Психическая регуляция деятельности. Избранные труды. I. Восприятие и движение (Б. Ф. Ломов, 2006)

В изучении механизма движений глаз наибольшее распространение получили гипотезы, трактующие его как устройство, работающее по программе. Предполагается, что, прежде чем глаз совершит то или иное движение, в управляющем центре должна сформироваться программа, которая и определит характеристики этого движения. Утверждается, что принцип программирования пронизывает все уровни глазодвигательной системы. Ему подчиняется работа не только тех уровней, которые определяют последовательность перемещения взгляда, маршрут осмотра объектов, но и тех, которые регулируют элементарные движения. Например, считается, что до того, как глаз совершит скачок от одной точки фиксации к другой, должна быть сформирована программа, задающая направление, амплитуду и скорость этого сигнала. Формирование такой программы является содержанием латентного периода, предшествующего скачку.

Видимо, нет оснований сомневаться в том, что высшие уровни регуляции движений глаз (в особенности произвольные движения) связаны с формированием программы. Принцип программирования отчетливо обнаруживается в том случае, когда человек осуществляет целенаправленную сознательную деятельность наблюдения. Наблюдающий заранее намечает последовательность осмотра объектов, стратегию поисков, которые определяют маршрут движений глаз[2]. Но даже и в этом случае программа вряд ли выступает в качестве детального предписания всех элементов маршрута осмотра объектов, находящихся в поле зрения: направления, амплитуды и изменений скорости каждого скачка и длительности каждой фиксации[3].

Разумеется, можно предполагать, что детальная программа движений глаз формируется на неосознаваемом уровне. Однако вряд ли такой способ управления движениями глаз (управление по программе) является наиболее эффективным и надежным. По грубому расчету глаз в течение суток (за время бодрствования) совершает около 100 000 скачков. Добавив к этому другие виды движений, мы получим астрономическую величину. Если бы каждое элементарное движение осуществлялось по программе, которая должна детально учитывать многие особенности внешней и внутренней стимуляции, то легко представить, насколько огромной была бы работа управляющей системы по программированию (и насколько громоздкой должна была бы быть эта система). Имея в виду общие законы эволюции, логичнее предположить, что управление элементарными движениями глаза осуществляется по более простому и более универсальному принципу.

Исследования показывают, что элементарные движения глаз не осознаются и произвольно не регулируются. Их характеристики определяются не столько заранее сформированной внутренней программой (сознаваемой или несознаваемой), сколько условиями наличной зрительной стимуляции [9, 10].

Детерминанты элементарных движений глаз

Как известно, в условиях свободного рассматривания неподвижных объектов перевод взгляда с одной точки на другую осуществляется скачкообразным движением. В естественных условиях величина скачка обычно не превышает 20°, причем минимальные скачки составляют 2–5 угл. мин. В процессе скачка скорость движения плавно нарастает, достигает некоторого максимума, а затем плавно убывает до нуля, при этом время нарастания скорости и время ее падения примерно равны. Типичная прямая скачка представлена на рис. 1.1. Максимальная достигаемая скорость зависит от величины скачка, определяемой расстоянием между точками фиксации. Исследования показывают, что человек не в состоянии произвольно изменять продолжительность, скорость и характер скачка [119].

При объяснении механизмов скачка выдвигается предположение, что он осуществляется по некоторой «двигательной» программе, формирующейся до начала скачка на основе зрительной информации о расстоянии между его начальной и конечной точками [96, 119]. Такая предваряющая скачок программа кажется необходимой, поскольку, как утверждают многие исследователи, [96,100, 119], глаз в процессе скачка не получает зрительной; информации и, следовательно, исключена возможность коррекции движения в ходе его выполнения. Утверждается также, что контроль скачкообразного движения осуществляется проприоцептивно [80].

Рис. 1.1. Скачок глаза при произвольной смене точек фиксации

С целью проверки гипотезы программированного скачка нами были проведены эксперименты, в которых сравнивались движения глаз при свободном рассматривании и в условиях стабилизации стимула относительно сетчатки. Предполагалось, что если гипотеза программированного движения справедлива, то в обеих ситуациях при равенстве расстояния между стимулами, а следовательно, и тождественности формирующихся двигательных программ характер движения будет одинаков.

Методика экспериментов. Поскольку задачей экспериментов являлось сравнение движений глаз при восприятии точечных стимулов в условиях свободного рассматривания и при стабилизации стимулов относительно сетчатки, необходимо было исключить влияние предварительной настройки испытуемого на каждый из упомянутых режимов. Иначе говоря, надо было обеспечить тождественность постановки эксперимента и для условий свободного рассматривания, и для условий стабилизации, чтобы испытуемый не знал, какой из стимулов (стабилизированный или нет) предъявляется ему в каждой данной пробе.

Эксперименты проводились на установке, схема которой показана на рисунке 1.2. В установке имеются два осветителя. Один, глазной, размещен на присоске, укрепленной на глазном яблоке испытуемого, другой является внешним, не связанным с глазом. Луч от каждого осветителя проецируется на расположенный перед испытуемым белый экран и создает световое пятно (точечный стимул). При повороте глаза осветитель, укрепленный на присоске, поворачивается на тот же угол и в том же направлении, что и глаз, и это создает соответствующее перемещение светового пятна. Как видно из схемы, угол между зрительной осью глаза и лучом осветителя будет неизменным при любых поворотах глаза, и поэтому положение светового пятна окажется стабилизированным относительно сетчатки, т. е. при любых поворотах глаза местоположение проекции пятна на сетчатке не будет изменяться (световое пятно, создаваемое глазным осветителем, как бы привязано к глазу).

Световое пятно, создаваемое внешним осветителем, проецируется на экран в то же место, что и световое пятно от глазного осветителя, когда глаз занимает исходную позицию. Но оно не стабилизировано относительно сетчатки, и при движении глаза его проекция на сетчатке будет изменяться соответственно этому движению. Яркость и размер световых пятен подобраны с таким расчетом, чтобы испытуемый не мог получить информацию о том, какой из осветителей (внешний или глазной) включен в данный момент. Тем самым обеспечиваются условия, при которых вся информация об изменении положения стимула относительно глаза будет поступать в зрительную систему только после начала движения глаза.

Рис. 1.2. Схема экспериментальной установки для измерения характеристик движений глаз в условиях стабилизации

1 – присоска; 2 – глазной осветитель; 3 – внешний осветитель; 4 —переключатель осветителей; 5 – датчик; 6 – приемные антенны; 7 – регистрирующий осциллограф; a – угол рассогласования

В ходе эксперимента включение внешнего и глазного осветителей чередовалось в случайном порядке. Для регистрации движений глаз использовалась электромагнитная установка, описанная нами ранее [11].

В экспериментах первой серии стимульной переменной был угол между зрительной осью глаза и лучом от глазного осветителя, который устанавливался в начале опыта. В дальнейшем будем называть его углом рассогласования. Соответственно изменению величины этого угла изменилась дистанция между исходной точкой фиксации взгляда и предъявляемым стимулом.

Эксперименты проводились в затемненной комнате, так что испытуемый видел перед собой только два световых пятна, высвечиваемых на экране: центральную фиксационную точку, расположенную в месте проекции зрительной оси на экран, и одну из стимульных точек, находящихся на периферии. Чтобы центральная фиксационная точка не вносила каких-либо искажений и не отвлекала испытуемого от основной задачи, в момент появления стимульной точки она исчезала (проецирующий ее осветитель выключался).

Последовательность проведения эксперимента была следующей.

После установки присоски на глаз испытуемому предлагалось смотреть на фиксационную точку, высвечиваемую на экране. Включался глазной осветитель, и экспериментатор замерял линейную величину смещения точки относительно центральной фиксационной. Угол рассогласования определялся по формуле

α = arctg h/L,

где a – угол рассогласования; h, – величина смещения стимульной точки относительно фиксационной; L – расстояние от глаза до экрана.

С первой стимульной точкой, проецируемой глазным осветителем, совмещалась вторая, проецируемая внешним осветителем.

На этом заканчивалась подготовительная и начиналась измерительная часть эксперимента.

Все осветители выключались, и испытуемому давалась возможность адаптироваться к темноте в течение 30–50 сек. После этого высвечивалась центральная фиксационная точка, а испытуемому предлагалось смотреть на нее. Через 2–3 сек. фиксации она исчезала и в этот момент включался один из осветителей, высвечивающий стимульную точку. Производилась регистрация движения глаза. На экране осциллографа регистрировался маршрут движения с нанесенными на него отметками времени. Зная линейную величину перемещения луча по экрану и время, при заданном масштабе регистрации можно было определить угловую скорость движения глаза:

V град/сек = SM/Kt,

где S – величина перемещения луча на экране осциллографа в см; K – количество отметок времени; t – масштаб временной отметки в мсек; М – масштаб регистрации, определяемой при калибровке М= b°/l; l – отклонение луча в см на экране осциллографа при повороте глаза на угол b.

Каждый эксперимент включал 5–6 проб (замеров).

Величина угла рассогласования изменялась от 1 до 6° в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Отличие второй серии экспериментов от первой состояло в том, что стимульной переменной являлась яркость светового пятна. Изменения видимой яркости достигались путем изменения дистанции наблюдения (расстояние от глаза испытуемого до экрана) и использования экрана с различной отражающей способностью. Комбинация этих двух способов, как показали пробные эксперименты, позволяет получить изменение видимой яркости в широких пределах.

В экспериментах второй серии измерялась скорость движений глаз при углах рассогласования от 2 до 6° и яркостях стимула от 10 до 200 апостб.

Эксперименты первой серии показали, что при стабилизации стимула относительно сетчатки характер движений глаз существенно отличается от условий свободного рассматривания. Если при свободном рассматривании перевод взгляда с точки на точку осуществляется скачком, то в условиях стабилизации движение глаза приобретает характер скольжения с относительно небольшой угловой скоростью. При этом в начальный момент (10–15 мсек) движение начинает развиваться как скачок, т. е. наблюдается нарастание скорости, но затем движение переходит в скольжение с постоянной скоростью. Величина движения для условий стабилизации не зависит от угла рассогласования и ограничивается только временем, в течение которого видимый стимул «выцветает» и исчезает (2–3 сек.). Глаз при скольжении движется до тех пор, пока испытуемый видит стабилизированный стимул. Величина поворота глаз превосходит угол рассогласования в 3–5 раз. С исчезновением стимула глаз останавливается и возвращается в исходное положение.

Полученные данные не согласуются с гипотезой программированного движения, согласно которой программа формируется во время латентного периода или во время промежуточной фиксации. Поскольку в наших экспериментах испытуемый не имел никакой информации о характере предъявляемого стимула, естественно было бы ожидать, что формируемая программа движения и в условиях свободного рассматривания, и в условиях стабилизации должна быть одной и той же. В обоих сравниваемых условиях мы наблюдали бы сходные по своим характеристикам движения (скачки). Между тем по своему характеру движения оказались существенно различными: в условиях свободного рассматривания – скачок, в условиях стабилизации – скольжение.

С позиции гипотезы программированного движения следовало бы также ожидать, что в условиях стабилизации переходу скачка в скольжение должны предшествовать коррекция и перестройка сформированной в течение латентного периода программы, а значит, и остановка глаза (промежуточная фиксация). Между тем переход осуществлялся непосредственно – никаких промежуточных фиксаций мы не наблюдали.

Рис. 1.3. Изменение скорости «скользящих» движений в зависимости от угла рассогласования

I – в горизонтальной плоскости; II – в вертикальной плоскости; III – в вертикальной плоскости вниз

Как показали эксперименты, скорость скольжения (V) зависит от угла рассогласования: с возрастанием этого угла от 1 до 6° она увеличивается от 3 до 15 град/сек (рисунок 1.3). При дальнейшем возрастании угла рассогласования она не увеличивается оставаясь на уровне 15–17 град/сек, т. е. указанная зависимость проявляется только в определенных пределах (при углах рассогласования 1–6°).

Такое ограничение в отношении углов рассогласования пока не нашло достаточно четкого объяснения, однако можно предположить, что вопрос связан не с предельными углами рассогласования, а с максимальной скоростью скольжения, определяемой характеристиками системы.

Поскольку в условиях стабилизации стимул в течение всего времени эксперимента проецируется на одно и то же место сетчатки, в ходе скользящего движения глаза происходит его постепенное потускнение вплоть до полного исчезновения, т. е. видимая яркость стимула уменьшается до нуля. Как отмечалось, время исчезновения видимого стимула определяет величину скользящего движения.

Естественно, возникает вопрос о том, не оказывает ли видимая яркость стимула влияния и на другие характеристики скользящего движения и, прежде всего, на его скорость.

Для выяснения этого вопроса и была проведена вторая серия экспериментов, методика которой описана выше.

Как показали предварительные эксперименты этой серии, при изменении яркости стимула изменяется и скорость скользящих движений. Вместе с тем выяснилось, что скорость этих движений связана не с абсолютной величиной стимула, а с ее ощущением, зависящим от чувствительности глаза в данный момент. Так, после темновой адаптации скорость скользящих движений была больше, чем без нее, но использование экранов с различным альбедо при небольшом фоновом освещении не приводило к изменению скорости. Поскольку при смене экранов с различными коэффициентами отражения яркость стимула и фона изменялась в одно и то же число раз, естественно было предположить, что основное влияние на скорость движения глаза оказывает не яркость стимула, взятая сама по себе, а ее отношение к яркости фона.

В связи с этим в методику эксперимента было внесено некоторое изменение: регулируя фоновую яркость при помощи внешнего осветителя и нейтральных светофильтров (с коэффициентом пропускания 1,18 и 2,65), мы изменяли контраст. Когда фоновый осветитель выключался, контраст был максимальным и стимульная точка воспринималась как максимально яркая. При стабильной яркости стимульной точки в 200 апостб. яркость фонового экрана менялась от 0 до 150 апостб. Всего использовалось пять градаций контраста.

Эксперименты показали, что с увеличением контраста стимульной точки по отношению к фону скорость скользящих движений глаза увеличивается (рисунок 1.4). Однако эти изменения наблюдаются лишь для углов рассогласования до 6°. Как и в первой серии экспериментов, максимальная скорость скользящих движений оказалась 15–17 град/сек.

При больших относительных яркостях стимула (300–350 апостб.) скользящее движение превращается в скачок. Переход движения глаза к саккадическому режиму показан штриховой линией (см. рисунок 1.4). Для каждой величины угла рассогласования такой переход возникает лишь при определенной относительной яркости стимула. Обращает на себя внимание то, что величина скачков возрастает с увеличением этой относительной яркости. Время остановок при саккадических движениях составляет 50–100 мсек, т. е. оно меньше времени фиксации при свободном рассматривании. Произвольное изменение скорости как скользящих, так и саккадических движений невозможно. Невозможно и произвольное изменение длительности остановок между скачками.

Рис. 1.4. Зависимость скорости «скольжения» глаза (V град/сек) от относительной яркости стимула для различных углов рассогласования (lg (I осв / I фон))

Данные изложенных экспериментов позволяют сделать заключение о том, что основными детерминантами элементарых движений глаз являются угол рассогласования (видимое расстояние между центральной точкой фиксации и стимулом и относительная яркость стимула), т. е. движения глаз детерминируются зрительной стимуляцией. Указанные детерминанты выявлены в условиях стабилизации стимула относительно сетчатки, но их действие, хотя и осложненное многими факторами, проявляется также и в условиях свободного рассматривания. Так, зависимость максимальной скорости скачка от угла рассогласования обнаружена в экспериментах Ярбуса и др. [119]. Зависимость латентного периода саккадических движений и их развития во времени от яркости стимула и его контраста по отношению к фону выявлена в ряде экспериментов [123, 126]. Очевидно, в основе исходного уровня регуляции движений глаз лежит рефлекторный механизм, близкий по типу к безусловно-рефлекторному.

Характеристики глазодвигательной системы как следящего устройства

Из приведенных экспериментальных данных следует, что элементарные движения глаз осуществляются не по заранее сформированной программе, а в соответствии с характеристиками зрительно воспринимаемого стимула, т. е. их регулятором являются зрительные сигналы. Это дает основание предполагать, что развитие элементарного движения глаза обусловливается изменением зрительной стимуляции. По-видимому, на исходном уровне глазодвигательная система функционирует не по принципу системы с программным регулированием, обеспечивающим изменение регулируемой величины по заранее определенному закону, а скорее как следящее устройство.

Среди всех типов систем автоматического управления следящие системы являются наиболее универсальными, поскольку их функционирование осуществляется по наиболее общему закону изменения регулируемой величины. В этих системах меняющееся по любому произвольному закону входное воздействие преобразуется в перемещение исполнительного двигателя. Регулируемая величина X в следящих системах, функционирующих по принципу отклонения, изменяется по некоторому заданному на входе закону Х_о (I) под влиянием управляющего воздействия У, которое вырабатывается управляющим устройством в функции рассогласования DХ = Х₀ – X.

Изложенные выше результаты экспериментов, а также другие данные [3, 5, 6, 7] позволяют отнести глазодвигательную систему к типу следящих. Для случаев, когда глазодвигательная система работает в режиме слежения за движущимся стимулом, это кажется несомненным. Однако можно предположить, что и в других случаях (саккадические движения) она работает как следящая.

Глазодвигательная и собственно зрительная системы соединены цепью обратной связи, поддерживающей функционирование на уровне автоматического слежения. Если сигналы, управляющие движением, отсутствуют либо компенсируются, глазодвигательная система будет находиться в состоянии равновесия. Именно в этом состоянии находится глазодвигательная система при фиксации центрально расположенного стимула. Когда сигналы, поступающие на исполнительный двигатель, превосходят силы упругости, удерживающие систему в состоянии равновесия, она приходит в движение. При этом скорость движения находится в определенной зависимости от величины сигналов. В свою очередь величина управляющего сигнала определяется расстоянием места воздействия стимула от центра и его интенсивностью (относительная яркость).

Собственно зрительная система, как известно, является многоканальной, а сетчатка может быть представлена в виде системы входов, упорядоченных в пространстве. В условиях свободного рассматривания при появлении стимула на периферии возбуждается один из входов (или группа близко расположенных входов), возникают рассогласование (Х) и соответствующий его величине управляющий сигнал (Y), что вызывает отрабатывание глазодвигательной системы. При этом чем дальше находится возбуждаемый канал от fovea, тем больше величина управляющего сигнала, а следовательно, и тем большая скорость задается исполнительным механизмам. В свою очередь перемещение глаза влечет за собой изменение положения стимула относительно сетчатки и подключает новые входные каналы. Возбуждение каждого очередного входа дает новый сигнал, и, хотя его величина меньше величины начального сигнала, поскольку при движении глаза рассогласование DХ уменьшается, этот новый сигнал подключается в тот момент, когда исполнительный орган уже находится в движении с некоторой скоростью. В результате скорость движения увеличивается. Плавное нарастание скорости в первой фазе скачка обусловлено, на наш взгляд, тем, что управляющие сигналы последовательно «накладываются» на изменяющуюся в результате воздействия предшествующих управляющих сигналов регулируемую величину.

По мере приближения сигнала к fovea величина каждого нового управляющего сигнала уменьшается, а соответственно уменьшается и ускорение движения (к концу первой фазы скачка).

Иначе говоря, по ходу движения глаза изменяются зрительная стимуляция, величина входного сигнала, а соответственно и скорость этого движения.

Предложенная схема, как нам представляется, может объяснить динамику изменения скорости скачка в первой фазе. Однако если ограничиться только этим, то нужно было бы ожидать, что максимальная скорость движения разовьется как раз к тому моменту, когда стимул совместится с fovea. В силу этого система должна была бы «проскочить» стимул и прийти в колебательное состояние с уменьшающейся амплитудой.

Подобное явление могло бы иметь место, если бы глазодвигательная система не обладала проприоцепцией. Можно предположить, что скорость скачка ограничивается включением проприоцепции глазных мышц (обратной связи), выполняющих тормозящую функцию. Величина проприоцептивного сигнала определяется скоростью изменения длины глазных мышц, т. е. скоростью поворота глаза. С возрастанием скорости увеличивается и величина проприоцептивного сигнала, а значит, и его тормозящее действие.

Поскольку этот сигнал возникает только в результате движения, т. е. спустя некоторое время после начала этого движения, тормозящее действие проприоцепции проявляется только во второй фазе скачка (участок ниспадающей скорости). Видимо, проприоцепция выступает в роли своего рода скоростного демпфера.

Таким образом, содружественное действие зрительной и проприоцептивной стимуляций обусловливает наблюдаемый характер изменения скорости движения глаза во время скачка (синусоидообразность кривой изменения скорости).

В условиях стабилизации стимула относительно сетчатки величина сигнала рассогласования не изменяется, поэтому последовательно возникающие управляющие сигналы не «накладываются» друг на друга (что характерно для свободного рассматривания), а следовательно, нет и специфического для скачка нарастания скорости. Величина начального сигнала полностью определяет скорость «скользящего» движения, которое, как отмечалось, является равномерным[4].

В этих условиях, поскольку нет изменения скорости, тормозящие проприоцептивные сигналы обратной связи, по-видимому, очень слабы для того, чтобы повлиять на режим движения. Исходя из наших данных, можно предположить, что они начинают играть какую-то роль в управлении движением только тогда, когда скорость достигает 15–17 град/сек, и этой величиной ограничивают скорость скользящих движений.

После исчезновения вызываемого стимулом зрительного ощущения (в силу местной адаптации) прекращается поступление управляющих сигналов на исполнительные механизмы, система останавливается, а затем под действием упругих сил возвращается в исходное положение.

Для пояснения предложений схемы рассмотрим простейший вариант следящей системы, работающей на основе принципа отклонения (рисунок 1.5).

Система состоит из оптического устройства (7), светочувствительных датчиков (2) и поворотных двигателей-моторов (3). Датчики-фотоэлементы расположены так, что каждый из них закрывает одну половину «поля зрения» и может приводить в движение только один двигатель, отклоняющий оптическую систему в определенном направлении. Такая следящая система работает следующим образом. Если свет от внешнего источника попадает, например, на левый датчик, в цепи возникает электрический ток, приводящий в движение правый мотор. Если свет падает на правый датчик, в движение приходит левый мотор. Моторы включены в схему таким образом, что при засветке одного из фотоэлементов оптическая система будет поворачиваться в сторону источника света до тех пор, пока свет не упадет на другой фотоэлемент; тогда в действие придет другой мотор, т. е. возникнет сила, противодействующая действию первого мотора, и оптическая система остановится.

Рис. 1.5. Иллюстративная схема следящей системы

1 – корпус телескопа; 2 – фотоэлементы; 3 – электромоторы

Если представить такое сравнительно простое следящее устройство в качестве аналога глазодвигательной системы, можно видеть, что оно будет выполнять некоторые элементарные функции, характерные для глазодвигательной системы: слежение за движущимся объектом; смену точек фиксации при резком перемещении стимула из центрального положения, где он освещал оба фотоэлемента, на периферию; движение оптической системы в том случае, когда стимул стабилизирован относительно нее (в этом последнем случае движение будет происходить до тех пор, пока система не дойдет до крайнего положения, либо пока не прекратится действие стимула).

Некоторое усложнение описанного варианта следящей системы, а именно увеличение числа фотоэлементов и включение отрицательной обратной связи, ограничивающей развиваемую системой скорость (аналог проприоцепции), позволяет еще более полно описать работу глазодвигательной системы. Усложненный вариант следящей системы представлен на рисунке 1.6.

Рис. 1.6. Вариант следящей системы

1 – упругие элементы, возвращающие систему в нейтральное положение; 2 – мозаика фотоэлементов; 3 – элементы выделения ускорения системы; 4 – цепь отрицательной обратной связи

Несколько фотоэлементов включены в цепь таким образом, что скорость электромотора будет тем больше, чем дальше от центра расположен возбуждаемый фотоэлемент.

Подобная система работает следующим образом. При возбуждении одного или нескольких «периферических» фотоэлементов включается первый электромотор (1). При этом в силу последовательного подключения новых элементов, расположенных между первоначально возбужденным (периферическим) фотоэлементом и центральным, скорость движения будет прогрессивно нарастать. Однако через некоторое достаточно короткое время сигнал от скоростного демпфера (3) (аналог проприоцептивной обратной связи) включает в действие второй мотор (2). Это ограничивает скорость поворота оптической системы. Последовательное приближение проекции светового стимула к центру приводит к уменьшению скорости поворота. Последний этап работы всей системы представляет собой затухающий колебательный процесс. В силу инерционности передачи сигнала от возбуждаемых фотоэлементов оптическая система поворачивается на угол, больший, чем требуется для точной настройки; в результате возникает новый сигнал и система начинает перемещаться в противоположном направлении, компенсируя возникающее рассогласование. Режим затухающего колебания можно наблюдать в случае скачков глаза при больших угловых расстояниях между начальной и конечной точками фиксации.

Предложенная модель, как нам представляется, может объяснить многие факты, выявленные при изучении движений глаз, в том числе и те, которые получены в исследованиях движений глаз при восприятии движущихся объектов. Как известно, после того как произошел скачок, обеспечивающий совмещение фовеальной области с движущимся стимулом, прослеживание начинается практически мгновенно; заметного латентного периода между концом скачка и началом прослеживающего движения глаза нет [119].

Сторонники концепции программированного движения, объясняя этот факт, вынуждены утверждать, что подготовка прослеживания осуществляется еще до скачка. С точки зрения предлагаемой нами концепции глазодвигательного механизма как следящей системы, этот факт может быть объяснен проще. Он, естественно, вытекает из принципов работы следящей системы. Сигнал рассогласования, вызванный движущимся стимулом, приводит глазодвигательную систему в движение с увеличивающейся скоростью (скачок), но после совмещения центральной области со стимулом скорость движения глаза подстраивается к скорости стимула, поскольку только при этом условии возможно сохранение достигнутого совмещения. Глазодвигательная система работает таким образом, чтобы проекция стимула находилась в центральной области сетчатки. В результате следящее движение является относительно плавным, возникающие сигналы рассогласования тотчас же компенсируются, что соответствует некоторым отклонениям (зубцам) на регистрируемой общей кривой относительно плавного движения.

