Файл: Митькин А.А. Электроокулография в инженерно-психологических исследованиях.pdf

7 —у— ir У

1сен

Рис. 11. Образец одновременной записи горизонтальных и верти­ кальных движений глаз на элекгроэнцефалографе, калибровка 100 мкв. Эксперименты проведены А. И. Подольским

ния взора по рассматриваемому объекту. Горизонтальные участки записи соответствуют последовательным точкам фиксации а, б, в, г.

выполняется легче, чем векторная, однако при этом не сле­ дует забывать о ряде ограничений, накладываемых выбо­ ром такого вида записи. Основные из них следующие.

а) Расшифровка пространственного распределения глазных скачков и точек фиксации практически невозмож­ на. Исключение составляют лишь наиболее простые марш­ руты при наличии предварительной точной маркировки всех возможных элементов маршрута.

б) Малая скорость движения бумаги в регистрирующем устройстве и инерционность перьев существенно ограни­ чивают возможности точного временного анализа глазных скачков.

в) При большой длительности фиксации (превышаю­ щей 0,5 сек) запись искажается в результате влияния по­ стоянной времени в канале усилителя переменного тока. Пример такого искажения виден на рис. 11 («сползание» записи по направлению к горизонтальной оси на участках, соответствующих точкам фиксации).

59

ГЛАВА II

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ГЛАЗ,

Вэпоху бурного развития автоматизации производства глаз оператора становится в значительно большей мере «рабочим органом», чем рука. Однако, если биомеханика руин изучена достаточно детально, биомеханические воз­ можности глаза (в свете проблем инженерной психологии) требуют дальнейших углубленных исследований.

Впроцессе проектирования любых средств отображения информации от конструктора требуется практическое ре­ шение ряда вопросов, связанных с выбором оптимального

варианта компоновки элементов, несущих информацию. В ипжеперно-пспхологпческпх и эргономических руко­ водствах (Вудсон, Коновер, 1968 п др.) содержатся основ­ ные сведения, помогающие проектировщику решить эту за­ дачу. Однако во всех этих руководствах проблемы компо­ новки средств отображения рассматриваются только с по­ зиций логики управления объектом, последовательности приема информации п оптимального зонирования информа­ ционного поля. Прп этом остается в стороне еще один не менее важный аспект проблемы: оптимизация зрительной деятельности оператора с позиций биомеханики глаз.

Незаслужеппому игнорированию этой стороны зритель­ ной деятельности оператора способствует иногда неверная интерпретация некоторых фактических данных о структу­ ре глазодвигательного поведения человека. Известно, что при решении визуальных задач средней сложности глаза наблюдателя находятся в состоянпи фиксации около 97% всего времени наблюдения и лишь 3 % времени — в состоя­ нии смены точек фиксации (Ярбус, 1965). Отсюда делает­ ся неправильный вывод о незначительном «удельном весе» глазодвигательных функций в общем «балансе» зрительной деятельности оператора. В результате этого основное вни-

60

манне проектировщика сосредоточивается иа обеспеченип читаемости отдельных элементов информационной модели, организацпя же маршрутов обзора рассматривается как третьестепенная задача.

В действительности же глазодвигательный аппарат утомляется быстрее, чем сетчатка, чем и обусловлено, в первую очередь, развитие зрительного утомления (Кравков, 1950). Поэтому при квалифицированной компоновке средств отображения информации учет особенностей биомеханики глаз столь же важен, как учет биомехани­ ческих возможностей руки при размещении органов управления на пульте. Тем не менее фактические сведе­ ния о сравнительной биомеханической сложности различ­ ных маршрутов обзора настолько скудны, что ие могут быть, видимо, объединены в законченные рекомендации проектировщику. Речь должна идти скорее о необходимо­ сти накопления такпх фактических данных.

Ниже описана методика и приведены результаты двух проведенных автором лабораторных исследований', по­ зволивших получить ответы иа некоторые вопросы относи­ тельно биомеханических возможностей глаз человека.

Влияние пространственной направленности глазных скачков на утомляемость глазодвигательного аппарата

Нами исследовалась утомляемость глазодвигательного аппарата при ритмичных возвратно-поступательных дви­ жениях глаз по прямолинейным маршрутам с различным пространственным положением. Каждый из восьми марш­ рутов являлся диаметром одной и той же окружности, раз­ деленной отметками на 16 равных частей п расположенной в плоскости, перпендикулярной осн зрения испытуемого (рис. 12). Величина диаметра составляла 60 угловых гра­ дусов. Углы наклона маршрутов к горизонтали составляли: 0; 22,5; 45; 67,5; 90; 112,5; 135; 157,5° (начиная отсчет с левого верхнего квадранта по часовой стрелке). Центр ок­ ружности находился иа 8° ниже оси зрения испытуемого. Такое положение центра тест-объекта было выбрано с уче­ том асимметричности моторного поля глаз относительно горизонтальной осп. Известно (Вудсон, Коновер, 1968),1

1 Эксперименты проведены совместно с В. Ф. Писаревой.

61

Рас. .12. Тест-объект, па ко­ тором проводилось псследоваппе влияния пространствен­ ной иаправленпости глазных скачков па утомляемость гла­ зодвигательного аппарата

что предельный угол поворота глаз вниз составляет 53°, а предельный угол поворота вверх — лишь 37°, При поло­ жении центра объекта, соответствующего исходной точке фиксации, на 8° ниже оси зрения предельные утлы пово­

испытуемого подбирался индивидуальный ритм, близкий к предельным биомеханическим возможностям глаз. В соот­ ветствии с этим в основных опытах число ударов метроно­ ма в минуту варьировано для разных испытуемых от 140 до 170. От испытуемого требовалось, чтобы каждое возврат­ но-поступательное движение (цикл) от одной из двух диа­ метрально-противоположных точек к другой и обратно со­ впадало во времени с двумя ударами метронома. Таким об­ разом, каждый цикл включал в себя (как минимум) 2 противоположно направленных скачка и 2 фиксациоиальиых паузы.

