2.2.2. Аналізатори людини.
Людина-оператор здійснює прямий зв'язок з керованою ним машиною, та середовищем існування за допомогою своїх аналізаторів. У системах зв'язку домінуючим є зоровий, слуховий та тактильний аналізатори. Використовуються також температурний та руховий аналізатори, нюх та смак, больова та органічна чутливість.
Кожен аналізатор складається із рецептора, провідних нервових шляхів та мозкового центру. Рецептор перетворює енергію подразника у нервовий процес. Нервові імпульси провідними шляхами надходять у кору головного мозку. Між рецепторами та мозковим центром існує двосторонній зв'язок, який забезпечує саморегуляцію аналізатора. Особливістю людини є парність аналізаторів, що забезпечує їх високу надійність. Чутливість аналізаторів та рецепторів людини дуже висока. Адаптоване до темряви око реагує приблизно на 7 квантів світла - у погожу зоряну ніч око здатне бачити полум'я свічки за 48 км. Барабанна перетинка реагує на переміщення в 0,000 000 0001 см - вухо чує цокання ручного годинника у повній тиші на відстані до 6 метрів. Слухові клітини внутрішнього вуха вловлюють коливання, амплітуда яких на перевищує 1% діаметра молекул водню. Терморецептори збуджуються при підвищенні температури середовища на 0,007°С та при зниженні - на 0,012°С. Смакові рецептори здатні сприймати присутність однієї чайної ложки цукру у 8 л води. Нюх людини має здатність сприймати присутність парфумів при одній краплі у декілька кімнатному приміщенні. Тактильні аналізатори сприймають рух повітря, спричинений падінням крила мухи на поверхню шкіри з висоти 1 см.
Аналізатори характеризуються абсолютною, диференціальною та оперативною межами чутливості до подразнення.
Абсолютна межа має верхній та нижній рівні чутливості. Нижня абсолютна межа чутливості - це мінімальна величина подразника, яка викликає відчуття. Верхня абсолютна межа - максимально допустима величина подразника, яка не викликає, у людини болю.
Диференціальна межа характеризується мінімальною різницею між сигналами, які приймає оператор.
Оперативна межа чутливості вказує величину межі різниці, при якій швидкість та точність досягають максимуму.
Оперативна межа чутливості у 10...15 разів більша, ніж диференціальна.
Диференціальна межа характеризує величину, на яку мусить змінитись вже викликаний подразник, щоб людина помітила, що він дійсно змінився. Диференціальна межа виражається відсотках. Для одного й того ж органу - це стала величина
де І - початкова величина подразника;
-
приріст, який викликає почуття зміни.
Подразник збуджує рецептор при збільшенні його сили до певного рівня. Межа, що дорівнює 50% випадків виникнення відчуттів, узагальнює нижню абсолютну межу. При наступному збільшенні сили подразнення настає межа, коли аналізатор перестає адекватно працювати. Потім з'являються больові відчуття, може повністю порушитися діяльність аналізатора.
Психофізіологічними експериментами встановлено, що величина чутливості змінюється повільніше, ніж сила подразника.
Згідно закону Фехнера
де Е – інтенсивність чутливості,
S - інтенсивність подразника;
К та С- константи.
Зоровий аналізатор. Око людини безпосередньо реагує на яскравість об'єкта, яка є відношенням сили світла до площі поверхні, що світиться. Вимірюється в канделах на квадратний метр (кд/м2) або в нітах на квадратний сантиметр (нт/см2).
Гігієнічною нормою є яскравість. При яскравості понад 30000 нт виникає ефект осліплення.
Діапазон чутливості ока – 10-6 -106 нт.
Зоровий аналізатор має найбільшу величину адаптації. Світлова адаптація триває 8 - 10 хв. При адаптації у темряві чутливість ока досягає оптимального рівня за 30 - 50 хв. Чутливість, яка викликана світловими сигналами, протягом певного часу залишається сталою попри зникнення сигналу. Інерція зору викликає стробоскопічний ефект. Критична частота блимання, коли сигнал сприймається як безперервний, знаходиться в межах 12...25 Гц.
