Время реакции человека: история, теория, современное состояние и практическое значение хронометрических исследований
БОЙКО Е.И.
ВРЕМЯ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА ИСТОРИЯ, ТЕОРИЯ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ХРОНОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДМЕТА И ЗНАЧЕНИЕ ИСТОРИИ ХРОНОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В первой главе диссертации дается общее понятие о времени реакции человека (ВР) и описывается методика его измерения. Термин «время реакции», введенный в науку З. Экснером (1823), является общепринятым в международной психофизиологической литературе. Под ним разумеется измеряемый в лабораторных условиях промежуток времени между подачей какого-либо раздражителя, воздействующего на рецептор, и началом ответного движения на этот раздражитель, обычно в форме нажимания ключа или произнесения вслух какого-нибудь слова (речевые реакции). Приведенное ходячее определение, однако, не полно. Существенно важным моментом является учет предварительной словесной инструкции, согласно которой производится двигательный ответ на тот или иной условленный пусковой сигнал. Последнее сразу переводит предмет в плоскость изучения временной характеристики собственно человеческих форм реакций, при осуществлении которых, как правило, имеет место взаимодействие словесных (второсигнальных) и «непосредственных» — зрительных, слуховых, тактильных и других раздражений.
Ввиду сказанного, значение термина «время реакции» не вполне, совпадает с тем, что обычно называют скрытым периодом или «временем рефлекса» (Экснер, Кауфман и Штейнгаузен), поскольку эти последние термины охватывают и более простые по структуре реакции животных.
По тем же самым причинам было бы неправильно называть «временем реакции» скрытые периоды каких-либо компонентов сложной реакции человека, например, блокады альфа-ритма, появления токов действия сетчатки, первичного ответа коры и т. п.
Таким образом, в более точном употреблении интересующий нас термин указывает на промежуток времени между началом того или иного сигнала к реакции и началом ответного движения на этот сигнал и на относящееся к нему словесное воздействие, ибо оно, а вовсе не действие «пускового» сигнала, как такового, в первую очередь определяет содержание, психофизиологическую структуру и продолжительность ответной реакции. Короче говоря, при употреблении этого термина имеется в виду условленная реакция на условленный сигнал. Полный скрытый период такой реакции, казалось бы, нужно отсчитывать от момента подачи словесной инструкции Однако измерение соответствующего отрезка времени, лишено всякого смысла, так как период отставления «пускового» сигнала от предварительного словесного воздействия может произвольно меняться. Важным компонентом инструкции является требование реагировать «как можно быстрее». При наиболее простых формах сигналов и ответных движений оно приближает ВР к предельному физиологическому минимуму (около 100 мсек).
Опыты по изучению ВР были начаты астрономами в первой половине прошлого века, затем были продолжены физиологами и психологами (Гельмгольц, Дондерс, Экснер, Вундт; в России— Токарский, Ланге, Корнилов и др.). В настоящее время относящиеся сюда исследования проводятся в различных лабораториях Западной Европы, Америки и Советского Союза. ВР представляет двоякий интерес для науки. Во-первых, как особый объект психофизиологического исследования, поскольку изучается влияние на быстроту реакции различного рода внешних и общеорганических факторов, например, фармакологических веществ, тренировки, утомления, условий питания, возраста, характера сигналов и рабочего места оператора, причем разрабатываются все более точные методики измерения важнейших компонентов совокупного ВР, например, скрытого времени сенсорных процессов и центральной переработки воспринимаемой человеком информации. Практическая ориентация такого рода исследований понятна сама собой. Во-вторых, как показывает история и современное состояние вопроса, ВР является очень тонким и, в известном смысле, универсальным показателем процессов высшей нервной деятельности человека, экспериментальное изучение которых представляет многосторонний практический интерес.
По словам одного из ведущих американских специалистов в области нейрокибернетики и электрофизиологии У. Розенблита (лаборатория электроники Массачузетского Технологического Института), за последние двадцать лет вновь наблюдается повышение интереса к изучению временных характеристик реакций человека. Автор связывает это обстоятельство с двумя моментами: 1) с практическими потребностями изучения систем человек-машина в целях развития промышленной и военной техники, 2) с теоретико-информационным подходом к изучению пропускной способности человеческого звена в сложных каналах связи («Психология» под ред. З. Коха, т IV, 1962, стр. 367—368). Однако более чем столетняя история разработки вопросов, связанных с измерением ВР, показывает, что интерес к этой проблеме со стороны ученых различных специальностей, в особенности со стороны психологов различных стран, никогда не угасал и, что весьма характерно, всегда открывал перед ними обширную перспективу теоретических исследований. Едва ли не самый общий теоретический вопрос, который стоял и стоит в этой области перед исследователями, заключается в том, на что именно уходит измеряемое в опыте ВР, и чем оно заполнено, или еще конкретнее, какие психофизиологические процессы развертываются во времени между началом сигнала к реакции и ответным движением исследуемого лица.
Хронометрические опыты не только вплотную подводят к этому вопросу, но и очень много дают для ответа на него, так как ВР давно уже используется и зарубежными и советскими психологами в качестве лабораторного показателя при изучении механизмов психической деятельности.
Основное содержание диссертации представляет попытку дать посильный ответ на этот сложный вопрос, а также на вопрос о зависимости ВР от различного рода факторов, опираясь как на литературные источники, так и на собственные экспериментальные данные автора и его сотрудников. При этом на всем протяжении книги предмет трактуется в историческом плане, что позволяет выделить основные направления исследований, оценить их с теоретической и практической точек зрения, обнаружить методические пути, которые заводят науку в тупик, и определить прогрессивные тенденции развития.
Во второй главе диссертации излагается история возникновения хронометрического эксперимента в начале XIX столетия (работы астрономов) и затем перенесение вопроса на физиологическую почву Гельмгольцем, Дондерсом и Экснером. Главное содержание соответствующих разделов монографии сводится к описанию фактических данных, полученных разными исследователями при различных условиях эксперимента. В третьем разделе второй главы, а также в третьей главе диссертации рассматривается история дальнейшего развития хронометрических исследований на Западе и в России, а затем в Советском Союзе (школа В. Вундта, работы А.А. Токарского, Н.Н. Ланге, К.Н. Корнилова, Л.С. Выготского и др.). В четвертой главе подводятся критические итоги этих исследований, которые сопоставляются с положениями И.П. Павлова о наличии у человека двух сигнальных систем, в результате чего намечается самая общая психофизиологическая схема реакции человека.
