Тема 3 Психофізіологічні основи діяльності оператора

3.1. Приймання інформації

Важливою складовою діяльності оператора є етап приймання інформації про об'єкт управління. Головними психічними процесами, що забезпечують перебіг цього етапу, є процеси відчуття, сприймання, мислення та уяви. Приймання інформації людиною-оператором необхідно розглядати як процес формування перцептивного образу, тобто суб'єктивного відображення у свідомості людини властивостей об'єкта, що на неї діє. Психологічні дослідження розкрили структуру цього процесу, який складається зі стадій знаходження, розрізнення, впізнання. До того ж виділяють стадії становлення просторових компонентів самого перцептивного образу: виявлення об'єкта в просторі та оцінка його загальних пропорцій, відображення різких зсувів кривизни, глобально-адекватне відображення форми та стадія досягнення цілковитої адекватності об'єкта.

Саме сприймання характеризується певними властивостями — цілісністю, структурністю, константністю, усвідомленістю, предметністю, вибірковістю. Перелічені властивості не є первинними, а формуються у процесі розвитку людини, становлення її професійної майстерності, що має суттєве значення для побудови інформаційних моделей.

Фізіологічною основою формування перцептивного образу є робота аналізаторів, котрі складаються з трьох основних частин: рецептора, провідних нервових шляхів та центральної частини кори головного мозку. Між рецептором і мозком існує прямий та зворотний зв'язок, тобто рецептор виконує функції як кодування, так і декодування інформації.

У психології виділяють такі загальні характеристики аналізаторів:

• чутливість;

• адаптивність;

• вибірковість.

Чутливість основних аналізаторів до дії фізичних та хімічних подразників є досить значною та різною і характеризується абсолютним, диференціальним та оперативним порогами.

Мінімальна сила подразника, що викликає ледь помітне адекватне відчуття, називається нижнім абсолютним порогом

чутливості даного аналізатора, а максимальна — верхнім абсолютним порогом чутливості. Подальше зростання сили подразника викликає вже больову реакцію.

Величина, обернено пропорційна нижньому абсолютному порогові, характеризує абсолютну чутливість аналізатора Е:

де — порогова величина аналізатора.

Сам процес чуттєвого пізнання сигналу можна поділити на чотири етапи:

• подразнення як фізичний процес;

• збудження як фізіологічний процес;

• суб'єктивне відчуття стимулу як психологічний процес;

• судження про стимул як логічний процес.

Знаходження стимулу відбувається внаслідок перетворення процесу збудження у процес відчуття та його усвідомлення. Для того, щоб стимул викликав процес його відчуття, необхідно створити такий рівень фізичного подразнення рецептора, за якого фізіологічне збудження аналізатора перевищуватиме його внутрішні біологічні шуми.

За допомогою аналізаторів людина може не тільки відчувати той чи той сигнал, а й розрізняти його за інтенсивністю. Для цього вводиться поняття диференціального порога, який характеризується мінімальними відмінностями відчуттів при відображенні інтенсивності двох подразників. Для окремих відчуттів диференціальні пороги чутливості залишаються більш або менш незмінними щодо значення первинного подразника:

,

де І— вихідна сила подразника, — диференціальний поріг.

Коефіцієнт пропорційності К для зорового аналізатора становить 0,01, слухового — 0,1, тактильного — 0,3.

На базі цих закономірностей був запропонований основний психофізіологічний закон Вебера—Фехнера, за яким інтенсивність відчуття прямо пропорційна логарифмові сили подразника:

Е = кlgR + с,

Де Е — інтенсивність відчуття, R — сила подразника, к та c— константи.

Слід зауважити, що цей закон діє в межах середнього діапазону чутливості аналізатора і не враховує вплив стану людини на його чутливість.

Поняття диференціального порога має велике значення у психофізиці та експериментальній психології, але є недостатнім для інженерної психології. Диференціальний поріг характеризує граничні можливості аналізатора і тому не може бути використаний у процесі визначення алфавіту сигналів. Для цього використовують не мінімальну, а оптимальну величину розрізнення сигналів. Така величина дістала назву оперативного порога, тобто це мінімальна розбіжність сигналів, за якої швидкість і точність розрізнення є максимальними.

Крім порогів, пов'язаних з енергетичними характеристиками аналізаторів, у інженерній психології застосовуються просторові й часові пороги, які теж можуть бути абсолютними, диференціальними і оперативними.

Адаптивність визначається можливостями зміни чутливості аналізатора при змінах умов його роботи. У процесі адаптації змінюються енергетичні, часові та просторові пороги за рахунок того, що аналізатор є системою, яка само-налаштовується.

Вибірковість аналізатора виявляється у виборі певних подразників з усіх, що діють на той момент. Завдяки цьому є можливість формування адекватних відчуттів, що забезпечують досить високу стійкість до перешкод.

Розглянувши характеристики аналізатора (див. табл. 2), можна скласти загальні вимоги до сигналів-подразників, які надходять до оператора:

• інтенсивність сигналу не має перевищувати меж середнього діапазону чутливості аналізатора;

• різниця між сигналами повинна бути більшою від оперативного порога чутливості за інтенсивністю, часом і простором;

• найважливіші сигнали не можуть виходити за зони сенсорного поля з найбільшою чутливістю;

• при проектуванні інформаційних моделей або окремих індикаторів необхідно правильно обирати вид сигналу і, відповідно, модальність аналізатора (зорового, слухового, тактильного) різних властивостей та діапазону використання.

3.1.1. Зоровий аналізатор

Найбільша кількість інформації (близько 90%) передається через зоровий аналізатор, адекватними подразниками для якого є світлова енергія, а рецептором – око. Зір дає змогу сприймати форму, яскравість, колір і рух об'єктів. Можливості зорового аналізатора визначаються його енергетичними, просторовими, часовими та інформаційними характеристиками (рис.2).

Рисунок 2 - Характеристики зорового аналізатора

Енергетичні характеристики зорового аналізатора визначаються інтенсивністю сигналів, або яскравістю. Світловий потік, що падає на око людини, породжує певні зорові відчуття. Об'єкт краще виглядатиме або сприйматиметься, якщо він випромінюватиме певну кількість світла, тобто матиме певну яскравість, яка визначається за формулою

де – потужність світла, тобто світловий потік на одиницю тілесного кута, – площа освітленої поверхні, – кут зору, під яким розглядається ця поверхня.