С гипотезой «следящей системы» согласуется также и тот факт, что в процессе прослеживания всегда имеет место некоторое отставание центральной области сетчатки (соответственно, зрительной оси) от движущегося стимула.

Прослеживание «убегающего стимула» (как, например, в опытах Ярбуса с зеркальцем, укрепленным на присоске [269]) имеет скачкообразный характер. Скачки наблюдаются также при прослеживании стимула, движущегося с ускорением. В соответствии с предложенной гипотезой такой характер движений обусловлен управляющим воздействием тормозящих проприоцептивных сигналов, возникающих при ускорениях движения глаза.

Предложенная гипотеза объясняет также тот факт, что при больших скачках время нарастания скорости меньше времени торможения, т. е. кривая изменения скорости скачка асимметрична [119]. Это обусловлено совместным действием уменьшения величины угла рассогласования (а следовательно, и управляющего сигнала) и связанного с ним уменьшения тормозящего действия проприоцептивной обратной связи. Эта гипотеза объясняет и тот факт, что при больших скачках (более 15–20°) наблюдается период движения глаза с относительно равномерной скоростью.

Факт перехода скользящего движения (в условиях стабилизации стимула) в скачок при больших значениях относительной яркости стимула может быть объяснен как результат воздействия тормозящих проприоцептивных сигналов. При большой относительной яркости движение глаза совершается со значительным ускорением, а развиваемая скорость превышает предельную величину, что обусловливает усиление тормозящих проприоцептивных сигналов обратной связи, а следовательно, и перерывы в движении.

Представление о глазодвигательной системе как следящей хорошо согласуется с данными, полученными при изучении движений глаз в условиях «узкого поля зрения».

Вопрос о саккадическом подавлении, часто возникающий в связи с оценкой зрительного восприятия и глазодвигательной регуляции в момент скачка, не имеет прямого отношения к рассматриваемому случаю. Во-первых, совершенно не обязательно полагать, что в качестве управляющих сигналов выступают только осознаваемые ощущения и восприятия. Во-вторых, поскольку режим скачка для следящей системы является «переходным» процессом, характеризующимся ее внутренней структурой, совершено не обязательно предполагать восприятие стимула в течение всего (или почти всего) времени скачка.

Следует заметить также, что само саккадическое подавление не является полным [271], а яркие стимулы во время движения глаз воспринимаются без подавления [260]. Не случайно некоторые авторы высказывают сомнение в самом факте существования саккадического подавления [31].

Одним из важных путей проверки любой гипотезы является анализ следствий, которые из нее вытекают.

1. Исходя из гипотезы «следящей системы» можно ожидать, что при предъявлении не одного, а нескольких стимулов, удаленных от fovea, движение глаза будет определяться как результирующий вектор нескольких векторов для каждого из стимулов в отдельности (согласно правилу параллелограмма).

С целью проверки высказанного предположения предъявлялись два стабилизированных относительно сетчатки стимула, одинаково удаленных от fovea и расположенных под некоторым углом по отношению друг к другу в плоскости, перпендикулярной зрительной оси (угол образован воображаемыми линиями, проведенными от центральной точки к каждому из двух стимулов). Испытуемому предлагалось наблюдать одновременно оба стимула. Если угол между равноудаленными от центра стимулами составляет 45°, то результирующий вектор должен проходить под углом 22,5° (по биссектрисе), а скорость результирующего движения должна быть в 1,84 раза больше, чем скорость любого из них в отдельности.

Эксперименты подтвердили это предположение. Направление движения совпало с ожидаемым, а его скорость оказалась в 1,5 раза больше скорости движения при предъявлении одного стимула. Некоторое расхождение между расчетной и реально наблюдаемой величинами скорости, по-видимому, объясняется тем, что зависимость скорости скользящего движения глаза от угла рассогласования различна для разных направлений (возможно также, что эта зависимость не является строго линейной).

Если испытуемому предлагалось наблюдать лишь за одним стимулом из предъявленной пары, движение и по скорости, и по направлению почти не отличалось от того движения, которое характерно для восприятия одного стимула. По-видимому, в этом случае возбуждение от второго стимула отфильтровалось и поэтому не оказало влияния на характеристики движения глаза. Аналогичные результаты получены при предъявлении трех стимулов.

Однако в условиях предъявления нескольких стимулов (двух или трех) можно сознательно направить взор на движение реального стимула только по одному из направлений. Оно не может быть осуществлено в любом произвольном направлении, даже если и дается соответствующая инструкция. Эти факты свидетельствуют о том, что человек может произвольно выбрать направление движения, но, как только выбор сделан, в силу вступают принципы работы следящей системы: скорость движения определяется углом рассогласования и относительной яркостью выбранного стимула.

Если же выбор не был сделан, то глазодвигательная система ведет себя как любая следящая система, реагирующая на множество стимулов.

2. Другое следствие из гипотезы «следящей системы» состоит в предположении о существовании зоны нечувствительности. Для включения следящей системы необходимо, чтобы был некоторый угол рассогласования между центром поля чувствительных элементов (точкой максимальной чувствительности) и положением объекта, за которым производится слежение. Но величина этого угла не может быть сколько угодно малой. Слежение начинается лишь тогда, когда рассогласование достигает некоторого определенного значения. Любые меньшие отклонения попадают в зону нечувствительности и не вызывают срабатывания следящей системы. Факт существования зоны нечувствительности был выявлен Глезером [71]. По его данным, зона, в пределах которой смещение стимульной точки не вызывает движений глаз, составляет 5–7 угл. мин.

3. Наконец, согласно гипотезе «следящей системы», возникает предположение, что если стимул жестко не связан с входом системы (и она может изменять свою ориентацию относительно стимула), то должно возникать некоторое расхождение между оптической осью системы и направлением на стимул. Расхождение должно возникать не только в условиях прослеживания движущегося стимула, но и в стационарном режиме (фиксация стимула). Величина этого расхождения определяется, с одной стороны, зоной нечувствительности, с другой – разностью сил, возвращающих систему в исходное положение, и сил, поворачивающих ее в направление стимула. Иначе говоря, фиксация стимула при повороте глаза не должна быть абсолютно точной.

Для проверки этого предположения нужно было замерить точное положение проекции зрительной оси глаза относительно фиксируемого стимула при различных углах поворота глаза. С целью решения этой задачи мы использовали установку, в которой применялся миниатюрный осветитель, укрепленный на глазной присоске (подробнее см. [10]). Проекция луча осветителя точно совмещалась с проекцией зрительной оси глаза. При любом повороте глаза перемещалось от осветителя и световое пятно. Расстояние между световым пятном и точкой фиксации позволяло точно определять угол расхождения. На непрозрачный экран наносился ряд точек (по вертикальной и горизонтальной осям), отстоявших от центра на 10, 20 и 40°. В ходе эксперимента после фиксации центральной точки испытуемому предлагалось переводить взгляд на одну из других точек, фиксируя ее возможно более точно.

Эксперименты показали, что при переводе взгляда на точку, находящуюся на расстоянии от центра на 10°, угол поворота составляет 9,3–9,5°, т. е. угол расхождения –0,5–0,7°. Для точек, отстоящих от центра на 20 и 40°, расхождение составляет 1,2 и 2,5° соответственно.

Величина расхождения несколько различна для разных направлений отклонения глаза. Так, при направлении к носу (а также книзу) она несколько меньше, чем при направлении к виску (а также кверху). Возможно, отмеченная асимметрия возникает в силу того, что нейтральная позиция глаза характеризуется таким положением зрительных осей, при котором они несколько сведены и направлены вниз. В силу этого для поворота глаз к носу (и вниз) требуется меньшее мышечное усилие по сравнению с другими направлениями.

Если предложенная для фиксации точка является частью какой-либо фигуры, то в зависимости от направления прилежащих линий отклонение зрительной оси от заданного направления может оказаться то большим, то меньшим. Так, при предъявлении четырех изолированных точек-стимулов, расположенных в вершинах квадрата со стороной 40°, отклонение зрительной оси составляет 2–2,5°. Если эти точки соединены прямыми линиями, образующими квадрат, отклонение увеличивается до 3–3,5°. При фиксации вершин косоугольного ромба отклонение для острых углов оказывается большим, чем для тупых (рисунок 1.7).

Рис. 1.7. Запись фиксации глаз при фиксации вершин ромба

Таким образом, экспериментальные данные соответствуют тем следствиям, которые вытекают из гипотезы «следящей системы».

До сих пор мы рассмотрели лишь качественные характеристики следящей системы, управляющей движениями глаза. Однако записи движений глаз, полученные при решении некоторых экспериментальных задач, позволяют судить и о количественных характеристиках некоторых ее параметров в терминах теорий автоматического регулирования.

Рис. 1.8. Кривая переходного процесса для единичного скачка апериодичной системы второго порядка

П – точка перегиба; t₁ – время нарастания

Для оценки этих параметров можно воспользоваться кривой переходного процесса, получаемой при скачкообразном изменении входного сигнала. Очевидно, для зрительной системы такой режим будет соответствовать смене точек фиксации. Большинство скачков, лежащих в пределах 20°, может апроксимироваться кривой (рисунок 1.8), что с достаточной степенью точности может характеризовать систему по цепи прямой связи как апериодическую второго порядка. Динамика такой системы может быть описана дифференциальным уравнением второго порядка:

где Y(t) – выходная переменная; Х(t) – входная переменная.

По графику переходного процесса (см. рисунок 1. 8) определяются величины T₁ и t₁ и по ним определяются величины T₁ и T₂.

В другом виде это уравнение [4] может быть записано так:

при этом T₃T₄ = T₂²; T₃/T₄= T₁

Этот вид дифференциального уравнения удобен тем, что величины Т₃и Т₄выступают явственно в его решении, хотя на графике переходного процесса они не очевидны. Математическое выражение переходного процесса такой системы можно записать так:

Полученное уравнение представляет сумму двух экспонент с постоянным временем Т₃и Т₄.

Амплитудно-частотные соотношения в системе удобно определять, используя понятия передаточной функции системы. Передаточная функция прямой цепи нашей системы (отношение преобразования Лапласа от выходной переменной к преобразованиям Лапласа от входной переменной) будет

где T=T₂– постоянная времени. x=Т₁/2Т – относительный коэффициент демпфирования. Полагая обратную связь равной 1, структурную схему системы можно представить на рисунке 1.9. В этом случае передаточная функция всей системы

где S – оператор Лапласа. Вместе с тем, оценивая переходные характеристики системы для различных углов предъявления стимула, можно заметить, что максимальная скорость скачков (касательная в точке перегиба характеристики) будет увеличиваться с возрастанием их амплитуды почти линейно. Такая закономерность, вероятно, обусловлена тем, что следящая система глазодвигательного аппарата, кроме позиционной обратной связи, включает в себя регулирование по производной (рисунок 1.10), т. е. по скорости. Передаточная функция системы в этом случае будет определяться как

где КW₁ – передаточная функция прямой цепи без скоростной обратной связи; t₁S – передаточная функция скоростной обратной связи (дифференцирующее звено).

Рис. 1.9. Структурная схема следящей системы с единичной обратной связью Рис. 1.10. Структурная схема следящей системы с цепью регулирования по производной

Такая цепь с регулированием скорости изображена на схеме (см. рисунок 1.6) в виде дифференцирующей цепочки, включенной в цепь обратной связи. Увеличение скорости регулирования системы может быть объяснено тем, что при возрастании отклонения X производная dx/dt и само отклонение имеют одинаковые знаки. Их сложение увеличивает воздействие регулятора Y на объект, направленное на уменьшение отклонения X. Таким образом, наличие производной в законе регулирования форсирует действие регулятора на участке возрастания отклонения регулируемой величины. Иначе говоря, для больших значений входных сигналов будут получаться большие максимальные скорости поворотов глаза. Вместе с тем при выходе глазодвигательной системы на торможение знак производной изменится и будет происходить вычитание сигнала по скорости из сигнала по отклонению.

Такая система регулирования по скорости выполняет фактически и функцию механического опережения («прогнозирования»), поскольку определяет тенденцию изменения входного сигнала и вносит соответствующую поправку. Последняя компенсирует инерционное запаздывание всей системы и увеличивает точность регулирования. В реальном механизме глазодвигательной системы такое регулирование, по-видимому, могут осуществлять проприорецепторы глазных мышц. В этом случае сигналы о скорости растяжения мышцы могут подаваться либо на мотонейроны той же мышцы, с которой они были получены (положительная обратная связь), либо на мышцы-антагонисты в противоположной фазе (отрицательная обратная связь).

Такое предположение тем более кажется допустимым, что частоты микроколебаний глаз (тремор) достигают 100 град/сек, а это требует для создания автоколебательного режима минимальных инерционных задержек, т. е. минимально допустимых пространственных связей с мышцей. Кроме того, действие такого механизма может объяснить возникновение микросаккад, часто повторяющихся с интервалом менее 50 мсек, что значительно меньше времени обычной фиксации.

Нами была предпринята попытка экспериментально проверить, существует ли регулирование по производной. В экспериментах наблюдателю преддагалось следить за точкой, перемещающейся по определенному закону из центра экрана на некоторый угол. Скорость движения точки была подобрана так, чтобы это движение осуществлялось за время, меньшее латентного периода зрительной системы: к началу движения глаза точка останавливалась и занимала заданное положение. В этих условиях можно было ожидать три возможных типа переходной характеристики работы зрительной системы (в зависимости от ее функциональной схемы). В том случае, если система работает по жесткой программе, когда заранее задаются характеристики движения глаза (скорость, амплитуда), система не смогла бы выйти в нужное положение без дополнительной коррекции, поскольку положение стимула изменялось вплоть до начала скачка, а значит, и информация о конечном его положении во время латентного периода не могла бы быть обработана. Для случая регулирования только по положению характеристика переходного процесса должна была бы соответствовать входному сигналу, а процесс регулирования по времени не отличался бы от времени действия входного сигнала (порядка 250 мсек). Как показали эксперименты, скорость начальной фазы поворота глаза значительно больше скорости движения стимула и приближается к скорости скачка: во второй половине движения он, наоборот, оказывается замедленным. Общее время движения глаза в 2–2,5 раза меньше, чем время предъявления стимула.

Таким образом, экспериментальные данные оказались более всего соответствующими третьему типу переходной характеристики, т. е. переходный процесс соответствует системе, имеющей регулирование по производной (по скорости).

Эти данные свидетельствуют также и о том, что время между моментом предъявления стимула и началом движения глаза (латентный период) идет не на обработку данных о появившемся стимуле (определения его координат) и составление двигательной программы, а представляет «чистое запаздывание» системы регулирования, т. е. время, необходимое для проведения сигнала по контуру регулирования. Заметим, что «чистое запаздывание» не вносит каких-либо изменений в характер переходного процесса (переходный процесс определяется инерционностью системы), а лишь смещает его по времени. Этот факт необходимо учитывать при определении амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик системы. Структурная схема системы с учетом «чистого» запаздывания показана на рисунке 1.11, а уравнение звена запаздывания имеет вид

Рис. 1.11. Структурная схема следящей системы с цепью «чистого» запаздывания

Поскольку чистая задержка не вносит искажений в вид переходного процесса, в установившемся режиме при синусоидальном входном сигнале реакция системы будет определяться временем нарастания t₁ (см. рисунок 1.8).

Ориентировочно можно принять, что f_ср= 0,45/t = 0,45/0,05 = 9 гц. Однако по экспериментальным данным верхние частоты, при которых еще осуществляется достаточно хорошее отслеживание стимула, составляют 1–2 гц [150]. При больших частотах отслеживание прерывается скачками: система оказывается в неустойчивом режиме. Это явление связано с тем, что фазовое запаздывание оказывается близким к я, что и нарушает устойчивость системы. На рисунке 1.12 показано, что при чистой задержке системы в 250 мсек выходной сигнал частотой 2 гц оказывается в противофазе с управляющим сигналом, т. е. по цепи отрицательной обратной связи он приходит к входу системы с тем же знаком, что и входной, увеличивая рассогласование. Таким образом, частотные свойства апериодического звена второго порядка ограничивают полосу пропускаемых системой частот, а фазовые задержки определяются «чистым запаздыванием». Вместе с тем, изменяя коэффициент усиления системы, можно в определенных пределах изменять частоту, при которой система будет еще устойчива. Обычно частотный анализ систем проводится с помощью логарифмических амплитудно-и фазово-частотных характеристик. Об устойчивости системы с обратной связью можно судить по логарифмическим амплитудно– и фазово-частотным характеристикам разомкнутой системы. Такие характеристики представляют собой графики, на которых в логарифмическом масштабе отложены по оси абсцисс частота 1gv, а по оси ординат – амплитуды выходного сигнала 1g А – для амплитудно-частотной характеристики и сдвиг фазы выходного сигнала j по отношению к входному для фазовой характеристики. Соответствующие характеристики рассматриваемой системы при разомкнутой обратной связи представлены на рисунке 1.13. Известно, что замкнутая система автоматического регулирования устойчива, если фазово-частотная характеристика разомкнутой системы пересечет линию я в области отрицательных значений амплитудно-частотной характеристики. Представленные на рисунке 1.13 характеристики построены для коэффициента усиления системы К = 1. Увеличение коэффициента усиления никак не сказывается на форме и положении логарифмической фазово-частотной характеристики. Амплитудно-частотная характеристика при увеличении коэффициента усиления смещается вверх на величину, пропорциональную К, а при уменьшении этого коэффициента – вниз.

Рис. 1.12. Схема фазового запаздывания сигнала в системе с обратной связью 1 – сигнал обратной связи; 2 – входной сигнал

Рис. 1.13. Логарифмические амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики апериодической системы второго порядка при различных коэффициентах усиления (1–4)

Такое отрицательное значение логарифмической амплитудно-частотной характеристики, при котором фазово-частотная характеристика принимает значение я, называется запасом устойчивости системы по амплитуде DА. Таким образом, рисунок 1.13 показывает, что увеличение К уменьшает запас устойчивости системы и даже может сделать ее неустойчивой. Уменьшение К, наоборот, увеличивает запас устойчивости системы. Уменьшение запаса устойчивости означает срывы; возникновение неустойчивых колебаний будет наблюдаться в работе системы при частотах, меньших, чем те, на которых она теряла устойчивость, когда К=1.

Все приведенные выкладки относятся к влиянию коэффициента усиления на устойчивость системы в цепи прямой связи. Можно показать, что в рассматриваемом случае все они справедливы и для изменения коэффициента усиления в цепи обратной связи.

С целью проверки возможностей корректировки амплитудно-частотных характеристик глазодвигательной системы проведены следующие эксперименты, в которых коэффициент обратной связи изменялся с помощью оптики, укрепленной на глазу (рис. 1.14а, б). Дело в том, что проекция стимула на сетчатке определяется углом а, под которым виден предъявляемый стимул; угол b – угол поворота глаза, необходимый для совмещения зрительной оси со стимульной точкой (рисунок 1.15). Если углы a и b не равны (равенство может быть только в случае равных фокусных расстояний), то происходит рассогласование между углом, определяющим положение стимула, и углом реального поворота глаза. Если оптика обеспечивает увеличение проекции реального стимула, движения глаза оказываются большими, чем это требуется для точного наведения на стимул; обратная связь в этом случае окажется большей – 1, что приведет к срыву вынужденных колебаний. Если достигнуто уменьшение видимых размеров объектов (т. е. уменьшение обратной связи), частота, на которой система будет неустойчивой, повысится.

Рис. 1.14. Схема присоски

a – с отрицательной коррекцией; b – с положительной коррекцией; 1 – корректирующая диафрагма; 2, 3 – оптическая система

Реально оптическая система представляет две линзы диаметром 6 мм с фокусными расстояниями 13 и 7 мм, что при использовании отрицательной линзы как окуляра давало увеличение 1,86 (см. рисунок 1.14а), а при перестановке линз – 0,54 (см. рисунок 1.14б).

Результаты эксперимента подтвердили наше предположение. Если без коррекции в цепи обратной связи неустойчивость (возникновение скачков) наблюдалась на частотах порядка 1,5 гц, то при уменьшении коэффициента обратной связи частота, при которой возникала неустойчивость, достигала 2,5 гц. Когда же обратная связь превышала 1, неустойчивость наступала при частотах менее 1 гц (рисунок 1.16).

Рис. 1.15. Схема оптической коррекции цепи связи зрительной системы

α – угол проекции a' на сетчатку; β – угол, необходимый для совмещения fovea с точкой a"

Рис. 1.16. Движение глаз при слежении за точкой

а – без коррекции; б – с отрицательной коррекцией; в – с положительной коррекцией; 1 – кривая движения глаз; 2 – кривая движения точки

Важно отметить, что амплитуды поворотов глаза изменялись в соответствии с примененной коррекцией. Однако для случая попеременной фиксации двух разных точек наблюдались позиционные ошибки: либо заброс и последующая коррекция (когда обратная связь больше 1), либо отставание также с последующей коррекцией (при обратной связи, меньшей 1) (рисунок 1.17). Таким образом, глазодвигательная система человека может быть описана в терминах теории автоматического регулирования, а возможность изменения параметров цепи обратной связи позволяет исследовать и описывать ее на формальном уровне.

Рис. 1.17. Движение глаз при смене точек фиксации

а – без коррекции; б – с положительной коррекцией; в – с отрицательной коррекцией

Движения глаз при ограничении визуальной афферентации

Эксперименты, изложенные в первом разделе статьи, привели нас к заключению, что элементарные движения глаз регулируются визуальными сигналами. Однако в этих экспериментах движения глаз изучались в условиях предъявления точечного стимула, стабилизированного либо нестабилизированного относительно сетчатки. В первом случае появлялись скользящие движения, во втором – скачки.

В следующих сериях экспериментов была предпринята попытка исследовать характеристики движений глаз в условиях, когда перед испытуемым ставятся более сложные задачи: измерение длины отрезков, обведение контура фигуры, слежение за точкой, рисующей фигуру, опознание объектов, образованных точками. В условиях свободного рассматривания при решении подобных задач, как утверждают многие исследователи, движения глаз осуществляются по программе. Утверждается также, что эти движения осуществляют функции измерения объекта, построения его образа и коррекции.

Однако в условиях свободного рассматривания невозможно (или во всяком случае очень трудно) управлять зрительной стимуляцией. Остается открытым вопрос о соотношении собственно зрительных и кинестетических сигналов в регуляции движений. С целью их «разделения» в наших экспериментах поле зрения, т. е. визуальная стимуляция, ограничивалось (создавалось «узкое поле» зрения).

Это позволяло как бы отпрепарировать кинестетические сигналы и рассмотреть их роль в регуляции движений глаз, так сказать, в чистом виде.

Методика эксперимента[5]. В экспериментах использовалась центральная присоска с двумя основными типами съемных насадок.

Насадка первого типа представляет собой тонкостенный тубус цилиндрической формы диаметром 4 мм и длиной 10 мм. В тубусе имеются две заслонки с отверстиями – диафрагмы: неподвижная, укрепленная у основания тубуса (диаметр отверстия 0,5 мм), и подвижная, способная перемещаться вдоль цилиндра (диаметр отверстия 0,1 мм).

Изменения расстояния между диафрагмами позволяют регулировать величину поля зрения. Чем больше это расстояние, тем меньше диаметр поля зрения (точнее, видимого его участка). Разнесение диафрагм на 10 мм дает сужение поля зрения до 3°.

Схема присоски с насадкой этого типа приведена на рисунке 1.18 а.

Сужение поля зрения до меньшей величины при помощи такой насадки ограничено длиной тубуса и диаметром отверстий диафрагм. Чтобы сузить поле зрения еще больше, нужно либо увеличить длину тубуса, либо уменьшить диаметр отверстий диафрагм. Но увеличение длины тубуса нежелательно, так как это утяжеляет присоску и может привести к искажению результатов опыта. Уменьшение же диаметров отверстий диафрагм нежелательно из-за физических свойств света: при очень малом диаметре возникает явление дифракции, что приводит к размыванию границ изображения; кроме того, уменьшение диаметра подвижной диафрагмы значительно ослабляет световой поток от объекта (уменьшение диаметра вдвое приводит к четырехкратному уменьшению яркости изображения).

Рис. 1.18. Схемы присоски с тубусом (а) и осветителем (б) для ограничения поля зрения

а) 1 – датчик для электромагнитной регистрации; 2 – тубус; 3 – провода питания датчика; 4 – диаграммы (входная и выходная); 5 – стекло; 6 – баллончик; 7 – корпус присоски; б) 1 – линза осветителя; 2 – диаграмма; 3 – лампочка накаливания; 4 – датчик регистрации; 5 – корпус присоски

Вес присоски с насадкой первого типа – 630 мг.

Для того чтобы получить диаметр поля зрения, меньший 3°, была сконструирована насадка второго типа. Этот тип насадки представляет собой миниатюрный осветитель[6], укрепляемый на глазной присоске с помощью шарнира. Пучок света от такого осветителя падает на объект, расположенный перед испытуемым, освещая небольшой участок объекта. Схема присоски с насадкой этого типа изображена на рисунке 1.18 б. Если объект затемнен, то глаз будет воспринимать только этот, освещенный в данный момент, участок. Изменяя фокусировку осветителя, можно изменять величину освещаемого участка, т. е. фактически изменять величину поля зрения. Этот тип насадки позволяет получить величину поля зрения вплоть до нескольких угловых минут. Область его применения ограничивается в основном максимально возможным световым пятном, поскольку по мере увеличения размера освещенного участка яркость падает пропорционально квадрату его диаметра.

Угловые размеры освещенных участков рассматриваемого объекта при крайних настройках осветителя составляют 35' и 1,7°.

Вес присоски с насадкой второго типа – 590 мг.

Поскольку осветитель укреплен на присоске при помощи шарнира, направление создаваемого им пучка света можно изменить. В экспериментах, которые описываются в данной статье, осветитель устанавливался таким образом, чтобы центр светового пятна совпадал с проекцией зрительной оси глаза. Тем самым проекция зрительной оси как бы фиксировалась световым пятном и становилась наблюдаемой. Перемещаясь вместе с глазом, осветитель последовательно высвечивает участки рассматриваемого объекта и вместе с тем рисует траекторию движения проекции зрительной оси[7].

