Файл: Митькин А.А. Электроокулография в инженерно-психологических исследованиях.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.06.2024
Просмотров: 56
Скачиваний: 0
А К А Д Е М И Я Н А У К СССР
НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОБЛЕМЕ «КИБЕРНЕТИКА»
ИНСТИТУТ ПСИХОЛОГИИ
А. А. МИТЬКИН
ЭЛЕКТРООКУЛОГРАФИЯ
В ИНЖЕНЕРНО
ПСИХОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЯХ
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « НАУКА»
М О С К В А
1974
А'.
(7
Электроокулографический метод записи движения глаз открывает большие возможности при исследовании деятель ности операторов на автоматизированном производстве. Ав тор в доступной форме излагает основные принципы электроокулографии, историю развития и применения этого мето да, подробно описывает аппаратуру и методику проведении исследований, а также приводит примеры практического ис пользования элоктроокулографии.
Ответственный редактор
доктор психологических наук Б. Ф. ЛОМОВ
, 10508 — 0284
© Издательство «Наука», 1974 г.
М 042(01) - 74
ПРЕДИСЛОВИЕ
Исследование двигательных компонентов |
зрения уже |
в течение многих лет привлекает внимание |
психологов- |
экспериментаторов. Основные итоги научных поисков по казывают, что как недооценка «удельного веса» моторики глаз в процессе зрения, так и его переоценка в равной мере уводят исследователей от истины. При такого рода поиско вых исследованиях необходимо, по-видимому, опираться на комплексный анализ важнейших факторов в работе зрительной системы в их сложном взаимодействии. В ка честве таких факторов должны быть выделены, как мини мум, следующие: а) «многоканальность» сенсорного входа зрительной системы; б) сложность и совершенство «аффе рентного синтеза», осуществляемого на уровне сетчатки; в) функциональное и «целевое» многообразие основных типов движений глаз; г) сложное взаимодействие мотор ных функций глаз; д) взаимодействие сенсорных и мотор ных компонентов в работе зрительной системы; е) наличие в зрительной системе нескольких взаимосвязанных функ циональных уровней. К исследованиям зрительной систе мы с учетом взаимодействия перечисленных факторов еще только приступают-
Целесообразность изучения моторных функций глаз в связи с теоретическими и практическими проблемами ин женерной психологии не вызывает сомнения. Эффектив ность такого направления работ уже доказана рядом экспериментальных исследований, в ходе которых модели ровались основные условия восприятия оператором раз личных информационных устройств (мнемосхем, прибор ных щитов, табло и др.). Записи движений глаз в этих опытах позволяют судить о функциональных возможно стях зрительной системы при различных параметрах вос
5
принимаемых объектов. Одиовремеино они могут служить косвенным показателем последовательности мыслитель ных операций, «этиологии» типичных ошибок, степени обученпостп оператора и т. п. Конечной практической целью исследований во всех случаях является оптимиза ция средств отображения информации.
Главные препятствия к дальнейшему расширению ии- жеиерно-пспхологическнх последований, опирающихся на регистрацию движений глаз, — методическая сложность таких исследований и недостаток специальной литературы по данному вопросу.
Предлагаемая вниманию читателей книга кандидата психологических паук А. А. Мптькина содержит инте ресный фактический материал, полученный автором в инженерно-психологическом эксперименте путем регистра ции движений глаз. Вместе с тем книга может служить общедоступным практическим пособием по электроокулографпп. Использование этого метода позволило автору выявить ряд существенных принципов компоповки ин формационных устройств. Рассмотренные в книге серии экспериментов дают полное представление о задачах и возможностях электроокулографии при исследовании средств отображения информации различной сложности.
Есть все основания полагать, что книга А. А. Митькнпа будет с интересом прочитана как пспхологами-экспе- риментаторамп, так и инженерами, работающими над средствами отображения информации.
