Электроокулография

+ -
0
Электроокулография
В основе этого метода лежит использование собственных электрических свойств глазного яблока. По своей физической природе оно является диполем, в котором роговица относительно сетчатки электроположительна. Электрическая ось глазного яблока примерно совпадает с оптической осью и, следовательно, может служить индикатором направления взора.

Изменение разности потенциалов между роговицей и сетчаткой (корнео-ретинальный потенциал), сопровождающее перемещение глаз, обнаруживается через изменение потенциала в тканях, прилегающих к глазнице (Рис. 1.25).



Рис. 1.25. Принципиальная схема метода электоокулографии и электроокулограмма оптокинетического нистагма (Грюссер, Грюссер-Корнельс, 1984).


Движения глаз регистрируются с помощью электродов, которые устанавливаются крестообразно вокруг глазной впадины. Электроды, расположенные около височного и носового угла глазной щели, регистрируют горизонтальную составляющую; электроды, расположенные около верхнего и нижнего края глазной впадины—вертикальную составляющую движений глаз. Когда глаз находится в «позиции покоя», электроды расположены примерно одинаково как от положительного роговичного полюса, так и от отрицательного. При повороте глаза один из электродов оказывается ближе к переднему положительному полюсу, а другой—к заднему; соответственно, первый электрод становится электроположительным, а второй— электроотрицательным. Знак потенциала отражает направление, величина изменения разности потенциалов—угол поворота глаз; при этом величина изменения корнео-ретинального потенциала и угол поворота глаз связаны прямопропорциональной (линейной) зависимостью (Лурье, 1965). Согласно имеющимся данным, линейность сохраняется в диапазоне ±20°, причем существует некоторое рассогласование между значениями вертикальной и горизонтальной составляющих.

Электрический сигнал, возникающий в ходе поворота глаз, может быть усилен с помощью усилителей переменного или постоянного тока. Первые целесообразны при изучении скорости саккадических движений, вторые—при изучении паттернов глазодвигательных фиксаций, или маршрутов осмотра объектов. Обычно усиленный (и преобразованный) сигнал выводится либо на экран осциллоскопа (дисплея), либо на ленту самопишущего регистрирующего устройства (в том числе и на двух-координатный самописец).

Точность электроокулографии во многом зависит от времени регистрации. Чем дольше длится измерение, тем больше смещения нуля, связанные с использованием усилителей постоянного тока и наличием внешних биоэлектрических или фотоэлектрических влияний. При записях отдельных скачков глаз точность регистрации колеблется в пределах 1-1,5° Непрерывное время разового измерения—5-7с; каждое последующее измерение предполагает корректировку дрейфа нуля. Как показывает практика, электроокулография эффективна при изучении маршрутов обзора объектов, имеющих большие угловые размеры (15-20°); точность дифференцировок мелких деталей—3-5° (Митькин, 1974). Существенными факторами, влияющими на точность измерений, являются анатомия лица и индивидуальные особенности окуломоторного аппарата, время адаптации к условиям проведения эксперимента, плохой контакт электродов с поверхностью кожи, общее состояние человека (например, повышенная возбудимость), повышенное потоотделение, частота моргания и другие. Необходимо отметить, однако, что совершенствование усилительной техники, разработка соответствующих способов выделения биоэлектрического сигнала из шума, применение аналоговых и дискретных преобразований биоэлектрических процессов на линии эксперимента позволяет преодолевать отрицательное влияние внешних факторов регистрации, повышать точность и надежность выполняемых измерений (Владимиров, 1972; Назаров, Романюта, 1972).

Несмотря на сравнительно невысокую точность, электроокулография обладает рядом существенных преимуществ: она не требует прикосновений к глазному яблоку, допускает незначительные движения головы, проводится как на свету, так и в темноте, может осуществляться дистанционно. Главное состоит в том, что она не нарушает естественных условий зрительной активности и в принципе может продолжаться неограниченное время; этим определяется полезность использования электроокулографии как в лабораторном, так и в естественном эксперименте, например, в кабине самолета или на рабочем месте оператора АЭС.

Методики электроокулографического исследования, техника регистрации движений глаз и соответствующая аппаратура подробно описаны в работах А. А. Митькина (1970; 1974), А. Д. Владимирова (1972), А. И. Назарова и В. Г. Романюты (1972).

Разработка метода электроокулографии началась в 30-40-х годах в США и в странах Западной Европы. С середины 50-х годов он получил распространение в России (Леушина, 1965, 1958; Загорулько, 1959).

Используя электроокулографию, Л. И. Леушина (1955, 1958) обнаружила связь амплитуды и латентного периода саккад со зрительной оценкой расстояния и дифференцированием форм. Систематический экспериментальный анализ этой связи позволил заключить, что в процессе восприятия движения глаз выполняют установочную, а не измерительную или построителькую функцию (Леушина, 1965, 1966).