Использование насадок первого и второго типа дает возможность исследовать работу глаза в условиях ограничения поля зрения от 0,5 до 5° (диаметр); насадка первого типа позволяет получить поле зрения от 3 до 5°, насадка второго типа – от 0,5 до 2°.

В экспериментах испытуемым, поле зрения которых ограничивалось при помощи описанных выше насадок, предлагались следующие задания.

1. Фиксация безориентирного поля: испытуемым предлагалось фиксировать взгляд и удержать глаз неподвижно в любом произвольно выбранном месте пустого экрана – белой сферической поверхности.

2. Фиксация точки, нанесенной на белый сферический экран.

3. Оценка длины прямолинейных и криволинейных отрезков, изображенных на плоскости для насадки первого типа: прослеживание отрезка. Длина отрезка варьировала от 40 до 10°, т. е. во всех случаях превышала диаметр узкого поля зрения.

4. Поиск и пересчет объектов – простых геометрических фигур. При этом предъявлялись как однородные, так и разнородные фигуры. Расстояние между центрами фигур составляло 3°. Если диаметр поля зрения был равен 2°, то испытуемый не мог одновременно видеть больше одной фигуры; если же диаметр был 5°, то он мог видеть одновременно несколько фигур.

5. Восприятие и опознание контурных и силуэтных изображений. Угловые размеры объектов составляли 20–35°, т. е. превышали диаметр узкого поля зрения в 10–15 раз. Тем самым создавалась необходимость последовательно обвести контур изображения, т. е. как бы ощупать его. В тех случаях, когда предъявляемые изображения были хорошо знакомы испытуемому (например, контурный рисунок чашки с блюдцем), от него требовалось назвать их. Если же предъявлялись абстрактные рисунки, контур которых образовывался сочетанием прямых и кривых линий, испытуемый должен был после осмотра этих рисунков найти их среди других фигур, но уже при свободном рассматривании или же нарисовать их по памяти. Все тестовые фигуры были выбраны с таким расчетом, чтобы в узком поле зрения в каждый данный момент по возможности не находились те участки контура, которые можно считать наиболее характерными для данной фигуры. Это было сделано с целью исключения возможности узнавания фигуры по ее какой-либо отдельной детали, что, конечно, повлияло бы на результаты эксперимента.

Время рассматривания фигур не ограничивалось, но регистрировалось экспериментатором. Опыт считался законченным, когда испытуемый либо называл фигуру, либо говорил, что он сможет ее найти (нарисовать), либо отказывался от продолжения эксперимента.

Поле зрения ограничивалось от 3 до 0,5°. Освещенность экрана при использовании насадок первого типа составляла 400–450 люкс. Освещенность пятна, создаваемого осветителем (насадка второго типа), – 100 люкс.

6. Восприятие и опознание контурных и силуэтных изображений фигур (таких же, как и в предыдущей задаче) в условиях слежения за световым пятном, плавно перемещаемым экспериментатором по их контуру. Экспериментатор пользовался указкой, на конце которой была укреплена лампочка; чтобы устранить засветы и блики, она помещалась в специальный светонепроницаемый кожух с отверстием, обращенным к глазу испытуемого. В отличие от задания № 5 здесь испытуемый был лишен свободы в выборе маршрута осмотра, а прерывистые скачкообразные движения глаз заменялись плавными следящими движениями. Цель эксперимента состояла в том, чтобы выяснить, не влияет ли дискретность движений, обусловленная узким полем зрения, на восприятие и опознание объекта; на первый план здесь выступало как бы «чистое» движение, т. е. собственно визуальная информация сводилась к минимуму (наблюдение одной точки).

7. Восприятие и опознание изображений, образованных темными и светлыми точками (мозаика). При выполнении этого задания испытуемый мог произвести произвольное сканирование всей фигуры, а не только ее контура. Поскольку точки, образующие фигуру, были расположены близко друг от друга (0,3°), в узком поле зрения могли одновременно в каждый данный момент находиться несколько точек: три – в поле зрения 1°, семь-восемь – в поле зрения 3°. Это облегчало задачу перевода взгляда от точки к точке. Величина точки 0,5°. Общее количество точек, образующих фигуру, 40–45.

Во всех экспериментах на один глаз укреплялась присоска с насадкой первого или второго типа, а второй закрывался ширмой, чтобы исключить ориентацию испытуемого при помощи этого второго глаза.

Расстояние экрана, на котором предъявлялись тест-объекты, от глаза испытуемого во всех экспериментах составляло 0,5 м.

В экспериментах принимало участие 6 человек с нормальным зрением в возрасте 20–30 лет.

Перед каждым экспериментом производились подгонка присоски и насадки, а также юстировка аппаратуры индивидуально для каждого испытуемого.

Движения глаз испытуемых при решении перечисленных задач регистрировались при помощи установки, схема которой изображена на рисунке 1.19.

Рис. 1.19. Схема установки для регистрации траектории движения глаз

1 – приемные катушки-антенны; 2 – индукционный излучатель-датчик; 3 – экран с тестовым изображением; 4 – усилители сигналов; 5 – регистрирующий осциллограф

Результаты экспериментов. Эксперименты показали, что характеристики движений глаз в условиях ограниченного (узкого) поля зрения существенно отличаются от тех, которые наблюдаются в условиях свободного рассматривания объектов при неограниченном (естественном) поле зрения.

Приведем данные, полученные при выполнении испытуемым каждого из перечисленных выше заданий.

Фиксация взгляда. При наблюдении пустого безориентирного экрана глаз не стоит на месте, а совершает дрейфовые движения, большие, чем в условиях свободного рассматривания, примерно на порядок. Иначе говоря, испытуемый не может фиксировать взгляд в какой-либо необозначенной точке «пустого» пространства, как этого требует инструкция.

Однако субъективно дрейфовые движения не замечаются, не осознаются: испытуемый уверен, что он выполняет задание. При попытках произвольного управления движением глаз в этих условиях наблюдаются плавные переходы от одного движения к другому, от дрейфа к скачку; нам не удалось зарегистрировать ярко выраженных скачков, характерных для переноса взгляда с точки на точку в условиях свободного рассматривания объектов.

Если в поле зрения имеется фиксационная точка (место фиксации обозначено), движения глаз приобретают характер быстрых дрейфовых сплывов (соскальзывание с фиксационной точки) и возвратных скачков. Область таких сплывов ограничена величиной узкого поля зрения (находится внутри поля).

Когда направление зрительной оси смещено относительно центра узкого поля, возникают нистагматические движения, медленная составляющая которых направлена в сторону смещения.

Визуальное измерение (оценка длины) отрезков. В условиях ограниченного (узкого) поля зрения симультанная оценка длины отрезков, превышающей его диаметр, исключена. В таких условиях глаз вынужден последовательно перемещаться вдоль отрезка, прослеживать его, как бы ощупывать. Образ длины прослеживаемого отрезка здесь может формироваться лишь на основе кинестетических сигналов: длина отрезка может быть оценена по амплитуде движения.

Таблица 1.1

Прослеживающие (измерительные по своей функции в условиях данной задачи) движения глаза являются дискретными и имеют скачкообразный характер. При этом величина скачков определяется величиной узкого поля зрения и составляет 0,5–0,6 его диаметра.

Время пауз между скачками составляет 300–350 мсек, т. е. несколько превышает длительность фиксации при свободном рассматривании.

Величина скачка определяется только величиной поля зрения; попытки произвольного управления ею безрезультатны.

С уменьшением поля зрения не только сокращается величина скачков, но иногда и нарушается их ритмичность: увеличивается длительность пауз, появляются возвратные движения.

Когда диаметр поля зрения меньше 1°, скачкообразные движения заменяются дрейфом, скорость которого составляет 0,5–1,0 град/сек. В некоторые моменты глаз останавливается и начинает дрейфовать в обратную сторону. При этом изменения направления дрейфа обычно испытуемыми не осознаются и часто оцениваются как противоположные действительным.

На рисунке 1.20 приведены характерные записи движений глаз при оценке длины прямолинейных отрезков, расположенных горизонтально. Записи сделаны в одном и том же масштабе.

Рис. 1.20. Записи горизонтальных движений глаз при различных углах ограничения поля зрения

а – 3°; б – 1°; в – <1°

В ходе прослеживания отрезка глаз строго к нему привязан; движение совершается вдоль отрезка (как прямолинейного, так и криволинейного). Оценка проделанного глазом пути, соответствующего длине отрезка, в условиях узкого поля зрения затруднена, а если диаметр поля зрения уменьшен до 1–0,5°, то и практически невозможна. Особенно отчетливо это проявляется в том случае, когда длина отрезка значительно превышает диаметр поля зрения и количество скачков при прослеживании становится больше 5–6 (вероятно, это как-то связано с объемом оперативной памяти). Испытуемый оценивает длину отрезка (в тех случаях, когда он в состоянии это сделать) весьма ориентировочно. Оценка производится на основе подсчета количества скачков, которые совершает глаз при прослеживании. Если испытуемому предлагают сравнить по длине два отрезка, то он подсчитывает количество скачков при прослеживании каждого из них и затем сопоставляет результаты. Таким образом, оценка длины отрезка осуществляется на речемыслительном, а не на непосредственно визуальном, перцептивном уровне.

В том случае, когда длина отрезка превышает диаметр узкого поля зрения значительно в 10–15 раз, в таком подсчете возникают ошибки, что вынуждает испытуемого сделать повторные прослеживания, а это часто приводит к еще большим ошибкам.

Нужно отметить, что длина отрезков, которую испытуемый в состоянии проследить, так же как и величина скачков, зависит от диаметра узкого поля зрения. Максимально возможная длина прослеживаемого отрезка поля зрения диаметром 3° составляет 30–35°, для поля зрения диаметром 2°–20–25°, для поля зрения 1°–10–13°. При предъявлении отрезков, длина которых превышает указанные, они прослеживаются лишь частично. Как бы испытуемый ни старался выполнить задание, прослеживание отрезков, превышающих по длине указанный предел, до конца не происходит.

Поиск и пересчет объектов. При поиске объектов, удаленных друг от друга на величину, превышающую диаметр узкого поля зрения, глаз совершает в основном дрейфовые движения; они напоминают те, которые наблюдаются при рассматривании пустого (безориентирного) экрана. Глаз «попадает на объект» лишь случайно, и если такое «попадание» произошло, то он как бы «вязнет», «прилипает» к нему. Перевод взгляда с обнаруженного объекта затруднен. Время остановок (фиксаций) при «попадании на объект» очень большое и не становится меньше 800–1000 мсек. Некоторые испытуемые вообще отказываются в этом случае продолжать поиск.

Если предъявленные объекты однородны, т. е. не имеют различительных признаков, то оценка их количества и пространственного расположения становится практически невозможной. Испытуемый не в состоянии определить, какой из объектов он уже видел, а какой является новым.

В том случае, когда объекты расположены внутри участка, охватываемого симультанно узким полем зрения, движения глаз приобретают скачкообразный характер; при этом величина скачков определяется расстоянием между объектами. Если эти объекты разнородны, то их подсчет (хотя и не очень точный) возможен. Если же объекты однородны, то их подсчет становится невозможным.

Восприятие и опознание контурных и силуэтных изображений. Как показали эти эксперименты, в условиях ограниченного поля зрения глаз испытуемого действительно совершает последовательный обход вдоль контура фигуры. При этом он перемещается так, что линия контура проходит всегда через середину поля зрения. Если же рассматривается силуэтный рисунок, то узкое поле располагается так, что одна его половина находится на самой фигуре (темной), а другая – на прилегающем участке светлого фона (рисунок 1.21 а, б). Движения глаз при диаметре поля зрения 3–1° имеют скачкообразный характер. Величина скачков, так же как и при выполнении заданий измерения длины отрезков, составляет 0,5–0,6 диаметра узкого поля зрения. Типичные записи движений глаз при обведении контура объекта и его силуэта приведены на рисунке 1.22.

Рис. 1.21. Пример тестовых изображений, используемых в экспериментах 1, 2 – видимые части силуэтного и контурного изображения

Рис. 1.22. Записи движений глаз при обведении силуэтного изображения при различной величине угла поля зрения

а – 0.5–1°; б – 1–2.5°; в – 2.5–4.0°

Время пауз между скачками (фиксаций) в среднем составляет 300–500 мсек; некоторые фиксации длятся 1000–1500 мсек.

Испытуемые обводят фигуру взглядом несколько раз. Как правило, после третьего раза они либо называют предполагаемую фигуру (или изъявляют готовность нарисовать, найти среди других), либо отказываются от дальнейших попыток. В большинстве случаев наблюдаются ошибки; узнавания бывают редкими и только в тех случаях, когда поле узкого зрения имеет диаметр 5°. Если же испытуемые фигуру рисуют, то допускают много ошибок. Особенно большие трудности в опознании объектов наблюдаются тогда, когда узкое поле зрения имеет диаметр 1° и меньше. При ограничении поля зрения до 1° значительно возрастает длительность пауз (фиксаций) между скачками, появляются дрейфовые движения, направленные иногда в сторону, противоположную основному направлению осмотра. При работе в условиях поля зрения 0,5° прослеживание контура становится еще более затруднительным. Движения глаз приобретают ярко выраженный характер дрейфа, возникают соскальзывания с контура, частые изменения направлений движения; длительность фиксации достигает 2–3 сек. В этих условиях ни один испытуемый не смог ни назвать, ни нарисовать, ни найти предъявленные фигуры.

Восприятие и опознание контурных фигур и силуэтов в условиях слежения за световым пятном. При выполнении данного задания испытуемый должен был «обводить» взглядом контур фигуры, следя за непрерывно перемещающимся световым пятном, т. е. траектория движений глаза здесь была навязана. Дело обстояло так, как будто бы экспериментатор перемещал глаз испытуемого, «привязав» его к световому пятну.

Как показали эксперименты этой серии, движения глаз являются в основном плавными, что характерно для следящих движений и в обычных условиях (неограниченного поля зрения). Примеры записей траектории следящих движений глаз приведены на рисунке 1.23. Скорость этих движений при выполнении данного задания небольшая – от 3 до 10 град/сек. Она зависит от величины поля зрения. Так, для поля зрения 3° она составляет не более 5–7 град/сек, а для поля 5–10°–12 град/сек. Эта зависимость, по-видимому, обусловлена допустимой величиной запаздывания движения глаза по отношению к движущемуся световому пятну. Если бы величина запаздывания превышала диаметр поля зрения, то движущееся пятно могло бы оставаться за его границами, т. е. стать невидимым. Обычно в экспериментах этой серии контур обводился световым пятном один раз, но по просьбе испытуемого мог быть повторен. В этих экспериментах испытуемые опознавали фигуры с большим трудом. Хотя траектория движений глаз в этой серии экспериментов имеет максимальное подобие контуру фигуры, информация, поступающая от глазодвигательной системы, явно недостаточна для того, чтобы испытуемый мог повторить это движение или воспроизвести на рисунке.

Рис. 1.23. Траекторная запись движений глаз (б, г) при слежении за движущимся по контуру (а, б) световым пятном. Величина поля зрения 2°

Восприятие и опознание изображений, образованных из черных и белых точек. В отличие от только что описанных двух серий экспериментов, где траектория движений глаз «навязывалась» либо контуром, либо движущимся световым пятном, здесь испытуемый мог выбрать любой произвольный маршрут осмотра, а следовательно, не только получить через кинестетический анализатор информацию об уже совершенном (или совершаемом в данный момент) движении, но и определить направление каждого последующего движения. Собственно визуальные сигналы в этих экспериментах в принципе могли бы выполнять функцию контроля (индикатора наличия или отсутствия точки) движений, совершаемых по заранее намеченной программе. Если бы глаз работал по некоторой двигательной программе, то в условиях данного эксперимента имелась бы возможность формирования образа рассматриваемой фигуры. Однако оказалось, что при выполнении и этого задания испытуемые не опознают предъявляемые фигуры. Движения имеют скачкообразный характер (скачки от точки к точке). Они концентрируются обычно в какой-либо одной области фигуры, а также много раз возвращаются к одним и тем же точкам. Анализируя траектории совершаемых движений, трудно усмотреть в них не только подобие контуру фигуры, но и четкую программу обследования. Пример записи движений глаз приведен на рисунке 1.24.

В целом описанные результаты экспериментов показали, что в условиях ограничения поля зрения регуляция движений глаз затруднена[8].

Эксперименты с ограниченным полем зрения находят свою аналогию в клинической практике. Как показал А. Р. Лурия, при нарушениях теменно-затылочных долей мозга, приводящих к сужению поля зрения до 6–7°, у больных возникают большие затруднения в выполнении таких, казалось бы, простых заданий, как перевести взгляд с одной точки на другую. Если больной не видит обе точки одновременно, то перевод взгляда заменяется атактическими движениями глаз. При обведении взглядом геометрической фигуры движения глаз складываются у такого больного из отдельных скачков по контуру, но больной не может опознать ее.

Патологическая картина оказалась сходной с той, которая имеет место при искусственном ограничении поля зрения здорового человека.

При попытках измерения длины линий и обведения контура фигур движения глаз, как уже отмечалось, имеют скачкообразный характер. При этом их амплитуда достаточно жестко связана с величиной «узкого поля» зрения и составляет 0,5–0,6 его диаметра (расстояние от центра до края «узкого поля»).

Рис. 1.24. Траекторные записи движений глаз (а) при восприятии текстового изображения (б), составленного из чередующихся по контрасту точек

Оценивая работу глазодвигательной системы в терминах теории автоматического регулирования, можно показать, что величина ограничения поля зрения в случаях предельных отклонений глаз будет выступать в виде величины позиционной ошибки. Действительно, в линейной статической системе позиционная ошибка пропорциональна величине входного сигнала, откуда любой стимульный сигнал будет вызывать отклонение глаза на пропорциональную величину. В том случае, если половина диаметра «узкого поля» оказывается меньше, т. е. за пределами «узкого поля» зрения стимул перестает восприниматься и не вызывает соответствующей глазодвигательной реакции. Таким образом, при ограничении поля зрения, т. е. при заданной величине, максимальный угол поворота глаза должен оказаться величиной постоянной.

При отсутствии сигнала рассогласования, воспринимаемого зрительно, глаз как бы «прилипает» к точке, находящейся в «узком поле». Фиксация точки, поиск и пересчет объектов, а также восприятие и опознание изображений, образованных черными и белыми точками, в этом случае невозможны. Время фиксации здесь значительно возрастает по сравнению с тем, которое характеризует свободное рассматривание объектов (без ограничения поля зрения). Зависимость скорости прослеживающих движений глаза от величины «узкого поля» зрения (в условиях слежения за световым пятном) также указывает на то, что фиксацию управления ими осуществляет зрительный сигнал.

Отсутствие зрительной стимуляции порождает дрейфовые движения (фиксация безориентирного поля, визуальное измерение длины линий, поиск и пересчет объектов, восприятие и опознание контурных и силуэтных изображений). Можно предполагать, что дрейфовые движения в этом случае обусловлены внутренними «шумами», возникающими в зрительной и, вероятно, в кинестетической системах.

Движения такого же типа характерны и для условий стабилизации объекта (изображения) относительно сетчатки. В этом случае наблюдаются плавные движения (скорость 5–10 град/сек), переходящие в дрейф (скорость 1–2 град/сек). Скачки возникают редко и имеют незначительную амплитуду.

На рисунке 1.25 приведены записи движений глаз при восприятии пустого поля (а) и изображения, стабилизированного относительно сетчатки (б). Как видно из рисунка, в обоих этих случаях движения глаз по характеру сходны. Это – дрейф[9]. Зона дрейфа и его скорость в этих условиях больше по сравнению с дрейфом, наблюдаемым во время фиксации (в последнем случае его зона не превышает 30 угл. мин., а скорость – 5–6 угл. мин/сек).

По-видимому, дрейф возникает тогда, когда визуальная стимуляция (т. е. сигналы, поступающие в сенсорный канал зрительной системы) однообразна. При этом чем более она однообразна, тем интенсивнее дрейфовые движения.

В условиях стабилизации изображения относительно сетчатки движение глаза не приводит к изменению зрительной стимуляции и вместо саккадических движений (которые бы следовало ожидать, если бы глазодвигательная система работала по принципу программированного устройства) возникают дрейфовые.

Рис. 1.25. Траекторные записи движений глаз при восприятии пустого поля (а) и «стабилизированных» изображений (б)

При предъявлении точечного сигнала, стабилизированного относительно сетчатки, также наблюдается не скачок, а скользящее движение. Его амплитуда превышает расстояние до сигнала. Скользящее движение по своим характеристикам близко к направленному дрейфу.

Такой характер движения обусловлен, видимо, выключением обратной связи. Если в результате движения зрительная стимуляция изменяется (зрительный сигнал обратной связи), оно завершается фиксацией. Если же такого изменения нет (нет сигнала обратной связи), движение приобретает характер дрейфа.

В регулировании движений глаз по положению сигнал обратной связи является зрительным, а не кинестетическим. Как известно, точность отражения положения глаза в кинестетических ощущениях невелика и не превышает 1° [150]. Между тем ошибка, допускаемая при выполнении скачка на новую точку фиксации, составляет не более 6–10 угл. мин. [80, 141] и сопоставима с величиной «зоны нечувствительности» (и соответственно рецептивного поля).

Таким образом, ведущая роль в цепи обратной связи (так же как и в цепи прямой связи) принадлежит зрительным сигналам. Именно они осуществляют регуляцию глазодвигательной системы по положению. Что же касается кинестетических сигналов, то их роль, по-видимому, состоит в торможении движения и регулирования по производной, т. е. по скорости.

Следящая система и программирование движений глаз

Согласно выдвинутой гипотезе, глазодвигательный аппарат работает как следящая система с замкнутым контуром регулирования. Это показано при исследовании элементарных движений глаз. Однако вряд ли можно распространять принцип следящей системы на сложные движения. Несомненно, выбор точек фиксации в поле зрения (если в нем находится более двух точек), последовательность осмотра сложных объектов, определение маршрута движений глаз, глазомерные операции осуществляются по определенным программам. Программа формируется на основе той или иной задачи (и для ее реализации) и определяет качественное поведение глазодвигательной системы.

Таким образом, в механизме регулирования глазодвигательной системы можно видеть два основных уровня. Первый, исходный, уровень подчиняется наиболее простым и универсальным принципам – принципам следящей системы. Второй уровень – это уровень программированных движений. Между ними нет, конечно, непроходимой границы. Второй уровень формируется на основе первого, когда в управляющую систему вводятся дополнительные условия и ограничения[10]. Программа определяет последовательность элементарных движений (скачков), но динамические характеристики каждого из них подчиняются принципам следящей системы.

Весьма иллюстративным материалом могут быть записи движений глаз при выполнении задач рассматривания картин (рисунке 1.26а). Изменение смысловой оценки ситуации приводит к качественному изменению последовательности движений глаз. На рисунке 1.26б показано, как смещается центр фиксации глаза в зависимости от решаемой задачи. Однако динамические характеристики элементарных движений не изменяются ни произвольно, ни непроизвольно. На рисунке 1.26в показано движение глаз (скачки) при решении задач (временная развертка).

Рис. 1.26. Траекторная запись движений глаз и запись при временной развертке в зависимости от смысловой оценки тестового изображения

Таким образом, глазодвигательную систему можно представить как многоконтурную. Ее исходный контур регулирования (уровень) реализуется в соответствии с принципами следящей системы (апериодическое звено второго порядка), а цель регулирования и маршрут движений задаются более высокими уровнями. Как показали эксперименты, описанные в предыдущем разделе статьи, весьма важным условием формирования программы является достаточно широкое поле зрения. В условиях «узкого поля» программа не формируется.

Вопрос о соотношении указанных уровней регуляции весьма сложен. Его исследование требует разработки и специальных методических приемов, позволяющих разделить разные уровни регуляции. Эти приемы должны снять непроизвольные движения глаз, не связанные с решением задачи, предлагаемой испытуемому, и вместе с тем обеспечить возможность регистрации активности, характеризующей деятельность наблюдения при решении сложных зрительных задач (поиска, оценки, расстояний, опознания и т. д.).

Одним из подходов может быть методика стабилизации изображения, которая позволяла бы непрерывно воспринимать тестовое изображение и одновременно регистрировать перемещения внимания испытуемого.

Рис. 1.27. Схема установки для оптической стабилизации изображения реальных объектов

1 – глазное яблоко; 2 – присоска; 3 – отрицательная линза; 4 – положительная линза; F, f – фокусное расстояние линз

В лаборатории проблем зрительного восприятия Института психологии АН СССР была отработана и реализована методика стабилизации оптических изображений [119] применительно к задачам зрительного восприятия.

Принцип этой методики заключается в следующем. На глазной присоске устанавливалась короткофокусная рассеивающая линза (рисунок 1.27) так, что фокус ее совпадал с центром вращения глаза. Перед глазом устанавливалась вторая, собирающая, линза, которая может быть выполнена в виде очков. Ее фокус совмещался с фокусом первой линзы и, следовательно, с центром вращения глаза. Поскольку фокусы линз (в данном случае ахроматических) совмещены, их суммарная оптическая сила близка нулю. Критерием совмещения фокусов обеих линз служит резкость видимого изображения.

Когда рассматриваемый объект представляет собой светящуюся точку и находится достаточно далеко (рисунок 1.28), идущий от него пучок лучей можно считать параллельным. Если бы не было рассеивающей линзы и преломляющих сред глаза, то изображение точки находилось бы в фокусе первой, собирающей, линзы, т. е. в центре вращения глаза. При поворотах глаза положение такого изображения относительно сетчатки постоянно.

