Исследования зрительной деятельности человека

Ю. Б. Гиппенрейтер, Г. Л. Пик

Проблема участия зрения в двигательных актах имеет несколько аспектов. Первый из них связан с существованием «внешнего кольца» управления движениями. Обширный класс движений строится и первоначально осуществляется под зрительным контролем — например, многие движения уровня С, по Н. А. Бернштейну. По мере автоматизации таких движений их управление переходит на «внутреннее кольцо», замыкающееся через мышечную проприоцепцию. Хорошо известными примерами движений, прошедших такую историю, являются протягивания руки в темноте к выключателю или подпись, которую мы можем ставить, не глядя на руку. Понятно, что чистые случаи движений, афферентируемых только зрительно или только проприоцептивно, являются довольно редкими и основную массу профессионально-трудовых, спортивных, бытовых и др. движений составляют промежуточные случаи. В отношении их целесообразно говорить об относительной роли или удельном весе зрительных компонентов в общем афферентном потоке, обслуживающем управление движением.

Другой аспект той же проблемы связан с использованием в двигательных задачах зрительных образов внешнего пространства или зрительных пространственных представлений. По зрительным представлениям совершаются, например, движения, цель которых — воспроизвести метрические или пространственные свойства знакомого, но отсутствующего в данный момент объекта. Так, мы можем с большим или меньшим успехом начертить линию в 10 см, используя эталон, хранящийся в долговременной памяти. При некоторых движениях зрительные представления хорошо регистрируются самонаблюдением, например, когда мы в темноте передвигаемся по собственному дому. В других случаях их присутствие субъективно менее очевидно, хотя может быть обнаружено объективными методами. Один из таких методов основан на «разведении» фактического и зрительно воспринимаемого положений источника звука при задаче указать его местоположение. Используя этот прием, Г. Пик и др. (1969) показали, что испытуемые локализуют звук где-то между истинным и видимым положениями источника, причем степень отклонения в сторону видимого положения различна у разных испытуемых. Этот пример также показывает различную степень включения зрительных компонентов в образ пространства, опосредствующего движение.

Наконец, последний аспект, который мы хотели бы выделить, относится преимущественно к движениям, обслуживающим восприятие. Если при выключенном зрении ощупывать предмет, то возникающий образ его будет частично переводиться в зрительную модальность. Об этом говорит-хотя бы тот факт, что мы можем затем довольно успешно зрительно опознать тот же предмет, не прибегая к ощупыванию. Следовательно, зрение вовлекается и в гаптический двигательный процесс.

Подводя итоги, можно сказать, что проблема участия зрения в движениях имеет как качественную, так и количественную сторону. Зрение поставляет сигналы рассогласования, на основании которых производятся текущие коррекции движений; оно участвует в программировании движений либо через реальную зрительную стимуляцию, либо через образы-представления; оно может выступать, наконец, как «заказчик», использующий продукт движений в перцептивных целях. Разнообразные факты показывают, что во всех перечисленных случаях зрение может частично, а иногда и целиком передавать свои функции другим перцептивным модальностям. Главным таким помощником, заместителем или конкурентом зрения является, безусловно, мышечная проприо-цепция, хотя на ее месте может оказаться слух, осязание и т. п. Таким образом, при изучении механизмов формирования, осуществления, перестроек и т. п. движений большое значение приобретает вопрос о степени включенности или степени задействованное™ зрения в двигательный процесс. Однако строгое исследование этого вопроса тормозится из-за отсутствия объективных показателей степени активности зрительной системы.

Как раз в связи с последней методической проблемой недавно начал исследоваться фиксационный оптокинетический нистагм (ФОКН; Гиппенрейтер, Романов, 1968, 1970; Романов, 1971). Результаты исследований позволили предположить, что свойства ФОКН непосредственно связаны со степенью внутренней зрительной активности и могут использо-иаться как ее объективные показатели.

В настоящей работе была сделана попытка распространить исследование ФОКН на новый класс задач — движения руки. Целью работы было выяснить, реагирует ли ФОКН на меру участия зрения в двигательных актах.

Методика

Во всех экспериментах для регистрации движений    глаз использовалась методика А. Л. Ярбуса (1965) — боковая присоска помещалась на анестезированную    роговицу    правого глаза. Луч света отражался от зеркальца, приклепленного к присоске, на ленту фотокимографа. С помощью этой системы движения глаза, равные 1 угл. мин, записывались на 1 мм бумаги. Благодаря дополнительной системе отражения луча с помощью зеркал, расположенных по эллиптической    дуге, микродвижения глаз  регистрировались даже в присутствии относительно больших саккадических движений. ФОКН записывался при бинокулярной фиксации неподвижной точки на движущемся фоне, образованном вертикальными черно-белыми полосами, движущимися   в горизонтальном   направлении со скоростью 14 град/сек. Эти полосы проецировались на экран размером 180x135 см, находящийся на расстоянии 110 см от     испытуемого;    угловые     размеры    экрана   составляли 79X63°. Размер каждой (черной и белой)    полосы    был равен 10 см, что соответствовало примерно 5°. Всего на экране одновременно находилось 9 черных и 9 белых полос.