Б. X. Гуревич исследовал особенности саккадических движений глаз на свету в условиях зрительного восприятия объектов и в темноте (Гуревич, 1961, 1971). Он показал, что независимо от характера оптической афферентации фиксационные повороты глаз подчинены заданной цели, причем процесс целевого регулирования имеет иерархическую (двухуровневую) структуру. На основании полученных данных автор предложил принципы построения новой модели пространственного зрения. Типичная электроокулограмма фиксационных поворотов глаз приведена на Рис. 1.26.



Рис. 1.26. Электрокулограмма целенаправленных фиксационных поворотов глаз в полной темноте (Гуревич, 1971). А—поворот одним скачком, Б—двумя скачками, В—тремя скачками, Г—четырьмя скачками.


Метод электроокулографии был положен Ю. Б. Гиппенрейтер (1964) в основу исследования временных характеристик процессов обнаружения и идентификации объекта в зрительном поле. Эти исследования выявили связь латентного периода саккады с ее направлением, а также зависимость продолжительности фиксационной саккады от эксцентриситета вновь появляющегося объекта.

Маршруты движений глаз при выполнении различных классов познавательных задач изучались Р. Н. Лурье (1963, 1965), А. Д. Владимировым (1965), Э. С. Бобровой и Е. Д. Хомской (1968), А. И. Подольским (1978) и др.

Обоснованию методов электроокулографии в инженерно-психологических исследованиях посвящена монография А. А. Митькина (1974). В этой же работе показано влияние направленности саккад на утомляемость глазодвигательного аппарата, особенности биомеханики глаз при изменении маршрута движения взора, а также влияние формы панели информации на процесс зрительного поиска сигнала. Согласно Ю. Я. Голикову и А. Н. Костину (1991, 1996), анализ межсаккадических интервалов (длительностей фиксаций) позволяет специфицировать структурные единицы операторской деятельности. Динамика длительности фиксаций в зависимости от типа задачи и структуры информационного поля оператора прослежена в исследовании Л. Д. Чайновой-Воскресенской, С. Т. Сосновской и А. С. Афанасьева (1973).

Большой объем исследований движений глаз в норме и патологии (в частности, при офтальмоплегии) выполнен А. Р. Шахновичем (1964, 1965, 1974). По его мнению, собранный материал позволяет дифференцировать два механизма управления движениями: один связан с формированием и реализацией жестких программ, которые не корректируются в ходе поворота (саккады), другой—с функционированием непрерывной зрительной обратной связи, корректирующей выполняемое движение (дрейф, прослеживающие движения). В этих исследованиях электроокулография сочеталась с использованием присосок н регистрацией электрической активности мышц глаза. Особый интерес представляет анализ механизмов экстраполяции в управлении следящими движениями глаз и их связи с высшими корковыми функциями (Шахнович, 1974; Шахнович, Джанелидзе, Инаури, 1965).

Применяя электронистагмографию—одну из разновидностей электроокулографии, Н. С. Благовещенская (1968) исследовала параметры различных видов нистагма у здоровых людей и больных с поражениями отдельных областей мозга. Эта работа позволяет конкретизировать физиологические механизмы управления движениями глаз и связи ГДС со зрительной и вестибулярной системами. Результаты направленного изучения вестибуло-окуломоторных взаимодействий, а также представления о роли вестибулярной системы в формировании зрительного образа пространства, описаны А. Е. Курашвили и В. И. Бабияком (1974).

Анализ движений глаз в процессе формирования перцептивных действий выполнен А. И. Подольским (Лернер, Подольский, 1974; Подольский, 1978). Он показал, что в основе симультанного (одномоментного) опознания лежит сукцессивно развернутое зрительное действие; выявлены закономерности становления симультанного опознания и условия планомерного перехода от сукцессивного восприятия к симультанному.

Достаточно эффективно метод электроокулографии применяется при изучении раннего (начиная с двухнедельного возраста) онтогенеза зрительных функций человека (Рис. 1.28).



Рис. 1.28. Типичные глазодвигательные реакции младенцев различного возраста на оптокинетическую стимуляцию (Митькин, Козлова, Сергиенко, Ямщиков, 1978).


Он позволяет проследить становление окуломоторной системы в онтогенезе, роль в этом процессе перемещения объектов и их антиципации (Сергиенко, 1992), особенности развития функциональной структуры поля зрения (Митькин, Сергиенко, Ямщиков, 1978), бинокулярного восприятия (Козлова, 1978), закономерности зрительно-вестибулярных взаимодействий у младенцев (Митькин, 1988). Результаты этих исследований показывают, что в раннем онтогенезе зрительные функции проходят два этапа. На первом (от рождения до 6 недель)—реализуются генетически заданные формы зрительной и окуломоторной активности, которые обеспечивают глобально адекватную оценку пространственных свойств и отношений среды; она осуществляется на субкортикальном уровне ЦНС. На втором этапе (начиная с 3-4 месяцев) зрительные функции подстраиваются к условиям жизнедеятельности, а генетические программы «обрастают» вновь формируемыми связями; подключение кортикальных уровней обеспечивает детальную оценку зрительно воспринимаемой среды. Стратегии поиска значимого элемента среды у детей младшего, среднего и старшего дошкольного возраста исследована Л. А. Венгером (1969).