В опытах участвовало 8 испытуемых. Программа, опре­ деляющая последовательность прохождения маршру­ тов, была различной для разных испытуемых. Благодаря этому суммарный результат (по всем испытуемым для каждого маршрута) не зависел от утомления, растущего к концу опытов (каждый испытуемый выполнял всю про­ грамму в течение одного сеанса).

Движения глаз испытуемых регистрировались по векторэлектроокулографическому методу. Запись окуло-

62

Грамм позволила Проанализировать характер Изменений в движениях глаз но мере роста утомления и сопоставить скорость глазных скачков на разных этапах работы ис­ пытуемых. Визуальный контроль по экрану осциллоскопа позволял проводить в ходе опытов постоянный контроль'

по каждому маршруту проводились до тех пор, пока ис­ пытуемый не терял способность выдерживать заданный ритм движений.

На рис. 13 показаны типичные окулограммы, запи­ санные на разных стадиях развития двигательпого утом­ ления. Наличие временных отметок на окулограммах (затемнений на трассе луча) дает возможность судить о скорости прохождения различных маршрутов. В на­ стоящем исследовании подтвердилось ранее установлен­ ное положение, согласно которому скорость отдельного глазного скачка не зависит от его направления (Гиппенрейтер, 1964 и др.).

Анализ окулограмм показал, что утомление глазо­ двигательного аппарата также не оказывает влияния на скорость отдельных глазных скачков. Признаками утом­ ления являются: а) отклонения от прямолинейного (кратчайшего) маршрута; б) снижение точности глазных скачков («недолеты» и «перелеты»), что вызывает по­ явление дополнительных корректировочных скачков и

г) появление дополнительных промежуточных фиксаций; д) учащение мигательных движений. Совокупность этих факторов приводит в конечном итоге к тому, что испытуемый теряет способность работать в заданном ритме.

Таким образом, утомление глазодвигательного аппа­ рата проявляется в тех же признаках, что и утомление любой двигательной системы, обеспечивающей локомо­ цию тела, а именно в ухудшении координации движений, снижении их точности и увеличении варьятивности (Бернштейн, 1966).

В интересующем нас аспекте важно отметить, что перечисленные признаки утомления в различной степени проявляются на маршрутах с разной пространственной направленностью. Наиболее быстро и отчетливо утомле-

63

150

Рис. 14. Зависимость между пространственным положением марш­ рутов и средним количеством циклов движении

Исследование показало, что прн однотипных ритми­ чески повторяющихся движениях глаз (т. е. в условиях облегченной афферептации глазных скачков) амплитуда скачков может быть намного больше, чем при «свободном рассматривании» объекта. В описанных опытах поворо­ ты глаз на 60° осуществлялись в основном одним скач­ ком. Это, видимо, не предельная величина для скачков такого типа. Есть основания полагать, что фактором, ограничивающим амплитуду скачков в обычных услови­ ях, является не биомеханика глаза, а специфика афферентации глазных скачков. Этот вывод согласуется с данными Зинченко и Вергилеса (1969), свидетельствую­ щими о том, что при искусственном ограничении поля зрения величина скачков не превышает величину ра­ диуса этого поля.

Основные результаты исследования представлены графически (в виде круговой диаграммы) на рнс. 14.

Из данной диаграммы видно, что (несмотря на не­ зависимость скорости глазного скачка от его направле-

ння) утомляемость глазодвигательного аппарата различ­ на для разных направлений движения. Быстрее всего вызывают утомление наклонные движения глаз, медлен­ нее — вертикальные и еще медленнее — горизонтальные.

Объективные результаты опытов совпадают с данны­ ми словесных отчетов испытуемых. Большинство испы­ туемых оценило горизонтальный маршрут как наиболее легкий, а наклонные — как наиболее трудные.

Основные причины такого распределения маршрутов по степени их трудности сводятся, видимо, к следующим:

а) горизонтальные движения глаз обеспечиваются ра­ ботой одной пары мышц, в то время как вертикальные и наклонные движения требуют участия двух пар мышц и, следовательно, более сложной координации в работе этих мышц;

б) горизонтальные и вертикальные движения глаз яв­ ляются более привычными по сравнению с наклонными (влияние повседневного опыта, горизонталь и вертикаль как основные пространственные ориентиры).

Диаграмма на рис. 14 асимметрична относительно вертикальной оси: маршруты с углами наклона 112,5; 135 и 157,5° обладают некоторым преимуществом (по количе­ ству выполненных циклов движений) по сравнению с симметричными им маршрутами (с углами наклона 22,5; 45 и 67,5°). Предполагается, что эта особенность обуслов­ лена ведущей ролью правого глаза и асимметричностью монокулярного моторного поля. Однако данное предполо­ жение требует проверки в дальнейших экспериментах.

В исследовании выявились существенные различия в отношении индивидуальных возможностей глазодвига­ тельного аппарата у разных испытуемых. Эти различия касаются:

а) способности испытуемых к более или менее быст­ рому усвоению требуемого ритма движений (в процессе тренировки);

б) предельной интенсивности ритма (предельного ко­ личества циклов в минуту), при которой испытуемый мог выполнять движения;

в) утомляемости глазодвигательного аппарата (сред­ нее количество циклов по всем маршрутам колебалось у разных испытуемых от 51 до 189).

Основные результаты исследования свидетельствуют о том, что при выборе компоновочных вариантов средств

66