Материалы второй и третьей глав диссертации показывают, что многочисленные попытки соединить хронометрический эксперимент с непространственными субъективно-психологическими понятиями, а также с чисто результативными описательными категориями типа реакций «узнавания», «различения», «вы6ора» и т. д. потерпели полную неудачу. Это особенно ясно видно на провале попыток измерить «время различения», изучить особенности «мускульной» и «сенсорной» реакций (Л. Ланге), определить ВР на сходство и различие (Н. Ланге и А. Токарский). Данные, получавшиеся разными исследователями, слишком сильно расходились между собой, главным образом, по причине различного, подчас весьма произвольного, толкования природы исследуемых процессов и связанных с этим различий в методике хронометрических опытов. Поучительная история этих исследований позволила автору диссертации сформулировать в IV главе следующие выводы.
1. Вопреки известному мнению Г. Спенсера и др. психологов, оперировать понятием времени без пространства не только в применении к физическим, но и применительно к психическим процессам совершенно бессмысленно. При исключении из анализа пространственного фактора сколько-нибудь точное измерение времени протекания психических процессов практически становится невозможным.
2. Любые психологические построения, выраженные в эфемерных бессубстратных понятиях, т.е. в понятиях, не приуроченных к материальной физиологической структуре, могут иметь лишь весьма условное описательное значение. Подлинно научное понимание психических процессов требует возможно более полного учета осуществляющих их функций мозга.
3. Для того, чтобы измерить время какой-либо психической реакции, необходимо, во-первых, зарегистрировать материальное воздействие раздражителя на исследуемое лицо и на время-измерительный прибор, как начало процесса, и, во-вторых, ответное воздействие исследуемого лица на этот прибор, как конец процесса. Без учета промежуточных физиологических звеньев, связывающих эти моменты, не может быть достигнуто никакого определенного однозначного представления о психических процессах, продолжительность которых подлежит измерению.
Отсюда попытка построения исходной физиологической схемы, дающей самое общее представление о том, чем заполнено измеряемое в опыте время реакции. Отказываясь от традиционной «одноколейной» схемы произвольной реакции человека, построенной по аналогии со схемой простейшей рефлекторной дуги, автор приходит к новому, более адекватному пониманию. Любая словесно детерминированная реакция представляется при этом сложным цепным процессом, в котором происходит взаимодействие частичных условнорефлекторных реакций — кортико-ретикулярных, ориентировочно-установочных, фазных и тонических, первосигнальных и второсигнальных, причем процесс возбуждения корковых клеток, опережая развертывающуюся афферентацию действия, попеременно распространяется из непосредственных корковых проекций в словесные и обратно, все время конвергируя в общих пунктах и давая начало различного рода динамическим новообразованиям в сфере ранее выработанных связей первой и второй сигнальных систем. Принимая эту общую схему как исходную предпосылку для постановки дальнейших экспериментов, автор отдает себе полный отчет в том, что всякая рабочая схема есть всего только схема и что она ни в какой мере не представляет действительного богатства сторон стоящего за этой схемой конкретного объекта исследования.
Приведенные выше положения о беспочвенности и бесплодности хронометрических исследований, авторы которых пользовались чисто описательными психологическими понятиями безотносительно к лежащим в их основе материальным процессам, находят себе дальнейшее подтверждение в последующих главах диссертации. С другой стороны, как показывают материалы X главы, все без исключения хронометрические исследования, нашедшие себе выход в практику, в большей или меньшей степени основываются на имеющихся в науке представлениях о материальных процессах в органах чувств и в центральной нервной системе.
Содержание первых четырех глав диссертации отражено в следующих публикациях автора: 1. Вопросы методики хронометрических опытов — в статье «Опыт построения двигательной методики с учетом зрительных установочных рефлексов» («Известия АПН РСФСР», №53, 1954); 2. Обобщение итогов истории хронометрических исследований и описание физиологической схемы реакции человека — в статье «К вопросу о функциональной структуре произвольной реакции. (Сб. «Пограничные проблемы психологии и физиологии», частьII: «Время реакции человека», 1961). Кроме того, в журнале «Вопросы психологии», №6, 1963, печатается статья «Из истории хронометрического исследования реакций».
II. МЕХАНИЗМ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОЙ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА С ТОЧКИ
ЗРЕНИЯ НЕЙРОКИБЕРНЕТИКИ И КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ
С точки зрения нового направления в психофизиологии, которое связано с развитием кибернетики и для которого у разных исследователей имеются различные наименования («информационная психология», «информационная физиология», «нейрокибернетика» и т.д.) орган психической деятельности — мозг рассматривается как центральный механизм управления всеми периферическими эффекторами и, следовательно, всем сложным поведением человека. Через многочисленные рецепторы в мозг почти непрерывно поступает информация о событиях, совершающихся во внешнем мире и "внутри организма, а также о тех изменениях, которые закономерно происходят в среде под прямым влиянием текущей деятельности (обратная связь). Мозг целесообразно перерабатывает эту информацию и посылает соответствующие команды двигательным органам. В связи с разработкой методов количественной оценки информации перед психофизиологией открываются новые возможности логико-математического и статистического анализа.
В диссертации относящийся сюда материал подразделяется на три части. В первой части на основании экспериментальных работ автора и его сотрудников, а также данных других исследователей, выдвинется общий нейрокибернетический принцип управления афферентацией с подчеркиванием для человека момента второсигнального управления. Во второй части дается критический обзор работ о ВР, авторы которых пытались применить к анализу экспериментального материала положения шенноновской теории информации, полностью абстрагируясь от нейрофизиологии. В третьей части делается попытка расчленения изученной нами формы реакций на «элементарные» операции, а затем построения логической схемы соответствующего алгоритма. Наше участие в разработке этой проблемы по преимуществу ограничивается психофизиологическим анализом механизма реакции, дающим, как мы полагаем, небезынтересный материал для моделирования функций мозга. Остановимся на каждой части в отдетьности.
