения 450 м и, вероятно, еще большую). Она пока­зала, что важнейшим условием точных РДО является величина поля обзора. Его уменьшение влияет па точ­ность реакции гораздо больше, чем увеличение скорости движущегося объекта. Чебышева установила также, что в процессе тренировки изменяется способ восприятия объекта. -Это выражается в специальных приспособле­ниях зрительного анализатора: общем приспособлении к восприятию движущихся объектов; использовании пе­риферического зрения; фиксации точки упреждения [321].

Как простая реакция, так и РДО предполагают от­вет па одиночный сигнал. Но в реальных условиях управления человеку обычно приходится иметь дело со многими сигналами, причем каждый требует определен­ного ответа.

Примером экспериментальной модели некоторых мо­ментов деятельности оператора в сложных условиях может служить дизъюнкт и в п а я реакция (реакция выбора). В данном случае испытуемому предъявляется несколько заранее известных сигналов, па каждый из которых нужно отвечать определенным, также извест­ным движением (или па одни отвечать, па другие нет).

Исследования показали, что латентный период дизъюнктивной реакции превышает время простой реак­ции. При этом его величина тем больше, чем из боль­шего числа сигналов осуществляется выбор.

По подсчетам Хика, латентный период дизъюнктив­ной реакции пропорционален логарифму альтернативных стимулов при условии равной вероятности их появления. Это позволило предположить существование функцио­нальной зависимости латентного периода от информа­ции, содержащейся в стимуле [409]. Предположение В. Хика было подтверждено в экспериментах Р. Хайме-на, который применил три различные способа варьиро-

47

вания информации па стимул: 1) изменение числа рав­новероятных стимулов, 2) изменение вероятности их предъявления, 3) изменение условной вероятности их предъявления [413].

Зависимость между латентным периодом дизъюнк­тивной реакции и информационным содержанием сти-

* 600

I

g 200

12 3 '4

Знтропия, dum

Рис. G. Зависимость латентного периода дизъюнктивной реакции от информа­ционного содержания стимула (по Хай-мену):

/ — результаты экспериментов, в которых из­менялось» число равновероятных стимулов (лампочек); 2 — результаты экспериментов, в которых изменялись вероятности предъяв­ления стимулов; 3 — результаты эксперимен­тов, в которых изменялась условная вероят­ность предъявления стимулов.

мула представлена на рис. 6, которая может быть выра­жена формулой

RT = a + bH, _u (3)

где \RT — время реакции; а и b — константы;

Я — средняя информация па стимул. Клеммер получил экспериментальные данные, позво­лившие распространить этот вывод и на простые сеисо-моторные реакции [416, 417].

Поскольку зависимость между латентным периодом реакции и количеством информации на стимул является линейной, естественно было предположить, что макси-*

43

мальпая скорость передачи информации человеком («пропускная способность») является константной¹.

Кроме перечисленных существуют также и другие разновидности сенсомоторных реакций: серийные, дозировочные, прослеживающие, реакции с переключением и т. д. Однако сейчас мы на них останавливаться не будем и вернемся к вопросу о реак­циях в несколько иной связи в гл. б². Мы не останавли­ваемся также на вопросе о сенсоречевых реакциях, поскольку они изучены еще недостаточно. Отметим только, что латентный период реакций этого вида зна­чительно больше (в 5—6 раз), чем сенсомоторных. В среднем он равен 1,5 сек.

Как показывает далеко не полный перечень данных, время сенсомоторных реакций определяется многими факторами и является функцией многих переменных. Осо­бый интерес для инженерной психологии представляет тот факт, что время реакций зависит при прочих равных условиях (тренировке, утомлении и т. д.) от характери­стик сигнала-раздражителя. А это значит, что, изменяя сигнал по модальности, интенсивности, положению в сенсорном поле, величине, длительности, вероятности предъявления, можно управлять временем ответных реакций человека.

Влияние особенностей сигнала на время реакций нельзя понять, если рассматривать их безотносительно к воспринимающему и двигательному аппаратам чело-

¹ Подробнее вопрос о применении информационных мер к ана­ лизу деятельности человека рассматривается в гл. 3.

² «Спектр реакций» человека весьма широк. При этом различ­ ные виды реакций .связаны друг с другом массой переходов. Одной из важнейших задач психологии является создание научной класси­ фикации реакций, построенной на основе генетического /принципа. В психологии имеется немало попыток классификации. Так, К. Н. Корнилов разделил реакции на натуральные, моторные, сен­ сорные, различения, выбора, узнавания, ассоциативные. Он отмечал, что каждый из этих видов имеет много вариаций [156]. Однако его классификация вряд ли может быть принята, так как в ее основе пет четкого принципа. Корнилов искусственно разрывает отдельные звенья рефлекторных механизмов реакций. Очевидно, подлинно на­ учная классификация может быть создана только на основе после­ довательной (рефлекторной теории и требует 'детального анализа «начала, середины и конца» (И. М. Сеченов) рефлексов, которые лежат в основе механизма регуляции произвольных движений че­ ловека.

4—2280

49

века, а также к процессам регуляции ответных движе­ний.

Согласно экспериментальным данным наиболее зна­чительная часть времени латентного периода реакции уходит на прием и переработку сигналов и гораздо мень­шая— на формирование двигательного ответа. Так, по данным И. А. Пеймера, в простой сенсомоторной реак­ции первый компонент требует 60—75 мсек, а второй — 40—60 мсек. В дизъюнктивной реакции первый компо­нент занимает уже около 80% общего времени латент­ного периода [256]. Это значит, что оптимизация спо­соба передачи человеку сигналов в соответствии с зако­номерностями познавательных процессов может дать больший эффект (в смысле сокращения времени реак­ции), чем упрощение ответных движений.

Как показывают исследования, одним из важнейших условий, от которого зависит время реакции, является функциональное состояние анализатора. Установлено, что изменение чувствительности анализатора в процессе адаптации дает по отношению к латентному периоду простой реакции примерно тот же эффект, что и изме­нение интенсивности сигнала. Так, в опытах Ховлапда измерялось время реакции па свет 250 лк после адап­тации глаза к свету 200, 150, 100, 50 лк и к полной тем­ноте. Результаты измерения таковы;

Интенсивность адаптирующего спета, лк . . . 200 1 ПО 100 50 . 0 Латентный период реакции па свет 250 лк (мсек) 154 MG 144 140 131

По экспериментальным данным, латентный период зависит от особенностей взаимодействия сторон бире-цепторных анализаторов. При бинокулярном, бинау-ралыюм, дприпическом восприятии сигнала он заметно короче, чем при монокулярном, мопауралыюм и мопо-риническом (Б. Г. Ананьев [4—6], Вудвортс и Шлозберг [504]).

Время реакции зависит также от того, каким орга­ном производится движение. Латентный период реакции, выполняемой верхними конечностями, короче, чем ниж­ними, а ведущей рукой короче, чем неведущей. Важен также тип движения (нажим, перемещение, вращение и т. д.) (К. Н. Корнилов [156]).

Значительное влияние на скорость реакции оказы­вает характер так называемой установки. Впервые на это указал Л. Ланге, обнаруживший, что при «моторной

50

установке» (испытуемый направляет свое внимание почти исключительно на движение) реакция короче по времени, чем при «сенсорной» (испытуемый направ­ляет внимание почти исключительно на раздражитель). По данным ряда авторов (К. Н. Корнилов, Л. Ланге, Г. Мюнстерберг, Титчеиер и др.), время реакции в пер­вом случае примерно на 50% меньше, чем во втором

В экспериментальной психологии имеются многочис­ленные данные, которые показывают, что в процессе уиражпепия латентный период сеисомоторпых реакций сокращается и стабилизируется. Это было подтвержде­но и экспериментами автора, в которых изучались се­рийные двигательные реакции па оптический раздражи­тель (ряд простых графических движений в ответ на -зажигание лампочки). Длительность тренировки равня­лась 25 экспериментальным дням. Ежедневно в течение олпого двадцатиминутного опыта каждый из шести ис­пытуемых выполнял по 10 проб. Вычислялось среднее время реакции и квадратическое отклонение за каждый опыт по каждому испытуемому. Затем определялся коэффициент вариативности, по которому мы судили о степени стабильности времени реакции. Результаты экспериментов приведены па рис. 7.

Обращает па себя внимание то, что в первые дни опытов величина коэффициента вариативности возра­стает. Очевидно, этот 'период является «поисковым», ориентировочным: испытуемый пробует различные при­емы выполнения реакции, выбирая оптимальный для себя. После этого начинается собственно тренировка, в ходе которой по мере упрочения услов'порефлектор-ных связей, лежащих в основе реакций, время реакции постепенно достигает определенного уровня и стабили­зируется. Это выражается в уменьшении коэффици­ента вариативности.

По данным И. В. Терешкпной, сокращение и стаби­лизация времени реакции в процессе тренировки связа­ны с перестройкой механизма ее регуляции, прежде всего с изменением взаимоотношений рече-мыслитель-ных и сенсорных процессов [305].

Исключительный интерес для понимания механизмов реакции представляют данные С. Г. Геллсрштейпа, ко­торый показал, что человек может научиться произ­вольно регулировать время своих реакций с точ-

ностыо до сотых долей секунды. Это становится воз­можным в том случае, если он овладеет «чувством времени», т. е. способностью непосредственно чувствен­но оценивать время реакций [70].

Имеются также данные об изменении времени реак­ций под влиянием утомления (В. Г. Асеев [13]), его

*" 1 1 . . . 1 . i , > t , , , ., I . . . . I ■ . >■ ■ Y »

5 10 15 10 25

Дни опыт'од

Рис. 7. Стабилизация латентного периода реакции и процессе тренировки.

зависимости от индивидуальных и возрастных особен­ностей человека (Е. И. Бойко [32], Л. С. Выготский [64], К. Н. Корнилов [156], С. Н. Сафарян [281], Н. Е. Биррен, Н. Брожек, А. Т. Велфорд, В. Р. Майлс и др. [457]) и ряда других факторов К

В связи с развитием техники человеку иногда при­ходится работать в специфических, отличающихся от обычных, условиях. В этой связи определенный интерес представляет вопрос о влиянии на время реакции та­кого фактора, как перегрузка. Исследование А. Р. Ко-товской, В. К. Философова, Н. А. Чехопадского и

¹ Мы привели лишь несколько .примеров, характеризующих вре­мя реакций человека и его зависимость от различных факторов. Отметим, что изучение времени различных видов реакций человека имеет более чем столетнюю историю, 'В ходе которой накоплена огромная масса данных. Систематическое их обобщение и 'попытка единого теоретического толковаишя имеется в недавно вышедшей монографии Е. И. Бойко «Время реакции человека ('история, теория, современное состояние и практическое значение хронометрических исследований)» [33].

52

В. А. Чичкииа показало, что время /Простой реакции па визуальные сигналы увеличивается (прямо пропорцио­нально величине перегрузки. Была обнаружена также аналогичная зависимость времени реакции от величины угла между центральной («голова — ноги») осью опера­тора и горизонталью при постоянной перегрузке [159]. Данные 'представлены на рис. 8.

ее* 90°

0 12 5 4 5 6 7 8 9 W П

Величина г№ре?рузки, д

Рис. 8. Зависимость времени двигательной реакции на визуальные сигналы от перегрузки (по А. Р. Котовскон, В. К. Философову, Н. А. Чехоиадекому и Н. А. Чич-кипу). ее — угол между центральной ocf>io тела оператора и горизон­талью.

Аналитически указанная зависимость может быть описана формулой

^_p = 0,21 -f n (0,05 + 0,033а), (4)

где t_v—время реакции, сек;

п — величина перегрузки в единицах g\ а—угол наклона кресла оператора относительно горизонтали, pad. Авторы объясняют влияние перегрузки на время реакций тем, что при перегрузке ухудшается кровоснаб­жение головного мозга и сетчатки глаза. При этом воз­никают признаки зрительных нарушений и ухудшение работоспособности.

53

'В зарубежной психологии принято делить все факто­ры, влияющие па реакции, ша две грунты: внешние, объективные (вытекающие из особенностей сигнала), и внутренние, субъективные (вытекающие из особенностей человека). Эта точка зрения отчетливо выражена Вуд-вортсом и Шлозбергом [504]. Такое деление практически удобно па первых порах исследования, по оно пе может быть возведено в принцип исследования реакций, так как построено па искусственном противопоставлении внешнего и внутреннего. Реакция в этом случае высту­пает как нечто .находящееся между двумя параллельны­ми! рядами.

Из самой сути рефлекторных механизмов реакции следует, что внешний раздражитель становится ее сиг­налом лишь в том случае, если он так или иначе отра­жается в состояниях нервной системы (и организма в целом); с другой сторошы, внутренние состоящий орга­низма неизбежно опосредствуются внешними воздейст­виями.

Анализируя механизмы реакций, Е. И. Бойко пока­зал, что воздействие раздражителя, вызывающего тот или иной ответ, опосредствуется сложнейшей динамикой процессов в нервной системе. Так, даже простая реак­ция па визуальный раздражитель по предварительной инструкции предполагает работу сложного системного механизма. В этом случае произвольное ответное дейст­вие детерминируется через два главных входных канала: слуховой и зрительный. Кроме того, поскольку здесь имеется условнорефлекторпое движение, необходимо принять во внимание дополнительный входной канал — кинестетический аппарат, работающий но .принципу обратной связи. Четвертый входной капал связан с ре­тикулярной формацией и представляет собой параллель­ное по отношению к трем предыдущим образование. Сложным является и выходной канал, который вклю­чает наряду с двигательным также секреторный, сер­дечно-сосудистый и дыхательный компоненты. Понятно, что при таком строении афферентных и эфферентных звеньев реакции в центральных частях ее механизма должна развернуться сложная система процессов, вклю­чающая двусторонние (прямые и обратные) связи меж­ду этими частями, взаимодействие специфических и пе-специфнческнх путей проведения возбуждения, динами-

54

ческую перегруппировку временных нервных связен п т. д. [33].

Структурная схема механизма реакции, предложен­ная Бойко, приведена на рис. 9.

Рассматривая множественность факторов, влияющих на реакцию (как внешних, так и внутренних—по клас­сификации некоторых зарубежных авторов), Бойко справедливо подчеркивает, что существует единая зави­симость между внешними условиями, физиологическими механизмами и течением процесса реакции во времени.

Многочисленность факторов, влияющих на время ре­акции,^v свидетельствует о сложности ее рефлекторных механизмов. Это становится еще более очевидным, когда мы переходим от элементарных реакций к трудовым дей­ствиям человека.

В интересующем нас аспекте конечный вывод из приведенных данных заключается в том, что, определяя время действий оператора, необходимо в каждом кон­кретном случае детально рассмотреть особенности воз­действующих па него раздражителей, условий труда и изучить те состояния, которые этими условиями вызна­ны. Отсюда вытекает необходимость анализа структуры и механизмов регуляции трудовых действий оператора и динамики его связей с другими звеньями системы управ­ления.

Вместе с тем приведенные факты указывают на воз­можность повышения скорости реакций оператора пу­тем рационального конструирования сигнальных устройств, органов управления и организации условий труда. Однако эти возможности ограничены. Впрочем, в существующих системах управления от человека и не требуется реагировать со скоростью электромагнит­ные реле или электронных ламп. Более важно добиться стабилизации времени действий оператора и на­учить его произвольно регулировать это время.

Приведенные данные о времени реакций человека получены в лабораторных условиях и не могут быть не­посредственно использованы при расчетах быстродейст­вия систем управления. Однако сформировавшиеся в психологических исследованиях представления позво­ляют наметить подход к такому расчету. Зная основные закономерности, мы можем выявить те факторы, кото-

55

Рис. 9. Схема главных нервных путей (по Е. И. Бойко):

С — слуховой рецептор; 3 — зрительный рецептор; М — мышцы; Мк, — мы-шечно-кинестетический путь; Рет — ретикулярная формация; Мр -корковая проекция ответной реакции руки; Мр—М — нисходящий двигательный путь; Ск — слуховая кора; Сл — слухо-речевая зона; Сз — словесная про­екция зрительных раздражителей; См — словесно-моторная зона; Ср—сло­весная проекция ответной реакции руки; Лк — лобная кора; Зк — зри­тельная кора; Срф — нижнестволовый отдел ретикулярной формации; Т — таламический отдел ретикулярной формации. Пунктиром обозначена восходящая активирующая система. Стрелками показана двусторонняя функциональная связь между нервными центрами.

5$

рые ,в данной конкретной системе будут влиять на время задержки сигнала в звене «человек», определить /при­близительно порядок этого времени и предсказать, как оно изменится при изменении конструкции индикаторов и органов управления. Для более точного расчета необ­ходимо анализировать деятельность оператора и выявить ее составляющие.

К сожалению, пока еще инженерная психология не располагает разработанными методами анализа времен­ных характеристик деятельности оператора, но в этом направлении ведутся работы многими исследователями.

Заслуживает внимания попытка рассчитать «пол­ное время оператора», -предпринятая В. И. Николаевым [214]. Исходя из гипотезы последовательного разверты­вания действия, он представил,«время оператора» как сумму следующих составляющих: процесса приема сиг­нала (поиск изменений на информационной панели и непосредственное восприятие сигнала), выявления сиг­нала (выделение, выбор из множества возможных сигна­лов того, который внесет необходимую в данный момент информацию), определения сообщения (создание карти­ны течения управляемых 'Процессов на основе сигналов, т. е. интерпретация), процесса решения задачи, форму­лирования решения (перевод решения на «язык» выход­ных сигналов), поиска средств реализации команды-ин­формации, реализации решения (подготовительные дви­жения и процесс непосредственного кодирования команд-информации).

Как справедливо отмечает Николаев, гипотеза по­следовательного развертывания действия обладает тем достоинством, что на ее основе «время оператора» мо­жет быть определено с завышением или, во всяком слу­чае, не занижено.

Опираясь на психологические данные, Николаев пред­ложил систему формул, позволяющих рассчитывать вре­мя задержки сигнала в звене «человек-оператор».

Особое внимание он уделяет зависимости этого вре­мени от количества информации, с которой приходится иметь дело оператору. Систематизировав данные, полу­ченные разными авторами, Николаев представил их в единой системе -координат (рис. 10). Из графика вид­но, что во всех случаях имеется линейная зависимость между количеством принимаемой информации и време-

57

нем ответного действия, которая может быть описана формулой (3). Вместе с тем начальные точки прямых (конкретные значения константы «а») и угол их наклона [коэффициент регрессии, константа «в», по формуле (3)] по данным разных авторов являются различными.

Коли честбо по и пи war* tou и чсрормации I. h:m

Рис. 10. Сводный график данных о зависимости време­ни ответного действия человека о г количества прини­маемой информации (по В. И. Николаеву).

Это можно объяснить различиями в условиях экспери­ментов и тем, что исследователи определяли лишь общее нерасчлененное время ответных действий. На основании представления о составляющих «полного времени опера­тора» Николаев выделил только то время, которое за­трачивается на получение и преобразование информа­ции. Это -позволило ему связать разрозненные данные и 'выразить их единым уравнением

/с = 0,03//, (5)

58

где х — время получения и преобразования информа­ции; Я —количество информации, перерабатываемой one-

ратором. Графически общая зависимость, полученная в резуль­тате обработки данных разных авторов, представлена на рис. 11.

1\ К-

^3 ^

2,4

			*
					.
ViO	5	0	6	0	7 а Л	0	^^
		о
L^	о]

10 20 30 40

Количество принимаемой информации Д $ит

Рис,

11. Зависимость времени получения и переработки инфор-ацпп человеком от ее количества (по В. И. Николаеву).

Расчленение полного времени оператора на состав­ляющие особенно важно в тех случаях, когда деятель­ность оператора жестко ограничена временными парамет­рами системы управления, т. е. когда действие, выпол­ненное с запозданием, равносильно ошибке. Здесь об­щее время действия человека должно быть меньше не­которого предельного 'времени (или в крайнем случае равно ему). Зная составляющие полного времени опе­ратора и их зависимости от различных факторов, можно найти наиболее слабое звено (требующее наибольшего времени) и путем изменения способа передачи инфор­мации, или конструкции органов управления, или ха­рактера задачи и т. п. сократить это время. Например, можно сократить время приема визуального сигнала, выделив его из окружающих с "помощью цвета, формы и т. п., или сократить время определения сообщения,* воспользовавшись 'принципом «картинности» (см. гл. 4,

59

5), или сократить время реализации решения, располо­жив органы управления в соответствии с данными дина­мической антропометрии (см. гл. 6). На эти возможно­сти указывают В. П. Зинченкю, А. Н. Леонтьев и Д. Ю. Панов [127].

Большие возможности в отношении сокращения «пол­ного времени оператора» открываются в связи с приме­нением информационно-логических машин. Включение в контур регулирования систем «человек — машина» устройств, производящих 'первичную обработку инфор­мации и «подсказывающих» возможные пути решения задачи, позволяет значительно сократить время, необхо­димое оператору для выполнения его основных действий. В этой связи мы сталкиваемся с вопросом о распределе­нии функций между человеком и машиной, эффективное решение которого требует детального анализа состава деятельности оператора.

Та'кой анализ необходим также для организации обу­чения оператора, особенно для формирования у него способности произвольно регулировать время своих дей­ствий.

Заканчивая краткую характеристику относительной доли «человеческого фактора» в общем времени цикла регулирования, укажем на одну до сих пор еще не ре­шенную 'проблему.

Большинство исследователей, анализируя деятель­ность человека-оператора, склонны рассматривать ее как ряд последовательно выполняемых действий. Такой подход вытекает из предположения о том, что механизм переработки информации, свойственный чело­веку, функционирует как одноканальная система [352]. Отметим, что гипотеза «одноканальности» имеет ряд экспериментальных подтверждений. Вместе с тем в пси­хологии и физиологии накоплено немало эксперимен­тальных данных, которые позволяют рассматривать ме­ханизм приема и переработки информации как иерархи­ческую многоуровневую систему. При таком подходе допускается возможность одновременного выпол­нения нескольких действий.

При изучении временных характеристик деятельно­сти оператора эта проблема выступает, на наш взгляд, как основная. Суть ее сводится к следующей альтерна­тиве: функционирует ли механизм приема и переработки

60

информации, свойственный человеку, как одноканальная система, или он построен таким образом, что допускает возможность одновременного приема и переработки не­скольких потоков информации?

От того, как будет решена эта проблема, зависит определение подхода к изучению и измерению времен­ных характеристик деятельности оператора, а также разработка методов расчета времени задержки сигнала в звене «человек» и, следовательно, общего времени цикла регулирования в системе «человек — машина».

Точность. При оценке любой системы управления не­избежно возникает вопрос о том, насколько точно она работает.

В целом требования к точности системы управления, а следовательно, и величина допускаемых 'погрешностей определяются, с одной стороны, программой, по которой она работает, а с другой — характеристиками регули­руемых объектов и процессов. Чем сложнее программа, тем большая точность требуется при выполнении каждого ее этапа. Незначительная погрешность, допущенная где-либо в начале осуществления 'программы, может к кон­цу перерасти -в серьезную ошибку, которая сведет на нет всю работу или, еще хуже, 'приведет к аварии.

То же относится и к характеристикам управляемых объектов. Чем они сложнее, тем более серьезны послед­ствия ошибо'к, допущенных в шроцессе управления. При одновременном управлении системой взаимосвязанных объектов ошибка, касающаяся одного из них, мо­жет вызвать целую цепь ошибок, и нарушить всю си­стему.

Известно, что вероятность безошибочной работы си­стемы в целом (при последовательном соединении эле­ментов) равна > произведению вероятностей безошибоч­ной работы каждого элемента:

Р» = РаРьРс.Рп, (6)

где Р₈ — вероятность безошибочной работы всей си­стемы; Ра,ь,с,---,п — вероятность безошибочной работы элемен­тов. Если бы единственным путем ik повышению точности системы управления было ее усложнение, а усложнение

61

во всех случаях снижало вероятность безошибочной ра­боты, то проблема была бы неразрешимой. К счастью, это не так. В принципе возможно добиться достаточно высокой точности в работе любой системы, как бы слож­на она ни была. По для этого необходимо подробно изучить условия работы каждого звена, выявить его характерные ошибки, оценить их относительную долю в конечной ошибке 'Всей системы, вскрыть причины воз­никновения ошибок, а тем самым и наметить шути их ликвидации.

Большое значение для решения этой задачи имеет изучение ошибок оператора. Многие из них вытекают из несогласованности конструктивных особенностей машин с характеристиками человека и могут быть устранены путем реконструкции отдельных элементов системы управления на основе рекомендаций, разработанных ин­женерной психологией.

В психологических исследованиях все ошибки, допу­скаемые человеком, принято делить на постоянные и пе­ременные.

Постоянная ошибка есть различие между средним значением большой серии измерений и истинной, или ожидаемой, 'величиной. Переменная ошибка измеряется некоторым статистическим количеством, которое опреде­ляет дисперсию отдельных измерений.

Постоянная ошибка обычно находится путем вычис­ления средней арифметической от всех допущенных ошибок (включая нулевые). При этом учитывается знак каждой из них (+ или —):

М,= 4г* (7)

где М_с—постоянная ошибка; 2е — сумма ошибок; N— число испытаний.

На рис. 12 приведена типичная гистограмма распре­деления ошибок, допускаемых оператором радиолока­ционной установки при оценке расстояния до цели (по А. Чапа'нису [357]). Здесь средняя постоянная ошибка равна 138,8 ярда (около 126 м).

Если каждый из элементов системы управления ха­рактеризуется какой-либо постоянной ошибкой, то

62

ошибка всей системы будет вычисляться как их алге­браическая сумма ¹'

M_es = M_ea + M_eb + M_ec+... + M_rn, (8)

где M_es — постоянная ошибка всей системы, М_{еа Ьс п} —постоянная ошибка компонентов а, Ь_у с, .. ., /?.

м

и	м
1 Пи J 'ММ	1 П I I .M + 70 1 1 1 1 11 1 , > ги МП
гЛ 1 ЯШ	1 1 1 || 1 1 1 1 ЩШк

Напрпме]), если оператор при оценке ]\сли допускает ошибку, равную +50 м, электронная система — ошибку, равную —10 ж, а ме­ханическая — ошибку +20 м, то общая ошиб­ка в этом случае по формуле (8) будет рав­на + 60 м.

-1000 ,~500 0 +500 *W0U

Ранг ошибок_?п

Рис. 12. Гистограмма распределения ошибок, допускаемых оператором ра­диолокационной установки при оцен­ке расстояния ло цели (по А. Чапа-

нису).

М — постоянная ошибка, рапная 138,8 ярда

(121) м); о — переменная ошибка, равная

452,9 ярда (411 м). Число дат #=1000.

Средства борьбы с постоянными ошибками системы довольно про­сты. Если тот или иной измерительный прибор рсегда допускает ошиб­ку, равную ±х, значит, он плохо откалиброван, и путем более тщатель­ной .калибровки мы мо­жем устранить эту ошибку. Если оператор читает показания при­бора всегда с некото­рой ш ост о янн ой ошиб­кой (±#), то и эта ошибка может быть легко устрашена с помощью коррекции электронного потока (если речь идет об электронных приборах) или даже просто путем из­менения градуировки лицевой части прибора. Зная, что разные люди могут допускать различные ошиб­ки (например, одни недооценивают те или иные величины, другие переоценивают), мы можем заранее предусмотреть в конструкции прибора .некоторое устрой-

¹ Здесь, как и в дальнейшем, речь идет лишь о независимых ошибках.

63

ство, .позволяющее изменять градуировку в соответствии с -индивидуальными особенностями работающего опера-гора. Но для этого, конечно, нужно точно установить величину и знак его ошибки.

Определение точности работы системы значительно усложняется, как только мы обращаемся к анализу пе­ременных ошибок.

Одной из характеристик птеременных ошибок может быть ранг вариаций. В приведенном примере (см. рис. 12) он равен 2400 ярдам (от —1 100 до +1300), т. е. 2187,3 ж. Однако ранг вариаций -не является доста­точно удовлетворительной мерой переменных ошибок, так как определяется только двумя величинами — наи­меньшей и наибольшей. Он может значительно изменять­ся от одной серии испытаний к другой. Кроме того, ранг вариаций \не отражает распределения частот ошибок. Между тем совершенно ясно, что мера переменных оши­бок должна учитывать не только размах колебаний их величины, но и то, насколько часто допускается та или иная ошибка. Поэтому в инженерной психологии для ха­рактеристики переменных ошибок предпочитают исполь­зовать среднее квадратическое отклонение. Эта величи­на более стабильна, чем ранг вариаций, и зависит от частоты распределения ошибок. Среднее квадратическое отклонение — это мера дисперсии, рассеяния ошибок во­круг среднего значения

а ^i/ЖЕШ! (9)

где а_е — среднее квадратическое отклонение; Me — постоянная, средняя ошибка.;

е — величина каждой отдельной ошибки.

Чем больше рассеяние ошибок, тем больше будет и о_е- В шриведенном примере (см. рис. 12) сг_с> = 452,9 ярда (около 414 м).

Если мы имеем дело с нормальной кривой распреде­ления (а независимые ошибки обычно так и распреде­ляются), то МОЖ1Н0 достаточно точно предсказать воз­можное число ошибок, имеющих ту или иную величину. Как следует из статистики, 50 % всех ошибок будет ле­жать в пределах М_е±0,6745а*; 68,6 — в пределах

64

М_е + а_е; 95,4 — в пределах М₀ + 2а_е\ 99,7 —в пределах

М_е + Эве.

Зная постоянную ошибку и отклонение, характерные для того 'или иного звена системы управления, мы мо­жем определить ожидаемую точность его работы. При вычислении переменной ошибки для всей системы поль­зуются следующей формулой:

гд,е а_е —переменная ошибка системы;

°°а ь п~~" ^пеР^{еменная} ошибка компонентов системы

а, ₍, с, .... п ^ ^ ^ ^ ^ ^

Переменные ошибки кумулируются в соответствии с их квадратами. Чтобы показать конкретно, как куму­лируются ошибки в системах «человек — машина», при­ведем шример. Пусть переменная ошибка радиолокатора равна 10 м/ а оператора — 20 м. Тогда по формуле (10) переменная ошибка -всей системы будет равна 22,36 м. Кривые распределения ошибок радиолокатора, операто­ра и системы «радиолокатор — оператор» представлены на рис. 13.

Если полностью исключить ошибку радиолокатора, то шеременная ошибка системы сократится лишь на 2,36 м. Если сократить ошибку оператора#на те же 10 м, то ошибка системы станет равной 14,49 м, т. е. умень­шится на 7,87 м.

Поскольку относительная доля переменных ошибок компонентов в общей переменной ошибке системы про­порциональна их квадратам, то ясно, что, уменьшая ошибку наименее точного 'компонента, мы достигаем наибольших результатов »в решении задачи повышения точности всей системы.

Надо отметить, что часто наименее точным компо­нентом в системах управления является оператор, поэто­му сокращение его ошибок может быть более эффектив­ным для всей системы, чем сокращение ошибок «ма­шинных звеньев»," имеющих высокую точность. Нет, например, резона превращать какой-либо прибор из точ­ного в «сверхточный», если шкала и циферблат прибора сделаны так, что оператор допускает грубые ошибки при их считывании. Ясно, что в этом случае целесобраз-

5—2286 65

но прежде всего реконструировать шкалу, согласовав ее с характеристиками воспринимающего аппарата че­ловека, и тем самым сократить его ошибки. Определен

01—1

-30 -20 40 О W 20 30

-50-40-30-20-10 0 10 10 30 40 50 6) '

20 г

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 Ранг ошибок, м 6) Рис. 13. (Кривые распределения ошибок радиолока­тора, оператора и системы «радиолокатор — опера­тор» (по А. Чапанису): а — радиолокатор, Ofi-Ю м. Число дат ЛГ—1 000; б —опера­тор, (Т₂=20 м. Число дат N=>1 000; в —система «радиолока­тор—оператор», <Тз— V а? + <*| -22,36 и.

ние относительной доли переменных "ошибок компонен­тов по формуле (11) позволяет находить наиболее эф­фективный путь повышения точности системы.

Наконец, необходимо несколько слов сказать об аккумуляции постоянных и переменных ошибок, возни-

66

кающих в системе «человек —машина». Здесь обычно применяется формула

где о'_е —общая ошибка всей системы;

а_е — переменная ошибка всей системы; Ж_Р —постоянная ошибка всей системы.

Общая ошибка всей системы равна квадратному корню из суммы квадратов постоянной и -переменной ошибок для всей системы.,

Из формул (8), (10) и (И) находим, что

<_s=^(<+<+. • .+fj+(M._a+M,_b+...+M._ny.

(12)

При определении относительной доли переменных и постоянных ошибок для всей системы действует то же правило, что и при .определении доли переменных оши­бок ее компонентов.

Если константная ошибка мала по сравнению с пере­менной, то ее влияние на общую ошибку невелико. При

^M's 1 отношении <С -о- лоля постоянной ошибки в общей

°*5 ³

равна всего нескольким процентам.

Но если нам удается тем или иным путем заметно сократить переменные ошибки, то относителыная доля той же самой постоянной ошибки значительно возра­стает.

При определении путей совершенствования системы важно установить относительную долю ошибок каждого из двух типов в общей ошибке всей системы. Иногда та* кой дифференцированный анализ позволяет находить сравнительно простые средства повышения точности си­стемы. Так, П. Л. Алджер [337], изучая выбракованные детали, выпускаемые на одном из -предприятий, устано­вил, что почти весь брак (около 15% продукции) возни­кает в результате нарушения верхней границы допуска (т. е. размеры деталей выше допустимой нормы). Тща-

5* 67

тельно проанализировав целую партию деталей, он установил, что их средняя величина значительно отсту­пает от 'Предполагаемой средней, хотя и находится в пределах допуска (рис. 14,а). Сократив постоянную ошибку (заново настроив автоматы) и не изменяя пе­ременных, он добился сокращения бржа до 2,8% (рис. 14,6).

Рис. 14. 'Кривые распределения деталей до и после настройки автоматов (по

П. Л. Ллджеру): а — до настройки автоматов; в — после на­стройки автоматов. / — нижняя граница допу­ска; 2—верхняя граница допуска; 3—брак.

Хотя борьба с постоянными ошибками системы более проста, чем с переменными, определить характер ошибок часто бывает довольно трудно. Нередко для этого тре­буется большой статистический материал. При этом, чем сложнее система, тем труднее дифференцированный ана­лиз ее ошибок.

Как отмечалось, по точности работы оператор усту­пает «машинным звеньям» системы управления К Если иметь в виду, что относительная доля ошибок компонен­тов в системе пропорциональна их квадратам,, то важ-

¹ Факты показывают, что даже очень опытные'мастера допус­кают более «ли менее значительные ошибки (Лоуш и Тиффин {427]).

68

лость тщательного изучения ошибок оператора и пои­сков путей их сокращения (хотя бы частичного) станет очевидной.