В опытах участвовало 4 испытуемых, однако по техническим причинам оказалось возможным обработать записи только двух из них. Одна из этих испытуемых была специалистом-психологом и одна имела среднее образование.

Во всех экспериментах испытуемый производил какое-либо движение рукой, не глядя на руку; как уже говорилось, он непрерывно фиксировал точку, находящуюся в центре экрана, но которому двигались полосы.

Работа состоит из двух серий. В первой серии использовалось простое однотипное движение — линейные поступательные и возвратные перемещения руки. Варьировались условия, меняющие тип афферентации этого движения. Во второй серии были взяты более сложные графические движения. Главное сравнение здесь шло по линии более и менее автоматизированных движений письма. Остановимся на частных особенностях методики каждой серии.

Первая серия. Главными задачами здесь были движения руки между перегородками и движения по зрительному эта- ,| лону. Помимо основных были введены две «промежуточные».;! задачи: в одной из них испытуемый должен был повторять'! движения по двигательной памяти,  в другой — воспроизво-;| дить расстояния по зрительной памяти.  Все четыре задачи! можно было упорядочить по степени предполагаемого учас-f тия зрения: наименее «зрительной»    представлялась    задача! «движения между перегородками» (условие I), за ней «движения по двигательной памяти» (условие II) ', затем «движения по зрительной памяти» (условие III) и, наконец, «движения по зрительному эталону» (условие IV). Если бы ФОКН действительно реагировал на меру участия зрения в движениях, то можно было бы ожидать упорядоченных изменений его параметров соответственно предполагаемому нарастанию «степени зрительности» описанных задач.

Детали каждого из перечисленных условий были следующими. Зрительная длина задавалась с помощь пары точек, проецировавшихся на экране по обе стороны от точки фиксации. Расстояние между двумя крайними точками варьировало от 4 до 12 см, что соответствовало диапазону от 2 до 6°. Когда зрительная длина воспроизводилась по памяти, эталон (такая же пара точек)    предъявлялся   в течение    примерно

5          сек и затем выключался. Движения по двигательной памяти

состояли в том, что испытуемый задавал себе эталонное дви

жение и затем пытался его в точности повторить. При дви

жениях между перегородками испытуемый вовсе не заботился

06        амплитуде движения:  она определялась    механическими

ограничителями.

Во всех условиях испытуемого просили повторять движение туда и обратно до тех пор, пока экспериментатор не даст сигнал к остановке. Обычно он успевал к этому времени произвести от 10 до 20 полных циклов движения руки. В каждом 3—4-минутном опыте использовалось два из четырех перечисленных условий. В течение всей серии каждое условие повторялось, по крайней мере, в двух опытах с каждым испытуемым.

Во всех опытах этой серии движения   руки   испытуемого выражались в движениях карандаша, конец которого помещался в прорези горизонтальной поверхности. Прорезь имела максимальный размер 30 см; она находилась против правой j руки испытуемого   и была    параллельна    его   фронтальной | плоскости. Дно прорези представляло собой поверхность реостата, а карандаш — контакт, движение которого меняло напряжение на выходе. Изменение напряжения переводилось в перемещение луча, фокусировавшегося на ту же щель фото-кимографа, что и луч от зеркальца присоски. Таким образом, обеспечивалась синхронная регистрация на одной и той же ленте движений глаза и руки.

Вторая серия. Во второй серии проводилось сравнение между повторяющимся воспроизведением испытуемым его собственной подписи и написанием заглавными печатными буквами простых, слов на иностранном языке. Предполагалось, что вторая задача связана с большей визуализацией букв, т. е. программы движений, чем первая.

В каждом опыте данной серии испытуемые в течение половины времени многократно воспроизводили подпись и в течение другой половины писали заглавными печатными буквами знакомые иностранные слова типа: EIN, ZWEI, DREI или ONE, TWO, THREE. Конечно, порядок этих задач в различных опытах менялся. Испытуемому предлагали писать в естественном для них темпе. Движения письма регистрировались на специальном фотокимографе (манографе) с помощью светового карандаша. Эта регистрация была организована так, что позволяла получать как пространственную, так и временную развертку графических движений. Синхронизированный отметчик времени делал отметки одновременно на ручной и глазной записях, что позволяло в дальнейшем сопоставлять обе записи с точностью до периодов написания отдельных букв и даже отдельных элементов букв. В начале и часто в конце опыта записывался «фоновый» ФОКН, т. е. ФОКН при фиксации неподвижной точки без дополнительной двигательной задачи. По крайней мере, две, а обычно четыре таких 3—4-минутных пробы проводились с каждым испытуемым.