Сама яскравість об'єкта визначає величину нервових імпульсів, що виникають на сітківці ока.

Яскравість об'єкта можна визначити за формулою

де – яскравість випромінювання самого об'єкта, – яскравість відображення об'єктом зовнішнього світла.

Яскравість випромінювання визначається потужністю та світловіддачею самого об'єкта.

Яскравість відображення об'єктом певного світлового потоку залежить від кольору та розташування поверхні об'єкта відносно ока людини:

де – освітленість поверхні, лк; – коефіцієнт кольорового відображення поверхні.

Діапазон чутливості зорового аналізатора значний – від до (рис. 3).

Рисунок 3– Яскравість різних об'єктів

Контрастність між об'єктом і фоном теж зумовлює ефективність приймання інформації оператором. Розрізняють два види контрасту: прямий і зворотний. Кількісно коефіцієнт контрастності вираховується за такими формулами:

;

де – яскравість фону, – яскравість об'єкта.

Оптимальна величина коефіцієнта контрастності знаходиться в межах 0,60...0,95.

Робота в прямому контрасті більш сприятлива, ніж у зворотному.

Але для забезпечення нормальної роботи оператора необхідно знати, як цей контраст сприймається в конкретних умовах. Для цього вводиться поняття порогового контрасту

де – порогова різниця яскравості, тобто мінімальна різниця яскравості між об'єктом і фоном, яка відчувається оком.

Величина визначається диференціальним порогом. Нагадаємо, що для оперативного порога величина повинна бути в 10...15 разів більша за диференціальний поріг, тобто коефіцієнт контрасту чи повинен бути в 10...15 разів більшим за диференціальний поріг.

До того ж величина порогового контрасту залежить від яскравості та розмірів об'єкта (кутові величини – ). Характер цих співвідношень зображений на рис. 4

Аналіз наведених на рис. 4 даних свідчить, що об'єкти великих розмірів добре сприймаються і за менших контрастів.

Рисунок 4– Залежність порогової контрастності від яскравості й кутових розмірів об'єкта

Значний вплив на ефективність сприймання інформації має характер зовнішнього освітлення. Цей вплив буде іншим при роботі оператора з інформацією, що подається у прямому чи зворотному контрасті. Збільшення освітлення за прямого контрасту поліпшує умови сприймання інформації, оскільки яскравість фону зростає більше, ніж яскравість об'єкта, а за зворотного контрасту – навпаки. Величина порогового контрасту залежить і від часу експозиції інформації. При необмеженій експозиції користуються графіками, що наведені на рис. 4, а за обмеженого часу експозиції величина порогового контрасту визначається формулою

де – величина порогового контрасту при необмеженому часі експозиції, – час експозиції, – час реакції людини.

Засліплююча яскравість. Оператор сприймає інформацію різної інтенсивності, однак сигнали значної яскравості можуть спричинити осліплення.

Засліплююча яскравість визначається розміром освітленої поверхні, яскравістю сигналу, а також рівнем адаптації ока:

,

де – тілесний кут, під яким оператор бачить освітлену поверхню (в стерадіанах).

Значення засліплюючої яскравості при різних рівнях адаптації наведені в таблиці 1

Таблиця 1 Характеристики засліплюючої яскравості

Яскравість поля адаптації,	Засліплююча яскравість		Яскравість поля адаптації,	Засліплююча яскравість

Прийнятними вважаються перепади яскравостей у межах 1/10...1/30.

Таким чином, для створення нормальних умов зорового сприймання інформації необхідно забезпечити певну яскравість і контрастність сигналів, а також рівномірність розподілу яскравостей у полі зору оператора.

Відносна видимість. Око людини сприймає електромагнітні хвилі діапазону 380...760 нм. Але очі людини мають різну чутливість до різних хвиль. Найбільша чутливість – до хвиль в діапазоні 500...600 нм. Це – жовто-зелений колір. Залежність чутливості ока від довжини хвилі, тобто відчуття від подразника, характеризується коефіцієнтом відносної видимості :

,

де – відчуття, які виникають при дії подразника з довжиною хвилі , – відчуття, що виникає при дії подразника тієї ж потужності, але з довжиною хвилі 550 нм.

Ця залежність показана на рис. 5.

Рисунок 5 – Чутливість ока до хвиль різної довжини

Із цієї залежності зрозуміло, що для забезпечення однакового зорового відчуття сигналів різного кольору необхідно, наприклад, потужність синього випромінювання збільшити у 16,6 раза, а червоного – в 9,3 раза відносно жовто-зеленого кольору сигналів. Підвищення потужності сигналів можна забезпечити за рахунок яскравості, розміру сигналу та збільшення часу його сприймання.

Інформаційні характеристики зорового аналізатора зумовлені пропускною здатністю, що визначає кількість інформації, яку може сприйняти аналізатор за одиницю часу.

Якщо зоровий аналізатор уявити каналом зв'язку, котрий складається з ділянок різної пропускної здатності, то найбільша пропускна здатність – біт буде на рівні фоторецепторів (сітківки) ока, на рівні кори – 20...70 біт, а для діяльності в цілому (прийняття рішень та виконання керуючих дій людини) – 2...4 біти. Тому зоровий аналізатор порівнюють з інформаційною "лійкою" – на вході має місце значна кількість інформації, яка поступово зменшується, досягаючи рівня прийняття рішення або рівня реакції.

Просторові характеристики зорового аналізатора залежать від гостроти зору, поля зору і обсягу сприймання. Гострота зору характеризується властивістю ока розрізнювати дрібні деталі об'єкта. Вона визначається величиною, еквівалентною тому мінімальному розмірові об'єкта, за якого він розрізнюється оком. Розмір об'єкта виражається в кутових величинах, котрі пов'язані з його лінійними розмірами таким співвідношенням:

де – відстань до об'єкта; і – відповідно лінійний і кутовий розміри об'єкта (рис. 6).

Рисунок 6 – Співвідношення лінійних і кутових розмірів об'єкта

Рухи очей поділяються на дві групи:

• пошукові, настановчі;

• гностичні, пізнавальні.

