Системи людини, які сприймають стан навколишнього середовища

Цілеспрямована і безпечна діяльність людини заснована на сприйманні й аналізі інформації відносно характеристик зовнішнього середовища і внутрішніх системах організму. Цей процес здійснюється за допомогою аналізаторів — підсистем ЦНС, які забезпечують отримання і первинний аналіз інформаційних сигналів. Інформація, яка поступає крізь аналізатори, зветься сенсорною (від лат. sensus — почуття, відчуття), а процес її отримання і первинної переробки — сенсорним усвідомленням.

Загальну функціональну схему аналізатора наведено на рис. 3.11.

Центральною частиною аналізатора є відповідна зона головного мозку. Периферична частина — рецептори, які знаходяться на поверхні тіла для сприймання зовнішньої інформації чи знаходиться у внутрішніх системах і органах для сприймання інформації про їх стан (зовнішні рецептори в звичайному спілкуванні звуть органами почуттів). Провідні нервові шляхи з'єднують рецептори з відповідними зонами мозку.

Залежно від специфіки отримання сигналів аналізатори розрізняють:

зовнішні — зоровий (рецептор — око); слуховий (рецептор — вухо); тактильний, больовий, температурний (рецептори шкіри); нюховий (рецептор в носовій порожнині); смаковий (рецептори на поверхні язика і піднебіння);

внутрішні — аналізатори тиску; кінестетичні (рецептори в м'язах і сухожилля); вестибулярний (рецептор в порожнині вуха); спеціальні, що розташовані у внутрішніх органах і порожнині тіла.

Основні параметри аналізаторів:

1. Абсолютна чутливість до інтенсивності сигналу (абсолютний поріг відчуття з інтенсивності) — характеризується мінімальним значенням впливу подразника, під час подразнення якого виникає відчуття. Залежно від виду подразника абсолютний поріг змінюється в одиницях енергії, тиску, температури, кількості чи концентрації речовини і таке інше. Мінімально адекватну відчутну інтенсивність сигналу прийнято розуміти як нижній поріг відчуття.

Психофізичними експериментами встановлено, що величина відчуття змінюється повільніше, ніж сила подразника.

Інтенсивність відчуття (Е) описується логарифмічною залежністю (закон Вебера — Фехнера)

2. Гранично дозволена інтенсивність сигналу (звичайно близька до больового порогу). Максимальну адекватну відчутну величину сигналу прийнято називати верхнім порогом відчуття.

3. Діапазон відчуття до інтенсивності включає всі перехідні значення подразника від абсолютного порогу відчуття до больового порогу.

4. Диференціальна (що розрізняється) чутливість до змін інтенсивності сигналу — це мінімальна зміна інтенсивності сигналу, що відчуває людина. Розрізняють абсолютні диференціальні пороги, які характеризуються значенням ∆І, і відносні, які виражаються у відсотках:

5. Диференціальна (що розрізняються) чутливість до зміни частоти сигналу — це мінімальна зміна частоти (F) сигналу, що відчуває людина. Вимірюється аналогічно диференціальному порогу з інтенсивності, чи в абсолютних одиницях ∆F, чи у відносних:

6. Межі (діапазон) спектральної чутливості (абсолютні пороги відчуття за частотою, довжиною хвилі) визначаються для аналізаторів, що чутливі до змін частотних характеристик сигналу (зорового, слухового, вібраційного), окремо нижній і верхній пороги.

7. Просторові характеристики чутливості специфічні для кожного аналізатора.

8. Для кожного аналізатора характерна мінімальна тривалість сигналу, що необхідна для виникнення почуття. Час, який проходить від початку впливу подразника до появи відповідної дії на сигнал (сенсомоторна реакція), зветься латентним періодом.

Величина латентного періоду (с) для різних аналізаторів така:

Тактильний (доторкання)	0,09—0,22
Слуховий (звук)	0,12—0,18
Зоровий (світло)	0,15—0,39
Нюховий (запах)	0,31—0,39
Температурний (тепло — холод)	0,28—1,60
Вестибулярний апарат (під час обертання)	0,4
Больовий (рана)	0,13—0,89

9. Адаптація (звичка) і сенсибілізація (підвищена чутливість) — характеризуються часом і властиві кожному типу аналізаторів.

Функціонування будь-яких аналізаторів істотно змінюється під впливом небезпечних для людини умов. Низькі і високі температури, вібрації, перевантаження, невагомість, надто інтенсивні потоки інформації, що ведуть до дефіциту часу, втома, стан стресу — всі ці фактори викликають будь-які зміни характеристик аналізаторів.