При оценке точности работы системы управления прежде всего возникает вопрос о величине возможных ошибок ее компонентов. Обычно включая в систему то или иное устройство, учитывают величину его погреш­ности. Однако, когда речь заходит о человеке-опе­раторе, на это не обращают внимания, часто полагая, что он может при соответствующей тренировке работать без погрешности. Между тем в экспериментальной пси­хологии накоплено немало данных, показывающих, что, выполняя даже самые элементарные акты, человек до­пускает ошибки, величина которых может быть измере­на. iB этой связи определенный интерес представляют по­роговые характеристики психических процессов ('пороги различения, предельный объем симультанного восприя­тия, агредельный объем оперативной памяти и т. п.), которые частично (приводятся в последующих главах. Они могут лослужить исходной сено-вой для определе­ния 'величины возможной погрешности, допускаемой оператором.

Вообще, следует сказать, что при оценке точности того или иного устройства, с которым взаимодействует человек, необходимо учитывать величину погрешности, допускаемой не только самим устройством, по и челове­ком. Например, оценивая точность визуального индика­тора, нужно измерить 'погрешность, возникающую не только при генерировании сигналов, ней три их восприя­тии. Иначе говоря, .нужно оценивать погрешность систе­мы «визуальный индикатор — зрительный аппарат». Только .при этом условии полученные данные могут быть использованы для расчета точности всей системы управ­ления.

В отношении возможной достигаемой точности чело­век значительно уступает существующим техническим устройствам. Он, например, не может многократно воспроизводить одно и то же движение с высокой точ­ностью л о 'показателям времени, силы и амплцтуды (с точностью до миллисекунд, миллиграммов, милли­метров), что в состоянии сделать автомат. Регистрируя движения, выполняемые человеком, мы получим диспер­сию значений интересующих нас показателей. При этом

69

границы разброса, т. е. размах колебаний, характери­зующий величину (погрешностей, допускаемых челове­ком, оказываются довольно широкими. Неизбежная ко­леблемость тех или иных показателей действий человека связана, ло-видимому, с циклическими изменениями функциональных систем организма.

(В затрудненных условиях деятельности (дефицит времени, высокая скорость поступления информации и т. п.) величина погрешности становится большей, т. е. точность снижается (iB. А. Марищук и Н. В. Сысоев [232]).

Обладая сравнительно невысокой (по сравнению с техническими устройствами) потенциальной точностью, человек характеризуется вместе с тем высокой устой­чивостью, достигаемой за счет снижения в трудных условиях деятельности относительного порога ошибок. Это было экспериментально показано Г. А. Сергеевым и А. Ф. Романенко, изучавшими деятельность человека в режиме слежения [284]. В их экспериментах наблюда­лось, что с увеличением скорости сигнала, прослеживае­мого испытуемым, точность сопровождения значительно ухудшается. В этих условиях человек работает <не ino критерию точности (минимум ошибки регулирования), а 'по критерию устойчивости, что обеспечивает высокую надежность в выполнении деятельности.

В целом можно сказать, что при затрудненных усло­виях точность действия человека уменьшается, однако общая стратегия поведения может сохраняться в течение длительного времени. Человек как бы «жертвует» точ­ностью ради устойчивости.

В тех случаях, когда, несмотря на затрудненные усло­вия, от человека все же требуется высокая точность, возможно возникновение серьезных нарушений деятель-юности, т. е. снижение устойчивости. Так, например, О. П. Козеренко при изучении статической адаптации* наблюдала адаптационно-вегетативный срыв [149]. Здесь возникает явление, аналогичное известному в теории автоматического регулирования: условия устойчивости системы предполагают определенную величину коэффи­циента усиления, что создает ограничения точности; в результате возникает конфликт между точностью и устойчивостью (требование высокой точности нарушает условия устойчивости).

70

Как следует из сказанного, при определении требо­ваний к точности действий человека необходимо учиты­вать неизбежную колеблемость (и размах колебаний) их параметров. При этом важно иметь в виду, что очень высокие и жесткие требования к точности могут 'повести к нарушению условий устойчивости, а значит, и сниже­нию надежности действия человека. Следовательно, за­давая человеку уровень точности, необходимо преду­смотреть такие допуски, которые обеспечивали бы дли­тельное сохранение .высокой устойчивости.

Как отмечалось, при оценке погрешности, допускае­мой человеком, можно воспользоваться данными экспе­риментальной психологии о-пороговых характеристиках некоторых .процессов. Однако -важно иметь в виду, что эти данные получены в лабораторных условиях и имеют аналитический характер. Поэтому определение величи­ны ошибок, допускаемых оператором в реальной дея­тельности, их лимитов, частости и дисперсии требует специальных исследований.

Поскольку любой акт оператора включает ансамбль различных психических (Процессов, выявить источники его ошибок гораздо труднее, чем источники ошибок ма­шины. Одна и та же ошибка оператора может быть вызвана разными причинами. Так, неточность его дви­жения может быть результатом ошибок, возникших или при восприятии сигнала, или при его узнавании, или при его оценке. Она может возникнуть и в момент фор­мирования решения, и в момент воспроизведения тех или иных представлений, необходимых для выполнения операции управления, и т. д. Естественно, что во всех этих случаях средства элиминации ошибок будут раз­личны.

Если иметь в виду, что динамика любого психиче­ского процесса зависит от множества факторов, то ста­нет ясно, насколько трудной является задача изучения ошибок оператора.

При современном состоянии инженерной психологии невозможно дать полный перечень всех факторов и усло­вий, влияющих на точность работы оператора. Поэтому мы ограничимся характеристикой лишь самых общих из них.

Прежде всего нужно отметить, что показатели точно­сти действий оператора не являются константными ве-

71

личинами. Они изменяются в зависимости от характе­ристик сигнала, степени сложности задачи, от условий труда, темпа работы, функционального состояния нерв­ной системы, индивидуальных особенностей оператора, его обучения и ряда других факторов.

В целом, чем ближе характеристики сигнала к поро­говым, тем больше ошибок допускает человек в ответ на эти сигналы.

Величина и частота ошибок возрастают с увеличе­нием сложности задачи и темпа работы оператора. В ка­честве примера приведем результаты одного из исследо­ваний, проведенных нашей лабораторией¹. Испытуемый должен был выполнять реакции сложного выбора. При этом темп предъявления сигналов в разных сериях эксперимента был различен. В одном случае сигналы появлялись с частотой 75 сигналов в мин, в другом — 95 и в третьем—120. В среднем, при прочих равных условиях (мы отвлекаемся от влияния обучения, утом­ления и индивидуальных особенностей испытуемых), при темпе 75 сигналов в мин около 25% всех реакций ока­зались ошибочными. При темпе 95 сигналов количество ошибок возросло до 58%, а при темпе 120 — до 87, т. е. с увеличением темпа возрастает и количество ошибоч­ных реакций. Однако понижение темпа увеличивает точ­ность реакций лишь до некоторого предела. По данным В. В. Чебышевой, О. Л. Копопкипа и некоторых других, при слишком низком темпе работы точность снижается [153, 323].

Очевидно, существует некоторый оптимальный темп работы, обеспечивающий максимальную точность. Его завышение, как и занижение, приводит к возрастанию числа ошибок. Есть основания полагать, что оптималь­ный темп для разных людей различен.

Количество ошибок сокращается по мере трениров­ки. Это было подтверждено и в упомянутом исследова­нии (рис. 15). Имеются также многочисленные данные об изменении точности действий человека при утомлении.

Отсюда следует, что точность работы оператора, а значит, и всей системы управления может быть значи-

¹ Исследование проводилось в Ленинградском аэропорту Л. М. Веккером, М. А. Дмитриевой, Н. Г. Левандовским, Т. Б. Лео-шовой, Б. Ф. Ломовым, Р. М. Мансуровым, Е. Н. Сурковым.

72

тельно 'повышена путем соответствующей тренировки его, а также такой организации условий труда, которая обеспечивала бы оптимальный темп работы и минималь­ную утомляемость.

Эффективным средством повышения точности являет­ся также более рациональная конструкция индикацией-

	90
0^
•о	70
^1
iT
^с
	4(1
^
СЪ
5: >	50
Ч?
^
1	10

'2145

Дни опытов

Рис. 15. Изменение точности действия оператора в про­цессе тренировки: / — процент ошибочных реакций при темпе 75 сигналов в мин; 2 — то же при темпе 95 сигналов в мин\ 3 — то же при темпе 120 сигналов в мин.

ных устройств 'И органов управления (об этом подроб­нее говорится в гл. 5 и 6).

В том случае, если от системы управления требует­ся особенно высокая точность, возникает необходимость разработки такой принципиальной и структурной схемы, которая позволила бы максимально снизить вероятность ошибок. Огромный эффект здесь может дать дублиро­вание некоторых компонентов системы.

Эффективность принципа дублирования убедительно показана А. Чапанисом на примере счетной системы RCA Bizmac system [360]. Функция программирования данных, вводимых в эту систему, была возложена на человека, так как ее выполнение требовало большой гибкости (что определялось характером входных дан­ных). Вместе с тем система 'предполагала очень высо­кую точность, недостижимую для человека даже при большой тренировке. Было выяснено, что при оптималь­ной конструкции оборудования и рациональной органи-

73

зации режима работы оператор допускал 1—2 ошибоч­ных действия на сотню. Возникшее противоречие между требованиями точности и возможностями человека было разрешено с помощью принципа дублирования. Про­граммирование входных данных осуществлялось двумя операторами независимо друг от друга. Специальное контрольное устройство сравнивало результаты их рабо­ты и пропускало только те, которые были полностью идентичны. Таким образом, возникшая ошибка могла пройти iB систему только в том случае, если бы ее допу­стили оба оператора в одно и то же время К

Вероятность идентичных ошибок, которые могли бы допустить оба оператора в одно и то же время, опреде­ляется по формуле

^^[^(Ре^Р'е^)}, (13)

5=1 i=l

где Р_сТ — вероятность того, что ошибка пройдет в си­стему; Р_е —вероятность того, что оператор А сделает

^sl ошибку типа / при выполнении операции S; Р'_е —вероятность того, что оператор В сделает ^si ошибку типа / при выполнении операции S; P_s — доля времени, которая необходима для выпол­нения операции S.

Предположим, что оба оператора выполняют 10 опе­раций по набору цифровых знаков (каждая операция состоит из набора одного знака). Предположим далее, что ошибочные и точные действия распределяются так, как показано в табл. 2. При этом будем иметь в виду, что 'правильные и ошибочные действия у обоих операто­ров распределяются одинаково. Например, когда опера­тор (любой из двух) делает набор «9», вероятность то­го, что задача будет решена правильно, равна 0,998. В двух случаях из тысячи вместо «9» он набирает «8» (Р = 0,002). Когда оператор делает набор «6», вероят­ность правильного решения задачи составляет 0,986; в одном случае из тысячи (Р = 0,001) вместо «6» он на-

¹ Чапанис определил этот принцип как принцип «подтверждения через независимое удвоение» (the principle of verification through independent duplication).

74

SI

8 ^w

& °

S о

a ro

0>—tOGJ4^0lO^)OOCO

O© OO О

О О О О О

олооо о© о о о ыоммю

о о© о о о

о о © о о о

о о «р о о о оооо о о о to ел to ел w—

о о о© о о

"о о о © о о

ооооооо

<— СО ел W Сл ГО

оо о ©оо о о о «о о о

О О О 00 О О

о оо© о

о оо ©о

о оооооооооо >— оооооооооо

оооооооооо

оооооооооо оооооооооо

^gooooooooo ооооооооо

►^^^ОО^^ОО*.,^*.

оооооооооо о о"— ^-1— "-*-^оо ooooto^^tooooo

оооооооооо

оооооооооо оооооооооо

ОО-'-ЮЮ'-'-оО lOOOOOOtOlOOOOOOtO

ОООООООООО

О ООС

о оос о оос

оо ос

ооооо оо ел to •—о

СО -О ^>— Ю

О О ОО О

1§

ооооо ооооо о ооо о ооооо о ~ to ел с» to»— *. -<i со ►f- too en о

	о
	-
	ю
'0 о а •о	СлЭ			СО
ъ <х> а а	4»			OV •о Я а
ся •а о М	ел			ся а
Н а о о н	о			а а tr
а«	^1
	оо
	СО
	Вероятность, что допустит ошибку полнении данной (?Psi или *P>sl)		оператор при вы-операции
	Вероятность, что оба опера­тора допустят ту же самую ошибку (Х/>5, P'si)
	Доля времени, которое тре­буется для данной операции (ps)
	Ps(lpSi) или	ps(	*p,Si)
	P's[lpSiP'Si]

"О

S

р го

о

Б

& о\

о

►я

я

°s

S3

и*

а

£

г*

О й

£ я

бирает «3», ib трех — «4» (Р = 0,003), в .пяти — «5» (Я = 0,005), в трех —«7» (Я=0,003) и в двух —«8» (Я|=О,002). (Вероятности ошибок для каждого из набо­ров указаны в таблице. В 'среднем из 10 000 .наборов 100 являются ошибочными, т. е. вероятность ошибочного решения задачи составляет 0,01.

Вероятность совершения идентичной ошибки двумя операторами, работающими независимо, находится как сумма произведений ошибок, допускаемых каждым опе­ратором. В нашем случае эта вероятность равна сумме квадратов вероятностей каждой из ошибок.

Так, вероятность идентичной ошибки при наборе «6» равна (0,001)² + (0,003)²+ (0,005)² + (0,003)*+ (0,002)²--0,000048.

В целом вероятность идентичных ошибок, допускае­мых обоими операторами, равна 0,000308. Если каждый из десяти наборов выполняется одинаковое число раз, то его доля в общем времени деятельности обоих опера­торов составит 0,1. Отсюда следует, что вероятность одновременных идентичных ошибок равна 0,0000308 (0,000308X0,1). Следовательно, в систему может прой­ти всего 31 ошибка на миллион наборов. Однако надо иметь в виду, что частота выполнения разных наборов различна. Учитывая это, мы находим, что вероятность ошибочных наборов для каждого оператора* ра<в.на 0,01160. Когда два оператора работают независимо, то вероятность того, что ошибка пройдет в систему, соста­вит 0,00003696.

Итак, 37 ошибок на миллион, если работают незави­симо два оператора, против одной на сотню (точнее, 116 па 10 000), если работает только один оператор! Эффективность принципа дублирования очевидна.

Велдон и Летерсон подтвердили расчеты Чапаниса экспериментально [496].

Другой способ повышения точности системы состоит в том, что в нее включаются дополнительные контуры, которые обеспечивают подачу информации оператору об эффекте его управляющих действий. Любая замкну­тая система дает такую информацию. Однако если она не имеет дополнительных контуров, то оператор 'полу­чает знание лишь о выходе всей системы в целом. В этом случае исправить возникшую ошибку часто бы­вает невозможно.

76

Включение дополнительных контуров позволяет ин­формировать оператора о результатах управляющих действий прежде, чем они достигнут выхода всей систе­мы, и дает возможность своевременно исправлять воз­никающие ошибки¹.

Принципиальная схема системы управления с допол­нительными контурами приведена на рис. 16.

систе мы

А -ж

Выход сиспТемы

I i i

Рис, 16. Схема системы управления с дополнительными кон­турами: / — индикатор; 2 — оператор; 3 — орган управления; 4 — машина; о — обратная связь; Х_и Х₂, Л₃ — датчики, посылающие сигналы по до­полнительным контурам.

Дополнительные контуры особенно выжлы в тех си­стемах, где оператор должен одновременно управлять несколькими параметрами регулируемого объекта.

■В том случае, когда основной функцией человека является контроль (в автоматических системах), особен­но важным становится вопрос о конструировании устройств, позволяющих быстро и точно установить ме­сто возникшей ошибки. Если учитывать, что на шои-ски ошибочно работающих звеньев у челозека часто уходит очень много времени и что «в процессе шоисков сам че­ловек может допустить ошибку, то важность таких устройств станет очевидной. Эти устройства будут тем эффективнее, чем полнее их -конструкция будет соответ­ствовать возможностям человека.

Итак, точность работы систем управления в значи­тельной степени зависит от ошератора. Пути повышения точности работы оператора многообразны. Эффективны­ми средствами здесь могут быть отбор и обучение опе­раторов, рациональная организация режима и условий

¹ По меткому выражению Чапачшса, дополнительные контуры дают возможность оператору «чувствовать движение шлода при беременности» (quickening) [360].

77

труда. Наконец, и это, пожалуй, самое главное, точность системы управления может быть значительно повышена, если при разработке ее (принципиальной и структурной схемы будут четко определены функции человека и если при конструировании системы будет достигнуто согласо­вание особенностей машин с характеристиками чело-века.

Психологически проблема точности работы операто­ра выступает как проблема формирования адекват­ного отражения регулируемого объекта и соответствен­но адекватного действия, направляемого этим отра­жением. Следовательно, для понимания того, насколько точно способен действовать человек, и для предсказания возможных его ошибок необходимо изучение основных характеристик психических процессов и их роли в регу­ляции управляющих действий ¹.

Надежность. Важность проблемы надежности в ре­шении задач технического прогресса подчеркивается многими авторами (А. И. Берг [17], Кейт Хенни [237] и др.). Акад. А. И. Берг определил ее как «проблему № 1».

Как качественная характеристика, надежность есть способность системы (или ее звена, детали) выполнять требуемые функции в заданный интеровал времени.

В количественном определении надежность есть ве­роятность того, что система или ее элемент будут вы­полнять требуемые функции удовлетворительно в тече­ние заданного времени и в заданных условиях. Чцсло, выражающее эту вероятность, называется коэффициен­том надежности. Поскольку абсолютно надежных систем не существует, данный коэффициент всегда меньше (пусть даже на очень малую величицу) единицы.

Одним из основных факторов, определяющих надеж­ность системы управления, является степень ее сложно­сти. Считается, что, чем сложнее система, чем большее число компонентов она включает, тем вероятнее ее вы­ход из строя, тем меньше ее коэффициент надежности.

(В случае последовательного соединения компонентов надежность всей системы выступает >как произведение

¹ Более подробно проблема точности действий оператора рас­сматривается в работах Чапаниса (357], Чапаниса, В. Р. Гарнера, С. Т. Моргана [363], а также в нашей статье [204].

78

вероятностей надежной работы каждого из ее компо­нентов:

P_s = P_lP₂P₃...P_ny (14)

где P_s —надежность всей системы; Р\,Ur-мп — надежность каждого компонента.

Однако из этого вовсе не следует, что в любом слу­чае усложнение системы приводит к понижению ее на­дежности. Как остроумно отмечает акад. Берг, если бы это всегда было так, то люди должны были бы мечтать о возвращении к орудиям каменного века.

Одним из самых простых средств повышения надеж­ности является дублирование наиболее слабых компо­нентов системы. Надежность работы двух параллельно включенных компонентов равна сумме вероятностей трех благоприятных исходов: 1) ни А, ни Б не выходят из строя, 2) выходит из строя А, да работает Б, 3) вы­ходит из строя Б, но работает А:

Ре = Р_АР_Б + Р_Б(1~Р_А) + Р_А Ц-Р_Б). (15)

Например, если коэффициент надежности каждого из двух параллельно включенных и дублирующих друг дру­га компонентов равен 0,8, то Р_с=^ (0,8) X (0,8) +0,8(1 — —0,8) +0,8(1—0,8) =0,96. Таким образом, надежность си­стемы оказывается более высокой, чем надежность каж­дого из ее компонентов. Здесь мы имеем тот же эффект, что 'И в случае применения принципа дублирования для повышения точности работы системы.

'Средствами повышения коэффициента надежности системы являются также включение в нее дополнитель­ных контуров, использование контрольных устройств и т. д.

Короче говоря, надежность системы зависит не толь­ко от надежности ее компонентов, но и от характера их связей. В принципе можно создать более надежную систему из менее надежных элементов.

В решении задачи обеспечения необходимой на­дежности систем управления чрезвычайно важное, если не решающее, значение имеет определение надежности работы ее интегрального, наиболее ответственного зве­на — человека.

79

Следует отметить, что сбои в работе оператора, выз­ванные теми или иными причинами, весьма существенно снижают надежность систем управления. Так, по дан­ным Международной организации гражданского воздуш­ного флота (ИКАО) около 50% всех происшествий в авиации происходит <по вине летчика ([66]). Американ­ские исследователи Гродский и Леви установили, что ошибки оператора, допускаемые при обслуживании ра­кетных систем, составляют от 20 до 53% ненадежности этих систем. Мейстер указывает, что па долю человека приходится 20—30% всех отказов системы (по [26]). Приведенные данные достаточно убедительно (показы­вают необходимость определения надежности челове­ка-оператора, изучения факторов, которые на нее влия­ют, и 'поисков средств ее повышения.

Одним из труднейших является 'вопрос о критери­ях надежности человека. Дело в том, что описание толь­ко наличных свойств человека еще не дает нам доста­точных оснований для суждений о надежности его ра­боты. Если, например, мы подсчитали, что при выполне­нии такого-то* действия оператор в течение заданного времени допускает п ошибок, то ш этого еще не сле­дует, что в любых подобных условиях он даст те же (с некоторыми отклонениями) показатели. Оператор может найти новый прием действия, изменить отноше­ние к задаче и т. д., а это существенно повлияет на коэффициент его надежности. Особенно явствен.но недо­статочность знания только наличных качеств оператора проявляется в критических условиях. Хорошо известно, что у одних такие условия вызывают растерянность и резко снижают надежность их работы, другие, напро­тив, начинают действовать более эффективно.

Поэтому поиски критериев надежности оператора предполагают изучение не только наличных, но -и по­тенциальных качеств человека, анализ его «резер­вов». При этом надо отметить, что «резервы» не явля­ются величиной постоянной, они изменяются в процессе жизни и деятельности человека.

Трудности усложняются еще и тем, что в реальной трудовой деятельности никогда не бывает 'изолирован­ного проявления какой-либо отдельной психической функции. Значит, мы не можем ограничиваться чисто аналитическими данными, но должны раскрыть дина-

80

ми чес кое взаимодействие ансамбля функ­ций.

Наконец, надо отметить, что лри изучении деятель­ности оператора чрезвычайно трудно выявить степень устойчивости того или .иного его свойства.

Проблема надежности действий человека изучена в психологии гораздо меньше, чем проблема их скоро­сти и точности. Правильнее было бы сказать: эта проб­лема почти не изучена¹. Мы не знаем, сколько времени оператор может выполнять те или иные действия с за­данной точностью, как изменяется его надежность в течение рабочего дня, в каких условиях человек начи­нает работать не надежно, каковы причины ненадежно­сти и т. д.

Конечно, -в разных конкретных случаях, в зависимо­сти от содержания выполняемой деятельности, от усло­вий и методов работы, надежность оператора будет характеризоваться разными величинами. Несомненно, она не менее, чем скорость и точность реакций, зависит от индивидуальных особенностей оператора, уровня его подготовки и ряда других факторов. Поэтому вряд ли можно рассчитывать на то, что мы когда-либо получим для человека некоторый абсолютный коэффициент на­дежности, который окажется справедливым для всех условий.

Это, однако, не означает, что невозможно создать единую систему принципов и методов определения на­дежности работы оператора. Психология и физиология труда располагают некоторыми данными, которые могут быть использованы при определении путей решения этой проблемы².

Значительный интерес в этой связи представляет все то, что сделано в области изучения работоспособности человека.

¹ Это вполне .попятно, так как вопрос о надежности работы человека по существу был поставлен сравнительно недавно в связи с тем значительным изменением роли и места человека в производ­ ственных процессах, -к которому привел технический прогресс.

² Прямое отношение к проблеме надежности имеет и все то, что говорилось относительно скорости и точности реакций и действий человека. Стабилизация времени действий, а также стабилизация и увеличение их точности есть вместе с тем средство повышения надежности оператора.

6—2286

81

Многочисленные исследования показывают, что работоспособность не является стабильной характери­стикой. Она изменяется в (Процессе труда по определен­ным фазам (М. И. Виноградов l[54], Е. А. Деревянко [90], К. С. Точилов [307]). В конечном счете ее динамика определяется динамикой изменений рефлекторной дея­тельности нервной системы человека.

Первая фаза характеризуется нарастающей работо­способностью, •«накоплением рабочих потенциалов». Здесь осуществляется функциональная перестройка и установление динамического стереотипа. В дорабочий период человек или отдыхает, или занимается какой-либо деятельностью (бытовой, спортивной и т. п.). И в том и в другом случае взаимоотношения между пси­хическими (и физиологическими) процессами, так же как и характеристики каждого 'из них, отличаются от тех, которые требуются для работы. Начальный период работы характеризуется известным «начальным рас­согласованием» между новыми требованиями к челове­ку и наличным состоянием его функций. При прочих равных условиях величина этого «рассогласования» определяет длительность вхождения в работу (периода врабатываемости). 'Скорость, а иногда и точность дей­ствий человека на первой фазе низки.

Вторая фаза — относительно устойчивой работоспо­собности— «является тем (периодом, когда установление стереотипа закончено и деятельность организма приоб­ретает гармоническое единство и целостность, обеспе­ченные стереотипом без существенных потерь в скорости и точности воспроизведения» действий [54, стр. 265]. Для этой фазы характерна «сонастроенность ритмов и тем­пов» деятельности «отдельных участков нервной систе­мы». Длительность этой фазы зависит от характера работы, а также от уровня подготовки и состояния работника.

Третья фаза — падение работоспособности—обуслов­лена утомлением. По современным представлениям, «утомление — это не прямой результат растраты потен­циалов. .., а выражение изменения функционального состояния центральной нервной системы» [54, стр. 346]. Оно представляет собой закономерную реакцию на работу. В (процессе утомления нарушается гармониче­ское единство нервной деятельности, изменяется дина-

82

мика и взаимоотношение основных нервных процессов. Особенно значительны изменения торможения, которое становится неустойчивым, расплывчатым и поверхност­ным. При утомлении наблюдаются изменения биоэлектрической активности мозга: уменьшение ia-рит-ма за счет увеличения |3-ритма, уменьшение (потенциала и периода восстановления a-ритма. Это свидетельствует об образовании районных застойных очагов в коре больших полушарий (М. .Г. Бабаджанян, Е. И. Костина, В. Н.Пушкин [15]).

Переход от второй фазы к третьей характеризуется увеличением вариативности действий (прежде всего по показателям времени их выполнения). Если по харак­теру трудовых операций человек выполняет стереотип­ные, регулярно повторяющиеся действия, то наблюда­ется нарушение регулярности. При этом общая произ­водительность может некоторое время оставаться на уровне второй фазы (К. Ф. М. Маррел [454]).

iB связи с проблемой надежности прежде всего -важно отметить изменения характеристик двигательных реак­ций человека и его психических функций. Латентный период реакций в фазе утомления значительно увеличи­вается. 'Снижается точность движений. Иногда возни­кают парадоксальные реакции: на более сильные раз­дражители— слабые реакции, на слабые — сильные. Под влиянием утомления особенно сильно страдают сложные навыки. Как показал Ф. Бартлетт [16], в про­цессе утомления характеристики отдельных движений могут и не изменяться, но их согласование во времени расстраивается. Одни движения утомленный человек делает с излишней торопливостью, другие — с более или менее значительной задержкой. По данным Бартлетта, чаще совершаются не полностью неправильные действия, а правильные, но в несоответствующий момент. Дру­гим выражением нарушений сложных действий является то, что их нерегулярные компоненты (т. е. движения, совершаемые время от времени, через различные интер­валы) часто выпадают из структуры навыка.

Интересно отметить, что в том случае, когда опера­тор имеет возможность контролировать свои дей­ствия (например, по приборам или как-либо иначе), его способность работать длительное время с высокой ско­ростью и минимумом ошибок значительно повышается.

6*

83

Этот факт может быть полезен для инженерно-психо­логических исследований, так как он указывает на воз­можность лродления фазы высокой работоспособности путем создания таких условий, которые бы обеспечива­ли самоконтроль оператора.

Экспериментальные данные показывают, что при утомлении ослабляются сенсорные функции: ухудшается острота слуха, зрения, нарушается нормальный режим движений глаз (неоправданно длительные фиксации, скачки и «блуждание»). Утомление может повести к иллюзиям восприятия. Так, при длительной фиксации красного кружка на сером фоне возникает иллюзия контрастного цвета (фон кажется зеленым).

В процессе утомления ослабляется память, снижает­ся -продуктивность мышления, изменяются также и дру­гие щсихические функции.

Следует, однако, отметить, что изменения различных психических функций не являются синхронными и па­раллельными. Одни из них изменяются быстрее и более значительно, другие — медленнее и меньше. Имеются данные о том, что показатели некоторых функций в про-цессе работы не только не понижаются, но, напротив, повышаются <(М. И. Виноградов [54], А. Рошка {468]).

Общая закономерность состоит в том, что под влия­нием работы показатели функций, активных в данной деятельности, понижаются, а неактивных повышаются. Этой закономерностью объясняется тот факт, что чере­дование разных видов деятельности (так называемый «активный отдых») является в определенных условиях более мощным фактором восстановления работоспособ­ности, чем полный покой («пассивный отдых»).

Пожалуй, самой общей характеристикой утомления является нарушение внутренней согласованности того ансамбля 'психических процессов, который требуется для выполнения данной трудовой деятельности.

Одним из наиболее важных проявлений изменения согласованности психических процессов и функций (В ходе деятельности является изменение свойств внима­ния, которое характеризует уровень настройки систем организма, осуществляющих прием и переработку информации.

На первой фазе работоспособности (врабатьгвае-мость) часты отвлечения внимания. Чтобы сосредото-

84

читься, работнику требуется волевое усилие. Для фазы высокой и относительно устойчивой работоспособности характерно так называемое «послепроизвольное внима­ние».' Здесь частота отвлечений значительно сокращает­ся, и 'вместе с тем сосредоточение не требует специаль­ного' усилия. Наконец, в связи с развитием утомления внимание вновь становится неустойчивым, сокращается его объем, затрудняются переключение и распределе­ние.

Надо отметить, что добиться полной устойчивости внимания в течение длительного периода времени даже на второй фазе работоспособности трудно. Более или менее частые отвлечения -неизбежны. Одной из причин их возникновения являются резкие изменения в окру­жающей обстановке (случайное появление или исчез­новение достаточно интенсивного раздражителя, его резкое изменение п т. п.). При этом раздражители, однопорядковые чю модальности с теми, на которые направлено внимание, оказывают более сильное отвле­кающее действие, чем разнопорядковые.

Но дело не только во внешних раздражителях. Известно, что взиманию присущи некоторые спонтанные колебания, или так называемая флюктуация, которая обусловлена динамикой нервных процессов и, вероятно, также связана с интеро- и проприоцептивными импульса­ми. Предполагалось, что флюктуация подчинена опре­деленному ритму. Однако новейшие исследования В. Хме-ляржа, изучавшего активное акустическое внимание, показали, что чередования моментов сосредоточенности и отвлечений аритмичны. Характер спонтанных колеба­ний (длительность сосредоточения, количество и дли­тельность отвлечений) у разных людей различен. По данным Хмеляржа, минимальное количество отвлечений в течение часа активной сосредоточенной работы равно 54 общей длительностью 1 мин 5,5 сек [368, 369].

Хотя психология и располагает некоторыми данными о динамике колебаний внимания на разных фазах работы, этот вопрос все же изучен недостаточно подроб­но. Нет полной ясности относительно причин колебаний, не известна зависимость их частоты и длительности от характера выполняемой деятельности и т. д. Между тем знания динамики флюктуации имеют большое значение для решения проблемы надежности оператора,

85

так как известно, что сбои в его работе часто вызывают­ся отвлечениями внимания.

Одной из задач инженерной психологии является поиск принципов такой организации сигналов, которая обеспечивала бы необходимую устойчивость внимания в течение заданного отрезка времени. В этой связи интересна идея К. Л, Леонтьева о машинном управлении вниманием человека [186]. Он предложил использовать электронно-оптические преобразователи звуковой инфор­мации в световую для того, чтобы обеспечить комбиниро­ванное воздействие сигнала на глаз и ухо человека. По мысли автора, такое комбинированное воздействие должно активизировать механизмы взаимодействия анализаторов и тем самым обеспечить управление не­произвольным вниманием оператора. Однако этог принцип имеет более широкое значение: он может быть применен и в целях повышения устойчивости внимания.

Та'ковы -в общих чертах фазы изменения работоспо­собности человека К

Важным средством повышения надежности системы «человек—машина» является такая организация режима труда, которая опирается на знание закономерностей ра­ботоспособности. В этой связи прежде всего возникают вопросы о чередовании труда и отдыха, о длительности рабочего дня, о распределении нагрузки то часам ра­боты и т. д. К сожалению, в этом отношении труд опе­раторов и диспетчеров изучен еще недостаточно. Но здесь могут быть использованы данные, полученные при изучении других видов труда. В психологии и физиологии уже давно установлено, что эффектив­ность труда повышается, если в течение смены перио­дически устраиваются короткие перерывы. Их дли­тельность и частота зависят от характера деятельно­сти. Там, где предъявляются высокие требования к вни­манию и тонкой координации движений, в работе,

¹ Отметим, что основные представления о работоспособности и ее динамике сформировались при изучении главным образом фи­зического труда. Есть основания считать, что общие закономерности справедливы и. в отношении умственного труда. Однако, по-види­мому, .в этом случае имеется и специфика динамики работоспособ­ности, изучение которой составляет одну из первоочередных задач психологии труда и инженерной психологии. >В связи с .проблемой надежности человека-оператора особенно важно изучить харак­теристики сенсорного и умственного утомления.

86

требующей большого нервного напряжения, желательны короткие (3—5 мин), но частые паузы. В работах, пред­полагающих большую мышечную нагрузку, паузы должны быть длительными (до 10 мин), но менее ча­стыми. При этом их длительность и периодичность должны изменяться на разных фазах работоспособно­сти. Паузы, включенные в трудовой процесс, 'позволяют поддерживать работоспособность на некотором устойчи­вом оптимальном уровне.

По мнению некоторых исследователей (Маррел), наиболее эффективными являются перерывы, устраи­ваемые не тогда, когда начинает уменьшаться произво­дительность труда (не в начале третьей фазы), а при появлении (Нерегулярности и увеличении вариативности действий (при переходе от второй фазы к третьей).

В этой же связи ставится вопрос об активизации отдыха (о производственной гимнастике, о смене рабо­чих мест и т. д.).

Как показал Б. Петц, утомление (в экспериментах Б. Летца—три физической работе) может быть снято не только путем прекращения деятельности или ее смены, iho и частично путем уменьшения нагрузки. По его мнению, переход от большой нагрузки к малой про­изводит по контрасту почти тот же психологический эффект, что и прекращение работы. Физиологически это означает экономное расходование сил, уже мобилизо­ванных в предшествующий период высокой .нагрузки (человек избавляется от необходимости «вхождения» в работу) [459]. Следовательно, одним из средств под­держания работоспособности на высоком уровне может быть попеременное изменение величины нагрузки.

Особенно острая нужда в знаниях динамики работо­способности возникает при разработке режима труда операторов, обслуживающих непрерывные производст­венные процессы, т. е. в тех случаях, когда временная остановка процесса или неэкономична, или невозможна. Критическим для таких систем является противоречие между непрерывностью управляемого процесса и невоз­можностью оператора выполнять заданные функции на одном и том же уровне в течение длительного времени. Обычно в этих случаях 'вводится сменность: системы обслуживаются несколькими операторами, заменяющи­ми друг друга через определенные интервалы времени.

87

Непрерывность и требуемый уровень эффективности процесса управления при сменной работе могут быть обеспечены лишь при условии, что время, необходимое для 'передачи функций одним оператором другому, будет согласовано с длительностью периода врабатывае-мости, а длительность смены—-с длительностью фазы устойчивой работоспособности.