Рис. 1. 28. Схема построения изображения на сетчатке для бесконечно удаленного объекта при оптической «стабилизации»

Изображение точки, полученное с помощью первой, собирающей, линзы, будем рассматривать далее как предмет (источник света) для второй, рассеивающей, линзы. Поскольку фокусы обеих линз совмещены, после прохождения лучей через вторую линзу возникает мнимое изображение светящейся точки в бесконечности. Именно это изображение и рассматривается глазом. С одной стороны, при любых движениях глаза рассеивающая линза преобразует пучок лучей от неподвижного относительно глаза объекта (изображение точки в собирающей линзе). С другой стороны, сама линза жестко скреплена с глазом, т. е. неподвижна относительно него. В результате возникает эффект стабилизации изображения относительно сетчатки. В отличие от обычного метода стабилизации, где сам тест-объект неподвижен относительно глаза, в предлагаемом методе неподвижно мнимое изображение объекта, которое и рассматривается глазом.

Все вышеизложенное справедливо и для близко расположенного от глаза предмета, т. е. для непараллельных пучков света. В этом случае изображение точки в собирающей линзе находится не в ее фокусе и, следовательно, при движениях глаза изменяет свое положение, перемещается относительно сетчатки. Однако это изображение располагается на точно таком же расстоянии и от фокуса рассеивающей линзы (фокусы линз совмещены). За счет этого при движениях глаза происходит оптическая компенсация возникающих перемещений изображения, получаемого в первой линзе. В оптическом смысле происходит как бы сдвиг центра вращения глаза на величину, равную сдвигу изображения относительно совмещенных фокусов линз. Следовательно, все рассуждения, проведенные для параллельных пучков света, остаются справедливыми. Соответствующие оптические построения представлены на рисунке 1.29.

При использовании описываемого метода процесс зрения не нарушается, т. е. полной, абсолютной стабилизации не наступает. Предварительные эксперименты показали, что при сохранении нормального зрительного восприятия функцию произвольных движений глаз берут на себя движения головы, производящие фактически перемещение центра фиксации. При закреплении оптической стабилизирующей системы на голове наблюдатель воспринимал окружающее пространство (тестовый объект) смещающимся вместе с глазом. Попытка сменить точку фиксации или перевести взгляд с одного места изображения на другое сопровождалась поворотом головы в сторону стимула.

Рис. 1.29. Схема построения изображения на сетчатке для близко расположенного объекта при оптической «стабилизации»

Эти эксперименты показывают, что ограничение зрительной обратной связи в глазодвигательном аппарате приводит к изменению характера ее реакций и перестройке системы зрительной ориентации и наведения. Такая перестройка осуществляется довольно быстро (в течение 5–10 сек), что вряд ли могло бы произойти в случае существования жесткой глазодвигательной программы.

Можно предполагать, что зрительные сигналы обратной связи являются важнейшим условием не только регуляции элементарных движений глаза, но также формирования, реализации и коррекции программы[11].

Результаты исследования позволяют отнести глазодвигательную систему (исходный уровень ее регуляции) к типу следящих с замкнутым контуром регулирования. Нам представляется, что предлагаемая модель вполне объясняет, почему невозможно произвольное управление скоростью сигнала.

Исследуя зрительную фиксацию, Глезер [70, 71] пришел к выводу, что она осуществляется простой следящей системой, работающей по принципу устранения ошибки.

Принцип следящей системы реализуется и в условиях зрительного прослеживания сигнала, совершающего возвратно-поступательное и синусоидальное движения.

Возможно, что дрейфовые движения и небольшие скачки, прерывающие дрейф, также подчиняются принципам, лежащим в основе работы следящей системы. Можно предположить, что неупорядоченный характер дрейфа обусловлен, с одной стороны, случайными изменениями оптической и кинестетической стимуляций, а с другой – не столь случайными флуктуациями чувствительности зрительной системы.

Таким образом, во всех основных проявлениях на исходном уровне глазодвигательная система работает по принципам следящей.

Характеристики элементарных движений глаз определяются прежде всего зрительной стимуляцией. Именно они (в цепи как прямой, так и обратной связи) регулируют систему по положению. Кинестезия, по-видимому, выполняет функции регулирования по скорости, а также торможения.

Следящая система, управляющая движениями глаз, может быть описана в терминах теории автоматического регулирования.

Предложенная модель относится к исходному (первому) уровню регулирования. На более высоких уровнях движения глаз управляются программой, которая обеспечивает упорядоченность элементарных движений в пространстве и времени (прежде всего маршрут осмотра объектов). Программа определяется задачей, решаемой человеком.

В целом механизм, регулирующий движения глаз, представляет собой, по-видимому, многоуровневую, иерархически построенную систему с переменной структурой и большими возможностями переключений. В каждом конкретном случае задача, решаемая человеком, выступает в роли того системообразующего фактора [14], который определяет структуру и динамику управляющего механизма в данных условиях.

Общая характеристика бирецепции

В предыдущей главе рассматривался процесс формирования образа в условиях мономануального (одноручного) осязания. Между тем одной из особенностей гаптики, так же как и других сенсорных систем, является парность одноименных рецепторов (бирецепция).

В нормальных условиях зрение обычно осуществляется двумя глазами, слушание – двумя ушами, обоняние – двумя ноздрями, осязание – двумя руками.

В психологии и физиологии накоплены многочисленные факты, раскрывающие значение бирецепции в отражении объективной действительности. Особенно много исследований посвящено бинокулярному зрению. Экспериментально доказано, что абсолютная и различительная чувствительность бинокулярного зрения выше, чем монокулярного. Превосходство бинокулярного зрения над монокулярным особенно ярко проявляется в условиях восприятия под малым углом зрения.

Бинокулярное поле зрения (а поле зрения является одним из важнейших условий протекания зрительных ощущений и восприятий) совершеннее монокулярного.

Общеизвестными являются факты, свидетельствующие о взаимодействии обоих глаз в процессе формирования зрительных ощущений и восприятий. Это – факты бинокулярного смешения цветов и бинокулярного контраста. Сюда же относятся факты изменения чувствительности одного глаза после специального раздражения другого.

Исключительное значение взаимодействие глаз имеет для отражения объемности и локализации воспринимаемого предмета в пространстве. Если отражение освещенности, цвета и контура предметов может осуществляться как монокулярно, так и бинокулярно, то отражение глубины пространства, перспективы (а следовательно, и локализации предмета в пространстве) и отражение объемности тела – преимущественно бинокулярно.

При бинокулярном зрении воспринимаемый предмет проецируется дважды: на сетчатку правого и на сетчатку левого глаза, причем контуры обеих проекций несколько отличаются друг от друга, что зависит от угла, образованного зрительными осями глаз. Различие контуров проекций тем больше, чем ближе к глазу расположен воспринимаемый предмет. Несмотря на то что на сетчатках глаз возникают две различные по контурам оптические проекции предмета, в сознании формируется единый целостный образ одного объемного предмета.

Как показывают данные физиологической оптики, различение объема возможно лишь в том случае, если параллельные лучи света раздражают так называемые диспаратные точки сетчатки обоих глаз. При раздражении корреспондирующих точек сетчатки объемный предмет воспринимается как плоский (кажется плоским). Чрезмерная разность местоположения раздражаемых точек приводит к двоению образа. Для возникновения единого целостного образа объемного предмета необходима умеренная диспаратность. Регулирование величины диспаратности в зависимости от удаления и приближения предметов осуществляется механизмами конвергенции и дивергенции глаз. Эти механизмы играют существенную роль в определении местоположения предмета (локализации) относительно наблюдателя.

Самый факт бинокулярного восприятия объемности предмета и его локализации в пространстве получил название «бинокулярного эффекта».

Преимущества совместной деятельности парных одноименных рецепторов были показаны также в исследованиях слуховых ощущений и восприятий. Бинауральный слух превосходит мензуральный как по точности различения силы, длительности и тембра звуков, так и по звуковысотной чувствительности. Звуковысотная чувствительность бинаурального слуха в 1,5–2 раза превышает чувствительность монаурального.

Специальной функцией бинаурального слуха, как показывают экспериментальные данные, является определение местоположения источника звука (локализация звучащего тела в пространстве). Основой для распознавания местоположения звучащего тела является разность времени прихода звука к каждому из ушей и обусловленная этим разность фаз возбуждения между двумя сигнализациями в кору головного мозга от обоих ушей. Подобно двоению образа при резкой диспаратности раздражения обоих глаз, в области слуха также отмечено двоение одного звука при бинауральном слушании тонов, идущих по направлению в сторону от средней линии головы. Явление локализации звука в пространстве при слушании двумя ушами получило название «бинаурального эффекта».

Преимущества бирецепции раскрыты также в экспериментальных исследованиях обоняния. Установлено, что диринические ощущения (возникающие при раздражении обеих ноздрей) характеризуются большей точностью и скоростью, чем моноринические (возникающие при изолированном раздражении одной ноздри). Специальной функцией диринического обоняния является пространственная локализация источника запаха. Важнейшим условием пространственно-обонятельного различения является одновременное, но не совпадающее по интенсивности, раздражение обонятельных рецепторов обеих половин внутренней полости носа.

Таким образом, как в отношении зрения, так и в отношении слуха и обоняния было установлено, что взаимодействие одноименных рецепторов является механизмом различения местоположения раздражителей (локализации воспринимаемых объектов).

Парность одноименных рецепторов, как показал Ананьев, – это специальное приспособление сенсорных систем, служащее для пространственного различения.

Но этим не исчерпывается жизненное значение бирецепции. Благодаря наличию пар одноименных рецепторов осуществляется взаимный контроль и коррекция показаний каждого из них, а также взаимозамещение (в случае нарушения одного из рецепторов или в случаях затрудненных условий восприятия).

Как же осуществляется взаимодействие одноименных парных рецепторов? Известно, что рецептор является только частью (периферическим концом) более сложного нервного прибора-анализатора. Парности одноименных рецепторов соответствует симметричность в расположении мозговых концов анализаторов. Периферический и мозговой концы анализатора связаны между собой пучком афферентных волокон.

В двигательном и кожном анализаторах афферентные волокна полностью перекрещиваются. Рецепторы каждой половины тела связаны только с одним, контрлатеральным полушарием. В зрительном, слуховом и обонятельном анализаторах перекрест афферентных волокон частичный. Поэтому каждый из рецепторов оказывается связанным с обоими полушариями.

Понять механизмы взаимодействия одноименных парных рецепторов невозможно без анализа парной работы больших полушарий головного мозга. Вопрос бирецепции по существу является лишь частью более общей проблемы парной работы больших полушарий. Впервые эта проблема была поставлена Введенским в статье «О взаимных отношениях между психомоторными центрами», опубликованной в 1897 г.

Изучая взаимоотношения центров двигательной области, Введенский обнаружил, что «каждый раз, как раздражается один из кортикальных центров для передней конечности, это сопровождается понижением раздражительности одноименного центра на другом полушарии…» [48].

Одноименные симметрично расположенные точки обоих полушарий оказываются, таким образом, «стоящими друг к другу во взаимноугнетающих отношениях». Как было доказано более поздними исследованиями Павлова, кортикальные двигательные центры представляют собой скопления ядерных клеток кинестетического анализатора. Очевидно, понижение раздражительности (точнее, возбудимости) одного из полушарий под влиянием раздражения другого объясняется действием закона индукции нервных процессов в мозговом конце кинестетического анализатора: возбуждение ядерных клеток одного полушария вызывает торможение симметричных клеток другого.

Ценный вклад в решение проблемы взаимодействия полушарий внесли исследования Павлова и его школы. В 1923 г. Павлов опубликовал статью, посвященную этому вопросу. «Один из очередных вопросов теперь нарождающейся строго объективной физиологии больших полушарий, – писал он, – есть вопрос относительно парности больших полушарий. Что значит эта парность? Как понимать, как представлять себе одновременную деятельность больших полушарий? Что рассчитано в ней на замещаемость и что, какие выгоды и излишки, дает постоянная соединенная деятельность обоих полушарий?» [189].

Этому вопросу был посвящен целый ряд исследований, проведенных сотрудниками Павлова. Пользуясь методом условных рефлексов, Красногорский, Анреп, Розенталь установили, что как положительные, так и отрицательные условные рефлексы, выработанные на одной половине кожи животного, тончайшим образом воспроизводятся на симметричных местах кожи другой половины тела, причем перенос рефлексов с одной половины тела на другую осуществляется без малейшей предварительной выработки, «с места».

Факт переноса условных рефлексов у человека был позднее экспериментально обнаружен в исследованиях Мирошиной-Тонконогой (в отношении зрительного анализатора) и Рыковой (в отношении кожного анализатора) (психологическая лаборатория Ленинградского государственного ордена Ленина университета им. Жданова). Возможность переноса условных рефлексов с одной стороны тела на другую и составляет «выгоду» совместной работы больших полушарий.

Этот факт (перенос) объясняется действием закона иррадиации нервных процессов: тем, что возбуждение (или торможение), возникнув в одном из полушарий, иррадиирует на другое, захватывая оба полушария.

Исследуя проблему парности больших полушарий, Быков вырабатывал условный рефлекс с одной стороны кожной поверхности, а затем пытался отдифференцировать симметричные участки другой стороны. Оказалось, однако, что такую дифференцировку выработать невозможно. Это обусловлено, очевидно, тем, что симметричные участки обеих половин тела имеют единый механизм корковой регуляции.

Данные Введенского и Павлова на первый взгляд кажутся противоречивыми. По Введенскому, отношения между симметричными пунктами кинестетического анализатора подчинены закону индукции нервных процессов, по Павлову – закону иррадиации.

Однако эти противоречия только кажущиеся. В действительности, как показал Ананьев, взаимодействие полушарий есть процесс, в котором фазы иррадиации сменяются фазами индукции и наоборот, причем смена фаз взаимодействия определяется конкретными условиями деятельности анализаторов. Особый интерес для проблемы парной работы больших полушарий представляют опыты Быкова и Сперанского по изучению условнорефлекторной деятельности собаки с перерезанным мозолистым телом, представляющим собой пучок комиссуральных волокон между полушариями. Опыты показали, что после перерезки мозолистого тела перенос условных рефлексов с одной стороны тела на другую неосуществим.

Изучение условных рефлексов у собаки с перерезанным мозолистым телом показало значение парной работы больших полушарий в пространственном различении. Собака с разобщенными полушариями теряет способность определять местоположение раздражителей с помощью как зрения, так и обоняния. Она теряет способность различать также место кожного раздражения. У оперированной собаки невозможно выработать условный рефлекс и на направление звука. Все это говорит о том, что для пространственной локализации раздражителей необходима соединенная работа полушарий.

Именно соединенная работа полушарий и обеспечивает взаимодействие одноименных парных рецепторов.

Как уже говорилось, при бинокулярном восприятии одного предмета сигналы, поступающие с правого и с левого глаз, различны. Разность сигналов характерна также для бинаурального слуха и диринического обоняния. Однако, несмотря на разность сигналов, в сознании формируется единый целостный образ предмета. Более того, умеренная разность сигналов – необходимое условие пространственной локализации предмета. Интеграция различных сигналов, поступающих от парных рецепторов, в единый целостный образ предмета есть функция соединенной деятельности полушарий головного мозга.

Анатомические, физиологические и психологические исследования в области бирецепции убеждают в том, что любая из пар одноименных рецепторов представляет собой раздвоенное периферическое окончание одного анализатора (а не пару анализаторов). Каждый анализатор выступает, таким образом, как бирецепторный анализатор. Его мозговой конец образован системой ядерных и рассеянных клеток, объединяющих благодаря комиссуральным связям симметричные пункты обоих полушарий.

Афферентные волокна каждого анализатора связывают его мозговой конец с парой одноименных симметрично расположенных рецепторов (рисунок 1.30). В течение многих лет на кафедре психологии ЛГУ под руководством Ананьева изучалась дифференцировка пространственных сигналов с различных анализаторов: зрительного, слухового, кинестетического, обонятельного и др.

Сопоставление экспериментальных данных показало, что для всех анализаторов характерна функциональная асимметрия в работе парных рецепторов. Было обнаружено, что одна из сторон анализатора является в определенных условиях пространственного различения ведущей (ведущий глаз, ведущее ухо и т. д.). Оказалось далее, что функциональная асимметрия в работе любой пары рецепторов неоднозначна. Так, глаз, являющийся ведущим по остроте зрения, может быть не ведущим по прицельной способности или по величине поля зрения и т. д.

Рис. 1.30. Схематическое изображение бирецепторного анализатора:

1 – мозговой конец анализатора, объединяющий проекционные зоны обоих полушарий; 2 – перекрест афферентных путей; 3 – парные рецепторы

Было обнаружено также, что у одного и того же человека с изменением пространственных условий восприятия взаимодействие одноименных рецепторов перестраивается. Так, при малом угле зрения ведущим по прицельной способности является у большинства людей правый глаз. Но при изменении угла зрения от малого до большого ведущим становится левый глаз (опыты Горячевой). Аналогичная картина была обнаружена при исследовании деятельности и других анализаторов.

Экспериментальные данные позволяют считать, что функциональное неравенство в работе парных рецепторов носит условнорефлекторный характер. В зависимости от изменения пространственных условий ощущений и восприятий взаимодействие правой и левой сторон бирецепторного анализатора перестраивается. Эта перестройка связана с изменением динамики (иррадиации и взаимной индукции) нервных процессов [1].

Условнорефлекторная природа функциональной асимметрии свидетельствует о неразрывности основных механизмов высшей нервной деятельности: механизма анализаторов и механизма временных нервных связей. Анализатор выполняет не только функцию анализа, но и функцию синтеза. Механизм временных связей, являясь относительно самостоятельным, оказывается в то же время (по крайней мере в условиях пространственного различения) компонентом механизма анализатора.

Функциональные асимметрии рук

Функциональное разделение правой и левой рук является важнейшей чертой двигательного развития человека. Известно, что при выполнении как элементарных, так и сложных трудовых действий у большинства людей основная двигательная нагрузка приходится на правую руку. Она является ведущей. Левая рука, как правило, выполняет (у правшей) только вспомогательные операции. В некоторых более редких случаях ведущей является левая рука (левшество). Еще реже встречаются люди, одинаково хорошо владеющие как правой, так и левой руками (симметрики). По подсчетам некоторых исследователей, праворукость среди взрослых людей – преобладающее явление и встречается в 70–90 случаях из 100.

Разделение функций рук, характерное для действий человека, отражается и на работе кинестетического анализатора, одна из сторон которого, как правило, является ведущей.

Исследование Поздновой, проведенное на кафедре психологии ЛГОЛУ им. Жданова, показало, что у правшей более развитой в отношении пространственно-двигательной ориентировки является кинестезия правой руки, а у левшей – левой. Позднова использовала в своем исследовании методику, разработанную Кекчеевым для изучения проприоцепции, но внесла в нее одно дополнение: в ее экспериментах испытуемый действовал не только правой (как у Кекчеева), но и левой рукой, что позволило сравнить данные.

Эксперименты состояли в следующем: на столе накалывался лист плотной бумаги (50×50 см), в середине которого отмечалась точка-центр. Вокруг точки – восемь концентрических окружностей на расстоянии 3 см друг от друга. Центр отстоял на 24 см от края стола. Испытуемый (зрячий с завязанными глазами или слепой) сидел перед столом. Расстояние между его грудью и передним краем крышки стола – 5 см. Одну руку он клал на колено, другую брал экспериментатор и касался указательным пальцем этой руки центральной точки круга, возвращая затем руку испытуемого в исходное положение у переднего края стола. Через 10 секунд испытуемый должен был сам попытаться попасть в центральную точку, т. е. воспроизвести проприоцептивно воспринятое движение своей руки. Каждый вариант движения повторяется три раза правой и три раза левой рукой. Положение тела испытуемого менялось в каждой серии опытов. Он отодвигался от исходной точки назад на 20 см, вправо и влево на 20 см и затем делал поворот туловища на 45° вправо и влево. В экспериментах Поздновой испытуемыми выступали ярко выраженные правши и левши.

У правшей движения правой руки оказались гораздо точнее, чем левой, во всех условиях опыта. Средняя зона попаданий для правой руки располагалась ближе к центру, чем для левой; более концентрированы были точки попадания.

Средняя зона для правой руки заняла поле от 16 до 32 мм, а для левой – от 13,3 до 40 мм. Среднее отстояние от центра попаданий для правой руки – 19,4 мм, то же для левой руки – 27,9 мм.

Попадания правой руки располагались неподалеку от центра и распределялись равномерно во все стороны: ограничивающая их кривая приближалась к овалу. Попадания левой руки располагались в основном слева от центра. Поле действия правой руки было равномерно вытянуто вправо и влево от центра по фронтальной линии тела. Поле действия левой руки не имело фронтальной вытянутости, скорее отмечалась его вертикальная вытянутость (по вентральной линии тела). Позднова справедливо связала различия в рецепторно-моторных полях правой и левой рук с разделением их функций в трудовых актах.

В зависимости от перемещения тела движения левой руки смещались влево, а поле ее действия перемещалось по кругу с поворотом тела. Поле действия правой руки все время было ориентировано на объектный центр движения и меньше зависело от перемещения испытуемого в пространстве. В показаниях правой руки у разных испытуемых ярко проявлялись индивидуальные различия, сказывался опыт трудовой деятельности. В показаниях же левой руки индивидуальные различия почти не проявлялись.

Для правой руки правшей была характерна также большая вариативность попаданий. Движения левой руки оказались однообразными. Коэффициент вариативности для правой руки равнялся 67 %, для левой – 43 %.

У левшей наблюдалась обратная картина: количественные показатели «рецепторно-моторного поля» левой руки у них были выше, чем правой.

Экспериментальные данные Поздновой свидетельствуют о том, что рука, выполняющая ведущие функции в трудовых актах, является ведущей и в условиях пространственно-двигательной ориентировки.

Однако ведущая сторона кинестетического анализатора не является абсолютной и неизменной. Если при пространственно-двигательной ориентировке в качестве ведущей выступает правая рука (у правшей), то при оценке веса предметов ведущей оказывается левая рука. Правша, как известно, точнее определяет вес (ощущение тяжести) с помощью левой руки. Функциональная асимметрия рук в отношении кинестезии оказывается, таким образом, не однозначной.

Многозначность функциональной асимметрии рук становится еще более явной при сравнении осязательного восприятия предметов с помощью правой и левой рук.

Сравнительное исследование осязательного восприятия с помощью каждой руки было осуществлено на кафедре психологии ЛГОЛУ Идельсоном и Ломовым.

Эксперименты проводились по следующей методике: испытуемым (взрослым, с явно выраженным правшеством) предлагалось поочередно ощупать какой-либо одной рукой несколько плоских и объемных геометрических фигур, укрепленных на штативе и скрытых от взора. Три-четыре месяца спустя испытуемые вновь ощупывали эти же фигуры, но теперь ранее ощупываемые правой рукой ощупывались левой и наоборот.

Перерыв в три-четыре месяца между первым и вторым экспериментами делался для того, чтобы исключить влияние узнавания (отметим, что экспериментаторы не зафиксировали ни одного случая узнавания фигур при повторном опыте).

В обоих экспериментах фиксировалось время ощупывания. Показателем адекватности образа являлся рисунок испытуемого.

Результаты экспериментов приведены в таблице 1.2.

В графе «Фигуры» обозначены номера фигур (с 1 по 6 – плоские, с 7 по 12 – объемные фигуры). В графе «Испытуемые» – начальные буквы фамилий испытуемых. В графе «Рука» отмечено, какой рукой ощупывалась фигура. В вертикальном ряду цифр, относящемся к каждому испытуемому, отмечено время (в сек.), затраченное на ощупывание каждой фигуры. Та к как все фигуры ощупывались дважды, против номера каждой из них стоят две цифры: верхняя – время ощупывания правой рукой, нижняя – левой. Сравнение этих цифр позволяет определить, какая рука у того или иного испытуемого является ведущей по скорости восприятия. В графах «Ведущая рука» представлены результаты такого сравнения. Если ведущей по скорости восприятия оказалась правая рука, то в этой графе стоит «прав.», если левая – «лев.». Если же время ощупывания фигуры правой рукой равно времени ощупывания левой, стоит «сим.» (симметрия). Отметим, что в отношении моторики у всех испытуемых ведущей являлась правая рука.

Таблица 1.2. Время ощупывания (в сек.)

Всего проведено 132 пары экспериментов. В 36 случаях (27 %) время ощупывания правой рукой оказалось меньше, чем левой; в 87 (66 %) – наоборот. В 9 случаях (7 %) обнаружилось равенство левой и правой рук по времени ощупывания.

Из одиннадцати испытуемых только у одного (К.) время ощупывания фигур правой рукой почти во всех случаях меньше, чем левой. У десяти испытуемых отмечается преобладание (по времени ощупывания) левой руки.

Один испытуемый (Л-г.) половину фигур воспринял быстрее при ощупывании правой рукой, половину – при ощупывании левой. Из 132 рисунков плоских фигур 29 оказались неверными (из них 22 получены от испытуемых после ощупывания фигур правой рукой и только 7 – после ощупывания левой). Итак, нет никаких оснований считать, что правая рука, ведущая в отношении моторики, является ведущей и в отношении точности и быстроты осязательного восприятия формы. Скорее наоборот, в этом отношении ведущей у правшей является левая рука, так как почти во всех экспериментах время ощупывания левой рукой меньше, и процент неправильных рисунков после ощупывания левой рукой меньше, чем правой, т. е. образ точнее.

Функциональное неравенство рук обнаруживается также в области тактильной, температурной и вибрационной чувствительности.

Сравнительное исследование тактильного отражения правой и левой руками площади прикосновения фигур было проведено Ломовым.

В экспериментах использовалась следующая методика: к ладони сначала правой, а затем левой (и наоборот) рук испытуемых поочередно прикладывались всей поверхностью 4 круга разного диаметра (зрение выключалось). Чередование кругов изменялось в каждом эксперименте. После каждого прикладывания испытуемый зарисовывал воспринятую фигуру, пытаясь, согласно инструкции, как можно точнее передать ее величину. Экспериментатор, измерял площадь изображенного круга и сравнивал ее с площадью оригинала.

В таблице 1.3 приводятся результаты исследования – средние данные двух экспериментальных проб, полученных в разное время у одних и тех же испытуемых.

