Владимир Пономаренко
Учение об иллюзиях полета. Основы авиационной делиалогии
2.2 Слуховой анализатор
Слуховой анализатор играет меньшую роль в создании иллюзий, однако его значение в профессиональной деятельности пилота огромно. Имея некоторое представление о функции слухового анализатора, легче понять функции вестибулярного анализатора, тем более, что оба анализатора анатомически расположены во внутреннем ухе. Рассмотрим сначала слуховой анализатор.
Адекватным раздражителем для слухового анализатора является звук в диапазоне от 16 до 20 Гц. Звуковое давление, проходя через слуховой проход (выполняющий роль резонатора звука и предохраняющий внутренние части уха), воздействует на барабанную перепонку и вызывает ее колебания. Барабанная перепонка соединена со слуховыми косточками, которые передают колебания перепонки внутреннему уху. Звук, уловленный ушной раковиной, дойдя до внутреннего уха, усиливается в 90 раз, и возрастающее давление передается слуховыми косточками звуковоспринимающему органу Корти с волосковыми клетками – рецепторами. Последние расположены на внутренней поверхности так называемой улитки, части костного лабиринта уха (см. рисунок 2.3). Лабиринт заполнен лимфатической жидкостью и состоит кроме улитки из полукружных каналов и отолитового органа. В верхней части улитки имеется отверстие, через которое первоначальное колебание барабанной перепонки и слуховых косточек передается этой жидкости. Колебания жидкости улавливаются нервными рецепторами и преобразуются в нервные импульсы, которые передаются по слуховому нерву в мозг, где происходит их анализ и синтез.
Воздействие звуковых колебаний субъективно воспринимается как громкость звука, которая зависит от интенсивности звукового давления. В качестве единицы уровня громкости звука принят фон. Это минимальное звуковое давление, которое человек может расслышать при частоте 1000 Гц. В таблице 2.3 представлены уровни громкости звука различных источников [28].
Рис. 2.3. Структурная схема слухового и вестибулярного анализатора:
1 – слуховой проход; 2 – барабанная перепонка; 3 – слуховые косточки; 4 – овальное отверстие; 5 – улитка; 6 – слуховой нерв; 7 – отолитовый орган; 8 – полукружные каналы; 9 – вестибюлярный нерв
Таблица 2.3
Уровни громкости различных источников звука
Для характеристики величин, определяющих: восприятие звука, существенным является не столько абсолютное значение интенсивности звука, сколько его отношение к пороговым значениям. В качества таких относительных единиц в акустике используется децибел (дБ), логарифмическое выражение звукового давления.
С возрастом у человека происходит снижение слуха, т. е. возрастают пороги чувствительности рецепторов к звуку, особенно высоких частот. Человеческое ухо приспособлено для восприятия очень широкого диапазона частот, особенно большая чувствительность уха к слуховым частотам от 100 до 8000 Гц (частотный диапазон речи), интенсивностью до 65 дБ.
При наличии постороннего шума снижается разборчивость звуковых сигналов (речи), т. е. повышается порог слышимости полезного сигнала (речи) под влиянием шумовой помехи. Это эффект маскировки, который зависит от уровня громкости маскирующего шума и его спектра. Наиболее распространенный вид помехи – широкополосный шум. Влияние шума на разборчивость речи зависит от соотношения уровня шума и речи. Для удовлетворительного восприятия речи ее уровень должен превышать уровень шума примерно на 6 дБ [76]. Специфический вид маскировки – «речевой коктейль», при котором стоит задача выделения одного речевого сообщения из нескольких слышимых одновременно. Разборчивость речи в этих условиях зависит от многих факторов, не только от громкости речи. Ухо способно различать нужный голос среди двух‐трех абонентов. Из двух одновременных сообщений точнее воспринимается поступившее на 0,2–0,4 с раньше.
Оптимальным считается темп речи 60–80 слов/мин. с интервалами между словами 1 с, допустимым является темп до 120 слов/мин [76].
Наиболее вредным для уха является звук в полосе частот 3000 – 4000 Гц. Поэтому средства защиты от шума должны быть достаточно эффективны именно в этом диапазоне частот и не должны препятствовать звуку человеческого голоса.
