Психическая регуляция деятельности. Избранные труды

Восприятие и опознание контурных и силуэтных изображений. Как показали эти эксперименты, в условиях ограниченного поля зрения глаз испытуемого действительно совершает последовательный обход вдоль контура фигуры. При этом он перемещается так, что линия контура проходит всегда через середину поля зрения. Если же рассматривается силуэтный рисунок, то узкое поле располагается так, что одна его половина находится на самой фигуре (темной), а другая – на прилегающем участке светлого фона (рисунок 1.21 а, б). Движения глаз при диаметре поля зрения 3–1° имеют скачкообразный характер. Величина скачков, так же как и при выполнении заданий измерения длины отрезков, составляет 0,5–0,6 диаметра узкого поля зрения. Типичные записи движений глаз при обведении контура объекта и его силуэта приведены на рисунке 1.22.

Рис. 1.21. Пример тестовых изображений, используемых в экспериментах 1, 2 – видимые части силуэтного и контурного изображения

Рис. 1.22. Записи движений глаз при обведении силуэтного изображения при различной величине угла поля зрения

а – 0.5–1°; б – 1–2.5°; в – 2.5–4.0°

Время пауз между скачками (фиксаций) в среднем составляет 300–500 мсек; некоторые фиксации длятся 1000–1500 мсек.

Испытуемые обводят фигуру взглядом несколько раз. Как правило, после третьего раза они либо называют предполагаемую фигуру (или изъявляют готовность нарисовать, найти среди других), либо отказываются от дальнейших попыток. В большинстве случаев наблюдаются ошибки; узнавания бывают редкими и только в тех случаях, когда поле узкого зрения имеет диаметр 5°. Если же испытуемые фигуру рисуют, то допускают много ошибок. Особенно большие трудности в опознании объектов наблюдаются тогда, когда узкое поле зрения имеет диаметр 1° и меньше. При ограничении поля зрения до 1° значительно возрастает длительность пауз (фиксаций) между скачками, появляются дрейфовые движения, направленные иногда в сторону, противоположную основному направлению осмотра. При работе в условиях поля зрения 0,5° прослеживание контура становится еще более затруднительным. Движения глаз приобретают ярко выраженный характер дрейфа, возникают соскальзывания с контура, частые изменения направлений движения; длительность фиксации достигает 2–3 сек. В этих условиях ни один испытуемый не смог ни назвать, ни нарисовать, ни найти предъявленные фигуры.

Восприятие и опознание контурных фигур и силуэтов в условиях слежения за световым пятном. При выполнении данного задания испытуемый должен был «обводить» взглядом контур фигуры, следя за непрерывно перемещающимся световым пятном, т. е. траектория движений глаза здесь была навязана. Дело обстояло так, как будто бы экспериментатор перемещал глаз испытуемого, «привязав» его к световому пятну.

Как показали эксперименты этой серии, движения глаз являются в основном плавными, что характерно для следящих движений и в обычных условиях (неограниченного поля зрения). Примеры записей траектории следящих движений глаз приведены на рисунке 1.23. Скорость этих движений при выполнении данного задания небольшая – от 3 до 10 град/сек. Она зависит от величины поля зрения. Так, для поля зрения 3° она составляет не более 5–7 град/сек, а для поля 5–10°–12 град/сек. Эта зависимость, по-видимому, обусловлена допустимой величиной запаздывания движения глаза по отношению к движущемуся световому пятну. Если бы величина запаздывания превышала диаметр поля зрения, то движущееся пятно могло бы оставаться за его границами, т. е. стать невидимым. Обычно в экспериментах этой серии контур обводился световым пятном один раз, но по просьбе испытуемого мог быть повторен. В этих экспериментах испытуемые опознавали фигуры с большим трудом. Хотя траектория движений глаз в этой серии экспериментов имеет максимальное подобие контуру фигуры, информация, поступающая от глазодвигательной системы, явно недостаточна для того, чтобы испытуемый мог повторить это движение или воспроизвести на рисунке.