Для деяких видів операторської діяльності процес сприймання інформації зводиться до інформаційного пошуку сигналу або об'єкта з заданими ознаками. Такими ознаками можуть бути: світіння об'єкта, мерехтіння сигналу, колір або форма об'єкта, положення стрілки на приладі тощо. Завдання оператора полягає у знаходженні необхідного сигналу за допомогою руху очей і встановлення їх у потрібну позицію.

Загальний час інформаційного пошуку визначається за формулою

,

де – час переміщення погляду, – час фіксації погляду, – кількість фіксацій або кроків пошуку, залежить від відстані переміщення погляду, тобто від кута, на який "сягає" око, а – від властивостей інформаційного поля, складності його елементів, індивідуально-психологічних властивостей людини та професійної підготовки оператора.

В той же час для певних завдань і стабільного інформаційного поля ця характеристика відносно постійна (табл. 2).

Таблиця 2 – Середня тривалість фіксації погляду при вирішенні завдань інформаційного пошуку

Завдання
Пошук сигналу на екрані РЛС	370
Читання літери або цифри	310
Пошук умовних знаків	300
Пошук простих (звичайних) геометричних фігур	200
Фіксація мерехтіння індикатора	280
Знаходження певного умовного знака	640
Наведення на ціль при бомбардуванні	1200

3.1.2 Характеристики слухового аналізатора

Одним із основних каналів передавання інформації операторові є звукові сигнали, завдяки яким він отримує до 10 % її обсягу. При відображенні цих сигналів у людини виникають відчуття, спричинені дією звукової енергії на слуховий аналізатор.

Слуховий аналізатор складається з вуха, слухового нерва, складної системи нервових зв'язків і мозкових центрів людини.

Вухо сприймає окремі частоти звуків завдяки функціональній здатності волокон його мембрани до резонансу. Джерелом звукових хвиль може бути будь-який процес, котрий спричинює зміни тиску або механічну напругу в середовищі. Основні характеристики звукових коливань – амплітуда (інтенсивність), частота і форма звукових хвиль – відображаються у таких слухових відчуттях, як гучність, висота і тембр. Інтенсивність звуку оцінюється звуковим тиском і виражається у динах (ергах) на квадратний сантиметр. Діапазон тиску, який відчуває вухо людини від до дин/см²; а сама інтенсивність звуку виражається в логарифмічних одиницях щодо початкового рівня і вимірюється у децибелах (дБ). Частота звукових коливань виражається в герцах. Діапазон частот, який сприймає вухо людини, становить від 16 Гц до 20 кГц. Особливе значення він має у межах 200...3500 Гц, що відповідає спектрові людської мови.

Усі звуки поділяють на .прості і складні. Коливання з однією частотою – це прості звуки, або чисті тони. Всі інші розглядаються як складні. Нерегулярні звукові коливання називають шумом. Окремо виділяють так званий білий шум – звук, що вміщує всі чутливі частоти. Суб'єктивно інтенсивність відчувається як гучність і виражається у фонах. Фон кількісно дорівнює звуковому тиску для чистого тону частотою 1000 Гц. Абсолютні пороги слухового аналізатора залежать від частоти звукового сигналу. Значення нижнього і верхнього абсолютного порогів, а також "зона"» мови показані на рис. 7.

Рисунок 7 – Лінії рівної гучності

Верхній абсолютний поріг становить 120...130 дБ, а "зона" мови – 60...100 дБ. Крім того, людина оцінює різні за інтенсивністю звуки як рівні за гучністю, навіть якщо їх частоти різняться. Наприклад, тон з інтенсивністю 120 дБ і частотою 10 Гц оцінюється як рівний за гучністю тону з інтенсивністю 100 дБ і частотою 1000 Гц (рис. 7).

Диференціальний поріг за інтенсивністю залежить від вихідної інтенсивності сигналу та його частоти. В зоні мови величина енергетичного диференціального порога більш-менш постійна і дорівнює 0,1 вихідної інтенсивності сигналу.

Рисунок 8 – Диференціальні енергетичні пороги слухового аналізатора

Диференціальний поріг за частотою залежить і від вихідної частоти сигншіу та від його інтенсивності. В межах від 60 до 2000 Гц за інтенсивності звуку більше 30 дБ диференціальний поріг дорівнює 2–3 Гц. Для звуків понад 2000 Гц ця величина різко зростає і змінюється пропорційно до зростання частоти, також як і при зменшенні інтенсивності звуку нижче за 30 дБ (рис 8)

Значний вплив на пороги має тривалість сигналу. Часовий поріг чутливості акустичного аналізатора теж залежить від інтенсивності й частоти сигналу. При інтенсивності, більшій за 30 дБ, і частоті, більшій за 1000 Гц, слухове відчуття виникає вже за тривалості сигналу в 1 мс. Але при зменшенні інтенсивності звуку до 10 дБ (при тій же частоті) часовий поріг становитиме 50 мс.

Для оцінки якості сигналу його мінімальна тривалість має бути 20...50 мс, при меншій – звук сприймається як клацання, тобто не розрізняється ані висота тону, ані його гучність. Крім того, на диференціювання двох звуків за частотою та інтенсивністю впливає не тільки їх тривалість, а й тривалість інтервалів між ними.

Акустичний аналізатор забезпечує також відображення розміщення сигналу в просторі щодо його отримувача.

Коротка відстань, близько 1 – 2 метрів, оцінюється з точністю до 0,1 м. Зі збільшенням відстані до 3 м точність підвищується і становить уже 0,05 м. Із зростанням відстані понад 4 м точність зменшується, але все ж таки вона більша, ніж за двометрової відстані.

Важливу роль в оцінці відстані до джерела сигналу відіграють його гучність і частота. Сигнал, гучність якого збільшується, сприймається як такий, що наближується, і навпаки. Відомо, що з наближенням джерела сигналу до його отримувача частота звукових коливань збільшується, а з віддаленням — зменшується (ефект Допплера). Це відображується у слухових відчуттях, а саме у формі зміни висоти звуку або його тембру. Більш тембрований (складна форма висоти) звук оцінюється як більш віддалений.

