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

тельыо соблюдать целым ряд условии, которые часто упус­ каются начинающими экспериментаторами, что приводит к получению некачественных результатов и вызывает скептическое отношение к методике в целом.

Перечислим здесь основные из этих условий.

Далеко не безразличным является подбор испытуемых, при котором приходится учитывать анатомию лица и инди­ видуальные особенности моторики глаз. Следует отдавать предпочтение лицам с тонким слоем подкожной клетчатки (на лице), топкой переносицей и сухой кожей.

Индивидуальные особенности моторики глаз связаны обычно с функциональным состоянием первной системы (понятно, что приходится сразу отсеивать лиц с такими де­ фектами, как косоглазие и врожденный нистагм — если эти дефекты ие составляют предмета исследования). Мы наблюдали случаи, когда повышенная нервная возбуди­ мость мешала испытуемым выполнять глазодвигательные задачи (например, обводку контура) даже после многора­ зовой тренировки. Хорошим показателем в этом отноше­ нии служит способность испытуемого удерживаться от морганий в течение 7—10 сек при выполнении определен­ ной зрительной задачи.

Очень тщательно и равномерно на всех участках сле­ дует обезжиривать кожу в местах наложения электродов. Заполнять углубления электродов пастой также необходи­ мо равномерно. В экспериментах нельзя допускать частич­ ное отклеивание лейкопластыря, так как малейший зазор между электродом и кожей приводит к искажению записи.

ВЭКС’ы следует включать за 40—30 мин до начала экс­ перимента. Для уменьшения дрейфа нуля целесообразно работать, открыв в кожухе аппарата вентиляционные окна.

Испытуемый должен примерно в течение 10 мин при­ выкнуть к температуре комнаты и адаптироваться к об­ становке эксперимента. Первые два-три замера должны быть пробными и тренировочными.

После подключения электродов к входу первого ВЭКС’а следует проверить правильность коммутации, предложив испытуемому поморгать (при моргательных движениях глазное яблоко повертывается вверх) и подвигать глазами вверх — вниз и вправо — влево. Если электроды поставле­ ны неправильно, направление движения луча не соответ­ ствует направлению движения глаз.

Одновременно проверяется устойчивость луча по цент­

51

яиии менее двух метров от испытуемого, и падежное за­ земление корпусов работающей аппаратуры.

Влияние наводок (кольцеобразная расфокусировка лу­ ча и синусоидальные колебания на трассе) увеличивает­ ся при плохом заземлении испытуемого и плохом контак­ те электродов с кожей.

В качестве эффективного средства борьбы с сетевыми «наводками», почти полностью исключающими их влияние на запись, применяется специальный фильтр, ие пропуска­ ющий частоту 50 гц.

Небольшие синусоидальные колебания (50 гц) на трассе луча могут служить отметкой времени при опре­ делении временной характеристики скачка глаза.

Устанавливая луч, экспериментатор обычно ограничи­ вает его подвижность, пользуясь тумблером «Смещение луча». В наших опытах мы убедились, что переключение указанного тумблера из положения «полное» в положение «сжатое», а затем обратно (в «полное!')) приводит к не­ которому увеличению усиления по обоим каналам с по­ следующим возвращением его к исходному уровню в те­ чение 3—4 мин. Поэтому в опытах, требующих большой точности записи, ие следует пользоваться тумблером «Сме­ щение луча».

Исключается экспериментирование с испытуемыми, на­ ходящимися в гриппозном или ином болезненном состоя­ нии. В некоторых случаях окулография, как было установ­ лено в наших опытах, служила своего рода «диагностиче­ ским средством», позволяющим определить приближение гриппозного заболевания по следующим симптомам: уча­ щение морганий, нарушение моторики глаз, артефакты за счет повышенной деятельности слезных желез. Достаточно точно диагностировалось нами также употребление ис­ пытуемыми алкоголя накануне вечером, приводящее к за­ медленной и нарушенной моторике глаз.

Наиболее частьтм (и в то же время наиболее «безобид­ ным») артефактом являются полные и редуцированные моргательные движения. Для их устранения приходится требовать от испытуемого, чтобы он не моргал во время вы­ полнения задачи (в течение 7—10 сек.). Эксперимент сле­ дует организовывать так, чтобы испытуемый имел через каждые 5—10 сек небольшой отдых. Непроизвольные моргательные движения, дающие характерные острые пики, легко отдифференцировать от основной записи.

53

Перекосы векторограммы могут вызываться наклоном! головы, косоглазием и косым расположением электродов. Кроме того, при работе с одной парой вертикальных элект­ родов у большинства испытуемых наблюдается характер­ ный наклон векторограммы вправо (при записи вертикаль­ ной составляющей с правого глаза) и влево (при записи с левого глаза). Причиной этого искажения является, как уже указывалось выше, различная электропроводность переносицы и наружного края глазной орбиты (именно поэтому рекомендуется выбирать испытуемых с тонкой переносицей).

