Пороги чувствительности

Теоретические сведения

Деятельность человека основывается на постоянном приеме и анализе информации о характеристиках внешней среды и внутренних систем организма. Ощущение – это простейший психический процесс, состоящий в отражении отдельных свойств предметов и явлений материального мира, а также внутренних состояний организма при непосредственном воздействии материальных раздражителей на соответствующие рецепторы.

Однако для возникновения ощущений недостаточно, чтобы организм подвергался соответствующему воздействию материального раздражителя, но необходима и некоторая работа самого организма. Физиологической основой ощущения является нервный процесс, возникающий при воздействии раздражителя на адекватный ему анализатор. Этот процесс осуществляется с помощью анализаторов – подсистем центральной нервной системы (зон коры головного мозга), обеспечивающих прием и первичный анализ информационных сигналов.

Функциональная схема анализатора представлена на рис. 1.1. Центральной частью является некоторая зона в коре головного мозга. Периферическая часть – рецептор – располагается на поверхности тела для приема внешней информации либо во внутренних системах и органах для восприятия информации о их состоянии. Рецепторы для приема внешней информации называют также "органы чувств". Проводящие нервные пути соединяют рецепторы с соответствующими зонами мозга.

Рис. 1.1. Функциональная схема анализатора

Каждый рецептор выполняет функцию датчика – воспринимает соответствующий сигнал из окружающей среды, осуществляет его первичную обработку и преобразует его в биоэлектрический сигнал, который передается затем по проводящим нервным путям в центральную нервную систему. Центральная нервная система вырабатывает биоэлектрическую команду, которая передается по проводящим нервным путям обратно к рецептору и обеспечивает его оптимальную настройку в зависимости от характеристик воспринимаемого сигнала и других факторов.

С помощью анализаторов человеку даются ощущения. Ощущение – простейший процесс, заключающийся в отражении в сознании человека отдельных свойств материального мира или внутренних состояний организма при непосредственном воздействии сигнала (раздражителя) на соответствующий рецептор.

Виды анализаторов и рецепторов представлены в табл. 1.1. Наибольшее значение для деятельности водителя имеют зрительный анализатор, за ним следуют кинестетический, тактильный (осязательный), вестибулярный и слуховой. Участие других анализаторов в деятельности водителя невелико.

Анализаторы можно назвать измерительными инструментами человека. Как любой измерительный инструмент, они имеют ограниченные диапазон измерения и точность.

Таблица 1.1

Виды анализаторов

Анализаторы	Рецепторы
Внешние	Зрительный	Глаз
Слуховой	Ухо
Тактильный (осязательный)	Рецепторы кожи
Болевой
Температурный отдельно на тепло и холод
Обонятельный	Рецептор в носовой полости
Вкусовой	Рецепторы на поверхности языка, нёба
Внутренние	Анализатор давления, кинестетический	Рецепторы в мышцах и сухожилиях
Вестибулярный	Рецептор в полости уха
Органические	Рецепторы во внутренних органах и полостях тела

Отличие от измерительного инструмента заключается в том, что свойства анализаторов каждого человека имеют индивидуальные особенности и, кроме того, изменяются у одного человека в зависимости от его состояния. Характерным является наличие относительно большой случайной составляющей в оценке человеком собственных ощущений.

Основными характеристиками любого анализатора являются пороги чувствительности (табл. 1.2).

Разностный порог может быть выражен абсолютной величиной сигнала DХ или относительным значением , где Х – исходная величина сигнала, относительно которой сделано увеличение сигнала на величину разностного порога DХ.

Экспериментально установлено, что в среднем (рабочем) диапазоне чувствительности анализатора относительное значение разностного порога является постоянным:

= k = const, (1.1)

где k – постоянная, значение которой различно для разных видов анализаторов и, например, в среднем составляет:

– для зрительного 0,01;

– для слухового 0,10;

– для тактильного 0,30.

Таблица 1.2

Пороги чувствительности

Абсолютный порог	Нижний	Минимальная величина сигнала (раздражителя), при котором возникает едва заметное ощущение. Сигналы меньшей величины человек не ощущает
Верхний	Максимально допустимая величина сигнала, превышение которой вызывает болевые ощущения (сверхгромкий звук, слепящая яркость и т.д.)
Разностный (дифференциальный) порог	Минимальная разница между уровнями сигнала, вызывающая едва заметное различие ощущений
Оперативный порог	Минимальная разница между уровнями сигнала, при которой точность и скорость различения уровней сигнала максимальны, т.е. обеспечивается оптимальная различимость уровней сигнала

Характеристика чувствительности анализатора показана графиком = f(Х) на рис. 1.2. Интервал между нижним Х_Н и верхним Х_В абсолютными порогами называют диапазоном чувствительности анализатора. В среднем (рабочем) интервале чувствительности справедливо равенство (1.1). По мере приближения исходной величины сигнала Х к нижнему Х_Н или верхнему Х_В абсолютному порогу относительное значение разностного порога возрастает и стремится к бесконечности.