Результаты   и их обсуждение

Первая серия. Обработка результатов этой серии состояла прежде всего в подсчете средних значений основных параметров ФОКН: t, v и / медленных фаз. Очевидно, что из названных величин только две являются независимыми переменными, третья же — производной от них. Однако мы не инали заранее, какие именно параметры ФОКН будут реагировать на изменение вида движения, поэтому обрабатывали каждый из них в отдельности.

Предварительный анализ результатов обнаружил динамику ФОКН внутри условий, т. е. движений одного вида по мере их повторения. Как уже говорилось, в каждой отдельной пробе испытуемый производил не одно, а серию движений, всего не менее 10 циклов. Поэтому мы могли подсчитывать средние по циклам, относящимся отдельно к началу и к концу  серии  движений.   С  этой  целью   были  выбраны   1—3 и о—10 циклы руки.

Сравнение ФОКИ между первыми и последними циклами руки представляло специальный интерес. Известно, что повторение движения независимо от его первоначальной афферен-тации связано с переходом контроля этого движения на мышечную проприоцепцию. Таким образом, изменения ФОКН внутри условий можно было интерпретировать как его реакцию на динамику афферентации движений руки.

Результаты описываемой серии ныли обработаны также дополнительными способами. Один из них состоял в подсчете количества циклов ФОКН на один цикл движения руки: как уже говорилось, во всех

опытах испытуемые выбирали   Лро-   Рис.   3.   Количество  циклов невольный   темп   движения    руки;

ФОКН  на  один  цикл  руки

фактически он был разным в разных ПРИ ра31™хя У™ях (пер" условиях.

На рис. 3 представлены графики

относительной частоты ФОКН при разных условиях для каждого испытуемого. Снова видно, что явно зрительное IV условие отличается от остальных: относительная частота ФОКН здесь заметно меньше, чем в других условиях, где различия либо отсутствуют, либо менее значительны. Качественный анализ одновременных записей руки и глаза дал возможность понять причину последнего факта. Вместе с тем он обнаружил новую замечательную особенность ФОКН.

Обратимся к рис. 4, на котором приведены образцы синхронных записей движений руки и глаза в двух крайних усло-пиях: IV (зрительном) и I (чисто двигательном). На первой записи а видно, что медленные фазы ФОКН, как правило, продолжаются в период движения руки и прерываются скачком при его завершении, т. е. когда рука достигает одной из крайних позиций (на записи им соответствуют min и max синусоиды). В отличие от этого скачки на второй записи б наблюдаются в случайных местах синусоиды и часто именно в периоды движения руки.

Напрашивается следующее объяснение описанного факта. В условии IV, т. е. при движении по зрительному эталону, глаз непрерывно «следит» за рукой, чтобы дозировать амплитуду ее движения. Непрерывность зрительного контроля выражается в непрерывности медленных фаз ФОКИ. По завершении движения или более крупной его «порции» (2—3 полупериода руки) зрительный контроль прерывается. Это выражается в быстрой фазе — скачке ФОКН. В I условии зрение не участвует в организации движения руки. Соответственно фазы ФОКН не привязаны к периодам этого движения.

Описанный факт позволил по-новому взглянуть на связь ФОКН со зрительно контролируемой деятельностью. Однако прежде чем изложить этот новый взгляд, опишем результаты второй серии.

Вторая серия. Как уже говорилось, техника регистрации графических движений позволяла в дальнейшем привязать записи этих движений к циклам ФОКН с большой точностью. На рис. 5—8 представлены образцы участков ФОКН, соответствующие периодам написания иностранных слов печатными буквами (рис. 5—7) и повторяющейся подписи (рис. 8). На каждой записи в рамке приведено соответствующее слово так, как оно было написано испытуемым; ниже указаны периоды написания отдельных букв этого слова.

Первый бросающийся в глаза факт состоит в том, что каждому скачку ФОКН соответствует определенное событие в руке. Как правило, это завершение одного и начало другого графического элемента: слова, буквы или части буквы. В обратном направлении это правило не действует: окончание не каждой буквы, тем более не каждого элемента буквы сопровождается скачком. В результате два соседних скачка (и дрейф между ними) отделяют более крупные блоки или «единицы» движения. Величина этих единиц чрезвычайно варьирует: от целого слова до части буквы и даже остановки руки перед буквой (или ее частью). В случае подписи обнаруживается отчетливая тенденция к укрупнению единиц: их составляет либо половина подписи, либо вся подпись целиком.