Вопросу о сменности работы авиадиспетчеров посвя­щено исследование И- С. Кидда и Р. Г. Кинкейда [414]. В' экспериментах использовался имитатор радиолока­тора, позволяющий отображать одновременно до 30 движущихся объектов. iB тот момент, когда испытуемый, прошедший предварительную тренировку, приступал к выполнению экспериментального задания — начинал «дежурство», ,на «связи» имелось 6 «самолетов», а затем через каждые 60 (±10) мин (появлялось еще по одному. От испытуемого требовалось оценить «воздушную обстановку» и «руководить движением самолетов».

Эксперименты показали, что период врабатываемо-сти в этих условиях равен примерно 5 мин, затем насту­пает фаза устойчивого уровня работоспособности, кото­рая длится 3,5—4 час.

Перерыв в управлении воздушным движением или снижение его эффективности даже на 5 мин слишком велики, если иметь в виду скорости современных само­летов. Поэтому для повышения эффективности работы авиадиспетчера, а следовательно, и надежности системы управления воздушным движением важно сократить этот перерыв до минимума. Как показали Кидд и Кин-кейд, чтобы обеспечить непрерывность процесса управ­ления, целесообразно в режим работы авиадиспетчеров включить десятиминутный предрабочий период.

В экспериментах авторов сравнивались три варианта деятельности -в предрабочий период: а) авиадиспетчер слушает разговоры своего предшественника с пилотами, б) авиадиспетчер наблюдает за работой предшественни­ка и слушает разговоры; в) авиадиспетчер в течение 6 мин наблюдает и в течение 4 мин параллельно руко­водит движением. Оказалось, что в первом случае период врабатываемости сокращается на 25%, а в третьем — на 50. Таким образом, чем более активна деятельность в предрабочий период, тем меньше време­ни требуется диспетчеру для вхождения в работу.

88

Кидд и Кинкейд видят смысл предрабочего периода прежде всего в том, что он позволяет оператору адап­тироваться к условиям работы («настраиваются» анали­заторы и механизмы внимания, принимается оптималь­ная поза и т. п.). Но дело, по-видимому, не только в этом. Еще более важным является то, что оператор .в предрабоч'ий период получает возможность оценить •состояние управляемых объектов, сориентироваться в тех путях, по которым шел его предшественник, решая задачи управления, и выделить вновь возникаю­щие еще не решенные задачи. Короче, в этот период осуществляется как бы передача деятельности от одного оператора к другому.

Заканчивая характеристику работоспособности, остановимся еще на одном вопросе. Из практики хорошо известно, что волевое усилие и эмоциональный подъем могут снять на некоторое время отрицательное влияние утомления и продуктивность работы будет* высокой даже на последней фазе (так называемый «конечный порыв»). Объяснение этим фактам надо искать в механизмах регуляции работоспособности. Дело в том, что состояние работоспособности па каждой из от­меченных фаз так или иначе отражается в сознании субъекта (обычно глобально, в форме «общего самочув­ствия»: бодрости, усталости¹ и т. п.). Это субъективное отражение «запаса активности» организма позволяет ре­гулировать и экономно расходовать силы.

Вопрос о роли психических факторов в динамике продуктивности работы специально изучался Е. А. Де-ревянко на примере летной деятельности. Он показал, что «продуктивность работы обусловливается, с одной стороны, максимальными возможностями организма для выполнения данной работы, а с другой — уровнем эмо­ционально-волевого напряжения, который регулирует степень использования этих максимальных возможно­стей» [90, стр. 175]². По мнению Деревянко, в измене­ниях соотношений между продуктивностью, работоспо-

¹ А. А. Ухтомский отмечал, что чувство усталости — очень тон­ кий «натуральный пред упреди те ль о начинающемся утомлении».

² Уровень работоспособности и уровень эмоционально-волевого напряжения, конечно, не представляют собой двух независимых и параллельно действующих факторов. Это две стороны единого про­ цесса.

89

- собностью и эмощшнальнонволевым напряжением можно наметить семь периодов:

1. Период врабатываемости. Здесь увеличивается уровень максимальной работоспособности и обычно на­растает продуктивность.

2. Период оптимальной работоспособности. Уровни максимальной работоспособности, продуктивности и волевого усилия относительно стабилизированы.

3. Период «полной компенсации». Возникающее утомление несколько снижает уровень максимальной работоспособности, однако благодаря эмоционально-волевому напряжению продуктивность сохраняется на прежнем уровне.

4. Период «неустойчивой компенсации». С нараста­нием утомления максимальная работоспособность про­должает снижаться. Интенсивность волевого напряже­ния колеблется. В момент его ослабления продуктив­ность падает, в момент усиления — возрастает.

5. «Конечный порыв». Утомление все более нара­стает, а максимальный уровень работоспособности па* дает. Однако продуктивность может быть увеличена при значительном волевом усилии,

6. Период прогрессивного снижения продуктивности. Здесь еще более снижается максимальный уровень работоспособности и падает волевое усилие. Но все же и здесь уровень максимальных возможностей лежит выше уровня продуктивности.

7. Прекращение работы. Рабочая доминанта угасает; возбуждение сменяется вялостью.

Таким образом, изменение продуктивности работы не является прямым следствием изменений работоспо­собности. Связь между ними опосредствуется эмоцио­нально-волевыми процессами, регулирующими «расхо­дование рабочего потенциала».

Факты показывают, что человек может научиться сознательно управлять процессом «расходования своих энергетических ресурсов», с большой точностью дозируя усилия в каждый данный момент выполняемой деятель­ности. Это особенно хорошо известно в психологии спорта,

Одним из путей повышения надежности системы «человек—машина» может служить такая подготовка операторов, которая бы формировала у них умение

90

регулировать работоспособность в зависимости от тре­бований, возникающих на тех или иных этапах работы.

По-видимому, важным моментом процесса регулиро­вания работоспособности является смена способов деятельности, обеспечивающая изменение «нагрузки» на разные психические функции, а тем самым и некоторое уравновешивание «расхода» и «накопления» рабочих потенциалов. Благодаря этому можно добиться стаби­лизации показателей надежности работы оператора в течение более или менее длительного периода. Отсюда вытекает, что обучение оператора должно проводиться с таким расчетом, чтобы он мог овладеть не каким-либо одним, а несколькими способами выполнения той или иной операции.

Проблема динамики работоспособности человека изучалась в физиологии и психологии на примерах более или менее напряженной активной деятельности, характеризующейся сравнительно высокой нагрузкой.

Сейчас в связи с автоматизацией производственных процессов эта проблема выступает в новом аспекте. Дело в том, что благодаря автоматизации человек освобождается от манипулятивных действий, и его основной задачей все более становится наблюдение. При этом нередко в течение длительного времени (при нор­мальной работе автоматических устройств) не возни­кает необходимости его активного вмешательства в ход процесса. Вместе с тем он не должен пропустить крити­ческий (например, аварийный) сигнал. Возникает свое­образная ситуация, требующая пассивного, монотонного, по вместе с тем и бдительного наблюдения. Многими исследователями отмечено, что в такой ситуации у опе­ратора развивается состояние, близкое к утомлению, что снижает его бдительность, и в критический момент он может не заметить того или иного важного сигнала, т. е. оказаться ненадежным.

По мнению И. Ф. Макворта, уменьшение бдительно­сти при непрерывном длительном наблюдении (так же, впрочем, как и при монотонной физической работе) является всеобщим законом [439]. Он экспериментально показал, что с увеличением длительности однообразной деятельности возрастают пороги обнаружения сигнала и уменьшается точность слежения. По данным Ж. Леп-ля, в этих условиях увеличивается латентный период

91

реакций, который является степенной функцией от длительности интервалов между значимыми сигналами ('при появлении которых надо активно действовать) [430].

Все эти факты свидетельствуют о снижении работо­способности 'в условиях монотонного наблюдения. Исследователи, изучавшие этот вопрос, приходят к вы­воду о том, что для поддержания внимания и работо­способности оператора на некотором высоком уровне с увеличением длительности однообразно/'! деятельности должно увеличиваться количество поступающей инфор­мации [430, 439].

Сопоставляя дашше, характеризующие работоспо­собность человека как при перегрузке, так и при недо­грузке информацией (см. гл. 8), можно заключить, что существует некоторый оптимум скорости ее 'передачи человеку. Обеспечение этого оптимума является важней­шим условием сохранения устойчивой работоспособно­сти человека-оператора.

На основе изучения работоспособности оператора можно предсказать, как будут изменяться скорость и точность его действий с течением времени работы. Однако для определения надежности этого недостаточ­но. Более -важно знать, как оператор будет вести себя в условиях, затрудняющих или нарушающих нормаль­ный ход его деятельности. В этой связи возникает вопрос о влиянии помех на оператора и о характери­стиках его «помехоустойчивости».

С точки зрения воздействий на оператора помехи могут быть различны. Одни из них постоянны и дейст­вуют в течение всего рабочего дня (например, шум), другие случайны (например, внезапный побочный раз­дражитель). /Помехи различаются по* «диапазону воз­действия». Некоторые затрагивают лишь одну какую-либо функцию, т. е. действуют избирательно, другие приводят к нарушению многих функций, дают глобаль­ный эффект. Они различаются также по времени и глу­бине последействия. Одни помехи вызывают лишь крат­ковременные сбои деятельности оператора, влияние других может быть более длительным. При этом в зави­симости от конкретных условий и от особенностей лич­ности работника одно и то же воздействие может дать различные эффекты.

92

К сожалению, проблема «помехоустойчивости» опе­ратора изучена весьма слабо. Пока еще не существует общепринятого определения помех, взятого по отноше­нию к 'человеку, недостаточно изучены их источники и характер влияния. Поэтому мы лишь очень кратко кос­немся некоторых данных о тех воздействиях на операто­ра и об условиях его деятельности, которые нарушают или затрудняют его работу.

Известный интерес в этой связи представляют иссле­дования влияний шума на человека. Во многих системах управления (самолеты, подводные лодки, электростан­ции и т. д.) шум, создаваемый машинами, достигает значительной интенсивности. Исследования ряда авто­ров показывают, что в условиях шума прежде всего страдают слуховые функции. Так, <по Кэмибелу, после воздействия шумом интенсивностью 120 дб в течение часа требуется б час, чтобы вернулась к норме острота слуха, а после четырехчасового шума время восстановле­ния увеличивается до 20 час. Двухминутный шум интен­сивностью в 140 дб вызывает потерю слуха па 2 час; полное его восстановление отмечается лишь через сутки. При этом, чем выше частота шума, тем более сказывает­ся его вредное влияние на слух [по 4Г1].

Но действие шума не ограничивается влиянием только на слух. Он вызывает заметные сдвиги ряда физиологических и психических функций. (Воздействие шумом приводит к снижению скорости и точности сеисо-моторных процессов. Особенно страдают сложнокюорди-нированные действия. В ряде исследований изучалось влияние шума на решение интеллектуальных задач. Было установлено, что при этом скорость решения зна­чительно снижается и несколько возрастает число оши­бок [по 411].

Как показала 3. Ф. Панайотти, шум оказывает заметное влияние на -внимание человека К В опытах изучалось влияние среднейастотного шума (с интенсив­ностью 80, 90 и 100 дб) на объем, переключение и рас­пределение внимания. Измерения производились до воздействия шумом, а затем спустя 30, 60 и 120 мин

¹ Работой руководила проф. Е. Ц. Апдреева-Галанина при участии автора.

93

после двухчасового воздействия. Результаты измерений представлены на рис. 17.

Наконец, надо отметить эмоциональное воздействие шума. По экспериментальным данным шум вызывает негативные эмоции (досада, раздражение). Особенно неприятны высокочастотные и прерывистые шумы.

А

₁

82

^ 76

^ 70

1

Рис. 17. Влияние шума на концентра­цию внимания (по данным 3. Ф. Па-

найотти). Результаты измерения: / — до воздействия шумом; 2 — сразу после* воздействия; 3 — че­рез 30 мин после воздействия; 4 — через 60 мин после воздействия; 5 — через 120 мин после воздействия, а — контроль; интенсив­ность шума: 60 дб (б); 70 дб (в); 80 дб {г); 90 дб (д); 100 дб (е).

Помехами, аналогичными шуму, являются также вибрация, высокая температура, избыточная или недо­статочная освещенность рабочего места и т. д. Они оказывают глобальное воздействие .на организм и 'пси­хику человека, снижая его работоспособность.

Если помехи этого рода являются постоянным ком­понентом условий труда, то человек постепенно, но лишь в определенных пределах адаптируется, и тем самым преодолевается хотя бы частично их отрицатель­ное влияние.

94

Чтобы определить (помехоустойчивость оператора, важна также изучить его деятельность в сложных условиях, нарушающих установленный стереотип дейст­вия (например, в опасных ситуациях). Перед психоло­гией 'возникает чрезвычайно трудная задача — предска­зать вероятность безошибочной работы человека при таких нарушениях.

Хорошо известно, что сложная ситуация вызывает более ил'и менее значительные эмоциональные сдвиги. Причем направление этих сдвигов зависит от особенно­стей личности оператора( уровня мотивации, характера, темперамента и т. д.). Для одних сложная ситуация может стать активизирующим фактором, действующим б направлении мобилизации резервов, для других — фактором дезинтеграции поведения. Этот последний случай уже давно (Привлекает особое внимание психо­лотов. Рядом авторов 'было 'показано, что эмоциональ­ное напряжение у некоторых людей ведет к потере интегрированных ответов, к возникновению лишних, неподготовленных, ненаправленных и импульсных действий. Появляются персеверации. Сокращается объем внимания, страдают восприятие и мыслительные акты (Э. А. Хаггард [по 411]).

Важным средством предотвращения эмоциональной напряженности может быть создание таких устройств, которые обеспечивали бы оператора в чрезвычайных условиях всей необходимой информацией, (поскольку недостаток информации является одной из основных причин возникновения эмоционального напряжения.

Помехи вроде шума и вибрации, а также сложные условия, вызывающие эмоциональное напряжение, яв­ляются внешними по отношению к деятельности опера­тора. Но существует и такая категория помех, источни­ки которых лежат внутри самой деятельности. В этой связи особый интерес представляет изучение ситуаций, которые требуют от человека одновременного выпол­нения нескольких действий. Известно, что в этих слу­чаях какое-либо одно действие может оказаться «тормо­зом» другого, т. е. выступить тю отношению к нему в качестве помехи. При этом, чем ближе по содержанию параллельно выполняемые действия, тем больше воз­можность их взаимонарушающего влияния. Выполняя одновременно два сходных действия, человек должен

95

производить тонкое различение близких сигналов и не­прерывно осуществлять активный выбор. Эти случаи подробно изучались Ф. Д. Горбовым [82]. В эксперимен­тах использовалась таблица, состоящая из 49 черных и красных цифр, расположенных в случайном порядке. Испытуемые должны были непрерывно вести счет чер­ных цифр в возрастающем, а красных в убывающем по­рядке, чередуя действия, и показывать на таблице соот­ветственно то черную, то красную цифру.

iB этой ситуации у испытуемых возникают состояние озабоченности, персеверации, задержки движений, пере­живание незавершенности действий, иногда деятель­ность полностью прекращается. Наблюдаются случаи адаптационно-вегетативного срыва, выражающегося в виде потоотделения, замедления пульса и изменения биотоков мозга (развитии медленных волн). Эффект помехи особенно сильно 'проявляется в те моменты, когда испытуемый читает близкие, но относящиеся к разным действиям цифры.

Подобная 'картина обнаруживается и в тех случаях, когда сигналы, воспринимаемые человеком, сопровожда­ются дублирующими сигналами ,(эхо-сигналами). Каза­лось бы, дублирование сигнала, создавая избыточность информации, должно повысить надежность приема. Однако при определенных условиях оно дает противо­положный эффект. Это происходит тогда, когда дубли­рующий сигнал поступает на сенсорный «вход» до того, как завершится прием основного сигнала.

К этому же кругу явлений относится и так называе­мый эффект Ли, возникающий в том случае, когда че­ловек слышит свою собственную речь с некоторым за­паздыванием. При запаздывании на^ '80 мсек человек начинает повторять отдельные звуки и заикаться. С увеличением времени запаздывания до одной секунды возникают повторения отдельных слов, речь становится отрывистой, нарушается ее нормальный темп, возника­ют длительные паузы и т. д.

Во всех этих случаях дублирующие сигналы наруша­ют временную структуру процессов приема информации, и поэтому из средства повышения надежности превра­щаются в помехи.

Вообще нужно отметить, что при определении источ­ников помех, относящихся к деятельности человека, мы

96

сталкиваемся с целым рядом противоречий. Так, цело­стность и структурность восприятия обеспечивают воз­можность правильного опознания даже искаженного сигнала, т. е. повышают надежность приема информа­ции. Но в то же время эти качества перцептивного обра­за могут явиться источником различных иллюзий, т. е. помех. При образовании навыка скорость и точность действии увеличиваются, по прочный и шаблонный на­вык оказывает отрицательное влияние на формирование новых действий и т. д. То, что в одних условиях повы­шает помехоустойчивость оператора, в других может оказаться источником помех его деятельности.

Проблема помехоустойчивости системы «человек — машина» не исчерпывается только влиянием помех на деятельность оператора. Инженерную психологию те или иные характеристики человека интересуют лишь по-* стольку, поскольку они сказываются ,на функционирова­нии всей системы. В этой связи проблема «человеческо­го фактора» в надежности системы выступает в некото­ром новом аспекте. Из всего сказанного будто бы выте­кает, что участие человека в системе управления может лишь снизить ее общую помехоустойчивость. Однако это не так. В определенном отношении человек обеспе­чивает повышение помехоустойчивости системы. Это прежде всего относится к его способности восстанавли­вать сигналы, разрушенные .помехами, возникающими в технических устройствах.

Предположим, что определяется надежность системы «знаковое табло — оператор». Нам известно, что вероят­ность безошибочной работы устройства, генерирующего знаки, равна 0,99, т. е. из 100 знаков 1 оказывается иска­женным (разрушенным помехой). Вероятность безоши­бочного опознания знаков человеком равна 0,98, т. е. в двух случаях из 100 знаки опознаются с ошибкой. Ка­залось бы, что надежность системы «знаковое табло — оператор» (поскольку здесь имеется последователь­ное соединение компонентов) будет равна 0,98Х Х0,99 — 0,97 (по 14), однако в действительности коэффи­циент надежности системы может оказаться равным ко­эффициенту надежности человека, т. е. большим, чем получается при расчете.

Приведем в этой связи данные, полученные нашим сотрудником Р. М. Мансуровым. В его экспериментах

7—2286 ⁹⁷

испытуемым в случайном порядке предъявлялись циф­ровые знаки, высвечиваемые па семисегментноп люми­несцентной панели. Один из десяти знаков был искажен­ным (имитация помехи), />₃ = 0,9. Испытуемый должен был называть знаки, три этом он знал, что некоторые из них могут быть искажены. Оказалось, что в среднем на сотню всех предъявляемых знаков (включая иска­женные) испытуемые ошибочно опознавали только че­тыре знака; следовательно, коэффициент надежности системы в целом был равен 0,96(Р_с = 0,96). Если теперь из формулы (14) найти коэффициент надежности опера­тора, то он окажется больше единицы:

/ _с = / з X ^ и

где Р_с — коэффициент надежности системы;

Р₃ — коэффициент надежности знакогенерирующего

устройства; Р₀ — коэффициент надежности оператора. Отсюда

Л> = ^-=^|§-^ 1,066.

Получается явная нелепость: надежность оператора оказалась больше единицы (!), хотя он и допускал ошибки.

Такой результат получился потому, что мы не учли способности человека восстанавливать информацию, раз­рушенную помехами. Очевидно, что благодаря этой спо­собности происходит приращение надежности системы «человек — машина», которое следует учитывать при ее расчетах. В формулу (14) необходимо внести дополне­ние:

/>с = я₃ХЛ> + ДЛ (16)

где АР — приращение надежности, обусловленное воз­можностью человека восстанавливать разрушенные сиг­налы, т. е. находить и исправлять ошибку, допускаемую техническими устройствами. АР равна произведению вероятности ошибки, возникающей в техническом устрой­стве, на вероятность ее исправления человеком (АР —

= '(1-/>а)Х/>в).

98

В опытах Р. Л\. Мансурова испытуемые восстанавли­вали более половины искаженных знаков. При этом на­до иметь в виду, что они имели дело со случайной по­следовательностью. Есть все основания полагать, что если оператор знаком с логикой управляемого про­цесса и может предвидеть ход его изменений, то ве­роятность обнаружения и исправления случайных оши­бок технического устройства, а следовательно, и прира­щение надежности всей системы «человек — машина» значительно увеличивается.

Расчет надежности системы, включающей человека в качестве одного из последовательных звеньев, по фор­муле (14) можно допустить лишь в том случае, если человек ничего не знает ни об управляемом объекте, ни о «машинных звеньях» системы, не имеет никаких сигналов о возникающих ошибках, если ему запрещено думать, расшифровывать сигналы, менять способы дей­ствия 'и т. д. Но такие случаи нереальны.

Обычно, 'Принимая участие в работе той пли иной си­стемы управления, человек па основе опыта строит «мы­сленные модели» управляемых объектов и самой систе­мы, которые позволяют ему корректировать сигналы, по­ступающие от технических устройств. Изучение харажте-р'исти'к этих моделей, процесса и условий их форМ'Ироеа-ния является одной из важнейших задач, возникаю­щих при оценке надежности систем «человек—ма­шина».

Приведенные данные еще не позволяют достаточно точно установить критерии надежности оператора. Од­нако О'ни указывают пути их поиска. Для определения коэффициента надежности оператора дальнейшие иссле­дования, по-видимому, должны вестись в двух основных направлениях ¹.

С одной стороны, важно измерение времени, в тече­ние которого оператор может безошибочно выполнять

¹ Анализируя надежность человека-оператора, важно было бы изучить виды допускаемых им отказов, частоты их возникновения в разные периоды работы, интервалы между отказами, причины отказов, соотношения между надежностью и эффективностью (про­изводительностью) и т. д. В этой связи пелееооГфгкшо рассмотреть возможности использования принципов и математического аппара­та, разработанных в теории надежности, для анализа деятельности чсловска-операюра в системах контроля и управления.

7*

99

заданные функции, и изучение распределения ошибок в разные (Периоды рабочего дня. В этом аспекте цен­тральной является проблема работоспособности (более широко — состояний человека).

С другой стороны, необходим анализ особенностей деятельности оператора в условиях помех. Здесь возни­кает проблема «'помехоустойчивости», которая inредтобла­гает изучение гностических (скорость и точность воспри­ятия, быстрота обобщения, способность к экстраполяции и т. д.), волевых (решительность, самообладание, вы­держка и т. д.) и эмоциональных (прежде всего эмоцио­нальная устойчивость) качеств человека.

В связи с этим аспектом необходимо также исследо­вание способности человека обнаруживать и исправлять ошибки, возникающие в «машинных звеньях» систем управления.

Указанные направления не являются, однако, изоли­рованными друг от друга. Более того, можно предпола­гать, что работоспособность и «помехоустойчивость» имеют единое основание и вытекают из одних и тех же или близких свойств нервной деятельности чело­века.

В этой связи значительный интерес представляет изу­чение типологических свойств нервной системы. Наибо­лее глубоко и продуктивно проблема типологических свойств изучается в лаборатории, созданной Б. М. Те­пловым [304]. Исследования показали, что основным свойством, обусловливающим возможность длительного "сосредоточения в условиях помех, является сила возбу­дительного процесса. По данным Л. Б. Ермолаевой-То-миной, у людей со слабой нервной системой отвлекаю­щие раздражители приводят к сокращению скорости восприятия, запоминания и продуктивности подсчетов в уме?-У людей с сильной нервной системой влияние от­влекающих раздражителей бывает даже положительным [ПО].

По данным лаборатории Теплота, параметр «сила — слабость» нервной системы проявляется и в особенностях работоспособности человека.

Это позволяет думать, что работоспособность и «по­мехоустойчивость» (способность работать концентриро­ванно в условиях побочных отвлекающих раздражите-

100

лей) имеют общее основание в одном из капитальных свойств нервной системы, а именно в ее силе.

В литературе имеются данные, показывающие, что многие психические качества, которые характеризуют «(помехоустойчивость» человека, являются функцией по­движности и уравновешенности нервных процессов. Та.к, Н. Е. Малков выявил зависимость скорости перестройки стереотипа от подвижности нервных процессов [229]. В исследованиях А. А. Макагоповой обнаружено, что особенности распределения внимания связаны с уравно­вешенностью и подвижностью нервных процессов [227]. И. М. Палей показал, что возможности и способы сдер­живать свои реакции связаны с уравновешенностью нервных 'процессов [252]. Имеются утверждения, что ос­новные свойства нервной системы проявляются так или иначе в особенностях всех психических функций и про­цессов К

Поскольку типологические свойства нервной системы являются относительно стабильными и наиболее общи­ми характеристиками высшей нервной деятельности, их изучение может иметь существенное значение для реше­ния вопроса о надежности работы человека в системах управления. Именно в этой связи и рассматривается некоторыми авторами (В. Д. Небылицыиым [239]) про­блема надежшости ошератора. Изучение типологических свойств может быть полезно прежде всего для отбора операторов.

Рассмотренные данные показывают, что надежность (а также и эффективность) человека-оператора является функцией от его состояния, которое в свою очередь за­висит от многих факторов: потока поступающей инфор­мации, длительности работы, степени сложности ситуа­ции, индивидуальных особенностей оператора, уровня его обучешгости и т. д.² Раньше отмечалось, что созда-

¹ Впрочем, исследователи постоянно отмечают, что природные свойства 'нервной системы не предопределяют фатально психических особенностей человека. На остове одних и тех же свойств могут быть сформированы различные качества личности.

² В общем смысле под состоянием человека-оператора пони­ мается характеристика его внутренних возможностей (внутренних «гарантий») успешно решать задачи контроля и управления. Та­ кая характеристика является многокомпонентной п представляет со­ бой набор показателей, описывпкнпих мнп/Kiyibo физиологических и психологических параметров,

101

ние такого режима работы, который бы соответствовал общей закошо'мерности изменения работоспособности, может служить одним из средств повышения надежно­сти. Однако в стандартном режиме невозможно учесть все многообразие факторов, влияющих на динамику ра­ботоспособности конкретного оператора. Если при этом иметь в виду, что в определенных условиях возникают специфические состояния (например, эмоциональная на­пряженность, скука и т. п.), то станет очевидной необхо­димость непрерывного контроля за состояниями человека, особенно в том случае, когда возникает зада­ча обеспечения очень высокой надежности системы «че­ловек— машина».

Этот контроль должен обеспечить обнаружение изме­нений состояния оператора, прогнозирование дальней­ших изменений и соответственно управление условиями работы (например, перераспределение нагрузки между человеком и автоматами в автоматизированной системе управления, регулирование ширины полосы сигналов и скорости передачи информации человеку в зависимости от его состояний и т. п.).

К сожалению, психология пока еще не располагает необходимыми знаниями компонентов тех или иных со­стояний человека, системы их признаков (с учетом весо­вых соотношении) и способов точной регистрации.

Пока еще пет и четких критериев оценки состоя­ний.

Однако исследования в этом направлении ведутся, и получаемые результаты, а также достижения в области автоматического распознавания образов позволяют на­деяться, что задача контроля за состояниями человека не является неразрешимой. В принципе,-по-видимому, мож­но ставить вопрос о разработке специальных техни­ческих устройств, контролирующих состояния человека и автоматически регулирующих потоки адресованной ему информации, ее распределение между разными ана­лизаторами и т. п. В этой связи возникает также вопрос о выводе на пульт оператора информации о его состоя­нии в каждый данный момент. Создание соответствую­щих устройств позволило бы оператору осуществлять объективный контроль за своими состояниями и созна­тельно изменять поведение для сохранения или измене­ния этих состояний, Эти устройства могли бы также вы-

102

рабатьжать рекомендации об оптимальных путях произ­вольной регуляции состояний ' [212].

Включение в систему «человек — машина» подобных устройств в некоторых случаях может стать решающим средством повышения ее надежности. Постановка вопро­са об автоматическом контроле за состояниями человека открывает ноизую и весьма увлекательную область ис­следований, результаты которых могут привести к прин­ципиальному пересмотру многих проблем, возникающих при разработке систем «человек — машина». Подробнее вопрос о контроле за состояниями человека-оператора рассматривается в работе [212].

Приведенные данные, казалось бы, говорят о том, что по надежности человек значительно уступает «ма­шинным звеньям» систем управления. В самом деле, он до-вольно быстро утомляется, скорость и точность его действий изменяются под влиянием огромного чи­сла разнообразных факторов. И тем не менее человек часто включается в систему управления именно для то­го, чтобы повысить ее надежность. Выше уже говорилось о тех особенностях работы чело-века в системах управле­ния, которые обеспечивают его преимущества перед ма­шинами. Именно они и лежат в основе его вышкой на­дежности. Человек не окован схемой системы управле­ния. Он способен воспринимать не только то, что посту­пает к нему от других элементов системы, но и всю ок­ружающую обстановку, способен менять способы дейст­вий, леопко преобразовать информацию из одной формы в другую, обладает огромной пластичностью и возмож­ностями компенсации. Поэтому при возникновении не­ожиданных ситуаций там, где машины выходят из строя, человек способен при определенной подготовке действовать надежно.

Очевидно, для решения проблемы надежности опера­тора и определения ее критериев недостаточно знать только динамику работоспособности и влияние помех. Необходимо изучить также те способы деятельности, по­средством которых оператор осуществляет свои функции

¹ Проблема автоматического контроля за состояниями человека-оператора приобретает особенно большое значение при создании си­стем, предназначенных для работы в специфических условиях (на­пример, пилотируемые космические корабли, подводные лодки с большой глубиной погружения и др.).

103

в системах управления. Здесь мы уже сталкиваемся с проблемой специфики психических процессов и их ре­гулирующей роли в трудовой деятельности человека.

*

Как видно из оказанного, временные характеристики действий человека, их точность и надежность не явля­ются некоторыми постоянными и неизменными величи­нами. Они зависят от множества факторов и определя­ются условиями, в которых протекает трудовая деятель­ность. Для нас прежде всего важно подчеркнуть влияние таких факторов, как свойства сигналов, с помощью ко­торых человеку передается информация, характер ре­шаемых им задам и те особенности органов управления, от которых зависят моторные компоненты действия. Из­меняя эти факторы, можно изменять показатели тех или иных физиологических и психических функций (и их ансамблей), участвующих в деятельности человека-опе­ратора.

Как показывают многочисленные эксперименталь­ные исследования, в условиях, определяющих прояв­ление той или иной функции, можно обнаружить не­сколько критических зон: минимум, максимум и опти­мум. Первые две величины соответствуют предельным возможностям функции; их знание необходимо для от­вета па вопрос о том, сможет или нет человек выполнять возложенные па пето задачи в условиях, вытекающих из особенностей и назначения системы «человек — ма­шина» и ее отдельных звеньев (например, сможет ли оператор воспринять слабый радиолокационный сиг­нал, обладающий определенной яркостью, различать шумы, имеющие высокий уровень громкости, и т. д.). Минимум и максимум определяют границы, в кото­рых проявляется данная функция: за пределами этих величин функция либо не проявляется, либо происходит ее нарушение.

Как уже отмечалось (и в последующих главах это будет рассмотрено более подробно), чем ближе харак­теристики условий деятельности человека к этим грани­цам, тем менее эффективно и надежно он работает.

Наиболее высокая эффективность и надежность дея­тельности человека проявляется тогда, когда условия

104

являются оптимальными для физиологических и психи­ческих функций, включенных в эту деятельность (опти­мальная зона условий).

Каковы же признаки оптимальной зоны и как она влияет на рабочее состояние? Этим вопросом в нашей лаборатории занимался Е. П. Ильин, исследуя двига­тельную систему человека [140]. Отметим, что получен­ные им выводы мо-гут быть распространены также на системы, посредством которых осуществляются прием и переработка информации.

Коротко перечислим признаки оптимума.

Первым признаком оптимальной зоны является наи­более высокое проявление ф у и к ц и и рабо­тающей системы (двигательной, сенсорной и др.), на­пример, наибольшая точность различения, наибольшая скорость реакции и т. п.

Второй признак — длительное сохранение р а б о т о сп о с о б п о с т и системы, т. е. выносливость. При этом имеется в виду функционирование на вышкам уровне. Так, если определяются, например, темпы пода­чи информации человеку, то можно обнаружить, что- при очень низком, как и при слишком высоком, темпе дли­тельность сохранения работоспособности у человека сравнительно невелика. Но можно найти и такой теми передачи информации человеку, при котором он будет продуктивно работать в течение длительного времени. Именно этот темп является оптимальным для систем, осуществляющих прием и переработку информации.

Третий признак состоит в том, что для оптимальных условий характерен наиболее короткий (по срав­нению с другими условиями) период врабатывае-мости, т. е. период перехода системы от состояния по­коя к состоянию высокой работоспособности.

Четвертым признаком является наибольшая стабиль­ность проявления функции, т. е. наименьшая вари­ативность результатов работы системы. Так, человек может наиболее точно по амплитуде или времени многократно воспроизводить то или иное дви­жение при работе в оптимальном темпе. С отступлением от этого темпа вариативность движений возрастает (О. А. Конопкин[154]).

Пятый признак — это адекватность реакций си­стемы внешним воздействиям. Если условия, в которых

105

находится система, являются не оптимальными, то ее реакции могут не соответствовать воздействиям (напри­мер, сильный сигнал вызывает слабую, т.е. парадоксаль­ную, реакцию, и наоборот). При оптимальных же усло­виях система проявляет высокую адаптивность и вместе с тем устойчивость, благодаря чему ее реакции в любой данный момент оказываются адекватными условиям.

Шестой признак заключается в том, что при опти­мальных .условиях наблюдается наибольшая согласо­ванность (например, синхронность) в работе компо­нентов системы.

Конкретные величины, характеризующие признаки оптимальных условий для тех или иных функций, зави­сят от тренированности оператора, его возрастных, типо­логических и индивидуальных особенностей. В этой свя­зи перед инженерной психологией возникает вопрос о создании системы эффективных и экономных методов определения оптимальных условий для деятельности че­ловека, решение которого предполагает тесный контакт с другими областями психологии и физиологии. Важным является также выяснение соотношений между величи­нами, характеризующими минимум, оптимум и макси­мум.

Попятно, что средства отображения, органы управле­ния и рабочее место оператора в целом должны разра­батываться с таким расчетом, чтобы обеспечить опти­мальные условия проявления психических и физиологи­ческих функций человека, поскольку именно при этих условиях достигаются наиболее высокая эффективность, точность и надежность его деятельности, а следователь­но, и работы всей системы «человек — машина». Таким образом, практическая задача согласования характери­стик технических устройств с особенностями человека-оператора, стоящая перед инженерной психологией, вы­ступает и как задача оптимизации условий его дея­тельности.

²

АНАЛИЗАТОРЫ ЧЕЛОВЕКА (ЧУВСТВУЮЩИЕ ПРИБОРЫ)

Анализатор. Его строение и функции. Одним из пунктов непосредственной связи человека и машины в си­стемах управления является -связь «индикационное устройство — анализатор». Именно здесь осуществляет­ся передача информации от машины к человеку.