Разностный порог является важнейшим показателем анализатора. Однако разностный порог характеризует предельные возможности анализатора, которые определяют в специально созданных идеальных лабораторных условиях. Как правило, определение разностного порога производится путем сравнения с каким-либо эталоном. В реальных условиях обычно приходится работать без эталона для сравнения. Поэтому точность ощущений гораздо ниже, показанных человеком в лаборатории.

Кроме того, в реальных условиях работы человека-оператора, в том числе и водителя, всегда присутствуют факторы, снижающие точность ощущения: шум, вибрации, распределение внимания между несколькими действиями, выполнение действий и принятие решений в дефиците времени и т.д.

Рис. 1.2. Характеристика анализатора

В связи с этим разностный порог является недостаточным для целей инженерной психологии, например, для конструирования систем отображения информации, органов управления и т.д. Для этих целей применяют оперативный порог различения (см. табл. 1.2). Обычно оперативный порог различения в 10-15 раз больше разностного.

Важнейшими свойствами анализаторов являются адаптивность и избирательность.

Анализатор является самонастраивающейся системой. Это его свойство проявляется в адаптации, т.е. в изменении диапазона чувствительности в соответствии с условиями работы анализаторов. Например, при входе в темный зал человек вначале ничего не видит, а затем довольно хорошо различает не только очертания предметов, но и лица; горячей вода кажется только в первый момент погружения в ванну; неприятный запах быстро перестает ощущаться и т.д. Адаптация характеризуется величиной изменения чувствительности и временем, в течение которого она осуществляется. Эти показатели различны для разных анализаторов.

Избирательность анализатора заключается в его способности из множества раздражителей, действующих на человека, в каждый момент времени в зависимости от условий выделять лишь определенные. Избирательность является условием формирования адекватных ощущений и обеспечивает высокую помехоустойчивость.

Общие требования к сигналам, адресованным оператору в системе "человек–машина" (индикаторам на панели приборов автомобиля, размерам дорожных знаков, силе света светофоров и внешних световых приборов транспортных средств и т.д.):

1) величина сигнала должна соответствовать среднему уровню диапазона чувствительности анализатора (см. рис.1.2), которая обеспечивает оптимальные условия для приема и переработки информации;

2) для того чтобы оператор мог следить за изменением сигнала, сравнивать между собой разные уровни сигнала по величине, длительности, пространственному положению, необходимо обеспечить различие между уровнями сигнала, превышающее оперативный порог различения;

3) перепады между уровнями сигналов не должны значительно превышать оперативный порог, так как это вызывает преждевременное утомление.

Опыт № 1. Определение разностных порогов
кожной чувствительности

Цель работы – определение разностного порога ощущений прикосновения на тыльной стороне ладони при разной последовательности изменения величины раздражителя.

Инструмент: эстезиометр (циркуль Вебера) или чертежный измеритель; измерительная линейка.

Методика. До начала опыта подготавливают бланк протокола (табл. 1.3). Испытуемый кладет руку ладонью на стол. Экспериментатор дотрагивается до тыльной стороны ладони испытуемого "ножками" эстезиометра, а испытуемый определяет число прикосновений – одно или два. Во время опыта испытуемый не должен видеть ни своей руки, ни "ножек" эстезиометра.

Таблица 1.3

Протокол опыта № 1

Возрастающая последовательность	Убывающая последовательность	Случайная последовательность
№ п/п	Х, мм	Ответ испытуемого	№ п/п	Х, мм	Ответ испытуемого	№ п/п	Х, мм	Ответ испытуемого
ХВ = мм	ХУ = мм	ХС = мм

Таблица 1.4

Рекомендуемые случайные последовательности расстояния Х

№ п/п	Х, мм	№ п/п	Х, мм	№ п/п	Х, мм	№ п/п	Х, мм	№ п/п	Х, мм

В соответствии с тем, что он ощущает, испытуемый должен сказать: "Одно", "Два" или "Не знаю", а экспериментатор заносит в протокол (см. табл. 1.3) в графу "Ответ испытуемого" соответственно "1", "2" или "?".

Расстояние Х между "ножками" эстезиометра изменяют от 0 до 45 мм через интервал 3 мм, используя для этого три вида последовательности изменения расстояния Х (см. табл. 1.3):

1) возрастающая – от 0 до 45 мм;

2) убывающая – от 45 мм до 0;

3) в случайном порядке (табл. 1.4).

Обработка результатов опыта.Определяют и заносят в протокол (см. табл. 1.3) частные значения Х_В, Х_У и Х_С разностного порога кожной чувствительности, полученные соответственно в возрастающей, убывающей и случайной последовательностях изменения расстояния Х.

Для этого по ответам испытуемого в табл. 1.3 в каждой последовательности находят минимальное расстояние Х, начиная с которого во всех измерениях с большим расстоянием Х испытуемый безошибочно ощущал два касания.

Разностным порогом Х_РП кожной чувствительности в проведенном опыте принимают среднее арифметическое частных значений Х_В, Х_У и Х_С:

Х_РП = ( Х_В + Х_У + Х_С). (1.2)

Вывод по опыту должен содержать сведения о найденной величине разностного порога кожной чувствительности и заключение о влиянии последовательности изменения величины раздражителя на результаты опыта.