Возможность последующего преобразования биоэлектрического сигнала о движении глаз является одним из условий проведения управляемого эксперимента—такого, в котором его ход определяется не только заданной программой предъявления стимульного материала и регистрации ответов, но и состоянием испытуемого (в частности состоянием его окуломоторного аппарата) в текущий момент времени. Способ экспозиции теста в зависимости от положения глаз наблюдателя, описан в работах А. И. Назарова (Назаров, Романюта, 1972; Логвиненко, Назаров, Мещеряков, 1979). Разработанная им методика позволила специфицировать закономерности зрительного восприятия до, во время и после выполнения саккады и сформулировать представления о природе эфферентных регуляций в зрительной системе (Назаров, Гордеева, Романюта, 1972; Гордеева, Назаров, Романюта, Яровинский, 1972).

Наконец, отметим сравнительно легкую сочетаемость элекроокулографии с другими методами и экспериментальными процедурами. В частности, в исследованиях В. М. Гордон (Зинченко, Вдовина, Гордон, 1975; Гордон, 1976) наряду с движениями глаз регистрировались энцефалограмма затылочной области с выделением альфа-ритма, электромиограмма мышц нижней губы, речевые ответы испытуемого. Комплексная регистрация динамики различных параметров индивида (полиграфия) позволяет раскрыть тонкие механизмы функциональной структуры решения комбинаторных задач, в частности, соотношение внешних и внутренних (викарных) перцептивных действий.

В отличие от фотоэлектрического метода электорокулография относится к категории самых распространенных средств исследования глазодвигательной активности человека в процессах познания и деятельности. Благодаря относительной простоте, Удобству для испытуемого и невысокой стоимости оборудования он имеет широкую сферу применения, которая включает равняй онтогенез перцептивных функций, нарушение гнозиса и моторики у больных с поражением центральной нервной системы и деятельность операторов АСУ. Данный метод позволяет измерять все основные параметры окуломоторной макроактивности, но не очень приспособлен для оценки точной координатной «привязки» глаза к позиции элементов зрительного поля и анализа торзионных движений. Регуляция саккадических и плавных прослеживающих движений глаз, взаимосвязь зрительного восприятия пространства и окуломоторной активности наблюдателя, структура зрительного поля, становление зрительных функций и действий, динамика обнаружения и идентификации объектов, вестибуло-окуломоторные отношения, эффекты саккадического и парасаккадического подавления, структура и динамика решения наглядно-действенных задач— основные предметные области, допускающие активное использование методов электроокулографии.

Электромагнитный метод



В основу метода положен принцип изменения напряженности электромагнитного поля при изменении расстояния между излучателем и приемником. Излучатель крепится на глазном яблоке (с помощью центральной присоски, контактной линзы или кольца), создавая переменное электромагнитное поле у приемных катушек, установленных неподвижно относительно головы. Сигнал, вызываемый перемещением излучателя, усиливается и передается на регистрирующее устройство (осциллограф, координатный самописец, регистратор данных и др.). Таким образом, любой поворот глаз преобразуется в эквивалентное напряжение в приемных катушках, становясь доступным для тонкого измерения, магнитной фиксации и преобразований.
Возможен и обратный вариант: приемная катушка индуктивности крепится к глазу, а горизонтальные и вертикальные пары излучающих катушек создают вокруг глазного яблока переменное магнитное поле. Ось приемной катушки совпадает со зрительной осью глаза, а магнитное поле ее ориентировано так, чтобы в «позиции покоя» электродвижущая сила (ЭДС), наводимая от излучающих катушек, равнялась нулю. При изменении направления взора в приемной катушке наводится ЭДС, величина н фаза которых связаны с углом поворота глаз.

В методике Н. Ю. Вергилеса (Зинченко, Вергилес, 1969) в качестве излучателя используется катушка диаметром 6 мм, состоящая из 5 витков тонкого привода; катушка крепится на присоске на расстоянии 10 мм от глаза, соединяясь тонким проводом с генератором низкой частоты (8 кГц). Приемные катушки (две горизонтальные и две вертикальные) располагаются на расстоянии 100 мм от излучателя перпендикулярно его плоскости. Для каждой пары катушек используются два несимметричных нерезонансных усилителя, настроенные на частоту излучения (Рис. 1.29).