Визначення напрямку звуку залежить від його частоти. Для низьких частот (до 800 Гц) поріг розрізнення напрямку в горизонтальній площині становить 10°...11° , зі збільшенням частоти до 3000 Гц – вже 20°...22°, а при частоті понад 3000 Гц він знову зменшується. Для частоти 10 000 Гц поріг розрізнення напрямку 13°. Крім того, точність визначення напрямку дії звуку залежить і від розміщення самого джерела сигналу відносно тіла людини. Краще диференціюється звук У горизонтальній площині, ніж у вертикальній; при цьому кращим є правий напрямок, ніж лівий. Добре диференціюється місцезнаходження джерела звуку попереду напрямку, але його часто плутають з верхнім розміщенням, оскільки значну роль тут відіграє ефект взаємодії рецепторів акустичного аналізатора. Бінауральний ефект допомагає визначити положення джерела звуку за рахунок різниці часу надходження звукових коливань до правого і лівого вуха людини. Ось чому людина найкраще ідентифікує положення джерела сигналу, стоячи до нього перпендикулярно, тобто коли джерело сигналу знаходиться справа або зліва на 90° від осі її зору.

На диференціальний поріг суттєво впливають адаптація і бінауральність або монауральність прослуховування, а також явище "маскування" чистих тонів на фоні білого шуму. Цю залежність показано на рис. 9.

Рисунок 9 – Пороги виявлення звуку за різних рівнів шуму: РШ – рівень шуму, ПТ – повна тиша

Сприйняття мовних повідомлень. Знання характеристик мовних повідомлень використовується при вирішенні основних завдань: розробки апаратури для передавання повідомлень і організації самих повідомлень з урахуванням психофізіологічних і психологічних можливостей людини. У сучасних СЛМ все частіше використовується мовний зв'язок між людиною і машиною. Розвиток синтетичної телефонії потребує знань залежності сприймання мовних повідомлень від акустичних характеристик сигналу, визначення їх розбірливості в умовах шуму, а також пошуку шляхів підвищення розбірливості повідомлень.

Мова є комбінацією складних звуків, які змінюються за частотою та інтенсивністю. Найбільш високою інтенсивністю характеризуються голосні звуки, менш інтенсивними є приголосні. Інтенсивність звуку з переходом від найгучнішого голосного до найтихішого приголосного змінюється на 30...40 дБ. Загальний діапазон інтенсивності мови становить 60...100 дБ.

На ефективність сприймання мови впливає тривалість вимовляння окремих звуків та їх комбінацій. Тривалість вимовляння голосного звуку дорівнює 0,35 с, а приголосного – коливається в межах 0,02...0,03 с. При сприйманні повідомлень має значення тривалість інтервалів між словами, фразами, реченнями. Недотримування пауз або їх неправильне розташування призводить до викривлення змісту самого повідомлення. До того ж треба враховувати тривалість процесу перекодування сигналу, який, залежно від рівня підготовки оператора, може функціонувати на різних рівнях. Все це зумовлює темп подавання інформації, що вважається оптимальним за швидкості 120 слів за хвилину.

Для того, аби мовні звуки були зрозумілі, їх інтенсивність має переважати інтенсивність шумів на 6 дБ, але їх можна виявити і в тому випадку, коли інтенсивність сигналу менша за інтенсивність шуму теж на 6 дБ. Якщо пропорційно підвищувати інтенсивність сигналу і шуму, то розбірливість повідомлення зростатиме до певної межі, після якої спостерігатиметься її зниження, що відображено на рис. 10

Рисунок 10 – Вплив рівня шуму на розбірливість мови

Мова, крім акустичних, має й інші характеристики. Слово наділене фонетичною, фонематичною, складовою, морфологічною формою і при цьому має певне змістове навантаження. Важливим фактором, що впливає на сприйняття слів, є їх частотна характеристика. Чим частіше вживається слово, тим краще воно впізнається на фоні шумів, що відбувається через створення більш стабільних його еталонів.

У сприйманні окремих слів суттєву роль відіграють фонетичні характеристики, а вже у сприйманні речень перше місце посідають синтаксичні залежності.

3.1.3. Характеристики тактильного аналізатора

Значну кількість інформації оператор отримує через зоровий і слуховий канали, що спричиняє їх значне перевантаження. До того ж унаслідок дії певних перешкод сигнали цієї модальності можуть стати значно викривленими, що зумовлює похибку в сприйнятті інформації. В зв'язку з цим останнім часом здійснюється пошук можливостей передавання інформації по інших каналах сприйняття інформації людиною-оператором. Найперспективнішим вважається використання тактильного аналізатора.

Експериментальні дослідження довели, що дотиковий образ формується на базі синтезу значної кількості тактильних і кінестетичних сигналів. Відомо, що шкіра людини сприймає термічні, хімічні, механічні та електричні подразники. Якщо використання перших двох поки що неможливе для передавання інформації, то відносно двох останніх є певні досягнення.

Механічні подразнення передаються за допомогою вібраторів і сприймаються різними частинами шкіри тіла людини по-різному. Абсолютна чутливість вимірюється мінімальним тиском, необхідним для виникнення відчуття, і становить: для найбільш чутливих зон (губи, язик) — 1...50 мг/мм², для найменш чутливих зон (спина, живіт) — 10 г/мм².

Диференціальний поріг розрізнення дорівнює приблизно 7 % початкового тиску.

Просторова чутливість теж залежить не тільки від характеристик подразника, а й від особливостей певних зон тіла людини. Диференціальний просторовий поріг є мінімальним на губах та кінчиках пальців — 1 ...2,5 мм, а максимальний — на спині та плечах — 60 мм. Найбільша чутливість спостерігається за частоти вібрації 100...300 Гц.

Відомий цікавий спосіб передавання інформації за допомогою вібраторів. Людську мову записують на плівку і відтворюють у декілька разів повільніше від нормального темпу. Отримані низькочастотні електричні сигнали перетворюють у механічні коливання пластинки, яка торкається поверхні шкіри людини. Після кількох тренувань оператори можуть визначати основні звуки мови. Цей метод може бути використаний при передаванні сигналів в умовах значних шумів, коли слуховий аналізатор діє неефективно.

Крім того, при порушеннях зору людини (у сліпих та сліпоглухих) роль тактильного аналізатора стає провідною, бо це єдиний канал, яким інформація від зовнішнього середовища передається у мозок людини.