Таблица 1.3. Определение площади круга

При анализе экспериментальных данных обнаруживается, что величина площади круга оценивается испытуемыми, как правило, неверно. Лишь в 25 % всех проб площадь рисунков приблизительно равна (с точностью до 0,5 см²) площади оригинала; в 10 % проб она оказалась увеличенной; в остальных случаях (65 %) – уменьшенной. Максимальная ошибка достигает 80 %, т. е. площадь рисунка уменьшается в 4 раза по сравнению с площадью оригинала.

В первой графе таблицы указан порядковый номер круга; во второй – его площадь; в третьей графе – к какой руке прикладывалась фигура; во всех остальных – начальные буквы фамилий испытуемых и их показания (площадь изображения). Знаком «прав.» отмечены те пробы, при которых испытуемый точнее определял площадь круга правой рукой, знаком «лев.» – те, при которых площадь круга определялась точнее левой рукой, «сим.» обозначает, что показания правой и левой рук равны.

Процент ошибок значительно сокращается, если испытуемый активно ощупывает круг. Следовательно, для оценки величины (площади) фигуры недостаточно деятельности одного только тактильного анализатора. Здесь требуется, так же как и для восприятия формы, взаимодействие тактильного анализатора с кинестетическим. Сравнение тактильных оценок площади кругов правой и левой руками показывает, что в большинстве случаев (50 %) ведущей является левая рука, в 20 % случаев – правая, в 30 % – показания правой и левой рук тождественны. Средняя величина ошибки в оценке площади круга для правой руки равна 34, для левой – 23 %. Отметим, что в отношении моторики у всех испытуемых ведущей является правая рука.

Таким образом, для тактильной чувствительности, как и для кинестезии, характерна функциональная асимметрия, причем она не совпадает с моторной асимметрией у тех же испытуемых. При тактильной оценке площади фигур у большинства испытуемых (правшей), по средним данным, ведущей оказалась левая рука. Однако знак ведущей руки по тактильному определению площади у одних и тех же испытуемых не является постоянным. При оценке некоторых фигур точнее показания левой руки, при оценке других – правой. Неустойчивость функциональной асимметрии, по-видимому, связана с тем, что испытуемые (студенты) не получили достаточного опыта в области пассивного осязания. Можно предположить, что у людей, в деятельности которых участие пассивного осязания является постоянным и необходимым, функциональная асимметрия в тактильной чувствительности является более устойчивой.

Результаты экспериментов дают также основания полагать, что характер функциональной асимметрии зависит от площади воспринимаемой фигуры. Если при восприятии относительно крупных фигур у большинства испытуемых зафиксирована большая точность левой руки, то при восприятии меньших фигур выигрывают показания правой руки (либо они оказываются равными показаниям левой руки). Так, при оценке круга площадью 9,5 см²у 8 испытуемых из 15 точнее показания левой руки, у 2 – правой, у 5 – тождественные. А при оценке круга площадью 1,5 см² (в 6 с половиной раз меньше первого) левая рука преобладает лишь у 4 испытуемых, у 5 преобладает правая, у 6 показания обеих рук равны. По-видимому, при уменьшении площади соприкосновения объекта и ладони правая рука из неведущей превращается в ведущую.

Аналогичное явление отмечено Горячевой при изучении прицельной способности правого и левого глаз. Она установила, что с изменением угла зрения изменяется и знак (ведущий или неведущий) глаза. Очевидно, функциональная асимметрия имеет условнорефлекторную природу и зависит от пространственных условий деятельности анализаторов.

Дальнейшее изучение особенностей кожной чувствительности правой и левой рук проводилось на кафедре психологии ЛГОЛУ Рыковой.

Методика этого исследования была следующей: в качестве безусловного раздражителя, изменяющего чувствительность кожи (кончик указательного пальца), использовался холод (вода 0 °C), а в качестве условного – стук метронома (200 ударов в минуту); дифференцировочным раздражителем был стук метронома с частотой 60 ударов в минуту. Изменение кожной чувствительности определялось по изменениям реабазы, измеряемой с помощью хроноксиметра. Рыкова провела две серии опытов по изучению переноса условных кожных рефлексов с одной руки на другую. В первой серии вырабатывались условный рефлекс и дифференцировка с ведущей по моторике руки и проверялся их перенос на неведущую руку. Во второй серии подобная работа проводилась в обратном порядке.

Рыкова установила, что температурная чувствительность ведущей по моторике руки ниже, чем чувствительность руки неведущей.

Эксперименты Рыковой показали также, что при выработке условного рефлекса путем сочетания холодового раздражителя и стука метронома кожная чувствительность ведущей руки повышается. При выработке условного рефлекса с неведущей руки, напротив, отмечается понижение ее кожной чувствительности. В обеих сериях опытов имел место перенос условных кожных рефлексов и их дифференцировок с одной стороны тела на другую без всяких дополнительных подкреплений и сочетаний. Таким образом, Рыкова подтвердила на человеке закономерность, открытую в школе Павлова на животных. Однако если у животных перенос условных кожных рефлексов с правой стороны тела на левую ничем не отличается от переноса в обратном направлении, то у человека в явлении переноса обнаруживается функциональная асимметрия. В опытах Рыковой кожные условные рефлексы на повышение чувствительности переносились с ведущей руки на неведущую, а кожные рефлексы на понижение чувствительности – с неведущей руки на ведущую. В итоге происходило как бы уравновешивание процессов переноса с одной стороны тела на другую.

Таким образом, эксперименты Рыковой вскрыли функциональную асимметрию рук в области температурной чувствительности и ее условно-рефлекторного изменения.

Явление функциональной асимметрии рук было обнаружено и в области вибрационной чувствительности, которая исследовалась на кафедре психологии ЛГОЛУ Ставровой.

В экспериментах Ставрова использовала вибратор конструкции Андреевой – Галаниной с соответствующими дополнительными установками (трансформатором и реостатом). Пунктами приложения вибратора были фаланги (с ладонной стороны) всех пальцев обеих рук, подушечка ладони у большого пальца, предплечье с тыльной стороны.

По данным Ставровой, ни у одного из 43 испытуемых не оказалось совпадения вибрационной чувствительности на обеих руках, симметричных реакций не наблюдалось вовсе [219].

В большинстве случаев вибрационная чувствительность левой руки была выше чувствительности правой руки[12] (см. рисунок 1.31).

Рис. 1.31. Асимметрия вибрационного различения (по Д. А. Ставровой). Рисунок взят из книги Б. Г. Ананьева «Пространственное различение»

Таким образом, исследования различных видов чувствительности раскрывают многообразие функциональных асимметрий рук. Кинестетическая, тактильная, температурная и вибрационная чувствительность обеих рук развиты, как правило, неравномерно. В одних случаях разность чувствительности оказывается резкой, в других – незначительной. По некоторым показателям (например, условнорефлекторное изменение температурной чувствительности кожи, опыты Рыковой) изменения чувствительности правой и левой рук происходят в противоположных направлениях.

При сравнении данных всех приведенных исследований обнаруживается капитальная особенность функциональной асимметрии рук, а именно – контрастные отношения между кинестезией и кожной чувствительностью. Рука, ведущая в отношении моторики, часто оказывается неведущей по кожной чувствительности.

Контрастные отношения рук проявляются и внутри кинестезии. Если по одним показателям (регулирование сложных действий, пространственно-двигательная ориентировка) у большинства людей ведущей является правая рука, то по другим показателям (определение веса, осязательное восприятие формы) ведущей оказывается левая рука.

Однако функциональное разделение рук не означает, что деятельность одной из них независима от деятельности другой. Само разделение рук может быть понято лишь в связи с анализом их взаимодействия. Современная психология располагает достаточным количеством данных, свидетельствующих о том, что изменения, происходящие в связи с деятельностью одной из рук, так или иначе сказываются и на другой. Еще Сеченов показал, что совместная деятельность рук, а следовательно, и соответствующих им полушарий, является общим условием работоспособности каждой отдельной руки. В 1902 г. им было установлено, что восстановление работоспособности правой руки после затраты большой мышечной энергии происходит не тогда, когда все тело человека отдыхает, а когда во время перерыва работает левая рука. Этот факт объясняется Ананьевым тем, что кинестетические импульсы левой руки, возникающие при ее работе, передаются из правого полушария в левое. Иррадиация возбуждения, с его точки зрения, и снимает утомление правой руки.

Возможно, однако, что сеченовский эффект объясняется иначе. Утомление, как известно, связано с возникновением охранительного торможения. Такое торможение при усиленной работе правой руки возникает в левом полушарии. Если во время перерыва в работе правой руки действует левая, то возбуждение, возникающее в правом полушарии, по закону индукции нервных процессов усиливает охранительное торможение в левом полушарии. Оно становится поэтому более концентрированным и глубоким. А более концентрированное и глубокое торможение приводит и к более быстрому восстановлению работоспособности правой руки.

Шатенштейн и Иорданская [259], исследовавшие функциональные изменения мозгового конца кинестетического анализатора во время работы, показали, что сеченовскому эффекту свойственна определенная динамика. В начальный период работы сеченовский эффект отсутствует. Он появляется лишь при условии некоторого утомления работающей правой руки. Причем сначала величина эффекта возрастает по мере возрастания силы импульсов с левой руки в соответствии с «законом силы». Затем наступает уравнительная или даже парадоксальная фаза (меньшая нагрузка на левую руку приводит к более значительному эффекту, чем большая нагрузка). Шатенштейн и Иорданская отметили, что фазы динамики сеченовского эффекта могут повторяться. Это расценивается ими как показатель волнообразного характера изменений функционального состояния корковых центров кинестетического анализатора, что свидетельствует о борьбе процессов возбуждения и торможения. Зависимость величины сеченовского эффекта от изменений функционального состояния кинестетического анализатора показывают также данные Коробкова [118]. Объяснить динамику сеченовского эффекта действием только закона иррадиации нервных процессов вряд ли возможно. Очевидно, изменения функционального состояния мозгового конца кинестетического анализатора объясняются сопряженным действием законов индукции и иррадиации нервных процессов. Как бы ни объяснялся сеченовский эффект, для нас важно одно: то, что он свидетельствует о неразрывной связи, о теснейшем взаимодействии правой и левой сторон кинестетического анализатора.

Об этом же свидетельствуют и клинические факты. Из клиники известно, что при односторонних двигательных поражениях (например, при гемиплегиях) имеет место не только выпадение двигательных функций пораженной стороны, но и резкое ограничение объема, скорости и сложности движений сохранной стороны тела.

Все эти факты свидетельствуют в конечном счете о взаимодействии больших полушарий головного мозга.

Электрофизиологические данные о взаимодействии полушарий головного мозга человека

Прямые доказательства взаимодействия полушарий при работе каждой отдельной руки были получены в исследовании Идельсона [105], проведенном на кафедре психологии ЛГОЛУ им. Жданова.

В этих экспериментах был использован чернильный осциллограф, записывающий одновременно 4 кривые биотоков (с отметкой времени в секундах, а также моментов начала и конца раздражения).

Испытуемым давались следующие различные по сложности задания: 1) двигать кистью и пальцами левой руки, 2) двигать кистью и пальцами правой руки, 3) выполнять то же действие обеими руками, 4) ощупать левой рукой плоскую фигуру до возникновения ее точного образа, 5) ощупать аналогичную фигуру правой рукой. Для отведения биопотенциалов мозга использовалось биполярное наложение электродов на симметричные пункты кожи головы в лобных, теменных и затылочных областях. В опытах с тремя лицами было применено так называемое монополярное отведение. При этом записанная кривая отражала колебания разности потенциалов между одной точкой мозга и каким-либо «нейтральным», обладающим минимальным и устойчивым потенциалом, участком кожи (мочка уха). При монополярном отведении каждый эксперимент проводился дважды. Для анализа кривых использовались методы визуального просмотра и описания, а также метод подсчета альфа-ритмов.

Анализ данных электроэнцефалограмм (ЭЭГ) показал, что во время изолированного движения одной руки имеет место изменение электрической активности обоих полушарий. Отмечается значительное подавление альфа-ритмов.

Однако во время изолированных движений правой руки изменения электрической активности контрлатерального полушария более значительны, чем во время изолированного движения левой руки. Это обусловлено двигательной асимметрией рук.

Во время ощупывания фигур одной рукой (как правой, так и левой) электрическая активность в обоих полушариях приблизительно равна.

«Однополушарной» активности при обособленных действиях каждой отдельной руки не наблюдалось вовсе.

В электрофизиологии принято, что колебания биопотенциалов отражают взаимоотношения процессов возбуждения и торможения различного происхождения (как безусловно-, так и условнорефлекторного).

Данные Идельсона убедительно свидетельствуют, что при изолированных действиях любой одной руки нервные процессы иррадиируют на оба полушария.

Сравнивая ЭЭГ, полученные при выполнении испытуемыми различных заданий, Идельсон установил, что степень иррадиации нервных процессов прямо зависит от степени сложности заданий. Чем сложнее задача, тем более иррадиирует нервный процесс с одного полушария на другое, тем активнее деятельность всей коры больших полушарий.

Анализируя ЭЭГ, полученные при монополярном отведении, он обнаружил некоторые новые данные, касающиеся пространственной динамики нервных процессов.

В разные фазы произвольных движений одной руки по-разному изменяется электрическая активность обоих полушарий. Начальный и конечный моменты движений характеризуются глубоким подавлением альфа-ритмов во всех областях коры (в лобных, теменных и затылочных). В середине, как правило, подавление альфа-ритмов отмечается в теменной и затылочной областях только одного полушария, противоположного движущейся руке (рисунок 1.32).

Рис. 1.32. Схема изменений электрической активности (по А. В. Идельсону):

1 и 2 – лобные доли правого и левого полушарий; 3 и 4 – теменные доли правого и левого полушарий; 5 и 6 – затылочные доли правого и левого полушарий. Заштрихованы участки подавления альфа-ритма

Изменения электрической активности в середине процесса Идельсон объясняет моментом автоматизации заданных произвольных движений.

Очевидно, «симметрия» электрической активности в начале движения одной руки обусловлена иррадиацией возбуждения из одного полушария (контрлатерального) в другое (одноименное движущейся руке). В середине имеет место концентрация возбуждения в очаге лишь одного полушария (при движениях правой руки – левого, при движениях левой – правого). Это приводит по закону индукции к торможению в другом полушарии. В конце движения, при смене движения покоем, вероятно, вновь имеет место иррадиация возбуждения.

Таким образом, изменения электрической активности связаны со сменой фаз иррадиации и индукции нервных процессов в обоих полушариях.

Большая электрическая активность лобных долей в начале и в конце движения рассматривается Идельсоном как показатель регулирующего действия второй сигнальной системы на первую.

При осязательном восприятии простой фигуры одной рукой во все время процесса ощупывания отмечается электрическая активность всей коры. Лобные доли обоих полушарий наиболее активно работают в основном в первую половину ощупывания. Это объясняется речевым характером задания (инструкция) и важной ролью речедвигательных механизмов в процессе восприятия. Электрическая активность теменных долей зависит от того, какой рукой ощупывается предмет. При осязательном восприятии правой рукой они активны во все время процесса ощупывания, причем левая теменная доля в этом случае наиболее активна во вторую половину процесса. Напротив, при осязательном восприятии левой рукой теменные доли обоих полушарий во второй половине процесса менее активны, чем в первой. В этом, видимо, проявляются особенности функциональной асимметрии рук[13].

Наибольшая активность затылочных долей обоих полушарий при восприятии простых фигур приходится на вторую половину процесса (рисунок 1.33).

Рис. 1.33. Схема пространственной динамики электрической активности коры (по А. В. Идельсону):

(Обозначения те же, что и на предыдущем рисунке). Наибольшая депрессия альфа-ритмов обозначена более частой штриховкой

Очевидно, вовлечение затылочных долей в процессе изменений электрической активности связано с визуализацией осязательного образа. Характерно, что их активность, так же как и активность лобных долей, тем больше, чем сложнее ощупываемая фигура.

В процессе осязательного восприятия одной рукой сложных фигур вся кора работает еще более активно. В этом случае электрическая активность симметричных долей обоих полушарий изменяется одинаково при обособленном ощупывании фигур как правой, так и левой рукой, т. е. функциональной асимметрии не обнаруживается. Сравнивая динамику электрической активности в обоих полушариях при простых произвольных движениях и при осязательном восприятии, мы обнаруживаем, что во втором случае взаимодействие является более глубоким.

Надо полагать, что смена фаз в движении нервных процессов при осязательном восприятии подчиняется сложным закономерностям[14].

Дополнительные данные о взаимодействии полушарий при изолированных действиях одной руки получены Бычковым и Семагиным.

Изучая биоэлектрические явления в коре больших полушарий при идеомоторном акте, Бычков установил, что во время воображаемой работы одной только правой руки изменяются потенциалы как в левой, так и в правой моторных зонах.

В опытах Семагина наблюдались изменения потенциалов в дельтовидных мышцах обеих рук при действии только одной из них.

Все эти данные свидетельствуют о том, что работе любого одного из парных кинестетических рецепторов соответствует сопряженная работа обоих полушарий.

Следовательно, оба парных рецептора имеют единый мозговой конец, расположенный в обоих полушариях.

Кинестетический анализатор рук является, таким образом, подобно зрительному, слуховому и др., бирецепторным.

Факты переноса кожных условных рефлексов с одной стороны тела на другую без всяких предварительных подкреплений и сочетаний, а также факты уравновешивания процессов переноса (описанные опыты Рыковой) позволяют считать, что и кожный анализатор является бирецепторным.

Характерной чертой этих анализаторов, как мы видели, является многообразие функциональных асимметрий.

В одних условиях и в одних отношениях ведущей оказывается правая рука, в других – левая.

Генезис функциональной асимметрии рук

Итак, исследования различных видов чувствительности рук показывают, что парные симметрично расположенные рецепторы являются периферическими окончаниями одного анализатора. В исследованиях установлено также, что обе половины бирецепторного анализатора функционально неравны. Эксперименты и наблюдения за развитием новорожденных детей, проведенные Бушуровой и Голубевой[15], обнаружили, что функциональная асимметрия рук возникает как результат их двигательного развития. Первые ее признаки проявляются у ребенка в 4–5 месяцев. Однако первоначально функциональная асимметрия рук является неустойчивой. Лишь в связи с овладением ходьбой и предметными действиями разделение функций рук становится все более и более явным. Таким образом, функциональная асимметрия рук возникает и развивается в связи с развитием и усложнением пространственной ориентировки ребенка, т. е. имеет условнорефлекторную природу. Процесс формировании функциональной ассиметрии, как установила Бушурова, имеет фазный характер. На 1-й фазе обе руки при захватывании предмета одинаково активны; на 2-й в качестве ведущей выделяется левая рука; на 3-й фазе обе руки почти одинаково активны в захватывании предмета, но основные действия с ним производит правая рука; на последней, 4-й фазе правая рука окончательно становится ведущей.

Данные некоторых исследователей (Уотсона, Шемякина, Бушуровой) позволяют предполагать, что для возникновения функциональной асимметрии имеются и некоторые врожденные предпосылки, сложившиеся в филогенезе человека.

Как же объяснить эти предпосылки?

Работы Павлова и его школы показали, что перенос условных кожных рефлексов у животных с правой половины тела на левую ничем не отличается от переноса в обратном направлении. Именно поэтому у них невозможно выработать дифференцировку между симметричными (правой и левой) точками прикосновения. Для животных, следовательно, характерна функциональная симметрия обеих половин кожно-механического анализатора.

Некоторые зачатки функционального неравенства верхних конечностей, как показала Тих, обнаруживаются лишь у антропоидов. Это связано с особенностями их двигательного развития.

Ярко выраженное многообразие функциональных асимметрий свойственно, по-видимому, только человеку. Их возникновение и развитие, как считает Ананьев, обусловлено трудовым генезисом человека.

В процессе труда руки человека всегда оперируют с двумя объектами: с орудием труда и с предметом труда. Разделение функций рук и порождено необходимостью манипулировать одновременно с двумя объектами. Одна из них специализировалась преимущественно на манипуляциях орудием труда, другая – на манипуляциях предметом труда. Предположение Ананьева нашло подтверждение в работах советского археолога Семенова, который микроскопически изучил направление следов от ударов орудием труда на различных предметах труда раннего палеолита и реконструировал первобытные трудовые действия. Эта реконструкция показывает, что ударные действия орудием труда произведены правой рукой[16]. По утверждению археологов, значительное двигательное преобладание правой руки (правшество) характерно уже для людей так называемой шелльской эпохи [88]. Левая рука в трудовых действиях играла роль естественной опоры для удержания и постепенного перемещения предмета с целью его равномерной обработки. Это привело к функциональному неравенству правой и левой половин кинестетического анализатора. В движениях правой руки исключительное значение приобретал кинестетический контроль силы, точности и быстроты удара (отражение динамической силы). Кинестезия левой руки, напротив, специализировалась в направлении дифференцировки статического напряжения.

Иначе должно было в этих условиях труда складываться соотношение рук в области пассивного и активного осязания.

Кожно-механическая сигнализация в движениях правой руки не играла существенной роли, так как относилась только к орудию труда. В то же время левая рука осуществляла функцию осязательного контроля, сигнализируя об изменениях поверхности обрабатываемого предмета. Надо предположить, что при перемещении предмета обработанная поверхность становилась скрытой, невидимой для глаза. Единственным источником сигнализации в этом случае могли стать только кожно-механическая и осязательная сигнализации.

Вибрация, возникающая при ударе по обрабатываемому камню, также отражалась преимущественно левой рукой. Вибрационные ощущения имели большое значение для оценки изменений предмета труда, так как давал возможность судить о том, треснул ли камень и насколько треснул.

Разделение рук в трудовом акте должно было иметь своим следствием различную специализацию их рецепции. Реконструкция первобытных трудовых действий свидетельствует о том, что развитие труда предъявляло все большие и большие требования к разделению функций рук и обусловливал формирование все новых и новых форм их взаимодействия.

В операциях рубки, ретуширования, строгания, резания, скобления и т. д. основные двигательные функции выполнялись правой рукой. Левая рука в этих операциях выполняла опорную и контрольную функции: удерживала предмет труда и сигнализировала о его изменениях (рисунок 1.34).

Рис. 1.34. Взаимодействие рук в различных трудовых операциях (реконструкция первобытных трудовых действий по С. А. Семенову):

А – способ работы отбойником; Б – реконструкция процесса строгания ножом из Костенок IV («от себя»); В – способ работы ретушером

Изучение современных производственных операций убеждает в том, что развитие техники не сняло, а, напротив, углубило разделение функций рук.

Таким образом, многообразие функциональных асимметрий рук является следствием трудового генезиса человека, т. е. обусловлено исторически. Надо полагать, что разделение функций рук в трудовом акте привело к развитию функциональных асимметрий и во всех остальных сенсорных системах (зрение, слух и т. д.).

Особенности бимануального (двуручного) осязания

Проблема особенностей бимануального осязания впервые была поставлена Ананьевым. Совместно с Давыдовой в 1949 г. им была опубликована статья «Особенности осязательного восприятия при взаимодействии обеих рук» [7]. В этой статья излагаются результаты исследования бимануального восприятия плоских фигур в таких экспериментальных условиях, когда испытуемый должен был ощупывать предлагаемую ему фигуру одновременно обеими руками, скользя правой рукой по одной стороне фигуры, левой – по другой, без задержки движения какой-либо из рук (синхронное бимануальное осязание). Исследователи обнаружили, что биногаптический образ, формирующийся в таких экспериментальных условиях, крайне лабилен и неустойчив. Возникает явление двоения («расщепления») образа предмета, аналогичное тому, которое отмечается в бинокулярном зрении при резкой диспаратности. В сенсорном взаимодействии обеих рук при восприятии плоских фигур резко выражается двигательная асимметрия.

Ананьев и Давыдова исследовали только один случай бимануального восприятия, а именно – синхронное ощупывание плоских фигур. Между тем бимануальное восприятие не сводится к этому случаю. Проблема бимануального восприятия охватывает широкий круг вопросов, касающихся взаимодействия рук в различных условиях восприятия. В дальнейшем проблеме бимануального осязания был посвящен целый ряд исследований, проведенных на кафедре психологии ЛГОЛУ им. Жданова. Изучались как синхронное, так и асинхронное бимануальное восприятие плоских фигур (Идельсон и Ломов), объемных тел (Ломов), центральные механизмы бимануального восприятия (Идельсон). Изучались особенности взаимодействия рук в процессе восприятия у слепых (Веккер, Трегубова), особенности взаимодействия рук в некоторых трудовых актах (Володарская, Ефименко, Некрылов). Несколько серий исследований было посвящено сравнительному изучению кожной (Ломов, Рыкова) и вибрационной (Ставрова) чувствительности правой и левой рук. Все эти исследования показывают, что бимануальное осязание обладает рядом особенностей и преимуществ по сравнению с мономануальным.

В чем же заключаются эти преимущества?

Прежде всего, осязательное поле при бимануальном ощупывании фигур значительно шире и совершеннее, чем при мономануальном.

Специальные эксперименты, в которых испытуемым предлагалось ощупывать большие фигуры сначала одной, а затем, несколько месяцев спустя, двумя руками, показали, что для восприятия больших объектов осязательного поля одной руки недостаточно. При ощупывании таких объектов одной рукой осязательные сигналы становятся неустойчивыми, что приводит к искажению образа: к неправильному отражению пропорций предмета и соотношения его частей. Такая же картина обнаруживается при сравнении бимануального и мономануального восприятия небольших по объему или площади, но сложных по форме предметов.

Приведем некоторые рисунки испытуемых (рисунок 1.35).

Рис. 1.35. Рисунки испытуемых, ощупывающих сложные плоские и объемные объекты одной рукой. В рисунке объекта А пропущена деталь. В рисунке объекта Б искажен контур

О неустойчивости образа и субъективных трудностях при одноручном ощупывании больших объектов свидетельствуют и высказывания испытуемых.

