книги из ГПНТБ / Митькин А.А. Электроокулография в инженерно-психологических исследованиях

А. А. МИТЬКИН

ЭЛЕКТРООКУЛОГРАФИЯ

В ИНЖЕНЕРНО­

ПСИХОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЯХ

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « НАУКА»

М О С К В А

1974

А'.

(7

Электроокулографический метод записи движения глаз открывает большие возможности при исследовании деятель­ ности операторов на автоматизированном производстве. Ав­ тор в доступной форме излагает основные принципы электроокулографии, историю развития и применения этого мето­ да, подробно описывает аппаратуру и методику проведении исследований, а также приводит примеры практического ис­ пользования элоктроокулографии.

Ответственный редактор

доктор психологических наук Б. Ф. ЛОМОВ

, 10508 — 0284

© Издательство «Наука», 1974 г.

М 042(01) - 74

ПРЕДИСЛОВИЕ

экспериментаторов. Основные итоги научных поисков по­ казывают, что как недооценка «удельного веса» моторики глаз в процессе зрения, так и его переоценка в равной мере уводят исследователей от истины. При такого рода поиско­ вых исследованиях необходимо, по-видимому, опираться на комплексный анализ важнейших факторов в работе зрительной системы в их сложном взаимодействии. В ка­ честве таких факторов должны быть выделены, как мини­ мум, следующие: а) «многоканальность» сенсорного входа зрительной системы; б) сложность и совершенство «аффе­ рентного синтеза», осуществляемого на уровне сетчатки; в) функциональное и «целевое» многообразие основных типов движений глаз; г) сложное взаимодействие мотор­ ных функций глаз; д) взаимодействие сенсорных и мотор­ ных компонентов в работе зрительной системы; е) наличие в зрительной системе нескольких взаимосвязанных функ­ циональных уровней. К исследованиям зрительной систе­ мы с учетом взаимодействия перечисленных факторов еще только приступают-

Целесообразность изучения моторных функций глаз в связи с теоретическими и практическими проблемами ин­ женерной психологии не вызывает сомнения. Эффектив­ ность такого направления работ уже доказана рядом экспериментальных исследований, в ходе которых модели­ ровались основные условия восприятия оператором раз­ личных информационных устройств (мнемосхем, прибор­ ных щитов, табло и др.). Записи движений глаз в этих опытах позволяют судить о функциональных возможно­ стях зрительной системы при различных параметрах вос­

5

ВВЕДЕНИЕ. ВОЗМОЖНОСТИ ОКУЛОГРАФИИ В ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Автоматизация производства влечет за собой сокраще­ ние до минимума моторных функций человека-одератора за счет очень большого (иногда предельного) расширения его сенсорных функций. Основной поток информации по­ ступает при этом через зрительный анализатор. Обилие необходимой оператору информации заставляет констру­ ировать панели информации значительных размеров и с большой плотностью размещения сигналов. В этой связи особую остроту приобретает проблема оптимизации усло­ вий приема информации оператором.

Решение данной проблемы невозможно без тщательно­ го анализа деятельности оператора, работающего с инфор­ мационной моделью управляемого объекта (мнемосхе­ мой, приборным щитом и др.). В какой последовательности воспринимает оператор элементы, вынесепные на панель информации? С какой скоростью осуществляется восприя­ тие этих элементов? На каких этапах оценки ситуации до­ пускаются ошибки и какова их причина? Как влияет графическое и цветовое решение панели информации на организацию маршрута обзора и на эффективность ра­ боты оператора? На эти и целый ряд других аналогичных вопросов вынуждены отвечать психолог и конструктор в процессе создания различных средств отображения ин­ формации.

Разработка принципов построения информационных моделей и возможность объективного сравнения различных вариантов таких моделей предполагают определенные ме­ тодологические подходы.

Опыт инженерно-психологических исследований (Гипенрейтер, 1964; Зинченко, 1965) показал, что одним из наиболее эффективных способов анализа деятельности опе- ратора-наблюдателя является метод, основанный па реги-

7

стращш движений глаз (т. е. окулографическии метод). Е сли на первых этапах развития инженерной психологии преобладал теоретико-информационный подход к процес­ сам восприятия, то в последние годы исследователи стали уделять больше внимания содержательной стороне воспри­ ятия, изучению структуры восприятия (Зинченко, Верги-

лес, 1969).

При таком подходе ведущую роль получают методи­ ки, опирающиеся на регистрацию движений глаз.

Значение движений глаз в формировании зрительных образов является одной из кардинальных проблем психо­ физиологии зрения. Несмотря на то что эта проблема уже в течение столетия, начиная с работ Гельмгольца (1867), Сеченова (1852), Вундта (1912), Э. Геринга (1887), при­ влекает живое внимание психологов и физиологов, многие ее аспекты, имеющие важное теоретическое и практиче­ ское значение, остаются нерешенными и сегодня. Продол­ жают существовать две противоположные точки зрения на роль движений глаз. Одни исследователи считают, что роль движений глаз ограничивается лишь функцией наве­ дения наиболее чувствительного участка сетчатки — fovea centralis — на воспринимаемый объект. Другие полагают, что моторика глаз оказывает непосредственное воздейст­ вие на оценку пространственных свойств объектов и на весь процесс формирования зрительных образов. Однако сторонники как одной, так и другой концепции сходятся в том, что согласованная работа сенсорных и моторных компонентов зрительной системы является обязательным условием ее эффективного функционирования и адекватно­ го отражения окружающей действительности.

