Определение скорости передачи информации в зрительном анализаторе

Исключительную роль в жизни человека - в его взаимоотношениях с внешним миром, при его функционировании в системе "человек-машина-среда", играет зрительный анализатор. С помощью зрения человек познает форму, величину, цвет предмета, направление и расстояние, на котором он находится от наблюдателя. Зрительный анализатор включает глаз, зрительный нерв и зрительный центр, расположенный в затылочной доле коры головного мозга.

Назначение зрительного анализатора заключается в приеме и передаче информации в световом диапазоне с длиной волны 380-780 нм. Установлено, что максимальная скорость передачи информации составляет 3,25 бит/с (бит - является двоичной единицей информации, которая получается при наступлении одного из двух равновероятных событий).

Опуская детальное описание устройства глаза, отметим, что свет, проходя через отверстие в радужной оболочке, называемое зрачком, преломляется роговицей и хрусталиком. В результате на сетчатке, которая устилает внутреннюю поверхность глазного яблока, образуется четкое изображение внешних объектов. В сетчатке с помощью фоторецепторов (палочек и колб) изображение превращается в биоэлектрические сигналы.

Сложное строение сетчатки, которая содержит несколько слоев специализированных меток разного назначения, обеспечивает предварительную обработку информации. Для дальнейшей обработки исходные сигналы по зрительному нерву, который содержит 9∙10⁵ волокон, передаются в зрительный корковый центр.

Зрительная система имеет механизмы, которые обеспечивают ее настройку в соответствии с внешними условиями:

- направление глаз на воспринимаемый объект осуществляется с помощью глазодвигательных мышц;

- настройка резкости изображения на сетчатке равноудаленных объектов происходит благодаря изменениям кривизны хрусталика;

- количество света, который попадает в глаз, регулируется диаметром зрачка;

- при значительных изменениях яркости воспринимаемых объектов изменяется чувствительность фоторецепторов (процесс адаптации).

Можно считать, что напряженная умственная деятельность свойственна не только высококвалифицированным специалистам в области науки, образования, здравоохранения, людям творческого труда, учащимся, но и операторам, обслуживающим разнообразные пульты управления, налаживающим автоматические линии и робототехнические комплексы. В последних случаях особенно актуальной является возбудимость и лабильность (функциональная подвижность) зрительного анализатора, его работоспособность, которые прямо влияют на скорость перенесения информации зрительным анализатором.

Для определения скорости перенесения информации успешно применяется тест с кольцами Э. Ландольта; также могут быть применены буквенные и цифровые тесты.

В тестовой таблице находится 660 колец Э. Ландольта, каждое из которых имеет разрыв в одном из восьми возможных направлений в соответствии с положением значений на часовом циферблате (рис. 3).

Рис. 3. Положение разрывов колец в соответствии с часовым циферблатом.

Кольца в таблице (приложение 1) расположены в случайном порядке. Таблица используется в четырех возможных ориентациях: положение I, положение ІІ, положение ІІІ, положение ІV. Например, при пользовании таблицей следует иметь в виду, что кольцо, которое сориентировано на 13 часов (назовем его кольцом № 13) в положении I становится кольцом № 11 в положении II, кольцом № 19 в положении ІІІ, кольцом № 17 в положении IV. Так же при переходе от первой к другим ориентациям таблицы происходят соответствующие изменения в направлении разрыва и для других колец.

При проведении исследования с использованием теста с кольцами Э. Ландольта человеку, который проходит тестирование, предлагается пересмотр таблицы из приложения 1 и подсчет количества колец, которые имеют определенное направление разрыва.

Для этой цели студент из прилагаемой таблицы 3 выбирает свой вариант для практического определения скорости перенесения информации в системе зрительного анализатора и выполняет тест.

Объектом исследования в данном случае является зрительный анализатор студента, который выполняет практическое занятие. В целом, аудиторное занятие может быть определено как освоение метода тестирования на качество собственного зрительного анализатора.

Таблица 2

Число колец с определенным положением разрыва в зависимости от ориентации таблицы

Результаты оцениваются по количеству подсчета распознанных и пропущенных колец и затратам времени на пересмотр всей таблицы, которые проставляются в расчетную формулу.

Принятая статистическая структура таблицы 2 и появление ошибок в основном только одного рода (пропуск колец) позволяют оценивать результаты эксперимента в соответствии с основами теории информации.

На основании ее положений для приближенного определения скорости процесса информации в зрительном анализаторе используется формула:

где: S - скорость переноса информации, при заданной ориентации таблицы, бит/с;

N - фактическое число подсчитанных колец;

n - количество ошибок (пропущенных колец);

Т - время, потраченное на выполнение задания, с;

0,5436 - средняя величина информации каждого кольца;

2,807 - величина потери информации, приходящаяся на одно кольцо.

Определение количества ошибок n осуществляется путем вычитания пересчитанных колец определенной ориентации от значений, приведенных в таблице 2:

где: _. − количество колец определенной ориентации взятых из таблицы 2;

– количество колец определенной ориентации подсчитанных студентом.

Определение скорости переноса информации проводится дважды: первое - в период до наступления адаптации органа зрения к условиям освещения, то есть в начале занятия, второе - после наступления адаптации.

В дальнейшем определяется истинное значение скорости переноса информации по формуле:

где: − значение скорости работы зрительного анализатора до адаптации;

– значение скорости работы зрительного анализатора после адаптации.

Определяется погрешность эксперимента:

а) до адаптации:

б) после адаптации:

Номер ориентации таблицы задается вариантами заданий.

Таблица 3

Варианты заданий для определения скорости переноса информации зрительным анализатором