1) То, что мы называем принципом управления афферентацией, является всего лишь последним обобщением или, может быть лучше сказать, сокращенным терминологическим оформлением многих фактических данных, добытых частью нами и нашими сотрудниками при изучении механизмов человеческих реакции, частью другими исследователями — советскими (Н.А. Бернштейн, П.К. Анохин, Е.Н. Соколов, А.В. Напалков и Л.Г. Воронин, Г. Снякин и др), a также зарубежными нейрофизиологами, из которых в особенности следовало бы упомянуть Р.Б. Ливингстона (1958, 1954, 1962).
Суть дела, вкратце, заключается в следующем. Еще И.П. Павлов, выдвигая понятие второй сигнальной системы называл последнюю высшим физиологическим регулятором человеческого поведения. С другой стороны, общеизвестно, что анализ и синтез окружающей среды осуществляется мозгом человека и животных с помощью сложных специализированных аппаратов — анализаторов — зрительного, слухового, кожно-кинестетического и др. Следовательно, управление поведением, в особенности, целенаправленным поведени, происходит через анализаторы. И, если механизмы второй сигнальной системы в коре головного мозга действительно выполняют функцию высшего управления, то эти механизмы в той или иной форме должны влиять, на работу различных анализаторов. Как же это все происходит? В общей форме ответ направшивается сам собой — через избирательное отношение к раздражителям, обусловленное центральными нервными импульсами. С внешней стороны относящиеся сюда факты общеизвестны. При целенаправленном манипутировании с предметами во всех сферах жизни мы активно выделяем в них то одни, то другие элементы, сообразно меняющимся задачам действия, мы отыскиваем нужные нам объекты, ориентируемся на их различные стороны или части и в зависимости от этого по разному строим и координируем свои произвольные двигательные реакции.
Н.А. Бернштейн (1947) давно уже указал на явление «периферийного замыкания» при координации двигательных актов, предполагающее зависимость афферентации от движений. Об «активном подборе афферентации» при осушествлении «рефлекса цели» говорит П.К. Анохин (1962). «Центральный контроль сензорной активности» является предметом исследований Р.Б. Ливингстона и др. зарубежных авторов. «Настройка» и «регуляция анализаторов» стали привычными понятиями в работах Е.Н. Соколова (1958) и его сотрудников. Наконец, в самое последнее время о зависимости потока информации от активных движений при выработке сложных форм поведения вновь и притом очень настойчиво говорят С.Н. Брайнес, А.В. Напалков и В.Б. Свечинский (1962). Все это вместе взятое, а также наши исследования, проводившиеся совместно с М.М. Власовой, Э.А. Голубевой, Н.И. Крыловым, Т.Н. Ушаковой и Н.И. Чуприковой, дают достаточно оснований для того, чтобы отказаться от прежнего представления об афферентации сложных поведенческих актов, как о чисто центростремительном пассивном процессе воздействия раздражителей на мозг через рецепторы, и утверждать, что наряду (и в теснейшей связи) с построением движений и координационным управлением двигательными актами существует центральное управление потоками афферентных импульсов. Это означает, что сложная афферентация, необходимая для осуществления целенаправленных реакций, является не только (и даже не столько) результатом стихийных внешних воздействий, но и в то же время результатом работы центральной нервной системы (у человека — второй сигнальной системы), которая при посредстве центробежных импульсов и двигательных актов регулирует, контролирует и, в известном смысле, организует сложный поток восходящих афферентных импульсаций.
Средствами воздействия на афферентацию со стороны высших отделов мозга являются не одни лишь условные установочные реакции (поворот головы, глаз и вообще двигательные приспособления к раздражителям), но и особого рода положительные и тормозящие импульсы, направляющиеся из словесных отделов коры в зрительный, слуховой и др. анализаторы и позволяющие активно выделять те или иные элементы из общего афферентного потока. Опыты по изучению рторосигнальных управляющих импульсов излагаются в девятой главе диссертации.
2) ВР было одним из первых объектов, к которым психологи начали применять положения теории информации К. Шеннона. Из относящихся сюда исследований наибольшую известность получили работы Хика и Хаймена с реакцией «выбора» и работы Клеммера с «простой» реакцией. Названными авторами было найдено приблизительно линейное отношение между средней информацией стимула и ВР. Соответствующая формула Хика:
ВР (в сек.) =0,626 log10 (n+1), где n есть число дифференцируемых раздражителей. Формула Хаймена—Бриккера:
ВР = а+bТ.
При этом Т означает среднее количество информации (log2n), зависящее от числа альтернатив, либо то же самое, но при статистическом «взвешивании», когда в специальных сериях опытов относительная частота появления стимулов была разной или вводились вероятностные межстимульные зависимости. Константы сопоставлялись: а — с временем «простой» реакции; b — с величиной, обратной «скорости передачи» информации [ 1/b |. При исчислении количества информации в опытах с «простой» реакцией Клеммер сопоставлял ВР с «неопределенностью» появления пускового сигнала во времени и скоростью передачи (логарифм среднего квадратического отклонения предварительного периода минус логарифм среднего квадратического отклонения при воспроизведении заданных интервалов времени).
Наличие
приблизительно пропорциональных отношений между количеством информации стимула
в вышеприведенной трактовке и ВР не представляет собой чего-либо неожиданного,
так как в опытах более ранних исследователей была уже установлена
логарифмическая зависимость ВР как от числа дифференцируемых раздражителей
(Меркель, Бланк), так и от длительности и вариативности предварительного
периода (Вудроу). Бланком было предложено также выражать зависимость ВР от
повторных предъявлений стимула через уравнение:
Вместе с тем мы полагаем, что нет никаких оснований, ни теоретических, ни эмпирических, ставить вопрос так, как будто бы информация стимула сама по себе и, следовательно, каким то непостижимым образом причинно определяет ВР (Хаймен). Наличие высокого коэффициента линейной корреляции между информацией стимула и ВР говорит только за то, что в основе обеих этих мер лежат какие-то общие причинные отношения, которые могут быть вскрыты только через изучение мозговых механизмов процесса усвоения, центральной переработки и передачи информации. Более того, на основании павловского учения о высшей нервной деятельности уже сейчас можно с уверенностью сказать, что в основе всех испробованных зарубежными авторами способов изменения информации стимулов, которые (способы) отражались на ВР, лежат общие механизмы системности в работе коры больших полушарий. Информация стимула, как это ясно по смыслу дела, определяется не физическими свойствами того или иного единичного раздражителя, а статистически, т.е. его отношением к другим аналогичным или сходным раздражителям, на что мозг реагирует системными реакциями и при том всегда a posteriori.