При расшифровке записи следует учитывать описанные Фордом (см. выше) артефакты, присущие вертикальной составляющей. Влияние кожно-гальванического рефлекса чаще всего выражается в сплывах луча вверх; реже (при битемпоральном расположении электродов) в горизон­ тальных сплывах. При наличии таких сплывов приходит­ ся прервать эксперимент и дождаться (не отключая аппа­ ратуры) устойчивости луча (обычно для этого достаточно нескольких минут).

При учете указанных требований к организации окулографпческпх исследований на ВЭКСах или аналогичной аппаратуре данная методика может успешно применяться для решения самых различных задач.

Примеры простых электроокулографических записей

А. Векторэлектроокулография. Векторэлектроокулогра-

фия дает возможность зарегистрировать (для последующе­ го анализа) маршруты обзора объекта (индикатора, при­ борной панели, цифрового табло, мнемосхемы и т. и.) в процессе решения конкретных визуальных задач. В наи­ более простых случаях, когда количество дифференцируе­ мых испытуемым объектов невелико (2—4) и требуется определить лишь последовательность их восприятия, экс­ периментатор может ограничиться визуальным наблюдени­ ем за экраном ВЭКС’а и протоколированием по ходу опы­ та (длительное послесвечение экрана облегчает процесс протоколирования). В более сложных ситуациях необходи­ ма фоторегистрация движений луча по экрану.

Экспериментатору, начинающему осваивать метод векторэлектроокулографии, полезно начать с записи движений глаз но контуру простых плоскостных объектов. Такие за-

54

пней (или наблюдения по экрану) дают наглядное пред­ ставление о возможностях метода, об индивидуальных различиях испытуемых, о влиянии тренировки испытуе­ мых на характер записи, о влиянии фактора времени и сложности контура на точность записи и т. п.

Кроме того, в процессе таких опытов экспериментатор приобретает необходимые навыки в организации экспери­ мента и обращении с аппаратурой.

Подготовка и проведение эксперимента сводятся к следующему. Испытуемый после предварительного нало­ жения основных и заземляющего электродов помещается в специальном кресле. Разъемы входного кабеля ВЭКС’а крепятся предварительно к вертикальной стойке кресла (позади головы испытуемого); разъем заземления крепит­ ся к подлокотнику. При отсутствии кресла можно исполь­ зовать подбородник любой конструкции (без жесткой фик­ сации головы испытуемого).

После подключения электродов проверяется правиль­ ность коммутации и регулируется величина горизонтально­ го и вертикального усиления. Усиление подбирается в зависимости от угловых размеров объекта. Объекты предъявляются в виде сменных плакатов (на вертикальной стойке) или проецируются на полупрозрачный экран. Что­ бы запись не выходила за пределы экрана осциллоскопа, испытуемому предлагается перед каждой обводкой фикси­ ровать взгляд в центре изображения (или экрана), а экс­ периментатор при этом устанавливает луч в центре экрана ВЭКС’а. В ходе опыта проводится выборочная фоторегист­ рация векторограмм для последующего тщательного ана­ лиза. Для получения качественных фотографий опыты сле­ дует проводить в затемненном помещении; уровень осве­ щенности экрана ВЭКС’а (внешними источниками света) не должен превышать 10 л. Обводка контура начинается с определенной точки (левого верхнего угла, крайней ле­ вой точки и т. п .).

На рис. 9 приведено несколько примеров векторэлектроокулограмм, записанных в процессе обводки испытуемы­ ми контуров различной сложности. Угловые размеры тестобъектов составляли 40°; величина усиления по горизон­ тальному каналу— 1 с.м/80 мкв. Потенциалы отводились от одной пары вертикальных электродов (с правого глаза) и пары горизонтальных бптемпорально расположенных электродов,

55

ющие скачки дают расплывчатые пятна неправильной формы в местах точек фиксации (см. рис. 9). Корректи­ рующие движения глаз имеют место и при миогоскачковых движениях по прямой, но более выражены при движе­ нии по наклонным.

Точное и плавное прослеживание взглядом криволиней­ ных контуров невозможно. При обводке окружности или сложного криволинейного контура глаза перемещаются небольшими скачками, чередующимися с корректирующи­ ми движениями. Выпуклости и углы контура при этом срезаются.

Несмотря на то, что траектории скачков имеют иног­ да криволинейную форму, кривизна траекторий не соот­ ветствует кривизне изображения (совпадения могут быть лишь случайными). При движениях по сложному контуру взгляд пересекает его то в одном, то в другом направлении с последующей корректировкой.

Если при прослеживании контуров, образованных из прямолинейных элементов (треугольник, квадрат и т. п.), для большинства испытуемых характерны однотипные движения (скачок по стороне и точка фиксации в углу), то иа криволинейных контурах в большей мере проявляются индивидуальные особенности (по амплитуде скачков, рас­ пределению точек фиксации, стремлению к точности про­ слеживания) .