Чтобы сигнал, несущий информацию о состоянии управляемого объекта, был .принят человеком, он прежде всего должен быть преобразован в такую физическую форму, которая могла бы быть отражена в человеческих ощущениях.

Поэтому три разработке и конструировании индика­торов первоочередным является вопрос о выборе физи­ческого алфавита сигнала. В качестве такого алфавита могут быть использованы оштпческие, акустические и не­которые другие материальные процессы и их свойства. Выбор физического алфавита из ряда возможных опре­деляется тем, насколько каждый из них обеспечивает не­обходимую полноту описания состояний регулируемого объекта. Поэтому сигналы, несущие информацию чело­веку, оцениваются в двух взаимосвязанных аспектах. Один из «их — это отношение физического процесса, во­площающего сигнал, к отображаемому событию. В этой связи рассматривается вопрос о том, позволяет ли данный физический процесс или его определенное свойство дать изоморфное отображение события, т. е. другого физиче­ского процесса или его свойства, а если позволяет — то насколько полно. Второй аспект — это отношение физи­ческого алфавита сигнала к возможностям анализато­ров. При этом решается вопрос, какой из анализаторов

107

наиболее целесообразна использовать для приема опре­деленной информации и насколько точно выбранный анализатор может отражать свойства процессов, вопло­щающих сигналы.

Хорошо известно, что далеко не все процессы, могу­щие выполнять роль материальных носителей информа­ции, способны при непосредственном воздействии на ана­лизаторы человека вызвать ощущения. Так, па «шкале» электромагнитных волн лишь незначительная часть за­нята так называемым видимым спектром. Этот спектр находится между границами инфракрасных и ультра­фиолетовых лучей и охватывает электромагнитные волны длиной от 380—400 до 750—780 ммк. Зрительные ощу­щения возникают только при воздействии этих волн. Если иметь в виду, что вся известная современной науке «.шкала» электромагнитных колебаний простирается от 10~¹³ до 10⁷ см, то ясно, что участок видимого спектра ничтожно мал.

Диапазон звуковых волн, вызывающих слуховые ощу­щения, также сравнительно невелик. Человек адекватно отражает частоту колебаний волн от 16—20 до 20 000— 22 000 гц. Звуковые волны, частота которых лежит за пределами этого диапазона (инфразвуки и ультразвуки), не вызывают слуховых ощущений. По данным Бекеши, инфразвук с частотой менее 15 гц при достаточной ин­тенсивности вызывает ощущения «прикосновения» или «покалывания в ухе», по не слуховые ощущения. Уль­тразвуки также могут иногда вызывать неадекватные ощущения. Так, операторы, обслуживающие ультразву­ковые сирены, отмечают, что при приближении к сирене у них возникают «холодообжигающие ощущения» в по­лости рта и носа [411]. Правда, инфразвуки являются адекватными стимулами вибрационной чувствительно­сти, по и она имеет свои границы.

Диапазон воздействий, отражаемых другими анали­заторами, также сравнительно невелик и занимает не­большую часть той «естественной шкалы» физических величин, которая используется современной техникой.

Между тем человек получает информацию о многих процессах, которые не вызывают непосредственных ощу­щений. Это стало возможным благодаря созданию изме­рительных приборов, как бы «удлиняющих» анализато­ры человека. Как отмечает Т. Павлов, в процессе исто-

108

рмчеокого развития формируются системы «орган-{-ору­дие», обогащающие возможности человеческого позна­ния [251]. Естественнобиологические функции анализа­торов плюс «удлиняющие» их орудия формируют новые, свойственные только человеку способы познания объек­тивной действительности. Вместе с тем изменение спосо­бов познания оказывает определенное влияние и на есте­ственнобиологические функции анализаторов. Системы «орган + орудие» являются специфическим для человека условием развития чувствующих приборов мозга. Одна­ко эти системы не создают новых и не заменяют естест­венно сложившихся видов чувствительности. Они лишь превращают одни виды энергии и формы движения ма­терии в другие и тем самым создают чувственно доступ­ные, ощущаемые сигналы о неощущаемых явлениях. Си­стема «индикационное устройство—анализатор» являет­ся частным случаем таких систем.

Одним из основных условий эффективности прибо­ров, используемых для передачи информации человеку (в том числе и индикационных устройств), является со­гласование свойств производимых ими сигналов с харак­теристиками анализаторов.

Любой анализатор состоит из трех главных частей: 1) рецептора, 2) проводящих нервных путей, 3) -мозго­вого конца, или центра, в коре больших .полушарий го­ловного мозга.

Основной функцией рецептора является превращение энергии действующего раздражителя в нервный процесс. Условием возникновения нервного процесса является фи­зическое взаимодействие рецептора с предметом-раздра­жителем. При этом для работы каждого вида рецепто­ров характерной является такая форма взаимодействия, в которой проявляются определенные свойства вещей, составляющие содержание ощущений соответствующей модальности. Таи<, условием возбуждения тактильных ре­цепторов является механическое взаимодействие с пред­метами (трение, давление), т. е. то, в котором проявля­ются твердость, упругость, пластичность и другие подоб­ные свойства, именно они и отражаются в та'ктильных ощущениях. В нормальных условиях рецепторы глаза возбуждаются тогда, когда па сетчатке возникает опти­ческое отображение тех свойств предмета, которые про­являются при воздействии па пего лучистой энергии. Эти

109

свойства и составляют содержание зрительных ощуще­ний.

Одной из показательных характеристик реакции ре­цептора на внешнее воздействие являются изменения его электрической активности. По данньш электрофизио­логии изменение потенциалов точно следует за измене­нием раздражителя, как бы котируя его. Та-к, Дж. Грей показал, что амплитуда п частота электрических пмнуль-со-в, которые возникают в тактильном рецепторе, зави­сят от величины и скорости перемещения контактирую­щего с ним раздражителя [402]. Согласованность состоя­ний рецептора со свойствами раздражителя является необходимым условием его правильного отражения, т. е. адекватности ощущения.

Вход рецепторов приспособлен к приему только опре­деленных видов воздействия, по его выход посылает сиппалы, по своей природе единые для любого входа и выхода нервной системы. Это позволяет рассматривать рецепторы как устройства, осуществляющие кодирова­ние информации. Благодаря кодированию воздействия на вход рецептора преобразуются в некоторые универ­сальные для всей нервной системы сигналы. По своему характеру «нервный код» у высших животных и челове­ка является частотно-импульсным.

Вторая часть анализатора -проводящие пути--осу­ществляет передачу нервных импульсом через ряд ин­станций нервной системы в кору головного мозга.

Мозговой конец анализатора состоит из ядра и рас­сеянных по коре головного мозга элементов. Ядро, обра­зованное массой нервных клеток, находится в той обла­сти коры головного мозга, куда входят проводящие пу­ти от рецепторов. Так, ядро зрительного анализатора расположено в затылочных долях, слухового — в височ­ных, кожпо-механическо'го — в области задней централь­ной извилины и т. д. Рассеянные элементы каждого ана­лизатора находятся за пределами его ядра, они входят в области, смежные с ядрами других анализаторов. Мозговые концы разных анализаторов переслаиваются (см. рис. 9).

Опытами И. П. Павлова и его сотрудни/ков было установлено, что ядра анализаторов осуществляют са­мый топкий и высший анализ внешних воздействий. При разрушении ядра зрительного анализатора теряется

110

предметное зрение, т. е. способность различать предме­ты; пр'и разрушении слухового не различаются сложные сочетания звуков. Однако способность различения света и отдельных звуков в этих случаях не нарушается, что объясняется сохранностью рассеянных элементов [250]. Благодаря рассеянным элементам обеспечивается участие в каждом отдельном ощущении большей части всей коры и образование между анализаторами вре­менных нервных связей, которые лежат в основе ассо­циаций ощущений, разных по модальности.

По современным данным, связь между рецепторами и мозговым концом анализаторов является двусторон­ней. Это было прежде всего установлено в исследова­ниях деятельности кинестетического анализатора, а за­тем и других. Двустороппость связей обнаружена во М1П0ГИХ экспериментальных исследовалиях, показавших, что функционирование рецепторов изменяется под влия­нием не только внешних воздействий, по также и им­пульсов, идущих от мозгового конца анализаторов. Это особенно отчетливо выявляется в фактах образования так называемые сенсорных рефлексов. Существование обратных связей подтверждается также гистологически­ми данными. Волокна, идущие от центра к периферии, были открыты в составе проводящих путей всех анализа­торов.

Таким образом, анализатор представляет собой си­стему, включающую прямые и обратные связи, что обес­печивает его саморегуляцию.

В основе механизма работы анализатора лежит ре- ' флекторпое кольцо. Мозговой кюпеп не является послед­ней инстанцией нервных импульсов, возникающих в ре­цепторе. Достигнув коры и подвергшись здесь опреде­ленной обработке, преобразованные импульсы вновь воз­вращаются к рецептору. Есть основания полагать, что кольцевой механизм интимно связан с формированием психического изображения (ощущения и восприятия). Благодаря обратной связи в рецепторах, по-видимому, осуществляется воспроизведение того исходного состоя­ния, которое возникает при их взаимодействии с раздра­жителем. Это воспроизведение, являясь эффектом вну-триапализаторного рефлекса, представляет собой деко­дирование нервных импульсов, Рецептор выполняет, та­ким образом, функции не только кодирования, но и де-

111

кодирования, являющегося необходимым условием по­строения предметного изображения.

Характернейшей особенностью анализаторов челове­ка и высших животных является парность одноименных органов чувств (бирецепция). Вопрос о бирецапции по существу является лишь частью более общей проблемы парной работы -полушарий, впервые 'поставленной Н. Е. Введенским [52]. Введенский обратился к анализу парной работы полушарий в связи с изучением так на­зываемых «психомоторных центров». Значение этой про­блемы для теории анализаторов было экспериментально показано И. П. Павловым [250]. Вопрос о роли парности анализаторов в процессе чувственного отражения около двадцати лет изучается Б. Г. Ананьевым и его сотруд­никами. Эти исследования обобщены в ряде работ [4—8]. Физиологические и психологические данные показы­вают, что взаимодействие полушарий — это процесс, в котором фазы иррадиации возбуждения (и торможе­ния) сменяются фазами индукции, и наоборот. При этом смена фаз взаимодействия определяется конкретными условиями деятельности анализаторов.

Парность анализаторов является одним из основа­ний высокой надежное т и их р а боты. Б л а года р я ей в нормальных условиях восприятия происходит дубли­рование и взаимный контроль сигналов, поступающих от каждото из парных рецепторов. Можно 'полагать, что взаимодействие полушарий является механизмом сличе-. ния дублированных сигналов. По-видимому, оно служит j средством борьбы с искажениями и потерями информа-; ции, неизбежно возникающими в процессе ее передачи _ по нервным каналам. В затрудненных условиях восприя­тия или при нарушении одной из сторон анализатора благодаря парности обеспечивается замещение выклю­ченных элементов. Следовательно, в анализаторных си­стемах действует тот же принцип дублирования, кото­рый применяется в современной технике для повышения надежности работы машин и который представляет со­бой по существу не что иное, как моделирование одной из особенностей нёрвно-мозговых механизмов, естествен­но сложившихся в ходе эволюции.

Однако этим не⁴ ограничивается значение парности в деятельности анализаторных систем.

Функционирование правой и левой сторон анализа-

112

тора не является полностью идентичным и синхронным. Фактически сигналы дублируются только частично. Во, кроме этого, каждая пара рецепторов принимает и пере­дает в мозговой конец массу нсдублированных сигналов. Благодаря сопряженной работе сторон анализатора «снимается» некоторая новая информация, недоступная каждой из них в отдельности, т. е. повышается «пропу­скная способность». Это проявляется в увеличении как объема принимаемой информации, так и скорости ее обработки.

Особенно велико значение взаимодействия сторон парных анализаторов в отражении пространства. По су­ществу бирецшция — это специальное приспособление чувствующих аппаратов мозга, служащее для простран­ственного различения [4].

Важную роль в отражении пространственных свойств предметов играет функциональная асимметрия, которая, как показывают исследования Ананьева и его сотрудни­ков, характерна для всех парных анализаторов. Было обнаружено, что одна из сторон анализатора является в определенном отношении ведущей, доминирую­щей. Оказалось также, что функциональная асиммет­рия неоднозначна. Так, глаз, ведущий по остроте зрения, может быть неведущим по прицельной способно­сти или величине поля зрения и т. д. При этом отноше­ния между сторонами анализатора являются динамич­ными. Так, при малом угле зрения у большинства людей в роли ведущего по прицельной способности вы­ступает правый глаз, по при увеличении угла зре­ния эта роль переходит к левому глазу. Аналогичная многообразность и динамичность функциональных асимметрий была обнаружена в исследованиях осязания, кожной рецепции, вибраторной рецепции, слуха, обо­няния.

Экспериментальные данные показывают, что функци­ональная асимметрия в работе парных рецепторов имеет условнорефлекторный характер и изменяется в зависи­мости от пространственных условий ощущения и воспри­ятия. Условнорефлектор'ная природа функциональной асимметрии свидетельствует о неразрывности основных нервных механизмов: механизма анализатора и меха­низма временных связей. Последний являясь относи­тельно самостоятельным, оказывается в то же время и

8—228G **³

компонентом механизма анализатора. Этим достигает­ся единство анализа и синтеза в процессах чувственного отражения.

Изучение механизмов работы парных анализаторов представляет исключительный интерес для решения за­дач инженерной психологии. Оно важно для определе­ния оптимальных пространственных признаков сигна­лов, подаваемых па сенсорный «вход» оператора, и ра­циона льното размещения органон управления. Знание природы бирецепции необходимо для создания «эффек­тов пространства» (таких, как стереоскопический и сте­ре офопический эффекты), все более широко применяе­мых б различных областях современной техники. Нако­нец, особенно важно подчеркнуть значение изучения ме­ханизмов работы парных анализаторов для определения оптимальных способов передачи чел опеку информации, обесточивающих высокую надежность ее приема.

Чувствительность. Основной характеристикой анали­затора является чувствительность. Она определяется двумя величинами. Первая из них — это тот отрезок кон­тинуума стимулов, воздействие которых вызывает ощу­щения данной модальности. Как отмечалось, далеко не всякий раздражитель, воздействующий на анализатор, вызывает ощущение. Чтобы оно возникло, интенсивность раздражителя должна достигнуть некоторой определен­ной величины. Известно также, что с увеличением ин­тенсивности раздражителя наступает момент, когда ана­лизатор перестает работать адекватно. Всякое воздейст­вие, превышающее по интенсивности некоторый предел, вызывает боль и нарушает деятельность анализатора. Интервал от минимальной до максимальной адекватно ощущаемой величины определяет диа/п-азон чувствитель­ности анализатора, или, образно говоря, «размер его шкалы».

Минимальную величину раздражителя, вызывающую едва заметное ощущение, принято называть нижним аб­солютным поротом чувствительности, максимальную — верхним абсолютным порогом. По нижнему порогу судят об абсолютной чувствительности анализатора к интен­сивности раздражителя. Она выражается величиной, об­ратно пропорциональной порогу:

Я = -т~, (17)

114

где Е — чувствительность;

/ — ■пороговая величина раздражителя. Другой величиной, характеризующей чувствитель­ность анализаторов, является дифференциальный порог, или порог различения. Он определяется минимальным различием между двумя раздражителями, которое вызы­вает едва заметное различие ощущений. По эксперимен­тальным данным необходимо определенное соотношение между иптепсивпостями двух раздражителей, чтобы они были отражены в ощущениях как различные. Величина, которую надо прибавить к уже действующему стимулу, чтобы у субъекта возникло ощущение прироста интен­сивности, зависит от его исходной величины. Вебср пред­ложил закон, согласно которому отношение прибавки к величине исходного стимула константно

-7-=*:, (is)

где / — величина исходного стимула;

Л/ — величина приращения интенсивности стимула, соответствующая минимальному различению.

Однако в более поздних исследованиях было пока­зано, что этот закон справедлив лишь по отношению к средней части всего континуума стимулов, вызываю­щих ощущения данной модальности. По мере 'приближе­ния к абсолютным порогам (как нижнему, так и верх­нему) это отношение изменяется. Фехнер, Гельмотольц и другие висели уточнение в закон Вебера, позволяю­щее учитывать те изменения в отношениях прибавки к исходному стимулу, которые происходят в области, близкой к абсолютным порогам. Это уточнение недавно вновь подчеркнуто Дж. А. Миллером [по 406]:

^Л/ =*, (19)

/ + /.,

где Д/ — величина приращения интенсивности стимула, соответствующая минимальному различению; / — величина исходного стимула; /_г— небольшое прибавление к /. Из сказанного ясно, что зависимость между изме­нениями интенсивности стимула и вызываемого им ощу­щения не может быть линейной. Уже ранние поихофизи-

о* 115

ческие исследования показали, что ощущения изменяют­ся гораздо медленнее, чем растет сила раздражителя. Фехнер сформулировал закон, согласно которому при возрастании силы раздражителя в геометрической про­грессии интенсивность ощущения возрастает в арифме­тической прогрессии:

E = KlgI + C, (20)

где Е — интенсивность ощущения;

/ — интенсивность раздражителя; К и С — константы.

Закон, выраженный в этой формуле, называют ос­новным психофизическим законом. Однако он, как по­казывают экспериментальные данные, не универсален и имеет лишь приближенное значение. С. С. Стивене и X. Дэвис, исследуя слух, установили, что, хотя зависи­мость между изменениями интенсивности звука и ощу­щения громкости и не является линейной, ощущение громкости все же изменяется с ростом интенсивности значительно больше, чем шолагал Фехнер, Гельмогольц и др. [по 406].

Отклонения от основного психофизического закона связаны с изменениями чувствительности анализатора, происходящими под влиянием мшогих факторов, в том числе и 'под влиянием действующего в данный момент раздражителя. Для корректировки отклонений Дж. К. Стивене и С. С. Стивене предложили при опре­делении отношения между интенсивностью раздражи­теля и величиной ощущения учитывать абсолютный по­рот чувствительности в данных условиях. По их мнению, этот порог является «физиологическим .нулем», относи­тельно которого нужно оценивать интенсивность дейст­вующего раздражителя [481]. На основании большого экспериментального материала, полученного 'При изуче­нии ощущений громкости, яркости, вибрации, тепла и холода, они предложили новую формулу психофизиче­ского закона, согласно которой

/ = /<(0-0„)'\ ' (21)

где/ — субъективная величина, т. е. величина ощуще­ния;

116

0 — интенсивность стимула;

0о—абсолютный порог, действующий в данных усло­виях;

К — константа;

п — показатель степени.

Как известно, значение абсолютного порога изменяет­ся в зависимости от таких факторов, как адаптация и маскировка. Так, «физиологический нуль» (0_О) темпера­турной чувствительности возрастает при повторных воз­действиях тепла на кожу руки, но падает при воздейст­виях холода. Под влиянием адаптации меняются также К и п. В экспериментах было 'показано, что при адап­тации глаза к темноте показатель степени равен 0,33, но при адаптации к свету он возрастает до 0,45.

Предложенная формула позволяет при определении интенсивности ощущений учитывать не только величину раздражителя, по и функциональное состояние анали­затора.

Основной психофизический закон выражает отноше­ние между объективными величинами раздражителя и субъективными величинами, характеризующими ощуще­ния, т. е. между объективными и субъективными пере­менными. Фехнер впервые попытался представить вели­чину ощущения как функцию от величины раздражителя, и это является его большой заслугой. Однако, соотнося континуум ощущении с континуумом раздражителен (стимулов), он исходил из предположения, что едва за­метные различия раздражителей субъективно равны. Но как только что говорилось, последующие работы пока­зали, что это не так. Благодаря многолетним исследова­ниям С. С. Стивепса, его сотрудников и последователей удалось найти, что психофизические отношения доста­точно точно описываются степенной функцией. Это ока­залось справедливым для 20 изученных континуумов, и пока не обнаружено ни одного исключения (С. С. Сти­вене [478, 479], Стивене и Е. X. Галаитер [480], Г. Экмаи [381, 382] и др.). В качестве примера на рис. 18 приве­дены графики, характеризующие зависимость субъек­тивно ощущаемой яркости световых раздражителей от его интенсивности для восьми длин воли (по Г. Экмаиу [381, 382]).

Стивене разработал методику так насыпаемого прямого шкали­рования, заключающуюся кратко в следующем: испытуемому предъ-

117

является некоторый раздражитель, величина которого принимается за 100 (стандартный раздражитель); затем дается серия других раздражителей, величины которых испытуемый должен оценить по отношению к стандарту. Полученная система оценок рассматривает­ся как некоторая субъективная шкала. Соотнося ее с объективными величинами раздражителей, устанавливают вид функциональной за­висимости.

Продолжая работы по изучению субъективных шкал, сотрудник Г. Экмана Гоуде показал, что они обладают свойством аддитивности.

627м мк

595

649

672

и

0 5 W 15 0 5 10 15

Интенсивность сбета

Рис. 18. Зависимость субъективной яркости от интенсив­ности светового раздражителя для волн разной длины (471, 459, 502, 554, 027, 010, 072 ммк) (по Г. Экмапу).

Для понимания психофизических отношений весьма важно четко определить тот закон, которому подчиняет­ся процесс трансформации раздражения в ощущение. Пока в этом направлении делаются лишь первые шаги. Исходя из тогд, что величины реакций рецештора часто находятся в л о г а р и ф м -и ч е с к о и зависимости от ин­тенсивности раздражения, а конечный субъективный результат (ощущение) является его с т спеши ой функ­цией, Экман предположил, что протсос трансформации раздражения в ощущение может быть описан антилога-риф'мичеокой функцией от реакций рецептора.

По мнению ряда исследователей (Бекеши, С. С. Сти­вене, Фолькман и др. [по 406]), процесс различения име­ет «ювантовый» характер. При постепенном увеличении интенсивности стимула ее приращение ощущается лишь в момент достижения пороговой величины. Изменение интенсивности ощущения является с этой точки зрения

118

п р е р ы в и с т ы м, хотя б>ы стимул и изменялся непре­рывно. Различение изменений стимула по своему харак­теру подобно «операции квантования». Минимальное ощущение различия, соответствующее Д/, выступает в роли своеобразного «кванта», по величине которого можно определить степень приближения динамики ощу­щения к «кривой» изменения интенсивности раздражи­теля.

Обычшо дифференциальная чувствительность оцени­вается ¹по величине изменения интенсивности раздражи­теля, которое происходит за «бесконечно малый интер­вал времени (мгновенно)». При таком подходе влияние скорости изменения раздражителя на ощущение разли­чия не учитывается. Между тем, как показывают экс­периментальные данные, величина дифференциального порога существенно зависит от скорости, с которой про­исходят изменения интенсивности раздражителя.

Рассматривая зависимость ощущения от раздражи­теля, изменяющегося во времени, В. Валтер предложил понятие динамического порога дифференциальной чув­ствительности [493]. По Валтеру, изучавшему различение интенсивности света,

AD, = AS(l + -₁^_r), (22)

где ДО; — величина динамического порога в данных условиях; Д5 — величина статического порога, которая оце­нивается по едва ощущаемому различию из­менения интенсивности, происходящего за «бесконечно малый интервал времени»; Vi — скорость изменения интенсивности раздражи­теля в данных условиях; ^о—пороговая скорость изменения интенсивности. Отсюда следует, что при «бесконечно большой скоро­сти» изменения интенсивности раздражителя динамиче­ский щорог стремится к статическому. С уменьшением скорости его величина возрастает.

Чтобы вызвать едва заметное ощущение различия ин­тенсивности раздражителя, изменяющегося во времени, величина прибавки должна соответствовать отношению, выраженному в приведенной формуле. Чем медленнее

119

происходят изменения, тем большей должна быть эта величина, и наоборот. В том случае, если величина прибавки меньше динамического порога, человек не ощу­щает (не различает непосредственно) изменений раздра­жителя. Он может судить о них лишь на основе сопо­ставления текущего состояния воспринимаемого раздра­жителя с образами, сохраняющимися в памяти. Но в этом случае в процесс отражения изменения раздра­жителя включаются новые механизмы.

Продолжая сравнение анализатора с измерительным прибором, можно сказать, что если абсолютные пороги определяют общую длину «шкалы анализатора», то диф­ференциальный --величину ее «делений». Абсолютная чувствительность характеризует границы вход,а чувст­вующих приборов мозга, а различительная — их «разре­шающую способность».

Классическая психофизика XIX века связывала пред­ставление о порогах и чувствительности органов чувств только с характеристикой интенсивности ощущаемых раздражителей, т. е. судила о порогах лишь .по величине эшергии воздействия, вызывающей ощущение. Позднее возникли понятия пространственного и временного по­рогов (как абсолютного, так и дифференциального), по­скольку эксперименты показали, что возможность воз­никновения ощущений определяется не только интенсив­ностью раздражителя, но также ого пространственными особенностями и временем воздействия на анализатор. Временной порог измеряется длительностью воздей­ствия, необходимой для того, чтобы возникло ощущение. Его величина определяется в основном тем временем, которое требуется для приема сигнала и его циркуляции в рефлекторном кольце анализатора.

Пространственный порог определяется по минималь­ным размерам едва ощущаемого (или различаемого) раздражителя, его расстоянию от рецептора (если речь идет о дистант-анализаторах), положению в сенсорном поле и той площади^рецепторной поверхности, на кото­рую воздействует раздражитель. Более подробные дан­ные о пространственной и временной характеристиках работы разных анализаторов будут приведены позднее. Сейчас мы лишь отметим, что интенсивностные (энерге­тические), временные и пространственные параметры процессов ощущения выступают в единстве.

120

Пороги дифференциальной чувствительности харак­теризуют предельные возможности анализаторов (ми­нимум) и поэтому не могут служить непосредственным основанием для расчетов допустимой длины физическо­го алфавита сигналов. Здесь, очевидно, нужно пользо­ваться величинами, характеризующими не минимальную, а 'некоторую оптимальную различимость сигна­лов.

В этой связи в инженерной психологии вводится поня­тие «оперативный порог» (М. А. Дмитриева [96, 97], Б. Ф. Ломов [202, 205, 207, 435], Медведев В. И. [233]). В многочисленных экспериментальных исследованиях установлено, что с увеличением дивергенции (интервала различия) какого-либо ощущаемого признака сигналов скорость и точность различения возрастают. Та наи­меньшая величина дивергенции, при достижении кото­рой скорость и точность различения достигают макси­мального значения, определяется как «оперативный порог», или, точнее, «порог оптимального различе­ния».

В качестве примера приведем данные М. А. Дмитрие­вой, изучавшей зависимость скорости переработки информации человеком от величины различия между па­рами линий по длине. Испытуемым в случайном поряд­ке предъявлялась пара линий, как равных, так и различ­ных по длине; при этом интервал различия изменялся от пороговой величины до величины, превышающей поро­говую в 30 раз. Если испытуемый считал линии равны­ми, то нажимал одну кнопку, если неравными — то дру­гую. Регистрировалось время реакций и оценивалась скорость переработки информации, которая является ин­тегральным показателем, так как объединяет в одной величине и скорость, и точность ответов, а следователь­но, и различения.

Полученные экспериментальные данные приведены на рис. 19. Они показывают, что вначале с увеличением интервала различия скорость переработки информации возрастает, но лишь до некоторого уровня. При дости­жении величины интервала, превышающей различие, со­ответствующее дифференциальному порогу в 10—12 раз, ее дальнейшее увеличение уже не даст прироста скоро­сти переработки информации. Это и есть величина поро­га оперативного различения.

121

Аналогичные данные были получены С. И, Бутовой и М. А. Дмитриевой при изучении различения размеров простых геометрических фигур (круга, треугольника, ромба).

Получены также данные, характеризующие «лорош оптимального различения» скорости движущихся меток (Водлозеров В. М. [56]), яркости световых стимулов

и,ь

5|^

^ О

^fr^trry,

16 го

28

Величина различия, S^^j

Рис. 19. Зависимость скорости переработки ин­формации от величины различия между линиями (по М. Л. Дмитриевой).

где п — интервал различия признака, i—величи­на различия, соответствующая дифференциально­му порогу. Точки а — величина «оператиппого порога».

(Чуприкова Н. И. [326]) и некоторых других признаков одномерных визуальных сигналов.

Ближайшей задачей работ, ведущихся в этом направ­лении, является измерение порогов оптимального раз­личения для многомерных стимулов.

Как отмечалось выше, анализатор является самона­страивающейся системой. Один из важнейших моментов настройки — это адаптация, т. е. регуляция диапазона чувствительности в соответствии с условиями деятель­ности анализатора. Как известно, рецепторы получают на вход раздражения, интенсивность которых может из­меняться па несколько порядков (примерно в К)¹⁰ раз). На выходе же нервных волокон может воспроизводить-

122

ся только до 28 ступеней интенсивности. Между тем ана­лизатор в состоянии различать число ступеней, превос­ходящее указанную величину во миого раз. Эти проти­воречия были бы непонятны, если бы чувствительность анализатора являлась неизменной. Однако механизмы настройки изменяют чувствительность, обеспечивая ее приспособление к конкретным условиям. Благодаря адаптации самая крутая часть характеристики чувстви­тельного э'лемqhта попадает каждый раз именно в об­ласть действующей интенсивности раздражителя (О. Ранке [269]). Адаптация чувствительных приборов осуществляется рефлектор но, по принципу обратной свя­зи. В основе ее механизма лежит сложная система реф­лексов (Е. Н. Соколов [293]).

Адаптация характеризуется величиной изменения (повышения или понижения) чувствительности и време­нем, и течение которого оно осуществляется. Для раз-пых анализаторов эти показатели различны.

Наиболее значительна величина адаптации в зри­тельном анализаторе. Чувствительность глаза может измениться примерно в 2ХЮ⁸ раз. Время адаптации занимает несколько десятков минут. Так, при темповой адаптации ^[ чувствительность достигает некоторого оп­тимального уровня на 30—40-й минуте. Кривая адапта­ции глаза приведена на рис. 20. Как видно, вначале чувствительность возрастает быстро, примерно на 10-й минуте отмечается замедление адаптации; затем — вновь быстрый рост чувствительности, который постепенно ста­новится все более медленным. Временная задержка адаптации обусловлена перестройкой механизма зре­ния: переключением от дневного (кол б очкового-) зрения к сумеречному (палочковому).

Исследования П. О. Макарова показали, что в про­цессе адаптации изменяются не только интенсивностный, но также временной и пространственный пороги. При этом общий характер «кривых» адаптации по всем трем показателям одинаков, по тонкая динамика изменений чувствительности по каждому из них различна [228].

¹ В зрении различают две формы адаптации: темповую, кото­рая происходит при переходе от света к темноте и заключается в по­вышении чувствительности зрительного аппарата, и световую, кото­рая наблюдается при переход⁰ от темноты к свету и состоит в по­нижении чувствительности.

123

Настройка анализатора не сводится к адаптации. Существенное место в ней принадлежит межанализатор­ным связям (см. стр. 157—162).

Важную роль в настройке анализатора играет так­же его проприомускулярный аппарат. Изменяя положе­ние рецептора относительно раздражителя, этот аппарат тем самым изменяет и эффективность действия раздра-

О 10 20 30 40

В рем л пребывания в темногпи_гмин

Рис. 20. Семейство кривых, характеризующих темповую адап­тацию глаза (по А. Чапанису): ТК — адаптация к темно-красному цвету; КО — к красно-оранжевому; Ж — к желтому; 3 — к зеленому; Б — к белому; Ф — к фиолетовом у.

■ жителя. Так, известно, что разные участки сетчатки об­ладают разной чувствительностью. В процессе рассма­тривания какого-либо объекта глаз поворачивается та­ким образом, чтобы проекция объекта попадала на наи­более чувствительную часть. Этим создаются оптималь­ные условия различения. Ту же функцию выполняют не только движения воспринимающего аппарата, но и об­щие движения организма (поворот головы и тела в сто­рону раздражителя).

Перечисленные механизмы настройки анализатора обеспечивают избирательность в приеме сигналов К Бла­годаря их действию воспринимающая система каждый

¹ Отметим, что п л стройка по, исчерпывается только механизмами адаптации, взаимодействия анализаторов и работой проприомуску-лярного аппарата, но они играют основную роль. Подробный анализ механизмов настройки дается в работе Е. Н, Соколова [2931,

124

раз «выбирает» такую «.полосу пропускания», которая является оптимальной в данных условиях по отноше­нию к данным раздражителям. Таким образом, чувстви­тельность анализатора выступает как динамическая ха­рактеристика; ее диапазон изменяется с изменением дей­ствующего раздражителя.

Избирательность, являясь условием формирования адекватных ощущений, вместе с тем выступает как сред­ство борьбы с помехами, т. е. обеспечивает высокую по­мехоустойчивость анализатора. Это можно продемонст­рировать на примере световой адаптации глаза. Каждо­му хорошо известно, что при выходе из темной комнаты на улицу, освещенную солнцем, человек в первый мо­мент ничего не видит, кроме залитого светом простран­ства. Яркий солнечный свет выступает как помеха, «за­бивающая» все другие сигналы. Но благодаря адапта­ции чувствительность глаза приходит в соответствие с интенсивностью света, отбрасываемого окружающими предметами, которые становятся видимыми. Здесь адап­тация обеспечивает амплитудную избирательность.

Работой проприомускулярного аппарата создается п ростр а нет:в ен н а я избирательность, которая так­же является средством борьбы с помехами. Благодаря движению рецепторного звена анализатора восприни­маемый объект попадает в зону наиболее ясного разли­чения, что обеспечивает выделение его из окружающего фона. Фоновые же сигналы, которые могут быть поме­хой, попадают в зону грубого различения и, таким об­разом, как бы «срезаются». Если бы, например, глаз в каждый момент одинаково четко видел и объект вос­приятия и фон, то различение было бы затруднено, так как второстепенные сигналы (от фона) могли бы «за­бить» основные (от объекта).

Средством повышения помехоустойчивости анализа­тора является также дублирование сигналов, обеспечи­вающее вероятностную избирательность. Важная роль здесь принадлежит движениям воспринимающих аппаратов и бирецешции.

Как средство повышения помехоустойчивости в работе анализаторов используется также и временная изби­рательность. В стереотипных условиях, благодаря обра­зованию рефлексов на время, ход изменений чувстви­тельности становится также стереотипным: она новы-

125

шаетси к моменту действия или изменения сигнальных раздражителей и падает в интервалах между ними. При­мером этого могут служить суточные колебания чувст­вительности зрительного аипарата. Таким путем созда­ются в нужный мо;мент оптимальные условия для прие­ма сигналов и ослабляется действие помех.

Способы повышения помехоустойчивости, сложившие­ся в ходе эволюции, выступают в неразрывном единст­ве. Они являются одним ив оснований высокой надеж­ности работы анализаторов.

Из приведенного описания устройства и характери­стик анализаторов вытекают некоторые общие требова­ния к оформлению сигналов, адресованных человеку в системах управления.