2.3 Вестибулярный анализатор
Вестибулярный анализатор является наиболее важным после зрительного в деятельности пилота. Рецепторы вестибулярного анализатора расположены в полукружных каналах и преддверии лабиринта внутреннего уха. Совместно с информацией от рецепторов, расположенных в мышцах, связках, суставах и коже, вестибулярный анализатор обеспечивает равновесие тела, а также координацию и анализ движения тела (его частей) в пространстве. Его важной функцией является информация об изменении положения тела в пространстве под влиянием угловых или прямолинейных ускорений. Постоянная скорость на функции вестибулярного аппарата не сказывается.
Вестибулярные нервные волокна начинаются с лабиринта и направляются прямо в головной мозг, где производится обработка информации. Вестибулярный нерв тесно связан с другими, особенно с глазодвигательным нервом и вегетативной нервной системой, при раздражении которых могут возникать головокружение, рвота, потливость, нистагм, изменение походки. Эти проявления тесно связаны с раздражением вестибулярного анализатора, которое может возникнуть при резких движениях головой, туловищем, руками и ногами.
Наиболее важным и объективным показателем состояния вестибулярного анализатора является нистагм – непроизвольные колебательные движения глазных яблок, возникающие вследствие нарушения равновесия между лабиринтами, или при раздражении одного из них (одностороннее раздражение). Часто нистагм сочетается с нарушением равновесия и походки.
Раздражение вестибулярного аппарата возникает не только при действии углового ускорения (вращения), но и при действии на внутреннее ухо тепла или холода (например, холодной или теплой воды) [76].
Вестибулярный аппарат обеспечивает адекватную (правильную) информацию о поворотах и наклонах головы в общей сложности до нескольких угловых секунд. Ощущение углового (вращательного) движения испытывается лишь в начальный момент вращения и при его остановке. При продолжающемся равномерном вращении, а также через некоторое время после его остановки возникает ощущение прекращения вращения.
Угловое движение самолета, которое по своей скорости ниже порога чувствительности вестибулярного аппарата (порядка одного градуса в секунду), может вызывать иллюзии пространственного положения. В этом случае пилот может даже не ощущать начала вращения (например, крена или рысканья самолета) и будет воспринимать движение самолета в плоскости горизонта и по прямой, хотя на самом деле самолет может быть в положении крена или (и) лететь по кривой.
Большое значение в происхождении иллюзий в полете имеет ускорение Кориолиса, когда на фоне вращательного движения в одной плоскости происходит движение в какой‐либо другой, не совпадающей с ней плоскости. Например, при выполнении виража или поворота самолета, если пилот быстро наклонит голову (для настройки радиостанции и т.п.), то могут возникать сильное головокружение, соответствующие вегетативные реакции (рвота, потливость и т.п.) и иллюзии пространственного положения. Поэтому во время вращательных и криволинейных движений в полете пилоты должны, как правило, избегать движений головой.
Воздействие на человека угловых ускорений вызывает также нистагм глазных яблок. Поскольку в полете положение приборной доски остается фактически неизменным по отношению к пилоту, то возникновение нистагма затрудняет считывание показаний приборов и способствует возникновению иллюзии пространственного положения. После окончания вывода из крена пилот может испытывать чувство собственного вращения, а также вращения окружающих предметов (огни на земле, звезды). Но эти ощущения могут не возникать или быстро прекращаться, если зрительные ориентиры видны отчетливо и хорошо знакомы пилоту [16, 20].
Вестибулярный аппарат с помощью купулярных рецепторов воспринимает сигналы угловых ускорений, а с помощью макулярных рецепторов – сигналы линейных ускорений и вектора гравитации (земного притяжения) и обеспечивает таким образом правильное положение человека в пространстве. При отсутствии зрительного контроля человек способен определить направление вертикали (т. е. положение своего тела относительно земли) с точностью до нескольких градусов в зависимости от положения тела, жесткости сидения, продолжительности пребывания в наклонном положении и других факторов. Восприятие, обусловленное земным притяжением, поддерживает тонус мышц, обеспечивающих устойчивость заданного положения. При наклоне головы в любую сторону поступают сигналы об этом в вестибулярный аппарат. Прямолинейное ускорение ощущается при езде в городском транспорте, при подъеме и спуске на лифте, при наборе высоты и в других аналогичных случаях [16].