Рис. 1.29. Схема установки для электромагнитной регистрации движений глаз. 1—приемные катушки-антенны; 2—индукционный излучатель-датчик; 3—экран с тестовым изображением; 4—усилители сигналов; 5— регистрирующий осциллограф (Андреева, Вергилес, Ломов, 1975).


Линейность системы—около ±25°, точность регистрации — 20-30°. Это дает возможность изучить не только макро-, но и микродвижения глаз (в ограниченном диапазоне). Электромагнитный метод предполагает сравнительно простую калибровку, проводимую лишь в начале эксперимента, исключает необходимость перманентной корректировки дрейфа нуля, обеспечивает высокую точность дифференцировок мелких деталей воспринимаемого объекта. Напряжение, возникающее на выходе усилителей, может быть использовано для подключения вспомогательных устройств и их управления определенными Положениями глаз. Возможность электромагнитной записи полезного сигнала на ленту магнитофона и его последующего воспроизведения на пониженных скоростях создает условия для более детального и глубокого анализа быстротекущих окуломоторных процессов. Достоинством метода является и возможность быстрого переключения с одного масштаба регистрации к другому, а также независимая запись движений правого и левого глаза в отдельности.

Недостатки метода связаны прежде всего с использованием присосок и необходимостью жесткой фиксации головы испытуемого. Это существенно ограничивает время регистрации движений глаз (до 25-30 минут) и использование данной процедуры в процессах реальной (профессиональной) деятельности. Определенные ограничения накладываются и на контингент испытуемых: в экспериментах не могут участвовать, например, дети или пожилые люди, страдающие глаукомой. Некоторое расширение функциональных возможностей метода может быть достигнуто путем укрепления катушки излучателя не на присоску, а на контактную линзу (Морняков, Котлярский, 1971). Однако в этом случае экспериментатор сталкивается с проблемой индивидуальной подгонки контактной линзы под характеристики склеры каждого испытуемого. Основное назначение электромагнитного метода—лабораторный эксперимент.

Развитие электромагнитного метода связано с решением ряда задач: а) с разработкой более эффективных преобразователей движений глаз, основывающихся на индуктивном или взаимоиндуктивном принципе; б) с разработкой способов одновременной регистрации микро- и макродвижений, в) с поиском новых путей крепления регистрирующих устройств к глазному яблоку. Соответствующая модификация электромагнитного метода была предложена В. Лауритисом с соавторами (1977). В их разработке использованы взаимоиндуктивные преобразователи, охваченные обратной связью, которая позволяет расширить диапазон линейности и точности измерителя (по-видимому, автокомпенсаторные измерители являются наиболее перспективными электромагнитными регистраторами движений глаз). Конструктивная особенность методики состоит в том, что к глазному яблоку прикрепляется не катушка индуктивности с выходящими из нее проводами, а один короткозамкнутый виток в виде ферромагнитного или легкого дюралюминиевого кольца. Чувствительная часть преобразователя состоит из нескольких катушек, установленных на оправе специальных очков. При изменении положения глаза с кольцом относительно приемных катушек, в последних наводится ЭДС, которая и регистрируется. Преобразователь не ограничивает движения головы, хотя при необходимости ее фиксации может быть использован зубной слепок. Естественные размеры поля зрения (в отличие от присосочных методик) остаются практически неизменными. Линейности измерений по горизонтали—±15°, по вертикали— ±10°. Точность, или абсолютная погрешность измерителя—не более ±15°.

Описанная методика имеет два существенных преимущества. Во-первых, снабженная специальным преобразователем сигналов движений глаз, она позволяет с высокой точностью регистрировать одновременно и макро-, и микродвижения. Во-вторых, использование кольца, или кольцевой присоски, позволяет существенно (в несколько раз) увеличить время непрерывной регистрации окуломоторной активности, что делает методику релевантной ситуации решения разнообразных практических задач.

Аппаратура, процедура и условия проведения исследований с использованием электромагнитной регистрации движений глаз описаны в работах: Зинченко, Вергилес, 1969; Андреева, Вергилес, Ломов, 1975; Барабанщиков, Белопольский, Вергилес, 1978; Лауритис, Крищунас, Луук, Хуйк, Аллик, 1977; Крищунас, Лауритис, 1977.

Электромагнитный метод регистрации движений глаз был разработан в 60-х годах в США (Robinson, 1963) и в России (Вергилес, 1967) как эффективное средство психофизического и психофизиологического исследования зрительного восприятия и механизмов окуломоторной активности.

Уникальность экспериментов Н. Ю. Вергилеса во многом определяется остроумным использованием возможностей глазной присоски. Последняя может выполнять роль каркаса, несущего разнообразные миниатюрные устройства, например, тахистоскоп или диапроектор (Вергилес, 1967; Зннченко, Вергилес, 1969). Поскольку эти устройства перемещаются вместе с глазом, создаются благоприятные условия для изучения зрительного восприятия объектов при стабилизации их изображения на поверхности сетчатки (Рис. 1.30).