Каково бы ни было качество сигнала (раздражите­ля), совершенно ясно, что он будет воспринят только в том случае, если его интенсивность превышает нижний порог абсолютной чувствительности. Но, как отмечалось, диапазон чувствительности анализатора достаточно ве­лик, и его отдельные участки (от нижней границы до верхней) имеют значительные различия. Надо также иметь в виду, что очень сильные раздражители наруша­ют работу анализаторов, приводят к значительным ис­кажениям в приеме сигналов. Поэтому при выборе ин­тенсивности следует ориентироваться на «средний уча­сток шкалы анализатора», па наиболее крутую часть его характеристик, так как именно она является опти­мальной.

Кроме того, оператор часто должен следить за изме­нениями сигналов, сравнивать их между собой по интен­сивности, длительности и т. д. Исходным (хотя и не единственным) условием решения этих задач является такая разница между сигналами пли ступенями их изме­нения, которая превышает величину дифференциального /порога. Здесь возникает необходимость учета «разре­шающей способности» анализаторов. С первого взгляда может показаться, что чем больше разница между раз­дражителями, тем лучше. Однако, как мы видели выше, нет необходимости увеличивать интервал различия меж­ду стимулами более, чем до величины, соответствующей порогу оптимального различения,

Важно также иметь в виду, что при чрезмерной раз­нице (например, при чрезмерном перепаде оовещелно-

126

сти) работа анализатора затрудняется, так ка>к сильный сигнал может подавить слабый. Кроме того, в этом слу­чае может возникнуть необходимость перенастройки анализатора. Например, при переносе взгляда с ярко-освещенной поверхности па тусклую или наоборот тре­буется время для адаптации глаза. Если переносы про­исходят часто, то развивается утомление. При резких перепадах интенсивности сигналов ошейка величины раз­личия между ними также затруднена. Из всего этого вытекает необходимость в каждом конкретном случае находить не только «оптимальный порог», но и ту опти­мальную зону, в которой различение сигналов осуществ­ляется с наибольшей точностью и скоростью. Сказанное относится не только к интенсивности, но также к разме­рам и длительности сигналов.

При определении общей длины физического алфави­та сигналов, с которыми должен работать оператор, важно определить общее число различаемых состояний сигнала и возможности их относительной оценки. На­пример, если в качестве физического алфавита исполь­зуется интенсивность света, то нужно определить, сколь­ко градаций интенсивности различает человек и при ка­ких условиях он считает, что данная интенсивность больше другой во столько-то раз. Как отмечалось, субъ­ективные переменные подчиняются не линейной, а сте­пенной зависимости от объективных. Это значит, что если один сигнал объективно больше другого, например, в два раза, то субъективно это отношение является иным. При разработке физического алфавита сигналов необходимо основываться па тех данных, которые на­коплены в современной психофизике по вопросу о за­висимости субъективных переменных от объектив-пых.

Особый интерес представляет вопрос о пространст­венном расположении индикаторов относительно орга­нов чувств. Необходимость постановки такого вопроса вытекает уже из того факта, что разные участки рецоп-торной поверхности анализатора обладают разной чув­ствительностью. Очевидно, наиболее важные и ответст­венные сигналы должны находиться в тех зонах сенсор­ного поля, которые соответствуют участкам с наиболее высокой чувствительностью. В этой связи важно учиты­вать также особенности бирсцопцшг

127

При оформлении индикационных устройств и орга­низации общих условий деятельности оператора необхо­димо иметь в виду динамику изменений чувствитель­ности анализатора в процессе работы. Так, если по ходу деятельности требуется темповая (или световая) адап­тация глаза, то сигнал должен подаваться с учетом ее величины и длительности.

Наконец, организация сенсорного поля оператора должна обеспечить условия для амплитудной, вероят­ностной, временной и пространственной избирательности в работе анализаторов.

Другой круг вопросов, возникающих при конструиро­вании индикационных устройств, касается выбора каче­ства сигнала, а следовательно, и модальности! анализа­тора. В этой связи необходимо остановиться на харак­теристиках основных видов чувствительности человека. Данные об интенсивностных, временных и пространствен­ных порогах различных анализаторов могут быть полез­ны при выборе процессов, несущих информацию челове­ку, их модулируемых параметров и типа модуляции ¹.

Зрение. Зрительная система представляет собой ком­плекс ряда чувствительных и настроечных аппаратов, согласованная работа которых необходима для адекват­ного отражения оптических стимулов. Основой этой системы являются собственно оптический анализатор, об­ладающий чувствительностью к лучистой энергии, и оку-ломоторный аппарат, обеспечивающий перемещение гла­за. В свою очередь перемещение глаза порождает кине­стетические (двигательные) ощущения, которые играют весьма важную роль в зрительном восприятии простран­ства.

Периферическая часть собственно оптического анали­затора (сетчатка) включает два типа рецепторов: так называемые палочки и колбочки. Первые являются ап­паратом ахроматического зрения, вторые — хроматиче­ского.

¹ В данной работе мы вынуждены ограничиться лишь самыми общими характеристиками системы анализаторов человека. Более подробные сведения имеются в работах Б. Г, Ананьева [4—7], Е. Ц. Андреевюй-Галанииой [9J, А. И. Бронштейна [34], С. М. Дио-■носова [94], Г. X. Кекчеева {146], С. В. Кравкова [1G0—161], С. Н. Ржевкииа [272], В. Н. Черниговского [324], С X. Бартли, X. Дэвиса, С. Пфаффмана, В. Л. Дженкинса, Г. Р. Вендта [406], С. С. Стивенса [478, 479] и др.

128

Абсолютная чувствительность зрения весьма высока. Так, по данным С. И. Вавилова, в условиях тем новой адаптации световые ощущения вызываются лучистой энергией, равной всего нескольким квантам [41].

Общая длина «шкалы» чувствительности оптического анализатора -представлена на рис. 21.

ш {

Рис. 21. Общая область оптических раздра­жителей, вызывающих зрительные ощущения

(по Бартли): ДЗ — дневное зрение (колбочки); СЗ — сумеречное зрение (палочки); / — нижний абсолютный порог; 2 — белая бумага при хорошем (для чтения) осве­щении; 3 — верхний абсолютный порог. Интенсивность: / — в ммкламб; II — в мкламб; III — в ламб; IV—в лог. мламб; V — в Об выше по­рога, / лажб = 0,3183 стильба, 0,3183 • К)-² св/кв.мм.

Дифференциальный порог чувствительности в сред­нем равен 0,01 исходной интенсивности стимула. В дей­ствительности, однако, он не является постоянной вели­чиной. С увеличением интенсивности исходного стимула дифференциальный порог уменьшается. Его величина зависит также от длины волны. В целом, при прочих равных условиях, чем длиннее волна, тем выше разно­стный порог (рис. 22).

9—2286

129

-г ~1 о 1 г з « интенсивность исходного стимула, 1

Рис. 22. Зависимость дифференциаль­ного порога от интенсивности исход­ного стимула (в логарифмических единицах) ,(по Гехту).

О сновной характеристикой хроматического, кол боч­ кового, зрения является чувствительность к длине свето­ вых волн. При равенстве энергии воздействующих волн различия их длин ощущаются как различия в цвете ис­ точников света или по­ верхностей предметов, которые его отражают. Глаз различает семь основных цветов и бо­ лее сотни их оттенков (ступеней цветности). С изменением длины ►волны извеняется и ка­ чество ощущений. Дли­ нам волн от 380 до 455 ммк соответствует ощущение фиолетового цвета, от 455 до 470— синего, от 470 до 500— голубого, от 500 до 540— зеленого, от 540 до 590— желтого, от 590 до 610—оранжево­ го, от 610 до 780— красного. Указанные границы являются

лишь лриблизительны-мы. В действительности 'переход от цвета к цве­ту плавный. Обычно считается, что цветовые ощущения вызывают­ся воздействием световых волн, имеющих длину в ин­тервале от 380 до 780 мм. Однако согласно новейшим данным этот интервал (диапазон обнаружения цветовых сигналов) охватывает длины волн от 300 до 1050 ммк [412].

С уменьшением интенсивности источника света отно­сительно некоторой оптимальной величины цветовой тон становится все менее и менее выраженным и при очень малой интенсивности теряется (сигнал становится ахро­матическим). Фотохроматический интервал, т. е. интер­вал между абсолютным порогом чувствительности и по­явлением ощущения цвета для длинных волн (более

130

примерно 660 ммк, красная часть спектра), мал или очень близок к нулю, для коротких он больше. При уве­личении интенсивности относительно оптимума цветовой тон меняется (феномен Бецольда—Брюкке), инвариант­ными по отношению к изменениям интенсивности оста­ются лишь основные цвета: голубой (470 ммк), зеленый (510 ммк), желтый (570 ммк). Изменение одной части спектра (фиолетовый и зеленовато-голубой) идет в сто-

\:

4SQ 500 МО 580 520

Длина волны, ммк

Рис. 23. Дифференциальный порог цветовой чувст­вительности (по С. В. Кравкову).

ро'ну приближения к голубому цвету, другой (оранже­вый и желто-зеленый) — к желтому. Впрочем, изменения невелики: от +5 до —15 ммк (по Дж. Игапу и Л. Пгет­ману [379]).

Дифференциальный порог цветовой чувствительности весьма мал. В желтом и голубем цветах спектра разни­ца длины волны, необходимая для различения цветно­сти (ДА,), может достигать 1 ммк.

Наиболее тонко дифференцируются глазо'м длины волн в районе 494 ммк (зеленовато-голубой цвет) и 590 ммк (оранжево-желтый). В средней части видимого спектра (зеленый цвет), а также в его концах (фиоле­товый и красный) дифференцировка цветности значи­тельно грубее (рис. 23) ².

Временной порог чувствительности ошти чес кого ана­лизатора и его зависимость от условий зрения изучены еще недостаточно. Разными авторами указываются раз­личные данные, варьирующие в пределах тысячных и со­тых долей секунды. Неоднозначность данных связана с тем, что измерение длительности действия световых раздражителей, необходимого для возникновения едва

¹ Несколько подробнее о цветовом зрении говорится в гл. 5. о* 131

300 200 100					I I
* so
^ 40
<5j	V
*§ го
$ в,
Ц
2
1
o,t	101	о,	Of 0,> \питель	f 1 ность,с	10 ек

заметного ощущения, осуществлялось разными авторами в разных условиях. По экспериментальным данным, ве­личина абсолютного временного порога зависит от ин­тенсивности одиночной вспышки света: чем о>на больше, тем меньше порог, и наоборот. Эта зависимость являет­ся линейной лишь в оп­ределенном диапазоне относительно высоких интенсивпостей (рис. 24).

Рис. 24. Зависимость временного

порога от интенсивности вспышки

(в относит, единицах) (по Блон-

дслю и Рею).

Временной пара­метр чувствительности оптического аппарата характеризуется также так называемой крити­ческой частотой мель­кания. Эта величина определяет границу ощущения прерывисто­го стимула. За ее пре­делом прерывистый стимул воспринимается как непрерывный; от­дельные ощущения от ряда оптических разд­ражителей, образую­щих прерывистый сти­мул, сливаются и субъективно выступают как образ не­прерывного стимула. Критическая частота мелькания, так же как и временной порог, зависит от интенсивно­сти светового воздействия. Экспериментально показано, что с увеличением интенсивности она увеличивается (рис.25).

К временному параметру зрительных ощущений относится и длительность сохранения остаточного¹, или инерционного, образа. Физиологам и психологам уже давно известно, что возникшее ощущение не исчезает в момент прекращения действия раздражителя, а сохра­няется еще некоторое время. Длительность инерции ощущения варьирует, по данным разных авторов, от 0,05 (Вундт) до 1 сек (Ма;к-Даугал). По данным Пьерона [460] и Сперлинга [474], она равна 0,16 сек. Надо пола­гать, что длительность инерции зрительного образа, как

132

-7 -6 -Ь-4 -3-2-1012 .3 Интенси8ность,лог мламд

Рис. 25. Зависимость критической

частоты мельканий от интенсивности

раздражителя (по Бартли),

и другие его характеристики, не является константной величиной, а варьирует в зависимости от условий зре­ ния и качеств оптического раздражителя. Это предпо­ ложение подтверждается данными А. В. Луизова, кото­ рый показал, что время инерции зрения зависит от ярко­ сти фона. При значительной яркости оно равно 0,05 сек, но с ее понижением возрастает, доходя до 0,2 сек. Луи- зов считает, что инер­ ция зрения является А важнейшим условием ' различения. За время инерции осуществляет­ ся усреднение световых воздействий на сетчат­ ку, необходимое для выделения полезного сигнала из шума (в частности, из шума, ко­ торый обусловливается квантовой флюктуаци­ ей света). С его увели­ чением растет и разре­ шающая сила глаза! [214].

Вопрос о пороге слия­ния световых мелька­ний, такжекаки во'прособ инерции зрения, приобретает особое значение при решении некоторых инженерных за­дач в двух вариантах. Первый вариант заключается в сле­дующем. При конструировании многих водов аппаратуры возникает необходимость того, чтобы человек не заме­чал прерывности оптических сигналов. Значит, их частота должна быть выше порога. Суть второго вариан­та такая: нередко мелькание света попользуется в ка­честве сигнала о том или ином событии; например, при 'появлении нового объекта на экране мелькания могут служить средством привлечения внимания оператора. В этом случае их частота должна быть ниже порота слияния световых мельканий.

Первый вариант является особенно важным для кон­струирования кино- и телевизионной аппаратуры. В те­левизионных системах, как известно, снятие одной точки длится примерно 0,1 мсек. В 1 сек вспышка этой точки

133

происходит примерно 25 раз. Если иметь в -виду, что при яркости в 314 апостильбов, которой обладает матово-белый экран, когда он облучается светом, пороговая ча­стота слияния мельканий равна 50 гц, то такая вели­чина оказывается значительно ниже пороговой (в два раза). Поэтому у зрителя возникает впечатление мерца­ния телеизображения. Нанесение на экран веществ, об­ладающих послесвечением (обычно с длительностью 0,04 се/с), снимает эффект мелыкан'ия, но лишь по отно­шению к фовеальному (центральному) зрению. Для 'пе­риферического же зрения порог слияния световых мель-калий выше. Значит, чтобы снять эффект мельканий полностью, нужно увеличить длительность послесвечения. Однако это может повести к другому нежелательному эффекту: изображения будут накладываться одно на другое, и у зрителя возникнет впечатление размытости контуров. Одним из наиболее действенных средств пре­одоления мелькания при телевизионном приеме является чересстрочная развертка изображения. Если, например, сначала передаются четные строки, а потом нечетные, то в целом изображение на экране будет изменяться 50 раз в 1 сек, хотя частота вспышек каждой точки останется прежней (25 раз в 1 сек). Возможна также раз-вертка через две строчки. Это еще более повышает впечатление устойчивости свечения экрана (Лахнер [426]).

В том случае, когда мелькания света иапользуются в .качестве сигнала, возникает вопрос о выборе опти­мальной частоты.

Применение мельканий только для привлечения вни­мания не требует ни различения частоты вспышек, ни оценки их числа. Здесь оптимальной является частота от 3 до 10 вспышек в 1 сек\ длительность каждой из них должна быть не менее 50 мсек ([363, 441], В. Е. Вудсон [502, 503]).

Однако в некоторых системах от оператора требуется хотя бы приблизительная оценка количества или часто­ты вспышек. Возможности чело(века давать такого рода оценки были экспериментально изучены Д. М. Форзитом и А. Чапанисом [362]. В их экспериментах испытуемым предъявлялись вспышки овета с частотой от 2,5 до 30 в 1 сек. Варьировались также длительность предъявле­ния дискретного сигнала и его местоположение в поле прения. От испытуемых требовалось, по возможности не

134

прибегая к счету, т. е. непосредственно визуально, оце­нить количество вспышек. В целом оказалось, что при частоте 2,5 вспышки в 1 сек оценка очень точна. Однако с увеличением частоты точность ответов падала. Обыч­ной ошибкой была недооценка количества вспышек (рис. 26). Можно полагать, что возможность оценки количества вспышек базируется на различении их часто-

2 4 6 8 10 12 /4 16 18 20" ' Количество предъявлен tib/л вспышек

Рис. 26. Зависимость оценки числа вспышек от их частоты (но Форзнту и А. Чапанису).

ты. Считается, что частота 6—8 гц является пороговой для непосредственно визуальной оценки количества

■'' вспышек.

Наконец, коснемся еще одной общей характеристики

J оптического анализатора — пространственного порога.

. Наиболее элементарной величиной здесь является остро-

f* та зрения. Она определяется тем минимальным расстоя­нием между двумя точками, при котором возможно ми-. иимальное ощущение их раздельности. Порог остроты I,зрения выражается в угловых единицах. f Обычно за нормальную остроту зрения принимается Такая, порог которой равен 1 у гл. мин. Однако некото-* рые исследователи считают, что в среднем у людей С нормальным зрением она выше. По Теплову, порог

135

нормальной остроты зрения равен 35—40 угл. сек, по Гофману и Хаустону — 30 угл. сек [303].

Важнейшим условием видения, влияющим л а остроту зрения, является расстояние наблюдателя от объекта. Это влияние особенно значительно в пределах примерно до 6 ж, что связано с действием механизма аккомода­ции. Но при большей дистанции оно почти не про­является.

Острота зрения изменяется также в зависимости от цвета освещения фона. По данным Л у киша и Тейлора, при красном освещении фона она выше, чем при голу­бом [по 411].

Экспериментально установлены изменения остроты зрения при изменении интенсивности освещения (наибо­лее значительны они в пределах от 0 до 100 мламб), и величины светового контраста между объектом и фоном. При этом прямой контраст (темный объект на светлом фоне) и обратный (светлый объект на темном фоне) влияют на остроту зрения по-разному. В условиях обрат­ного контраста ее порог несколько меньше, т. е. острота выше. Это объясняется эффектом иррадиации света в глазе, в результате чего всякая светлая точка изобра­жается на сетчатке несколько размытой. Поэтому види­мые границы светлых объектов кажутся расширенными, надвинувшимися на более темную область. С увеличе­нием как яркости фона, так и контраста (и прямого, и обратного) острота зрения растет. Зависимости между яркостью фона, контрастом и остротой зрения представ­лены в трехмерном графике на рис. 27. Взаимно изменяя яркость фона и величину контраста, можно добиться сохранения остроты зрения на определенном уровне. Так, недостаточность яркости фона может быть компен­сирована увеличением контраста, и наоборот. Точно так же можно компенсировать недостаточность контраста или яркости фона, увеличивая угловые размеры рас­сматриваемого объекта. Однако возможности взаимо-компенсации условий зрительного различения малых величин ограничены.

Слух. Во многих системах управления значительная часть информации поступает к чело-веку в форме звуко­вых сигналов. Так, опытные станочники, шоферы, трак­тористы и пилоты могут достаточно точно оценить со­стояние управляемых машин по шуму моторов. Сонор-

136

ный оператор на подводной лодке, «слушая воду», определяет типы проходящих кораблей, направление их движения и скорость. По шуму на электростанции об­служивающий персонал оценивает состояние работаю­щих агрегатов. Часто акустические процессы служат для передачи человеку сигналов опасности (сирена,

Угол зренил,угл.мин

Рис. 27. Зависимость между яркостью фона, контраст­ ностью и пороговыми размерами оптического раздра­ жителя (по Лукишу, Коббу и Моссу): данные для раздражителя, действующего в течение

75 мсек; . — _в течение 300 мксек.

звонок и т. п.). Особенно широко звуковые сигналы используются при передаче речевых сообщений.

Основными параметрами звуковых волн являются амплитуда, частота и форма, которые отражаются в слу­ховых ощущениях как громкость, высота и тембр. Моду­ляция звуков по этим параметрам позволяет «передать огромную по объему информацию. Но, принимая ее, человек должен детектировать звуковой сигнал, т. е. выделить модулирующую функцию. Исходным процес­сом в детектировании является слуховое различение.

Возможности слухового различения наиболее общих параметров звуковых волн изучены в физиологии и пси­хологии достаточно подробно. Исследования -позволили определить общие границы области слуховых ощущений.

137

По показателям частоты ощущаемых звуков эта область простирается от 16—20 до 20 000—22 000 гц. Величина абсолютного порота звукового анализатора по показате­лям интенсивности зависит от частоты ощущаемых зву­ков. Наиболее низкий порог приходится на среднюю ^область частот (2 000—5 000 гц), он увеличивается в обе

500 1000 2000 5000 Ю000 20000 Частота, гщ

Рис. 28. Общая область звуков, вызывающих слуховые ощущения (по С. Н. Ржевкину).

...стороны от этой области. Диапазон звуковых колебаний, вызывающих слуховые ощущения, изображен на рис. 28.

Надо отметить, что центральное место на «шкале» звукового анализатора (по показателям как интенсивно­сти, так и частоты) занимает зона звуков человеческой речи. С удалением от нее слуховые ощущения становят­ся все менее и менее дифференцированными. Это свиде­тельствует об особой роли звукового языка, являющего­ся основным средством общения между людьми, в раз­витии слуха человека. На рис. 28 область звуков человеческой речи обозначена штриховкой.

Что касается дифференциального порога акустиче­ского анализатора по интенсивности ощущаемых звуков, то согласно первоначальным данным он считался рав­ным 0,1. Однако более детальное изучение различитель­ной чувствительности внесло уточнения. Было показано, что величина едва различимой 'Прибавки к исходному

138

63 Z50 woo то ^ ^

Частота, гц о)

Рис. 29. Зависимость дифференциального порога по

интенсивности от интенсивности и частоты звука (по

Ризу) (а) и громкости от интенсивности и частоты

(по Стивенсу и Дэвису) (б).

звуковому раздражителю зависит не только от его ин­тенсивности, но и от частоты (рис. 29,а).

Соотношение интенсивности и частоты определяет ощущение громкости звука. Экспериментально показано, что человек оценивает звуки, различные по интенсивно*

139

сти, как равные по громкости, если их частота также различна. Например, тон с интенсивностью 120 дб и частотой 10 гц оценивается как равный по громкости тону, имеющему интенсивность 100 дб и частоту 1 000 г^. Таким образом, снижение интенсивности как бы компен­сируется увеличением частоты. Соотношения между частотой, интенсивностью и субъективно оцениваемой громкостью представлены на рис. 29,6. Как видно из рисунка, лишь в пределах средних частот (от 100 до 2 500 гц) громкость звука¹ определяется преимуществен­но его интенсивностью. За этими пределами на оценку громкости все большее влияние начинает оказывать ча­стота колебаний звуковых воли.

Надо отметить, что различительная чувствительность по отношению к громкости периодических колебаний звуковой волны (топ) выше, чем по отношению к гром­кости непериодических колебаний (шум).

Дифференциальный порог по частоте также не яв­ляется постоянной величиной. Он зависит как от частоты исходного звука, так и от его интенсивности. В преде­лах от 60 до 2 000 гц при интенсивности звука выше 30 дб абсолютная величина едва различимой прибавки равна примерно 2—3 гц. Для звуков выше 2 000 гц эта величина резко возрастает и изменяется пропорциональ­но росту частоты. Относительная величина дифферен-

AF циального порога у для звуков в зоне 200—16 000 яв­ляется почти константной и равна примерно 0,002. При сокращении интенсивности звука ниже 30 дб величина дифференциального порога резко возрастает. Сводные данные исследований порогов различительной чувстви­тельности по высоте представлены на рис. 30.

В целом надо отметить, что у человека различение звуков по частоте более совершенно, чем по интенсив­ности.

Приведенные данные относятся лишь к ощущению и различению звуков в условиях тишины. Но обычно, в реальных условиях деятельности, человеку приходит­ся воспринимать звуковые сигналы на том или ином

¹ В современных психо-физических исследованиях субъективно ощущаемая громкость звука измеряется в условных единицах — coiHax (по СтивеН'Су).

140

фоне. При этом фон может маскировать полезный сиг­нал, что, естественно, затрудняет его обнаружение. При разработке и конструировании акустических индикаторов задача борьбы с эффектом маскировки и поисков опти­мального отношения, интенсивности полезного сигнала к интенсивности шума (фона) является одной из важ-

Чистити, гц

Рис. 30. Зависимость дифференциального порога по частоте

от частоты и интенсивности чистого тона (по Шауеру и

Биддлуфу).

нейших. В психологии и физиологии имеется ряд работ, лоовященных изучению эффекта маскировки и условий его возникновения. Вегель и Лане [по 406] изучали условия маскировки одного чистого тона другим. Они установили, что при одновременном воздействии на аку­стический анализатор двух тонов эффект маскировки тем больше, чем ближе они по высоте. Если же высота тоиов различна, то имеется тенденция маскировки вы­сокочастотного тона низкочастотным. Однако при значи­тельной разнице тонов по высоте эффект маскировки можно преодолеть. Хавкинс и Стивене [по 406] изучали маскирующее действие белого шума (т. е. шума, содер­жащего все слышимые частоты, звучащие одновременно) на восприятие чистого тона. Они показали, что отноше­ние сигнала (тона) к шуму влияет на восприятие гораз­до больше, чем абсолютная величина интенсивности

141

шума. При этом эффект маскировки особенно сильно сказывается в отношении тонов средней и высокой частот. Пороги обнаружения чистого тона (с частотой от 100 до 10 000 гц) на фоне белого шума, имеющего разные уровни интенсивности, представлены на рис. 31.

I I Г 1 I I I I I I I . I I I I I ,1 1 I

wo woo юооо

Частота, гц

Рис. 31. Зависимость порога обнаружения чистого топа от его частоты и от интенсивности белого шума

(по Хавкипсу и Стивенсу). УШ — уровень шума; ПТ — порог обнаружения тона в пол­ной тишине.

Временной порог чувствительности акустического анализатора, т. е. длительность звукового раздражи­теля, необходимая для возникновения ощущения, так же как пороги по громкости и высоте, не является постоян­ной величиной. С увеличением как интенсивности, так и частоты он сокращается. При достаточно высокой интен­сивности (30 дб и более) и частоте (1000 гц и более) слуховое о-щущение возникает уже при длительности звукового раздражителя, равной всего 1 мсек. Однако при уменьшении интенсивности звука той же частоты до 10 дб временной порог достигает 50 мсек. Аналогич­ный эффект дает и уменьшение частоты.

Оценка громкости и высоты очень коротких звуков затруднена. При длительности синусоидального тона 2—3 мсек человек лишь отмечает его наличие, но не мо­жет определить его качеств. Любой звук оценивается только как «щелчок». С увеличением длительности звука слуховое ощущение постепенно проясняется: чело­век начинает различать высоту и громкость. Минималь-

142

ное время, необходимое для отчетливого ощущения вы­соты тона, равно примерно 50 мсек.

Дифференцировка двух звуков по частоте и интен­сивности также зависит от отношения их по длительно­сти и от интервала между ними. Как правило, звуки, равные по длительности, различаются точнее, чем не­равные. По данным С. Н. Гольдбурт, чем короче два сравниваемых тона, тем длиннее должен быть интервал меж^!ду ними. Так, пара тонов, каждый длительностью 5—10 мсек, различается по громкости, если интервал между ними не менее 30—50 мсек. Пара тонов длитель­ностью по 50 мсек различается уже при интервале 3 мсек [80].

Акустический анализатор обеспечивает отражение не только амплитуды, частоты и формы колебаний звуко­вых волн, но и положения источника звука в простран­стве: его расстояние и направление относительно субъ­екта. По данным некоторых авторов, короткие дистан­ции, порядка 1—2 ж, оцениваются довольно грубо, с точностью до десятков сантиметров. С увеличением дистанции до 3 ж точность оценки возрастает примерно вдвое, однако на дистанции 4 ж она вновь снижается, правда, все еще оставаясь более высокой, чем та дистан­ции 2 ж. Надо отметить, что расстояние до движущегося объекта определяется на слух точнее, чем до непо­движного.

Важную роль в оценке изменений расстояния до источника звука 'играет различение изменений гром­кости. Звук, громкость которого увеличивается, воспри­нимается как приближающийся, и наоборот. Другим основанием оценки расстояний на слух является звуког высотное различение. Известно, что при приближении звучащего тела к слушателю частота звуковых колеба­ний увеличивается, а при его удалении уменьшается (эффект Допплера). Это отражается в слуховых ощуще­ниях в форме изменения высоты звука. Опытные сонор­ные операторы могут по изменениям высоты звука, производимого тем или иным движущимся судном, до­статочно точно определять его скорость, направление движения и расстояние. Наконец, значительное влияние на оценку расстояния оказывает тембр. Как показала С. Е. Драпкина, более тембрированпып звук (более сложная форма звуковой волны) обычно оценивается

143

как более удаленный, а менее тембрированный — как бо­лее близкий [101].

Точность распознавания направления звука различна по отношению к волнам разной частоты. Для низких ча­стот (до 800 гц) порог различения направления в гори­зонтальной плоскости равен примерно 10—'11°; с увели­чением частоты он возрастает, достигая 20'—22° в районе 3000 гц, а затем вновь уменьшается. Для частоты 10 000 гц порог различения направления не превышает 13° (Стивене и Ньюмен [по 411]).

Точность определения направления зависит также от положения источника звука относительно координат че­ловеческого тела. Наиболее точно дифференцируются направления в горизонтальной плоскости. При этом на первом месте по точности оказывается правое направле­ние, затем — левое. Достаточно хорошо дифференци­руется переднее направление. Но с ним часто смешива­ются верхнее и заднее. Точность оценки верхнего и зад­него направлений в два с лишним раза меньше по сравнению с левым и правым ₍(Драпкина [100]).

Решающую роль в восприятии направлений звука играет взаимодействие сторон акустического анализа­тора (бинауральный эффект). Известно, что если источ­ник звука находится прямо перед человеком, то звуко­вые волны достигают обоих ушей одновременно. Если же он отклоняется вправо или влево, то время прихода звука к одному уху будет короче, чем к другому. Этой разностью и определяется оценка направления источ­ника звука. Воспринимаемый угол отклонения от сред­ней линии пропорционален величине этой разности. Зна­чительное место в бииауральном слухе принадлежит также отношению амплитуд звуковых колебаний, посту­пающих на правое и левое ухо. Это было показано опы­тами, в которых на парные слуховые рецепторы одно­временно и раздельно подавались два звука, различные по интенсивности. В результате у испытуемого возникала иллюзия смещения источника звука в сторону, соответ­ствующую тому уху, которое раздражалось звуком более высокой интенсивности. В восприятии направления низ­ких звуков первостепенное значение имеет разница по времени раздражения обоих ушей, в восприятии направ­ления высоких звуков — разница по интенсивности [по 406 и 411]. Обобщая результаты исследования бинаураль-

144

наго слуха, Ананьев [4] пришел к выводу, что основу дифференцировки направления звука составляет раз­ность по времени и фазам (следует добавить также «по интенсивности») возбуждения между двумя сигнализа­циями в кору головного мозга от обоих ушей.

Вибрационная чувствительность. Известно, что не-редко оператору приходится работать в условиях вибра­ций. Поэтому важно знать, как они влияют на общее состояние оператора, его работоспособность и продук­тивность. Известно, что вибрация высокой интенсивности при продолжительном воздействии приводит к серьез­ным изменениям деятельности всех систем организма и при определенных условиях может вызвать тяжелое заболевание. Однако при небольшой интенсивности и длительности воздействия она оказывает благоприятное влияние: уменьшает утомляемость, повышает обмен ве­ществ, восстанавливает трофику тканей и увеличивает мышечную силу.

Вместе с тем изменения вибрации часто служат для человека сигналами изменения состояний управляемого объекта. Это возможно потому, что ее воздействие на организм не ограничивается только чисто физиологиче­скими эффектами. Вибрация, передаваемая от среды к организму, отражается субъектом в форме особого рода ощущений. Вибрационная чувствительность в не­которых отношениях близка к слуху. Раздражителем, вызывающим вибрационные ощущения, также являются колебательные движения упругой среды. Образно го­воря, вибрационная чувствительность — это «контактный слух». Несмотря на то, что она является особым и само­стоятельным видом чувствительности, специальных ви­броанализаторов, подобных оптическому, акустическому и др., не существует, точнее, они неизвестны ¹.

¹ Существует несколько гипотез о происхождении и природе вибрационной чувствительности. Согласно одной из них она пред­ставляет собой переходную форму от тактильной чувствительности к слуху: тактильные рецепторы обычного типа являются и вибро­рецепторами (Дарвин, Джелдард, Герцог, Трейтель, Эрхард, Румпф)\ Другая гипотеза трактует ее как костную чувствительность (Двой-ченко, Дежерин, Кунаков, Маринеско, Щербак). Наиболее обосно­ванной сейчас является «общетканевая» гипотеза, сформулирован­ная В. М. Бехтеревым. Можно предполагать, что вибрационная чув­ствительность относится к наиболее древним видам чувствитель­ности.

10—2286

145

В обычных условиях жизни и деятельности человека вибрационная чувствительность тормозится слухом, зре­нием и осязанием. Но при выключении этих видов ре­цепции она растормаживается и может достигнуть высо­кой степени совершенства [9, 36]. Условием ее развития является также специальная тренировка. Если, напри-

ю²

W¹ о

кг³

Ю'⁴

								-А 2	Г~
\ -V- \	—-								-
						/	^

W0 200

300 400 Частота, гц

i г | рн

900 10000

Рис. 32. Область вибраций, вызывающих ощу­щения (по Е. И. Андреевой-Галаниной, Мауб-

рею и Джелдарду): / — абсолютный порог вибрационного ощущения; 2 — порог тягостного ощущения.

мер, вибрация становится для рабочего сигналом состоя­ния станков, машин и т. д., то чувствительность по отно­шению к ней обостряется.

Диапазон ощущения вибраций весьма широк: от 1 до 10 000 гц. Наиболее высока чувствительность к частотам 200—250 гц [по 412]. При их увеличении и уменьшении вибрационная чувствительность снижается (рис. 32).

Человек обладает довольно высокой способностью дифференцировать амплитуду колебаний вибрирующего тела. Так, А. И. Вожжова установила, что при частоте 100 гц человек дифференцирует амплитуду с точностью до 3—5 мк. Любомудров указывает величину в 6,1 мк. Кнудсен после длительной тренировки испытуемых до­бился того, что они стали различать вибрации, отличаю­щиеся друг от друга всего на 1 мк.

Дифференциальная чувствительность по частоте так­же достаточно высока. По Кнудсену, человек способен определить разницу тонов с точностью до '8%. Гильмер и Роберте указывают еще более малую величину (2,5%). Если вибрация имеет небольшую амплитуду, то высокие частоты дифференцируются лучше низких.

146

Пороги вибрационной чувствительности различны в разных участках тела. Наибольшей чувствительностью обладают дистальные отделы конечностей. Наименее чувствительными являются кожа шеи, плечевого пояса и бедра.

Тактильная чувствительность. Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется по тому ми­нимальному давлению предмета на кожную поверхность, которое производит едва заметное ощущение прикосно­вения. Наиболее высоко развита чувствительность на дистальных частях тела, поскольку они особенно часто контактируют с предметами. Величина 'порогов здесь не превышает нескольких г/мм².

Диапазон давлений, адекватно отражаемых в так­тильных ощущениях, различен для разных участков кожной поверхности. Дистальные части тела также обладают наиболее широким диапазоном. Так, для кон­чиков пальцев руки он простирается от 3 г/мм² (ниж­ний абсолютный порог) до 300 г/мм² (верхний абсо­лютный порог).

Порог различения в среднем равен примерно 0,07 исходной величины давления.