Плотность расположения точек фиксацпп на криволи­ нейных контурах в значительной мере зависит от радиуса кривизны (чем меньше радиус, тем больше точек фикса­ ции) и изменений характера кривизны (скопление точек фиксации в местах изменения кривизны).

Б. Раздельная регистрация горизонтальных и верти­ кальных движений глаз. В тех случаях, когда основной целью окулографпческого исследования является анализ временных характеристик движений глаз, амплитуды от­ дельных скачков или общей глазодвигательной активности человека-оператора, применяется раздельная двухканаль­ ная запись электроокулограмм. Записи такого типа наибо­ лее удобно выполнять на электроэнцефалографе, совмеща­ ющем в себе многоканальный усилитель биопотенциалов с многоканальным регистрирующим устройством.

Требования к подготовке испытуемого и организации эксперимента остаются в основном такими же, как и в разделе А.

57

Сложная двухкаиальная запись используется при реше­ нии испытуемым определенной визуальной задачи: напри­ мер, последовательном перемещении испытуемым взора по четырем информативным элементам тест-объекта. Для адекватной расшпфровки результатов запись движений глаз должна также иметь отметки времени и калибровку величины усиления (в микровольтах), что позволит оце­ нить амплитуду отдельных глазных скачков. Роль кали­ бровочных движений выполняют скачки с заранее извест­ ной (заданной) амплитудой.

При работе на электроэнцефалографе, в комплект кото­ рого входит интегратор, имеется возможность регистриро­ вать общую глазодвигательную активность оператора в процессе решения определенных визуальных задач. Плот­ ность расположения «пичков» на интегральной записи (см. рис. 10) позволяет судить о суммарной глазодвигательной активности в данном отрезке времени. В таком виде запись очень удобна для машинной обработки. Основной недоста­ ток оппсанного способа регистрации заключается в том, что на итоговую запись влияет не только подлинная глазодви­ гательная активность испытуемого, но и многочисленные артефакты.

Двухкаиальная чернильная запись на энцефалографе

Рис. 10. Образец записи горизонтальных движений глаз на электро­ энцефалографе

58

7 —у— ir У

1сен

Рис. 11. Образец одновременной записи горизонтальных и верти­ кальных движений глаз на элекгроэнцефалографе, калибровка 100 мкв. Эксперименты проведены А. И. Подольским

ния взора по рассматриваемому объекту. Горизонтальные участки записи соответствуют последовательным точкам фиксации а, б, в, г.

выполняется легче, чем векторная, однако при этом не сле­ дует забывать о ряде ограничений, накладываемых выбо­ ром такого вида записи. Основные из них следующие.

а) Расшифровка пространственного распределения глазных скачков и точек фиксации практически невозмож­ на. Исключение составляют лишь наиболее простые марш­ руты при наличии предварительной точной маркировки всех возможных элементов маршрута.

б) Малая скорость движения бумаги в регистрирующем устройстве и инерционность перьев существенно ограни­ чивают возможности точного временного анализа глазных скачков.

в) При большой длительности фиксации (превышаю­ щей 0,5 сек) запись искажается в результате влияния по­ стоянной времени в канале усилителя переменного тока. Пример такого искажения виден на рис. 11 («сползание» записи по направлению к горизонтальной оси на участках, соответствующих точкам фиксации).

59

ГЛАВА II

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ГЛАЗ,

Вэпоху бурного развития автоматизации производства глаз оператора становится в значительно большей мере «рабочим органом», чем рука. Однако, если биомеханика руин изучена достаточно детально, биомеханические воз­ можности глаза (в свете проблем инженерной психологии) требуют дальнейших углубленных исследований.

Впроцессе проектирования любых средств отображения информации от конструктора требуется практическое ре­ шение ряда вопросов, связанных с выбором оптимального

варианта компоновки элементов, несущих информацию. В ипжеперно-пспхологпческпх и эргономических руко­ водствах (Вудсон, Коновер, 1968 п др.) содержатся основ­ ные сведения, помогающие проектировщику решить эту за­ дачу. Однако во всех этих руководствах проблемы компо­ новки средств отображения рассматриваются только с по­ зиций логики управления объектом, последовательности приема информации п оптимального зонирования информа­ ционного поля. Прп этом остается в стороне еще один не менее важный аспект проблемы: оптимизация зрительной деятельности оператора с позиций биомеханики глаз.

Незаслужеппому игнорированию этой стороны зритель­ ной деятельности оператора способствует иногда неверная интерпретация некоторых фактических данных о структу­ ре глазодвигательного поведения человека. Известно, что при решении визуальных задач средней сложности глаза наблюдателя находятся в состоянпи фиксации около 97% всего времени наблюдения и лишь 3 % времени — в состоя­ нии смены точек фиксации (Ярбус, 1965). Отсюда делает­ ся неправильный вывод о незначительном «удельном весе» глазодвигательных функций в общем «балансе» зрительной деятельности оператора. В результате этого основное вни-

60