Рис. 1.23. Траекторная запись движений глаз (б, г) при слежении за движущимся по контуру (а, б) световым пятном. Величина поля зрения 2°

Восприятие и опознание изображений, образованных из черных и белых точек. В отличие от только что описанных двух серий экспериментов, где траектория движений глаз «навязывалась» либо контуром, либо движущимся световым пятном, здесь испытуемый мог выбрать любой произвольный маршрут осмотра, а следовательно, не только получить через кинестетический анализатор информацию об уже совершенном (или совершаемом в данный момент) движении, но и определить направление каждого последующего движения. Собственно визуальные сигналы в этих экспериментах в принципе могли бы выполнять функцию контроля (индикатора наличия или отсутствия точки) движений, совершаемых по заранее намеченной программе. Если бы глаз работал по некоторой двигательной программе, то в условиях данного эксперимента имелась бы возможность формирования образа рассматриваемой фигуры. Однако оказалось, что при выполнении и этого задания испытуемые не опознают предъявляемые фигуры. Движения имеют скачкообразный характер (скачки от точки к точке). Они концентрируются обычно в какой-либо одной области фигуры, а также много раз возвращаются к одним и тем же точкам. Анализируя траектории совершаемых движений, трудно усмотреть в них не только подобие контуру фигуры, но и четкую программу обследования. Пример записи движений глаз приведен на рисунке 1.24.

В целом описанные результаты экспериментов показали, что в условиях ограничения поля зрения регуляция движений глаз затруднена[8 - Они показали также, что целостный образ рассматриваемого объекта при опоре только (точнее, главным образом) на кинестетические сигналы не формируется, объект не опознается, а его величина оценивается лишь весьма приблизительно (а в случае, если поле зрения меньше 1°, и вообще не оценивается). Полученные данные заставляют усомниться в правильности концепции, приписывающей движениям глаз функции измерения объекта и построения перцептивного образа.].

Эксперименты с ограниченным полем зрения находят свою аналогию в клинической практике. Как показал А. Р. Лурия, при нарушениях теменно-затылочных долей мозга, приводящих к сужению поля зрения до 6–7°, у больных возникают большие затруднения в выполнении таких, казалось бы, простых заданий, как перевести взгляд с одной точки на другую. Если больной не видит обе точки одновременно, то перевод взгляда заменяется атактическими движениями глаз. При обведении взглядом геометрической фигуры движения глаз складываются у такого больного из отдельных скачков по контуру, но больной не может опознать ее.

Патологическая картина оказалась сходной с той, которая имеет место при искусственном ограничении поля зрения здорового человека.

При попытках измерения длины линий и обведения контура фигур движения глаз, как уже отмечалось, имеют скачкообразный характер. При этом их амплитуда достаточно жестко связана с величиной «узкого поля» зрения и составляет 0,5–0,6 его диаметра (расстояние от центра до края «узкого поля»).

Рис. 1.24. Траекторные записи движений глаз (а) при восприятии текстового изображения (б), составленного из чередующихся по контрасту точек

Оценивая работу глазодвигательной системы в терминах теории автоматического регулирования, можно показать, что величина ограничения поля зрения в случаях предельных отклонений глаз будет выступать в виде величины позиционной ошибки. Действительно, в линейной статической системе позиционная ошибка пропорциональна величине входного сигнала, откуда любой стимульный сигнал будет вызывать отклонение глаза на пропорциональную величину. В том случае, если половина диаметра «узкого поля» оказывается меньше, т. е. за пределами «узкого поля» зрения стимул перестает восприниматься и не вызывает соответствующей глазодвигательной реакции. Таким образом, при ограничении поля зрения, т. е. при заданной величине, максимальный угол поворота глаза должен оказаться величиной постоянной.