Помимо теоретических соображений этот тезис подтверждается и описываемыми в V-й главе диссертации опытами автора, которые показывают, что при прочих равных условиях ВР прямо зависит от системы вырабатываемых в опыте временных связей и что вследствие этого фактора «выбор». Например, из 16 альтернатив может осуществляться быстрее, чем из 6 (соответственные количества информации равны 4 и 2,58 дв. ед.).
3) В той же, V-й главе диссертации на основе анализа вырабатывавшихся в наших опытах систем временных связей ставится вопрос о моделировании некоторых типичных форм второсигнальных реакций. Путь к этой цели, по нашему мнению, проходит через изучение общих физиологических, механизмов, посредством которых осуществляется переход от тех или иных заданных значений координат к определяемой ими точке в пространстве. При этом случай декартовых (и вообще математических) координат с психофизиологической точки зрения является лишь частным выражением очень общего механизма, неоднократно описанного в наших прежних работах под именем динамических временных связей. Переход от раздражителя к ответу, основанный на динамической нервной связи, является результатом особого взаимодействия двух или нескольких генерализованных временных связей, имеющих общие структурные элементы, причем всякая динамическая связь, в отличие от обычной условнорефлекторной или замыкательной, не предсуществует в механизме реакции, а всякий раз заново складывается по ходу ее выполнения. Все известные нам случаи динамических временных связей включают в себя воздействие словом и опосредствуются второсигнальными управляющими импульсами, поступающими из словесных отделов коры в зрительный, слуховой и двигательный анализаторы первой сигнальной системы. На этом основании мы полагаем, что механизм динамических связей является существенным для второй сигнальной системы вообще. С указанной точки зрения, каждое слово можно рассматривать как обобщенную координату в многомерном фазовом пространстве. Взаимодействие генерализованных комплексов возбуждений в коре головного мозга, соответствующих восприятию каждого отдельного слова, как обобщенного сигнала действительности, должно состоять в частичном пространственном совпадении этих комплексов и в функциональном обособлении (выделении) некоторых из их компонентов, соответственно общему содержанию слов. Образование динамических временных связей при взаимодействии слов-раздражителей дает начало всевозможным суждениям и умозаключениям, привносящим новое содержание в общий контекст мысли по сравнению с имеющимся запасом знаний, непосредственно основанных на обычных (замыкательных) временных связях.
Подобно тому как по двум численным координатам отыскивается определенная точка на плоскости, так по двум или нескольким смысловым координатам — словам определяется конкретное содержание того или иного суждения, которое никогда не может выйти за пределы объемов составляющих его понятий, но вместе с тем всегда привносит в них нечто новое.
В психофизиологическом плане оба эти случая объединяются общим механизмом динамических временных связей. Любая цепь рассуждений может рассматриваться как сложная фазовая траектория в многомерном информационном «пространстве», координатами которой являются входящие в эту цепь словесные сигналы. Замечательно, что все основные элементы этого бесконечного по многообразию содержаний механизма в предельно простой и доступной физиологическому анализу форме можно найти в изучаемых нами дифференцировочных реакциях по предварительной словесной инструкции.
В заключительном параграфе этой главы на основании анализа некоторых наиболее изученных нами систем временных связей делается попытка описать цепь «элементарных» операций и построить логическую схему алгоритма типичной второсигнальной реакции в условиях ярко выраженного избирательного отношения реагента к непосредственным раздражителям.
Содержание настоящего раздела диссертации нашло отражение в следующих печатных работах автора. 1. «Взаимодействие условнорефлекторных процессов в сложных системных реакциях». Сборник «Вопросы изучения высшей нейродинамики в связи с проблемами психологии», М. 1957. 2. «О двоякой роли установочных реакций в сложных системных реакциях». Сборник «Ориентировочный рефлекс и ориентировочно-исследовательская деятельность». М. 1958. 3. «Моделирование функций мозга и высшая нейродинамика». Печ. Кибернетический сборник, М., Изд. АН СССР, 1963. 4. «Основные положения высшей нейродинамики». Сборник «Пограничные проблемы психологии и физиологии. М., 1961. 5. «О физиологических механизмах и закономерностях второй сигнальной системы». Девятнадцатое совещание по проблемам высшей нервной деятельности. Тезисы и рефераты докладов. Часть I. Л., 1960.
III. ЗАВИСИМОСТЬ ВР ОТ ОСОБЕННОСТЕЙ ПЕРВОСИЛЬНАЛЬНОГО РАЗДРАЖИТЕЛЯ И ОТ РАЗЛИЧНОГО РОДА КОСВЕННЫХ ВЛИЯНИЙ НА ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
В соответствии с положениями гл. IV и гл. V, согласно которым функция высшего управления реакциями осуществляется корковыми механизмами второй сигнальной системы, представлялось интересным особо рассмотреть имеющиеся в литературе данные о том, как отражается на ВР характер первосигнального «пускового» раздражителя, а также некоторые другие условия реагирования при сохранении одной и той же второсигнальной стимуляции, т. е. при вынесении ее за скобки. Конечно, работа так называемых речевых зон коры ни морфологически, ни физиологически не может быть резко противопоставлена специализированным корковым анализаторам, так как по сути дела она является результатом совместной деятельности слуховых, зрительных и моторных систем. Тем не менее между словесной и непосредственной стимуляцией коры в акте реакции, несомненно, имеют место отношения взаимодействия. С точки зрения кибернетики между высшими корковыми системами и всеми специализированными функциональными механизмами вплоть до периферии точно так же должен иметь место обмен «осведомительной» (в данном случае — непосредственной, первосигнальной) и «управляющей» (второсигнальной) информацией.
