Анализаторы человека

      Человек как элемент системы  «Человек – Среда  обитания»

      Физиологические характеристики человека 

       Анализаторы

       Связь со средой обитания у человека как  и у всех живых существ осуществляется через анализаторы, поэтому при  рассмотрении вопросов безопасности жизнедеятельности, создания безопасных условий труда необходимо учитывать характеристики этих анализаторов.

       Анализаторы - система специализированных нервных образований, которые воспринимают явления в окружающем мире и внутри организма и обрабатывают полученную информацию.

       Анализатор - более широкое понятие, чем «орган чувств». В анализатор входят как  периферические рецепторы, так и  весь проводящий путь нервных сигналов, включая и ту область коры головного  мозга, куда они поступают.

       Анализатор  состоит из рецептора, проводящих нервных путей и мозгового конца. Путь нервного импульса от воспринимающего нервного образования (рецептора) через ЦНС (центральную нервную систему) до окончания в действующем органе называется рефлекторной дугой (рис. 1). 
 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Различные виды анализаторов в виде схемы представлены на рис. 2. 

       

     

     Рис. 2

 

       Характеристики  анализаторов

       Органы  чувств человека, как известно, воспринимают только те раздражители, которые лежат  в пределах диапазона, ограниченного их чувствительностью; они способны дифференцировать сигналы лишь тогда, когда различие между ними достигает определенного уровня. Таким образом, важнейшими характеристиками анализаторов являются:

• пороги чувствительности (верхний и нижний);
• порог различения, или дифференциальный порог.

       Нижний (абсолютный) порог  ощущения - минимальная интенсивность физического раздражителя, при достижении и превышении которой появляется его ощущение.

       Если  интенсивность раздражителя, превысив абсолютный порог, будет продолжать увеличиваться, то после достижения им некоторого предельного значения адекватное ощущение сигнала станет уже невозможным.

       Верхний порог ощущения - максимальная интенсивность раздражителя, при котором еще сохраняется его адекватное (специфическое) восприятие.  Например, при превышении верхнего порога ощущения звука он перестает восприниматься как звук - ощущается боль, при дальнейшем превышении возможно разрушение периферийной части анализатора (разрыв барабанной перепонки).

       По  нижнему порогу ощущения судят об абсолютной чувствительности анализатора относительно данного раздражителя. Количественно чувствительность (Е₀) анализатора по отношению к данному раздражителю принято выражать как величину, обратную интенсивности абсолютного порога (I₀) этого раздражителя: 

      Е₀ =

       Кроме нижнего и верхнего порога, в психофизике  используется понятие дифференциального порога DI ощущения, или порога различения.

       Дифференциальный  порог (порог различения) - это минимальное различие интенсивности двух раздражителей, которое возможно распознать по разнице в ощущениях.

Основные  психофизические  законы восприятия

       Закон Вебера-Фехнера. Непосредственной основой развития психофизики явились работы немецкого психофизика Э.Г. Вебера, который, изучая связь между интенсивностью физического раздражителя (света, звука, давления на кожу груза) и его ощущением, в 30-х годах прошлого века обнаружил, что ощущения у человека увеличиваются пропорционально не абсолютному приросту интенсивности раздражителя, а его относительному приросту. На основе этих наблюдений Э.Г. Вебер вывел следующий закон, названный его именем: 

                                                                                                 

      где J - интенсивность исходного раздражителя,

            - минимально различимое приращение интенсивности раздражителя (дифференциальный порог различения).

       Действие  этого закона можно проиллюстрировать  следующим образом. Если световой раздражитель имеет исходную интенсивность J₀ = 100 кандел, то, чтобы ощутить прирост интенсивности света, нужно увеличить ее минимум на  = 1 канделу. Если же исходная интенсивность составляет J₀^* = 1000 свечей, то, чтобы ощутить прирост интенсивности сигнала, ее надо увеличить минимум на ^* кандел. Таким образом, для световых сигналов отношение ; для звуковых раздражителей оно оказалось равным 0,1. Справедливость этого закона подтверждается, главным образом, при средних интенсивностях раздражителей.

       Исходя  из закона Э.Г. Вебера, Г.Т. Фехнер, физик  и философ XIX в., выражая приращения интенсивности раздражителя и приращения ощущения в дифференциалах, вывел следующую зависимость:

                                                                                            

      означавшую, что минимальное приращение ощущения (dE) над абсолютным порогом (J₀) пропорционально (k - коэффициент пропорциональности) относительному приращению интенсивности раздражителя Интегрируя это уравнение, он получил формулу, связывающую величину ощущения (Е) с интенсивностью раздражителя (J): 

                                  Е = k(1nJ - C).                                                  

     Для исключения из формулы постоянной интегрирования С Фехнер допустил, что при величине раздражителя, равной абсолютному порогу (т.е. при J = J₀), ощущение Е = 0. В таком случае из последней формулы следует, что С = lnJ₀.

       Подставляя  в нее полученное значение С, он пришел к формуле: 

                                          E = k(InJ - InJ₀).                                           

       Установленная зависимость получила наименование основного психофизического закона Вебера - Фехнера. Из этого закона следует, что с увеличением интенсивности раздражителя величина его ощущения растет значительно медленнее, чем сам раздражитель - по логарифмическому закону (если интенсивность раздражителя возрастает в 100, в 1000 раз, то величина ощущения по закону натурального логарифма увеличивается соответственно в ~ 4,6, в ~ 6,9 раза).