Испытуемый Н. (ощупывающий фигуру правой рукой) говорит: «Хотелось другой рукой придержать фигуру… Тогда легче было бы охватить ее всю целиком, а так… выпадают отдельные части… Ведь одной рукой ощупываешь по частям – ощупаешь одну сторону, запомнишь… потом – другую, а соединяешь их мысленно… Когда ощупываешь одну грань, другую забываешь… образ получается какой-то не цельный… Трудно уловить взаимоотношения частей» (выдержка из протокола). Испытуемый Л. (ощупывающий фигуру левой рукой): «Очень трудно запомнить… фигуру… Как-то не можешь представить ее сразу целиком».

После ощупывания тех же предметов двумя руками испытуемые изображали их довольно правильно (рисунок 1.36).

Рис. 1.36. Изображения тех же объектов (приведенных на предшествующем рисунке) после ощупывания их двумя руками

Данные экспериментов позволяют, таким образом, заключить, что необходимость бимануального ощупывания определяется величиной и сложностью объекта. С увеличением объема, площади, а также с усложнением формы объекта одноручное осязание становится затруднительным и неточным. Осязательного поля одной руки в этих условиях недостаточно, так как оно сужено по сравнению с объемом и площадью больших объектов. Необходимое расширение осязательного поля достигается благодаря взаимодействию обеих рук. Бимануальное поле осязания шире мономануального во всех направлениях (по сагиттальной, вентральной и фронтальной осям). Но важна не сама по себе количественная характеристика объема осязательного поля. Осязательное поле, так же как и поле зрения, – это одно из важнейших пространственных условий, необходимых для нормального осуществления аналитико-синтетической деятельности анализатора. В процессе восприятия формы предмета осязательный анализатор дробит эту форму на составляющие ее элементы: вычленяет детали, грани, углы, ребра, плоские и сферические поверхности, измеряет и соизмеряет их величины и т. д. В процессе ощупывания образуется масса разнообразных осязательных (кинестетических и тактильных) сигналов. Благодаря механизму временных связей эта масса сигналов ассоциируется, что приводит к формированию единого целостного образа. Целостность образа возникает как результат синтеза отраженных частей предмета.

Судя по рисункам и высказываниям испытуемых, сужение осязательного поля сказывается прежде всего на синтезе осязательных сигналов. Затруднениями в синтезе этих сигналов и объясняется то, что некоторые детали образа выпадают (рисунок 1.35 А), что неадекватно отражаются соотношения деталей (рисунок 1.35 Б), что образ, как отмечают испытуемые, «получается… не цельный».

Преимущества бимануального осязания проявляются и в таком важнейшем параметре восприятия, как скорость. Сопоставление времени ощупывания предметов одной и двумя руками показывает, что при бимануальном осязании это время в среднем в полтора-два раза меньше, чем время мономануального осязания тех же предметов.

Увеличение скорости восприятия при бимануальном ощупывании связано с рядом обстоятельств. Прежде всего, в этом случае увеличивается по сравнению с мономануальным ощупыванием количество одновременно поступающих осязательных сигналов, что создает более благоприятные условия для дифференцировки особенностей формы предмета. Правда, в определенных условиях (синхронное ощупывание асимметричных предметов) увеличение количества сигналов приводит к целому ряду трудностей. Взаимодействие рук обеспечивает, далее, возможности для более экономных ощупывающих движений.

При ощупывании предмета одной рукой, как показывают наблюдения и анализ киносъемок, отмечается масса возвратных и повторных движений. При бимануальном ощупывании таких движений значительно меньше.

В то же время взаимодействие рук обеспечивает большое разнообразие сопряженных ощупывающих движений. На это разнообразие сопряженных движений обратил внимание еще Сеченов. Сравнивая зрение и осязание, он писал: «Органом осязания, соответствующим во всех направлениях глазам, служат подвижные во всех тех же направлениях руки… Но руки могут двигаться и вместе и порознь. Притом при совместной работе движения их могут происходить друг относительно друга в несравненно более разнообразных направлениях, чем движения глаз» [212].

Большая вариативность сопряженных движений рук, создавая условия для тонкой дифференцировки особенностей формы предмета, обеспечивает и экономию времени, т. е. ускорение осязательного восприятия.

Наконец, взаимодействие рук создает возможность восприятия не только отдельных предметов, но и пространственных отношений между ними. Нужно отметить, что вопрос об одновременном восприятии нескольких объектов и взаимоотношений между ними еще не получил в психологии достаточного экспериментально обоснованного освещения. Между тем решение этого вопроса имеет исключительное значение для понимания процесса перехода от ощущения к мысли, так как отношения (в том числе пространственные) и являются специфическим предметом мысли. Исследования восприятия пространственных и других отношений предметов необходимы для понимания генезиса мышления.

Специальные эксперименты показали, что в нормальных условиях ощупывание группы предметов осуществляется бимануально. Для отражения группы предметов осязательное поле одной руки является слишком узким. Это, конечно, не значит, что отражение отношений предметов мономануально невозможно. Однако ощупывание группы предметов одной рукой является более длительным, чем ощупывание той же группы двумя руками. Расстояние между предметами и особенности их взаиморасположения отражаются в этом случае менее точно. В каждый момент восприятия оценивается положение и форма лишь одного из предметов. Их сравнение и различение осуществляется последовательно. В каждый момент ощупывания воспринимаемый предмет сравнивается с предметом представляемым. Сравнение в этом случае выступает как сравнение образа восприятия с образом памяти, с представлением.

Расширение осязательного поля при переходе от мономануального ощупывания к бимануальному изменяет условия функционирования механизмов сравнения и различения. При ощупывании группы предметов двумя руками в каждый момент воспринимается пара предметов. Их сравнение и различие в этом случае осуществляется внутри восприятия.

Особенности взаимодействия рук в процессе осязательного восприятия изучались Ломовым и Идельсоном. В их экспериментах испытуемым предлагалось ощупать объемные и плоские предметы, помещенные за светонепроницаемым экраном. В одних случаях испытуемые ощупывали предметы, данные им в руки, в других – предметы, укрепленные на штативе. Фиксировалось время ощупывания и характер движений каждой из рук. После ощупывания предмета испытуемый изображал его на бумаге. Некоторые эксперименты были засняты на кинопленку. Анализ кинопленки, производимый на специальном станке, позволил выявить характеристику движений каждой руки и каждого пальца[17].

Эксперименты установили, что для бимануального осязания характерно резкое разделение функций обеих рук. В том случае, когда предмет не имеет естественной постоянной опоры (дан в руки испытуемому), левая рука у правшей несет опорную функцию. Она удерживает предмет в определенном положении, приданном ему испытуемым. Ощупывание, т. е. собственно сенсорная функция, осуществляется в этом случае только правой рукой. Левая лишь изредка, время от времени, передвигает или вращает предмет, придавая ему положение, наиболее удобное для ощупывающих движений правой руки (рисунок 1.37).

Рис. 1.37. Разделение функций рук при бимануальном осязании: левая рука фиксирует точку отсчета, а правая производит ощупывание (при рассматривании всех аналогичных снимков необходимо учитывать зеркальность изображения)

В том случае, когда предмет укреплен на штативе, характер взаимодействия рук изменяется. Левая рука перестает быть опорой и более активно включается в процесс ощупывания. Но и в этом случае разделение функций рук не снимается. Оно лишь становится иным. Разделение функций между руками здесь такое же, как разделение функций между пальцами и в мономануальном осязании. Одна из рук берет на себя преимущественно функцию передвигающего начала отсчета (аналогично большому пальцу), она фиксирует угол или ребро, реже – грань воспринимаемого предмета; другая последовательно передвигается по его поверхности (аналогично указательному и среднему пальцам).

Разделение функций рук, однако, является переменным и зависит как от формы предмета, так и от стадий процесса ощупывания. При восприятии объемных форм в начале процесса ощупывания, как правило, левая рука фиксирует точку отсчета (обычно нижний левый угол), а правая – последовательно ощупывает «правую» часть предмета. В конце процесса руки меняются ролями: правая фиксирует точку отсчета (обычно нижний правый угол), а левая ощупывает «левую» сторону предмета, и в каждый момент восприятия руки помещаются на противоположных гранях предмета, «разделенных третьим измерением», аналогично тому, как располагаются при одноручном восприятии объемного предмета большой и указательный пальцы. В процессе восприятия плоских форм руки меняются ролями значительно чаще.

При ощупывании асимметричных как плоских, так и объемных объектов обычно в каждый момент движется только одна рука, другая покоится, фиксируя какую-либо точку отсчета. Движущаяся рука оценивает ощупываемую часть предмета относительно этой точки. Взаимодействующие руки, таким образом, представляют собой единую координатную систему, аналогичную той, которая наблюдается при мономануальном восприятии. Однако координатная система взаимодействующих рук является более сложной и более динамичной, чем координатная система одной руки. Количество ее элементов в 2 раза больше, она обладает дополнительным масштабом измерения (расстояние между руками). Формы сопряженных движений рук более многообразны, чем формы сопряженных движений пальцев любой одной руки.

В бимануальном осязании координатная система одной руки является лишь элементом координатной системы взаимодействующих рук. Соотношение между бимануальной и мономануальной координатными системами зависит от конкретных условий восприятия. При восприятии одного предмета взаимодействие рук обеспечивает отражение его общих пропорций, величины и формы, взаимодействие пальцев каждой из рук – отражение величины, формы и пропорций отдельных деталей. Взаимодействующие руки в этом случае представляют собой координатную систему отражения предмета в целом, а взаимодействующие пальцы каждой одной руки – координатную систему отражения его частей (рисунок 1.38). Взаимодействие бимануальной и мономануальной координатных систем необходимо для правильного отражения частей предмета и их соотношений.

Рис. 1.38. Кинограмма процесса ощупывания объемного предмета. Правая рука фиксирует грань, левая ощупывает деталь предмета. Взаимодействие пальцев левой руки при ощупывании детали – такое же, как при мономануальном ощупывании целой фигуры

При восприятии группы предметов взаимодействие пальцев каждой руки обеспечивает отражение каждого из предметов группы, а взаимодействие рук – отражение пространственных отношений между предметами.

Структура бимануального осязательного поля

Наблюдения за процессом бимануального ощупывания предметов и анализ киносъемок экспериментов позволили установить, что бимануальное осязательное поле резко разграничено на две части. Каждая из рук ощупывает только соответствующую ей сторону: левая рука ощупывает только «левую» сторону предмета, правая – только «правую». Очень редко правая рука в своем движении заходит на «левую» сторону и наоборот, причем диапазон действия правой руки несколько больший, чем левой, что связано с преобладанием правой руки по кинестезии. Предмет в процессе ощупывания как бы рассекается на две половины по вертикальной плоскости. Осязательные сигналы, поступающие от каждой одной руки, позволяют отразить лишь половину предмета. Между тем результатом всего процесса ощупывания являются не два образа двух половин предмета, а единый целостный образ. Целостность образа, возникающего при бимануальном осязании, лишний раз доказывает, что, несмотря на парность рецепторов, осязательный анализатор – один. Конечно, синтез осязательных сигналов от обеих рук осуществляется в центральном звене осязательного анализатора, но условием и исходным моментом такого синтеза является взаимодействие парных рецепторов. В бимануальном осязательном поле выделяются два важных пункта. Это – пункт расхождения и пункт схождения рук. Начальным пунктом движения обеих рук является какая-либо крайняя верхняя часть предмета. От этого пункта руки расходятся в своем движении в разные стороны: правая – вправо и вниз, левая – влево и вниз. В какой-то крайней нижней точке руки вновь сходятся. В обеих этих точках руки непосредственно соприкасаются не только с предметом, но и друг с другом. Сигналы от непосредственного соприкосновения рук в пунктах их расхождения и схождения имеют, по-видимому, решающее значение для синтеза всех остальных сигналов, возникающих при движении каждой руки. Это – сигналы замкнутости контура предмета. Прямая, соединяющая пункты расхождения и схождения рук, расположена почти параллельно вентральной оси тела (с некоторым наклоном в левую сторону)[18]. Другими важными пунктами бимануального осязательного поля являются крайние правая и левая точки, а также крайние ближняя и дальняя относительно тела субъекта точки предмета.

Как правило, в процессе ощупывания обе руки задерживаются на этих точках, фиксируя их взаимное расположение. Если правая рука достигает крайней правой точки раньше, чем левая – крайней левой точки, то она фиксирует эту точку до тех пор, пока левая рука не достигает левой точки, и наоборот. Только после одновременной фиксации крайних точек предмета обе руки совершают все последующие ощупывающие движения. Одновременная фиксация крайних точек необходима для оценки габаритов и общих пропорций предмета, а также для различения его основных координат. До фиксации крайних точек руки передвигаются по верхним частям предметов в противоположных направлениях, после фиксации они передвигаются по нижним частям предмета и идут на сближение. Изменение направления движений рук обеспечивает различение верхних и нижних частей воспринимаемого предмета.

Процесс бимануального ощупывания

Для исследования процесса бимануального ощупывания плоских фигур была применена киносъемка. Покадровый анализ изображений выполнен Ломовым на специальном станке, сконструированном сотрудником кинолаборатории ЛГОЛУ Щелковым.

Шифровальный станок для покадрового анализа кинопленки состоит из проектора, покадрового мотора к нему, экрана и направляющих для передвижения проектора. Передвижение пленки в проекторе производится покадровым мотором, соединенным с осью обтюратора (один оборот равен одному кадру). Мотор дает возможность покадрового перемещения пленки с неограниченной остановкой или беспрерывного перемещения с частотой примерно один кадр в секунду. Присоединение к мотору счетчика оборотов обеспечивает точную нумерацию кадров. Проекция ведется на просвет. Экраном служит калька или миллиметровка. Основанием экрана является зеркальное стекло, расположенное перпендикулярно к оптической оси проектора. Работа на шифровальном станке производится следующим образом: сначала предварительно просматривается (с частотой около одного кадра в секунду) кинодокумент всего эксперимента. Это позволяет сориентироваться в материале и наметить пути анализа. Затем производится хронометраж отдельных кусков кинопленки. Это позволяет анализировать время, в течение которого совершается то или иное осязательное движение. На основе подсчета количества кадров составляется хронограмма движений.

Для анализа взаимодействия пальцев рук в процессе ощупывания составляется кинограмма. Принцип составления кинограмм следующий: при многократном просматривании кинодокументов выбираются узловые пункты движения (переход с одной линии или грани предмета на другую, ощупывание углов и т. д.) и печатаются их фотографии. Ряд этих фотографий, представленных одновременно, т. е. кинограмма, позволяет судить об изменениях взаиморасположения пальцев на разных этапах процесса ощупывания.

Для более полного суждения о траектории и скорости движения каждого пальца составляется циклограмма. Чтобы составить циклограмму, экспериментатор просматривает кинопленку на шифровальном станке кадр за кадром и точкой отмечает положение пальца в каждую 1/24 секунды. Соединение этих точек дает траекторию движения пальцев. В некоторых случаях на траектории контуром изображается положение пальца. На основе циклограмм составляется график скорости движения каждого пальца руки.

Такой анализ позволяет получить достаточно полную характеристику осязательных движений.

Анализ киносъемок позволил выявить, что процесс бимануального ощупывания складывается из трех основных фаз:

1) Ориентировочные (или установочные) движения рук.

2) Первичное ощупывание (первичный последовательный охват контура предмета).

3) Повторное ощупывание (вторичный последовательный охват либо всего контура, либо наиболее сложных его частей)[19].

В опытах по исследованию бимануального осязания испытуемые получали следующую инструкцию: «Перед вами за экраном находится фигура. Вы должны ощупать ее и – как только станет ясным, что это за фигура, – зарисовать».

Первые движения рук испытуемого – это ориентировочные движения в пространстве осязательного поля. Обе руки одновременно движутся в воздухе или по поверхности стола вдоль саггитальной оси тела, то сближаясь, то удаляясь друг от друга, до соприкосновения с объектами. Коснувшись объекта, руки легко скользят по его поверхности вверх до крайней верхней точки. Легкие ориентировочные движения рук по поверхности объекта регулируются тактильными ощущениями, поступающими главным образом от средних пальцев (средние пальцы идут впереди всех остальных). Достигнув крайней верхней точки объекта, средние и указательные пальцы касаются друг друга, совершая массу мельчайших движений. Затем обе руки принимают положение, наиболее удобное для ощупывающих движений, и в течение некоторого времени (от 0,2 до 1,5 сек.) фиксируют крайнюю верхнюю точку объекта, служащую началом отсчета, т. е. точкой расхождения рук. Посредством ориентировочных движений испытуемый определяет местоположение объекта в осязательном поле относительно своего собственного тела. Все последующие ощупывающие движения направлены на анализ формы (или контура) объекта.

Наблюдения и анализ исследовательского фильма показывают, что почти любой объект (за исключением самых простых) ощупывается дважды, а иногда – трижды. Время повторного ощупывания в 1,5–2,5 раза меньше времени первичного ощупывания. В повторном ощупывании участвует меньшее количество пальцев, почти полностью отсутствуют возвратные движения (об особенностях возвратных движении будет сказано ниже). Часто направление движений при повторном ощупывании противоположно тому, которое характерно для первичного ощупывания.

Чтобы выяснить роль повторного ощупывания, экспериментатор в некоторых опытах прерывал процесс осязательного восприятия, предлагая испытуемым нарисовать объект после первичного ощупывания. Судя по рисункам, образ объекта в этом случае оказался неустойчивым и нечетким (рисунок 1.39).

Рис. 1.39. Рисунки испытуемого после первичного и повторного ощупывания объекта: а – объект; б – рисунки испытуемого

Контур предмета при первичном ощупывании отражается в общем относительно правильно, но отдельные его детали и, главное, соотношения между ними искажаются. Часто предмет изображается как бы несколько вытянутым по вертикальной оси. Любопытно, что после первичного ощупывания испытуемые изображают детали предмета в той же последовательности, в которой их ощупывали. Предложение экспериментатора изменить последовательность изобразительных движений приводит испытуемых к затруднениям. Это свидетельствует о влиянии последовательности осязательных сигналов на осязательный образ контура, о недостаточно полном их синтезе. По-видимому, при первичном ощупывании основной задачей является анализ деталей контура, расчленение его на составные части. Синтез осязательных сигналов на этой фазе процесса ощупывания является неполным, имеет парциальный характер; более или менее четко отражается соотношение лишь тех частей контура, которые лежат в зонах точки расхождения и точки схождения рук.

При повторном ощупывании, напротив, на первый план выдвигается задача синтеза осязательных сигналов. Анализ играет здесь второстепенную роль, обеспечивая уточнение некоторых элементов контура. Направление повторных движений рук в большинстве случаев противоположно тому, которое имеет место при первичном ощупывании. С изменением направления движений рук изменяется и последовательность поступления осязательных сигналов от одних и тех же частей предмета[20]. Это, по-видимому, создает наиболее благоприятные условия для переключения временно-пространственных компонентов осязательного восприятия в целостный пространственный образ предметов, т. е. для синтеза осязательных сигналов. Как правило, испытуемые после повторного ощупывания могут изображать детали контура в любой последовательности. Очевидно, изменения направления повторных ощупывающих движений нивелируют влияние последовательности осязательных сигналов на образ предмета.

Функцией повторного ощупывания является также контроль, проверка результатов первичного ощупывания.

В процессе ощупывания предметов мозг человека получает массу осязательных сигналов. Чем сложнее предмет, тем этих сигналов больше по количеству и тем они разнообразнее.

Условием различения и синтеза осязательных сигналов являются движения рук по поверхности или контуру предмета.

Покадровый анализ исследовательских кинофильмов показал сложность движений рук, совершаемых в процессе ощупывания.

Прежде всего явственно выделяются те движения, посредством которых осуществляется последовательный охват предмета – собственно ощупывающие движения. Их величина и траектория определяются величиной и формой объекта. Наряду с ними (а точнее, внутри этих движений) можно отметить множество микродвижений, совершаемых каждым пальцем.

Анализ изображений, полученных на кинопленке, позволил установить, что в процессе ощупывания точки касания каждого пальца с контуром предмета циклически изменяются. Следовательно, в процесс ощупывания включаются то одни, то другие участки кожного рецептора. Величина смещений точек касания незначительна и обычно не превышает 1–2 мм. Но роль смещений, по-видимому, очень велика. Известно, что при длительном раздражении одних и тех же участков кожного рецептора резко снижается их чувствительность. Постоянная смена точек касания, очевидно, является условием сохранения определенного уровня, а может быть, и сенсибилизации, кожной чувствительности.

Микродвижения пальцев в процессе ощупывания имеют приспособительный характер, обеспечивая смену точек касания, а тем самым сохранение кожной чувствительности на определенном уровне[21]. По-видимому, эти движения, создавая дополнительное трение (наряду с трением, возникающим при последовательном охвате контура), обеспечивают также дробный анализ фактуры ощупываемого предмета.

Несмотря на всю важность микродвижений пальцев, они играют в процессе осязательного восприятия вспомогательную роль, обслуживая тактильную чувствительность. Основное значение в отражении контура предмета принадлежит движениям последовательного охвата. Как же осуществляется анализ контура в процессе бимануального восприятия? В общем, можно сказать, что в отражении контура основную роль играет кинестетический анализ траектории движения каждой руки. При условии непрерывного контакта с предметом траектория движений рук точно соответствует контуру ощупываемого предмета. Однако, как показывают исследования, далеко не при всяком последовательном обведении контура формируется его адекватный образ. При слишком быстрых, а также при слишком медленных движениях рук возникает, как правило, искаженный образ контура. Следовательно, для правильного осязательного отражения контура предмета необходимо, чтобы ощупывающие движения рук имели какую-то оптимальную скорость. Оптимальная скорость, по данным анализа киносъемок, равна в среднем 5–10 см в секунду[22].

Далее, исследования показывают, что ощупывающие движения рук не являются плавными и непрерывными. Единое движение каждой руки по контуру четко разбивается на ряд кусков (по числу элементов контура). При анализе изображения на кинопленке явственно обнаруживаются паузы в движениях рук. Паузы приходятся на те участки контура (главным образом вершины углов), на которых происходит изменение направлений движений рук (рисунок 1.40).

Последовательное чередование движений и пауз является необходимым для расчленения элементов контура. Каждая пауза в данном случае означает конец одной и начало другой линии и дает возможность дифференцировать каждое последующее движение руки от каждого предыдущего. Длительность пауз в движении каждой руки зависит от движений другой руки. Если какая-либо рука достигает конца ощупываемой линии раньше, чем другая, то она останавливается и «ждет», пока вторая рука не достигнет конца «своей» ощупываемой линии. Некоторое время (0,2–0,3 сек.) длится общая пауза рук, и только затем начинается их последующее движение. Одновременность остановок, очевидно, важна для оценки пропорций контура и величин его линий.

Такая картина четко обнаруживается при анализе процесса ощупывания контура или частей контуров, состоящих из прямых линий, где явствен переход от линии к линии.

Рис. 1.40. В верхней части рисунка изображены графики скорости движений указательного и среднего пальцев правой руки и указательного пальца левой руки. Перерывы в движениях обозначены в графиках белыми линиями, возвратные движения отложены вниз от оси абсцисс. Места перерывов в движении рук на контуре ощупываемой фигуры обозначены кружками

Несколько иначе протекает процесс при ощупывании сопряжений, для которых, как известно, характерен плавный переход линии в линию. В этом случае четких пауз при переходе руки от линии к линии нет, но зато в точках сопряжения обнаруживаются более или менее резкие изменения скорости движения рук: с увеличением кривизны увеличивается и скорость ощупывающего движения (рисунок 1.41).

Рис. 1.41. Циклограмма и график скорости движения правой руки при ощупывании элемента контура (сопряжения).

В циклограмме точками обозначены кадры: по линии ab точки расположены гуще (следовательно, скорость движения меньше), чем по линии bc. Стрелкой указано направление движения. В графике на оси абсцисс отложено время, по оси ординат – скорость движения руки. Очевидно, изменение скорости движения руки способствует различению кривизны линий и точек их сопряжения

Анализ взаимодействия рук в процессе бимануального ощупывания обнаруживает, что временная характеристика их движений зависит от особенностей контура предмета.

Процесс взаимодействия рук протекает по-разному, в зависимости от того, симметричную или асимметричную (относительно вертикальной оси) фигуру они ощупывают.

При ощупывании симметричных фигур движения и паузы между движениями рук синхронны. В каждый момент восприятия руки помещаются на симметричных точках контура. Синхронность движений рук, очевидно, обеспечивает распознавание тождества правой и левой половин контура предмета. Длина, положение и форма линий обеих половин контура оцениваются относительно оси симметрии контура. Синхронность движений характерна для ощупывания только таких фигур, ось симметрии которых расположена вертикально, т. е. параллельно вентральной оси тела. Стоит изменить положение фигуры (например, так, чтобы ось симметрии располагалась горизонтально), как динамика процесса ощупывания резко изменяется: движения рук становятся асинхронными. Этот факт может быть понят лишь в связи со структурными особенностями бимануального осязательного поля, которое, как уже говорилось, резко разделено на правую и левую половины по вертикальной линии, проходящей через точки расхождения и схождения рук.

В процессе ощупывания асимметричных фигур то одна, то другая рука задерживается, принимая на себя функцию передвигающейся точки начала отсчета, т. е. движения рук асинхронны. Постоянная смена движений и остановок каждой из рук обеспечивает возможность определения соотношения частей контура асимметричной фигуры. Положение, длина и форма линий, ощупываемых одной рукой, оцениваются относительно тех точек, которые фиксируются другой рукой. Попытка синхронных движений рук по контуру асимметричной фигуры приводит к затруднениям в формировании целостного образа. О характере затруднений подробно говорится ниже.

При ощупывании сложных контуров, состоящих из симметричных и асимметричных элементов (относительно вертикальной оси), временная характеристика сопряженных движений рук постоянно изменяется: симметричные элементы ощупываются синхронно, асимметричные – асинхронно (рисунок 1.42).

В процессе бимануального ощупывания фигур осязательный анализатор выполняет двоякую задачу: различение последовательно поступающих осязательных сигналов от каждой руки (1) и различение одновременно поступающей пары сигналов от обеих рук (2).