По вопросу о том, как влияет на ВР модальность первосигнального раздражителя имеются многочисленные и в основном совпадающие данные различных исследователей. В зоне средних степеней интенсивности (прибл. между 60 и 80 дб над порогом) усредненное время «простой» реакции на звук равнялось 148 мсек, а на свет — 190 мсек. При раздражении других рецепторов были получены следующие средние величины в (мсек).
|
Раздражитель |
Электрокожный |
Кинестезический |
Кожно-механ. |
Холод. |
Тепл. |
Вестиб. |
Интероц. |
Болев. |
Вкус. |
|
ВР |
152 |
152 |
160 |
224 |
507 |
400-598 |
270-630 |
882 |
160-998 |
Главные причины этих различий связаны, во-первых, с особенностями воздействия раздражителя на рецептор (прямое воздействие, опосредствованное фотохимическим процессом, медленное проникновение через поверхность кожи и т. п.); во-вторых, с особенностями процесса адаптации. ВР на свет при адаптации к низкой фоновой освещенности, вообще говоря, укорачивается. Наоборот, адаптация к звуковым и тактильным раздражителям очень избирательна и потому приспособление рецептора к фону не удлиняет ВР на отличный от него по качеству пусковой сигнал.
Особое место в главе VI уделено реферированию и обсуждению работ Фрелиха, Хацельхоффа и Вирсма, Пьерона и др. исследователей, пытавшихся определить ту часть ВР, которая требуется для возникновения образа ощущения и восприятия. Полученные названными авторами величины для слуховых, осязательных и зрительных образов колебались в пределах от 18 до 140 мсек, а при неблагоприятных условиях — до 900 мсек. Время восприятия геометрических форм по новым данным Читема, полученным методом «маскирования», составляло ряд от 32 до 102 мсек. Однако в целом проблема скрытого времени сенсорных процессов еще недостаточно разработана и требует дальнейших психофизиологических исследований.
Одним из важнейших факторов, влияющих на ВР, является абсолютная (физическая) и относительная (физиологическая, зависящая от состояния возбудимости анализатора) силы пускового сигнала. При прочих равных условиях и в определенных физиологических пределах чем больше энергии поступает от пускового раздражителя в центральную нервную систему, тем быстрее протекает реакция мозга во всех ее звеньях и тем энергичнее конечный рефлекторный эффект, если только не имеется каких-либо объективных причин, маскирующих действие этого закона («основного количественного закона теории условных рефлексов» по терминологии, принятой в школе И.П. Павлова). В VI главе диссертации приводится много данных, подтверждающих правильность и доказывающих универсальный характер этого по существу биофизического закона. Там же приводятся данные ряда исследователей, в том числе и сотрудников автора, о влиянии на время реакции пространственной и временной характеристики первосигнального раздражителя. В частности, при увеличении площади светового или температурного раздражителей ВР заметно убывает. Оно убывает также при перемещении зрительного сигнала от центра поля зрения к периферии, причем в неодинаковой степени по разным направлениям (Поффенбергер, Т.Н. Ушакова и др.). При очень малых длительностях светового или звукового сигналов (до 30—50 мсек) ВР убывает с удлинением раздражения, а начиная с 50 мсек, наоборот, возрастает. Обнаружена также закономерная разница в величинах ВР в ответ на появление или исчезновение, а также на увеличение или ослабление интенсивности световых и звуковых (А.Н. Васильев) раздражителей.
Начиная с работ астронома Гирша (1861 —1862) и физиолога Экснера (1873), было получено множество фактов, указывающих на прогрессивное укорочение ВР под влиянием повторных упражнений. Параллельно наблюдалась стабилизация скрытых периодов, выражавшаяся в увеличении частоты одинаково укороченных реакций и в уменьшении среднего квадратического отклонения. Влияние упражнений больше сказывалось на дифференцировочной реакции, чем на «простой» (Меркель, Бланк). Отмечалось также выравнивание ВР на свет и на звук. Так, у каждого из 6 испытуемых Бредшоу (1937) ВР на свет после 20 опытов равнялось 129 мсек (ср. откл. 1,7—2,5), а на звук — 122 мсек (ср. откл. 1,2—1,9). У тех же испытуемых в первом опыте ВР на свет равнялось 194—141 мсек (ср. откл. 10,1 — 17,9), на звук 148—131 (ср. откл. 8,2—19,6). В данном случае выступило также поразительное выравнивание индивидуальных различий в величинах ВР, не наблюдавшееся другими исследователями.
Мы обнаружили более выраженное укорачивающее и стабилизирующее влияние упражнений на ВР при выработке сложных динамических систем временных связей по сравнению с более простыми парными ассоциациями (1949, 1953). Далее, работами Н.И. Крылова и Н.И. Чуприковой, проведенными в нашей лаборатории, было показано, что реакции более высокого уровня вообще в большей мере подвержены фактору упражняемости. В частности, это обнаружилось на реакциях типа умственного сопоставления. Кажущееся исключение составляли реакции на словесные сигналы, но это объясняется относительно более высоким исходным уровнем их тренированности. В исследованиях Н.И. Козина и Л.С. Блох (1940) было обнаружено уменьшение отрицательно-индукционных задерживающих влияний на ВР в ходе тренировки (выработка «иммунности» к внешнему торможению).
Ясной и законченной физиологической теории «автоматизации» мы до сих пор не имеем. Однако в ряду причин, обусловливающих укорочение ВР в ходе тренировки, необходимо отметить прогрессирующее ускорение иррадиации и концентрации нервных процессов в коре больших полушарий и ослабление явлений отрицательной индукции, что в особенности дает себя знать при выработке сложных реакций со многими взаимодействующими компонентами.