Особливості тактильно-вібраційної чутливості людини враховані при конструюванні оригінального приладу для сліпих «Оптакон», у якому оптичні сигнали перетворюються на тактильно-вібраційні, що дає сліпій людині можливість читати звичайні книги зі швидкістю 40—50 слів за хвилину.

За всіх досягнень у цьому напрямку є і певні недоліки, котрі стримують використання механічного способу передавання інформації. Передусім це недосконалість самих вібраторів, а саме їхня громіздкість та інерційність. У зв'язку з цим ведуться розробки з використання електрошкіряних подразників для передавання інформації з прямокутовими імпульсами струму.

3.1.4. Взаємодія аналізаторів під час приймання інформації

Різні канали передавання інформації використовують і різні аналізатори, які функціонують не окремо, а в єдиній, дуже складній системі. При цьому дія подразника на певний аналізатор спричиняє не тільки пряму реакцію, а й впливає на функціонування усіх інших. Так, наприклад, чутливість центрального поля зору змінюється під впливом гучних звуків, а запахи, смак солодкого, зручне положення тіла людини, підвищення атмосферного тиску або опромінювання шкіри знижують чутливість периферійного поля зору.

Міжаналізаторні зв'язки поділяються на три основні групи:

• активізуючі;

• інформуючі;

• вікаруючі.

Активізуючі зв'язки забезпечують певний рівень активності аналізатора незалежно від характеру дії побічних подразників. Вони не впливають на зміст почуттєвих образів і можуть бути як безумовно-рефлекторними, так і умовно рефлекторними.

Інформуючі зв'язки впливають на зміст почуттєвих образів. До них належать різнобічні асоціації відчуттів, перехід їх від однієї модальності до іншої (візуалізація чуттєвих образів) тощо.

Вікаруючі зв'язки забезпечують можливість заміни певних функцій одного аналізатора іншим.

Завдяки взаємодії цих зв'язків у процесі розвитку і трудової діяльності людини формуються певні функціональні системи, структура і організація яких зумовлена загальними умовами життєдіяльності людини, усім процесом її природного розвитку.

Взаємодію аналізаторів ураховують при застосуванні полімодальних сигналів, тобто сигналів, які складаються з подразників, адекватних різним аналізаторам.

Полімодальні сигнали застосовують для дублювання сигналу, тобто його одночасного посилання по різних каналах приймання. Дублювання сигналів може підвищити надійність передавання інформації операторові, особливо за малоймовірних подій. Воно може приводити до розширення обсягу короткочасної пам'яті оператора.

Другим шляхом використання полімодальних сигналів є розподіл інформації по різних аналізаторах із метою зняття перевантаження одного з них, особливо зорового, тому необхідно враховувати можливості кожного аналізатора. Так, слух має певні переваги у прийманні неперервних сигналів, а зір – дискретних. Найменший час реакції – на тактильний подразник, що може бути використано при передаванні сигналів небезпеки, які вимагають швидких дій. Зоровий і слуховий аналізатори сприймають інформацію дистантно, а тактильний – безпосередньо. Розподіл інформації надає можливість побудови полісенсорних інформаційних моделей, що сприяє підвищенню ефективності її приймання.

Третім шляхом використання полімодальних сигналів є їх переведення з однієї модальності на іншу. На відміну від попереднього різні аналізаторні системи працюють не паралельно, а послідовно. Підвищення втоми певного аналізатора (наприклад зорового) зумовлює перехід на іншу модальність сигналу (слухову або тактильну).

Чисельні дослідження показали, що продуктивність роботи оператора підвищується на 30–40 %, коли послідовно використовувати зоровий, слуховий і тактильний канали. Якщо ж інформацію подавати тільки по зоровому каналу, такого ефекту не відбудеться.

Отже, особливості взаємодії аналізаторів необхідно враховувати у розробці засобів відображення інформації і методів навчання операторів, у побудові інформаційних моделей і конструюванні певних технічних засобів.

3.2. Зберігання та переробка інформації

За час своєї життєдіяльності людина постійно отримує інформацію, яка фіксується в корі головного мозку образами зовнішнього світу. Ці елементи досвіду, які зберігаються та відтворюються залежно від вимог життя та специфіки діяльності людини, саме і формують індивідуальний досвід, утворюючи зміст пам'яті людини.

Пам'ять — це сукупність психічних процесів, що забезпечують організацію досвіду індивіда на основі тимчасового співвідношення теперішніх та наступних актів діяльності щодо її цілей і мо тивів. Пам'ять — одна з найважливіших, конституювальних харак теристик психічного, яка забезпечує єдність і цілісність людської особистості.

Діяльність пам'яті, як і інша психічна діяльність, характеризується певним предметним змістом: цілями, мотивами, умовами і засобами досягнення мети. До того ж зміст матеріалу теж впливає на вибір способу його запам'ятовування. Враховуючи, що діяльність оператора за своєю природою дуже багатопланова, форми прояву його пам'яті теж різноманітні. Поділ пам'яті на окремі види має зумовлюватися особливостями діяльності оператора, в якій здійснюються процеси запам'ятовування та відтворення інформації.

За характером психічної активності пам'ять поділяють на рухову, емоційну, образну, словесно-логічну. За відношенням до компонентів структури діяльності (мотиви, цілі, засоби діяльності) — на мимовільну і довільну, механічну і смислову. За тривалістю закріплення і збереження матеріалу — на короткотривалу, довготривалу і оперативну. У своїй діяльності оператор послуговується всіма видами пам'яті, але, зважаючи на доволі жорстке узалежнення його діяльності від часових характеристик, детальніше розглянемо ці основні форми пам'яті.

Короткотривала пам'ять зберігає інформацію упродовж кількох секунд або хвилин. На основі експериментальних досліджень В. П. Зінченка, Г. Г. Вучетич, А. Б. Леонова, Ю. К. Стрєлкова в системі короткотривалої пам'яті було виділено три основні гіпотетичні блоки зберігання інформації: сенсорна, первинна і вторинна пам'ять. Переведення інформації з одного блоку в інший здійснюється за допомогою таких операцій, як фільтрація матеріалу, його впізнання, перекодування і повторення.

Сенсорна пам 'ять фіксує інформацію у модально-специфічному вигляді, що дає змогу описувати об'єкти в термінах їхніх фізичних характеристик. Фізіологічним корелятом сенсорної пам'яті є інерційність загасання послідовного образу подразника.

