Системы восприятия человеком состояния среды обитания
Человек − очень сложная информационно − энергетическая система, которая только на несколько процентов состоит из физического тела и на 95% - из информационно - энергетических слоев подсознания.
Человек - двойственен по своей природе, также как и окружающий мир, он состоит из двух составляющих материальной (физиологии) и духовной (психологии).
На уровне физиологии человека можно выделить следующие основные блоки :
* зрительный анализатор (ЗА) (2);
* слуховой анализатор (СА) (5);
* тактильный анализатор (ТА) (6);
* коммутатор (К).
Через них осуществляется прием и преобразование входных сигналов во внутренние ощущения человека.
Этот уровень решает тактические задачи - обеспечения безопасности жизнедеятельности ориентировки и перемещения человека в окружающем пространстве.
В качестве основной физиологической характеристики человека рассматриваются: его ощущения, которые преобразуют сигналы окружающей среды в количественные и качественные показатели процесса приема и частичной переработки информации человеком, а также управляющие движения, обеспечивающие взаимодействие человека с окружающей средой.
Для приспособления человека к неадекватным факторам среды у него есть механизм - адаптация.
Адаптация - это выработанное в процессе эволюции приспособление организма человека к постоянно меняющимся условиям существования во внешней среде.
Механизмом адаптации является естественная система защиты от опасностей (ЕСЗО). Она формировалась миллионы лет. Характеризуется совершенством, но имеет и известные пределы.
ЕСЗО включает: морфофункциональные системы организма (костно-мышечную, центральную нервную, иммунную систему, двигательную систему и т.д.) и систему органов чувств, представленную анализаторами человека.
Анализаторы - это совокупность нервных образований, воспринимающих внешние раздражители, преобразующих их энергию в нервный импульс возбуждения и передающих его в центральную нервную систему.
Первичная информация о состоянии внешней среды и СЧМ поступает человеку с помощью анализаторов.
Эта информация называется сенсорной (ощущение), а процесс ее приема и первичной переработки - сенсорным восприятием.
Ощущение - процесс, заключающийся в отражении отдельных свойств или явлений материального мира, а также внутренних состояний организма при непосредственном воздействии раздражителей на соответствующие рецепторы.
По модальности (по виду воспринимаемых сигналов) рецепторы подразделяют на:
* механорецепторы (слуховые, вестибулярные, тактильные рецепторы, барорецепторы сердечно-сосудистой системы);
* терморецепторы, воспринимающие температурные изменения как внутри организма, так и в окружающей среде (терморецепторы кожи и внутренних органов);
* хеморецепторы, реагирующие на воздействие химических веществ ( рецепторы вкуса, обоняния, сосудистые и тканевые рецепторы, например глюкорецепторы, реагирующие на изменение уровня сахара в крови;
* фоторецепторы - воспринимают электромагнитные волны видимого спектра.
По локализации воспринимаемых раздражителей выделяют:
* экстерорецепторы, воспринимающие раздражения из окружающей среды;
* интерорецепторы, воспринимающие раздражения из внутренней среды организма;
* проприорецепторы, реагирующие на работу мышц.
При функционировании анализаторов реализуется основной принцип работы центральной нервной системы человека, сформулированный Сеченовым в работе «Рефлексы головного мозга» в 1867 г. - принцип обратной связи.
К основным характеристикам анализаторов относятся:
1. Латентный период - время между началом действия раздражителя и возникновением ощущения.
Время реакции на повышение температуры (тепловая чувствительность) − 0,18 с, на понижение температуры (холодовая чувствительность) - 0,15 с. Это обусловлено тем, что количество рецепторов, реагирующих на холод на поверхности кожи на порядок больше, чем количество рецепторов, реагирующих на тепло.
2. Нижний абсолютный порог чувствительности - минимальная величина раздражителя, вызывающая едва заметные ощущения.
3. Верхний абсолютный порог чувствительности - максимальная величина раздражителя, вызывающая правильное срабатывание анализатора.
4. Диапазон чувствительности - зона восприятия сигнала от нижнего до верхнего абсолютного порога чувствительности.
5. Дифференциальная чувствительность - минимальное различие между двумя сигналами, вызывающее едва заметное ощущение.
Например, при непосредственном тепловом или холодовом воздействии на кожу, адаптированную к определенной температуре, дифференциальная чувствительность имеет значение порядка 0,1-0,2 °С.
6. Оперативная чувствительность - такое различие между сигналами, при котором скорость и точность различения достигают максимума. Она составляет 10 - 15 величин дифференциальной чувствительности.
7. Границы спектральной чувствительности - абсолютные пороги ощущений по частоте сигнала.
8. Дифференциальная чувствительность к изменению частоты сигнала - дифференциальный, различительный порог по частоте.
Специфической особенностью рецепторов человека является большой диапазон значений интенсивности сигналов, в пределах которого возможно эффективное функционирование анализаторов, вместе с весьма высокой дифференциальной чувствительностью к интенсивности.
Такое сочетание оказывается возможным благодаря системе адаптации и сенсибилизации анализаторов (понижение и повышение их чувствительности в зависимости от средней интенсивности сигналов, воздействующих в течение некоторого времени).