В главе VIII диссертации собраны данные многих исследователей, касающиеся изменений ВР с возрастом, а также под влиянием различного рода фармакологических веществ, недосыпания и утомления. Не имея возможности реферировать здесь этот чрезвычайно разнообразный по характеру материал, мы вынуждены отослать читателя к нашим публикациям 1954, 1957 и 1961 гг. Материалы VI—VIII глав диссертации нашли отражение в следующих публикациях автора: 1) «Опыт разработки двигательной методики с учетом зрительных установочных рефлексов». Известия АПН РСФСР, № 53, 1954; 2) «Взаимодействие условнорефлекторных процессов в сложных системных реакциях». Сб. «Вопросы изучения высшей нейродинамики в связи с проблемами психологии». М. 1957 (Там же опубликованы относящиеся к данному разделу диссертации работы наших сотрудников М.М. Власовой, Н.И. Крылова, Т.Н. Ушаковой и Н.И. Чуприковой); 3) «Время реакции и физологический закон силы». Сб. «Пограничные проблемы психологии и физиологии». М. 1961; 4) «Возрастаные изменения времени реакции у детей и у взрослых» (там же); 5) «Зависимость времени реакции от различного рода факторов, действующих через кровь» (там же).
IV. ВР КАК ИНДИКАТОР ПРИ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Использование ВР в качестве средства или показателя при разработке различного рода физиологических и психофизиологических проблем было начато исследованиями Гельмгольца (1850, 1951) и Дондерса (1868). Первый пытался применить данные ВР для определения скорости проведения возбуждения по нервам человека, а второй — для определения продолжительности сложных психических процессов.
В XX столетии психологами было проведено немало экспериментальных работ с использованием ВР в качестве показателя при исследовании проблемы внимания (Вирт и Кестнер, Вудроу, Маурер, Зальцман и Гарнер), зрительной и слуховой чувствительности (Джонсон, Штейнманн, Флинн, А.Н. Васильев), особенностей работы зрительного анализатора в связи с его анатомо-физиологической структурой (Поффенбергер, Слетер-Хаммел, Т.Н. Ушакова), восприятия формы (Слейт), памяти (Постман и Каплан, М.М. Власова), вопросов совместной работы двух полушарий (Ф.О. Смит) и многие др. Из работ последнего времени кроме многочисленных исследований, касающихся работы оператора на пультах управления (так назыв. инженерно-психологическое направление), необходимо указать на исследования советских физиологов и психологов, пытавшихся воспользоваться скрытым периодом реакции для изучения высшей нервной деятельности человека. В частности имеются в виду работы лаборатории Б.М. Теплова по изучению типологических особенностей нервной системы, некоторые работы Е.Н. Соколова, и, наконец, исследования автора и его сотрудников по проблемам высшей нейродинамики.
Термин «высшая нейродинамика» был предложен автором (1954) главным образом для того, чтобы выделить из большого числа проблем высшей нервной деятельности те вопросы, которые касаются собственно человеческих форм и закономерностей этой деятельности (если только проблему второй сигнальной системы не суживать до проблемы физиологических механизмов речи, а трактовать вслед за Павловым как высший физиологический механизм управления поведением, о чем уже говорилось в IV и V главах диссертации).
В силу исторических причин огромное большинство работ, посвященных скорости словесно-ассоциативных реакций (эти работы критически реферируются в главе VII диссертации), не имело прямого касательства к изучению механизмов второй сигнальной системы. Последнее относится также к исследованиям Н.М. Костомаровой, проводившимся в нашей лаборатории в целях изучения причин, согласно которым время словесно-ассоциативных реакций «вид-род», как правило, оказывается короче, чем ВР «род-вид» (сб. «Вопросы изучения высшей нейродинамики», 1957, стр. 103). В IХ главе диссертации сделана попытка систематизировать и там, где это представлялось возможным, обобщить данные зарубежных и советских психофизиологов, изучавших высшую нервную деятельность человека с помощью показателя ВР. Материал главы разбит на три части: 1) ВР как лабораторный индикатор при изучении общих закономерностей высшей нервной деятельности; 2) ВР как показатель специально человеческих форм высшей нервной деятельности и 3) ВР как показатель типологических особенностей высшей нервной деятельности.
Поскольку главной задачей работы автора и его сотрудников (М.М. Власовой, Э.А. Голубевой, Т.Н. Ушаковой и Н.И. Чуприковой) было изучение с помощью ВР собственно человеческих форм высшей нервной деятельности, мы подробнее изложим здесь методику и результаты этого раз дела исследований, а остальные затронем вскользь. Существенным результатом работ в области изучения общих законов высшей нервной деятельности было: 1) установление факта суммирования возбудительного процесса при взаимодействии повторяющихся реакций на зрительные раздражители, выражавшееся в прогрессивном укорочении ВР на интервалах между реакциями от 9 до 1/2 сек. (первоначально этот факт очень отчетливо выявился в опытах автора с троекратным повторением одного и того же раздражителя); 2) демонстрация в отчетливой форме законов иррадиации и концентрации нервных процессов в зрительном анализаторе человека (совместно с Н.И. Чуприковой). Ввиду неоднократно высказывавшихся в зарубежной литературе критических замечаний в адрес работ павловской школы по поводу отсутствия статистической оценки экспериментально устанавливаемых фактов, мы применили к полученным в нашей лаборатории данным об иррадиации нервных процессов обычные статистические критерии, применяющиеся при малой выборке, и показали статистическую значимость тех различий ВР, на основании которых делались выводы о движении нервных процессов.
Для изучения собственно человеческих форм реакций с помощью ВР мы разработали особую методику, которая основывается на следующих теоретических предпосылках. Еще И.М. Сеченовым было высказано положение, согласно которому течение психических реакций зависит от меняющегося соотношения возбудимости центральных нервных путей, которое в свою очередь определяется взаимодействием поступающих в мозг раздражений. Само собой разумеется, что первенствующая роль здесь должна принадлежать взаимодействию раздражений в коре больших полушарий. С указанной точки зрения, разработка конкретных методических приемов, позволяющих следить за переменными состояниями возбудимости различных корковых пунктов, есть ключ к изучению динамики высших нервных процессов.