Организм человека не отличает силы земного притяжения от силы, возникающей вследствие ускорения. Поэтому при выполнении виража, т. е. разворота самолета с соответствующим креном, когда результирующая двух сил направлена перпендикулярно к полу кабины, пилот при недостаточном опыте может ощущать себя летящим горизонтально и не воспринимать крена, т. е. возникает иллюзия [16].
При длительных раздражениях вестибулярного аппарата могут появляться симптомы морской или воздушной болезни (болезни передвижения).
Несмотря на описанные особенности, вестибулярный аппарат, воспринимая сигналы ускорений и информацию о движениях головы, обеспечивает относительную фиксацию изображения на сетчатке глаза, возможность контролировать показания приборов, осуществлять визуальную ориентировку и сравнительно быстро приспосабливаться к изменению силы тяжести [16].
Обследуя летчиков, подверженных иллюзиям пространственного положения, исследователи пришли к выводу, что их вестибулярная чувствительность мало отличается от чувствительности успешно летающих летчиков, а также людей нелетных профессий [16, 20]. В процессе подготовки и тренировки пилотов у них обычно происходит адекватная перестройка вестибулярной чувствительности. Однако такая чувствительность существенно меняется после длительного перерыва в летной работе, при утомлении, стрессе, а также воздействии интенсивного шума и вибрации. Это обстоятельство пилотам необходимо учитывать в летной работе.
2.4 Кожный анализатор
Рецепторы анализаторов, воспринимающих осязательные (тактильные), болевые и термические ощущения, расположены в коже. Функционально они тесно связаны между собой. Поэтому для краткости можно обозначать их как кожный анализатор. Каждый участок кожи обладает наибольшей чувствительностью к тем раздражителям (сигналам), для которых на этом участке кожи имеется относительная концентрация соответствующих рецепторов. Эти рецепторы взаимодействуют друг с другом через нервные окончания. В связи с этим воздействие на какой‐либо участок кожи даже неспецифическим, но достаточно сильным раздражителем вызывает специфическое ощущение, обусловленное типом рецепторов. Например, интенсивный тепловой луч, попадая в точку боли (на болевые рецепторы), может вызвать ощущение боли, а не тепла.
Чувствительность к осязанию (прикосновению) проявляется при давлении на кожу и исчезает сразу же после прекращения прикосновения. При последовательном воздействии одиночных прикосновений ошибка в локализации ощущения колеблется в пределах 2–8 мм. При одновременном воздействии в двух точках порог осязания зависит от места приложения раздражителя. Абсолютный порог пространственной чувствительности в основном определяется плотностью рецепторов и зависит от места приложения раздражения, функционального состояния рецепторов [76].
При ритмических последовательных прикосновениях к коже каждое из них воспринимается как отдельное до тех пор, пока не будет достигнута критическая частота, при которой ощущение последовательных прикосновений переходит в специфическое ощущение вибрации. Критическая частота в зависимости от условий и места приложения раздражения колеблется от 5 до 20 Гц. Частотный анализ диапазона вибрационной чувствительности находится в пределах 5–12 000 Гц. Максимальная чувствительность отмечается при 200–300 Гц (при пороговой амплитуде 1 мкм).
Кожная чувствительность к боли обусловливается воздействием на поверхность кожи механических, тепловых, химических, электрических и других раздражителей. Болевой порог при механическом давлении на кожу зависит от места раздражения.
Восприятие кожей температурных воздействий зависит от ее собственного состояния, в частности, от ее температуры. Нормальная температура кожи, адаптированная к внешней температуре, в обычных условиях среды составляет 32,5–33,5°С. Температура кожи ниже 0° и выше 51°С вызывает ощущение боли [76].
2.5 Кинестетический анализатор (проприорецепция)
У человека имеются три вида рецепторов, воспринимающих растяжение мышц при их расслаблении – «мускульные веретена», сокращение мышц – сухожильные клетки Гольджи и положение суставов – «суставное чувство». Эти виды рецепторов, объединенных названием «кинестетический анализатор» с вестибулярным анализатором, обеспечивают ощущения положения и движения тела и его частей.