При отсутствии сигнала рассогласования, воспринимаемого зрительно, глаз как бы «прилипает» к точке, находящейся в «узком поле». Фиксация точки, поиск и пересчет объектов, а также восприятие и опознание изображений, образованных черными и белыми точками, в этом случае невозможны. Время фиксации здесь значительно возрастает по сравнению с тем, которое характеризует свободное рассматривание объектов (без ограничения поля зрения). Зависимость скорости прослеживающих движений глаза от величины «узкого поля» зрения (в условиях слежения за световым пятном) также указывает на то, что фиксацию управления ими осуществляет зрительный сигнал.

Отсутствие зрительной стимуляции порождает дрейфовые движения (фиксация безориентирного поля, визуальное измерение длины линий, поиск и пересчет объектов, восприятие и опознание контурных и силуэтных изображений). Можно предполагать, что дрейфовые движения в этом случае обусловлены внутренними «шумами», возникающими в зрительной и, вероятно, в кинестетической системах.

Движения такого же типа характерны и для условий стабилизации объекта (изображения) относительно сетчатки. В этом случае наблюдаются плавные движения (скорость 5–10 град/сек), переходящие в дрейф (скорость 1–2 град/сек). Скачки возникают редко и имеют незначительную амплитуду.

На рисунке 1.25 приведены записи движений глаз при восприятии пустого поля (а) и изображения, стабилизированного относительно сетчатки (б). Как видно из рисунка, в обоих этих случаях движения глаз по характеру сходны. Это – дрейф[9 - Найти какое-либо сходство (например, по траектории) между движениями глаз в условиях свободного рассматривания изображения и в условиях его стабилизации довольно затруднительно. При стабилизации движения имеют неорганизованный характер. Их скорее следует рассматривать как усиленный дрейф, чем как редуцированные движения, характерные для свободного рассматривания, или как викарные движения.]. Зона дрейфа и его скорость в этих условиях больше по сравнению с дрейфом, наблюдаемым во время фиксации (в последнем случае его зона не превышает 30 угл. мин., а скорость – 5–6 угл. мин/сек).

По-видимому, дрейф возникает тогда, когда визуальная стимуляция (т. е. сигналы, поступающие в сенсорный канал зрительной системы) однообразна. При этом чем более она однообразна, тем интенсивнее дрейфовые движения.

В условиях стабилизации изображения относительно сетчатки движение глаза не приводит к изменению зрительной стимуляции и вместо саккадических движений (которые бы следовало ожидать, если бы глазодвигательная система работала по принципу программированного устройства) возникают дрейфовые.

Рис. 1.25. Траекторные записи движений глаз при восприятии пустого поля (а) и «стабилизированных» изображений (б)

При предъявлении точечного сигнала, стабилизированного относительно сетчатки, также наблюдается не скачок, а скользящее движение. Его амплитуда превышает расстояние до сигнала. Скользящее движение по своим характеристикам близко к направленному дрейфу.

Такой характер движения обусловлен, видимо, выключением обратной связи. Если в результате движения зрительная стимуляция изменяется (зрительный сигнал обратной связи), оно завершается фиксацией. Если же такого изменения нет (нет сигнала обратной связи), движение приобретает характер дрейфа.

В регулировании движений глаз по положению сигнал обратной связи является зрительным, а не кинестетическим. Как известно, точность отражения положения глаза в кинестетических ощущениях невелика и не превышает 1° [150]. Между тем ошибка, допускаемая при выполнении скачка на новую точку фиксации, составляет не более 6–10 угл. мин. [80, 141] и сопоставима с величиной «зоны нечувствительности» (и соответственно рецептивного поля).

Таким образом, ведущая роль в цепи обратной связи (так же как и в цепи прямой связи) принадлежит зрительным сигналам. Именно они осуществляют регуляцию глазодвигательной системы по положению. Что же касается кинестетических сигналов, то их роль, по-видимому, состоит в торможении движения и регулирования по производной, т. е. по скорости.