Численні експериментальні дослідження доводять, що існують різні види сенсорної пам'яті: зорова (або іконічна), слухова, рухова, нюхова. Дослідження останніх років свідчать, що слухова сенсорна пам'ять може функціонувати як дві незалежні системи: для зберігання мовної інформації і для зберігання невербальних звуків. Слід, який залишається у сенсорній пам'яті, поступово згасає. Час його згасання залежить не тільки від модальності подразника, а і від багатьох інших факторів. При цьому до них додається ще й фактор взаємовпливу слідів у самій сенсорній пам'яті. Серед ефектів взаємодії слідів виділяють пряме та зворотне маскування і пов'язані з ними ефекти пара- і метаконтрасту, послідовного стирання або накладання слідів.

Таким чином, час зберігання інформації в сенсорній пам'яті залежить від модальності і фізичних характеристик подразника, стану системи, що сприймає, та умов сприйняття самого стимулу. В середньому для іконічної пам'яті цей період становить 250...500 мс, але може досягати і 1000 мс. Відносно обсягу зорової сенсорної пам'яті вважають, що вона безмежна, а слухова містить 10— 12 елементів. Щодо рухової сенсорної пам'яті даних немає. На основі сенсорного зберігання інформації відбирається інформація, релевантна певному завданню, описується та перекодовується в найзручнішу для зберігання форму. Сам механізм фільтрації вивчений недостатньо, є лише дані, які свідчать, що селекція може здійснюватися на основі кольору, розміру, форми, розташування у просторі, а також складних тембральних характеристик звукового сигналу.

Первинна пам'ять. Відібрана інформація кодується в зручну, найчастіше — у вербально-акустичну форму. В деяких випадках, залежно від вимог завдання, інформація може зберігатись і у формі модальних сигналів. Одночасно з перекодуванням сигналу можуть формуватися нові одиниці інформації завдяки смисловій переробці.

Відібрана і перекодована інформація зберігається у первинній пам'яті, яка має невеликий обсяг, але значно більший час зберігання. За даними різних авторів, цей час становить від 5 до 30 с.

Отже; інформація у первинній пам'яті зберігається як у вербально-акустичному, так і у модально-специфічному вигляді. Разом із тим здійснюється відбір релевантної інформації для певного класу завдань з метою її подальшої обробки та відтворення або в разі необхідності переведення у вторинну пам'ять. Цей перехід реалізується за допомогою операцій повторення. В моделях короткотривалої пам'яті процесові повторення відводиться важлива роль, і його можна ототожнювати з повторною циркуляцією інформації. Однією з характерних рис повторення є те, що воно здійснюється за рахунок проговорювання. Але не завжди ця стратегія обробки інформації є ефективною. В складних умовах (наприклад, при близькому фонематичному звучанні стимульного матеріалу) утримання матеріалу і переведення його у вторинну пам'ять більш ефективне, ніж «опора» на смислові зв'язки, тобто використання операції перекодування. Сама експериментальна ситуація провокує вибір певної стратегії повторення.. Так, якщо обсяг матеріалу незначний і сприймання його послідовне, то швидкість подання інформації визначає місце процесу повторення в структурі діяльності людини. За незначних інтервалів між стимулами (60... 140 мс) повторення здійснювалося після пред'явлення всього ряду стимулів. При збільшенні інтервалів між стимулами до 300 мс стратегія досліджуваного змінювалася — він починав повторювати елементи ряду в міру їхнього пред'явлення. При цьому швидкість повторення залежала від швидкості (темпу) пред'явлення, характеру матеріалу та обраної стратегії і коливалася в межах 3—10 елементів за секунду.

Вторинна пам'ять. Частина інформації з первинної пам'яті за допомогою повторення переводиться у вторинну пам'ять. Особливістю цього блоку короткочасної пам'яті є семантична обробка матеріалу, виділення смислових зв'язків, що запобігає швидкому забуванню. В окремих випадках у вторинній пам'яті можуть зберігатися фонематичні коди, коли алфавіт знаків або невідомий, або знаки семантично не пов'язані між собою (ряд безглуздих складових).

Таким чином, короткотривала пам'ять характеризується негайним запам'ятовуванням матеріалу з першого пред'явлення, негайним відтворенням і дуже коротким часом зберігання інформації. Можна вважати, що зберігання тут відбувається через запам'ятовування і відтворення інформації. Обсяг короткотривалої пам'яті вимірюється кількістю символів, що запам'ятовуються, або кількістю одиниць інформації, яка може бути відразу після одноразового пред'явлення відтворена. Ця кількість, за даними Дж. А. Міллера, становить 7 ± 2, або:

• 9 подвійних символів;

• 8 десяткових цифр;

• 7 букв латинського алфавіту;

• 5 простих англійських слів.

Довжина алфавіту цих символів дорівнює 2, 10, 26, 1000, Що відповідає 1, 3,3, 4,7, 10 подвійним одиницям на символ, або 9, 26, 33, 50 подвійним одиницям для кожної послідовності запам'ятовуваних символів. Як бачимо, зі зміною інформації на символ у 10 разів на вході обсяг короткотривалої пам'яті змінюється у 1,8 раза, а в подвійних одиницях — у 5,5 раза. Якщо інформацію на вході людського каналу змінити в 40 разів (від 0,5 до 20 подвійних одиниць), то кількість відтворених символів змінюється всього у 4 рази (від 12 до 3 символів) для 50 % випадків і всього у 2,5 раза (від 5 до 2 символів) для 90 % випадків. Це свідчить про те, що основна закономірність обсягу короткотривалої пам'яті простежується і за значних змін інформаційного навантаження на символ.

Розглянуті закономірності обсягу короткотривалої пам'яті слід враховувати при передаванні інформації операторові. Якщо потрібно підвищити інформаційний обсяг інформації, котра буде утримуватися в короткотривалій пам'яті, варто застосовувати найбільш місткі символи, відібрані з великих за обсягом алфавітів. Але застосування таких алфавітів тоді має сенс, коли вони добре засвоєні людиною-оператором.

Обсяг короткотривалої зорової пам'яті, на відміну від слухової, містить 4—6 символів, що було доведено тахістоскопічними дослідженнями.