Зоровий аналізатор людини

Зоровий аналізатор складається з трьох відділів: рецепторного (периферичного), провідникового і центрального, що виконує аналітичну функцію. У периферичному відділі аналізатора розрізняють дві системи: оптичну (рогівка, кришталик, склоподібне тіло) і сприймаючу, яка складається з фотосенсорного шару сітківки. Основне призначення оптичної системи — одержання на сітківці зображень розглядуваних предметів. Велику роль у цьому відіграє акомодація, яка полягає у зміні заломної сили кришталика. Функції колбочко-і паличкоподібних зорових клітин сітківки досить суворо диференційовані. Паличкоподібні зорові клітини, маючи величезну чутливість, сприймають мінімальну освітленість і позбавлені здатності розрізняти кольори; вони служать для зорових сприйнять в умовах низької яскравості (сутінковий зір). Колбочкоподібні зорові клітини сприймають високі рівні яскравості (денний зір) і кольори (хроматичний зір).

Для виникнення зорового сприйняття предмета у зоровому аналізаторі реалізуються три основні його функції: світловідчуття, контрастна чутливість і гострота зору. Ці функції дають можливість сприймати форму, розмір і яскравість розглядуваного предмета. Світловідчуттям називають здатність ока сприймати яскравість діючих світлових подразників. Та найменша яскравість, яка викликає світловідчуття в умовах темноти, є порогом світловідчуття. Обернену величину порога світловідчуття називають світловою чутливістю ока. Поріг світловідчуття залежить від кутових розмірів подразника (чим більший розмір розглядуваного предмета, тим чутливість вища, і навпаки).

Зоровий аналізатор здатний регулювати світлову чутливість залежно від рівня освітленості. Цю здатність ока називають зоровою адаптацією. При переведенні погляду з високого рівня освітленості на темноту підвищується світлова чутливість ока (темпова адаптація). При переході від темноти до незначної яскравості або від меншої яскравості до високої відмічають зниження рівня світлової чутливості, яку називають світловою адаптацією. Тривалість темпової адаптації становить у середньому від 50—60 хв до 2 год. При переході від низької до високої освітленості настає світлова адаптація, яка полягає у зниженні світлової чутливості зорового аналізатора. Тривалість світлової адаптації становить 10—25 хв.

Якщо переходи від низької яскравості до вищої і навпаки відбуваються часто і не вкладаються у тривалість термінів адаптації, настає переадаптація, яка характеризується різким порушенням функціонального стану зорового аналізатора (різь в очах, сльозоточивість, втрата здатності зорового сприйняття).

Зорова адаптація має велике значення при вирішенні оптимальних умов виробничого освітлення. Однією з обов'язкових гігієнічних вимог до виробничого освітлення є рівномірність освітлення робочого місця і регламентація освітленості робочого місця (проходи, місця зберігання деталей, сировини тощо). Крім того, робота за умов різкої зміни рівнів освітленості вимагає додержання режиму з урахуванням часу настання адаптації в умовах світла і темряви. Наприклад, робітник може приступити до виконання точних робіт у темноті не раніше ніж через 30 хв після перебування у цих умовах.

Для розпізнавання предмета (деталі, елемента деталі) необхідний контраст яскравостей об'єкта розпізнавання і фону. Ту найменшу різницю яскравостей об'єкта розпізнавання і фону, яку сприймає око, називають порогом контрастної чутливості. Контрастна чутливість збільшується при збільшенні кутових розмірів предмета, під час адаптації в умовах темряви, при малих яскравостях поля адаптації, збільшенні часу дії світлового подразника і бінокулярному зорі, різко спадає при надзвичайно сліпучій яскравості — блискоті.

Під гостротою зору розуміють функцію зорового аналізатора, яка забезпечує сприйняття форми предметів за рахунок розрізнення дрібних деталей. Гостроту зору характеризує найменша відстань (прийнято виражати у градусах), на якій мають знаходитись дві точки, щоб око могло їх бачити окремо. Ця умова може виконуватись тоді, коли світлове відбиття від них попадає на два фоторецептори сітківки (паличко- або колбочкоподібні зорові клітини), відокремлені один від одного не менше ніж одним вільним від подразнення фоторецептором.

