Анализаторы человека и их характеристики

Анализаторами человека называются нервные органы, осуществляющие анализ раздражений. Работа анализаторов является физиологической основой ощущений.

Любой анализатор состоит из трех основных частей: рецептора, проводящих нервных путей и мозгового центра (центра в коре больших полушарий головного мозга).

Основной функцией рецептора есть превращение энергии действующего раздражителя в нервный процесс. Условием возникновения нервного процесса является физическое взаимодействие рецептора с сигналом-раздражителем. Вход рецептора приспособлен к приему только определенных видов воздействия (светового, слухового и др.), но его выход посылает сигналы, по своей природе единые для любого входа нервной системы. Это позволяет рассматривать рецепторы как устройства кодирования информации.

Проводящие нервные пути осуществляют передачу нервных импульсов в кору головного мозга. Эти импульсы, достигнув коры головного мозга, подвергаются определенной обработке и снова возвращаются в рецепторы. Следовательно, между рецептором и мозгом существует не только прямая, но и обратная связь. Процесс ощущения не только начинается в том или ином рецепторе, но и завершается в нем. Рецептор, таким образом, выполняет одновременно с функциями кодирования информации еще и функции декодирования.

Основными характеристиками анализаторов являются чувствительность, избирательность и адаптивность.

Диапазон чувствительности анализатора определяется интервалом от минимальной до максимальной адекватно ощущаемой величины сигнала. При этом минимальная величина раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, носит название нижнего абсолютного порога чувствительности, максимальная — верхнего абсолютного порога. Сигналы, интенсивность которых меньше нижнего порога, человеком не ощущаются. Увеличение же интенсивности сигнала сверх верхнего порога вызывает у человека болевое ощущение (сверхгромкий звук, слепящая яркость и т. п.).

По нижнему абсолютному порогу судят об абсолютной чувствительности анализатора Е:

ф(4.1)

где I_п— пороговая величина раздражителя.

С помощью анализаторов человек может не только ощущать тот или иной сигнал, но и различать сигналы по их интенсивности. Для этого вводится понятие дифференциального порога различения, под которым понимается минимальное различие между двумя раздражителями (сигналами), вызывающее едва заметное различие ощущений. Экспериментально установлено, что величина дифференциального порога пропорциональна интенсивности раздражителя. Коэффициент пропорциональности является постоянной величиной для данного анализатора (для зрительного анализатора 0,01, для слухового — 0,10, для тактильного— 0,30). С учетом этого справедливо соотношение

ф(4.2)

где dl — величина дифференциального порога;

ds — минимально заметное человеком различие ощущений. Проинтегрировав выражение (4. 2), получим

s = k lg I + c, (4.3)

где k и с—константы.

Полученный закон называется основным психофизическим законом (закон Вебера — Фехнера). Согласно этому закону интенсивность ощущения пропорциональна логарифму силы, раздражителя. Закон справедлив только для среднего участкадиапазона чувствительности анализатора.

Дифференциальный порог характеризует предельные возможности анализатора, поэтому не может служить основанием для выбора допустимой длины алфавита сигналов. В этом случае необходимо пользоваться величиной, характеризующей не минимальную, а некоторую оптимальную различимость

сигналов. Такой величиной в инженерной психологии является оперативный порог различения. Он определяется наименьшей величиной интервала различения, при которой точность и скорость различения достигают максимума. Обычно оперативный порог в 10—15 раз превышает дифференциальный. Сказанное иллюстрируется рис. 20, где по оси ординат отложена относительная величина скорости приема информации, а по оси абсцисс — величина

ф(4.4)

где ΔI — величина различия между двумя сигналами.

Из рисунка следует, что при Q = 10÷15 скорость приема информации достигает максимума и при дальнейшем увеличении ΔI практически не меняется.

До сих пор мы рассматривали только энергетические (интенсивностные) пороги. Однако, как уже указывалось, поступающие оператору сигналы характеризуются наряду с интенсивностью такими параметрами, как продолжительность и пространственная локализация. Поэтому, кроме энергетических порогов, существуют понятия пространственного и временного порогов. Эти пороги также могут быть абсолютными, дифференциальными и оперативными.

Временной порог измеряется длительностью воздействия, необходимой для возникновения ощущения. Его величина определяется временем, необходимым для приема сигнала и его циркуляции в рефлекторном кольце анализатора, т. е. по цепи прямой и обратной связи.

Пространственный порог определяется минимальным размером едва ощущаемого раздражителя.

Приведенные определения характеризуют абсолютные пороги чувствительности. Соответствующие определения могут быть даны для дифференциальных и оперативных порогов. Необходимо отметить, что энергетические, пространственные и временные пороги и другие параметры процессов ощущения находятся в тесной взаимосвязи и всегда выступают в единстве.

Анализатор является самонастраивающейся системой. Это свойство анализатора называется адаптацией, которая проявляется в изменении диапазона чувствительности в соответствии с условиями работы анализатора. В процессе адаптации изменяются как энергетический, так и временной и пространственный пороги. Адаптация характеризуется величиной изменения чувствительности и временем, в течение которого оно осуществляется. Эти показатели различны для разных анализаторов. Так, например, тактильный анализатор адаптируется наиболее быстро, зрительный — сравнительно медленно, однако диапазон изменения чувствительности у него очень большой.

Избирательность анализатора заключается в его способности из множества раздражителей, действующих на человека, в каждый момент времени в зависимости от условий останавливать свое внимание лишь на определенных раздражителях. Избирательность является условием формирования адекватных ощущений и обеспечивает высокую помехоустойчивость анализаторов. Избирательность может быть амплитудной, пространственной, временной и вероятностной. Последнее означает дублирование передачи сигналов в мозговой центр за счет движения воспринимающих аппаратов и бирецепции.

Рассмотренные характеристики и - устройство анализаторов позволяют сформулировать общие требования к сигналам-раздражителям, адресованным оператору [44]:

1) интенсивность сигналов должна соответствовать средним значениям диапазона чувствительности анализаторов, которая обеспечивает наиболее оптимальные условия для- приема и переработки информации;

2) для того чтобы оператор мог следить за изменением сигналов, сравнивать их между собой по интенсивности, длительности, пространственному положению, необходимо обеспечить различие между сигналами, превышающее оперативный порог различения;

3) перепады между сигналами не должны значительно превышать оперативный порог, так как при больших перепадах возникает утомление; следовательно, существуют не только оптимальные пороги, но и оптимальные зоны, в которых различие сигналов осуществляется с наибольшей скоростью и точностью;

4) наиболее важные и ответственные сигналы следует рас полагать в тех зонах сенсорного поля, которые соответствуют участкам рецепторной поверхности с наибольшей чувствительностью;

5) при конструировании индикаторных устройств необходимо правильно выбрать вид сигнала, а следовательно, и модальность анализатора (зрительный, слуховой, тактильный и т. д.).