Довготривала пам'ять зберігає інформацію для подальшого її використання. При переведенні інформації із короткотривалої до довготривалої пам'яті відбувається її подальша селекція і реорганізація. Обсяг довготривалої пам'яті оцінюється кількістю інформації в блоці, що запам'ятовується і вимірюється не кількістю символів, а подвійними одиницями. Обсяг довготривалої пам'яті, тобто інформація, засвоєна за одного повторення матеріалу, становить від 5 до 20 подвійних одиниць, або 10 символів по 0,5 подв. од. на символ, чи 1 символ, відібраний зі значного за довжиною алфавіту, з навантаженням — 20 подв. од. інформації.

Слід зауважити, що застосування різних одиниць для вимірювання обсягу пам'яті по-різному залежить від кількості інформації, яка має три основні характеристики: невизначеність, вірогідність і різноманітність. Відносний обсяг пам'яті (обсяг пам'яті у відсотках відтвореного матеріалу до пред'явленого) продемонстрував обернену залежність від загальної невизначеності всього матеріалу, тобто від сумарної кількості всієї інформації, котру необхідно запам'ятати. Що більша ця загальна кількість інформації, то менше інформації може відтворити людина.

Обсяг пам'яті у символах показав обернену залежність від ентропії сигналів. Чим більше розрізняються ймовірності появи різних символів одного й того ж алфавіту, тим менша середня інформація на символ, але кількість символів, котру може відтворити людина в одному повторенні, зростає.

Обсяг пам'яті у подвійних одиницях продемонстрував пряму залежність від різноманітності запам'ятовуваних символів. У подвійних одиницях він буде тим більший, чим більшою буде довжина алфавіту. До речі, ця залежність зберігається і для короткотривалої пам'яті.

Зв'язок обсягу пам'яті з кількістю інформації більш тісний у тих випадках, коли кількість інформації зменшує сам суб'єкт завдяки активній мислительній та мнемонічній діяльності. Так, детальна інформаційна модель надає операторові всі подробиці про стан об'єкта управління. Аналізуючи цю інформацію, оператор приймає певне рішення, яке є результатом переробки, зіставлення значної кількості інформації, логічної обробки матеріалу, узагальнення даних тощо. При цьому загальна оцінка ситуації запам'ятовувань значно краща, ніж усі дані, на підставі яких вона була здійснена. У випадку застосування інтегральних інформаційних моделей інформація може подаватися у формі, котра вже не потребує запам'ятовування усіх деталей. Інтегральна модель звужує потік інформації до оператора і тим самим зменшує навантаження на його пам'ять. Але слід зауважити, що ту якісну інформацію, яку оператор вивів сам, він запам'ятає краще, ніж ту загальну оцінку, котру йому надасть інтегральна модель.

Оперативна пам'ять забезпечує вирішення поточних завдань оператором або виконання ним конкретних дій. Доведено, що ефективність діяльності оператора пов'язана з функціонуванням його пам'яті, котра також впливає і на пропускну здатність оператора. Основними характеристиками оперативної пам'яті є її обсяг, точність, швидкість запам'ятовування, термін зберігання інформації та особливості оперативних одиниць пам'яті. Обсяг оперативної пам'яті визначається кількістю сигналів (стимулів), що їх оператор запам'ятав після одного короткотривалого пред'явлення, і вимірюється оперативними одиницями, під якими розуміють образи або інші сполучення (поєднання) матеріалу, котрі конструюються під час активних дій оператора, спрямованих на вирішення ним конкретного завдання. Як одиниці використовують або мінімально можливі, аналітично визначені одиниці діяльності, або реально використовувані.

Оперативна пам'ять забезпечує вирішення поточних завдань оператором або виконання ним конкретних дій. Доведено, що ефективність діяльності оператора пов'язана з функціонуванням його пам'яті, котра також впливає і на пропускну здатність оператора. Основними характеристиками оперативної пам'яті є її обсяг, точність, швидкість запам'ятовування, термін зберігання інформації та особливості оперативних одиниць пам'яті. Обсяг оперативної пам'яті визначається кількістю сигналів (стимулів), що їх оператор запам'ятав після одного короткотривалого пред'явлення, і вимірюється оперативними одиницями, під якими розуміють образи або інші сполучення (поєднання) матеріалу, котрі конструюються під час активних дій оператора, спрямованих на вирішення ним конкретного завдання. Як одиниці використовують або мінімально можливі, аналітично визначені одиниці діяльності, або реально використовувані. Оцінка обсягу оперативної пам'яті людини-оператора в конкретних системах передбачає обидва типи оперативних одиниць пам'яті.

3.3. Прийняття рішень

Процесами приймання інформації діяльність оператора не вичерпується: йому ще потрібно її проаналізувати і прийняти відповідне рішення щодо управління технічною системою.

Процес прийняття рішень може бути алгоритмізованим або пошуковим.

При алгоритмізованому процесі прийняття рішень робота оператора пов'язана з пошуком і оцінкою заздалегідь відомих програм. При пошуковому – програма рішень операторові не відома, і вона створюється у процесі його трудової діяльності, тому оператор дуже часто обмежений у часі, і запізнення у прийнятті рішень розцінюється як помилка, що може призвести до ускладнення проблемної ситуації або до повного порушення роботи всієї системи. В цих випадках значну роль у діяльності оператора відіграють процеси мислення, основою яких є пошук і відкриття чогось нового.

Мислення – це активний процес відображення об'єктивного світу в людському мозку у формі суджень, понять і висновків. Розрізняють наочно-образне, словесно-логічне і оперативне мислення. Для діяльності оператора характерний особливий тип мислення – оперативне мислення.

Оперативне мислення – це такий шлях вирішення практичних завдань, який здійснюється на основі моделювання оператором об'єктів трудової діяльності, в результаті чого формується суб'єктивна модель передбачуваної сукупності дій, що забезпечують вирішення поставленого завдання. Оперативне мислення охоплює виявлення проблемної ситуації та комплекс її мислительних і практичних перетворень.

Оперативне мислення має ряд специфічних особливостей. По-перше, це – єдність процесів сприймання і осмислення ситуації, яка змінюється дуже швидко. Тому процес прийняття рішення зливається з процесом його виконання.