Для того чтобы сформировался адекватный образ симметричных элементов фигуры, руки в каждый момент восприятия должны, в соответствии с требованиями геометрии, располагаться по разные стороны от оси симметрии, на одном перпендикуляре к этой оси и на равных расстояниях от основания перпендикуляра. А это возможно только в том случае, если движения рук синхронны. Осязательные сигналы, поступающие одновременно от правой и левой рук, в этом случае тождественны (или точнее: сигнал от одной руки является зеркальной копией сигнала от другой руки). Тождество одновременных осязательных сигналов и обеспечивает правильное отражение правой и левой сторон симметричных фигур.

Рис. 1.42. Циклограмма движений рук при ощупывании сложного контура. Сплошными линиями обозначены синхронные движении рук; пунктиром – асинхронные. Линия АВ разделяет правую и левую половины осязательного поля, зоны действий правой и левой рук. Штрихпунктирные линии cd; c₁d₁; c₂d₂ – оси симметрии отдельных элементов контура. Стрелками обозначено направление движений рук

По существу в этом случае задача различения одновременно поступающих сигналов снимается. При синхронном ощупывании основной задачей осязательного анализатора является различение последовательно поступающих сигналов, которые, как правило, не тождественны. При ощупывании асимметричных фигур осуществляется различение не только последовательно поступающих, но и одновременных осязательных сигналов. Сложностью задачи, стоящей перед осязательным анализатором, в этом случае и объясняется сложность динамики сопряженных движений обеих рук. Если паузы (остановки) в движении каждой руки необходимы для различения последовательно поступающих сигналов, то остановки одной руки при движении другой необходимы для различения сигналов, поступающих одновременно. Асинхронность движений, таким образом, является условием различения повременных осязательных сигналов. Анализ данных киносъемок показал, что при ощупывании сложных контуров руки часто совершают возвратные движения. Направление этих движений противоположно тому, которое характерно для движений последовательного охвата контура в целом. Их скорость несколько больше средней скорости (рисунок 1.43).

Рис. 1.43. а – траектория движения правой руки при ощупывании части контура; б – график скорости того же движения. Штриховой линией изображена скорость возвратных движений

Возвратные движения обязательны при ощупывании тех линий контура, которые незначительно отличаются от предшествующих. Так, на рисунке 1.43 линия АВ – прямая, линия ВЕ – с незначительной кривизной.

Как правило, чем меньше различие между предшествующими и последующими линиями контура (по ходу их ощупывания), тем чаще совершаются возвратные движения. При прямом движении происходит лишь очень грубая дифференцировка последовательно поступающих сигналов. Сравнительно точно различается направление движений, а следовательно, положение линий контура относительно вертикальной оси, их длина и форма различаются менее точно. Возвратные движения обеспечивают формирование более тонкого различения всех особенностей ощупываемых линий.

Те части контура, которым соответствуют возвратные движения, по существу ощупываются трижды, а если возвратные движения повторяются, и пять раз: сначала – прямое движение, затем – возвратное и опять прямое. Благодаря этому ассоциации между осязательными сигналами становятся более прочными.

Таким образом, возвратные движения в сочетании с прямыми обеспечивают и более тонкий анализ, и более прочный синтез осязательных сигналов.

Скорость возвратного движения, как уже отмечалось, больше чем скорость первого прямого движения, а скорость повторного прямого движения больше чем скорость возвратного. Очевидно, в постепенном наращивании скорости и выражается факт упрочения ассоциаций между осязательными сигналами.

Изменение направления возвратных движений (по сравнению с прямыми), точно так же как изменение направления повторных ощупывающих движений, приводит к изменению последовательности поступления одних и тех же осязательных сигналов. Изменение же последовательности сигналов создает наиболее благоприятные условия для их синтеза, т. е. для переключения временно-пространственных компонентов восприятия в пространственный образ того или иного элемента контура.

При ощупывании симметричных элементов контура возвратные движения, так же как и прямые, совершаются обеими руками одновременно. Иначе обстоит дело при ощупывании асимметричных элементов контура. В этом случае возвратному движению одной руки соответствует полная и длительная, ярко выраженная остановка другой руки.

Динамика ощупывания определяется особенностями воспринимаемого контура и его положением в бимануальном осязательном поле относительно точек расхождения и схождения рук. В процессе ощупывания при переходе от одной линии контура к другой явственно обнаруживаются паузы, перерывы в движениях рук. Эти паузы являются условием, необходимым для различения последовательно поступающих осязательных сигналов. Чем меньше разница между предшествующей и последующей линиями контура (по ходу ощупывания), тем большее количество движений и пауз необходимо для их различения. При ощупывании малоразличающихся линий совершаются возвратные движения, благодаря которым достигается тонкая дифференцировка (и в то же время формируются прочные ассоциации) между последовательно поступающими осязательными сигналами. Если считать, что каждому движению руки соответствует возбуждение мозгового конца кинестетического анализатора, а ее остановке (паузе) – торможение, то следует признать, что в процессе ощупывания развертывается сложнейшая нейродинамическая картина. Фазы возбуждения кинестетического анализатора постоянно сменяются фазами торможения, причем частота и последовательность этих фаз в конечном счете определяются пространственными особенностями ощупываемой фигуры. Та к как пауза в ощупывающих движениях необходима для различения последовательно поступающих осязательных сигналов, то можно считать, что соответствующее паузе торможение является дифференцировочным.

При ощупывании симметричных фигур процессы возбуждения и торможения в обоих полушариях головного мозга возникают и сменяют друг друга синхронно, поскольку движения и остановки правая и левая руки совершают одновременно. Очевидно, в этом случае динамика нервных процессов определяется действием, главным образом, закона иррадиации. Иной характер имеет взаимодействие полушарий при ощупывании асимметричных фигур. В этом случае обычно движению одной руки соответствует остановка другой. Сочетание движений и остановок необходимо для различения одновременных осязательных сигналов, причем чем тоньше должно быть различение сигналов от одной руки, тем более четко выражена остановка другой. При ощупывании асимметричных фигур фазы иррадиации нервных процессов во взаимодействии полушарий постоянно сменяются фазами их взаимной индукции и наоборот. Таким образом, взаимодействие между полушариями головного мозга является динамическим и формируется условно-рефлекторно. В конечном счете динамика взаимодействия полушарий определяется пространственными условиями процесса бимануального восприятия (пространственными особенностями самой фигуры и ее положением в осязательном поле).

Взаимодействие пальцев в процессе бимануального ощупывания

Анализируя процесс ощупывания предметов, мы рассматривали каждую руку как простейший элемент бимануальной координатной системы, условно принимая, что движения пальцев каждой руки тождественны как по траектории, так и по величине и скорости. Между тем в процессе бимануального восприятия (так же как и мономануального) различные пальцы выполняют различные функции. Поэтому для понимания того, как формируется осязательный образ, необходимо исследовать не только динамику взаимодействия рук, но и динамику взаимодействия пальцев каждой руки. Тщательный анализ движений каждого пальца и сопоставление их с движениями всей руки в целом позволили обнаружить следующий капитальный факт: в то время как движение руки при ощупывании каждой отдельной линии контура относительно равномерно и непрерывно (перерывы и изменения скорости отмечаются только при переходе руки от линии к линии), движение каждого пальца и неравномерно, и прерывисто. Ниже приводятся графики скорости движений пальцев правой руки при ощупывании «правой» части контура плоской фигуры (рисунок 1.44). При анализе графиков обнаруживается, что скорость движения каждого пальца постоянно изменяется, то возрастая, то уменьшаясь. Очень часто движение прерывается паузами (скорость равна 0).

Сравнивая графики, мы видим, что моменты изменения скорости движений и моменты перерывов (пауз) в движениях разных пальцев не совпадают. Таким образом, движения руки по той или иной линии контура состоят из ряда частичных, парциальных движений каждого пальца. Прерывистость движений особенно явственно обнаруживается при первичном ощупывании линий любой формы и величины.

Рис. 1.44. Графики скорости ощупывающих движений правой руки.

В графике № 1 зафиксирована скорость движения указательного пальца, в графике № 2 – среднего, № 3 – безымянного, № 4 – мизинца. На оси абсцисс отложено время движения (один миллиметр – 1/12 сек., по скорости киносъемки); на оси ординат – скорость. Штриховой линией выделены возвратные движения. Крестиками обозначены начальные и конечные точки линий (по последовательности ощупывания) и переходы между ними

По-видимому, прерывистость и неравномерность ощупывающих движений пальцев является непременным условием анализа воспринимаемого контура. Если перерывы в движениях руки при переходе от одной линии к другой обеспечивают различение двух смежных линий, то благодаря прерывистости и неравномерности ощупывающего движения по каждой отдельной линии осуществляется дробный анализ каждой этой отдельной линии. Перерывы внутри ощупывающего движения в этом случае, по-видимому, необходимы для максимально дробной дифференцировки последовательно поступающих осязательных сигналов.

Особенно тесно дискретность ощупывающего движения связана с измерительной функцией руки. Под измерением, как известно, понимается такая операция, посредством которой устанавливается количественное отношение измеряемой величины к другой, заранее выбранной величине того же порядка, служащей единицей измерения. Измерение линии состоит в ее количественном дроблении на равные более или менее мелкие отрезки. Ясно, что измерительные движения не могут не быть дискретными.

Как показывают научные данные, в тех случаях, когда перед органами чувств стоит задача измерения пространства, их движения всегда дискретны. Так, Джаваль, Ярбус и др. установили, что движение глаз по контуру воспринимаемого предмета состоит из целого ряда мелких «скачков» т. е. оно дискретно, причем общее время пауз между скачками значительно больше того, которое приходится на «скачки» [268, 99]. Дискретный характер измерительных движений был показан также Ломовым в исследовании, посвященном анализу графических навыков. В экспериментах Ломова обнаружилось, что если перед испытуемым ставится задача начертить «на глаз» и «от руки» линии определенной заданной длины (т. е. в акт начертания включается непосредственно и измерение), то графическое движение оказывается прерывистым. Эти данные совпадают с теми, которые получены при покадровом анализе процесса ощупывания.

Дискретность характерна, по-видимому, для всяких измерительных движений. Можно предположить, что те частичные, парциальные движения пальцев, из которых складывается ощупывающее движение руки, представляют собой своеобразные «чувственные единицы измерения». Но единицы измерения должны быть равны между собой, а парциальные движения часто оказываются неравными, причем разность между ними иногда довольно значительна: самое малое движение равно 2 мм, самое большое – 150 мм, т. е. второе больше первого в 75 раз. Пользование такой неустойчивой единицей приведет, конечно, к большей неточности в измерении.

Однако нужно учесть следующий ряд обстоятельств:

1) Крупные парциальные движения (свыше 15–20 мм) являются неравномерными, их скорость примерно через каждые 5–50 мм движения изменяется. Если считать, что простейшим парциальным движением является лишь то, скорость которого постоянна, а всякий момент изменения скорости есть момент начала нового движения, то окажется, что «крупные» парциальные движения состоят из ряда более мелких. Такое допущение вполне правомерно, так как основой дифференцировки движений является не только их амплитуда, но и скорость. Следовательно, отношение максимального частичного движения к минимальному равно 25:1.

2) Крупные парциальные движения появляются обычно лишь в конце процесса ощупывания и при вторичном ощупывании, т. е. тогда, когда размеры воспринимаемого предмета уже более или менее ясны, и, следовательно, задача измерения отодвигается на второй план. Наоборот, в начальный период ощупывания парциальные движения мелкие (от 2 до 15 мм), т. е. максимальное движение больше минимального всего в 7,5 раза.

3) В процессе ощупывания парциальные движения совершаются каждым пальцем, причем моменты остановок и изменений в скорости движений разных пальцев не совпадают.

Накладывая друг на друга графики движения пальцев правой руки при ощупывании одной части контура, мы получаем следующую картину (см. рисунок 1.45). При этом обнаруживается некоторое общее движение всех пальцев руки как сумма их частичных движений. Суммарное движение соответствует действительности, так как пальцы руки движутся при ощупывании предметов не порознь, а вместе. Это суммарное движение, судя по графику, является более дробным, чем движение каждого пальца. В тот момент, когда один из пальцев совершает «крупное» парциальное движение, другие совершают ряд более мелких.

Рис. 1.45. График скорости движений пальцев правой руки при первичном ощупывании части контура

Величина всех парциальных движений в результате взаимодействия пальцев более или менее уравнивается (минимальное движение оказывается равным 4–5 мм, максимальное – 8–10 мм). Очевидно, «чувственная единица измерения» представляет собой нечто среднее от суммы парциальных движений всех пальцев.

4) Процесс измерения при ощупывании контуров нельзя рассматривать как простой процесс прикладывания единиц измерения к измеряемой линии. Он более сложен и представляет собой ряд последовательных дифференцировок парциальных движений пальцев. Вместе с тем внутри измерительного движения совершается последовательный синтез кинестетических ощущений, возникающих при каждом парциальном движении.

Образ длины ощупываемого отрезка возникает как результат этого синтеза. Надо полагать, что процесс количественного синтеза «чувственных единиц измерения» совершается не как простое суммирование, а более сложными путями.

По-видимому, величина каждого нового парциального движения зависит от синтеза предшествующих. Не случайно поэтому амплитуда парциальных движений к концу процесса ощупывания, как правило, увеличивается.

Изменение величины «чувственных единиц измерения» в процессе ощупывания определяется, таким образом, самим процессом кинестетического анализа и синтеза измерительных движений.

5) Киносъемка экспериментов производилась со скоростью 24 кадра в секунду. Это позволило дать анализ ощупывающих движений лишь с точностью до 1/24 сек. Нужно думать, что при большей скорости съемки обнаружится и большая дробность движений. Возможно, ускоренная съемка выявит, что «крупные» парциальные движения разбиваются на ряд более мелких.

Все эти обстоятельства позволяют выдвинуть в качестве гипотезы положение о том, что парциальные движения пальцев в процессе ощупывания являются «чувственными единицами измерения», а соответствующие им ощущения – простейшими осязательными сигналами. Именно посредством парциальных движений и осуществляется количественное дробление пространства в осязательном восприятии. Их кинестетический анализ и синтез позволяет с большей или меньшей степенью точности отразить величину воспринимаемых предметов[23]. Измерение линий в процессе ощупывающего движения руки представляет собой последовательный анализ и синтез парциальных движений.

При измерении той или иной линии большой палец фиксирует ее начальную точку, а указательный передвигается по линии до конца; расстояние между этими двумя пальцами, помещающимися на двух конечных точках одной и той же линии, выступает в роли своеобразного подвижного масштаба измерения. Точно так же измеряются линии и при бимануальном восприятии. Только в этом случае начало линии фиксируется пальцами одной руки, а ее конец – пальцами другой.

Сочетание последовательного количественного дробления (посредством парциальных движений) длины линии и одновременной фиксации ее начальной и конечной точек, т. е. сочетание ощущения величины движения рук по линии и ощущения расстояния между ними при одновременной фиксации начальной и конечной точек обеспечивает взаимный контроль результатов измерения.

Ощупывание, как уже неоднократно говорилось, представляет собой процесс последовательного охвата предмета. Анализ движения пальцев при восприятии плоских фигур (контуров) показывает, что их участие в последовательном охвате различно. В бимануальном восприятии по всему контуру (непрерывно контактируя с ним) движутся только указательные и средние пальцы обеих рук. Большинство движений безымянных пальцев и мизинцев совершается в воздухе – они касаются контура лишь время от времени. Большие пальцы и ладони обеих рук в процессе ощупывания плоских фигур не участвуют[24].

Покадровый анализ киносъемок, проведенных со скоростью 24 кадра в секунду, дает временную характеристику движений с точностью 1/24 секунды. Если принять каждый кадр, в котором зафиксировано прикосновение пальца к ощупываемой фигуре, за единицу, то можно получить количественную характеристику участия каждого пальца в процессе ощупывания. Каждый кадр, в котором зафиксировано покойное положение пальца на контуре, мы принимаем за «момент покоя», каждый кадр, в котором зафиксировано его движение по контуру, – за «момент движения»[25].

Подсчет «моментов движения» и «моментов покоя» (при ощупывании плоской фигуры) дает следующую картину (см. таблицу 1.4).

Примем, что в «моменты движений» имеет место одновременное возникновение тактильных и кинестетических ощущений (ощущений движения), а в «момент покоя» – только тактильных (движения здесь заторможены)[26]. Подсчет «моментов покоя» и «моментов движений» позволяет заключить, что осязательный образ формируется в результате синтеза огромной массы тактильных и кинестетических сигналов. Общее количество этих сигналов тем больше, чем крупнее и сложнее ощупываемый предмет.

Таблица 1.4. Соотношение «моментов покоя» и «моментов движения» различных пальцев рук

При повторном ощупывании общее время контакта (т. е. количество «моментов покоя» и «моментов движения») каждого пальца с контуром значительно сокращается, примерно в 1,5–2 раза. Исключение в анализируемом случае представляет лишь безымянный палец левой руки. При первичном ощупывании этот палец имел 76 «моментов движения», при повторном – 77. В то же время на мизинец левой руки при первичном ощупывании приходилось 52 «момента движения», а при повторном – 0. Очевидно, та нагрузка, которая падала при первичном ощупывании на мизинец, перешла при вторичном ощупывании к безымянному пальцу. Этим-то и объясняется приведенное исключение.

В целом, однако, общая масса тактильных и кинестетических сигналов при повторном ощупывании сокращается. Чем же объяснить это сокращение, если фигура осталась той же самой? По-видимому, дело здесь в том, что многие сигналы по законам ассоциации слились, соединились в одно целое. Это предположение тем более вероятно, что движения рук при повторном ощупывании, как правило, более равномерны и менее прерывисты. Четкие перерывы обнаруживаются здесь лишь в моменты перехода руки от линии к линии, но они редки при движении по каждой отдельной линии контура.

Изменение количества сигналов позволяет считать, что первичное и повторное ощупывание – это две ступени в аналитико-синтетической деятельности. При первичном ощупывании осуществляется максимально дробный анализ контура. В связи с этим возникает масса осязательных (тактильных и кинестетических) сигналов. Благодаря ощупывающим движениям рук эти сигналы частично (но лишь частично) ассоциируются (синтез). Как уже отмечалось выше, осязательный образ, возникающий при первичном ощупывании, недостаточно устойчив.

При повторном ощупывании сложившиеся ассоциации закрепляются. В то же время на основе достигнутого синтеза при повторном ощупывании осуществляется дальнейший анализ, который приводит к новой, более высокой ступени синтеза, к формированию целостного и устойчивого образа предмета.

Сопоставление приведенных в таблице чисел показывает, что наибольшее количество «моментов покоя» и «моментов движения» приходится на указательные пальцы обеих рук, несколько меньшее – на средние. Время контакта безымянных пальцев с ощупываемым контуром в среднем в 2 раза меньше, чем время контакта указательных. Наименьшее количество «моментов покоя» и «моментов движения» приходится на мизинцы (рисунок 1.46).

Следовательно, доля различных пальцев в общем количестве осязательных сигналов различна. Основная масса сигналов поступает от указательных и средних пальцев (их доли различаются незначительно). По количественным показателям они являются ведущими в процессе формирования осязательного образа. Чтобы полнее уяснить себе роль каждого пальца в процессе ощупывания, обратимся к анализу циклограмм их движений. Как уже отмечалось, ощупывающие движения начинаются от крайней верхней точки контура и заканчиваются в крайней нижней (точка расхождения и точка схождения рук лежат на одной вертикальной линии, вторая под первой). Первым по ходу движения каждой руки является мизинец, вторым – безымянный, третьим – средний, четвертым – указательный палец (рисунок 1.47).

Мизинец идет впереди всех остальных пальцев, но по количественным показателям (количество сигналов) ведущими в процессе ощупывания оказываются указательный и средний пальцы (последние по ходу движения).

Рис. 1.46. Время ощупывания фигуры каждым пальцем (в 24-х долях секунды). На рисунке указано количество «моментов покоя» и «моментов движения» при первичном ощупывании фигуры

Рис. 1.47. Положение пальцев во время движения рук (стрелками указано направление движений рук)

Рассмотрим траектории движений каждого пальца по порядку их следования (рисунок 1.51).

Основную массу движений мизинец совершает в воздухе, около контура, но не по контуру. Если бы осязательный образ формировался на основе сигналов только от мизинца, то в нем, в лучшем случае, отражались бы приблизительно, и то весьма приблизительно, величина ощупываемой фигуры и лишь некоторые ее детали (рисунок 1.48).

К траектории движения мизинца близка и траектория движения безымянного пальца, второго по порядку следования (рисунок 1.49).

Рис. 1.48. Траектория движений мизинцев. Первичное ощупывание. Сплошной линией отмечено движение мизинца по контуру фигуры, пунктирной – движения в воздухе

Рис. 1.49. Траектория движений безымянных пальцев. Первичное ощупывание, Обозначения те же, что и на рисунке 1.48

Рис. 1.50. Траектория движений средних пальцев. Первичное ощупывание. Обозначения те же, что и на рисунке 1.48

Рис. 1.51. Траектория движений указательных пальцев. Первичное ощупывание. Обозначения те же, что и на рисунке 1.48

Очевидно, в процессе формирования осязательного образа мизинцы и безымянные пальцы играют незначительную роль. Их движения можно Рассматривать лишь как движения разведки осязательного поля, позволяющей определить границы ощупываемого контура и его деталей, т. е. как ориентировочные движения.

Траектории движений среднего и указательного пальцев почти полностью совпадают с контуром ощупываемого предмета (рисунки 1.50 и 1.51).

Действительный последовательный охват контура осуществляется, таким образом, указательным и средним пальцами. По ходу движения пальцев масса осязательных сигналов, отражающих одни и те же элементы контура, непрерывно возрастает. Сначала неустойчивые, поступающие время от времени, сигналы – от мизинцев, затем – более устойчивые и более частые – от безымянных пальцев, наконец, «основные сигналы» – от средних и указательных. Обычно сигналы от безымянных пальцев и мизинцев не осознаются[27].

Можно предположить, что подпороговые импульсы от этих движений повышают возбудимость двигательного и кожно-механического анализаторов, что сказывается на усилении готовности к восприятию.

Ведущая роль в бимануальном ощупывании плоских фигур (контуров) принадлежит указательным и средним пальцам. Их контакт с воспринимаемым предметом почти непрерывен. Остальные пальцы касаются предмета лишь время от времени.

Обращает на себя внимание, что указательные и средние пальцы всегда действуют вместе. Такие моменты, когда на контуре остается только один из них, очень редки. Специальные эксперименты показали, что если средние пальцы искусственно выключаются, то в процесс ощупывания обязательно включаются безымянные. Заменяя средние, они в этом случае передвигаются, непрерывно касаясь контура.

Если же искусственно выключаются указательные и средние пальцы, то последовательный охват контура осуществляется безымянными и большими[28] (рисунок 1.52).

Рис. 1.52. Положение пальцев при ощупывании контура:

а – при свободном ощупывании; б – при выключении указательных пальцев; в – при выключении указательных и средних пальцев

Если же на контуре остается только по одному пальцу с каждой стороны (все остальные искусственно выключаются), то процесс восприятия резко замедляется, увеличивается количество возвратных движений и повторных ощупываний. Часто в этом случае испытуемые изображают контур с большими искажениями.

Итак, в процессе бимануального ощупывания обязательным оказывается участие двух пальцев с правой и двух пальцев с левой стороны. По ходу движения руки каждая деталь контура, таким образом, ощупывается дважды: сначала средним, а затем указательным пальцами. Повторность осязательных сигналов, возникающая в этом случае, обеспечивает их взаимную проверку. Необходимость такой проверки тем более важна, что осязательные сигналы от разных пальцев, возникающие при их контакте с одним и тем же элементом контура, не являются полностью тождественными. Задачам взаимной проверки, как мы видели, служат также повторное ощупывание и возвратные движения.

Таким образом, внутренним моментом процесса ощупывания является постоянный контроль осязательных сигналов.

Сопряженное движение двух пальцев по контуру имеет, очевидно, также большое значение для анализа и синтеза осязательных сигналов.

В каждый момент движения пальцы помещаются одновременно на двух смежных участках контура. В каждый последующий момент средний палец переходит на новый участок, а указательный – на тот, которого только что касался средний. Сочетание моментов последовательности и одновременности в сопряженном движении обоих пальцев создает наиболее благоприятные условия для анализа и синтеза осязательных сигналов.

Указательные и средние пальцы являются постоянными компонентами бимануального ощупывания плоских фигур, все остальные – переменными.

Динамика взаимодействия пальцев определяется особенностями объекта, прежде всего формой линий контура. Как правило, прямые линии ощупываются только двумя пальцами (указательным и средним), в процесс же ощупывания кривых и ломаных линий включаются безымянные пальцы и мизинцы, а иногда и большие пальцы (рисунок 1.53).

В каждый момент ощупывания прямой линии одновременно различаются две точки, в каждый момент ощупывания кривой и ломаной – три или больше. Это полностью соответствует требованиям геометрии[29].

Рис. 1.53. Положение пальцев при ощупывании линии контура:

а – прямая; б – ломаная; в – кривая: г – сложный элемент контура

Особенно интересен с точки зрении геометрии момент ощупывания сложного элемента контура (рисунок 1.53 г). В то время как четыре пальца относительно синхронно передвигаются по кривой авс, большой палец фиксирует точку d. Различение изменяющихся во время движения расстояний между точками контакта пальцев с контуром позволяет с наибольшей степенью точности оценить кривизну линии авс. Рука в данном случае действует подобно циркулю-измерителю.

Иначе складывается взаимодействие пальцев в процессе бимануального восприятия объемных предметов.

В этом случае в роли постоянных компонентов ощупывания наряду с указательными и средними выступают также большие пальцы. Их сопряженные (синхронные и асинхронные) движения необходимы для точного отражения соотношения элементов объемного тела во всех трех измерениях.

Выключение больших пальцев при ощупывании объемного тела приводит к формированию неадекватного образа (рисунок 1.54). Активную роль при восприятии объемных тел играют и ладони рук. Их участие в процессе ощупывания необходимо для отражения поверхности. Выключение ладоней приводит к резкому увеличению времени осязательного восприятия, к увеличению количества повторных ощупываний и возвратных движений. Испытуемые отмечают, что при выключении ладоней «трудно охватить всю фигуру в целом… неясно представляешь фигуру». Более активными при восприятии объемных тел становятся действия безымянных пальцев и мизинцев (положение рук при ощупывании объемных тел см. на рисунке 1.38).