Адаптация анализаторов- свойство анализаторов, заключающееся в изменении чувствительности под влиянием их приспособления к действующим раздражителям.
В 1846 г. Немецкий ученый Э. Вебер дал количественное определение соотношению между физическими параметрами сигнала (стимулами) и ощущениями человека.
Он показал, что величина прироста интенсивности, вызывающая отчетливую разницу между двумя стимулами, находится в постоянном отношении к исходной интенсивности.
В 1860 г. немецкий ученый Г. Фехнер придал наблюдениям Вебера математическое описание, получившее название закона Вебера - Фехнера.
Закон Вебера - Фехнера, можно было бы назвать законом “жадности”, так как он является самым страшным физиологическим законом человека.
Он накладывает свой отпечаток на большинство катастроф, связанных с человеком в его социальной жизни. Войны за передел собственности, воровство, неуемная жадность и зависть - вот неполный перечень тех катастрофических моментов человека, которые им формируются.
Это обусловлено тем, что чувствительность анализатора человека изменяется обратно пропорционально входному сигналу
где а- коэффициент пропорциональности.
Из формул видно, что с ростом входного сигнала уменьшается чувствительность человека к входному воздействию.
Положительный момент этого закона заключается в том, что он обеспечивает безопасность органов чувств человека - даже сильные входные воздействия не могут разрушить анализатор.
Отрицательный момент этого закона действует на социальном уровне.
Чем больше человек имеет, тем больше ресурсов требуется для удовлетворения его потребностей. Потребности человека возрастают в логарифмической пропорции, а ресурсы земли ограничены, и для удовлетворения своих потребностей наиболее сильная и наглая часть человечества присваивает себе основную часть ресурсов (капиталистическая система). Это приводит к социальным взрывам - революциям и войнам за передел собственности.
Зрительный анализатор принимает и анализирует информацию в световом диапазоне (400 - 760 нм).
В видимой части спектра излучения света различные длины волн вызывают у человека различные световые и цветовые ощущения: от фиолетового (400 нм) до красного (750 нм) цветов.
Одним из важных свойств глаза является способность его к адаптации (1). Относительные изменения интенсивности, к которой глаз может приспосабливаться, превышают один миллион раз.
Порог световой чувствительности изменяется в очень широких пределах в процессе адаптации зрительного анализатора к внешнему световому воздействию.
Психофизиологическое восприятие освещенности - Е зрительным анализатором человека подчиняется закону Вебера - Фехнера
Е, Ео - освещенность (4) объекта и порог восприятия освещенности зрительным анализатором человека соответственно.
Частотные границы цветовой чувствительности составляют 390 − 800 нм.
Слуховой анализатор
Слуховой анализатор является одним из важнейших информационных каналов человека.
Если зрительный анализатор имеет направленное действие, требуется направленность и сосредоточенность на объект исследования, то слуховой анализатор не требует подобного сосредоточения на объекте.
Одновременно по этому же каналу действуют шумы, которые являются источниками помех для прохождения информации человеку.
Носителем слуховых ощущений является звуковая энергия.
Человек воспринимает звук с помощью чувствительного психофизиологического отражения. Звуковое поле воспринимается человеком как двумерное пространство в координатах - интенсивности звука - I и частоты f, которое переводится в его субъективные ощущения - уровень звукового давления.
Субъективное восприятие интенсивности звука человеком называется уровнем звукового давления или уровнем громкости L, дБ и подчиняется психофизиологическому закону Вебера - Фехнера
Болевой порог составляет Iбп =10 Вт/м2. Подставив значения порога слышимости и болевого порога в уравнение, получим уровень громкости болевого порога
Таким образом, информационный диапазон восприятия интенсивности звука человеком составляет 0 − 130 дБ (10-12 - 10 Вт/м2).
Частотный диапазон воспринимаемый слуховым анализатором человека, лежит в пределах 20-20000 Гц.
Субъективное восприятие частоты звука Lf человеком при постоянном значении интенсивности звука также подчиняется психофизиологическому закону Вебера - Фехнера
Слуховой анализатор человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты и интенсивности. Наибольшей чувствительностью слуховой анализатор обладает на частотах в диапазоне 500 − 5 000 Гц, и она резко падает на низких и высоких частотах.
Экспериментально удается подобрать звуки разных частот и интенсивностей, оцениваемые субъективно как равные по громкости, т. е. построить кривые равной громкости (рисунок), которые можно аппроксимировать законом
Различие между уровнем громкости и уровнем интенсивности звука тем больше, чем меньше его частота (начиная с 500 Гц) и слабее звук.
По мере повышения интенсивности звука кривые равной громкости выравниваются, приближаясь к горизонтальным. Поэтому при уровнях громкости 80 дБ и выше громкость звука определяется главным образом его интенсивностью и мало зависит от частотной характеристики.
Кожный анализатор
Кожный анализатор обеспечивает восприятие прикосновения (слабого давления), боли, тепла, холода и вибрации. Для каждого из этих ощущений (кроме вибрации) в коже имеются специфические рецепторы либо их роль выполняют свободные нервные окончания.