В последние годы интерес к изучению моторики глаз человека значительно возрос в связи с расширением ин­ женерно-психологических исследований. Регистрация дви­ жений глаз оператора-наблюдателя с последующим анали­ зом полученных записей (окулография) позволяет детально изучить процесс приема информации в его про­ странственно-временной последовательности. На этом ос­ новании может быть проведена сравнительная оценка раз­ личных способов подачи информации и построены модели, позволяющие описывать и предугадывать (с той или иной

8

глаз оператора (окулографпческому анализу), должен располагать необходимыми исходными сведениями о спе­ цифике моторики глаз.

Рассмотрим очень кратко 1 кинематические характери­ стики основных видов движений глаз. Существуют два функционально различных вида движений глаз: макро­ движения и микродвижения.

Путем макродвижений обеспечивается смена точек фиксации при рассматривании неподвижных объектов. Известно, что в норме при восприятии неподвижных объ­ ектов возможно одно из двух состояний глаз: состояние фиксации или состояние смены точек фиксации. Движе­ ния глаз при смене точек фиксации носят, как правило, скачкообразный (саккадический) характер. Направление и величина макродвижения задается в момент фиксации, предшествующей скачку (Ярбус, 1965). Основную зри­ тельную информацию наблюдатель получает в момент фиксаций. Во время скачка происходит значительное ухудшение зрения: объект может быть лишь обнаружен, но не опознан.

Величина (амплитуда) глазных скачков, измеряемая в угловых градусах, колеблется в широких пределах — от долей градуса до 20° (Ярбус, 1965). В некоторых случаях величина скачков может достигать 35—40° (Гшшенрей-

тер, 1964).

Продолжительность скачков меняется в зависимости от их величины: для углов меньше одного градуса она составляет 10—20 .мсек; при угле в 10°— 60 мсек, при

20°—70 мсек, при 30°— 90 мсек и при 40°— 100—120 мсек

(Гиппенрейтер, 1964).

Максимальная скоростг движения глаз достигается при амплитуде скачка в 20° и составляет приблизительно 450° в секунду.

Продолжительность латентных периодов скачка глаза колеблется в зависимости от величины скачка и составля­ ет, например, при скачке в 10° — 230 мсек, а при 40° — 290 мсек (Гиппенрейтер, 1964)-1

1 Подробные характеристики различных видов движений глаз читатель найдет в литературе: Ярбус, 1965; Шахиович, 1966; За­ порожец и др., 1967; Зипчеико, Вергнлес, 1969; Гуревич, 1971. Вы­ ходные данные работ, указанных здесь и в последующем, приве­ дены в библиографии в конце книги.

9

Смола точек фиксации в результате скачков позволяет последовательно направлять fovea иа тот или иной элемент объекта восприятия. Благодаря малой продолжительности скачков (ио сравнению с продолжительностью фиксаций, которая колеблется от 0,2 сек до нескольких секунд) глаза затрачивают иа фиксацию объекта 95—97% всего времени наблюдения.

Макродвпжеиия глаз относятся к категории произволь­ ных движении. Однако эта произвольность имеет весьма относительный характер: даже заведомо произвольные скачки не всегда и не во всем подчиняются нашей воле. Движения глаз у взрослого человека в значительной мере автоматизированы в результате выработки навыка рассма­ тривания объектов. В этом отношении процесс рассматри­ вания можно сравнить с актом ходьбы: как при ходьбе мы не обращаем внимания на отдельные движения наших ног, так и рассматривая предмет, мы не задумываемся над тем, в какой последовательности выбирать точки фиксации. Опыт исследователей показывает, что в большинстве случа­ ев наблюдатель не может дать на основании субъективной оценки отчет о том, какие элементы объекта и в какой последовательности нм фиксировались (Ярбус, 1965). Именно поэтому во всех тех случаях, когда мы хотим точно установить маршрут обзора, иеобходима объектив­ ная регистрация движений глаз наблюдателя.

Особым видом макродвижеипй глаз является плавное прослеживание пли скольжение (сканирование)• Этот вид движения характерен для случаев ирослежпваппя взгля­ дом движущихся объектов, однако иногда скольжение мо­ жет иметь место и прп рассматривании неподвижных объектов — например, прп компенсации движений головы плп коррекции неточных скачков.

Следует отметить, что в режим прослеживания движу­ щегося предмета глаз вступает непроизвольно, при этом скорость движения глаз определяется скоростью движения объекта.

Микродвижения глаз — это непроизвольные движения, которыми сопровождается процесс фиксации неподвижных объектов.

Существует три вида микродвижеипй глаз: дрейф, тремор и маленькие непроизвольные скачки (микросаккады). Величина всех этих движений измеряется долями градуса.

10