Термин «возбудимость» употребляется здесь не в традиционном, а в павловском смысле (см. Полн собр. Трудов, III, 1949, стр. 313) и потому мы считали возможным измерять этот параметр не при пороговой силе раздражения, а при средней, и не на электрический стимул, а на адэкватный (зрительный). Более того, при указанных естественных условиях оказалось возможным применить к изучению работы высших отделов человеческого мозга те классические приемы, с помощью которых неирофизиологи изучали различные фазы возбудимости на препаратах нервов животных. Основной прием, как известно, состоял в последовательном нанесении на нерв двух раздражений, первое из которых было основным, а второе — тестирующим, т. е обнаруживающим состояние последействия от предыдущего раздражения. Если, положим, через 0,001 сек. после первого раздражения на второе раздражение нерва не получается никакого ответа или ответ очень слаб, то отсюда делается вывод, что возбудимость нерва либо вовсе отсутствует (так назыв. абсолютная рефрактерная фаза), либо резко снижена (относительная рефрактерная фаза). В принципе тот же самый прием может быть применен к изучению возбудимости различных пунктов коры в той или иной функциональной системе (П.К. Анохин), если в качестве показателя использовать скорость двигательной реакции (1/ВР),а тестирующий или «индикаторный» световой раздражитель адресовать к определенным точкам сетчатки при фиксированном взоре.
Делалось это у нас следующим образом. Испытуемому предъявлялись на экспериментальном пульте одновременные и последовательные комплексы световых сигналов в форме вспышек маленьких электрических ламп. Взор фиксировался с помощью светового пятна в центре панели. Согласно предварительной словесной инструкции, испытуемый должен был целенаправленно реагировать на световые сигналы, например, сравнивать предъявляемые парные комплексы лампы и выделять в них общий член, (т.е. лампу, входящую в оба комплекса). Если теперь на различных интервалах времени после подачи второго комплекса давать одиночные световые сигналы либо в место общего члена сравниваемых пар, либо в места несовпадающих членов, либо, наконец, в индифферентные пункты, вовсе не входившие в сигнализируемые комплексы, то, по различиям ВР на эти одиночные световые сигналы, можно следить за переменными состояниями возбудимости различных «пунктов» зрительного анализатора в ходе сложной умственной деятельности. Такова в общих чертах схема нашей методики, за деталями которой необходимо обратиться к соответствующим публикациям.
На основе ряда экспериментальных исследований, проведенных по вышеописанной методике коллективом лаборатории высшей нейродинамики в 1956—1960 гг., нами были выдвинуты и совместно с сотрудниками экспериментально обоснованы следующие общие положения.
I. Второсигнальная регуляция корковой мозаики. У человека высший анализ и синтез непосредственных раздражителей осуществляется при посредстве второсигнальных управляющих импульсов, возникающих в словесных отделах коры и избирательно меняющих возбудимость различных «пунктов» непосредственных корковых проекций, сообразно задачам и целям действия. В результате одни из наличных раздражителей получают физиологическое преимущество перед другими и через это выделяются в восприятии, мышлении, сознании, тогда как другие, наоборот, оттесняются на задний план второсигнальным («блокировочным») торможением.
II. Суммирование эффектов положительных и блокировочных второсигнальных импульсов. При повторном поступлении второсигнальных управляющих импульсов в одни и те же пункты анализатора их эффекты алгебраически складываются (повторение положительных импульсов ведет к прогрессирующему повышению возбудимости зрительных клеток, повторение блокировочных — к понижению ее, а совмещение положительных и отрицательных дает средний по величине функциональный эффект).
III. Локальная разность возбудимости. Если второсигнальные управляющие импульсы, будучи генерализованы, совмещаются в проекционных корковых зонах полностью или частично, то между общими пунктами, в которых происходит суммирование эффектов, и другими участками коры возникает более или менее резкая и длительная разность уровней возбудимости.
IV. Экстренно возникающие («динамические») временные связи. Если локальная разность возбудимости создается генерализованными второсигнальными импульсами в зоне взаимодействия двух или нескольких замыкательных полей, то по ходу осуществления сложной реакции из этих полей функционально выделяются более возбудимые элементы, а действующая временная связь экстренно преобразуется (специализируется).
В IX-й главе диссертации мы не ставили своей целью доказать приведенные общие положения, которые аргументированы в других наших работах, а пытались лишь продемонстрировать возможность успешного использования ВР при разработке проблем высшей нейродинамики. Поэтому мы ограничились описанием и разбором опытов М.М. Власовой, Н.И. Чуприковой и Т.Н. Ушаковой, из которых вышеприведенные положения следуют. Точно так же и здесь мы считаем наиболее целесообразным сослаться на два относящихся сюда опыта и показать их связь с вышеприведенными тезисами.
Первый опыт уже описывался при изложении методики. Когда испытуемому последовательно предъявляются два парных комплекса ламп, имеющих общий член, то при отсутствии инструкции выделять этот член в соответствующем «пункте» анализатора наблюдается не повышение, а, наоборот, понижение возбудимости, определяемое с помощью индикаторного ВР. Если же дается соответствующая словесная инструкция, то в «пункте» общего члена обязательно наблюдается повышение возбудимости по сравнению с «пунктами» несовпадающих членов. Отсюда с необходимостью следуют три вывода. Во-первых, очевидно, что повышение возбудимости в «пункте» общего члена было результатом словесного раздражения и, следовательно, обусловливалось импульсами из словесных отделов коры. Во-вторых, несомненно, что между «пунктами» общего и несовпадающих членов пар создалась локальная разность возбудимости, которая обусловила выделение общего члена. В-третьих, когда испытуемый, например, показывает рукой выделенную общую лампу, временная связь между этой лампой, как раздражителем, и двигательным ответом руки, который координируется выделенной лампой, очевидно, не была замкнута заранее (до выделения общей лампы) и, следовательно, является по нашей терминологии «динамической». Наконец, следует отметить, что относительное понижение возбудимости «пунктов» несовпадающих членов в сравниваемых парах по сравнению с «индифферентными» пунктами (лампы, не входящие в сравниваемые комплексы) указывает на развитие в проекционной зоне зрительного анализатора тормозящих второсигнальных влияний, названных нами «блокировочными».
Второй опыт. Испытуемому предъяляется ряд из четырех ламп, которые зажигаются парами. По инструкции требуется выделять общий член не в зажигающихся парах, а в парах, остающихся незажженными. Выделяя общую лампу в негорящих парах, испытуемый должен был удержать ее в памяти и затем показать эксперимнтатору. Кроме того, как и в предыдущем опыте, наряду с парами сигнализировались и одиночные лампы, при вспышках которых испытуемый должен был возможно быстрее реагировать на ключ. По латентным периодам этих реакций на одиночные лампы можно судить о состояниях возбудимости в «пунктах» анализатора, соответствующих:
1) выбираемой общей лампе, которая ни разу не вспыхивала, но дважды выделялась в парах, остававшихся незажжеными;
2) лампе, которая дважды зажигалась, но оба раза должна была отбрасываться, согласно инструкции, как не идущая к делу;
3) остальным лампам, которые зажигались и отбрасывались однократно.