Таким чином, враховуючи основні функції зорового аналізатора, умови зорової роботи можна оцінити за трьома основними показниками: кутовими розмірами, що розрізняють об'єкти (точність виконуваної роботи), яскравістю поля адаптації (освітленість робочого місця), контрастом об'єкта розпізнавання з фоном. Ці показники покладені в основу гігієнічного нормування освітленості на робочому місці, викладеного у відповідних офіційних документах (СНиП 11-4-79 і галузеві норми природного і штучного освітлення).

Гігієнічне нормування не враховує такої фізіологічної властивості зорового аналізатора, як здатність зберігати виникле збудження після припинення дії світлового подразника. Ця властивість має велике значення у формуванні зорового сприйняття під час роботи із швидкорухомими деталями і переробки інформації, що часто надходить. Зоровий слід після світлового подразнення може триматися від 1—2 с до кількох хвилин. Останнє зумовлює за певних умов формування у робітників сприйняття безперервно діючого світлового подразника. Найменшу кількість світлових подразнень за одну секунду, при якій настає злиття окремих світлових сигналів у одне ціле, називають критичною частотою миготіння. Прикладом такого явища є суцільність зорового сприйняття при демонстрації на екрані рухомої кіноплівки із швидкістю 24 кадри за секунду, що перевищує критичну частоту миготіння за умов відповідної освітленості.

Під час виконання зорової роботи за несприятливих умов освітлення зорова працездатність спадає. Показники, що характеризують зорову втому, є насамперед показниками функціонального стану зорового аналізатора (збільшення порогів світлової, кольорової і контрастної чутливості, зниження гостроти зору і критичної частоти миготіння, подовження часу сприйняття і переробки зорової інформації, підвищення зорової хронаксії тощо). Зорова втома зумовлює швидший розвиток загальної втоми в організмі працівника і звичайно значною мірою відбивається на якісних і кількісних виробничих показниках.

Найважливішими факторами, що зумовлюють зниження зорової працездатності, є недостатні рівні освітленості; нерівномірність розподілу яскравості на робочому місці та у приміщенні; наявність у полі зору сліпучої яскравості.

Результати досліджень показали, що при виконанні точної роботи із збільшенням освітленості зорова працездатність поліпшується, особливо це яскраво проявляється під час роботи з дрібними деталями, що вимагають великого зорового напруження. Слід зазначити, що збільшення рівня освітленості має свою оптимальну межу, поза якою він починає чинити осліплюючу дію і несприятливо відбиватись на зоровому сприйнятті. Властивість світних поверхонь високою яскравістю порушувати зорове сприйняття називають блискотом, а психофізіологічні зміни, що відбуваються при цьому, і суб'єктивні відчуття — засліпленням. Блискіт може викликати несприятливі зміни не тільки у зоровому аналізаторі, а й у ЦНС (гальмування, зниження лабільності, працездатності, активності тощо). При дії блискоти на організм працівника насамперед порушується контрастна чутливість ока. Чим менший контраст об'єкта розпізнавання з фоном і його кутові розміри, тим сильніше виражена несприятлива дія засліплення.

Таким чином, міру блискоту визначає не тільки світлова обстановка на робочому місці (висока яскравість фону, пряме попадання світлового випромінювання в очі, велика площа світної поверхні), а й показники, що характеризують об'єкт розпізнавання. Збільшення яскравості поля адаптації на робочому місці має обмежені можливості і не завжди є оптимальним заходом поліпшення світлової обстановки. Тому при роботі з дрібними деталями поряд із забезпеченням оптимального рівня яскравості можна рекомендувати посилення контрастності об'єкта розпізнавання з фоном.

Новим напрямом оптимізації виробничого освітлення є створення динамічного освітлення, яке характеризує зміну рівня і спектрального складу освітленості з часом залежно від зміни зорової працездатності. Доведено, що підвищення рівня освітленості при наростанні втоми розгальмовуюче діє на кору великого мозку, поліпшуючи функціональний стан зорового аналізатора і підвищуючи зорову і загальну працездатність людини. Найефективніше динамічне освітлення при виконанні робіт високої точності, пов'язаної з великим напруженням, а також при організації виробничого освітлення у приміщеннях без вікон.

Слуховий аналізатор людини

За допомогою слухового аналізатора людина отримує до 10 % інформації.

Характерними особливостями слухового аналізатора є:

— здатність бути готовим до сприйняття інформації в будь-який час;

— здатність сприймати звуки в широкому діапазоні частот і вилучати необхідні;

— здатність встановлювати місце знаходження джерел звуку.

Найчастіше звукові сигнали застосовують для зосередженої уваги людини — оператора (попереджувальні сигнали і сигнали небезпеки), для інформування людини-оператора, який знаходиться в умовах недостатньої видимості об'єкта управління.