       Закон Стивенса. Следует отметить, что закон Вебера - Фехнера  справедлив только при средних значениях интенсивностей раздражителей. Вблизи пороговых значений сигнала он не дает достаточно точных соответствий.

         В 50-х годах нашего столетия, с разработкой более прямых и точных методов измерения ощущений, С.Стивенсом (S.Stevens) были получены экспериментальные данные, указывающие на то, что связь между интенсивностью стимула и величиной его ощущения правильнее описывать не логарифмической, а степенной зависимостью следующего вида: 

                                        E = k (J - J₀) ⁿ,                                                    

      где k - константа, n - показатель, который определяется экспериментально, обусловлен видом раздражителя и изменяется в пределах от 0,2 до 3,5.

       При интенсивности раздражителя, равной значению абсолютного порога, ощущение падает до нуля. Отличие формулы С.Стивенса заключается в том, что она предполагает у отдельных раздражителей (для которых n = 1) существование линейной связи между увеличением интенсивности сигнала и уровнем его ощущения, а для целого ряда раздражителей (с n > 1) - возможность значительно более быстрого роста ощущения, по сравнению с ростом интенсивности раздражителя. Так, если при восприятии яркости, громкости, запахов значение n колеблется в пределах 0,2 - 0,6, а рост величины ощущений, как в законе Вебера - Фехнера, отстает от роста интенсивности соответствующих раздражителей, то при восприятии отдельных раздражителей, например сигналов электрического тока, когда n =3,5, рост ощущений в несколько раз опережает рост интенсивности воздействующего сигнала. 

Характеристики  анализаторов человека

      Мы  познакомились с важнейшими общими характеристиками анализаторов, такими как пороги чувствительности, порог различения, или дифференциальный порог. Рассмотрим подробнее  отдельные виды анализаторов.

      Зрительный  анализатор.  Зрение имеет для человека первостепенное значение. Зрительный анализатор позволяет получить представление о предмете, его цвете, форме, величине, о том, находится ли предмет в движении или покое, о расстоянии его от нас, потенциальной опасности, которую он несет.

      Зрительное  восприятие начинается с фотохимического  процесса. Под влиянием света вещества, находящиеся между наружным слоем  сетчатки и сосудистой оболочкой, разлагаются, возбуждая окончания нервных элементов глаза. При этом в соответствующей зоне головного мозга возникает зрительный образ. Кора мозга синтезирует детали зрительного акта и определяет наше отношение к зрительному образу.

        Зрительный анализатор человека  воспринимает электромагнитное  излучение с длиною волн в  диапазоне от 0,38 мкм до 0,76 мкм. 

      Непосредственно наш глаз реагирует на яркость, которая представляет отношение силы света (измеряемой в канделах – кд), излучаемой данной поверхностью, к площади этой поверхности. Яркость, таким образом,  измеряется в кд/м². При очень больших яркостях (более 30000 кд/м²) возникает эффект ослепления. Гигиенически приемлема яркость до 5000 кд/м².

        

      Рис.3. Спектральная чувствительность глаза

      Важнейшими  характеристиками зрительного анализатора  являются световая, контрастная и  цветовая чувствительности.

      Световая  чувствительность. Световая чувствительность различна для различных областей видимого спектра и принимается за единицу при длине волны равной 0,555 мкм. Диапазон чувствительности по яркости весьма велик. Так, нижний порог чувствительности соответствует всего нескольким квантам света, а верхний, при котором создается эффект ослепленности, равен приблизительно 3×10⁴ кд/м² .

      Контрастная чувствительность определяет степень воспринимаемого различия между двумя яркостями, разделенными в пространстве или времени, т.е. позволяет ответить на вопрос, насколько объект должен отличаться по яркости от фона, чтобы его было видно. Контрастная чувствительность зависит от яркости фона, площади сигнала, его длительности.

        Цветовая чувствительность. Глаз различает семь основных цветов и более сотни их оттенков. Оптический анализатор включает два типа рецепторов: колбочки и палочки. Первые являются аппаратами хроматического (цветового)  зрения, вторые – ахроматического (черно-белого). При равенстве энергии воздействующих волн различия их длин ощущается как различия в цвете источников света или поверхностей предметов, которые его отражают. Зрительный анализатор обладает определенной спектральной чувствительностью, которая характеризуется относительной видимостью монохроматического излучения, большая видимость днем соответствует желто-оранжевой части спектра, а ночью или в сумерках  -  зелено-голубой.  Спектральная чувствительность человеческого глаза показана на рис. 3.

      При длине волны 0,555 мкм достигается, таким образом, максимум чувствительности зрительного анализатора. Эта особенность  зрения учитывается при проектировании средств обеспечения безопасности или предметов, которые должны легко обнаруживаться (например, одежда дорожных рабочих, костюм космонавта, «черный ящик» самолета). 

      Острота зрения. При оценке восприятия пространственных характеристик основным понятием является острота зрения, которая характеризуется минимальным углом, под которым две точки видны как раздельные. Острота зрения зависит от освещенности, контрастности, формы объекта и других факторов. С увеличением освещенности, острота зрения возрастает. При уменьшении контрастности острота зрения снижается. Острота зрения зависит также от места проекции изображения на сетчатке глаза.