Каждый участок кожи обладает наибольшей чувствительностью к тем раздражителям, для которых на этом участке имеется наибольшая концентрация соответствующих рецепторов. Поэтому можно выделить на коже точки и участки с избирательной чувствительностью к прикосновению, боли, теплу, холоду.
Чувствительность к прикосновению (тактильная) проявляется при деформации кожи под давлением внешнего воздействия. Ощущение возникает только в момент деформации, и исчезает, как только изменение деформации прекращается.
Абсолютный порог чувствительности к силе раздражителя зависит от места его приложения, скорости движения и функционального состояния рецептора. Чувствительность тактильных рецепторов непостоянна во времени, наблюдаются спонтанные изменения порога восприятия.
Абсолютный порог пространственной чувствительности (разрешающая способность) определяется плотностью рецепторов на том или ином участке кожной поверхности. Ошибка в локализации одиночных раздражителей колеблется в пределах 2 - 8 мм. При одновременном воздействии в двух точках пороги зависят от места приложения раздражителя.
При ритмичных последовательных прикосновениях к коже каждое из них воспринимается как раздельное, пока не будет достигнута критическая частота fкp, при которой ощущение последовательных прикосновений переходит в специфическое ощущение вибрации. В зависимости от условий и места раздражения fкp = 5 - 20 Гц.
При f = fкp тактильная чувствительность переходят в вибрационную.
Вибрационная чувствительность, обусловлена теми же рецепторами, что и тактильная. Поэтому топография распределения вибрационной чувствительности по поверхности тела аналогична тактильной.
Болевой анализатор
Чувствительность к боли обусловлена воздействием на поверхность кожи механических, тепловых, химических, электрических и других раздражителей.
Восприятие кожей температурных воздействий зависит от ее собственной температуры.
При непосредственно тепловом или холодовом воздействии на кожу, адаптированную к определенной температуре, дифференциальная чувствительность имеет значение порядка 0,1 − 0,2 °С.
Порог чувствительности к повышению температуры несколько выше, чем к снижению. Соответственно время реакции на повышение температуры больше, чем на снижение (0,18 и 0,15 с). После начального ощущения тепла или холода через некоторое время происходит адаптация к новой температуре и ощущение исчезает.
Для кожи, адаптированной к комнатной температуре 20 − 25°С, порог ощущения горячего для разных индивидуумов находится в пределах 40 − 46 °С (средняя 42 − 43 °С).
Кинестетический анализатор
Он обеспечивает ощущение положения и движений тела и его частей. Имеется три вида рецепторов, воспринимающих положение и движение тела:
* растяжение мышц при их расслаблении - “мускульные веретена”;
* сокращение мышц - сухожильные органы Гольджи;
* положение суставов - обусловливающие так называемое “суставное чувство”.
Обонятельный анализатор
Обонятельный анализатор предназначен для восприятия человеком различных запахов (их диапазон охватывает до 400 наименований). Рецепторы обонятельного анализатора расположены на участке площадью около 2,5 см2 слизистой оболочки, покрывающей внутреннюю стенку верхней носовой раковины и соседнюю боковую стенку носовой перегородки.
Чувствительность обонятельного анализатора зависит от вида пахучего вещества, температуры, влажности, движения воздуха, длительности воздействия, концентрации вещества и других факторов.
Пороги абсолютной чувствительности определяются концентрацией пахучего вещества во вдыхаемом воздухе, изменяются в зависимости от общего состояния индивидуума и резко возрастают при заболеваниях носовой полости.
Адаптация обонятельного анализатора происходит сравнительно быстро.
Время полной адаптации прямо пропорционально давлению паров пахучего вещества.
Адаптация к одним веществам может влиять на чувствительность к другим. В результате адаптации пороги ощущения запахов значительно повышаются.
После прекращения воздействия пахучих веществ на анализатор наблюдается постепенное восстановление чувствительности.
Дифференциальная чувствительность к запаху аналогична различению цветов и оттенков зрительным анализатором и зависит от степени сходства запахов и соотношения интенсивностей.
Поскольку для запахов не существует шкалы, различительная чувствительность не может быть определена количественно и поддается только качественному описанию.
Дифференциальная чувствительность к интенсивности запаха относительно невысока. Среднее значение константы Вебера составляет порядка К = 38 %. Для различных веществ К меняется от 16 до 50%.
Вкусовой анализатор
Вкусовой анализатор обеспечивает различение вкуса веществ, попадающих в полость рта. Основные вкусовые ощущения: кислое, соленое, горькое, сладкое. Эти четыре ощущения считают первичными, все остальные обусловлены их сочетаниями.
Дифференциальная чувствительность к интенсивности вкусового воздействия имеет среднее значение К = 0,2 для всех вкусовых ощущений при средних интенсивностях раздражителей.
Приведенные выше характеристики анализаторов определены в условиях, когда каждый анализатор рассматривался изолированно, вне связи с другими системами и функциями организма.
В действительности все анализаторы объединены и взаимосвязаны, поэтому поступление сигнала или изменение функционального состояния человека под влиянием внешних факторов приводит к изменению характеристик и других анализаторов.