Электроокулография


Рис. 1.30. Конструкция центральной глазной присоски (Вергилес, 1972). 1—вертикальный тубус; 2—горизонтальный тубус; 3—лампа накаливания; 4—диафрагма, определяющая размеры адаптирующего поля; 5—матовый экран; 6—кассета нейтральных и цветовых фильтров; 7—корректирующая 12 линза; 8—полупрозрачное стекло; 9— резиновый баллончик для откачки воздуха; 10—корпус присоски; 11—внутренняя диафрагма; 12—стеклянное окошко.


Как показали исследования, в этой необычной ситуации (в естественных условиях с каждым поворотом глаз происходит соответствующее перемещение ретинального образа) наблюдатели способны решать довольно широкий круг зрительных задач (рассматривание изображения, опознание, поиск, пересчет элементов и др,), хотя движения глаз значительно отличаются от нормальных (за счет преобладания ускоренного дрейфа глаз и уменьшения амплитуды саккад).

В другом исследовании (Андреева, 1972; Андреева, Вергилес, Ломов, 1975) было показано, что при значительном (до 2°) ограничении поля зрения, несмотря на точное соответствие движений глаз контуру предъявленной фигуры, ее опознание не происходит. Это означает, что проприоцепция глазных мышц не является источником информации о перемещениях глаз и/ или не включена в построение зрительного образа. Объясняя характер окуломоторной активности в условиях стабилизации изображения объектов на сетчатке и ограниченного поля зрения, исследователи выдвинули гипотезу, согласно которой глазодвигательная система человека работает по принципу следящего устройства, реагирующего преимущественно на параметры зрительного стимула. Соответственно, в качестве главной функции движений выступает наведение глаз на элемент среды (стимул), значимый для наблюдателя в данный момент. Проявления «построительной» функции ни саккадических (Белопольский, 1978), ни плавных прослеживающих (Барабанщиков, 1978) перемещений глаз не обнаружены.

В выполненной работе принцип следящей системы рассматривается как механизм элементарных движений глаз, специфичный для исходного уровня их регуляции. Более высокие уровни реализуют другой принцип—программирование движений; произвольная программа определяет, в частности, последовательность саккад и локализацию дрейфов (Андреева, Вергилес, Ломов, 1975).

Необходимость эмпирической верификации изложенных представлений вызвало появление нового метода исследования: оптической трансформации зрительной обратной связи ГДС. Устанавливая на глазное яблоко (посредством центральной присоски) различные оптические системы, экспериментатор изменял свойства канала зрительной обратной связи и, как следствие, характер окуломоторной активности (Рис. 1.31).



Рис. 1.31. Схематическое изображение центральных присосок с оптическими системами, обеспечивающими различные виды преобразований ретинального образа. А—увеличение, Б—уменьшение, В—инверсия, Г—изменение ориентации (Барабанщиков, Белопольский, 1984).


Это открыло новые методические возможности изучения механизмов регуляции движений глаз и их роли в процессе зрительного восприятия (Барабанщиков, Белопольский, Вергилес, 1980).

В. И. Белопольский (Белопольский, 1978, 1985; Белопольский, Вергилес, 1979), варьируя величину коэффициента зрительной обратной связи ГДС, определил границы диапазона устойчивости окуломоторной системы, особенности ее адаптивных перестроек в новых условиях и влияние на процесс зрительного восприятия. Процедура варьирования коэффициента зрительной обратной связи (на глаз испытуемого устанавливался миниатюрный телескоп) выступила здесь как метод исследования Динамики функционального поля зрения. Характерные преобразования фиксационного поворота глаз в условиях изменения коэффициента зрительной обратной связи ГДС приведены на рис. 1.32.



Рис. 1.32. Движение глаз (горизонтальная составляющая) в процессе смены точек фиксации. Коэффициент зрительной обратной связи =-0.3 (А) и -2.4 (Б) (Барабанщиков, Белопольский, Вергилес, 1980).


Изменяя знак, и варьируя направление зрительной обратной связи (путем использования миниатюрной призмы Дове, либо системы призм), В. А. Барабанщиков описал необычные паттерны окуломоторной активности, возникающие в данных условиях (Рис. 1.33),



Рис. 1.33. Окулограммы движений глаз в условиях положительной зрительной обратной связи ГДС (Барабанщиков, 1978). А—инверсионный иистагм; Б—плавные синусоидальные колебания глаз (коэффициент зрительной обратной связи - +1).


способы их произвольного контроля и возможности адаптации (Барабанщиков, 1978, 1979, 1983, 1986, 1989).

