Почему устают глаза при работе на компьютере

Те. кто постоянно работает на компьютере, на собственном опыте знают, что при длительной работе часто возникают неприятные ощущения в глазах - усталость глаз, резь, стекленение, пелена перед глазами. Многие учителя информатики, наверное, обращали внимание на то, что есть программные средства, при работе с которыми у некоторых учащихся слезятся глаза, быстро развивается общее утомление. Попытаемся объяснить причину этого.

Различают два вида движения глаз: медленные и быстрые. Быстрые движения глаз в литературе получили названия “саккады” - от старинного французского слова, переводимого как "хлопок паруса". Саккады, в свою очередь, разделяют на два типа - короткие и длинные. Короткие саккады (микросаккады) имеют место при фиксации взора на неподвижном объекте малого размера, длинные саккады (макросаккады) - при рассматривании какого-то неоднородного объекта, макрообъекта. Медленные движения глаз чаще происходят при охвате визуальной обстановки, при рассматривании сложных визуальных композиций, когда необходимо перемещать взор от одного объекта к другому.

Необходимо отметить, что оценка общей визуальной обстановки при рассматривании сложной картины (в том числе и на экране монитора компьютера) является сложным процессом, в котором имеют место как микро - и макросаккады, так и медленные движения глаз. Изучению саккадических движений (в основном микросаккад) посвящено достаточно много работ, но сам их механизм пока до конца не изучен.

Ключевую роль в зрительном восприятии играет автоматия саккад. Автоматия саккад - это психофизиологический процесс, когда мозг сам выбирает оптимальную частоту и амплитуду саккад для устойчивого видения. Экспериментально, что если изображение объекта сделать неподвижным относительно фоторецептов сетчатки глаза, то человек перестаёт видеть данный объект спустя 1-3 секунды [4,5,6]. Возникает так называемое “пустое поле", причём его цвет остаётся неизменным. Испытуемые называли этот цвет “чёрным", “тёмно-серым", “тьмой” или “пустотой”. Эти данные говорят о том, что только при перемещении образа объекта по сетчатке возникает импульс в зрительном нерве. В обычных условиях такое перемещение достигается за счёт автоматии саккад.

Другое важное назначение саккад - стирать так называемые образы представляют собой следы предыдущих раздражений сетчатки, которые в определённых условиях могут наблюдаться в течение длительного времени (десятки секунд и минуты), лишь постепенно угасая. Саккады также играют важную роль в компенсации дефектов сенсорного аппарата глаз, поскольку сетчатка глаза неоднородна по своей чувствительности - в ней имеются “родимые пятна" и мелкие скотомы; в стекловидном теле часто присутствуют непрозрачные элементы: кровяные тельца, капилляры, уплотнения и т.п.

Существует четыре основных вида визуальных сред: комфортные, нормальные, гомогенные и агрессивные [2].

Комфортной называют визуальную среду с большим разнообразием элементов. Для неё характерно наличие кривых линий разной толщины и контрастности, острых углов (особенно в верхней части изображения) в виде вершин и заострений, образующих силуэт, разнообразие цветовой гаммы, сгущение и разрежение элементов и разная их удалённость. К комфортной визуальной среде можно отнести красивый пейзаж с изображением, например, леса, моря, облаков, реки. С комфортной визуальной средой часто связывают произведения искусства в области живописи и архитектуры.

Гомогенная визуальная среда - это среда, в которой либо совсем отсутствуют видимые элементы, либо их число резко снижено. В литературе классическую (или идеальную) гомогенную среду часто представляют на примере так называемого эффекта пинг-понгового шарика [1]. В экспериментальных условиях глаза испытуемых закрывают колпачками - половинками пинг-понговых шариков таким образом, чтобы испытуемые не видели краёв колпачков, и освещают колпачки светом (50 кд/м²). Человек оказывается в светлой гомогенной среде. Однако ощущение яркости видимого поля быстро изменяется. Примерно через минуту у большинства испытуемых всё поле зрения становится совершенно тёмным. Испытуемые жалуются на неприятные ощущения в процессе эксперимента.

Механизм этого эффекта легко объяснить, исходя из того, что фоторецепторы работают на перепадах освещённости. В гомогенной среде, т.е. при однородном освещении всех точек поля зрения, автоматия саккад не вызывает изменений на фоторецепторах и, соответственно, в зрительном нерве после очередной саккады сигнала не возникает. Амплитуда саккад увеличивается в 3-5 раз, в 2-3 раза увеличивается их число [2]. Зрительный анализатор переходит в "поисковый режим", который не даёт результата. Длительная работа в этом режиме ведёт сначала к ощущению дискомфорта, затем к нарушению автоматии саккад. Кроме фоторецептов в гомогенной среде не срабатывают нервные клетки мозга, что ведёт к расстройству некоторых его функций [3]. Это является причиной неприятных ощущений и головных болей.

Одно из наиболее частых проявлений гомогенной среды - так называемая цветовая гомогенность. Она возникает в том случае, когда цвет объекта и цвет фона лежат в пограничных областях относительной видности при близкой яркости объекта и фона. В этом случае объект как бы сливается с фоном.

В программных средствах образовательного назначения довольно часто приходится сталкиваться как с отдельными гомогенными полями, занимающими часть изображения на мониторе, так и с общей гомогенностью визуальной среды. В первом случае при достаточно высокой динамичности программного средства гомогенные поля могут как бы выпадать из поля зрения. В программных средствах с высокой степенью общей гомогенности среды восприятие информации с экрана монитора идёт с большим напряжением. В результате быстро утомляются глаза, развивается усталость учеников. Следует отметить, что очень многие игровые программы, такие, как “Doom", “Quake", “Blood", имеют очень высокую гомогенность визуальной среды.