При сприйнятті об'єктів у двовимірному та тривимірному просторі розрізняють поле зору та глибинний зір. Бінокулярне поле зору по горизонталі - 120...160°, по вертикалі вгору -55...60°, вниз - 65...72°. При сприйнятті кольору поле зору звужується. Зона оптимальної видимості становить: вгору -25°, вниз - 35°, вправо та вліво - по 32°. Глибинний зір пов'язаний із сприйняттям простору. Помилка оцінки віддаленості об'єктів (на відстані до 30 м) складає 12% відстані. Час, витрачений оператором на інформаційний пошук потрібного об'єкта, можна вирахувати як
де n - число фіксацій зору у процесі пошуку; tф - час фіксації; tn - час переміщення зору.
Середня тривалість подібних зорових фіксацій для розв'язання найпоширеніших задач є: читання літер - 0,31 с, пошук умовних знаків - 0,3 с, фіксація стану індикаторів (горить-не горить) - 0,28 с, сприйняття умовних знаків - 0,04 с. Середня тривалість пошукових рухів ока - 0,025 с. Потрібно підкреслити, що основні характеристики зорового аналізатора людини значно змінюються у процесі навчання та тренування.
Слуховий аналізатор складається із зовнішнього, середнього та внутрішнього вуха, слухового нерва та системи зв'язку з мозком. Діапазон звукових коливань, які ми чуємо, знаходиться в межах від 16...20 Гц до 20...25 кГц. Абсолютною межею мінімальної чутливості є тиск 2х10-5 Па на частоті 1 кГц (сила звуку 109 ерг/см2 ). Слуховий аналізатор неоднаково сприймає звуки різних частот. Звуки низької частоти людина сприймає як не дуже гучні, порівняно зі звуками більш високої частоти такої ж інтенсивності.
Тривалість звукового подразнення, яка потрібна для виникнення відчуттів, також залежить від частоти та інтенсивності звуку. В межах середньої частини частот та інтенсивності звукових сигналів, які ми чуємо, величина диференціальної межі становить близько 10% інтенсивності звуку. Для частот понад 1кГц почуття присутності сигналу виникають при його тривалості близько 0,001 сек.
Мовне повідомлення сприймається при темпі мови до - 160 слів на хвилину. Оптимальний темп - 120 сл/хв при перевищенні інтенсивності слів над шумами на 6 дБ.
Межа відчуття болю становить 130 - 140 дБ та менше, залежить від частоти.
Тактильний аналізатор сприймає відчуття, які виникають при дії різних механічних подразників на поверхню шкіри. Приклади меж чутливості:
- для кінців пальців руки - 3 г/мм2;
- для поверхні кисті - 12 г/мм2;
- для п'яти - 250 г/мм2.
Тактильний аналізатор має високу здатність до локалізації у просторі. Часова межа тактильного відчуття становить менше 0,1 сек. Особливістю тактильного аналізатора є швидке зменшення відчуття торкання чи тиску. Час адаптації знаходиться у межах 2...20 сек.
Больова чутливість.Вище стверджувалося, що в будь-якому аналізаторі виникають больові відчуття, якщо величина подразнювача перевищує верхній абсолютний поріг. На цій підставі заперечувалося існування спеціальних рецепторів больової чутливості. Згодом було виявлено вільні нервові закінчення в епітеліальному шарі шкіри, котрі і є спеціалізованими больовими рецепторами. Між тактильними та больовими рецепторами існують складні співвідношення. Вони проявляються в тому, що найменша щільність больових рецепторів припадає на ті ділянки шкіри, котрі найбільш насичені тактильними рецепторами, і навпаки. Протиріччя зумовлене різними функціями рецепторів в житті організму. Больові відчуття викликають оборонні рефлекси, зокрема, рефлекс віддалення від подразника. Тактильна чутливість пов'язана з орієнтувальними рефлексами, зокрема, викликає рефлекс зближення з подразником.