Интенсивность ощущения давления зависит от ско­рости, с которой осуществляется деформация кожи: чем больше эта скорость, тем больше интенсивность ощуще­ния при той же величине давления (Гриндлей, Нейф, Вагонер и др. [по 406]).

Временной порог тактильной чувствительности, по данным некоторых авторов, равен 130 мсек. Однако имеются факты, которые позволяют предполагать, что в действительности он короче. Так, кожно-механический анализатор способен различать несколько десятков при­косновений в секунду, наносимых 'на кончик пальца руки.

Пространственный порог тактильной чувствитель­ности, подобно интенсивностному, зависит от места при­ложения раздражителя. Наиболее низок он опять-таки на дистальных частях тела. Так, порог ладонной части концевой фаланги пальца руки равен 2,2 мм, в то же время порог плечевого участка кожи — 67,7 мм.

Различие порогов для разных участков кожи опреде­ляется прежде всего неравномерностью распределения рецепторов кожно-механического анализатора.

10*

147

Температурная чувствительность. Другим видом кожной чувствительности является температурная. Она свойственна лишь тем организмам, которые обладают постоянством температуры тела (изотермией), обеспечи­ваемым регуляцией процесса теплообмена между орга­низмом и средой. Температурное ощущение всегда есть ощущение разности температур кожи и окружающей среды. Температура кожи несколько ниже температуры тела. На лбу она равна 34—35°, на лице 20—25°, на коже живота 34°, на стопах ног 25—27°. Средняя темпе­ратура открытых (свободных от одежды) участков кож­ной поверхности равна 30—32°. Изменение температуры в данном участке кожи ощущается как тепло или холод в зависимости от направления и величины теплообмена.

В коже человека обнаружено два рода температур­ных рецепторов. Одни из них реагируют только на хо­лод, другие — только на тепло.

Абсолютный порог температурной чувствительности определяется по минимальному ощущаемому изменению температуры того или иного участка кожи относительно физиологического нуля, т. е. собственной температуры данного участка. Для тепловых рецепторов он равен примерно 0,2°, для Холодовых 0,4° [411]. Порог различи­тельной чувствительности несколько менее Г. При 'про­чих равных условиях холодовое различение является более тонким, чем тепловое. Величина как абсолютного, так и дифференциального порогов в значительной сте­пени зависит от скорости и величины температурной адаптации.

Пространственные пороги температурной чувстви­тельности различны по отношению к различным формам стимуляции. При контактной стимуляции воздействие на кожную поверхность площадью в 1 мм² уже вызывает температурное ощущение. При воздействии излучением, т. е. на дистанции, оно возникает только в том случае, если раздражаемая площадь не менее 700 мм². Очень интенсивное излучение, воздействующее на меньшую площадь, может вызвать лишь болевое ощущение, но не температурное.

Латентный период температурного ощущения равен примерно 250 мсек.

Болевая чувствительность. Как уже отмечалось, воз­действие сверхмощного раздражителя, превышающего

148

верхний абсолютный порог, вызывает болевое ощущение в любом анализаторе. Исходя из этого, некоторые иссле­дователи отрицали существование специальных рецепто­ров болевой чувствительности. Однако в эпителиальном слое кожи были обнаружены свободные нервные окон­чания, которые и являются специализированными боле­выми рецепторами. Как и другие кожные рецепторы, они распределены неравномерно. Наименьшая плотность болевых рецепторов приходится на те участки кожи, ко­торые наиболее богаты тактильными рецепторами, и на­оборот. Противоречивые отношения между болевой и так­тильной чувствительностью, проявляющиеся в распреде­лении рецепторов, обусловлены различием (и в извест­ном, смысле противоречивостью) их функций в жизни организма. Дело в том, что болевые ощущения вызы­вают оборонительные рефлексы, в частности рефлекс удаления от раздражителя. Напротив, тактильная чувствительность интимно связана с ориентировочными рефлексами: ощущения этой модальности вызывают рефлексы на сближение с раздражителем.

Биологический смысл боли состоит в том, что она, являясь сигналом опасности, мобилизует организм на борьбу за самосохранение. Под влиянием болевого сиг­нала перестраивается работа всех систем организма, что приводит к повышению его реактивности. Особо следует отметить повышение тонуса скелетной мускулатуры, сократимости и возбудимости мышц, а также увеличение чувствительности всех анализаторов. Это обеспечивает быстроту оборонительных реакций и большую, чем обычно, предусмотрительность поведения *.

Долгое время в психологии и физиологии считалось, что боль является диффузной эмоцией и не несет в себе никаких элементов отражения. Однако затем исследова­ния показали, что в болевых ощущениях достаточно точ­но отражаются интенсивность, качество, длительность воздействия болевого разражителя, а также место его приложения. При определенной тренировке болевая чув­ствительность повышается [6, 20].

Наиболее высока болевая чувствительность роговицы (порог 0,2 г/мм²) и конъюнктивы (порог 2 г/мм²). Боле-

¹ Подробное описание эффектов болевого раздражения дается в книге С. М. Дюшесов а [94].

149

вая чувствительность кожи значительно ниже: порог от 20 г/мм² (кожа живота) до 300 г/мм² (кончики пальцев руки).

В области боли основной психофизический закон не действует. Здесь существует почти прямая зависимость между интенсивностями ощущения и раздражения в диа­пазоне до (порога выносливости.

Латентный период болевого ощущения составляет 370 мсек. Критическая частота слияния дискретных, бо­левых раздражений равна 3 в 1 сек.

Мышечная и систавная чувствительность. Конечным эффектом зрительных, слуховых, тактильных и иных ощущений являются движения тела и его частей. В то же время осуществляемые движения сами являются источником и объектом особого рода ощущений, так на­зываемых двигательных, или кинестетических. Выступая в качестве сигналов обратной связи, эти ощущения играют существенную роль в построении двигательного акта, обеспечивая его регулирование и .корректировку. Детальный анализ кинестезии, ее места и значения в структуре чувственного познания и деятельности чело­века был дан еще Сеченовым. Позднее работами Пав­лова и его сотрудников было доказано существование особого анализатора, отражающего движения и положе­ние частей тела. Оказалось, что область коры больших полушарий, считавшаяся ранее моторной, является сен­сорной, а именно мозговым концом двигательного анали­затора. Рецепторы этого анализатора расположены в мышцах, капсулах мышц, сухожилиях и фасциях. Они раздражаются механическими воздействиями, возникаю­щими при изменении напряжения мышечной ткани (ее деформации) и взаимоположения сус.тавов. По мнению некоторых исследователей, рецепторы, расположенные в мышцах, возбуждаются только при растяжении мышц, а рецепторы, расположенные в сухожилиях,— только при их сокращении. Такое разделение обеспечивает взаимную корректировку сигналов и тонкий анализ производимых движений.

Обычно о мышечной и суставной чувствительности говорят как о едином свойстве — как о мышечно-сустав-ной чувствительности. Между тем имеются некоторые основания считать, что это два разных вида чувствитель­ности, хотя функционально они и объединены. Первая из

150

них, мышечная, обеспечивает отражение величины де­формации мышц, вторая — перемещения соприкасаю­щихся суставов относительна друг друга. Суставная чув­ствительность имеет много общего с тактильной. Кстати сказать, в тканях, непосредственно окружающих су­ставы, обнаружены в большом количестве тактильные рецепторы. Видимо, условия возникновения суставных и тактильных ощущений сходны: и в том и в другом слу­чае решающая роль принадлежит перемещениям твер­дого тела относительно рецепторной поверхности. Су­ставные ощущения играют особенно большую роль в отражении амплитуды и траектории движений. Однако вопрос о природе «суставной чувствительности» остается до сих пор неясным.

Мышечные и суставные ощущения обеспечивают отражение всех основных качеств движений человече­ского тела и его органов: интенсивности, скорости, дли­тельности, амплитуды, траектории и т. д. Наиболее точ­но и тонко дифференцируются движения рук, пальцев, языка и губ. В этом выражается влияние труда и речи иа развитие чувствующих аппаратов человеческого мозга ¹.

Статико-динамическая чивствительность (ощущения положения и ускорение Анализатором, производящим ощущения положения тела, его вращения и перемеще­ния в окружающем пространстве, является вестибуляр­ный аппарат с соответствующими нервными путями и мозговым концом. Его периферический конец располо­жен во внутреннем ухе и имеет две группы рецепторов. К первой относятся волосковые клетки, выстилающие поверхность полукружных каналов и раздражаемые пе­ремещением эндолимфы при изменении положения чело­веческого тела в пространстве. Это обеспечивает отра­жение вращательных движений [(углового ускорения), а также частично — положения тела и линейного ускоре­ния. Вторая группа рецепторов расположена в преддве­рии внутреннего уха (чувствительные клетки мешочков преддверия, раздражаемые давлением известковых кри­сталлов-отолитов). Их адекватными стимулами явля-

¹ Экспериментальные данные об ощущениях движения приво­дятся в гл. G, в связи 'С анализом моторных компонентов действий оператора.

151

ются сила тяжести и линейное ускорение. Сигналы от этих рецепторов регулируют статические рефлексы поло­жения головы относительно направления силы тяжести и динамические рефлексы в ответ на движения. Благо­даря этим сигналам обеспечивается отражение положе­ния тела по отношению к плоскости опоры.

По мнению некоторых исследователей, вестибуляр­ный аппарат является основным анализатором простран­ства. Так, И. С. Беритов считает, что ориентировка в правом и левом направлениях является функцией одного только вестибулярного аппарата [1DJ. Но с этой точкой зрения вряд ли можно согласиться. Как показы­вают многочисленные исследования (Э. Ш. Айрапетянц [2], Ананьев [4] и др.), отражение пространства осуще­ствляется комплексом функционально объединенных анализаторов.

Обычно постоянное положение тела и постоянная скорость его пассивного перемещения (езда в поезде, автомобиле, полет в самолете и т. п.) не ощущаются. В этом случае регуляция положения тела в простран­стве осуществляется безусловнорефлекторно.

Специфические ощущения возникают лишь при изменении величины силы тяжести и ее направления, а также при изменении скоро­сти движения человека (положительное или отрица­тельное ускорение). В этом случае фоновая автоматиче­ская регуляция тормозится, и возникают корковые реак­ции.

Характеристики вестибулярной чувствительности изу­чены еще крайне слабо. Наиболее исследованными явля­ются ощущения, возникающие при вращении тела. По­роговое ускорение при вращении вокруг вертикальной оси равно 0,8—2,4 град/сек².

Некоторые авторы установили гораздо меньшую ве­личину—0,2 град/сек² (Тумаркии) и 0,5 град/сек² (Дол-ман, Гроин, Джонгкис).

Порог ощущений, возникающих при наклоне тела, зависит от направления наклона. При наклоне вперед — назад он равен 2°; при наклоне вправо — влево — от 1 до 1,5°.

Порог чувствительности к ускорению прямолинейного движения в горизонтальном направлении составляет 0,1 м/сек², в вертикальном направлении — 0,12 м/сек².

152

Проблема вестибулярной чувствительности стала осо­бенно острой в связи с развитием скоростных средств передвижения. Изменение условий работы вестибуляр­ного аппарата при использовании этих средств породило ряд новых психических и психофизиологических явлений. Так, при слепом полете у большинства летчиков воз­никают иллюзии пространственного положения самолета (кренов, вращения, планирования, кабрирования, непо­движности и т. д.). В их образовании участвует комплекс анализаторов, среди которых вестибулярный часто играет решающую роль [88].

При длительном раздражении вестибулярного аппа­рата сверхпороговыми стимулами (качание на качелях, морская качка, резкие изменения скорости движения и т. п.) у некоторых людей развиваются болезненные явления, так называемая болезнь укачивания («морская болезнь»). Ее характерными признаками являются голо­вокружение, ощущение тошноты, иногда рвота. Нередко возникают иллюзии движения окружающих предметов, неприятного запаха, изменения температуры воздуха. По мнению многих авторов, источником сенсорной стимуляции этой болезни является вестибулярный аппа­рат.

Вместе с тем у людей, управляющих скоростным транспортом, формируются новые навыки вестибуляр­ного различения. Система связей вестибулярного анали­затора с другими, сложившаяся при пешеходном пере­движении, перестраивается.

Практика первых космических полетов -показала, что в условиях невесомости пороги чувствительности вести­булярного аппарата понижаются. При этом возможны нарушения системы анализаторов, отражающих про­странство. В результате длительное воздействие даже незначительных вестибулярных раздражителей вызывает симптомы болезни укачивания. Однако специальная си­стема подготовки космонавтов, разработанная совет­скими учеными, повышает устойчивость вестибулярного анализатора, что позволяет преодолеть отрицательное воздействие ускорений и невесомости на нервную си­стему человека. Важным моментом такой подготовки является формирование функциональных связей вести­булярного анализатора с другими, особенно со зритель­ным и двигательным.

153

Детальное изучение статико-динамической чувстви­тельности представляет для инженерной психологии большой интерес. Точные данные об этом виде чувстви­тельности необходимы для определения допустимых (и оптимальных) ускорений, равномерности и неравно­мерности движения, вращений и т. д. при конструирова­нии машин, используемых для транспортировки людей.

Обоняние. В обонятельных ощущениях отражаются свойства химических веществ. В основном источниками запаха являются соединения, особенно органические. Запах является индивидуальным свойством химических соединений (А. И. Бронштейн [34]). Качество запаха и его интенсивность определяются структурой со­единения, а также его летучестью и раствори­мостью. У животных обоняние тесно связано с функ­циями пищевого обмена, размножения и полового под­бора. Под влиянием трудовой деятельности обоняние человека преобразовалось. Некоторые его функции утра­тились, некоторые изменились. Вместе с тем возникли и новые функции обоняния, а именно дифференцировка химических свойств вещей в процессе их производства и научного познания. В ряде отраслей производства (парфюмерной, пищевой, химической) запахи являются сигналами хода технологического процесса и свойств обрабатываемых веществ. Часто они сигнализируют че­ловеку о нарушении в управляемых объектах (например, запах жженой резины является сигналом короткого за­мыкания в электрической цепи).

Абсолютный порог обоняния у человека весьма мал: он измеряется миллиграммами и тысячными долями миллиграмма вещества на литр воздуха. Но дифферен­циальный порог обоняния высок. Отношение едва разли­чимой прибавки к исходной величине для разных по качеству раздражителей колеблется от 50 до 16%', со­ставляя в среднем 38%. Дифференциальный порог осо­бенно высок при слабых интенсивностях раздражителя, но о их увеличением он уменьшается, достигая мини­мальной величины 10%. Чувствительность к запаху изменяется под влиянием упражнений и знания о веще­ствах.

В психологии имелись неоднократные попытки дать классификацию обонятельных ощущений. Так, Хеннинг считал, что существует всего шесть основных запахов:

154

благоухающий, эфирный, смолистый, пряный, гнилой, го­релый, а все остальные являются их комбинациями. Другие исследователи сокращают это число до четырех: благоухающий, кислый, горелый и каприловый (Крокер и Хендерсон). Авторы этих классификаций шли главным образом от характеристики ощущений, а не свойств отражаемого объекта. Можно полагать, что подлинно научная классификация обонятельных ощущений будет создана на основе детального изучения химических свойств пахучих веществ и особенностей их взаимодей­ствия с обонятельным анализатором.

Вкус Подобно обонянию, вкус относится к хеморе-цепции \ Адекватным раздражителем вкусового анали­затора являются химические свойства веществ, потреб­ляемых организмом в процессе пищевого обмена. Так же как и запах, вкусовые качества являются индиви­дуальными признаками химических соединений.

В физиологии и психологии распространенной являет­ся «четырехкомпонентная» теория вкуса, согласно кото­рой существуют четыре вида элементарных вкусовых ощущений: сладкого, горького, кислого и соленого, все же остальные представляют собой их комбинации².

Абсолютные пороги вкусового анализатора, выра­женные в величинах едва ощущаемых концентраций рас­твора, примерно в 10000 раз выше, чем обонятельного. В отношении различных вкусовых качеств они значи­тельно¹ варьируют. На первом месте по величине стоит чувствительность к горькому (наименьший порог), затем следует чувствительность к кислому, соленому и, нако­нец, сладкому (наивысший порог).

Исследования показывают, что сдвиги процессов обмена приводят к изменению абсолютной чувствитель­ности вкусового анализатора. Так, чувствительность к сладкому значительно повышается при голодании, в связи с изменением углеводного обмена. Сдвиги мине­рального обмена прежде всего влияют на пороги чув­ствительности к соленому. Чувствительность к кислому

¹ Наряду с обонянием и вкусом к хеморецепции относится так­ же общая химическая чувствительность, которою обладают влаж­ ные слизистые оболочюи и наружная оболочка глазного яблока.

² В формировании вкусового ощущения тех или иных веществ участвуют также тактильный, болевой, обонятельный, температур­ ный анализаторы и кинестезия языка.

155

и горькому в состоянии голодания обычно понижается. Следовательно, вкусовые ощущения отражают не, только свойства пищевых веществ, но и состояние самого орга­низма. Надо отметить, что эта особенность характерна и для обоняния.

Различительная чувствительность вкусового анализа­тора довольно груба. В среднем отношение едва ощути­мого прироста раздражителя к исходному составляет 20% для всех вкусовых качеств. Но под влиянием прак­тической деятельности и специальных знаний чувстви­тельность вкусового анализатора может быть значитель­но развита. Это наблюдается, например, в деятельности дегустаторов.

Латентный период вкусовых ощущений зависит от качества раздражителя, места его приложения и интен­сивности.

Органическая чувствительность. Мозг человека полу-чает информацию не Только от окружающей среды, но и от самого организма. Установлено, что чувствительные нервные аппараты имеются во всех внутренних органах (В. Н. Черниговский [324]). Сигналы, поступающие от внутренних органов, являются необходимым условием регуляции их деятельности. При нормальной деятель­ности эти сигналы обычно очень слабо дифференцируют­ся субъектом и не осознаются. Поэтому субъективное отражение состояний организма выступает лишь как «тем­ное, валовое чувство» (Сеченов). Однако при нарушении деятельности тех или иных органов возникают довольно отчетливые ощущения, позволяющие дать грубую лока­лизацию нарушения и иногда его характер.

По характеру стимуляции все рецепторы внутренних органов вне зависимости от их локализации делятся на несколько видов: хеморецепторы, терморецепторы, боле­вые рецепторы и механорецепторы. Специфическими раздражителями хеморецепторов внутренней среды орга­низма являются изменения в обмене веществ между тка­нями и органами тела. Посредством терморецепторов отражаются изменения температуры внутренних орга­нов, обусловленные процессом терморегуляции. Болевые рецепторы внутренних органов обеспечивают отражение нарушений тех или иных функций. Приемниками меха­нических раздражений являются барорецепторы, реаги­рующие на изменение давления во внутренних органах.

156

Барорецепция принимает участие в формирования ощу­щений тяжести и положения тела в пространстве. К ме-ханорецепторам относятся также тактильные рецепторы, расположенные во внутренних органах.

Пороги органической чувствительности изучены еще недостаточно. Можно лишь в самой общей форме ска­зать, что условием возникновения органических ощуще­ний является переход организма (или органа) от одного состояния к другому. При этом, чем более резким является переход, тем отчетливее становятся ощущения (Ананьев [6]).

В тех случаях, когда объектом деятельности человека становится его собственный организм, органическая чув­ствительность повышается. Повышение ее происходит также при резкой смене физических условий жизни и деятельности человека (изменение климата, атмосфер­ного давления, химического состава воздуха и т. д.).

Заканчивая характеристику анализаторов, приведем сводную табл. 3, характеризующую диапазон их чув­ствительности по отношению к различным характери­стикам стимулов.

В таблице указаны нижний (абсолютный) и верхний пороги чувствительности, а также число различаемых градаций стимулов (в условиях одновременного предъ­явления пары стимулов, т. е. в таблице приводятся дан­ные, характеризующие относительную различимость).

Взаимодействие анализаторов. Таковы вкратце ха^ рактеристики чувствительности анализаторов человека. Как показывают многочисленные исследования, эти ха­рактеристики не являются неизменными. Под влиянием ряда факторов чувствительность анализаторов разви­вается. Особенно большими возможностями изменения обладает различительная чувствительность, которая мо­жет увеличиваться в несколько раз, достигая высоких ступеней совершенства. Возможно также расширение общего диапазона чувствительности. Решающим факто­ром развития чувствительности является трудовая дея­тельность человека.

Перечисленные анализаторы функционируют не изо­лированно друг от друга. Они -представляют собой еди­ную сложную систему, все части которой теснейшим образом взаимосвязаны. Многочисленные исследования показали, что воздействие раздражителя на любой ана-

157

ТАБЛИЦА 3

Диапазон обнаружения и различения стимулов разными анализаторами (по Дж. Маубрею и

Ф. Джелдарду [412])

	[	Диапазон обнаружения		Число разли-
Чувствительность	Стимул	нижний абсолютный порог	верхний порог	чимых града­ций (относи­тельная раз­личимость)
Зрительная	Интенсивность белого света Цвет Прерывистый белый свет	(2,2—5,7).Ю-10 эрг 300 ммк 1 прерыв/сек	-%Л09 Х(поРоговая интен­сивность) ^1050 ммк ^50 прерыв/сек	570 128 375
Слуховая	Интенсивность звука Частота чистого тона Прерывистый белый шум	10"9 эрг/см* 16—20 гц 1 прерыв/сек	'■v.lO14 Х(поРоговая интен­сивность) 20000—22000 гц ^2000 прерыв/сек	325 при частоте 2000 гц 1800 ^460
Кожно-механич. и вибрационная	Механическая вибрация (по амплитуде) Давление Частота механических колебаний	0,00025 мм 0,026 эрг 1 гц	^=40 дб выше порога 10бХ (пороговая интенсив­ность)1 10 000 гц	^15 Неизвестно ^180

Продолжение табл. 3

Число разли­чимых града­ций (относи­тельная раз­личимость)

Чувствительность

Температурная

Статико-динами-ческая

Стимул

Температура

Положение и движение Угловое ускорение

Линейное ускорение

0,2—0,7 град 0,12 г рад! сек²

0,08 град

Неизвестно

Положит, сила инерции 5—8 g. Отрица­тельная сила инерции 3—4,5 g

То же

Неизвестно

Неизвестно Неизвестно

Неизвестно

Обонятельная

Запах

2-10-⁷ мг/м*

Неизвестно

Неизвестно

Вкусовая

Вкус

4Х^"⁷ граммолекул концентрированного рас­твора

Неизвестно

Неизвестно

Т По дашГым Андреевой-Галаниной.

лизатор не только вызывает его прямую реакцию, но и приводит к тем или иным изменениям всех других ана­лизаторов. Точно так же реакция какого-либо анализа­тора на воздействие стимула зависит не только от его собственного состояния, но и от состояния всех осталь­ных. В этом выражается принцип целостности орга­низма.

Механизм взаимодействия анализаторов сложен. Одним из путей влияния анализаторов друг на друга являются так называемые «эфаптические» связи, обеспе­чивающие прямую передачу возбуждения с нейронов одного анализатора на нейроны другого. Другой путь — влияние через вегетативную нервную и гуморальную си­стемы. Большую роль во взаимодействии анализаторов играет также ретикулярная формация, участвующая в регуляции уровня возбуждения коры головного мозга. Но ядром всего механизма взаимодействия анализато­ров является рефлекторный путь: постоянные и времен­ные нервные связи между их мозговыми концами.

Е. Н. Соколов предложил объединить все формы межанализаторных связей в две большие группы по их значению в процессах чувственного отражения: активи­рующие связи и информирующие [293].

Активирующие связи когут быть как безуслов­но-, так и условнорефлекторные. Они обеспечивают определенный уровень активности анализато­ров, не оказывая существенного влияния на содержание чувственных образов. Эти связи проявляются прежде всего в изменении чувствительности анализаторов под влиянием побочных раздражителей. Многочисленные данные показывают, что направление изменения чув­ствительности зависит от силы побочного раздражителя. Как правило, слабые вызывают ее повышение, силь­ные— понижение. Установлено, что даже подпороговые раздражители влияют на уровень чувствительности. Изменение чувствительности активируемого анализатора зависит также от его исходного функционального состоя­ния. При низком уровне чувствительности побочные раз­дражители обычно повышают ее, при высоком — по­нижают. Влияние побочных раздражителей является двухфазным; во время его действия чувствительность изменяется в одном направлении, после прекращения — в противоположном. При этом она не просто достигает

160

первоначального уровня, а «перекачивается» в другую сторону.

В отличие от активирующих, информирующие связи оказывают прямое влияние на содержание возникающих образов. Сюда относятся разнообразные ассоциации ощущения, их переводы из одной модаль­ности в другую (например,- визуализация осязательных образов) и т. п.

Наряду с указанными группами можно выделить еще одну — викарирующие (замещающие) связи. Они проявляются в случаях замещения некоторых функций одного анализатора другим. Примером может служить замена слуха при его выключении и ограниче^: нии вибрационной чувствительностью или зрения осяза­нием. В этом случае особенно отчетливо проявляется системность в работе чувствующих приборов мозга: выключение или ограничение одного из них приводит к перестройке всей системы.

В процессе развития человека на основе взаимодей­ствия анализаторов формируются функциональные системы, являющиеся механизмом перцептивных дей­ствий. Примером таких систем может служить осязание, в котором объединяются аппараты тактильной, темпе­ратурной, мышечной и суставной чувствительности.

Механизм визуального наблюдения также представ­ляет собой функциональное объединение ряда анализа­торов. Его ядром является зрительный анализатор. Но наблюдение не исчерпывается работой только этого чув­ствующего прибора. В процессе наблюдения неизбежно участвует окуломоторный аппарат, а следовательно, и связанный с ним кинестетический анализатор. Работа последнего играет особенно важную роль в поисковых и глазомерных действиях. В механизм визуального на­блюдения включается и общая кинестезия, участвующая в регулировании позы наблюдения. Существенным ком­понентом данной функциональной системы является ве­стибулярный аппарат, имеющий самое прямое отноше­ние к формированию координат поля зрения (прежде всего оси «верх — низ»), которые служат основными ориентирами в процессе наблюдения. Как показывают экспериментальные исследования, путем искусственного раздражения вестибулярного аппарата можно менять

11—2286

161

ориентировку поля зрения, создавая, например, иллюзию крена рассматриваемых объектов (Ф. Клике [419]).

Функциональные системы, подобные тем, которые лежат в основе осязания и визуального наблюдения, образуются в процессе естественного развития человека и имеют общий характер. Их структура определяется общими условиями жизни и деятельности человека. В тех случаях, когда человек должен работать в особых условиях (управление самолетом, космический полет и т. п.), возможно возникновение конфликта между сло­жившимися функциональными системами и новыми тре­бованиями, которые определяются этими особыми усло­виями. Результатом этого является нарушение про­странственной ориентировки, возникновение различных иллюзий и т. п. Чтобы предотвратить подобные наруше­ния, очевидно, необходимо перестроить сложившиеся функциональные системы или сформировать новые пу­тем специальной тренировки.

Наряду с функциональными системами, имеющими общий характер (и на их основе), у человека в про­цессе профессиональной деятельности формируются спе­циализированные связи между анализаторами. Так, у телеграфиста образуется специализированная связь между слуховым и зрительным анализаторами, у дегу­статора — между вкусовым и двигательным и т. д. Во­обще, механизмом любой перцептивной деятельности является функциональная система, объединяющая ту или иную группу анализаторов.

Большое количество «сенсорных» входов человека позволяет передавать ему информацию различными спо­собами. В принципе одна и та же информация при со­ответствующем кодировании может быть передана через любой анализатор. При этом возможно модулирование -не одного, а нескольких параметров физического про­цесса, несущего информацию. Так, используя в качестве сигнала оптический раздражитель, мы можем изменять его интенсивность, цвет, положение в пространстве и т. д.¹

¹ Следует, однако, подчеркнуть, что модулирование сигналов, адресуемых человеку, по любому из параметров имеет свои гра­ницы, определяемые характеристиками чувствительности анализа­торов. Если сигнал не соответствует этим характеристикам, то он либо будет искажен, либо вообще те будет шринят.

162

Система анализаторов человека является много­канальной и обладает огромными возможностями по приему сигналов. Однако при разработке и конструи­ровании индикационных устройств эти возможности используются далеко не полностью. По сложившейся традиции средства технической сигнализации в основ­ном рассчитываются на визуальный прием. Гораздо реже используется звуковая сигнализация. Остальные анализаторы почти никогда не принимаются в расчет. Бесспорно, зрение занимает в системе анализаторов человека ведущее положение. Бесспорно также и то, что зрительный аппарат обладает наибольшими возможно­стями по приему сигналов. Однако стремление некото­рых конструкторов все сигналы переводить только в ви­зуальную форму вряд ли заслуживает одобрения. Во-первых, надо иметь в виду, что перегрузка зритель­ного анализатора приводит к его быстрому утомлению, а иногда и расстройству функций. Во-вторых, некоторые стороны и свойства управляемых процессов могут быть лучше отображены в сигналах, адресованных другим анализаторам. В-третьих, даже в том случае, если вся система технической сигнализации рассчитана только на визуальный прием, -практически оператор иногда ориен­тируется в состоянии управляемого объекта по косвен-дым невизуальным сигналам (по вибрации, запахам и т. д.).

В инженерной 'психологии проведен ряд работ по проблеме разгрузки зрения за счет других анализаторов. В этой связи значительный интерес представляют иссле­дования Флореза и Форбеса [по 363, 441]. Они показали, что пилот может достаточно хорошо управлять самоле­том по звуковым сигналам. В экспериментах пилот по­лучал необходимую информацию через головные теле­фоны с помощью звуков. Сигналами поворотов служили изменения отношения интенсивности звуков, подаваемых в правое и левое ухо. При повороте вправо увеличива­лась интенсивность звука справа и уменьшалась слева, и наоборот. Скорость и величина перепадов интенсив­ности соответствовали скорости и величине поворотов. Здесь была использована слуховая иллюзия движения, описанная выше (стр. 144). В то же время тон изменялся по высоте. Если, делая вираж, самолет кренился на пра­вое крыло, то звук, 'подаваемый на правое ухо, понижал-

11*

163

ся а на левое—повышался. Пилот слышал непрерывный тон, который как бы распространялся вдоль гори­зонта, создавая иллюзию виража. Для индикации ско­рости использовались короткие прерывистые сигналы, подаваемые на фоне непрерывного тона. С увеличением скорости они становились более частыми, и наоборот. Экспериментаторы пришли к выводу, что звуковая сиг­нализация позволяет пилоту достаточно точно оценивать изменения движения самолета.

Весьма интересны также исследования возможности использования тактильной и вибрационной чувствитель­ности. Так, Джелдард разработал систему передачи информации с помощью вибраторов, которые располага­лись на груди испытуемого [92, 395, 396].

Они подавали сигналы, различающиеся по длитель­ности и амплитуде. В эксперименте использовались ;пять положений вибраторов, три длительности и три ампли­туды. Эксперименты показали, что натренированные испытуемые, изучившие определенный «вибрационный» -код для букв и цифр, могли принимать сообщения со скоростью 38 слов в минуту (максимальная скорость приема сообщений, передаваемых о помощью азбуки Морзе, примерно 30 слов в минуту).

Сливинский показал возможность использования так­тильной и вибрационной чувствительности в операциях, слежения и наблюдения (по (412]).

Баллард и Хессингер создали электромеханическую тактильную систему управления, которая в принципе могла бы использоваться на самолете (по [412]). Такая система передает пилоту информацию о тангаже и угле крена с помощью тактильных стимуляторов, располо­женных на больших пальцах рук. С возникновением кре­на появляются тактильные сигналы, величина которых соответствует его углу, а локализация (палец правой или левой руки)—направлению. Авторы считают, что созданная ими система, хотя и не позволяет осуще­ствлять тонкое управление в течение длительного вре­мени, все же может быть использована как вспомога­тельное средство в общепринятых системах управления.

К этому же циклу работ относится исследование Л. В. Филиппова, который, исходя из возможностей так­тильного различения простейших форм, создал систему геометрических фигур, легко различаемых и опознавае-

164

мых в момент прикосновения [316, 317]. Эти фигуры были наклеены на клавиши линотипа, заменив изобра­жения букв. После небольшой тренировки по методике, предложенной Филипповым, линотиписты могли осу­ществлять набор, ориентируясь на тактильные сигналы с минимальным участием зрительного контроля, что при­вело к заметному повышению точности и скорости дей­ствий; полностью исчезли ошибки, обусловленные осо­бенностями зрительного восприятия.

Проблема разгрузки зрения является частью более общей проблемы выбора модальности сигналов и рационального распределения поступающей информации между разными анализаторами. Известно, что каждый анализатор имеет свои преимущества и свои недостатки в отношении приема сигналов. Так, слух имеет некото­рые преимущества в приеме непрерывных сигналов, а зрение — в приеме дискретных. Время простой реакции на звук короче, чем на свет, но самая короткая реак­ция— на тактильный сигнал. Вместе с тем тактильный сигнал может быть передан лишь при непосредственном воздействии на кожную поверхность, а световой или зву­ковой— на расстоянии. Различна и разрешающая спо­собность разных анализаторов. Они также играют раз­личную роль в рефлекторных реакциях. Например, боле­вая чувствительность особенно интимно связана с без­условными оборонительными рефлексами, а слуховая — с ориентировочными¹, вкусовая и обонятельная — с пи­щевыми и т. д.

Индикаторы, рассчитанные на визуальный и слухо­вой прием информации, вряд ли всегда являются наи­лучшими. В некоторых случаях более целесообразно дл9 приема сигналов использовать другие анализаторы. На­пример, адресатом сигналов опасности может быть боле вой анализатор. Имея в виду яркую эмоциональнук окраску болевых ощущений, их тонизирующее действш на организм и связь с безусловными оборонительным! рефлексами, можно ожидать, что «болевой индикатор: окажется значительно более эффективным, чем слухово! или визуальный (в сложной обстановке последние могу остаться просто незамеченными). Разумеется, он долже]

¹ Звук принадлежит к одгслу сильнейших безусловных стимул* торов ориентировочного рефлекса. Поэтому он особенно часто и< пользуется как предупреждающий сигнал.

16$

применяться с очень большой осторожностью и лишь в тех случаях, когда речь идет об опасности для жизни людей (при попадании в зону радиации, отравляющих веществ, особенно если они не имеют запаха, и т. д.). Как отмечалось, некоторые анализаторы не дают в обыч­ных условиях отчетливо осознаваемых ощущений. Но иногда (например, при управлении скоростными видами транспорта) такие ощущения могли бы быть полезными для деятельности человека. В связи с этим возникает задача разработки технических устройств, которые обес­печили бы искусственную стимуляцию этих анализато­ров.

Правильно выбрать модальность сигнала — значит повысить надежность его приема, а следовательно, и ра­боты всей системы управления.

В некоторых случаях средством повышения надеж­ности может быть дублирование сигнала в разных, мо­дальностях: одновременная или последовательная его посылка к разным анализаторам. Это средство особенно целесообразно при передаче сигналов о маловероятных событиях. Правда, надо отметить, что дублирование далеко не всегда дает положительный эффект. Если за­дача очень сложна и оператор не имеет достаточной тре­нировки, дублирование сигнала в разных модальностях может вызвать дополнительные трудности (см, гл. 1). Перед инженерной психологией встает задача точно определить, при каких условиях это средство повышает надежность приема сигнала, а при каких снижает.