Основными причинами возникновения гомогенных полей и гомогенной среды в программных средствах образовательного назначения (ПС ОН) являются просчёты разработчиков в выборе цветовой палитры, соотношении яркости и контрастности изображения, темпе подачи учебного материала.

Агрессивная визуальная среда - это среда, в которой человек одновременно видит большое число одинаковых элементов. На рисунке приведены типичные образцы агрессивных полей и примеры их сочетаний. Одного взгляда на эти образцы достаточно, чтобы убедиться, что они вызывают исключительно неприятные зрительные ощущения. Причём даже гомогенные поля воспринимаются человеком намного легче, чем агрессивные.

Если в ПС ОН одинаковые микрообъекты разнесены менее чем на 2° в поле зрения и если их более пяти, становится невозможной фиксация взгляда на одном микрообъекте. В результате возникает агрессивное поле. Чем больше агрессивное поле и чем выше его яркость и контрастность по отношению к общему фону, тем больше общая агрессивность визуальной среды. При высокой агрессивности визуальной среды все другие объекты как бы уходят на задний план, взгляд начинает воспринимать только саму агрессивную среду.

В [2] установлено что в агрессивной среде не может полноценно работать автоматия саккад, затруднена фиксация глаза на объекте. Попытка фиксировать один из микрообъектов агрессивного поля ведёт к торможению автоматии саккад. Одновременно наступает стабилизация медленных движений глаз, резко сокращается число миганий. Глаза “встают как вкопанные”. Быстро развивается утомление.

В сильноагрессивной среде падает разрешающая способность глаз, отдельные элементы становятся невидимыми, всё поле превращается в серый фон, глаза уже физически не могут остановиться на отдельном элементе, они как бы “плавают” по объекту [2].

Бинокулярное зрение (при котором оба глаза смотрят на один и тот же объект) также не может полноценно работать в агрессивной среде. При большом количестве одинаковых микроэлементов изображения невозможно конвергировать оба глаза в одну точку. В агрессивной среде не срабатывают такие механизмы зрения, как on-off-системы, аккомодация, адаптация, реакция зрачка; не могут полноценно работать рецептивные поля мозга [2].

Агрессивность визуальной среды достаточно часто можно наблюдать в ПС ОН. Разработчики любят “украшать" свои программы одинаковыми мелкими деталями, микрообъектами, орнаментом и т.д., часто нарушают цветовые пропорции. В результате от таких программ у учащихся порой просто рябит в глазах.

В ПС ОН часто наблюдается динамическая агрессивность и динамическая гомогенность визуальной среды. Они возникают при изменении визуальной обстановки. Даже небольшая динамичность визуальной обстановки приводит к резкому увеличению агрессивности и гомогенности визуальной среды.

Отрицательное действие динамических агрессивных полей намного сильнее, чем статических. Это связано с тем, что фоторецепторы более активно реагируют на динамические процессы. Вместе с тем динамические агрессивные поля оказывают воздействие на двигательный аппарат глаз, а именно на конвергенцию, аккомодацию и параметры саккад. Фиксация взгляда на объекте в динамической агрессивной среде требует больших усилий, что ведёт к быстрому развитию утомления [2].

Необходимо отметить, что создать комфортную визуальную обстановку на экране монитора очень сложно, поскольку естественным для нашего зрения является восприятие в отражённом свете, восприятие же с экрана монитора идёт в излучающем свете. Отметим также, что гомогенные и агрессивные поля существуют не только на экране монитора, но и в обычной жизни. Например, кирпичная стена дома, окна многоэтажных домов, ровная укладка шпал на железной дороге, брусчатка на домах и улицах сами по себе являются агрессивными визуальными средами. У нас уже выработался определённый стереотип восприятия таких объектов. Но хотя человеческий организм имеет определённые возможности адаптации к агрессивным и гомогенным полям, они не безграничны.

Возникает вопрос, какую визуальную среду следует считать нормальной. Применительно к ПС ОН нормальной визуальной средой, видимо, следует считать среду, в которой иногда встречаются гомогенные и агрессивные поля, но они оказывают незначительное влияние на общую визуальную обстановку на экране монитора и не вызывают отрицательных эмоций у учащихся.

Каким основным требованиям должно удовлетворят ПС ОН, чтобы на экране монитора была нормальная визуальная обстановка?

Оптимальным видимым полем обычно считают поле, удовлетворяющее следующим требованиям:

размер объекта 1°-3°;

расстояние между объектами 2,5°;

число однотипных объектов не более 5.

Для создания фона возможно использование комбинации различных элементов.

Строить изображение на экране монитора желательно по законам гармонии. Необходимо создавать иллюзию разной удалённости объектов, использовать линии разной толщины и контрастности, стараться, по возможности, избегать прямых линий, разнообразить набор острых углов в верхней части экрана. Желательно разнообразить цветовую палитру, использовать плавные цветовые переходы, отдавая предпочтение тёплым тонам.

Необходимо отметить, что пользователь тоже в состоянии несколько понизить агрессивность и гомогенность визуальной среды путём настройки монитора. Например, увеличивая яркость и контрастность изображения, иногда удаётся уменьшить тёмную гомогенность среды; снижая яркость и контрастность, снизить агрессивность.