2.6 Обонятельный анализатор
Обонятельный анализатор предназначен для восприятия различных запахов (их насчитывается до 400 наименований). Рецепторы этого анализатора расположены в слизистой оболочке носа. Условиями восприятия запаха являются: летучесть пахучего вещества (выделение его молекул в свободном виде), растворимость в воде и других средах. Чувствительность анализатора зависит от вида вещества, температуры, влажности, движения воздуха, концентрации и прочих факторов. Наименьшие пороги наблюдаются при температуре 25–З0°С.
2.7 Вкусовой анализатор
Вкусовой анализатор обеспечивает различение вкуса вещества, попадающего в полость рта. Основные вкусовые ощущения: кислое, соленое, горькое, сладкое. Рецепторы расположены на различных участках языка. Адаптация к вкусовому раздражителю пропорциональна его концентрации. Восстановление вкусовой чувствительности происходит через 10–15 мин [76].
2.8 Функциональная взаимосвязь анализаторов
Приведенные выше характеристики анализаторов определены в условиях, когда каждый анализатор рассматривается изолированно, вне связи с другими системами и функциями организма. В действительности все анализаторы объединены и взаимосвязаны в рамках центральной нервной системы человека, поэтому поступление сигнала или изменение функционального состояния отдельного анализатора или центральной нервной системы в целом приводит к изменению характеристик и других анализаторов.
Например, световая чувствительность зрительного анализатора может изменяться под влиянием целого ряда факторов: запах нашатырного спирта, вкус сладкого, слабый кислый и соленый вкус, обдувание кожи лица, холод, легкая мышечная работа, удобное сидячее положение человека ведут к повышению чувствительности периферического зрения. В то время как громкий звук, горький вкус, тепло, тяжелая мышечная работа, облучение кожи ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами, понижение атмосферного давления, голодание вызывают снижение чувствительности периферического зрения [76].
Чувствительность разных анализаторов изменяется под влиянием неблагоприятных факторов: низкие и высокие температуры, вибрации и перегрузки, невесомость, слишком интенсивный поток информации, ведущий к дефициту времени, утомление, стрессовое состояние – эти и другие факторы вызывают различные изменения характеристик анализаторов и могут способствовать возникновению иллюзий и ошибок со стороны пилота, что снижает уровень безопасности полета.
3 Классификация иллюзий
3.1 Определение оснований для классификации иллюзий
Проведенные исследования позволили выявить и описать около 200 иллюзий пространственного положения и движения в полете. Возникла необходимость разработки классификации этих иллюзий.
В данной работе определены следующие основания для классификации иллюзий: этапы полета, параметры полета, время суток и время года, режим полета (визуальный или приборный), профессия (пилоты, штурманы и т. д.), функциональные системы (анализаторы, органы чувств) для которых характерны те или иные иллюзии, типы иллюзий (индивидуальные или групповые), ответственность различных уровней переработки информации, вид метеоусловий и т. д. (см. таблицу З.1). Перечень подвидов по этой классификации приводится ниже.
Так, проведенный анализ показал, что иллюзии у пилотов могут возникать на следующих одиннадцати этапах полета:
– при движении летательного аппарата по аэродрому;
– на разбеге;
– на взлете;
– при наборе высоты;
– на маршруте;
– при снижении до высоты круга;
– при выполнении прямоугольного маршрута;
– при заходе на посадку;
– на выравнивании;
– на посадке;
– на висении (для вертолетов);
– при пробеге.
Пилотажно‐навигационный параметр – это часть летной ситуации, которая имеет единицы, диапазон и систему измерения, и используется пилотом для точной пространственной ориентации.
Составляющие параметра летной ситуации подробно описаны [1]. Параметр – это сложное, многоаспектное явление.
Традиционно положение и движение летательного аппарата в пространстве в основном характеризуется следующими пилотажно‐навигационными параметрами:
– крен;
– тангаж (кабрирование, пикирование);
– скорость;
– высота;
– вертикальная скорость подъема – снижения;
– скольжение;
– курс;
– дальность;
– разворот.
Естественно, этот перечень не исчерпывает всего объема пилотажно‐навигационных параметров, например, функционирования различных систем самолета. Однако предварительные исследования и анализ литературы показали, что иллюзии пространственного положения и движения возникают у пилотов наиболее часто при работе именно с перечисленными выше параметрами. Поэтому они использованы в нашей работе в качестве оснований для классификации.
