SIMULATION OF WEIGHTLESSNESS AND ASSESSMENT OF ITS INFLUENCE ON VISUAL PERFORMANCE



Cite item

Full Text

Abstract

Objective: to assess the influence of weightlessness on visual performance. Materials and methods. The subjects were 10 men from 21 to 43 y. o. All subjects spend 5 days in conditions of microgravity (simulation of weightlessness). To create microgravity conditions, a dry immersion technique was used: the subjects were immersed in a bath of warm water, being separated from the water by a freely floating waterproof elastic film. The characteristics of visual performance were assessed by means of interactive computer program. The subject’s task was to find an object, identical to the target shown at the display center, among several surrounding groups of similar objects. In each series, 3 types of operating conditions were used differing by the degree of crowding: the surrounding objects, among which it was necessary to detect the sought-for object, were presented singly, in groups of 4 objects and in groups of 7 objects. The sizes of the objects varied. Search time and number of identification errors were used to characterize visual performance. Results. Preliminary quantitative assessment of the influence of various factors on the dynamics of visual performance was carried out. The analysis of the data obtained has shown that the following factors could influence visual search performance of the subjects: the transition from “office” testing conditions to immersion conditions and back; learning - development of the skill of working with the program; the sizes of objects; degree of crowding. Conclusions. As a result of the experiment conducted, it was found that, in the case of rather complicated visual tasks (for example, searching for small target in groups), the transition from normal working conditions to immersion conditions led to an increase in the time for the task solving, i. e. to a decrease in visual performance. When analyzing data, it is necessary to take into account the effects of adaptation and learning, whose contribution depends on the parameters of the objects and the operating conditions (2 figs, bibliography: 11 refs).