По-друге, велика відповідальність за прийняття рішення викликає значне емоційно-вольове напруження, тобто важливою ознакою оперативного мислення є те, що воно протікає в екстремальних умовах і пов'язане з глибокими переживаннями відповідальності. До того ж інформацію оператор отримує з інформаційних моделей, що вимагає її декодування, а це, своєю чергою, потребує від нього значної мислительної активності. Функція декодування полягає в переведенні образу сигналу в оперативний образ об'єкта або керованого процесу. Звідси випливає, що оперативне мислення в основному є образним. Оперативний образ виникає в результаті співвіднесення отриманої інформації з інформацією, яку зберігає в своїй пам'яті оператор. Оперативні образи характеризуються тим, що, по-перше, вони прагматичні, оскільки формуються у процесі дій з об'єктами, під час виконання конкретних практичних завдань і відповідно до них; по-друге, вони адекватні конкретній меті дії і, залежно від самого завдання, умов його виконання і психологічних особливостей людини-оператора, можуть змінюватися, залишаючись адекватними самому завданню управління; по-третє, вони впорядковані, тому що інформація в них структурно організована в єдиний комплекс, у якому окремі складові мають певний взаємозв'язок; нарешті, вони специфічні, адже відображають тільки ту інформацію, котра необхідна для розв'язування конкретного завдання. Слід зауважити, що адекватність образу інформаційній моделі ще не означає його адекватності завданню, що вирішується, оскільки на базі однієї інформаційної моделі можуть виникати різні концептуальні моделі, які породжують різні оперативні образи. Неадекватність оперативного образу ситуації, яку він відображає, може зумовлюватися різними факторами як зовнішнього, так і внутрішнього характеру. Це може бути недосконалість інформаційної моделі (її організація, низька ефективність застосування кодів, їх багатозначність тощо) або індивідуально-типологічні особливості оператора, його психічний та функціональний стани тощо.

Оперативні образи, які адекватні ситуації, лежать в основі прийняття оперативного рішення і тому є важливими регуляторами в системі предметної дії оператора. Більше того, за ускладнення умов ефективність використання оперативних образів значно зростає. Роль оперативних образів у загальній схемі предметної дії оператора може бути представлена у вигляді схеми.

Розглянемо взаємодію цих блоків.

Від контрольних приладів об'єкта управління до сенсорного входу оператора надходить інформація про стан цього об'єкта. Відповідно до режиму роботи і конкретних умов його реалізації у свідомості оператора складається оперативний образ-еталон, під впливом якого формується певна оперативна готовність, котра орієнтує сенсорний вхід оператора на сприйняття тих параметрів функціонування системи, що є типовими для даного стану системи. Завдяки такому налаштуванню оператор знімає з приладів не абсолютні значення параметрів, а їх розбіжності між заданими і фактичними. Ці розбіжності накладаються на образ-еталон і породжують новий оперативний образ – образ-відхилення, котрий відповідає новій концептуальній моделі, що виникла через зміну стану об'єкта. З цим образом-відхиленням в оператора пов'язана певна загальна схема дій, підсилена конкретними засобами її практичної реалізації. Вибір алгоритму керуючих дій здійснюється під упливом образу-відхилення і його концептуальної моделі (зв'язок ). Це відбувається в такій послідовності: із загальної схеми дій оператор обирає конкретний алгоритм, який, на його думку, є найбільш адекватним поточному образу-відхиленню. Цей алгоритм він зіставляє з образом-відхиленням (зв'язок ) і в уяві програє його вплив на цей образ. Якщо це оператора задовольняє, то він дає команду моторному виходу (зв'язок ), який реалізує алгоритм, впливаючи на сам об'єкт управління (зв'язок ). Коли ж умовний вплив алгоритму не задовольняє оператора, то з образу-відхилення йде повторний сигнал у загальну схему дій, де добирається інший алгоритм, враховуючи попередній досвід. Таким шляхом перебору алгоритмів оператор відбирає оптимальний, який і реалізує, впливаючи тим самим на об'єкт управління. Після цього на сенсорний вхід надходить сигнал зворотного зв'язку про зміни стану об'єкта управління, котрий змінює оперативну готовність оператора відповідно до проведених дій. Розглянутий вище процес обробки інформації і формування керуючих дій повторюється до моменту ліквідації відхилення в системі управління. Наведена схема показує, що предметні дії оператора регулюються низкою оперативних образів, що послідовно змінюють один одного, при цьому кожен із них виконує свою функцію в схемі переробки інформації.

Дослідження механізмів оперативного мислення свідчать, що воно складається з трьох основних компонентів: структурування, динамічного впізнання і формування алгоритму рішення.

Структурування полягає у створенні більш містких одиниць дії завдяки поєднанню елементів ситуації між собою. Це процес аналітично-синтетичної діяльності оператора, в результаті якої елементи завдання організовуються і упорядковуються у структурне ціле, враховуючи особливості їх зв'язків і місцерозташування.

Динамічне впізнання – знаходження складових кінцевої ситуації у вихідній, проблематичній ситуації. Це може бути впізнання підзадачі або впізнання ситуації, яка траплялася раніше, або впізнання в заданій ситуації кінцевого еталону.

Формування алгоритму рішення – це вироблення принципів і правил рішення, визначення певної послідовності дій.

Виділяють три основні функції оперативного мислення: рішення задач, планування, декодування.

Рішення задач – це функція, що реалізується за різних і непередбачуваних змін у процесі управління, коли відомі засоби регулювання не спрацьовують. Типова форма її прояву – це прийняття рішення. Ця функція оперативного мислення вважається основною.

Планування зумовлене необхідністю впорядкування та організації дій оператора з управління процесом у нормальних умовах. Результатом планування є уявлення про послідовність дій, необхідних засобів і часу на їх виконання. Для цього операторові важливо знати закономірності перебігу процесу управління, передбачати послідовність змін стану системи, враховувати ймовірність їх прояву. Однією з форм планування є оптимальне планування, за якого обирається оптимальний варіант регулювання системи з кількох можливих на основі їх зіставлення.

Сутність функції декодування полягає в переведенні образу сигналу в оперативний образ керованого об'єкта або процесу і пов'язана з тим, що інформація про процес управління на технічних засобах відображається у закодованому вигляді.