Біологічний сенс болю полягає в тому, що він, як сигнал небезпеки, мобілізує організм на боротьбу за самозбереження. Під впливом больового сигналу перебудовується робота всіх систем організму і підвищується його реактивність.
Поріг больової чутливості шкіри живота - 20 г/мм2, кінців пальців - 300 г/мм2. При відчутті болю спостерігається майже пряма залежність між відчуттям та інтенсивністю подразнення в діапазоні до порога чутливості.
Руховий аналізатор дає можливість людині керувати захисними пристроями, ручками, кнопками, педалями та ін.
Оптимальні зусилля: для ручок - 20...40 Н ; для кнопок, тумблерів, перемикачів - 1400...1600 Н; для ніжних педалей - 20...50 Н; для важелів ручного керування - 120...160 Н. Діапазон швидкостей, що розвиваються завдяки рухам рук, становить 0,01...8000 см/сек, найчастіше використовуються швидкості 5...300 см/сек. Вертикальні рухи рука здійснює швидше, ніж горизонтальні. Рухи до себе здійснюються швидше, ніж від себе. Руховий аналізатор можна значно покращити шляхом тренувань.
Нюх та смак можуть використовуватись людиною-оператором при знаходженні різних відхилень у технологічному процесі та при виникненні небезпеки. Абсолютна межа нюху у людини вимірюється частинками міліграма речовини на літр повітря. Диференціальна межа становить в середньому 38%. У фізіології та психології поширена чотирикомпонентна теорія смаку, згідно з котрою існує чотири види смакових відчуттів: солодкого, гіркого, кислого та солоного. Всі інші смакові відчуття є їх комбінацією. Абсолютні межі смакового аналізатора, виражені у величинах концентрацій розчину, майже у 10000 разів вищі від нюхового.
Смакові та нюхові відчуття відбивають не лише властивості речовин, але й стан самого організму. Розрізнювальна чутливість смакового аналізатора досить груба і складає в середньому 20%.
Температурна чутливість забезпечується двома типами рецепторів. Одні реагують тільки на холод, інші - лише на тепло. Абсолютна межа температурної чутливості для теплових рецепторів - 0,2°С, для холодних - 0,4°С. Диференціальна межа - близько 1°С.
На роботу аналізаторів та на сприйняття сигналів у людини значно впливають психологічні характеристики особи: увага, пам'ять та ін.
Вібраційна чутливість. Інтенсивна вібрація при тривалому впливі зумовлює суттєві зміни діяльності всіх систем організму людини і може викликати захворювання. Вібрація малої інтенсивності може бути корисною, знижує втомлюваність, підвищує обмін речовин, збільшує м'язову силу. Спеціальні аналізатори, котрі сприймають вібрацію, поки що не виявлені. Діапазон відчуття вібрацій - від 1 до 10000 Гц. Найбільш висока чутливість виявлена до частот 200...250 Гц. Порогові значення вібраційної чутливості різні для різних ділянок тіла. Найбільшу чутливість мають дистальні ділянки тіла людини, тобто ті, що найбільш віддалені від його медіанної площини (наприклад, кисті рук).
Органічна чутливість. Мозок людини отримує інформацію не лише від навколишнього середовища, але й від самого організму. У внутрішніх органах під дією зовнішніх умов виникають відчуття, котрі породжують сигнали, які є необхідною умовою регуляції діяльності внутрішніх органів.
Аналізатори людини функціонують в умовах складної взаємодії. На кожен аналізатор людини впливає одночасно декілька подразників, котрі відтак впливають на всю систему аналізаторів. Тому необхідно враховувати не лише можливості аналізатора, але й ті умови, в котрих перебуває людина. Відомо, що сильний шум змінює чутливість зору. Чутливість зорового апарата знижується під дією деяких запахів, температури, вібрації. Визначаючи оптимальні умови функціонування, слід враховувати всю систему подразників, що діють на аналізатори людини, комплексно враховувати фактори навколишнього середовища.