Рис. 1.54. Ощупываемый предмет и рисунки испытуемого:

а – ощупываемое тело; б – рисунок исп. Б., (из процесса ощупывания выключены большие пальцы); в – рисунок исп. Б. (ощупывание производилось всеми пальцами)

Эксперименты, в которых последовательно выключались различные пальцы и ладони рук, показывают, что в процессе восприятия объемных тел большую роль играет величина площади соприкосновения руки с объектом. Чем больше эта площадь, тем быстрее протекает процесс ощупывания и тем точнее осязательный образ [249].

Итоги всех приведенных выше экспериментальных исследований позволяют выявить некоторые особенности взаимодействия кожного и кинестетического анализаторов в процессе осязательного восприятия.

Прежде всего, обнаруживается, что их взаимодействие является динамичным. Соотношение количества тактильных ощущений и ощущений движения постоянно изменяется. При ощупывании кривых и ломаных линий контура доля тактильных сигналов больше, чем при ощупывании прямых, а при ощупывании объемных предметов – больше, чем при ощупывании плоских. В процессе движения каждой руки «моменты движения» чередуются с «моментами покоя». Следовательно, тактильные ощущения то сопровождаются, то не сопровождаются ощущениями движения.

При бимануальном ощупывании симметричных элементов контура «моменты движения» и «моменты покоя» обеих рук синхронны, при ощупывании асимметричных элементов – асинхронны: «моментам движения» одной руки соответствуют «моменты покоя» другой. Следовательно, соотношение сторон тактильного и кинестетического анализаторов также изменяется.

В конечном счете динамика взаимодействия этих анализаторов определяется пространственными особенностями объекта восприятия. В процессе ощупывания количество тактильных сигналов то увеличивается, то уменьшается[30], но их общий поток является непрерывным. Поток кинестетических сигналов, напротив, является прерывистым: ощущения движения чередуются с ощущениями покоя.

Благодаря этому соединенная деятельность тактильного и кинестетического анализаторов обеспечивает и дробление воспринимаемого контура, и отражение его непрерывности.

Условия формирования целостного образа при бимануальном ощупывании предметов

В процессе бимануального восприятия каждая рука ощупывает только одну половину предмета. Зоны их действия, как уже отмечалось, резко разграничены. Поэтому единый целостный образ предмета может возникнуть лишь в результате синтеза осязательных сигналов от «правой» и «левой» сторон объекта.

Условием для такого синтеза в обычных условиях восприятия является разделение функций рук. т. е. функциональная асимметрия.

Возникает вопрос: как протекает процесс бимануального восприятия, если обе руки поставлены в одинаковое положение, если снимается разделение их функций? Такой вопрос был впервые поставлен Ананьевым и Давыдовой. В экспериментах, проведенных ими, испытуемым предлагалось ощупать ряд плоских фигур, укрепленных на штативе, передвигая обе руки одновременно: правую – по «правой» половине фигуры, левую – по «левой». Экспериментаторы требовали (давалась специальная инструкция), чтобы движения рук были в каждый момент ощупывания синхронны, остановки какой-либо руки при движении другой запрещались. Этим достигалось уравнивание функций обеих рук.

Ананьев и Давыдова показали, что при полном уравнивании функций рук бимануальный образ асимметричного предмета «расщепляется» на две половины: правую и левую, возникает иллюзия «двоения» образа. Этот факт они рассматривают как результат двигательной асимметрии рук.

Дальнейшие исследования этого вопроса, проведенные совместно Идельсоном и Ломовым, подтвердили и уточнили эти факты. Прежде всего было обнаружено, что синхронные движения при ощупывании двумя руками симметричных фигур не приводят к «расщеплению» единого осязательного образа. Некоторые искажения, возникающие в данном случае, касаются главным образом количества и формы отдельных элементов контура. Иногда в рисунках испытуемых пропускаются или, наоборот, добавляются некоторые элементы, причем правая и левая половины контура всегда искажаются одинаково (рисунок 1.55). Причиной искажений является то, что в процессе синхронного (по специальной инструкции) ощупывания значительно сокращаются одновременные остановки обеих рук при переходе от одних симметричных линий к другим. В свою очередь это приводит к затруднениям в различении последовательно поступающих осязательных сигналов. Особенно интересным является искажение, приведенное на рисунке 1.55 в. Выпуклые линии AB и A₁B₁восприняты испытуемым как вогнутые. Это своего рода контрастное восприятие формы, обусловленное процессом последовательной индукции в осязательном анализаторе, возникающей при непрерывном синхронном движении рук. Однако искаженное восприятие симметричных фигур при синхронном ощупывании отмечается редко. Во всяком случае оно не связано с расщеплением «образа». Синхронность ощупывающих движений (при условии, что эти движения разбиваются синхронными паузами) не только не мешает, но, наоборот, способствует синтезу осязательных сигналов от правой и левой рук.

Совершенно иначе обстоит дело при синхронном ощупывании асимметричных контуров. Уравнивание функций рук приводит здесь к затруднениям в формировании единого целостного образа.

Синхронное ощупывание асимметричных плоских фигур требует от 7 до 15 повторных ощупываний для преодоления двойственности субъективного образа предмета.

Рис. 1.55. Ощупываемый предмет и рисунки испытуемых:

a – фигура; 6 – рисунок исп. С.; в – рисунок исп. К.

Наши данные показывают, что почти невозможно добиться полной синхронности в движениях рук, ощупывающих несимметричные контуры. Испытуемые, вопреки инструкции, все равно задерживают на короткое время движение то одной, то другой руки по ходу ощупывания. Возможно, что при полной синхронности формирование адекватного образа потребует не 7–15, а гораздо большего числа повторных ощупываний. В процессе синхронного ощупывания несимметричного контура его образ складывается медленно и постепенно, причем каждая новая фаза ощупывания не только дополняет предшествующую, но в известной мере и отрицает ее, существенно изменяя характер изображения. Приводим рисунки одного из испытуемых (рисунок 1.56).

Рис. 1.56. Фазы формирования образа при синхронном ощупывании фигур. Пунктирной линией обозначен «образ с правой руки», сплошной – «образ с левой». Приводятся рисунки испытуемого после 1, 2, 4, 5, 6, 8, 11 и 12-го ощупывания

Формирование образа, как видно из серии рисунков, начинается с определения точки расхождения, а затем точки схождения рук, где имеет место непосредственное их соприкосновение. Тем самым замыкаются связи между сигналами с обеих рук и устанавливаются основные пространственные координаты фигуры, вокруг которых при последующих ощупываниях группируются ее остальные элементы.

Определяющее влияние указанных точек на весь ход бимануального восприятия показывают специально поставленные эксперименты, в которых испытуемым предлагалась для ощупывания одна и та же фигура, но каждый раз в новом положении: она поворачивалась на 90°. Данная фигура в каждом новом положении воспринималась испытуемым как новая, т. е. не узнавалась (рисунок 1.57).

Рис. 1.57. Влияние положения фигуры в поле осязания на восприятие при синхронном движении рук.

Слева – положение ощупываемой фигуры; справа – рисунки испытуемого

Образ, возникающий при синхронном бимануальном ощупывании, является крайне неустойчивым. С изменением положения фигуры он формируется заново. Следовательно, заново строится вся система соотношений сторон осязательного анализатора, заново ассоциируются осязательные сигналы от правой и левой рук, причем при каждом новом изменении положения фигуры относительно испытуемого процесс формирования образа начинается с определения точек расхождения и схождения рук. Любопытно, что при синхронном восприятии для человека раньше всего выделяется левая сторона предмета, относительно которой производится анализ всей фигуры в целом. Этот факт наряду с теми, которые приведены выше, говорит о преобладании левой стороны осязательного анализатора.

Формирование осязательного образа асимметричного объекта в условиях синхронного движения рук сопровождается многими искажениями, особенно часто – слиянием близко расположенных элементов контура (рисунок 1.58).

Как уже говорилось, необходимым условием различения последовательно поступающих осязательных сигналов являются паузы между ощупывающими движениями, которые при синхронном ощупывании значительно сокращаются. Это и затрудняет различение осязательных сигналов.

Рис. 1.58. Слияние близко расположенных сходных элементов контура при синхронном ощупывании.

Испытуемый не смог различить углы АВС и СДЕ. Они слились в осязательном образе в один угол

Другим характерным искажением является перенос элементов контура с одной стороны на другую, «зеркальное удвоение» элементов (рисунок 1.59).

Рис. 1.59. «Зеркальное удвоение» элементов контура при синхронном ощупывании: а – фигура; б – рисунок испытуемого

Кривая авс на фигуре только с правой стороны. Испытуемый же изобразил ее и справа, и слева. Такой перенос возникает только при синхронных и отсутствует при асинхронных движениях обеих рук. Он обусловлен, очевидно, явлением иррадиации возбуждения в симметричных точках обоих полушарий, явлением переноса условных рефлексов с одной стороны анализатора на другую.

Точное различение сигналов с «правой» и с «левой» сторон асимметричного объекта возможно только в том случае, если имеет место попеременная смена «моментов движения» и «моментов покоя» обеих рук.

В основных чертах синхронное восприятие объемных фигур сходно с синхронным восприятием контура. Общность того и другого заключается в относительно легком и быстром восприятии симметричных предметов и затрудненном формировании образа несимметричных фигур. Но есть и различия – степень трудности при восприятии объемных фигур снижается в несколько раз. Если при синхронном бимануальном ощупывании контуров расщепление образа встречалось в 60 % случаев, то при аналогичном ощупывании объемных фигур – лишь в 10 % случаев. Скорость ощупывания объемных предметов по сравнению с плоскими возрастает примерно в 3 раза.

Эти факты объясняются более активным участием кожно-механического анализатора, т. е. тем, что при ощупывании объемных предметов значительно возрастает доля тактильных сигналов. Увеличение площади соприкосновения руки и предмета создает более благоприятные условия для синтеза осязательных сигналов. Кроме того, как отметил еще Павлов, кожно-механические и двигательные раздражения от рельефа предмета имеют безусловный характер.

Однако при синхронном ощупывании объемной фигуры более четко обнаруживается явление переноса элементов образа с одной стороны на другую. Перенос совершается как с правой стороны на левую, так и наоборот, причем обычно переносятся на другую сторону элементы той стороны, которая имеет более сложное строение.

Поэтому после первого ощупывания несимметричной фигуры испытуемый рисует симметричную, или дает зеркальное изображение (рисунок 1.60).

Рис. 1.60. Искажения образа объемной фигуры при синхронном ощупывании: а – фигура; б – рисунок испытуемого

Интересно, что в тех случаях, когда испытуемый знает или предупреждается о возможности переноса, данное явление или не наступает вовсе, или обнаруживается в значительно более слабой степени. В этом, очевидно, проявляется тормозящее влияние второй сигнальной системы на иррадиацию нервных процессов в анализаторе.

Итак, процесс формирования образа при синхронном бимануальном ощупывании асимметричных фигур является противоречивым. Эти противоречия обусловлены борьбой правой и левой сторон осязательного анализатора. При синхронном движении рук в коре головного мозга возникают одновременно два очага возбуждения, соответственно сторонам осязательного анализатора – в левом и в правом полушариях. Борьбой этих очагов и обусловлено «расщепление» осязательного образа.

Исследуя бинокулярное зрение, Ухтомский обнаружил, что если на разные глаза действуют раздельно и одновременно два разных предмета (один предмет воспринимается одним глазом, другой – другим), то возникает «борьба полей зрения», выражающаяся в торможении то одного, то другого образа. Борьба полей зрения правого и левого глаз возникает и при восприятии одного объемного предмета. В этом случае она сравнительно быстро заканчивается интеграцией нервных процессов, которая обеспечивает формирование единого зрительного образа.

Очевидно, при синхронном бимануальном восприятии возникает приблизительно та же картина, что и при бинокулярном зрении. При синхронном ощупывании симметричных фигур образы «с правой руки» и «с левой руки» сходны, здесь нет длительной борьбы очагов возбуждения, они быстро интегрируются.

При ощупывании асимметричных фигур, т. е. в том случае, когда одновременные осязательные сигналы различны, борьба очагов возбуждения более длительна. Только в результате многократных повторных ощупываний борющиеся очаги интегрируются, что приводит к преодолению «расщепления» и формированию целостного осязательного образа.

Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что соотношение сторон осязательного анализатора является сложным. В динамике их взаимодействия обнаруживается постоянная смена фаз индукции и иррадиации нервных процессов. При ощупывании симметричных предметов стороны осязательного анализатора выступают как функционально равные, при ощупывании несимметричных – как неравные.

Таким образом, взаимодействие сторон анализатора является условно-рефлекторным. Оно изменяется в зависимости от пространственных особенностей объекта и его положения в бимануальном осязательном поле.

Вся сумма экспериментальных данных, приведенных как в этом, так и в предыдущих параграфах, позволяет определить основное условие синтеза осязательных сигналов от парных рецепторов, т. е. формирования целостного образа.

В зрении при полном сходстве (тождестве) образов «с правого» и «с левого» глаз предметы воспринимаются как плоские. При значительном их различии воспринимаемый предмет двоится. Условием адекватного синтеза пары зрительных сигналов является умеренная диспаратность раздражений сетчаток обоих глаз, благодаря которой возникает определенная разность возбуждений соответствующих областей обоих полушарий головного мозга, а следовательно, разное взаимоотношение между возбуждением и торможением этих областей. Следствием является динамическое равновесие между обоими процессами в зрительном анализаторе.

В бинауральном слухе условием пространственной локализации звука, а следовательно, формирования единого слухового образа, является умеренная разность по времени прихода звука к каждому из ушей и обусловленная этим разность фаз возбуждения между двумя сигнализациями в кору головного мозга от обоих ушей.

Аналогично обстоит дело и в бимануальном осязании. При полном сходстве (зеркальное сходство) одновременных осязательных сигналов предметы воспринимаются как симметричные. При значительном различии одновременных сигналов возникает явление «расщепления» образа. «Расщепление» образа при восприятии несимметричных фигур не наступает только в том случае, если имеет место разность фаз ощупывающих движений, асинхронность движений обеих рук. Если для адекватного синтеза пары зрительных сигналов требуется умеренная пространственная диспаратность раздражений, то для адекватного синтеза пары осязательных сигналов (при восприятии несимметричных предметов) требуется временная диспаратность раздражений. Временная диспаратность, т. е. разность фаз ощупывающих движений обеих рук (разность в последовательности «моментов покоя» и «моментов движения» каждой руки), и является основным условием синтеза осязательных сигналов «справа» и «слева», т. е. формирования целостного образа. Этой разностью обусловлена разность возбуждений и торможений обоих полушарий, постоянная смена моментов иррадиации и индукции нервных процессов.

Синхронное бимануальное ощупывание двух предметов

В словесных отчетах испытуемые постоянно указывают, что при синхронном бимануальном ощупывании асимметричного предмета «очень трудно распределить внимание» на правую и левую его стороны. Как мы видели, эти трудности обусловлены «борьбой осязательных сигналов».

Естественно было предполагать, что при синхронном ощупывании не одного, а двух предметов «борьба осязательных сигналов» выражена наиболее ярко.

Но эксперименты неожиданно опровергли такое предположение, показав, что – при определенных условиях – синхронное ощупывание двух предметов сопровождается гораздо меньшими трудностями, чем ощупывание одного предмета.

Исследование проводилось Ломовым по следующей методике: испытуемому (при выключенном зрении) предлагалось одновременно ощупать две плоские фигуры, укрепленные на штативе. Об особенностях формирующихся образов судили по рисункам и высказываниям испытуемых. В одних случаях ощупывание (последовательный охват контуров) производилось всеми пальцами обеих рук, в других – только указательными, в третьих – указательными и большими пальцами.

Оказалось, что возможности и особенности отражения двух фигур зависят от степени сходства этих фигур и их взаимного расположения в осязательном поле.

Сходные контуры, расположенные симметрично относительно вертикальной оси, воспринимались во всех трех случаях с наибольшей легкостью. Это явление аналогично восприятию одной симметричной фигуры.

Иначе обстоит дело при синхронном ощупывании двух асимметричных фигур. Если ощупывание производится только одними указательными пальцами, то их целостные образы у испытуемых не формируются, в представлении остаются лишь отдельные детали (рисунок 1.61). О трудностях восприятия в этом случае свидетельствуют и субъективные показания испытуемых: «Когда ощупываешь только указательными пальцами… теряешь нить… все в кашу превращается…» Относительно правильно отражаются в этом случае только либо очень сходные и симметрично расположенные, либо очень различные элементы обеих фигур. Но их целостные образы не формируются. В процессе осязательного восприятия двух фигур необходимо решать две задачи: 1) оценивать взаимное расположение элементов контура в каждой фигуре и 2) оценивать взаимное расположение обеих фигур. Ощупывающие действия одних только указательных пальцев не позволяют делать это одновременно. В данном случае есть лишь некоторая возможность различения одновременно ощупываемых элементов двух разных фигур, но совершенно невозможно различение последовательно ощупываемых элементов каждой отдельной фигуры. Синтез последовательно поступающих сигналов от одной и той же фигуры затруднен. Поэтому в какой-то мере отражаются соотношения между отдельными линиями разных контуров, но не отражаются соотношения линий внутри каждого контура.

Рис. 1.61. Фигуры и их рисунки после синхронного ощупывания только указательными пальцами:

а – фигура (1, 2 и 3); б – рисунки испытуемых (после ощупывания фигур только указательными пальцами)

Однако картина резко изменяется, если в процесс ощупывания наряду с указательными включаются и большие пальцы обеих рук. При этом условии соотношение частей в каждой фигуре и соотношение между фигурами в большинстве случаев отражаются правильно (рисунок 1.62).

Рис. 1.62. Рисунки фигур после синхронного ощупывания указательными и большими пальцами. Рисунки тех же фигур (что и на рисунке 1.61). Кружками обозначено положение больших пальцев

Особенно явственно в этих экспериментах обнаруживается опорная функция больших пальцев. Они, как правило, во все время ощупывания почти не совершают никаких движений, строго фиксируя начальные точки отсчета. Все остальные элементы контура каждой из двух фигур оцениваются относительно этих точек. Только благодаря фиксации точек начала отсчета становится возможным анализ и синтез последовательно поступающих осязательных сигналов от каждой отдельной фигуры.

Взаимодействие указательных и больших пальцев в процессе синхронного ощупывания двух фигур обеспечивает адекватное отражение как соотношения элементов в каждой фигуре, так и отношения между фигурами[31]. Некоторым испытуемым предлагалось ощупывать фигуры одновременно всеми пальцами обеих рук. В этом случае вновь возникали затруднения: целостные образы фигур часто не формировались, запечатлевались лишь их отдельные элементы. Испытуемые отмечали: «Целиком фигуру представить трудно… есть лишь отдельные линии… от каждого пальца»; «Представляю фигуру не целиком, они как бы состоят из штрихов».

Включение всех пальцев в процесс ощупывания двух плоских фигур приводит к увеличению массы осязательных сигналов, что в свою очередь усложняет задачу их анализа, а следовательно, и синтеза.

Для правильного отражения двух плоских фигур в процессе их синхронного ощупывания необходим, видимо, какой-то минимум осязательных сигналов. Этот минимум обеспечивается взаимодействием указательных и больших пальцев. При ощупывании фигур только указательными пальцами сигналов явно недостаточно, при ощупывании всеми пальцами – их слишком много. Но это относится к восприятию только плоских фигур, объемные фигуры ощупываются, как правило, всеми пальцами.

При сравнении синхронного ощупывания одной фигуры с синхронным ощупыванием двух фигур обнаруживаются черты как их сходства, так и различия.

Общим для обоих случаев является то, что элементы одной и той же фигуры (первый случай) или две фигуры (второй случай), расположенные симметрично относительно вертикальной оси осязательного поля, воспринимаются быстрее и точнее, чем несимметричные элементы.

Различие заключается в том, что адекватные образы двух фигур (второй случай) при синхронном ощупывании двумя руками формируются быстрее (как правило, после двукратного или даже после однократного их ощупывания), чем образ одной фигуры (первый случай).

Формирование образа одной фигуры в тех же условиях требует 7–15 повторных ощупываний.

При синхронном ощупывании одной фигуры наблюдаются явления «расщепления» образа и переноса отражения элементов фигуры с одной стороны на другую, свидетельствующие о «борьбе осязательных сигналов». Этих явлений нет при синхронном ощупывании двух фигур. В данном случае встречаются лишь искажения пропорций фигур, их взаимоотношений и выпадение отдельных элементов. Приведем рисунки одного и того же испытуемого, полученные после однократного синхронного ощупывания одной (I) и двух (II) фигур (рисунок 1.63).

Рис. 1.63. Фигуры и их рисунки после синхронного ощупывания: а – фигуры; б – рисунки испытуемого. Кружком обозначены точки, фиксируемые большими пальцами

Субъективные показания испытуемых также свидетельствуют о большей легкости синхронного бимануального ощупывания двух фигур по сравнению с одной.

Приведем некоторые высказывания испытуемых.

Исп. Д.: «Легче ощупать две фигуры, так как каждая рука имеет свое… при ощупывании же одной фигуры все путается».

Исп. П.: «Одну фигуру ощупать, конечно, труднее, так как одновременность мешает. Две фигуры – во много раз легче, в этом случае – разные фигуры, и нечего задумываться, как соотносятся их линии…»

Исп. Г.: «При ощупывании одной фигуры образ разорванный, при ощупывании двух – образы цельные».

Данные экспериментов позволяют заключить, что «борьба осязательных сигналов» характерна для синхронного бимануального ощупывания только одного объекта.

Чем же объяснить сравнительную легкость бимануального восприятия двух фигур?

Как уже говорилось выше, бимануальное осязательное поле резко разграничено на две части по вертикальной оси, что связано с функциональной асимметрией рук. Именно это обстоятельство приводит к затруднениям в анализе и синтезе «правой» и «левой» сторон одного предмета и затрудняет формирование его целостного образа. Но это же самое обстоятельство способствует анализу и синтезу осязательных сигналов от двух разных предметов. Благодаря разделению бимануального поля на две части создаются возможности достаточно точного различения одновременно двух объектов восприятия.

В этих условиях взаимодействующие пальцы каждой отдельной руки выступают в роли координатной системы отражения каждого отдельного предмета, а взаимодействующие руки – в роли координатной системы отражения межпредметных отношений.

Здесь налицо тесная связь (субординация) бимануальных и мономануальных гаптических систем.

Анализ всех экспериментальных данных показывает чрезвычайную пластичность механизмов бимануального восприятия.

Взаимодействие сторон бирецепторного осязательного анализатора является подвижным и по-разному складывается в зависимости от условий и объекта восприятия.

Однако во всех экспериментах четко обнаруживается следующая основная черта бимануального восприятия: характер ощупывающих движений обеих рук (их пространственно-временные особенности) зависит от того, симметрично или нет расположен воспринимаемый объект относительно вертикальной оси осязательного поля. При восприятии симметричной фигуры, или симметричных элементов одной фигуры, или симметрично расположенных сходных двух фигур ощупывающие движения рук синхронны; при восприятии асимметричных фигур или элементов – асинхронны.

Чередование синхронных и асинхронных сопряженных движений обеих рук при восприятии предметов, имеющих сложную форму, обеспечивает адекватное отражение этой формы.

Таким образом, бимануальное осязание имеет исключительное значение для выявления сходства (или тождества) и различия пространственных особенностей предметов объективной действительности. Опыт анализа и синтеза сходных и различных осязательных сигналов составляет основу для формирования важнейшей мыслительной операции сравнения. По существу простейшие формы сравнения включены в самый процесс бимануального восприятия.

При ощупывании предмета взаимодействующие руки (и пальцы) совершают массу разнообразных движений: движения последовательного охвата контура (основные), приспособительные движения (микродвижения пальцев), возвратные и повторные движения и др. Благодаря этому создается огромная масса осязательных сигналов. Однако далеко не все они включаются в целостный образ предмета. Уже в самом процессе восприятия осуществляются проверка (контроль) и отбор, а следовательно, и элементарное, чувственное обобщение осязательных сигналов.

Бимануальное осязание имеет исключительное значение в развитии знаний человека о пространстве. Обеспечивая чувственное различение и сравнение величины, формы, положения предметов, оно играет большую роль в формировании геометрических понятий.

Очевидно, именно в опыте бимануального осязания создается та масса представлений, на основе которых формируются такие понятия, как «симметрия», «подобие» и т. д.

Велика роль этого опыта также в формировании знаний о мерах и измерительных навыков. Поэтому очень важно в процессе обучения детей учитывать особенности и широко использовать возможности бимануального осязания.

Бимануальное осязание, обладающее большими гностическими возможностями, приобретает особое значение в жизни людей с ограниченной сенсорикой.

Являясь одним из важнейших источников знаний о пространстве, оно играет существенную роль в регулировании трудовых действий человека. От культуры бимануального осязания, от того, насколько полно используются его возможности, зависит совершенство трудовых навыков и умений.

Роль осязания в трудовых действиях

Труд, как «исключительное достояние человека», по определению Маркса, отличается от действий всех других живых существ тем, что «в конце процесса труда получается результат, который уже в начале этого процесса имелся в представлении работника, т. е. идеально» [165].

Сравнивая действия пчелы и архитектора, Маркс отмечает: «Но и самый плохой архитектор от наилучшей пчелы отличается тем, что, прежде чем строить ячейку из воска, он уже построил ее в своей голове».

Итак, важнейшей особенностью процесса труда, по Марксу, является то, что он предваряется представлением о конечном продукте, о результате труда. Эта особенность имеет исключительное значение для психологического анализа трудовой деятельности. С психологической точки зрения представление, предваряющее реальный процесс труда, выступает в роли регулятора всей той системы действий, которая направлена на изменение предмета труда и превращение его в продукт труда.

Конец ознакомительного фрагмента.