Наконец, необходимо остановиться еще на одном во­просе. В реальной трудовой обстановке на анализаторы человека действует не только сигнал, несущий информа­цию об управляемых объектах, но и масса других, по­бочных раздражителей, которые, как отмечалось, оказы­вают влияние на всю систему анализаторов. Отсюда вытекает, что при конструировании индикатора недо­статочно изучить возможности только соответствующего анализатора, по необходимо учесть и те общие условия, в которых будет работать человек. Так, известно, что сильный шум изменяет чувствительность как хроматиче­ского, так и ахроматического зрения. Значит, при кон­струировании визуального индикатора важно учесть уро­вень шума в том помещении, где будет работать опера­тор. Известно также, что чувствительность зрительного

166

аппарата снижается при действии некоторых запахов, высокой температуры и вибрации. Значит, при конструи­ровании того же визуального индикатора важно учесть химический состав воздуха в помещении, где будет ра­ботать оператор, уровень температуры и вибрации. Зри­тельная чувствительность зависит и от позы человека, значит, важно учесть и позу.

Опираясь на известные науке сведения о взаимодей­ствии анализаторов, эту линию рассуждения можно было бы продолжить. Но для того чтобы сформулиро­вать общее требование, достаточно сказанного.

Определяя оптимальный способ сигнализации об управляемых объектах, необходимо по возможности учитывать вою систему раздражителей, дей­ствующих на все анализаторы человека, значит, важно учесть и позу. Это требование особенно важно подчеркнуть в связи с тем, что условия труда че­ловека в современном производстве чрезвычайно разно­образны.

Во'прос о взаимодействии анализаторов выступает и в другой связи. Как отмечалось, механизмом любой перцептивной деятельности является функциональная система анализаторов. В конечном счете эффективность приема того или иного сигнала зависит от уровня раз­вития, от слаженности такой системы. Отсюда следует, что, разрабатывая те или иные средства сигнализации, важно также решить и вопрос о том, какая функцио­нальная система должна быть сформирована у опера­тора для приема сигналов. Этот вопрос особенно отчет­ливо обнаруживается в тех случаях, когда речь идет о каких-либо специальных условиях труда человека (на­пример, скоростные и космические полеты, подводное плавание и т. д.). Изучение структуры и динамики функ­циональных систем анализаторов (выявление относи­тельной роли и последовательности включения каждого из них в деятельность по приему сигналов) является предпосылкой эффективной разработки «техники ввода информации».

Вместе с тем знание особенностей и путей формиро­вания функциональных систем необходимо для опреде­ления методов обучения операторов и конструирования учебной техники.

167

³

О СПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

ПРИНИМАТЬ, ПЕРЕДАВАТЬ

И ХРАНИТЬ ИНФОРМАЦИЮ

В гл. 2 речь шла преимущественно о пороговых ха­рактеристиках тех материальных явлений, которые спо­собны при воздействии на анализаторы вызвать ощуще­ние. Изучение чувствительности анализаторов в отноше­нии энергетических, пространственных и временных характеристик этих явлений позволяет определить цеко-торые требования к физическому алфавиту сигналов, адресованных человеку.

Однако любой материальный процесс выступает в роли сигнала лишь постольку, поскольку он является носителем информации. Поэтому изучение «сенсор­ного входа» человека, его возможностей по приему сиг­налов не может быть сведено только к анализу чувстви­тельности различных анализаторов. Такой подход •раскрывает лишь один аспект этих возможностей: спо­собность ощущать и воспринимать явления, в которых воплощается сигнал.

Другим аспектом является оценка количества информации, которое может быть передано чело­веку посредством того или иного сигнала. В этой связи инженерную психологию интересуют вопросы об опти­мальном количестве сигналов, которые могут быть пере­даны человеку, об их распределении во времени, о числе измерений сигналов и их «насыщении» информацией, об оптимальном кодировании и т. д.

Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо опреде­лить способность человека принимать, перерабатывать, сохранять и передавать информацию, поступающую на

168

его «сенсорный вход», воспользовавшись некоторыми понятиями теории информации. В этой связи человек или отдельные звенья его нервной системы рассматрива­ются как каналы связи. Теория информации первона­чально была разработана в связи с потребностями изме­рения сообщений, .возникшими в технике связи. Она по­казала, что самые различные сообщения, относящиеся к самым разным вопросам и имеющие самое различное содержание, могут быть переведены на общий язык и измерены некоторой единой мерой. Благодаря этому тео­рия информации вышла за пределы техники связи и проникла во многие области науки, в том числе и психо­логию.

Исходной величиной для определения численной меры информации является вероятность события.

По определению, принятому в теории информации, полученная информация (Я) равна

_{г г} . вероятность события после приема"сообщеЕшя

И = log —^v~ -7 - -z .

⁵⁵ ьероятпость события до приема сообщения

В случае отсутствия помех вероятность события по­сле приема сообщения равна единице.

За наиболее простой случай принимается такой, в ко­тором вероятность события до приема сообщения рав­на 72. Полученная информация здесь log2. При двоич­ном основании log2 — 1. Эта величина и является едини­цей, численного измерения информации. Она получила название «бит» (от англ. binary digit — двоичная еди­ница). Одна двоичная единица информации соответ­ствует сообщению о том, что произошло одно из двух равновероятных событий.

По своему существу -процессы передачи информации являются процессами выбора из определенного ряда альтернатив. Один бит соответствует выбору из двух равновероятных альтернатив. Чем шире ряд альтерна­тив, тем больше требуется информации для того, чтобы сделать выбор. Величина информации о любом из рав­новероятных событий определяется по формуле

H = log,-L. (23а)

где Н — информация о событии; р — вероятность события.

169

В том случае, если события (альтернативы) имеют разную вероятность, информация о каждом из них (индивидуальная информация) может быть найдена по аналогичной формуле

hi = log₂-±r> (236)

Рг

где hi — информация об i-ы событии; pi — вероятность *-го события. Однако цля решения многих задач знания об инди­видуальной информации недостаточно. Возникает необ­ходимость вычисления среднего количества информации. В этом случае пользуются формулой Шеннона ¹

H = f_Pilog_a±₉ (24)

й ^Pi

где И — среднее количество информации; pi — вероятность г-го события.

Формула средней информации ,(24) выводится из предыдущей формулы (236) так же, как и любая дру­гая взвешенная средняя арифметическая.

В идеальном случае информация, принятая адреса­том, точно соответствует той, которая поступила от источника сообщения. Однако в реальных системах связи часть информации искажается помехами, а часть теряется при передаче. Поэтому для того, чтобы оценить тот или иной канал связи, важно измерить количество переданной информации. Эта величина определяет­ся по формуле

Т{х,у) = Н(_Х) + //м ~ Н{х,у)х (25)

где Т(_ХгУ)—мера 'переданной информации;

Я(_Х) — информация, поступающая в канал; Н(_У) — информация, исходящая из канала; Н(х,у) — информация, содержащаяся в совместном появлении сигналов, поступающих в канал и исходящих из него.

¹ При равной вероятности событий величины h (индивидуаль­ная информация) и И (средняя информация) совпадают.

170

Для определения переданной информации может быть применена и другая формула

Т(х₉у) = Нм — HuMj (26)

где Н_У(_Х) — та часть информации, которая потеряна при передаче по каналу связи.

Эта величина называется ненадежностью пере­дачи.

Если информация искажается при передаче, то опре­деляют еще одну величину Н_у^_х). Ею измеряется «ино­родная», не относящаяся к делу информация, возникаю­щая из-за помех, или «шум». Эта величина называется неоднозначностью передачи.

Одной из важнейших характеристик передачи инфор­мации как процесса, развертывающегося во времени, является скорость. Она определяется количеством информации, переданной за тот или иной промежуток времени,

R = l!*jvL, (27)

где R — скорость передачи информации;

/ — время, в течение которого передается информа­ция.

В зависимости от свойств канала связи скорость передачи информации может быть различна. Суще­ствуют каналы, способные передавать (пропускать) зна­чительную по количеству информацию за очень короткие промежутки времени. Но существуют и такие, возмож­ность которых в этом отношении невелика. Та макси­мальная скорость, с которой тот или иной канал может передавать информацию, называется его пропускной способностью. Она измеряется в битах в секунду. Чем больше пропускная способность канала связи, тем большую информацию можно по нему передать за еди­ницу времени.

Эффективность работы систем управления в значи­тельной степени зависит от того, насколько согласованы ее звенья по показателям пропускной способности. Так, система, состоящая из последовательно соединенных звеньев, будет нормально работать только в том случае, если — по принципу минимума — скорость передаваемой информации не превышает пропускной способности ее

171

наиболее слабого звена. В противном случае неизбежны потери и искажения циркулирующей информации.

Для решения инженерно-'психологических задач весь­ма важно рассмотреть возможности человека по переда­че информации. Однако здесь сразу же возникает во­прос о том, насколько правомерно применять к анализу его деятельности те меры, которые разработаны в тео­рии информации ^!.

Ответ на этот вопрос в конечном счете зависит отто­го, обладают ли психические явления признаками про­цессов, которые изучаются теорией информации. Как известию, теория информации формальна и применяется только к анализу статистических процессов, разверты­вающихся во времени. По существу своему информа­ционные процессы избирательны. Они рассматриваются как процессы выбора из определенного ряда альтернатив (при условии, что все возможности выбора известны), включающие «взвешивание» вероятностей каждого со­бытия.

То, что психические процессы протекают во времени, является общепризнанным и подтверждается экспери­ментально. Требование изучать их во временном кон­тексте уже давно стало методическим правилом.

¹ Единой точки зрения среди психологов но этому вопросу еще пет. Одни исследователи пытаются применять эти меры всюду, по­лагая, что они могут служить в психологии основным средством ко­личественного анализа. Другие относятся к ним более осторожно (а иногда -и просто отрицательно), указывая .на ограниченность ин­формационных мер и па необходимость прежде всего качественного анализа. Надо отметить, что пока применение этих мер оказалось результативным при изучении лишь очень ограниченного круга явлений (в основном дизъюнктивных реакций и актов идентифика­ции). Попытки их применения к другим моментам деятельности человека наталкиваются на значительные трудности.*

По чисто лревходящшм причинам в шеихологии применяются пре­имущественно шепноновские меры (неопределенности и количества информации. Однако они, несмотря на строгую обоснованность и изящность, «не исчерпывают iBcero математического аппарата, кото­рый может быть применен к проблемам передачи, приема, перера­ботки и хранения информации. Очевидно, при изучении психи­ческих явлений нельзя ограничиваться только одной из количест­венных мер информации, необходимо более широкое привлечение и других средств из современного математического аппарата. Чтобы в шолную меру оцепить силу и границы методов теории информации, требуется еще большая совместная работа психологов и матема­тиков.

172

Новейшие исследования по проблемам восприятия, узнавания, сенсомоторных реакций показывают, что од­ним из компонентов деятельности нервной системы яв­ляется аппарат статистической обработки поступающих сигналов, своеобразный «счетный» механизм, «исполь­зующий» принципы статистики.

Он был выявлен в деятельности воспринимающих си­стем мозга. Его существенная роль в процессах восприя­тия состоит в том, что, оставляя нетронутым порядок по­ступающих сигналов, статистический аппарат усиливает различия между возбуждениями, которые вызываются внешним воздействием, и «спонтанными» возбуждениями. Благодаря этому поступающие сигналы дифференци­руются о г «собственных шумов» нервной системы. Ста­тистическая обработка входных сигналов обеспечивает повышение способности различения, особенно простран­ственного (например, увеличение остроты зрения), уча­ствует в процессах адаптации, сенсибилизации и харак­теризует также некоторые другие стороны деятельности анализаторов (И. Колер [420]).

На «использовании» нервной системой статистиче­ских закономерностей основана перестройка сенсорных приборов и выработка экономных и надежных способов восприятия и опознания в процессе перцептивного на­учения (Е. Н. Соколов [294], И. Колер [420], X. Франк и др.). По экспериментальным данным ряда авторов, статистическая обработка сигналов является также су­щественным моментом процессов запоминания, образова­ния сепсомоторных связей,, формирования механизмов антиципации и т. д. (С. Голдмап [78], Ф. Эттнив (340], Ф. К. Фрик [391], В. Е. Хик [409], К- Купфмюллер [424], Дж. А. Миллер [448], М. Стриженец [483], X. И. Ландер и др.).

Поскольку сама нервная система обладает «счетным механизмом», работа которого подчиняется статистиче­ским закономерностям, логично заключить, что методы теории информации являются адекватным средством ее изучения.

Однако применение информационных мер к анализу психических процессов сталкивается с целым рядом трудностей. Прежде всего, несмотря на значительное ко­личество психологических исследований, . проведенных с позиций теории информации, все еще нет ясного отве-

173

fa на основной методический вопрос: как подсчитывать информацию, принимаемую и перерабатываемую нерв­ной системой?

Количество информации, содержащейся в каком-либо состоянии сигнала, является величиной относительной и зависит от общего числа его возможных состояний. Ин­формация, приходящаяся на символ, определяется дли­ной всего алфавита. Чем длиннее алфавит, тем больше средняя информация на символ ^].

Пожалуй, наиболее трудный вопрос для психологиче­ских исследований — это вопрос о том, как определить алфавит в каждом конкретном случае.

Предположим, что человек воспринимает некоторый незнакомый предмет. Чтобы вычислить, сколько инфор­мации он получил, надо знать, какова длит а алфавита, т. е. надо знать общее число всех существующих пред­метов и вероятность встречи человека с каждым из них. Поскольку наука не располагает такими знаниями, ис­следователи вынуждены идти по пути ограничения зада­чи и вводить различные допущения.

Одни из них исходят из того, что всякий а#т восприя­тия есть отнесение конкретного объекта к какой-то кате­гории (В. Д. Глезер и И. И. Цуккерман [77], Г. С. Шик-лай {485]). Так как число категорий может быть подсчи­тано, хотя бы приблизительно, то это несколько облег­чает дело. Но остается неясным вопрос о том, какова вероятность встречи каждого человека с 'предметом каждой категории. Делается второе допущение: предпо­лагается, что эти вероятности примерно равны². Как будто бы при таких допущениях задача решается. Но этот путь вызывает ряд серьезных возражений. Во-пер-

¹ Отдельное состояние сигнала называется -символом (буквой), а вся их совокупность — алфавитом.

² В последнее время некоторые авторы стали различать «объ­ ективную вероятность» и «субъективную вероятность», которые в конкретных актах поведения человека могут значительно расхо­ диться. По данным экспериментального исследования X. Франка, субъект, приступая к какой-либо незнакомой задаче, исходит из допущения (осознанного или нет) о равенстве вероятностей всех событий. Между тем по условиям задачи они могут оказаться раз­ личными, и тогда 'В первых попытках решения задачи субъект де­ лает массу ошибок. Но с опытом, 'благодаря работе статистиче­ ского аппарата, «заложенного» в нервной системе, «субъективная вероятность» (начинает приближаться к «объективной». Поведение становится адекватным условиям задачи.

174

вых, хотя восприятие, во всяком случае развитое, и включает момент отнесения объекта к категории, оно не исчерпывается этим моментом. Более того, категориаль-но'сть восприятия является не основной, а производной чертой, возникающей лишь на сравнительно высоких ступенях развития. Во-вторых, сенсорное обобщение, ха­рактерное для восприятия, далеко не всегда осущест­вляется на основе тех же признаков, что и логическое. Поэтому задача отнесения того или иного предмета к какой-то категории часто оказывается трудной. В-треть­их, если принять допущение о равенстве вероятностей встречи человека с предметом любой категории, то от­сюда следует, что при восприятии любого предмета он получает одно и то же количество информации. По тогда снимается вопрос о зависимости объема получаемой ин­формации от индивидуальных свойств предмета. Короче говоря, рассматриваемый способ вряд ли можно при­знать адекватным для той задачи, ради решения кото­рой он был разработан. Любой реальный акт восприятия всегда является отражением конкретного предмета в со­вокупности его индивидуальных свойств. Но те допуще­ния, -приняв которые только и можно пользоваться дан­ным способом, не позволяют учитывать этот весьма су­щественный признак восприятия. В лучшем случае дан­ный способ может быть применен как средство количе­ственного анализа только процессов категориального узнавания, но не восприятия.

Другой способ подсчета информации, поручаемой чело­веком в актах восприятия, заключается в том, что за ос­нову алфавита 'принимается число градаций отдельных признаков предмета, которые человек в состоянии раз­личить. Исходя из характеристики различительной чувст­вительности, можно составить шкалу для каждого ощу­щаемого свойства, которая и явится алфавитом, а ее эле­менты— символами. Так, если человек различает около тысячи оттенков яркости, то ощущение какой-то опреде­ленной яркости дает ему информацию примерно в 10 бит. Если различимых цветов около полутораста (при мак­симальной насыщенности), то ощущение цвета дает не­сколько более 7 бит и т. д. Информация, получаемая при восприятии какого-либо предмета, находится как сумма информации, передаваемых каждым признаком. Этот способ, казалось бы, позволяет учитывать специфику

175

сенсорных процессов, поскольку он берет за основу акты различения, а не опознания. Но при ближайшем рассмо­трении оказывается, что здесь различение тоже подме­няется опознанием, но только опознанием отдельных свойств, а не целостных предметов. Кроме того, учесть вероятность появления каждого свойства нисколько не легче, чем вероятность предмета. Наконец, этот способ игнорирует такие важнейшие «особенности восприятия, как целостность и структурность, поскольку предпо­лагается, что образ предмета является просто суммой ощущений, отражающих отдельные свойства.

В лучшем случае данный способ может быть приме­нен для количественного анализа актов различения, включающих опознание, но не восприятия.

Хорошо известно, что решающую роль в процессах восприятия играют форма п контур предмета. Поэтому не случайно многие исследователи (Б. В. Барский и М. А. Гузева [42], С. Голдман [78], Е. Н. .Соколов [294] и др.) направили свои усилия па поиски таких способов, которые позволили бы подсчитывать информацию, полу­чаемую человеком при отражении контура. Здесь наме­тилось несколько линий. Одна исходит из представления о поле восприятия как матрице, состоящей из элементов (ячеек), величина которых соответствует некоторым психофизиологическим «параметрам» анализаторов '(на­пример, углу зрения). Здесь каждый элемент матрицы является символом, а их общее число определяет длину алфавита. Объект при восприятии как бы накладывает­ся на матрицу и тем самым разбивается на точки. По числу точек и распределению их вероятностей находится информация, получаемая человеком при восприятии объекта (С. Голдман [78]) ¹. Такой способ вполне приме­ним к системам, в которых изображение строится либо по принципу фотографирования, либо по принципу строч­ной развертки. Однако построение психического изобра­жения (ощущения, восприятия) осуществляется по иным принципам. Поэтому вряд ли можно распространять этот способ на деятельность воспринимающих аппаратов.

¹ Это лишь грубое изложение данной точки зрения. В действи­тельности авторы, разрабатывающие далпый способ, учитывают, что каждый элемент может иметь множество состояний, что, конечно, влияет на длишу алфавита. Учитываются также и 'статистические связи между точками объекта.

176

Другая линия связана с представлениями о радиаль­ной развертке как механизме построения изображения. Для оценки информационного содержания контура изме­ряется частота и количество его «перепадов» относитель­но некоторой точки (например, относительно центра тя­жести плоской фигуры). Этот метод разработан инже­нером Б. В. Барским .[42]. Он был использован в нашей лаборатории для изучения зависимости пространствен­ных порогов видения от информационного содержания контура плоской фигуры. Эксперименты показали, что эта зависимость приближается к линейной ^[. Мы считали возможным применение метода Барского к изучению зрительного восприятия, исходя из того, что развертка изображения, осуществляемая глазом, имеет некоторую аналогию с радиальной. При первичном знакомстве с предметом глаз как бы идет по контуру предмета, «снимая» основную информацию именно в точках «пе­репада».

Можно предполагать, что этот метод окажется эффек­тивным при изучении движения рецепторпых аппаратов (прежде всего глаза и руки) в процессе восприятия и позволит выявить зависимость величины, частоты и ско­рости парциальных движений от количества информа­ции, передаваемой контуром. Вместе с тем изучение движений позволит внести коррективы и усовершенство­вать самый метод. Но пока ясно одно: и этот метод — в том виде, как он сформулирован автором, — не может быть использован для количественного анализа струк­турности и целостности восприятия.

На представлении о зрительном восприятии как по­следовательном обведении контура основан также ме­тод, предложенный В. А. Ганзеном и Р. М. Грановской [69]. Количественная оценка информационного содер­жания контура по этому методу учитывает три харак­теристики-

1. число, показывающее, сколько раз на контуре кри­визна меняет знак;

2. число криволинейных участков контура;

3. сумму абсолютных приращений угла наклона ка­сательной.

¹ Работа выполнена сотрудниками лаборатории М. Л. Гузевой, Л. J-I. Фоменко, Л. И. Барановой и Б. >В. Максимовым.

12—2286

177

Авторы дали сравнительную оценку сложности ряда плоских фигур, применяемых в некоторых системах зна­ковой индикации. Эти же фигура были использованы в качестве экспозиционного материала в экспериментах нашей сотрудницы М. К. Тутушкиной, которая опреде­ляла пороговое время их восприятия, необходимое для точного воспроизведения. Сравнение экспериментальных данных (пороговое время) и расчетных (степень слож­ности контура) показало, что имеется соответствие меж­ду ними. Это как будто бы свидетельствует о правомер­ности предложенного метода для оценки информации, получаемой -в процессе восприятия. Однако нужно отме­тить, что этот метод применим лишь в тех случаях, ког­да происходит последовательное обведение контура. Между тем хорошо известно, что глаз далеко не всегда действует по такому принципу даже при первичном вос­приятии незнакомых контуров. Возможно, этот принцип является, скорее, исключением, чем правилом.

Итак, даже такая, казалось бы с первого взгляда простая задача, как определение количества информа­ции при восприятии предмета, пока не может быть одно­значно решена с помощью существующих способов. Если применить к этой задаче все перечисленные способы, то мы получим величины, значительно различающиеся меж­ду собой. Каждый из способов разработан на основе целого ряда чисто логических предположений и допу­щений, но не на основе знаний природы тех процессов, к которым его хотят применять. Эффективным будет только тот способ, который адекватен природе изучае­мых явлений. Создание такого способа — дело будуще­го, и оно может быть осуществлено только при условии совместной работы математиков и психологов.

Обычно при подсчете информации исходят из того, что система, которая ее принимает и перерабатывает, действует по принципу последовательной дихотомии, осуществляя серию выборов из некоторого множества. При этом предполагается, что все возможности выбо­ров ей известны. Это значит, что алфавит заложен в си­стему заранее. В какой мере мы можем считать эту схе­му пригодной для анализа психических процессов? Рабо­тает ли нервная система по принципу дихотомии? Можно ли рассматривать восприятие, запоминание, узнавание и т. д. как акты выбора? Ответов на эти вопросы еще

178

нет. Пока данная схема была удачно применена к анали­зу лишь очень, узкого круга явлений: к актам идентифи­кации, опознания и к реакциям выбора. В эксперимен­тах по изучению актов этого рода человек заранее зна­комится с полным набором стимулов (усваивает алфа­вит), а затем на каждый из них должен отвечать опре­деленным образом. Значит, здесь уже самая постановка задачи предполагает такую организацию действий чело­века, которая строится по принципу-выбора.

Применение информационных мер дает в этих слу­чаях достаточно четкие результаты. По-видимому, мы пока вправе пользоваться формулами теории информа­ции лишь при изучении тех процессов, которые строятся по принципу выбора из множества символов, более или менее прочно усвоенных человеком. Расширение сферы их применения требует целого ряда уточнений, дополне­ний и допущений, а возможно, и использования некото­рых новых принципов.

Одно из первых психологических исследований, в ко­тором были применены методы информационного анали­за, выполнено X. В. Хейком и В. Р. Гарнером i[404]. Оно посвящено вопросу точности идентификации пространст­венного положения указателя на линейной шкале ¹. Шкала имела лишь две конечные отметки «О» и «100», и от испытуемого требовалось идентифицировать позицию указателя между ними,, не пользуясь никакими объек­тивными средствами измерения. Число альтернативных позиций варьировало от 5 до 50. Оказалось, что в этих условиях человек может точно идентифицировать не бо­лее 9 позиций, т. е. осуществлять выбор не более, чем из 9 альтернатив. Если число альтернатив в эксперимен­те увеличивалось, испытуемый начинал ошибаться. При

¹ Обычно при изучении актов идентификации попользуется ме­тодика так называемых «абсолютных суждений», суть которой за­ключается в следующем: выбирается некоторый ряд стимулов, и каждому из них приписывается какое-то «имя» (например, число). Затем испытуемый заучивает «имена», относя их к стимулам. После этого стимулы демонстрируются в случайном порядке, и испытуе­мый должен 'называть каждый из них. По количеству правильных и ошибочных ответов судят о точности идентификации. Нетрудно ви­деть, что эта методика ставит испытуемого, знающего полный «алфавит» стимулов, в ситуацию выбора. Поэтому-то именно ме­тодика «абсолютных суждений» нашла наиболее широкое примене­ние в экспериментах по изучению .способности человека принимать и передавать информацию.

12*

179

"переводе в единицы информации это значит, что посред­ством одномерного ¹ стимула человеку может быть пере­дано всего лишь около 3,25 бит.

Позднее вопрос о 'предельном количестве инфор­мации, передаваемой человеку одномерным стимулом, стал предметом целой серии специальных исследова­ний.

Одну группу составляют исследования идентифика­ции визуальных стимулов. Изучались акты идентифи­кации простых геометрических фигур (квадратов) по их площади (С. В. Эриксен и X. В. Хейк [386]), линий (И. Поллак и Е. Т. Клеммер [464]), цветов (Чапанис и Р. Хэлси [364]), яркостей (Эриксен [385]).

В другой группе исследований вопрос о предельном количестве информации, принимаемой человеком, изу­чался на примере акустических стимулов, индеитифи-цируемых по высоте (Поллак [461—462J) и по громкости (В. Р. Гарнер [392]).

Изучалась также возможность точной идентификации вкусовых (И. Г. Биби-Сентер, М. С. Роджерс, Д. Н. О'Коннел [346]) и вибрационных (Ф. А. Джелдард [395]) стимулов.

Чтобы сопоставить воспринимающие аппараты чело­века по их предельным возможностям принимать инфор­мацию, передаваемую одномерными стимулами (в ак­тах идентификации), 'сведем экспериментальные данные в единую табл. 4.

Как видно из таблицы, наиболее высокими возмож­ностями по приему информации обладает зрение, затем следуют слух, кожно-мехаиический анализатор и вкус. При этом наблюдаются значительные различия инфор­мационной емкости одного и того же анализатора в от­ношении идентификации разных признаков сигнала. Так, визуальные стимулы наиболее точно- идентифици­руются по цвету и положению в одномерном пространст­ве, слуховые—по высоте, тактильно-вибрационные—по положению на кожной поверхности.

Обобщая полученные данные, Дж. А. Миллер уста­новил, что предельные возможности человека передавать информацию при опознании (идентификации) одномер-

¹ Одномерным называется стимул, который изменяется только в одном измерении. В описанном эксперименте таким измерением было положение стимула на линейной шкале.

180

ТАБЛИЦА 4.

Предельное количество информации, передаваемое стимулами разных модальностей (в экспериментах по идентификации)

	Варьируемый признак стимула	Переданная ин­формация, бит
Модальность		при ко­ротких Э КС ПО­ЗИЦИЯХ	при длин­ных экспо­зициях	Авторы
Визуальные стимулы	Положение точки (указателя) на прямой линии (на линейной шкале)	3,25 2,75 3,2	3,9	Хейк и Гарнер [404] В. И. Мак-Гилл [437] Коонен и Клеммер [371]
	Длина прямой линии	2,6 |	3,0	Поллак и Клеммер [464]
	Направление (угол наклона) прямой линии	2,8	3,3	То же
	Кривизна дуги (при константности ее дли­ны)	2,2 [		"
	Кривизна дуги (при константности ее хор­ды)	1,6		"
	Площадь простых , геометрических фигур	1 2'	0 2,2	Эриксен и Хейк [386]
		2,6 1	2,7	1 [оллак и Клсммср [464]
	Цвет	| |3,1 | Эриксен [385]
			3,1	Чапанис и Хэлси [364]
Акустические	Яркость | | 2,3 | Эриксен [385]
стимулы	Частота (высота) чистого тона		2,2 —2,5	| Поллак [461, 462]
	1 Интенсивность 1 (громкость) чистого [тона 1		2,3	Гарнер [392]
Вкусовые стимулы	Концентрация рас­твора поваренной соли		1,9	Биби-Сонтср, Роджерс и 0* Коннсл [346]
Тактильно-виб­рационные сти-	Интенсивность виб­раций		2,0	Джслдард [395]
мулы (в обла­сти груди)	Длительность виб­раций		2,3	То же
	Место (локализация) [вибраций		2,8	•

181

ных стимулов определяются величиной всего в несколько битов, б ранге от 1,6 до 3,9 бит. Применяя к этим данным формулы статистики, он нашел среднюю величину, рав­ною 2,6 бит. Среднее квадратическое отклонение состав­ляет 0,6 бит. По большинству данных число точно иден­тифицируемых альтернатив находится в пределах 5—9. Исходя из этого, Л^иллер сформулировал известное поло­жение, согласно которому предельное количество точно идентифицируемых стимулов (альтернатив) равно 7±2 (правило «Seven plus or minus Two» [449]).

Если сопоставить данные, приведенные в таблице, с характеристикой различительной чувствительности ана­лизаторов (см. гл. 2), то обнаруживается нечто общее. Можно заметить, что, чем выше дифференциальная чув­ствительность по отношению к какому-либо признаку стимула (раздражителя), тем большая информация мо­жет быть передана с его помощью. Это указывает на ин­тимную связь процессов опознания и различения.

Вместе с тем число точно идентифицируемых стиму­лов значительно меньше, чем число различаемых сти­мулов: здесь — единицы, там — сотни и тысячи. К сожа­лению, психология пока еще не располагает удовлетво­рительными концепциями, которые могли бы объяснить столь значительные расхождения. Но ясно одно: этот факт свидетельствует о неправомерности отождествле­ния процессов различения и опознания. , Между этими процессами нет, конечно, непроходимой границы. По экспериментальным данным узнавание объекта повышает скорость и точность различения его признаков. Это объясняется, видимо, тем, что в данном случае различаемые признаки соотносятся с той «субъ­ективной шкалой» (представлениями), которая хранится в памяти воспринимающей системы. «Субъективная шкала» является как бы некоторым дополнительным средством измерения вновь поступающих сигналов. С другой стороны, в любой акт опознания так или ина­че включается и процесс различения. В экспериментах по изучению идентификации обычно используют стиму­лы, различающиеся весьма значительно. Но если эти различия сокращаются (сжимается диапазон варьиро­вания признака стимула), то точность опознания сни­жается (Эттнив [340]).

По экспериментальным данным на точность и ско-

182

рость опознания стимулов значительное влияние оказы­вает фактор их различимости (А. Н. Леонтьев и Е. П. Кринчик [183], Е. Кроссман [374], И. А. Леонард [428], а также упомянутые в предыдущей главе работы Дмитриевой и Бутовой).

Однако имеющиеся данные не позволяют делать определенные выводы о взаимосвязи процессов различе­ния и опознания. Здесь требуются специальные экспе­риментальные исследования. Есть некоторые основания ожидать, что работа в этом направлении позволит по­дойти к решению вопроса о способах измерения инфор­мации, принимаемой человеком в процессе не только опознания, по и различения стимулов, т. е. иначе говоря, о количественном учете так называемого фактора их различимости.

Все, что говорилось выше, относится к опознанию лишь одномерных стимулов. Между тем в реальных ус­ловиях человеку приходится иметь дело со стимулами, число измерений которых гораздо больше одного. Логич­но предположить, что с помощью многомерных стимулов человеку может быть передана и большая информация. Это предположение было проверено экспериментально рядом авторов. В экспериментах Клеммера и Фрика [418] перед испытуемыми ставилась задача идентифика­ции точек, расположенных в двухмерном пространстве. Методика заключалась в следующем: па экране па ко­роткое время появлялся квадрат с одной или несколь­кими точками. После этого испытуемый должен был воспроизвести их положение в квадрате, укрепленном па специальном щите. Оказалось, что даже в том случае, когда на экране появлялась только одна точка, испытуе­мый мог достаточно точно идентифицировать 24 ее поло­жения, т. е. передавалась информация, равная 4,4 бит. Это значительно превышает величины, установленные для одномерных стимулов. Таким образом, включение второго измерения (позиция точки определялась в двух координатах) сразу же привело к увеличению количест­ва переданной информации. Правда, полученная вели­чина оказалась меньшей, чем та, которую можно было бы ожидать, исходя из приведенных выше данных Хейка и Гарнера. Если информация, которая передается точ­кой, изменяющей положение в одном измерении, состав­ляет 3,25 бит, то, казалось бы, включение второго изме-

183

рения должно увеличить информацию вдвое (до 6,5 бит). Между тем она оказалась равной 4,4 бит.

В последующих экспериментах Клеммер и Фрик уве­личивали количество точек па экране, вводя тем самым новые измерения в «сигнальное пространство» ¹. При восьмимерпом «сигнальном пространстве» человек мог достаточно точно идентифицировать более двухсот пози­ций, занимаемых четырьмя точками. По данным Клем-мера и Фрика, в этом случае человек способен принять информацию, равную 7,8 бит.

Поллак и Клеммер [464] изучали зависимость переда­ваемой информации от числа измерений сигнала на примере идентификации контурных фигур, заполненных точками. Результаты экспериментов показали, что уве­личение передаваемой информации почти пропорцио­нально увеличению логарифма числа его измерений. Так, например,- при удвоении числа координат она уве­личивается па 1,7 бит независимо от того, удваиваем ли мы одну координату и получаем две или удваиваем две и получаем четыре. Зависимость, обнаруженная Полла-ком и Клеммером, представлена графически (рис. 33). На этом же графике отмечены (крестиками) величины, полученные Клеммером и Фриком.

Аналогичные результаты были получены также в экс­периментах по изучению идентификации многомерных акустических (Поллак и Фикс [463]), вкусовых (Биби-Сентер, Роджерс и О'Копнел [346]) и световых (Хэлси и Чапаиис [364]) стимулов.

Эксперименты выявили общую тенденцию зависимо­сти передаваемой информации от количества измерений стимула. Она заключается в том, что дополнение к сти­мулам независимых переменных увеличивает их инфор­мационную емкость, т. е. число состояний сигнала, кото­рые могут быть точно опознаны человеком, а значит, и 'передать ему информацию'².

¹ Если для определения одной точки в квадрате требуются две координаты, то для определения двух точек — четыре, трех — шесть, четырех — восемь и т. д.

² Информационная емкость понимается в теории информации как способность системы хранить или передавать информацию. Со­гласно Хартли она оценивается логарифмом числа возможшых со­стояний системы. При этом, конечно, имеется -в виду, что система различает эти -состояния,

184

Интересно отметить, что информационная емкость сигнала увеличивается даже и в том случае, если изме­нения его параметров не независимы [385, 386].