Так, было установлено, что иллюзии возникают у летного состава в разное время суток и время года. Причем некоторые иллюзии возникают только в определенное время. Так, иллюзия звездного окружения (впечатление, что кругом звезды) может возникнуть у пилотов только в условиях ночного полета, а иллюзия сноса самолета во время метели (кажущийся снос самолета в противоположную сторону в метель, когда снежная масса относится ветром поперек ВПП) может возникнуть у пилота только зимой. Именно поэтому основаниями классификации иллюзий могут быть время суток и года.
Полет обычно осуществляется в визуальном и приборном режимах, в нормальных и сложных метеоусловиях (СМУ). Так, в соответствии с НПП полет визуальный – полет, выполняемый в условиях, когда пространственное положение самолета определяется экипажем визуально по естественному горизонту и земным ориентирам.
Приборный полет – это полет, осуществляемый вне видимости естественного горизонта и земных ориентиров. Необходимо отметить, что при пилотировании тяжелого транспортного самолета пилоту не всегда достаточно только качественной информации, ему необходимо знание точных количественных значений пилотажно‐навигационных параметров. А эту информацию можно получить только с приборной доски. Поэтому в настоящее время целесообразно говорить не о «чисто» визуальной, а скорее о смешанной ориентировке (визуальная ориентировка с одновременным контролем приборов). Таким образом, при разработке классификации иллюзий необходимо учитывать наличие указанных режимов полета, тем более что часть иллюзий возникает только в визуальном полете, а другая часть – только в приборном. Выбор режима полета определяется состоянием метеоусловий. Визуальный полет возможен только при наличии нормальных метеоусловий, в сложных метеоусловиях полет может осуществляться только в приборном режиме. Поэтому тип метеоусловий целесообразно учитывать при классификации иллюзий.
Известно, что иллюзии свойственны практически всем людям, находящимся в определенных условиях и выполняющих определенные виды деятельности, поэтому следует учитывать, что иллюзии полета могут возникать не только у пилотов, но и других членов экипажа: штурманов, бортинженеров, радистов, бортпроводников, причем как у пилотов самолетов, так и у пилотов вертолетов.
К сожалению, приходится констатировать, что иллюзии полета у пилотов вертолетов практически не исследованы. Все это убеждает в том, что такой аспект, как профессия, должен учитываться при разработке классификации иллюзий, что в свою очередь даст возможность выявить индивидуальные и групповые иллюзии.
Известно также, что иллюзии бывают разных модальностей, т. е. иллюзии – это искаженные отражения внешней и внутренней информации различными функциональными системами (анализаторами, органами чувств) организма человека, поэтому при классификации иллюзий следует учитывать эти системы. Иллюзии можно подразделить на зрительные, вестибулярные, слуховые, речевые, двигательные, вкусовые, тактильные (иллюзии прикосновений) и температурные. При этом бывают иллюзии чисто зрительные, вестибулярные и т. д., т. е. иллюзии одной функциональной системы, бывают также иллюзии, возникающие в двух, трех и более модальностях.
Целесообразно делить иллюзии и по уровням переработки информации. Так, в некоторых работах [16,162] указывается на необходимость различать при анализе иллюзий те уровни переработки информации, на которых осуществляется искажение отражения, и не сводить эти искажения к несовершенству органов чувств и восприятия. Так, подвижность пространства, а конкретно стенки тоннеля при езде в метро воспринимается всеми людьми и здесь восприятие отражает то, что ему является. Сущность же явления, а именно перемещение человека‐наблюдателя вместе с вагоном метро в неподвижном пространстве может быть отражена только следующими уровнями переработки информации, т. е. с помощью представления. Это очень важный момент для разработки практических рекомендаций пилотам по борьбе с иллюзиями полета, и поэтому данный аспект должен учитываться при разработке классификации иллюзий. В связи с этим были выделены две группы неадекватного (ошибочного) отражения. К первой группе относятся ошибки суждений (оценки) у пилотов при восприятии ими таких характеристик объектов пространства, как их положение, движение, форма и размер, а также таких характеристик летательного аппарата, как положение и движение. Причем здесь восприятие рассматривается как первый уровень переработки информации. Ко второй группе (и, соответственно, ко второму уровню переработки информации) относятся ошибки представления указанных выше характеристик объектов пространства и воздушного судна (положение, движение и т. д.).