Член-корреспондент АПН СССР, профессор Б. Ф. Ломов
ВВЕДЕНИЕ. ВОЗМОЖНОСТИ ОКУЛОГРАФИИ В ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Автоматизация производства влечет за собой сокраще ние до минимума моторных функций человека-одератора за счет очень большого (иногда предельного) расширения его сенсорных функций. Основной поток информации по ступает при этом через зрительный анализатор. Обилие необходимой оператору информации заставляет констру ировать панели информации значительных размеров и с большой плотностью размещения сигналов. В этой связи особую остроту приобретает проблема оптимизации усло вий приема информации оператором.
Решение данной проблемы невозможно без тщательно го анализа деятельности оператора, работающего с инфор мационной моделью управляемого объекта (мнемосхе мой, приборным щитом и др.). В какой последовательности воспринимает оператор элементы, вынесепные на панель информации? С какой скоростью осуществляется восприя тие этих элементов? На каких этапах оценки ситуации до пускаются ошибки и какова их причина? Как влияет графическое и цветовое решение панели информации на организацию маршрута обзора и на эффективность ра боты оператора? На эти и целый ряд других аналогичных вопросов вынуждены отвечать психолог и конструктор в процессе создания различных средств отображения ин формации.
Разработка принципов построения информационных моделей и возможность объективного сравнения различных вариантов таких моделей предполагают определенные ме тодологические подходы.
Опыт инженерно-психологических исследований (Гипенрейтер, 1964; Зинченко, 1965) показал, что одним из наиболее эффективных способов анализа деятельности опе- ратора-наблюдателя является метод, основанный па реги-
7
стращш движений глаз (т. е. окулографическии метод). Е сли на первых этапах развития инженерной психологии преобладал теоретико-информационный подход к процес сам восприятия, то в последние годы исследователи стали уделять больше внимания содержательной стороне воспри ятия, изучению структуры восприятия (Зинченко, Верги-
лес, 1969).
При таком подходе ведущую роль получают методи ки, опирающиеся на регистрацию движений глаз.
Значение движений глаз в формировании зрительных образов является одной из кардинальных проблем психо физиологии зрения. Несмотря на то что эта проблема уже в течение столетия, начиная с работ Гельмгольца (1867), Сеченова (1852), Вундта (1912), Э. Геринга (1887), при влекает живое внимание психологов и физиологов, многие ее аспекты, имеющие важное теоретическое и практиче ское значение, остаются нерешенными и сегодня. Продол жают существовать две противоположные точки зрения на роль движений глаз. Одни исследователи считают, что роль движений глаз ограничивается лишь функцией наве дения наиболее чувствительного участка сетчатки — fovea centralis — на воспринимаемый объект. Другие полагают, что моторика глаз оказывает непосредственное воздейст вие на оценку пространственных свойств объектов и на весь процесс формирования зрительных образов. Однако сторонники как одной, так и другой концепции сходятся в том, что согласованная работа сенсорных и моторных компонентов зрительной системы является обязательным условием ее эффективного функционирования и адекватно го отражения окружающей действительности.
В последние годы интерес к изучению моторики глаз человека значительно возрос в связи с расширением ин женерно-психологических исследований. Регистрация дви жений глаз оператора-наблюдателя с последующим анали зом полученных записей (окулография) позволяет детально изучить процесс приема информации в его про странственно-временной последовательности. На этом ос новании может быть проведена сравнительная оценка раз личных способов подачи информации и построены модели, позволяющие описывать и предугадывать (с той или иной
степенью точности) зрительную |
деятельность |
оператора |
в процессе решения визуальных задач. |
движений |
|
Исследователь, приступающий |
к анализу |
8
глаз оператора (окулографпческому анализу), должен располагать необходимыми исходными сведениями о спе цифике моторики глаз.
Рассмотрим очень кратко 1 кинематические характери стики основных видов движений глаз. Существуют два функционально различных вида движений глаз: макро движения и микродвижения.