Full Text

ВВЕДЕНИЕ Зрительная работоспособность является интегральной характеристикой зрительных возможностей человека, при повторных оценках она может отражать способность к адаптации и устойчивость при утомлении. Данный функциональный показатель исследовался в работах по физиологии, психологии, офтальмологии, в том числе в связи с потребностями военно-профессиональной и летной деятельности [1-4], оценкой влияния экстремальных нагрузок [5, 6], изучением возрастных аспектов в норме и при сенсорных нарушениях. При этом до сих пор актуальными остаются вопросы изменения функционального состояния зрительной системы космонавтов в условиях невесомости, воздействия на организм ограниченного пространства, влияния сенсорной депривации, монотонии, искусственного освещения [7, 8]. Для исследования влияния факторов невесомости на функционирование зрительной системы целесообразно проведение наземных модельных экспериментов. Одним из методов экспериментальной имитации невесомости является «сухая» иммерсия - погружение человека в иммерсионную ванну [9]. Ранее было показано, что в условиях гравитационной разгрузки, создаваемой в иммерсионной среде, происходят значимые изменения в вестибулярной системе, снижаются показатели зрительного слежения, изменяется сенсомоторная оценка зрительных иллюзий [10, 11]. Можно предположить, что опорная разгрузка и минимизация мышечной активности в период пребывания человека в условиях иммерсии могут повлиять и на другие психофизиологические характеристики зрительной системы человека. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Оценка влияния одного из факторов космического полета - невесомости - на зрительную работоспособность. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Для количественной оценки зрительной работоспособности была использована интерактивная компьютерная тестовая и тренировочная программа ЦВЕТОК. Название программы отражает дизайн тестов: рабочее поле на экране имеет вид цветка с сердцевиной и шестью лепестками. Все задания, предлагаемые программой, построены по единой схеме: испытуемый должен найти объект, идентичный тест-объекту (мишени), предъявляемому в цент- ре, среди объектов того же типа, предъявляемых на шести окружающих его лепестках. В качестве тест-объектов были выбраны латинские буквы четырех размеров (высотой 2; 3,5; 5 и 7 мм). Трудность задачи поиска варьировали, меняя размеры и число окружающих букв, среди которых требовалось найти букву-мишень. Буквы предъявляли на лепестках в трех режимах, различающихся степенью краудинга: поодиночке (режим К1), группами по 4 (режим К4) и группами по 7 (режим К7). Для количественной оценки качества выполнения работы регистрировали время поиска и число ошибок при идентификации. Задания выполнялись в условиях обычной работы с дисплеем; расстояние наблюдения испытуемые подбирали сами, обеспечивая комфортность работы. В экспериментах принимали участие 10 испытуемых в возрасте от 21 до 43 лет (средний возраст 31,2 года). Тестирование каждого испытуемого проводили 4 раза: за 3 сут до погружения в иммерсионную среду (фон 1), через 2 и 4 сут после погружения и через 7-9 сут после окончания периода иммерсии (фон 2). РЕЗУЛЬТАТЫ Выбранные параметры тестов и режимы тестирования позволили сделать предварительные количественные оценки влияния различных факторов на динамику зрительной работоспособности. Общий диапазон изменения индивидуального среднего времени поиска одной буквы в зависимости от параметров теста, режима тестирования, условий работы и особенностей испытуемых составил около 5 с: приблизительно от 0,8 до 5,8 с. Средние по всем испытуемым значения времени поиска были в диапазоне от 1,0 до 3,4 с (рис. 1). Приведенные на рис. 1 данные - это полученные в четырех последовательных сериях измерений средние по всем испытуемым значения времени поиска для букв четырех размеров при трех режимах тестирования. Естественно, что самые большие значения времени поиска были зарегистрированы в случае самых мелких тест-объектов в режиме максимального краудинга К7 (рис. 1, в, верхняя кривая). Выраженность различных влияний у разных испытуемых варьировала, но общие закономерности прослеживались достаточно отчетливо. Для примера на рис. 2 показана динамика индивидуальных показателей у двух испытуемых. Зарегистрированные средние времена поиска представлены отдельно для букв трех размеров - 7 мм (а); 3,5 мм (б); 2 мм (в). Как видно из рис. 2, задача поиска одиночных букв (режим К1) оказалась для обоих испытуемых очень простой: независимо от размера букв условия тестирования практически не сказывались на результатах. Лишь в случае самых мелких букв у испытуемого 2 наблюдалось общее увеличение времени поиска. В режимах краудинга К4 и К7 было явно выражено негативное влияние перехода к условиям иммерсии. У испытуемого 1 данный эффект в той или иной мере проявлялся при всех размерах букв, а у испытуемого 2 - в случаях с самыми мелкими и самыми крупными. Отличие результатов для букв размером 3,5 мм может объясняться позитивным эффектом врабатывания (научения), так как серия таких букв была промежуточной и предъявлялась после двух других серий (7 и 5 мм). Анализ данных, приведенных на рис. 1 и 2, по- зволяет предположить, что на время поиска могли оказывать влияние следующие факторы: переход от офисных условий тестирования к условиям иммерсии и обратно; научение (врабатывание) - выработка навыка работы с программой по мере ее освоения и ускорение выполнения заданий по мере их повторения; параметры тест-объектов; режимы краудинга; порядок предъявления серий букв разного размера. Наряду с негативным влиянием иммерсии на выполнение трудных заданий (размер букв 2 мм; режим К7) в ряде случаев отмечалось сокращение времени поиска при выполнении более лег- ких заданий (размеры букв 3,5; 5; 7 мм; режим К4) в период пребывания в иммерсионной ванне и его увеличение при обратной смене условий - от иммерсионных к офисным. Возможно, это связано с особенностями индивидуальной рабочей нагрузки, которую было трудно контролировать до и после иммерсии. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведенное рекогносцировочное исследование выявило снижение показателей работоспособности при переходе от офисных условий к «сухой» иммерсии, имитирующей состояние невесомости, а также эффекты адаптации и врабатывания (научения). Сравнение результатов, полученных при варьировании параметров тестов и режимов тестирования, позволило определить установки, наиболее благоприятные для выявления исследуемых эффектов. Выяснилось, что наряду со сложными заданиями целесообразно давать аналогичные простые задания, так как негативные влияния могут более отчетливо проявиться не в изменениях абсолютных значений показателей работоспособности, а в изменении их отношений для разных режимов. Общий анализ результатов исследования указывает на необходимость проведения дополнительных контрольных экспериментов для оценки вклада побочных факторов, которые могли маскировать эффект микрогравитации или создавать видимость его наличия.
×

