Борис Ломов – Психическая регуляция деятельности. Избранные труды (страница 11)

Все приведенные выкладки относятся к влиянию коэффициента усиления на устойчивость системы в цепи прямой связи. Можно показать, что в рассматриваемом случае все они справедливы и для изменения коэффициента усиления в цепи обратной связи.

С целью проверки возможностей корректировки амплитудно-частотных характеристик глазодвигательной системы проведены следующие эксперименты, в которых коэффициент обратной связи изменялся с помощью оптики, укрепленной на глазу (рис. 1.14а, б). Дело в том, что проекция стимула на сетчатке определяется углом а, под которым виден предъявляемый стимул; угол b – угол поворота глаза, необходимый для совмещения зрительной оси со стимульной точкой (рисунок 1.15). Если углы a и b не равны (равенство может быть только в случае равных фокусных расстояний), то происходит рассогласование между углом, определяющим положение стимула, и углом реального поворота глаза. Если оптика обеспечивает увеличение проекции реального стимула, движения глаза оказываются большими, чем это требуется для точного наведения на стимул; обратная связь в этом случае окажется большей – 1, что приведет к срыву вынужденных колебаний. Если достигнуто уменьшение видимых размеров объектов (т. е. уменьшение обратной связи), частота, на которой система будет неустойчивой, повысится.

Рис. 1.14. Схема присоски

a – с отрицательной коррекцией; b – с положительной коррекцией; 1 – корректирующая диафрагма; 2, 3 – оптическая система

Реально оптическая система представляет две линзы диаметром 6 мм с фокусными расстояниями 13 и 7 мм, что при использовании отрицательной линзы как окуляра давало увеличение 1,86 (см. рисунок 1.14а), а при перестановке линз – 0,54 (см. рисунок 1.14б).

Результаты эксперимента подтвердили наше предположение. Если без коррекции в цепи обратной связи неустойчивость (возникновение скачков) наблюдалась на частотах порядка 1,5 гц, то при уменьшении коэффициента обратной связи частота, при которой возникала неустойчивость, достигала 2,5 гц. Когда же обратная связь превышала 1, неустойчивость наступала при частотах менее 1 гц (рисунок 1.16).

Рис. 1.15. Схема оптической коррекции цепи связи зрительной системы

α – угол проекции a' на сетчатку; β – угол, необходимый для совмещения fovea с точкой a"

Рис. 1.16. Движение глаз при слежении за точкой

а – без коррекции; б – с отрицательной коррекцией; в – с положительной коррекцией; 1 – кривая движения глаз; 2 – кривая движения точки

Важно отметить, что амплитуды поворотов глаза изменялись в соответствии с примененной коррекцией. Однако для случая попеременной фиксации двух разных точек наблюдались позиционные ошибки: либо заброс и последующая коррекция (когда обратная связь больше 1), либо отставание также с последующей коррекцией (при обратной связи, меньшей 1) (рисунок 1.17). Таким образом, глазодвигательная система человека может быть описана в терминах теории автоматического регулирования, а возможность изменения параметров цепи обратной связи позволяет исследовать и описывать ее на формальном уровне.

Рис. 1.17. Движение глаз при смене точек фиксации

а – без коррекции; б – с положительной коррекцией; в – с отрицательной коррекцией

Движения глаз при ограничении визуальной афферентации

Эксперименты, изложенные в первом разделе статьи, привели нас к заключению, что элементарные движения глаз регулируются визуальными сигналами. Однако в этих экспериментах движения глаз изучались в условиях предъявления точечного стимула, стабилизированного либо нестабилизированного относительно сетчатки. В первом случае появлялись скользящие движения, во втором – скачки.

В следующих сериях экспериментов была предпринята попытка исследовать характеристики движений глаз в условиях, когда перед испытуемым ставятся более сложные задачи: измерение длины отрезков, обведение контура фигуры, слежение за точкой, рисующей фигуру, опознание объектов, образованных точками. В условиях свободного рассматривания при решении подобных задач, как утверждают многие исследователи, движения глаз осуществляются по программе. Утверждается также, что эти движения осуществляют функции измерения объекта, построения его образа и коррекции.

Однако в условиях свободного рассматривания невозможно (или во всяком случае очень трудно) управлять зрительной стимуляцией. Остается открытым вопрос о соотношении собственно зрительных и кинестетических сигналов в регуляции движений. С целью их «разделения» в наших экспериментах поле зрения, т. е. визуальная стимуляция, ограничивалось (создавалось «узкое поле» зрения).

Это позволяло как бы отпрепарировать кинестетические сигналы и рассмотреть их роль в регуляции движений глаз, так сказать, в чистом виде.

Методика эксперимента[5]. В экспериментах использовалась центральная присоска с двумя основными типами съемных насадок.