Как и следовало ожидать, возбудимость пункта дважды не зажигавшийся, но выделяемой по инструкции лампы в силу суммирования эффектов положительных второсигнальных импульсов была наибольшей (время индикаторной реакции самое короткое). Наоборот, возбудимость пункта дважды зажигавшейся, но по инструкции дважды отбрасываемой лампы, в силу суммирования тормозящих импульсов, оказалась самой низкой (время индикаторной реакции на одиночную вспышку самое длинное).
Разумеется, можно соглашаться или не соглашаться с павловской трактовкой термина «возбудимость», а также с принятой нами мерой. Можно употреблять для этого какой-либо другой термин, например, «реактивность». Можно, наконец, спорить относительно деталей физиологического толкования описанных экспериментальных фактов, но применимость ВР в качестве показателя при исследовании специфически человеческих форм высшей нервной деятельности на основании работ, изложенных в IX главе диссертации, представляется нам несомненной.
К аналогическому выводу мы приходим на основании анализа тех работ лаборатории Б.М. Теплова, в которых ВР было использовано в качестве показателя при изучении типологических свойств нервной системы (К.М. Гуревич, Н.С. Лейтес, В.Д. Небылицын, И.В. Равич-Щербо, М.Н. Борисова и др.). То же самое можно сказать и по поводу самых первых попыток использовать этот показатель для изучения специально-человеческих типов нервной системы, условно названных Павловым «художественным» и «мыслительным». Так, например, предпринятая Н.М. Костомаровой попытка группировки испытуемых по признаку замедления ВР при переходе от простых голосовых реакций к второсигнальным реакциям называния, будучи обработана нами с помощью дисперсионного анализа, привела к положительным результатам. В еще большей степени сказанное можно отнести к описанным в данном разделе монографии опытам Н.И. Чуприковой, хотя, несомненно, что все эти попытки нуждаются в дальнейшей экспериментальной разработке.
В заключительной, X-й главе диссертации делается попытка первоначальной систематизации тех многочисленных исследований, в которых ВР было использовано в качестве показателя при лабораторной разработке различного рода практически-прикладных проблем (в области авиационной медицины, нейрохирургии, физкультуры и спорта, инженерной психологии и т. д.). Общий вывод, к которому приходит автор диссертации, заключается в том, что ВР, будучи элементом самой общей характеристики всех форм человеческой деятельности и ее основных компонентов, может изменяться под влиянием любых воздействий и, потому должно быть признано не только очень важным, но и в известном смысле универсальным ее показателем. Последнее подтверждается все возрастающим практическим значением экспериментальных работ, проводившихся с применением этого показателя на протяжении ста с лишним лет.
Содержание настоящего раздела диссертации (главы IX и X) опубликовано в следующих работах автора.
1. «Опыт разработки двигательной методики с учетом зрительных установочных рефлексов». «Известия АПН РСФСР», № 53, 1954.
2. «Узловые проблемы высшей нейродинамики». Сб. «Пограничные проблемы психологии и физиологии», М., 1961.
3. «Основные положения высшей нейродинамики» (там же).
4. «Некоторые результаты и переспективы экспериментальной работы в области высшей нейродинамики». Совместно с М.М. Власовой и Н.И. Чуприковой (там же).
5. «Время реакции в исследованиях практически-прикладного характера» (там же).
СПИСОК опубликованных работ автора по теме диссертации
1. «Опыт разработки двигательной методики с учетом зрительных установочных рефлексов». «Известия АПН РСФСР», №53, 1954.
2. «На пути к изучению высшей нейродинамики». Доклады совещания по психологии, 1954.
3. «К вопросу о механизмах умственных процессов». «Вопросы психологии», № 2, 1955.
4. «О двоякой роли установочных рефлексов в сложных системных реакциях». Сб. «Ориентировочный рефлекс и ориентировочно - исследовательская деятельность», М., 1958.
5. «Взаимодействие условнорефлекторных процессов в сложных системных реакциях». Сб. под ред. автора: «Вопросы изучения высшей нейродинамики в связи с проблемами психологии», М., 1957.
6. «К вопросу о механизмах умственного сопоставления». Совместно с Н.М. Костомаровой, М.М. Власовой и Н.И. Чуприковой. Совещание по психологии, М., 1957.
7. «Проблема условнорефлекторных основ высших психических процессов». Сб. «Психологическая наука в СССР», ч. 1, М., 1959.
8. «Узловые проблемы высшей нейродинамики». Сб. под ред. автора: «Пограничные проблемы психологии и физиологии», М., 1961.
9. «Основные положения высшей нейродинамики» (Там же).
10. «Некоторые итоги и перспективы экспериментальной работы в области высшей нейродинамики. Совместно с М.М. Власовой и Н.И. Чуприковой. Сб. «Пограничные проблемы психологии и физиологии», М., 1961.
11. «К вопросу о функциональной структуре произвольной реакции» (Там же).
12. «Время реакции и физиологический закон силы», (там же).
13. «Возрастные изменения времени реакции у детей и у взрослых» (там же).
14. «Зависимость времени реакции от различного рода факторов, действующих через кровь» (там же).
15. «Время реакции в исследованиях практически-прикладного характера» (там же).
16 «О физиологических механизмах и закономерностях второй сигнальной системы». «Девятнадцатое совещание по проблемам высшей нервной деятельности. Тезисы и рефераты докладов». Л., 1960.
17. «Опыт экспериментального анализа собственно человеческих форм высшей нервной деятельности» (там же, часть II).
18. «Моделирование функций мозга и высшая нейродинамика». Печ. Кибернетический сборник, Изд. АН СССР, М., 1963.
19. «Из истории хронометрического исследования реакций». Печ. «Вопросы психологии», №6, 1963.
20. «Время реакции человека». «Сокращенный вариант всей монографии. Печатается в Медгизе, М., 1964.