Методика, позволяющая одновременно варьировать и величину, и знак коэффициента зрительной обратной связи ГДС, апробирована в работах Е. А. Андреевой, К. Е. Басыбековой и Н. К). Вергилеса (Басыбекова, 1987; Басыбекова, Андреева, Вергилес, 1984; Вергилес, Андреева, 1990). В качестве средства преобразования обратной связи использовалась оптическая система из двух положительных короткофокусных линз. Исследование показало, что при малых значениях положительной зрительной обратной связи процесс адаптации глазодвигательной системы происходит в течение очень короткого времени (нескольких минут), причем существует интер- и интрамодальный перенос способов функционирования двигательных компонентов зрительной и мануальной систем.

В. А. Барабанщиков и А. П. Зубко (1979) предложили методику, допускающую амбивалентную зрительную обратную связь: положительную и «нулевую» (стабилизация элементов объекта относительно сетчатки). Они нашли, что способ регуляции движений глаз в данной ситуации определяется особенностями предмета восприятия. Если он стабилизирован относительно сетчатки, наблюдается малоамплитудный дрейф глаз, если инвертирован — нистагм, либо крупноамплитудные синусоидальные колебания.

Безусловно, возможность применения разнообразных оптических устройств, трансформирующих естественные отношения «входа» и «выхода» ГДС, не единственное преимущество электромагнитного («присосочного») метода. Он позволяет регистрировать вергентные движения глаз в процессе чтения (Коренев, 1985), допускает параллельную регистрацию тремора (Гиппенрейтер, Вергилес, Щедровицкий, 1964) или торзионных поворотов глаз (Белопольский, Вергилес, 1990), измерение перемещений головы (при относительно жесткой фиксации позы) и рук (Андреева, Вергилес, Ломов, 1975), несет возможность оптической стабилизации окружающих наблюдателя объектов (Барабанщиков, Белопольский, Вергилес, 1980), используется при изучении как индивидуальной, так и совместной деятельности наблюдателей (Грудзинскас, 1978), причем не только в специальных лабораторных, но и в полевых условиях (Белопольский, Вергилес, 1987, 1988).

Существенные ограничения рассмотренной разновидности электромагнитного метода (короткое время эксперимента, жесткая фиксация головы наблюдателя, невозможность измерения движения закрытых глаз и некоторые другие) сравнительно легко преодолеваются в тех модификациях, которые предполагают использование контактного кольца (Крищунас, Лауритис; Лауритис, Крищунас, 1977).

Так, Т. М. Буякас и Т. М. Федорова (1981, 1984), применяя данный метод, описали паттерны движений закрытых глаз и их связь с функциональной загруженностью оператора и ходом решения задачи. Гипотеза о том, что в основе выявленных паттернов движений лежат различия внутреннего усилия субъекта, получила эмпирическое подтверждение в работе Т. М. Буякас, В. А. Михеева, А. А. Пономаренко (1985). Они показали, что индикатором степени внутреннего усилия, или концентрации внимания, является мера подавления быстрых движений глаз: чем больше выражен дрейфовый компонент, тем выше внутреннее усилие. Эта закономерность сохраняется и в случае измененных состояний сознания, в частности, при медитации (Буякас, Михеев, 1987) (Рис. 1.34).



Рис. 1.34. Смена режима движения закрытых глаз с началом медитации (Буякас, Михеев, 1987). В/Г—вертикальные и горизонтальные составляющие движений правого и левого глаза; 0—нулевой уровень горизонтали и вертикали; Iр и IIр—режимы движений закрытых глаз.


Особенности регистрации вергентных движений глаз при восприятии иллюзии обоев описаны в работе А. Д. Логвиненко, А. И. Назарова, Т. М. Сокольской и Б. Г. Мещерякова (1980).

Таким образом, электромагнитный метод регистрации движений глаз также имеет широкий круг возможностей изучения механизмов окуломоторной активности, ее связей с процессом зрительного восприятия, состоянием и деятельностью человека. Он позволяет измерять параметры макро- и микродвиженнй глаз в условиях моно- и бинокулярного восприятия как на свету, так и в темноте (при закрытых веках), демонстрирует высокую «разрешающую способность», большой диапазон линейности, возможность быстро переходить от одного масштаба измерений к другому, допускает использование специализированных устройств трансформации зрительного «входа» и, соответственно, исследование преобразованных форм окуломоторной активности. Именно с последним связаны главные достижения исследований, в которых применялась электромагнитная регистрация. Искусственное изменение оптических свойств глаза ведет к развертыванию автоматизированных процессов решения зрительных задач, которые в обычных условиях протекают в очень короткие интервалы времени и плохо поддаются психологическому анализу. Последовательное сокращение объема движений и исчезновение неспецифических форм окуломоторной активности в ходе повторного решения зрительных задач становится индикатором адаптации ГДС и зрительного процесса в целом. Вероятно, данный метод имеет и наибольшую перспективу развития. Во всяком случае, он наиболее подготовлен в плане компьютерной обработки и преобразований выходного сигнала.