В отношении скорости медленных фаз определенных закономерностей не наблюдается: при печатных буквах    она не меньше, чем при подписи. Скорость варьирует, иногда очень заметно, в пределах одного дреифа

Интересный  дополнительный материал был неожиданно получен в опытах с исп. 1. Это испытуемая при написании иностранных слов время от времени забывала, как пишется определенная буква4. На рис. 7 приведен отрывок опыта, где это случилось дважды:  в слове «sieben» испытуемая  не  смогла  сразу  вспомнить, как пишутся буквы S и N. Об этом  она сообщила в конце опыта; это же отразилось на написании букв   (см. рис. 7). Анализ временной    развертки написания слова совместно с ФОКН показывает,   что   на   описанные моменты затруднений ФОКН. «реагирует» специфическим образом, появляются частые короткие циклы с большой скоростью медленных фаз. Каждый дрейф приходится на очень дробный элемент

Непрерывность дрейфов при подписи можно объяснить тем, что зрительная афферентация этих движений не только ослаблена (за счет мышечной проприоцепции), но и недетали-зована. Если глаз и «следит» за рукой, то только как за целостным движением, «привязанным» к внешнему пространству 5; забота о деталях этого движения передана мышечной проприоцепции. Другую ситуацию представляет написа-; ние иностранных слов. Очень вероятно, что у наших испытуемых отсутствовали слитные двигательные образы этих слов. По ходу их воспроизведения они должны были зрительно планировать отдельные элементы слов или отдельных букв. Отдельные циклы ФОКН и выражали реализацию этих частичных зрительных программ. В случаях с забыванием у исп. 1 отсутствовали целостные образы даже букв, и она восстанавливала их по простым элементам; соответственно в ФОКН наблюдались короткие частые циклы.

Итак, наша гипотеза состоит в том, что циклы ФОКН отражают дискретные блоки реализации зрительных программ движений или единицы зрительного контроля. Не можем ли мы считать их одновременно единицами целенаправленной деятельности? Это пока самое общее предположение, но оно открывает широкие перспективы для исследования.

Заключение

Приступая к данной работе, мы предполагали, как это делали и раньше, оценивать степень участия зрения в движениях путем усреднения количественных параметров ФОКН на протяжении сравнительно больших периодов времени. Такой «глобальный» подход к ФОКН до сих пор не только оправдывал себя, но и казался единственно возмож-, ным. Вместе с тем мы постоянно чувствовали, что ФОКН; потенциально более богат как метод и может быть использован для микроанализа процесса деятельности. Не сразу были, однако, видны методические пути решения этой задачи. Дело в том, что все виды психической деятельности, использовавшиеся до сих пор в наших исследованиях, не допускали объективной регистрации ее непосредственного хода. В результате приходилось ограничиваться представлением о структуре и динамике деятельности с той мерой точности, какую допускали логический анализ условий и самонаблюдение испытуемых. Двигательные задачи    представляют    унип.члышй материал, поскольку позволяют объективно регистрировать непрерывный ход их решения. Таким образом, применение ФОКН к двигательным задачам открывает новую жкшожность непрерывного сопоставительного анализа двух щшамик: ФОКН и основной деятельности.

В настоящей работе обнаружена не только реакция количественных параметров ФОКН на участие зрения в движениях, но и еще более сильный факт: совпадение циклов , ФОКН с отдельными «блоками» движений, более крупными и случае более автоматизированных и более мелкими в случае менее автоматизированных движений. Этот факт позволил предположить, что в фазах ФОКН отражаются единицы зрительного контроля.

Есть надежда, что дальнейшее развитие этого результата поможет использовать ФОКН для анализа живого потока целенаправленной деятельности человека.

ЛИТЕРАТУРА

Бернштейн Н. А.   О построении движений. М., Медгиз,  1947.

Л Гиппенрейтер Ю. Б., Романов В. Я. Новый метод объективного исследования внутренних форм зрительной активности. «Вопросы психологии», 1970

Леонтьев А. Н.   Проблемы развития психики. М., «Мысль»,  1965.

Романов В. Я. Фиксационный оптокинетический нистагм как метод исследования зрительного внимания. Автореф. канд. дисс. М., 19/1.

Я р б у с А. Л.   Роль движений глаз в процессе зрения. М., «Наука»,

(i. Pick9H5'L., Warren S. H. & May J. С Sensory conflict in judgements of spatial direction. «Perception and Psychophysics», 1969, vol. 6, pp. 203—205.