Отметим, что общее количество информации, переда­ваемое многомерным стимулом, всегда меньше суммы тех количеств, которые передаются каждым из его изме-

Число координат (6 лог. масштабе)

Рис. 33. Переданная информация как функция числа «координат сигнального пространства» (О—по /Поллаку и Клеммеру; X — по Ююммеру и Фрику);.

рений. Иначе говоря, увеличение возможностей воспри­нимающих аппаратов по отношению к многомерным сти­мулам сопровождается в то же время их снижением в отношении каждого измерения стимула, взятого в от­дельности К

Данный факт свидетельствует о том, что интеграция информации, получаемой при опознании (надо полагать, и при различении) предметов, осуществляется по прин­ципу, отличному от простого суммирования.

Этот принцип может быть выявлен лишь на основе изучения природы тех процессов, посредством которых осуществляются прием и переработка информации в ана-

¹ Миллер считает, что эта особенность воспринимающих аппа­ратов организма обусловлена биологически. «Чтобы выжить в посто­янно меняющейся среде, — пишет он, — лучше иметь немного ин­формации о массе вещей, чем массу информации о маленькой части окружения» [449]. Эта точка зрения, по-видимому, не лишена осно­вания.

185

лизаторпых системах организма. Главной здесь стано­вится проблема механизмов формирования и динамики образа (частично она будет рассмотрена в следующей главе). Решение этой проблемы позволит внести необхо­димые коррективы в способы количественного описания процессов приема и интегрирования информации, посту­пающей па «сенсорный вход» человека.

Как видно из приведенных данных, информация, ко­торую человек может принять при опознании как одно-, так и многомерных стимулов, не превышает 10 бит. Од­нако эти величины справедливы лишь по отношению к тем случаям, когда человек решает задачу идентифи­кации стимулов, не пользуясь никакими объективными мерами. Единственным «измерительным инструментом» здесь является та субъективная шкала отражаемых па­раметров стимула, которая сформировалась у него в опыте чувственного измерения. Исследователи отме­чают, что наиболее легко опознаются стимулы, располо­женные в начале и конце предъявляемого ряда. Напро­тив, средние стимулы опознаются хуже. По-видимому, крайние стимулы выступают в роли своеобразных точек отсчета, относительно которых оцениваются и все ос­тальное. Если в середину ряда включаются дополни­тельные стимулы, которые могут служить объективными точками отсчета, то количество передаваемой информа­ции заметно увеличивается. Так, Поллак [461, 462] изу­чал влияние предъявления стандартного топа среди ряда тонов, оцениваемых испытуемым. Он' показал, что, когда в качестве стандарта использовался шестой из девяти тонов, перенумерованных в порядке возрастания по ча­стоте, количество передаваемой информации увеличи­лось с 2,19 до 2,67 бит. Но если стандартный тон нахо­дился ближе к концу ряда, его влияние было менее эф­фективным.

Можно предположить, что объективные точки отсче­та разбивают весь ряд опознаваемых стимулов на части. При этом каждая из частей становится как бы самостоя­тельным рядом, по отношению к которому действует об­щее правило. Например, имеется ряд А—5, в котором человек точно идентифицирует 5 стимулов. Разобьем этот ряд точкой В на две части А—В и В—Б. Тогда че­ловек будет способен точно опознавать по 5 стимулов в каждой части, значит — всего 10. Количество переда-

186

ваемой информации увеличивается на 1 бит¹. Дробя этот ряд на все большее число частей, можно увеличить коли­чество опознаваемых стимулов, приближая его сколь угодно к количеству различаемых стимулов. Таким образом, включение дополнительных точек отсчета, т. е. использование объективной шкалы, позволяет увеличить информацию, передаваемую одним и тем же рядом сти­мулов.

Приведенные данные представляют интерес для ин­женерной психологии прежде всего в связи с задачей определения допустимой длины алфавита сигналов, адресуемых человеку, а следовательно, и их «насыще­ния» информацией. На основе этих данных могут быть сформулированы некоторые общие положения, которые следует учитывать при разработке средств и способов индикации.

1. Возможности разных анализаторов человека по приему информации различны, поэтому и допустимая длина алфавита должна определяться в зависимости от модальности сигналов. Следует иметь в виду, что макси­ мальная информация, передаваемая сигналами любой данной модальности, зависит от того, какие их пара­ метры (измерения) используются.

2. Величина максимальной информации, которую мо­жет передать сигнал, является функцией числа его из­мерений, различаемых человеком. Отсюда следует, что, чем большей информацией насыщен сигнал, тем боль­шим числом измерений он должен обладать. Иначе гово­ря, увеличивая насыщение сигнала информацией, мы должны увеличивать и число его опознавательных при­знаков, если хотим, чтобы информация была принята человеком ².

3. Длина алфавита сигналов, адресуемых человеку, может быть увеличена путем включения в их ряд допол-

¹ Так как число опознаваемых стимулов зависит, хотя и незна­ чительно, от длины всего 'ряда, то действительная шрибавка долж­ на быть несколько меньше 1 бит. В ряду акустических стимулов она равна, по Поллаку, примерно 0,5 бит. По-видимому, .величина при­ бавки должна зависеть .и от того, какие -параметры стимула исполь­ зуются.

² Изучение зависимостей между «насыщенностью» сигнала ин­ формацией и необходимым числом его опознавательных признаков является одной из важнейших проблем инженерной психологии.

187

нительных точек отсчета. Иначе говоря, если человек должен оперировать со значительной по объему инфор­мацией, целесообразно, а иногда и просто необходимо использовать объективные шкалы (разного рода отмет­ки, системы стандартных сигналов, их группировку и т. д.).

Как уже отмечалось, наиболее важной характеристи­кой канала связи является его -пропускная способ­ность, которая определяется по максимальной скоро­сти передачи информации. Здесь уже необходимо обра­титься к анализу временных характеристик деятельности человека. В экспериментальной психологии имеется не­мало данных о временных порогах ощущения, восприя­тия, опознания, о времени простых и сложных реакций и т. д. Эти данные и явились исходными для целого ряда работ, в которых исследователи пытались найти максимальную скорость передачи информации челове­ком *.

В первых исследованиях, ведущихся в- этом направ­лении, была выявлена линейная зависимость между ла­тентным периодом дизъюнктивной реакции и величиной информации, содержащейся в одномерном визуальном стимуле (см. гл. 1). Позднее было показано, что этот вывод справедлив и в отношении многомерных визуаль­ных и акустических стимулов (Л. А. Сагал [279], Е. И. Арчер[339]).

На основании полученных данных можно было за­ключить, что максимальная скорость передачи информа­ции человеком является в среднем постоянной. Ее стали 'рассматривать как показатель пропускной способ­ности.

За последние годы появилось значительное число ра­бот, в которых предпринимались попытки измерения ма­ксимальной скорости приема, переработки и передачи информации человеком. Интерес к этому вопросу вполне понятен, если иметь в виду, что точное знание величины пропускной способности позволило бы решить целый ряд не только теоретических, по и практических задач, осо-

¹ Использование такой меры, как скорость переработки инфор­мации, при изучении реакций удобно в том отношении; что она по­зволяет дать интегральную оценку, включающую как время, так н точность реакции.

188

бенно тех, которыми занимается инженерная психоло­гия. Совершенно ясно, что работа системы «человек — машина» будет достаточно надежной и эффективной только в том случае, если скорость информации, посту­пающей от машины (иначе говоря, производительность источника сообщений), не превысит пропускной способ­ности «сенсорного входа» человека, а требуемая ско­рость ввода команд в машину — пропускной способности его «моторного выхода». Знание пропускной способности является одним из основных условий решения задачи согласования машинных звеньев системы управления с характеристиками человека-оператора.

Однако с развитием исследований возникло значи­тельное расхождение данных. Согласно Хику [409], кото­рый начал изучение этого вопроса, пропускная способ­ность равна примерно 5 бит/сек. По данным Дж. С. Мил­лера [451], максимальная скорость передачи информации индивидуально варьирует, но в среднем равна 4,5— 6 бит/сек. Фиттс и др. [388] указывают величину 10— 12 бит/сек. X. Франк считает, что она равна 16 бит/сек. Если же иметь в виду, что поступающая информация некоторое время (порядка 10 сек) хранится в непосред­ственной памяти, то, по мнению Франка, надо признать, что в каждый данный момент в сознании человека нахо­дится около 160 бит. Надо, впрочем, отметить, что в не­посредственной памяти сохраняется далеко не вся вход-пая информация. По данным Сперлинга [475], получен­ным при анализе зрения, человек способен получить та­кое количество информации, которое в три раза превы­шает объем его непосредственной памяти. Но ограничен­ность памяти ставит границы и для восприятия. Приняв эту поправку, надо сократить величину, указанную Франком, примерно до 60 бит/сек [(16 бит/секХ9 сек):3 + + 16 бит/сск = 64 биг /сек].

Кастлер и Вульф, определяя скорость передачи ин­формации при игре на фортепиано, получили максималь­ную величину 22 бит/сек. По мнению Дж. Л. Миллера [449], высший предел практически около 25 бит/сек. Ф. Эттиив [340], обработав данные экспериментов Самой и Поллака, изучавших скорость чтения вслух, указы­вает величину 35 бит/сек. Он отмечает также, что ма­ксимальная скорость передачи информацнн изменяется с изменением числа альтернативных выборов. По Купф-

189

мюллеру [424], максимальное значение потока информа­ции, которую может обработать человек, лежит в районе 50 бит/сек. Систематизировав некоторые данные, он при­водит значения, полученные при исследовании различ­ных видов человеческой деятельности (рис. 34). По дан­ным В. Д. Глезера и И. И. Цуккермапа [77], пропускная способность только зрительной системы равна 50— 70 бит/сек.

£

50
40 3D 23 <■ VI 10 J	— гт- . _ ..
	Л	гт	i~f	I т	1-	—		:=_-_—:г^
								Т "П ._

12 3 4 5 6 7 8

Вид деятельности,

Рис. 34. Максимальные значения информа­ции, передаваемой человеком в разных ви­дах деятельности (по Купфмюллеру): 1 — чтение «про себя»; 2 — громкое чтение; 3 — корректорская работа; 4 — печатание на ма­шинке; 5 —игра на фортепиано; 6 — сложение двух цифр; 7 — умножение двух цифр; 8 — счет предметов.

Частично расхождение полученных данных может быть объяснено тем, что разные авторы пользовались разными методами подсчета, о чем говорилось выше. При этом надо иметь тз виду, что к трудности расчета количества передаваемой информации добавляется еще и трудность расчета времени се передачи. Исследова­тели решали этот вопрос по-разному. Одни брали в ка­честве временной меры интервал между моментом предъ­явления сигнала и началом ответной реакции, т. е. ее латентный период. Другие—минимальное время экспозиции сигнала, необходимое для того, чтобы получить адекватный ответ. Третьи предъявляли испы­туемому целый ряд сигналов, определяли время их пере-

190

дачи, а затем вычисляли среднее время на передач у одного сигнала. Естественно, что, применив эти методы к решению одной и той же задачи, они не могли получить равные величины.

Но дело 1не только в методах расчета. Пожалуй, главная причина расхождения данных в том, что в экс­периментах перед испытуемыми ставились разные задачи, а значит, и способы их деятельности были различны. Здесь мы снова сталкиваемся с необхо­димостью анализа природы тех процессов, посредством которых осуществляются прием, переработка и передача информации человеком. Зависимость пропускной способ­ности от способа организации деятельности может быть проиллюстрирована па примере работы человека с пе­чатным текстом. Данные, приведенные в диаграмме (см. рис. 34), показывают, что при корректировке текста при­нимаемая информация равна примерно 18 бит/сек, при обычном громком чтении 30 бит/сек, а при чтении про себя принимаемая информация доходит до 45 бит/сек. Психологически все эти три вида деятельности различ­ны.

Для корректорской работы характерно аналитиче­ское чтение, при котором человек раскладывает каждое слово на составные элементы (буквы) и сравнивает его написание с эталонами, хранящимися в памяти. Здесь основная задача—обнаружить ошибки. Ясно, что в этом случае скорость чтения не может быть большой.

Во втором случае деятельность организуется иначе. Здесь главной задачей становится понимание и пере­дача смысла текста. Как показали исследования Т. Г. Егорова [102], единицей восприятия у опытного чте­ца является не буква и даже не слог, а целое слово. При этом схватывается лишь общая конфигурация букв, да и то не всех, а только доминирующих, т. е. тех, которые определяют слово как целостный зрительный образ. Большую роль в процессе чтения связного текста иг­рают также смысловые догадки, направляющие этот про­цесс. Все это и увеличивает скорость чтения.

Что же касается чтения про себя, то задача здесь не­сколько упрощается (снимается необходимость передать содержание другому человеку). Вместе с тем перестраи­ваются и самые механизмы чтения. Это выражается, с одной стороны, в сокращении числа глазных движений

191

и длительности пауз между ними, с другой — в редукции движений артикуляторного аппарата. Естественно, что в этих условиях скорость чтения еще увеличивается.

о w 20 W чо 50 во Информация, бит/мин

Рис. 35. Зависимость количества связей, устанавливаемых авиадис­петчером, от поступающей к нему информации (по М. А. Дмитрие­вой) :

/ —» общее количество связей; 2 — ко­личество активных связей.

В лияние способа деятельности на опознание звуковых последовательностей было показано также в работе Л. А. Чистович, Ю. А. Клаасс и Р. О. Алекина [325]. В этом исследовании испытуемые должны были при опо­ знании тонов действовать двумя способами. В одном слу­ чае предлагалось, слу- ,/ шая тоны, имптироватьнх гласными, в другом слу­ чае имитации не было. Оказалось, что в первом случае процент принятой информации заметно бо­ лее высок, чем во втором. Когда мы обращаемся к анализу сложных видов деятельности человека, зависимость пропускной способности от их задач и способов обнаруживает­ ся еще более явственно. Так, в исследовании М. А. Дмитриевой, проведенном в пашей лаборатории, бы­ ла предпринята -попытка оценить количество ин­ формации, перерабаты­ ваемой диспетчером КДП (командно-диспет­ черского пункта) при уп­ равлении движением са­ молетов. Она обратила внимание на зависимость .количества активных связей ¹ от скорости входной информации. Оказалось, что с ро­ стом скорости растет и число связей, по лишь до некото­ рого предела, за которым начинается спад активности диспетчера (рис. 35). Этот предел обнаруживается в районе 45 бит/мин"(т. е. около 0,80 бит/сек). По-види­ мому, уже при такой скорости диспетчер едва успевает

¹ Т. е. связей, устанавливаемых самим диспетчером. 192

перерабатывать всю поступающую информацию, что и приврдит к снижению его активности К

Если сравнить указанную величину «пропускной спо­собности с приведенными выше, то бросается в глаза их довольно значительное расхождение. Дело в том, что, ре­шая задачу управления воздушным движением, диспет­чер выполняет с каждым из получаемых сообщений око­ло десятка элементарных действий. Естественно, что для этого требуется гораздо больше времени, чем, например, просто для опознания сигнала или выполнения дизъюнк­тивной реакции.

Можно .предполагать, что скорость передачи инфор­мации зависит от состава деятельности человека, а зна­чит, от числа и характера преобразований информации. Однако этот вопрос еще не изучен, по крайней мере, на­столько, чтобы можно было в каждом конкретном случае точно определить состав и соотношения тех элементар­ных процессов, посредством которых осуществляются прием и передача информации. Пока мы располагаем данными лишь об узком круге элементарных процессов. Можно предполагать, что с изменением способа деятель­ности изменяется и структура образа, в котором отра­жается стимул.

Обычно при оценке пропускной способности опреде­ляют среднюю информацию, т. е. информацию, прини­маемую и перерабатываемую в единицу времени. Ее ве­личина может изменяться путем изменения как длины алфавита (числа возможных сигналов), так и вероятно­стей появления отдельных сигналов. В итоговой величи­не средней информации эти два пути оказываются скры­тыми. Между тем с точки зрения психологического ана­лиза процессов приема и переработки информации человеком они являются существенно различными, что было показано А. Н. Леонтьевым и Е. П. Кринчик [183]. В их экспериментах сопоставлялись зависимости време­ни реакции от индивидуальной и от средней информа­ции. Первая величина определялась по формуле (236), вторая — по формуле (24). Полученные результаты пред­ставлены на рис. 36.

¹ Впрочем, если иметь в виду, что диспетчер даже и при более высокой скорости входной информации все же продолжает руково­дить воздушным движением, надо признать, что в снижении актив­ности по существу шроявляется изменение способа деятельности.

13—228G

193

с т и

А вторы пришли к выводу, что психологическими кор­релятами указанных величин являются параметры, кото­рые можно обозначить как степень неожиданно-(завиепт от вероятности появления данного сигнала, т. е. от индиви­дуальной информации) и степень сложности выбора (зависит от длины алфавита и распределения вероятностей появления его элемен­тов, т. е. от средней информации).

\1 2 3 0,2

Величина информации, бит Рис. 36. Зависимость времени реакции от

индивидуальной и

средней информации

(по А. Н. Леонтьеву

и Е. П. Крипчик):

зависимость вре­ мени реакции от вели­ чины индивидуальной информации (в диапа­ зоне от 0,09 до 4 опт); зависимость вре­ мени реакции от сред­ ней информации (экс­ траполированная прямая по данным в точках для 0,0!); 0,20 и 0,42 бит).

Эксперименты Леонтьева и Крпнчик показали, что переработка информации человеком <не есть пас­сивное отражение статистической структуры сигналов, а представляет собой активную деятельность, при­водящую к возможно более эффек­тивному решению задачи. В ходе опытов испытуемый па основе учета вероятностей появления сигналов оптимизирует процесс приема ин­формации так, что, несколько проиг­рывая в скорости восприятия частых сигналов, он существенно выигры­вает в скорости восприятия сигна­лов редких. В этом выражается действие активного ожидания, фор­мирующегося в процессе опыта.

Влияние активного ожидания на скорость восприятия информации выявлено также в опытах О. А. Ко-нопкипа [155]. Он предлагал испы­туемым последовательности сигна­лов разной длины (4 h 8) и измерял время дизъюнктивных реакций для каждой из них. Затем испытуемому

давалась инструкция, которая фор­мировала у него установку (активное ожидание), несоот­ветствующую действительному ходу эксперимента. На­пример, испытуемому в серии опытов, в которых предъ­являлись сигналы из последовательности 4 (2 бит/сигн при равной вероятности их появления), сообщалось, что ему будут даваться сигналы из последовательности 8

194

(3 бит/сигн). Оказалось, что время реакции в этих усло­виях более соответствует ожидаемому, чем действитель­ному информационному содержанию сигнала, т. е. опре­деляется сформированной установкой.

В экспериментах М. А. Дмитриевой изучалась зави­симость скорости восприятия и переработки информации от характера функциональных связей между признака­ми сигналов. Использовались сигналы, имеющие два признака. В (первой серии испытуемый должен был реа­гировать одним образом (нажим белой кнопки), если оба признака соответствовали заданному образцу, и дру­гим (нажим черной .кнопки), если хотя бы один из них не соответствовал образцу (связь «и»). Во второй серии испытуемый должен был реагировать одним образом, если хотя бы один признак сигнала соответствовал образ­цу, и другим, если ни одни не соответствовал (связь «или»). В третьей серии он реагировал одним образом, если один и только один признак соответствовал образ­цу, и другим, если оба либо соответствовали, либо не со­ответствовали образцу (связь «либо»).

Во всех трех сериях испытуемым передавалось одно и то же количество информации, оцениваемое по вероят­ности предъявления сигналов, требующих либо одного, либо другого ответа. Однако время реакций и процент точных ответов во всех трех сериях оказались сущест­венно различными. Наиболее высокая скорость перера­ботки информации была в первой серии экспериментов, несколько меньшая — во второй и значительно мень­шая - - в третьей.

'Полученные данные свидетельствуют о зависимости скорости переработки информации человеком от харак­тера решаемой им задачи, а следовательно, и от типа операции выбора.

В других опытах М. А. Дмитриевой измерялась ско­рость переработки информации при выполнении отдель­ных элементарных операций (сравнение пар цифровых знаков по положению, по форме, а также вычитание и де­ление). Затем испытуемым предла'галось выполнять с по­добными же парами цифр п е с к о л ьк о элементарных операций подряд. Оказалось, что во втором случае ско­рость переработки информации заметно больше, чем средняя от скоростей составляющих элементарных опе­раций. Это позволяет предполагать, что с объединением

ряда элементарных операций в определенную 'последова­тельность формируются некоторые новые (по сравнению с отдельными операциями) способы переработки инфор­мации. Результаты рассмотренных исследований приво­дят к выводу о том, что нельзя оценивать скорость прие­ма и переработки информации человеком безотноситель­но к структуре его деятельности.

Оценивая «пропускную способность» человека, целе­сообразно различать операции 'приема, передачи и на­копления информации, поскольку они могут быть разде­лены во времени.

Одной из элементарных операций приема является опознание сигналов, поступающих на «сенсорный вход». Его изучению было посвящено исследование Шиклаи [485]. В экспериментах .использовалась телевизионная аппаратура, позволяющая дозировать время экспозиции. На экране показывалось некоторое «дежурное» изобра­жение. Затем на короткое время (Узо, Vis, ²/is, У<ь Уг, 1 или 2 сек) оно заменялось тест-изображением, которое испытуемые должны были опознать. После этого на эк­ране вновь появлялось «дежурное» изображение К При­няв, что, опознавая один предмет, испытуемый осуществ­ляет выбор из «алфавита» в 1000 предметов (это число взято по словарю), Шиклаи подсчитал количество пере­даваемой информации по формуле

_C=JiMiЈ, ₍28)

где С — пропускная способность; Т — время экспозиции;

п — число предметов, правильно опознанных испы­туемым; N—число предметов в «алфавите», Имеется в виду, что вероятности предъявления лю­бого 'предмета равны.

По Г. С. Шиклаи, при опознании одного предмета че­ловек получает информацию, равную примерно 10 бит (log"₂1000), Так как испытуемые опознавали за У₄ сек из всех предъявленных предметов только один, за У₂—

¹ «Дежурное» изображение использовалось для того, чтобы не .позволять «накапливать на сетчатке испытательное изображе­ние».

m

два и т. д., то он нашел, что С — 40 бит/сек. В более позд­них опытах испытуемого заранее знакомили с ограничен­ным набором предметов (от 2 до 16), а затем он должен был О'поз.навать их при коротких экспозициях. В этом случае¹ С — 30 бит/сек.

Сходное исследование провели Глезер, Цуккерма.н и Цыкунова [77]. По >их данным, пропускная способность зрительной системы, выявляемая при опознании пред­метов, равна 50—70 бит/сек.

В проведенных исследованиях вызывает сомнение вы­бор алфавита, относительно которого производились рас­четы. В самом деле, какие имеются основания полагать, что число известных человеку предметов имеет порядок тысячи? В. Д. Глезер и И. И. Цуккермап отмечают, что даже если удвоить длину алфавита, то информация на предмет увеличится 'незначительно. Но и эта оговорка не снимает сомнения.

Для проверки приведенных данных, а также решения некоторых других вопросов нами была предпринята по­пытка определить пропускную способность зрительной системы .по пороговым характеристикам процесса опо­знания буквенных и цифровых знаков.

Выбор именно этих символов диктовался рядом сооб­ражений. Во-первых, число знаков в алфавите точно известно, что облегчает задачу подсчета информации, принимаемой человеком при опознании. Во-вторых, есть все основания полагать, что данные алфавиты усвоены наышми испытуемыми (студентами) достаточно прочно. В-третьих, информация на символ ,в «буквенном» и «цифровом» алфавитах различна. Поэтому сравнение данных, полученных при опознании тех и других, позво­ляет проверить, является ли пропускная способность действительно некоторой константной величиной. Испы­туемым тахистоеко'пически в случайном порядке предъ­являлись цифры (первая серия) и буквы (вторая серия), которые они должны были называть. Частота предъявле­ния каждого знака каждому испытуемому была одина­кова. Внешняя освещенность тест-объектов и их угловые размеры также были одинаковы во всех опытах. Время

¹ Шиклаи считает, что эти величины характеризуют восприя­тие. Однако здесь может идти речь лишь об опознании, что сле­дует из 'самой методики экспериментов.

197

экспозиции равнялось заранее определенному порогово­му времени опознания для каждого испытуемого. Ниже приводится таблица распределения частот ответов, да­ваемых испытуемыми при опознании цифр. В колонках представлены альтернативные знаки, а в рядах—аль­тернативные ответы (табл. 5).

ТАБЛИЦА 5

Частоты ответов при опознании вдфр (данные первой * серии)

9	£
2	34 ,
1	31
5	54
	13
	44
2	43 1
1	51 '
7	68
1	30
20	29
5	97
1 50	500

	0 ~25~	1	2	3 3	4	5	G 2	7 3 2	8
0									2
1	2	9 4	1 28	4 4	2	3 3	5		1
2	1								2
3	I			12
4	2	2	3	1	33		1	1	1
5	1 1	1 з	2	2 1	2 2	34	1 30
6									4
7	1	1	9	3	1	1	1	42	2
8						3			31
9	1	2							1
"„(«)	15	28	7	20	5	5	4	2	(5
\]	50	50	50	50	50	50	50	50	50

/~/(х)

В экспериментах по опознанию цифр каждая из них предъявлялась 50 раз (по десять -предъявлений пятерым испытуемым). Поскольку время предъявления было по­роговым, испытуемые не всегда давали правильные от­веты. В ряде случаев цифры или не опознавались вооб­ще (ненадежность приема) или опознавались неверно (неоднозначность приема).

Просматривая колонки табл. 5, мы видим, сколько раз при предъявлении каждой данной цифры испытуе­мый давал правильные и неверные ответы. Так, из пя­тидесяти предъявлений цифры 0 лишь в двадцати пяти случаях происходило точное опознание, в двух случаях

198

О был принят за 1, в одном — за 2, в одном — за 3, в двух —за 4, в одном —за 5, в одном-—за 6, в одном— за 7 и в одном — за 8. В пятнадцати случаях испытуе­мые не дал'и никакого ответа.

Просматривая ряды таблицы, мы видим, сколько раз встречается тот или иной ответ при .предъявлении всех цифр. Так, в экспериментах было получено 34 ответа «ноль». При этом в двадцати пяти случаях ответ «ноль» был получен при предъявлении цифры 0, в трех случа­ях— при предъявлении цифры 3, в двух — цифры 6, в двух—8, в двух—9. В предпоследнем ряду Н_у(<х) ука­зано число случаев, когда ответ отсутствовал.

Обработка данных проводилась по методу мультива-риативиого информационного анализа, разработанному Гарнером, Хейком и Мак-Гиллом [по 340]. Этот метод является информационным аналогом вариационного ис­числения.

По формуле (25) было определено количество ин­формации, принятой испытуемым при опознании знаков. Пропускная способность определялась по количеству принятой информации за пороговое время экспозиции, т. е. использовалась формула

C = -^l_f (29)

* мин

где Т(_Х,_У) — количество принятой информации; '/_М1ш—пороговое время экспозиции знака.

Анализ данных показал, что при пороговом времени экспозиции возникают значительные потери входной информации. Так, 'при опознании цифр испытуемые при­няли только 1,47 бит из 3,32, т. е. ненадежность и неод­нозначность приема составили 1,85 бит, При опознании букв было принято только 2,28 бит из 5. Ненадежность и неоднозначность приема составляли 2,72 бит.

По показателям опознания цифр пропускная спо­собность равна примерно 58 бит/сек. По -показателям опознания букв она в 'полтора раза больше и состав­ляет примерно 91 бит/сек.

На основе полученных величин было определено то минимальное время, за которое человек мог бы опознать любой из символов данного алфавита, т. е. принять ин­формацию без потерь и искажений. По расчетам как для «цифрового», так и для «буквенного» алфавита это вре-

199

мя должно быть примерно 0,06 сек. Однако контроль­ные эксперименты внесли некоторые коррективы. Оказа­лось, что при данной экспозиции действительно опозна­ются 'почти все цифры (потери информации мен^е 0,1 бит).

Но потери информации при опознании букв значи­тельно больше (до 0,6 бит). Почти точное опознание всех букв (с потерей не более 0,1 бит) начинается толь­ко при экспозиции 0,09 сек¹.

Величины минимального времени опознания всех зна­ков относятся друг к другу примерно так же, как ука­занные выше величины пропускной способности: 0,06:0,09 — 58:91. Это 'позволяет заключить, что все же пропускная способность при опознании как букв, та,к и цифр является величиной более или менее постоянной и равна пр'имер-iHo 55 бит/сек

/ ~ 3,32 бит 5,00 бит гп г / \

( С ^ —тгт^ — —ггт^ = 55 бит сек .

I 0,0b сек 0,09 сек ' J

Анализ ошибок, допускаемых при опознании знаков, обнаруживает их тенденциозность. Как правило, испы­туемый наиболее часто неверно идентифицирует знаки, сходные 'по начертанию (например, 3 и 5, ВиБ, ЗиЭ и т. п.). Быстрее всего опознаются знаки, имеющие ярко выраженные опознавательные признаки. На скорость опознания влияет также степень геометрической сложно­сти знака: чем более сложен знак по начертанию, тем

¹ В контрольных экспериментах время экспозиции постепенно увеличивалось от порогового времени до тех пор, пока не начи­налось точное опознание знаков. При этом наблюдалось постепенное сокращение альтернатив. При короткой экспозиции испытуемые часто отвечали дизъюнктивными суждениями 'с несколькими 'предикатами (например: «Это или 3..., или Б..., или В»)'. Затем количество предикатов сокращалось (например: «Это или Б..., или В»), и, наконец, появлялся точный ответ. Аналогичная картина 'наблюдалась также в наших более ,ранних исследованиях по проблеме осязатель­ного опознания геометрических фигур. Постепенное сужение клас­сов, из которых производится выбор, при увеличении времени экспо­зиции тест-объекта отмечено и в работе Глезера и Цуккерманя [77]. Эти факты подтверждают предположение о том, что процесс опознания осуществляется но принципу 'прогрессивной классифи­кации. Однако надо отметить, что нет строгого соответствия по­следовательности выборов движению по «кодовому дереву». Осуще­ствляя последовательные выборы, человек обычно сразу как бы пе­рескакивает через несколько ступенек.

200

больше времени требуется для его опознания. В этом проявляется влияние отмеченного выше фактора разли­чимости.

Полученная величина справедлива только по отноше­нию к случаям одноактного опознания символов. По су­ществу, в экспериментах как Шиклаи, Глезера, Цуккер-мана, так и в наших работах выявлено только мгно­венное значение пропускной способности. Нет ника­ких оснований считать, что человек будет в течение длительного времени точно опознавать сигналы, подавае­мые с большой частотой, даже если скорость входной информации и не 'превысит мгновенного значения про­пускной способности. Например, вряд ли можно ожи­дать, что человек в течение часа сумеет точно опознать двести тысяч сигналов, каждый из которых несет инфор­мацию, равную 1 бит. Сомнительно также, чтобы человек за 1 сек мог сделать 60 альтернативных выборов, т. е. опознать один символ из алфавита, включающего 2^(У) (^10¹⁸) символов.

Величины, 'полученные при измерении мгновенного значения пропускной способности, еще недостаточны для определения допустимой скорости передачи информации человеку-оператору, включенному в систему управления.

Чтобы результаты теоретико-информационного изуче­ния деятельности человека могли быть использованы для расчетов систем «человек—машина», необходимо решить целый ряд вопросов.

Прежде всего важно установить, какова максималь­но допустимая и оптимальная длина алфавита, с кото­рым может работать человек. К сожалению, мы пока еще очень -мало знаем о том, как формируется и что представляет собой «рабочий алфавит» оператора.

Не менее важным является также вопрос об измене­нии пропускной способности анализаторов человека в хо­де деятельности. Исходя изданных о динамике работо­способности (гл.1), естественно предположить, что мак­симальная скорость приема, переработки и передачи ин­формации в течение рабочего дня изменяется.

Деятельность человека никогда не исчерпывается про­сто опознанием. Оно является лишь первым момейтом, за которым следует более или менее сложная система других актов, заканчивающихся речевым или двигатель­ным ответом.

201

Сыпали объектам несуществующие признаки. Третья группа не обеспечивала необходимой полноты декоди^ рования [312]. Данные экспериментов Тутушкиной при­ведены в табл. 13.

ТАБЛИЦА 13

Зависимость точности и времени декодирования

знаков от количественного соотношения

признаков знака и объекта

(по М- К. Тутушкиной)

Количественное соотно­шение признаков

Ошибки декоди­рования, %

Время декодиро­вания, мсек

Недостаток Равенство . Избыток .

23 3 9

2,50 2,23 2,24

Очевидно, оптимальной является такая система ко­дирования, при которой отношение числа опознаваемых признаков знака ik числу признаков объекта равно еди­нице. При этом важно подчеркнуть необходимость стро­гой субординации признаков, в соответствии с которой должна находиться степень их различимости.

■В ряде исследований (М. К- Тутушкина ![308—312], П. Б. Невельский [240], В. Я. Ляудис [226] и др.) под­черкивается влияние классификации знаков на ско­рость их заучивания и точность воспроизведения. Так, в экспериментах Тутушкиной двум группам испытуемых предлагалось заучить алфавит знаков. При этом одна группа (классифицировала знаки в соответствии с отно­шением их признаков к признакам объекта (например, контур обозначал род объекта, детали — вид, буквы — подвид и т. д); другая группа должна была запомнить знаки, не производя классификации. Изменения эффек­тивности декодирования (по показателям 'допускаемых ошибок и времени сенсоречевой реакции) в процессе зау­чивания представлены на рис. 60 |[310].

В этих экспериментах показано также различие со­хранения в памяти разных элементов через некоторое время после заучивания (табл. 14).

Интересно, что в этих опытах, так же как и в описан­ных выше, выявилось 'преимущество контура; наружные детали воспроизводились менее точно, чем внутренние. Наилучшими по точности воспроизведения элементами

302

знака оказались буквы, что объясняется прочностью •усвоенного алфавита (грамотным испытуемым не было необходимости запоминать самый буквенный знак).

По числу ошибок воспроизведения и опознания зау­ченных знаков подтвердились данные о преимуществе

*v^^

го

1

>/

• s

У

=_=

—1

>2

Дна 5)

Рис. 60. Зависимость точности и времени опознания знаков от тренировки (по М. К. Тутушкиной):

/ — данные испытуемых, которые не классифицировали зна­ки; 2 — данные испытуемых, которые классифицировали

тех знаков, число признаков которых равно числу признаков кодируемых объектов (табл. 15).

Из приведенных данных следует, что при классифи­кации объектов и соответствующих им знаков наиболее важные признаки (родовые) целесообразно кодировать с помощью контура знака, остальные — по степени важ­ности—с помощью букв, внутренних и, наконец, наруж­ных деталей.

30|

ТАБЛИ Ц А 14

Эффективность воспроизведения элементов знаков¹ (по М. К. Тутушкиной)

Элементы знаков

Отношение ошибок воспроизведения

к общему количеству элементов

(в %)

полное за­бывание

добавление

перепое

Контур

Внутренние детали , Наружные детали Буквы ,

26 50 50 15

¹ Испытуемым спустя педелю нос ic заучивания предлагалось нарисовать

ТАБЛИЦА 15