Общая характеристика исследований глазодвигательной активности человека



Окуломоторная активность является необходимым компонентом психических процессов, связанных с получением, преобразованием и использованием зрительной информации, а также состояний и деятельности человека. Поэтому, регистрируя и анализируя движения глаз, исследователь получает доступ к скрытым (внутренним) формам активности, которые обычно протекают в свернутой форме исключительно быстро и неосознанно. Как показывают исследования, по характеру движений глаз можно определить:

—направленность взора и динамику оперативного поля зрения;

— стратегии прослеживания движущегося объекта и сканирования воспринимаемых сцен;

—информационную сложность объекта и точность фиксации его элементов;

—зоны поиска и «проигрывания» вариантов решения наглядно-действенных задач;

—структурные единицы деятельности и уровень сформированности действия (прежде всего перцептивного);

—состояния сознания;

—уровень развития зрительных функций на разных стадиях онтогенеза;

— эффективность решения оперативных задач и/или исполнения отдельных этапов практической деятельности;

—деструкции познавательных процессов человека и другие.

В отличие от самоотчета или наблюдения за движениями глаз окулография дает не только непрерывную, достоверную, детализированную, но и качественно иную информацию об изучаемых явлениях. Это один из наиболее чувствительных индикаторов динамики познавательного процесса и форм взаимодействия человека с окружающим миром.

Несмотря на кажущуюся простоту и однозначность, связь познавательных процессов и деятельности с окуломоторной активностью является исключительно сложной, многократно опосредствованной и изменчивой. Ее содержание составляет самостоятельную проблему исследования, которая может быть сформулирована в виде трех вопросов:

1. Каковы механизмы регуляции (построения) движений глаз в процессах познания и деятельности человека?

2. Какую роль играет окуломоторная активность в этих процессах?

3. Индикатором каких проявлений познания и деятельности человека (в норме и патологии) служат характеристики движений глаз?

Данная проблема выступает как комплексная, объединяющая представителей разных специальностей (психологов, физиологов, инженеров, программистов, оптиков, медиков и искусствоведов), а ее разработка поддерживается не только собственными потребностями науки, но и запросами практики: эргономики, офтальмологии, психиатрии, радиологии, инженерной психологии и др. По своему научно-практическому потенциалу это «точка роста» нового знания и исследовательских технологий.

Современное состояние проблемы характеризуется не только многообразием изучаемых явлений (их сторон, планов, измерений), но и неравномерностью их проработки. Большое внимание уделяется анализу движений глаз в процессах поиска, обнаружения, опознания и прослеживания значимого элемента среды, рассматривания сюжетных изображений, выполнения сложных зрительных и интеллектуальных задач. Наиболее частым предметом исследования оказываются окуломоторные структуры, включающие макросаккады и дрейф (либо прослеживающие движения); плохо изучены тремор, вергентные и торзионные движения. В качестве контролируемых параметров обычно выступают относительная позиция глаза в орбите, последовательность (маршруты) и продолжительность зрительных фиксаций; амплитуда и частота саккад; векторная скорость и амплитуда дрейфа и плавных прослеживаний; частота, амплитуда и направление различных форм нистагма (физиологического, оптокинетического, инверсионного и др.), причем в каждом отдельном исследовании оценивается не более двух-трех параметров. Многомерное, или «объемное», описание окуломоторной активности, включающей все или большинство видов движений глаз, остается пока недостижимой мечтой. Наконец, фрагментарен объект исследования, который составляют нормальные взрослые (от 18 до 50 лет), дети (от двухнедельного возраста), а также больные с нарушением окуломоторной активности различного анамнеза.

Практически ориентированные исследования концентрируются вокруг трех тем.

(1) Анализ и организация конкретных видов операторского труда, связанного с управлением сложными технологическими объектами (АСУ, транспортные средства и т.п.); методы окулографии позволяют осуществить контроль за обучением специалистов, дать критерии оценки систем отображения информации и эффективности операторской деятельности.

(2) Диагностика психических заболеваний, мозговых поражений, состояния зрительных функций и окуломоторного аппарата; методы окулографии дают возможность установить «окуломоторные» симптомы нарушений познавательных процессов и деятельности.

(3) Коррекция развития и формирования познавательных действий; методы окулографии обеспечивают мониторинг стратегий решения зрительных, мнемических и интеллектуальных задач. Хотя объем прикладных исследований движений глаз сравнительно мал, область их применения постепенно расширяется (за счет включения новых сторон практики), методы регистрации становятся все более точными и удобными (как для экспериментатора, так и для испытуемого), а связь прикладных исследований с фундаментальными (через взаимный обмен методическими приемами, данными, концептуальными представлениями) становится все более тесной.