About the authors

S V Dmitriyeva

Institute of biomedical problems of the Russian academy of sciences

Moscow, Russia

M A Gracheva

A. A. Kharkevich Institute of problems of information transfer of the Russian academy of sciences

Moscow, Russia

N N Vasil’eva

A. A. Kharkevich Institute of problems of information transfer of the Russian academy of sciences

Moscow, Russia

A E Smoleevskiy

Institute of biomedical problems of the Russian academy of sciences

Moscow, Russia

O M Man’ko

Institute of biomedical problems of the Russian academy of sciences

Moscow, Russia

References

  1. Александров А. С., Голосов С. Ю., Давыдов В. В., Лапа В. В., Минаков А. A., Суханов В. В., Чистов С. Д. Оценка условий и факторов, влияющих на эффективность деятельности и зрительную работоспособность летчика в полетах на вертолете ночью с использованием очков ночного видения. Военно-медицинский журнал. 2014; 7: 39-43.
  2. Горностаева Е. А. Оценка функционального состояния зрительной сенсорной системы курсантов военного вуза. Автореф. дис. … канд. биол. наук. Саратов; 2007. 23).
  3. Даниличев С. Н. Визоконтрастометрия в оценке адаптационных резервов зрительной системы космонавта. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016; 50 (5): 215.
  4. Quant J. R. The effect of sleep deprivation and sustained military operations on near visual performance. Aviation, Space, and Environmental Medicine. 1992; 63 (3): 172-6.
  5. Богомолов В. В., Почуев В. И., Даниличев С. Н., Манько О. М. Факторы риска развития патологии зрительной системы в условиях длительного космического полета. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016; 50 (5): 158.
  6. Халфина Р. Р., Ахадеев Р. Р. Психофизиологические особенности реакции зрительной системы при действии транзиторных экстремальных нагрузок. Современные проблемы науки и образования. 2013; 1: 328-30.
  7. Нероев В. В., Ушаков И. Б., Зуева М. В., Цапенко И. В., Бубеев Ю. А., Манько О. М., Смолеевский А. Е. Функциональные изменения зрительной системы в условиях светодиодного освещения. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016; 50 (5); 154-5.
  8. Смолеевский А. Е., Манько О. М., Бубеев Ю. А. Влияние светодиодного освещения на функции зрительного анализатора и психическую работоспособность. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016; 50 (5): 210.
  9. Tomilovskaya E. S. Experiment with Five-Day Dry Immersion: Objectives, Content, Structure of the Investigations, and Specific Methods. Human Physiology. 2013; 39 (7): 756-61.
  10. Корнилова Л. Н., Наумов И. А., Глухих Д. О., Хабарова Е. В., Козловская И. Б. Влияние опорно-проприоцептивной депривации на зрительно-мануальное слежение и вестибулярную функцию. Физиология человека. 2013; 39 (5): 13-24.
  11. Карпинская В. Ю., Соснина И. С., Ляховецкий В. А., Зеленский К. А., Томиловская Е. С. Влияние гравитационной разгрузки на сенсомоторную оценку зрительных иллюзий. В сб.: Всероссийская конференция по когнитивной науке: сб. научных трудов. Казань; 2017: 420-6.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2018 Dmitriyeva S.V., Gracheva M.A., Vasil’eva N.N., Smoleevskiy A.E., Man’ko O.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 77760 от 10.02.2020.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies