Борис Ломов
Психическая регуляция деятельности. Избранные труды
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]. 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].
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.
Возможно, что дрейфовые движения и небольшие скачки, прерывающие дрейф, также подчиняются принципам, лежащим в основе работы следящей системы. Можно предположить, что неупорядоченный характер дрейфа обусловлен, с одной стороны, случайными изменениями оптической и кинестетической стимуляций, а с другой – не столь случайными флуктуациями чувствительности зрительной системы.
Таким образом, во всех основных проявлениях на исходном уровне глазодвигательная система работает по принципам следящей.
Характеристики элементарных движений глаз определяются прежде всего зрительной стимуляцией. Именно они (в цепи как прямой, так и обратной связи) регулируют систему по положению. Кинестезия, по-видимому, выполняет функции регулирования по скорости, а также торможения.
Следящая система, управляющая движениями глаз, может быть описана в терминах теории автоматического регулирования.
Предложенная модель относится к исходному (первому) уровню регулирования. На более высоких уровнях движения глаз управляются программой, которая обеспечивает упорядоченность элементарных движений в пространстве и времени (прежде всего маршрут осмотра объектов). Программа определяется задачей, решаемой человеком.
В целом механизм, регулирующий движения глаз, представляет собой, по-видимому, многоуровневую, иерархически построенную систему с переменной структурой и большими возможностями переключений. В каждом конкретном случае задача, решаемая человеком, выступает в роли того системообразующего фактора [14], который определяет структуру и динамику управляющего механизма в данных условиях.
Взаимодействие рук в процессе ощупывания
Общая характеристика бирецепции
В предыдущей главе рассматривался процесс формирования образа в условиях мономануального (одноручного) осязания. Между тем одной из особенностей гаптики, так же как и других сенсорных систем, является парность одноименных рецепторов (бирецепция).
В нормальных условиях зрение обычно осуществляется двумя глазами, слушание – двумя ушами, обоняние – двумя ноздрями, осязание – двумя руками.
В психологии и физиологии накоплены многочисленные факты, раскрывающие значение бирецепции в отражении объективной действительности. Особенно много исследований посвящено бинокулярному зрению. Экспериментально доказано, что абсолютная и различительная чувствительность бинокулярного зрения выше, чем монокулярного. Превосходство бинокулярного зрения над монокулярным особенно ярко проявляется в условиях восприятия под малым углом зрения.
Бинокулярное поле зрения (а поле зрения является одним из важнейших условий протекания зрительных ощущений и восприятий) совершеннее монокулярного.
Общеизвестными являются факты, свидетельствующие о взаимодействии обоих глаз в процессе формирования зрительных ощущений и восприятий. Это – факты бинокулярного смешения цветов и бинокулярного контраста. Сюда же относятся факты изменения чувствительности одного глаза после специального раздражения другого.
Исключительное значение взаимодействие глаз имеет для отражения объемности и локализации воспринимаемого предмета в пространстве. Если отражение освещенности, цвета и контура предметов может осуществляться как монокулярно, так и бинокулярно, то отражение глубины пространства, перспективы (а следовательно, и локализации предмета в пространстве) и отражение объемности тела – преимущественно бинокулярно.
При бинокулярном зрении воспринимаемый предмет проецируется дважды: на сетчатку правого и на сетчатку левого глаза, причем контуры обеих проекций несколько отличаются друг от друга, что зависит от угла, образованного зрительными осями глаз. Различие контуров проекций тем больше, чем ближе к глазу расположен воспринимаемый предмет. Несмотря на то что на сетчатках глаз возникают две различные по контурам оптические проекции предмета, в сознании формируется единый целостный образ одного объемного предмета.
Как показывают данные физиологической оптики, различение объема возможно лишь в том случае, если параллельные лучи света раздражают так называемые диспаратные точки сетчатки обоих глаз. При раздражении корреспондирующих точек сетчатки объемный предмет воспринимается как плоский (кажется плоским). Чрезмерная разность местоположения раздражаемых точек приводит к двоению образа. Для возникновения единого целостного образа объемного предмета необходима умеренная диспаратность. Регулирование величины диспаратности в зависимости от удаления и приближения предметов осуществляется механизмами конвергенции и дивергенции глаз. Эти механизмы играют существенную роль в определении местоположения предмета (локализации) относительно наблюдателя.
Самый факт бинокулярного восприятия объемности предмета и его локализации в пространстве получил название «бинокулярного эффекта».
Преимущества совместной деятельности парных одноименных рецепторов были показаны также в исследованиях слуховых ощущений и восприятий. Бинауральный слух превосходит мензуральный как по точности различения силы, длительности и тембра звуков, так и по звуковысотной чувствительности. Звуковысотная чувствительность бинаурального слуха в 1,5–2 раза превышает чувствительность монаурального.
Специальной функцией бинаурального слуха, как показывают экспериментальные данные, является определение местоположения источника звука (локализация звучащего тела в пространстве). Основой для распознавания местоположения звучащего тела является разность времени прихода звука к каждому из ушей и обусловленная этим разность фаз возбуждения между двумя сигнализациями в кору головного мозга от обоих ушей. Подобно двоению образа при резкой диспаратности раздражения обоих глаз, в области слуха также отмечено двоение одного звука при бинауральном слушании тонов, идущих по направлению в сторону от средней линии головы. Явление локализации звука в пространстве при слушании двумя ушами получило название «бинаурального эффекта».
Преимущества бирецепции раскрыты также в экспериментальных исследованиях обоняния. Установлено, что диринические ощущения (возникающие при раздражении обеих ноздрей) характеризуются большей точностью и скоростью, чем моноринические (возникающие при изолированном раздражении одной ноздри). Специальной функцией диринического обоняния является пространственная локализация источника запаха. Важнейшим условием пространственно-обонятельного различения является одновременное, но не совпадающее по интенсивности, раздражение обонятельных рецепторов обеих половин внутренней полости носа.
Таким образом, как в отношении зрения, так и в отношении слуха и обоняния было установлено, что взаимодействие одноименных рецепторов является механизмом различения местоположения раздражителей (локализации воспринимаемых объектов).
Парность одноименных рецепторов, как показал Ананьев, – это специальное приспособление сенсорных систем, служащее для пространственного различения.
Но этим не исчерпывается жизненное значение бирецепции. Благодаря наличию пар одноименных рецепторов осуществляется взаимный контроль и коррекция показаний каждого из них, а также взаимозамещение (в случае нарушения одного из рецепторов или в случаях затрудненных условий восприятия).
Как же осуществляется взаимодействие одноименных парных рецепторов? Известно, что рецептор является только частью (периферическим концом) более сложного нервного прибора-анализатора. Парности одноименных рецепторов соответствует симметричность в расположении мозговых концов анализаторов. Периферический и мозговой концы анализатора связаны между собой пучком афферентных волокон.
В двигательном и кожном анализаторах афферентные волокна полностью перекрещиваются. Рецепторы каждой половины тела связаны только с одним, контрлатеральным полушарием. В зрительном, слуховом и обонятельном анализаторах перекрест афферентных волокон частичный. Поэтому каждый из рецепторов оказывается связанным с обоими полушариями.
Понять механизмы взаимодействия одноименных парных рецепторов невозможно без анализа парной работы больших полушарий головного мозга. Вопрос бирецепции по существу является лишь частью более общей проблемы парной работы больших полушарий. Впервые эта проблема была поставлена Введенским в статье «О взаимных отношениях между психомоторными центрами», опубликованной в 1897 г.
Изучая взаимоотношения центров двигательной области, Введенский обнаружил, что «каждый раз, как раздражается один из кортикальных центров для передней конечности, это сопровождается понижением раздражительности одноименного центра на другом полушарии…» [48].
Одноименные симметрично расположенные точки обоих полушарий оказываются, таким образом, «стоящими друг к другу во взаимноугнетающих отношениях». Как было доказано более поздними исследованиями Павлова, кортикальные двигательные центры представляют собой скопления ядерных клеток кинестетического анализатора. Очевидно, понижение раздражительности (точнее, возбудимости) одного из полушарий под влиянием раздражения другого объясняется действием закона индукции нервных процессов в мозговом конце кинестетического анализатора: возбуждение ядерных клеток одного полушария вызывает торможение симметричных клеток другого.
Ценный вклад в решение проблемы взаимодействия полушарий внесли исследования Павлова и его школы. В 1923 г. Павлов опубликовал статью, посвященную этому вопросу. «Один из очередных вопросов теперь нарождающейся строго объективной физиологии больших полушарий, – писал он, – есть вопрос относительно парности больших полушарий. Что значит эта парность? Как понимать, как представлять себе одновременную деятельность больших полушарий? Что рассчитано в ней на замещаемость и что, какие выгоды и излишки, дает постоянная соединенная деятельность обоих полушарий?» [189].
Этому вопросу был посвящен целый ряд исследований, проведенных сотрудниками Павлова. Пользуясь методом условных рефлексов, Красногорский, Анреп, Розенталь установили, что как положительные, так и отрицательные условные рефлексы, выработанные на одной половине кожи животного, тончайшим образом воспроизводятся на симметричных местах кожи другой половины тела, причем перенос рефлексов с одной половины тела на другую осуществляется без малейшей предварительной выработки, «с места».
Факт переноса условных рефлексов у человека был позднее экспериментально обнаружен в исследованиях Мирошиной-Тонконогой (в отношении зрительного анализатора) и Рыковой (в отношении кожного анализатора) (психологическая лаборатория Ленинградского государственного ордена Ленина университета им. Жданова). Возможность переноса условных рефлексов с одной стороны тела на другую и составляет «выгоду» совместной работы больших полушарий.
Этот факт (перенос) объясняется действием закона иррадиации нервных процессов: тем, что возбуждение (или торможение), возникнув в одном из полушарий, иррадиирует на другое, захватывая оба полушария.
Исследуя проблему парности больших полушарий, Быков вырабатывал условный рефлекс с одной стороны кожной поверхности, а затем пытался отдифференцировать симметричные участки другой стороны. Оказалось, однако, что такую дифференцировку выработать невозможно. Это обусловлено, очевидно, тем, что симметричные участки обеих половин тела имеют единый механизм корковой регуляции.
Данные Введенского и Павлова на первый взгляд кажутся противоречивыми. По Введенскому, отношения между симметричными пунктами кинестетического анализатора подчинены закону индукции нервных процессов, по Павлову – закону иррадиации.
Однако эти противоречия только кажущиеся. В действительности, как показал Ананьев, взаимодействие полушарий есть процесс, в котором фазы иррадиации сменяются фазами индукции и наоборот, причем смена фаз взаимодействия определяется конкретными условиями деятельности анализаторов. Особый интерес для проблемы парной работы больших полушарий представляют опыты Быкова и Сперанского по изучению условнорефлекторной деятельности собаки с перерезанным мозолистым телом, представляющим собой пучок комиссуральных волокон между полушариями. Опыты показали, что после перерезки мозолистого тела перенос условных рефлексов с одной стороны тела на другую неосуществим.
Изучение условных рефлексов у собаки с перерезанным мозолистым телом показало значение парной работы больших полушарий в пространственном различении. Собака с разобщенными полушариями теряет способность определять местоположение раздражителей с помощью как зрения, так и обоняния. Она теряет способность различать также место кожного раздражения. У оперированной собаки невозможно выработать условный рефлекс и на направление звука. Все это говорит о том, что для пространственной локализации раздражителей необходима соединенная работа полушарий.
Именно соединенная работа полушарий и обеспечивает взаимодействие одноименных парных рецепторов.
Как уже говорилось, при бинокулярном восприятии одного предмета сигналы, поступающие с правого и с левого глаз, различны. Разность сигналов характерна также для бинаурального слуха и диринического обоняния. Однако, несмотря на разность сигналов, в сознании формируется единый целостный образ предмета. Более того, умеренная разность сигналов – необходимое условие пространственной локализации предмета. Интеграция различных сигналов, поступающих от парных рецепторов, в единый целостный образ предмета есть функция соединенной деятельности полушарий головного мозга.
Анатомические, физиологические и психологические исследования в области бирецепции убеждают в том, что любая из пар одноименных рецепторов представляет собой раздвоенное периферическое окончание одного анализатора (а не пару анализаторов). Каждый анализатор выступает, таким образом, как бирецепторный анализатор. Его мозговой конец образован системой ядерных и рассеянных клеток, объединяющих благодаря комиссуральным связям симметричные пункты обоих полушарий.
Афферентные волокна каждого анализатора связывают его мозговой конец с парой одноименных симметрично расположенных рецепторов (рисунок 1.30). В течение многих лет на кафедре психологии ЛГУ под руководством Ананьева изучалась дифференцировка пространственных сигналов с различных анализаторов: зрительного, слухового, кинестетического, обонятельного и др.
Сопоставление экспериментальных данных показало, что для всех анализаторов характерна функциональная асимметрия в работе парных рецепторов. Было обнаружено, что одна из сторон анализатора является в определенных условиях пространственного различения ведущей (ведущий глаз, ведущее ухо и т. д.). Оказалось далее, что функциональная асимметрия в работе любой пары рецепторов неоднозначна. Так, глаз, являющийся ведущим по остроте зрения, может быть не ведущим по прицельной способности или по величине поля зрения и т. д.
Рис. 1.30. Схематическое изображение бирецепторного анализатора:
1 – мозговой конец анализатора, объединяющий проекционные зоны обоих полушарий; 2 – перекрест афферентных путей; 3 – парные рецепторы
Было обнаружено также, что у одного и того же человека с изменением пространственных условий восприятия взаимодействие одноименных рецепторов перестраивается. Так, при малом угле зрения ведущим по прицельной способности является у большинства людей правый глаз. Но при изменении угла зрения от малого до большого ведущим становится левый глаз (опыты Горячевой). Аналогичная картина была обнаружена при исследовании деятельности и других анализаторов.
Экспериментальные данные позволяют считать, что функциональное неравенство в работе парных рецепторов носит условнорефлекторный характер. В зависимости от изменения пространственных условий ощущений и восприятий взаимодействие правой и левой сторон бирецепторного анализатора перестраивается. Эта перестройка связана с изменением динамики (иррадиации и взаимной индукции) нервных процессов [1].
Условнорефлекторная природа функциональной асимметрии свидетельствует о неразрывности основных механизмов высшей нервной деятельности: механизма анализаторов и механизма временных нервных связей. Анализатор выполняет не только функцию анализа, но и функцию синтеза. Механизм временных связей, являясь относительно самостоятельным, оказывается в то же время (по крайней мере в условиях пространственного различения) компонентом механизма анализатора.