Для ефективного використання слухової форми подання інформації необхідне знання характеристик слухового аналізатора. Властивості слухового аналізатора оператора виявляються в сприйнятті звукових сигналів. З фізичного погляду звуки є механічними коливаннями в чутному діапазоні частот.

Механічні коливання характеризуються амплітудою і частотою.

Амплітуда — найбільша величина вимірювання тиску під час згущення та розрядження.

Частота — кількість повних коливань за одну секунду. Одиницею її вимірювання є герц (Гц) — одне коливання в секунду. Амплітуда коливань визначає величину звукового тиску та інтенсивність звуку (чи силу звучання). Звуковий тиск прийнято вимірювати в паскалях (Па).

Основні параметри (характеристики) звукових сигналів (коливань):

— інтенсивність (амплітуда);

— частота і форма, які відбиваються в таких звукових відчуваннях як голосність і тембр.

Вплив звукових сигналів на звуковий аналізатор визначається рівнем звукового тиску (Па). Інтенсивність (сила) звуку (Вт/м2) визначається щільністю потоку звукової енергії (щільність потужності).

Для характеристики величин, що визначають сприйняття звуку, суттєвим є не тільки абсолютні значення інтенсивності звуку і звукового тиску, скільки їх співвідношення до порогових значень (І0= 10"12 Вт/м2 чи Р0 = 2 • 10~5 Па). Як відносні одиниці вимірювання (відносно порогових значень, з яких починаються відчуття звукового тиску в людському аналізаторі) використовуються децибели (дБ).

Інтенсивність звуку зменшується обернено пропорційно квадрату відстані; при подвоєнні відстані зменшується на 6 дБ. Абсолютний поріг чутності звуку (прийнято) 2 • 10^-5 Па (10^-12 Вт/м²), що відповідає рівню 0 дБ.

Використання шкали децибел зручно, бо майже весь діапазон звуків, які людина чує, укладається менш ніж у 140 дБ.

Голосність — характеристика слухового відчування найбільш щільно пов'язана з інтенсивністю звуку. Рівень голосності виражається в фонах; фон чисельно дорівнює рівню звукового тиску в дБ для чистого тону частотою 1000 Гц. З характеристикою голосності щільно пов'язана характеристика подразнюючої дії звуку. Відчуття неприємності звуків збільшується з підвищенням їх голосності і частоти.

Мінімальний рівень визначеного звуку, який потрібен для того, щоб викликати слухове відчування у відсутності шуму, зветься абсолютним порогом чутності. Значення його залежить від тону звука (частота, тривалість, форма сигналу), методу його подання і суб'єктивних особливостей слухового аналізатора оператора. Абсолютний поріг чутності має тенденцію з віком зменшуватися.

Слуховий аналізатор здатен фіксувати навіть незначні зміни частоти вхідного звукового сигналу, тобто володіє вибірністю, яка залежить від рівня звукового тиску, частоти і тривалості звукового сигналу. Мінімально помітні розрізнення становлять 2—3 Гц і мають місце на частотах не менш 10 Гц, для частот більше 10 Гц мінімально помітні розрізнення становлять близько 0,3 % частоти звукового сигналу. Вибірність підвищується на рівнях голосності ЗО дВ і більше та тривалості звучання, що перевищує 0,1 с.

Мінімально помітні розрізнення частоти звукового сигналу істотно зменшуються під час його періодичного повторення. Оптимальними вважають сигнали, які повторюються з частотою 2—3 Гц. Чутність, а отже і виявлення звукового сигналу залежить від тривалості його звучання. Так для виявлення звуковий сигнал має тривати не менше 0,1 с.

В управлінні використовуються мовні сигнали для передач інформації чи команд управління від оператора до оператора. Важливою умовою сприйняття мови є розрізнення тривалості та інтенсивності окремих звуків і їх комбінацій. Середній час тривалості мовлення голосного звуку дорівнює приблизно 0,36 с, приголосного 0,02—0,03 с. Відчування і розуміння мовних повідомлень істотно залежить від темпу їх передачі, наявності інтервалів між словами і фразами. Оптимальним вважається темп 120 слів/хв, інтенсивність шумів сигналів має перевищувати інтенсивність шумів на 6,5 дБ. Розпізнання мовних сигналів залежить від довжини слова. Так, односкладові слова розпізнаються в 13% випадків, шестискладові — 41 %. Це пояснюється наявністю в складних словах великої кількості визначальних ознак.