Следящая система и программирование движений глаз

Согласно выдвинутой гипотезе, глазодвигательный аппарат работает как следящая система с замкнутым контуром регулирования. Это показано при исследовании элементарных движений глаз. Однако вряд ли можно распространять принцип следящей системы на сложные движения. Несомненно, выбор точек фиксации в поле зрения (если в нем находится более двух точек), последовательность осмотра сложных объектов, определение маршрута движений глаз, глазомерные операции осуществляются по определенным программам. Программа формируется на основе той или иной задачи (и для ее реализации) и определяет качественное поведение глазодвигательной системы.

Таким образом, в механизме регулирования глазодвигательной системы можно видеть два основных уровня. Первый, исходный, уровень подчиняется наиболее простым и универсальным принципам – принципам следящей системы. Второй уровень – это уровень программированных движений. Между ними нет, конечно, непроходимой границы. Второй уровень формируется на основе первого, когда в управляющую систему вводятся дополнительные условия и ограничения[10 - С точки зрения теории автоматического регулирования принципы следящей системы являются наиболее универсальными. При наложении некоторых ограничений эта система может работать как программированная.]. Программа определяет последовательность элементарных движений (скачков), но динамические характеристики каждого из них подчиняются принципам следящей системы.

Весьма иллюстративным материалом могут быть записи движений глаз при выполнении задач рассматривания картин (рисунке 1.26а). Изменение смысловой оценки ситуации приводит к качественному изменению последовательности движений глаз. На рисунке 1.26б показано, как смещается центр фиксации глаза в зависимости от решаемой задачи. Однако динамические характеристики элементарных движений не изменяются ни произвольно, ни непроизвольно. На рисунке 1.26в показано движение глаз (скачки) при решении задач (временная развертка).

Рис. 1.26. Траекторная запись движений глаз и запись при временной развертке в зависимости от смысловой оценки тестового изображения

Таким образом, глазодвигательную систему можно представить как многоконтурную. Ее исходный контур регулирования (уровень) реализуется в соответствии с принципами следящей системы (апериодическое звено второго порядка), а цель регулирования и маршрут движений задаются более высокими уровнями. Как показали эксперименты, описанные в предыдущем разделе статьи, весьма важным условием формирования программы является достаточно широкое поле зрения. В условиях «узкого поля» программа не формируется.

Вопрос о соотношении указанных уровней регуляции весьма сложен. Его исследование требует разработки и специальных методических приемов, позволяющих разделить разные уровни регуляции. Эти приемы должны снять непроизвольные движения глаз, не связанные с решением задачи, предлагаемой испытуемому, и вместе с тем обеспечить возможность регистрации активности, характеризующей деятельность наблюдения при решении сложных зрительных задач (поиска, оценки, расстояний, опознания и т. д.).

Одним из подходов может быть методика стабилизации изображения, которая позволяла бы непрерывно воспринимать тестовое изображение и одновременно регистрировать перемещения внимания испытуемого.

Рис. 1.27. Схема установки для оптической стабилизации изображения реальных объектов

1 – глазное яблоко; 2 – присоска; 3 – отрицательная линза; 4 – положительная линза; F, f – фокусное расстояние линз

В лаборатории проблем зрительного восприятия Института психологии АН СССР была отработана и реализована методика стабилизации оптических изображений [119] применительно к задачам зрительного восприятия.

Принцип этой методики заключается в следующем. На глазной присоске устанавливалась короткофокусная рассеивающая линза (рисунок 1.27) так, что фокус ее совпадал с центром вращения глаза. Перед глазом устанавливалась вторая, собирающая, линза, которая может быть выполнена в виде очков. Ее фокус совмещался с фокусом первой линзы и, следовательно, с центром вращения глаза. Поскольку фокусы линз (в данном случае ахроматических) совмещены, их суммарная оптическая сила близка нулю. Критерием совмещения фокусов обеих линз служит резкость видимого изображения.