Функциональная организация окуломоторной активности несет отпечаток многообразия связей и отношений движений глаз, и, в зависимости от контекста исследования, становится индикатором разных аспектов познавательного процесса или деятельности человека. В плане субъект-объектного взаимодействия—это, например, стратегия и тактика решения наглядно-действенных задач, выработка или восстановление перцептивного навыка; в плане внутренних условий—структура взаимодействия мотивационного, диспозиционного, когнитивного и моторного (исполнительного) компонентов познавательного процесса; в плане зрительного образа—динамика стадий н фаз его развертывания. Соответственно эффективность метода регистрации движений глаз как индикатора психических процессов (состояний, деятельности) зависит от того, насколько полно в конкретном исследовании учитывается вся совокупность их связей и опосредствовании.

Как мы убедились, универсального метода окулографии, пригодного для решения любых задач, относящихся к проблеме движений глаз, не существует. Каждый из рассмотренных методов обладает ограниченными возможностями (точностью и диапазоном линейности измерений, трудоемкостью регистрации и анализа данных, удобством для испытуемого и влиянием на выполняемую им деятельность, сочетаемостью с другими методами исследования, надежностью получаемых данных и др.), имеет как достоинства, так и недостатки и обеспечивает решение вполне определенного класса исследовательских и/или практических задач. За каждым из них стоят конкретные предметные представления и констелляции проблем, которые становятся источником специальных методов исследования окуломоторной активности, зрительного восприятия и деятельности (таких как, например, трансформация зрительной обратной связи или фиксационный оптокинетический нистагм).

Вместе с тем, рассмотренные методы неравнозначны. С точки зрения возможностей развития, наиболее перспективными представляются те, которые обеспечивают преобразование глазодвигательной активности в электрический сигнал (электроокулография, электромагнитный и фотоэлектрический методы). Это—необходимое условие создания (на основе компьютера) высокоавтоматизированных комплексов регистрации глазодвигательной активности и анализа данных. Как показывает опыт зарубежных исследований (Барабанщиков, 1987; Fisher, Monty, genders, 1981; Groner, Mentz, Fisher, Monty, 1983; Gale, Johnson, 1984; Levy-Schoen, O’Regan, 1987; G. Luer et al., 1988 и ДР-)» создание таких комплексов позволит не просто повысить точность и увеличить диапазон линейности измерения движений глаз, учесть индивидуальные характеристики глазного яблока, упростить процедуры калибровки и обработки данных, но и изменить методический строй исследований, при котором основной акцент с техники (средств) регистрации смещается на ее программное обеспечение. Активное использование компьютера изменило бы и место процедуры регистрации движений глаз в структуре экспериментального исследования; от прерогативы узких специалистов, владеющих техническими средствами регистрации и соответствующими навыками, она могла бы войти «в обойму» стандартных методов и использоваться максимально широким кругом исследователей и практиков. Это, в свою очередь, создало бы предпосылки изменения общей стратегии научного познания свойств, функций и закономерностей движений глаз, ориентированной не только на хорошо выраженные, «первичные» особенности системы регуляции движений глаз, но и на неочевидные, «вторичные» свойства, выявление которых требует больших массивов данных.

Безусловно, развертыванию более широкого фронта работ в данной области способствовало бы и промышленное производство устройств или автоматизированных комплексов регистрации и оценки параметров окуломоторной активности (в настоящее время большинство установок сконструировано руками самих экспериментаторов и существует в одной-двух экземплярах).

Необходимо иметь в виду, однако, что использование новых методических средств и способов исследования, само по себе еще не ведет к раскрытию механизмов и функций движений глаз в процессах познания и деятельности. Последнее требует преобразований концептуальной базы, в частности, новых представлений об организации окуломоторной активности, которые пока не эксплицированы. Поскольку общая тенденция развития проблемы предполагает все более полную спецификацию связей и опосредствований моторики и соответствующих параметров перцепции, перспектива использования методов окулографии в психологии лежит на пути не столько повышения их точности, надежности и удобства, сколько модификации самого методического принципа: создание средств, учитывающих многозначность отношений позиции (направленности) или перемещений глаз с другими проявлениями познавательных процессов и деятельности человека.

За последние десятилетия российская наука накопила серьезный методический потенциал, ориентированный на решение проблем природы познавательных процессов и деятельности человека. По всем основным параметрам (конструкторским идеям, точности и линейности измерений, предоставленным возможностям и др.) существующие разработки систем регистрации и исследования движений глаз вполне сопоставимы с современными зарубежными аналогами. За исключением одного: применения компьютера на линии эксперимента. Хотелось бы надеяться, что этот недостаток будет преодолен уже в самое ближайшее время.

----

Статья из книги: Окуломоторные структуры восприятия | Барабанщиков В.А.

Возможно, Вам будет интересно

Поделитесь своим мнением. Оставьте комментарий

Автору будет приятно узнать обратную связь о своём посте.

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent

Комментариев 1

  1. Саша
    + -
    0
    Саша 27 ноября 2015 07:41
    Прекрасная статья! Ей место в википедии.