Насадка первого типа представляет собой тонкостенный тубус цилиндрической формы диаметром 4 мм и длиной 10 мм. В тубусе имеются две заслонки с отверстиями – диафрагмы: неподвижная, укрепленная у основания тубуса (диаметр отверстия 0,5 мм), и подвижная, способная перемещаться вдоль цилиндра (диаметр отверстия 0,1 мм).

Изменения расстояния между диафрагмами позволяют регулировать величину поля зрения. Чем больше это расстояние, тем меньше диаметр поля зрения (точнее, видимого его участка). Разнесение диафрагм на 10 мм дает сужение поля зрения до 3°.

Схема присоски с насадкой этого типа приведена на рисунке 1.18 а.

Сужение поля зрения до меньшей величины при помощи такой насадки ограничено длиной тубуса и диаметром отверстий диафрагм. Чтобы сузить поле зрения еще больше, нужно либо увеличить длину тубуса, либо уменьшить диаметр отверстий диафрагм. Но увеличение длины тубуса нежелательно, так как это утяжеляет присоску и может привести к искажению результатов опыта. Уменьшение же диаметров отверстий диафрагм нежелательно из-за физических свойств света: при очень малом диаметре возникает явление дифракции, что приводит к размыванию границ изображения; кроме того, уменьшение диаметра подвижной диафрагмы значительно ослабляет световой поток от объекта (уменьшение диаметра вдвое приводит к четырехкратному уменьшению яркости изображения).

Рис. 1.18. Схемы присоски с тубусом (а) и осветителем (б) для ограничения поля зрения

а) 1 – датчик для электромагнитной регистрации; 2 – тубус; 3 – провода питания датчика; 4 – диаграммы (входная и выходная); 5 – стекло; 6 – баллончик; 7 – корпус присоски; б) 1 – линза осветителя; 2 – диаграмма; 3 – лампочка накаливания; 4 – датчик регистрации; 5 – корпус присоски

Вес присоски с насадкой первого типа – 630 мг.

Для того чтобы получить диаметр поля зрения, меньший 3°, была сконструирована насадка второго типа. Этот тип насадки представляет собой миниатюрный осветитель[6], укрепляемый на глазной присоске с помощью шарнира. Пучок света от такого осветителя падает на объект, расположенный перед испытуемым, освещая небольшой участок объекта. Схема присоски с насадкой этого типа изображена на рисунке 1.18 б. Если объект затемнен, то глаз будет воспринимать только этот, освещенный в данный момент, участок. Изменяя фокусировку осветителя, можно изменять величину освещаемого участка, т. е. фактически изменять величину поля зрения. Этот тип насадки позволяет получить величину поля зрения вплоть до нескольких угловых минут. Область его применения ограничивается в основном максимально возможным световым пятном, поскольку по мере увеличения размера освещенного участка яркость падает пропорционально квадрату его диаметра.

Угловые размеры освещенных участков рассматриваемого объекта при крайних настройках осветителя составляют 35' и 1,7°.

Вес присоски с насадкой второго типа – 590 мг.

Поскольку осветитель укреплен на присоске при помощи шарнира, направление создаваемого им пучка света можно изменить. В экспериментах, которые описываются в данной статье, осветитель устанавливался таким образом, чтобы центр светового пятна совпадал с проекцией зрительной оси глаза. Тем самым проекция зрительной оси как бы фиксировалась световым пятном и становилась наблюдаемой. Перемещаясь вместе с глазом, осветитель последовательно высвечивает участки рассматриваемого объекта и вместе с тем рисует траекторию движения проекции зрительной оси[7].

Использование насадок первого и второго типа дает возможность исследовать работу глаза в условиях ограничения поля зрения от 0,5 до 5° (диаметр); насадка первого типа позволяет получить поле зрения от 3 до 5°, насадка второго типа – от 0,5 до 2°.

В экспериментах испытуемым, поле зрения которых ограничивалось при помощи описанных выше насадок, предлагались следующие задания.

1. Фиксация безориентирного поля: испытуемым предлагалось фиксировать взгляд и удержать глаз неподвижно в любом произвольно выбранном месте пустого экрана – белой сферической поверхности.

2. Фиксация точки, нанесенной на белый сферический экран.

3. Оценка длины прямолинейных и криволинейных отрезков, изображенных на плоскости для насадки первого типа: прослеживание отрезка. Длина отрезка варьировала от 40 до 10°, т. е. во всех случаях превышала диаметр узкого поля зрения.

4. Поиск и пересчет объектов – простых геометрических фигур. При этом предъявлялись как однородные, так и разнородные фигуры. Расстояние между центрами фигур составляло 3°. Если диаметр поля зрения был равен 2°, то испытуемый не мог одновременно видеть больше одной фигуры; если же диаметр был 5°, то он мог видеть одновременно несколько фигур.