Путем макродвижений обеспечивается смена точек фиксации при рассматривании неподвижных объектов. Известно, что в норме при восприятии неподвижных объ ектов возможно одно из двух состояний глаз: состояние фиксации или состояние смены точек фиксации. Движе ния глаз при смене точек фиксации носят, как правило, скачкообразный (саккадический) характер. Направление и величина макродвижения задается в момент фиксации, предшествующей скачку (Ярбус, 1965). Основную зри тельную информацию наблюдатель получает в момент фиксаций. Во время скачка происходит значительное ухудшение зрения: объект может быть лишь обнаружен, но не опознан.
Величина (амплитуда) глазных скачков, измеряемая в угловых градусах, колеблется в широких пределах — от долей градуса до 20° (Ярбус, 1965). В некоторых случаях величина скачков может достигать 35—40° (Гшшенрей-
тер, 1964).
Продолжительность скачков меняется в зависимости от их величины: для углов меньше одного градуса она составляет 10—20 .мсек; при угле в 10°— 60 мсек, при
20°—70 мсек, при 30°— 90 мсек и при 40°— 100—120 мсек
(Гиппенрейтер, 1964).
Максимальная скоростг движения глаз достигается при амплитуде скачка в 20° и составляет приблизительно 450° в секунду.
Продолжительность латентных периодов скачка глаза колеблется в зависимости от величины скачка и составля ет, например, при скачке в 10° — 230 мсек, а при 40° — 290 мсек (Гиппенрейтер, 1964)-1
1 Подробные характеристики различных видов движений глаз читатель найдет в литературе: Ярбус, 1965; Шахиович, 1966; За порожец и др., 1967; Зипчеико, Вергнлес, 1969; Гуревич, 1971. Вы ходные данные работ, указанных здесь и в последующем, приве дены в библиографии в конце книги.
9
Смола точек фиксации в результате скачков позволяет последовательно направлять fovea иа тот или иной элемент объекта восприятия. Благодаря малой продолжительности скачков (ио сравнению с продолжительностью фиксаций, которая колеблется от 0,2 сек до нескольких секунд) глаза затрачивают иа фиксацию объекта 95—97% всего времени наблюдения.
Макродвпжеиия глаз относятся к категории произволь ных движении. Однако эта произвольность имеет весьма относительный характер: даже заведомо произвольные скачки не всегда и не во всем подчиняются нашей воле. Движения глаз у взрослого человека в значительной мере автоматизированы в результате выработки навыка рассма тривания объектов. В этом отношении процесс рассматри вания можно сравнить с актом ходьбы: как при ходьбе мы не обращаем внимания на отдельные движения наших ног, так и рассматривая предмет, мы не задумываемся над тем, в какой последовательности выбирать точки фиксации. Опыт исследователей показывает, что в большинстве случа ев наблюдатель не может дать на основании субъективной оценки отчет о том, какие элементы объекта и в какой последовательности нм фиксировались (Ярбус, 1965). Именно поэтому во всех тех случаях, когда мы хотим точно установить маршрут обзора, иеобходима объектив ная регистрация движений глаз наблюдателя.
Особым видом макродвижеипй глаз является плавное прослеживание пли скольжение (сканирование)• Этот вид движения характерен для случаев ирослежпваппя взгля дом движущихся объектов, однако иногда скольжение мо жет иметь место и прп рассматривании неподвижных объектов — например, прп компенсации движений головы плп коррекции неточных скачков.
Следует отметить, что в режим прослеживания движу щегося предмета глаз вступает непроизвольно, при этом скорость движения глаз определяется скоростью движения объекта.
Микродвижения глаз — это непроизвольные движения, которыми сопровождается процесс фиксации неподвижных объектов.
Существует три вида микродвижеипй глаз: дрейф, тремор и маленькие непроизвольные скачки (микросаккады). Величина всех этих движений измеряется долями градуса.
10