Когда рассматриваемый объект представляет собой светящуюся точку и находится достаточно далеко (рисунок 1.28), идущий от него пучок лучей можно считать параллельным. Если бы не было рассеивающей линзы и преломляющих сред глаза, то изображение точки находилось бы в фокусе первой, собирающей, линзы, т. е. в центре вращения глаза. При поворотах глаза положение такого изображения относительно сетчатки постоянно.

Рис. 1. 28. Схема построения изображения на сетчатке для бесконечно удаленного объекта при оптической «стабилизации»

Изображение точки, полученное с помощью первой, собирающей, линзы, будем рассматривать далее как предмет (источник света) для второй, рассеивающей, линзы. Поскольку фокусы обеих линз совмещены, после прохождения лучей через вторую линзу возникает мнимое изображение светящейся точки в бесконечности. Именно это изображение и рассматривается глазом. С одной стороны, при любых движениях глаза рассеивающая линза преобразует пучок лучей от неподвижного относительно глаза объекта (изображение точки в собирающей линзе). С другой стороны, сама линза жестко скреплена с глазом, т. е. неподвижна относительно него. В результате возникает эффект стабилизации изображения относительно сетчатки. В отличие от обычного метода стабилизации, где сам тест-объект неподвижен относительно глаза, в предлагаемом методе неподвижно мнимое изображение объекта, которое и рассматривается глазом.

Все вышеизложенное справедливо и для близко расположенного от глаза предмета, т. е. для непараллельных пучков света. В этом случае изображение точки в собирающей линзе находится не в ее фокусе и, следовательно, при движениях глаза изменяет свое положение, перемещается относительно сетчатки. Однако это изображение располагается на точно таком же расстоянии и от фокуса рассеивающей линзы (фокусы линз совмещены). За счет этого при движениях глаза происходит оптическая компенсация возникающих перемещений изображения, получаемого в первой линзе. В оптическом смысле происходит как бы сдвиг центра вращения глаза на величину, равную сдвигу изображения относительно совмещенных фокусов линз. Следовательно, все рассуждения, проведенные для параллельных пучков света, остаются справедливыми. Соответствующие оптические построения представлены на рисунке 1.29.

При использовании описываемого метода процесс зрения не нарушается, т. е. полной, абсолютной стабилизации не наступает. Предварительные эксперименты показали, что при сохранении нормального зрительного восприятия функцию произвольных движений глаз берут на себя движения головы, производящие фактически перемещение центра фиксации. При закреплении оптической стабилизирующей системы на голове наблюдатель воспринимал окружающее пространство (тестовый объект) смещающимся вместе с глазом. Попытка сменить точку фиксации или перевести взгляд с одного места изображения на другое сопровождалась поворотом головы в сторону стимула.

Рис. 1.29. Схема построения изображения на сетчатке для близко расположенного объекта при оптической «стабилизации»

Эти эксперименты показывают, что ограничение зрительной обратной связи в глазодвигательном аппарате приводит к изменению характера ее реакций и перестройке системы зрительной ориентации и наведения. Такая перестройка осуществляется довольно быстро (в течение 5–10 сек), что вряд ли могло бы произойти в случае существования жесткой глазодвигательной программы.

Можно предполагать, что зрительные сигналы обратной связи являются важнейшим условием не только регуляции элементарных движений глаза, но также формирования, реализации и коррекции программы[11 - Вопрос о соотношении уровней регулирования движений глаз требует, конечно, дальнейших исследований.].

Результаты исследования позволяют отнести глазодвигательную систему (исходный уровень ее регуляции) к типу следящих с замкнутым контуром регулирования. Нам представляется, что предлагаемая модель вполне объясняет, почему невозможно произвольное управление скоростью сигнала.

Исследуя зрительную фиксацию, Глезер [70, 71] пришел к выводу, что она осуществляется простой следящей системой, работающей по принципу устранения ошибки.

Принцип следящей системы реализуется и в условиях зрительного прослеживания сигнала, совершающего возвратно-поступательное и синусоидальное движения.