Методы наблюдения за движением глаз

Практическое занятие 3
Методы наблюдения за движением глаз
(практическое занятие)
Цель занятия: Изучение методов наблюдения за движением глаз и
ознакомление с некоторыми результатами, полученными с применением этих
методов.
Аудиторное время: 2 часа.
1. Углы обзора и движения глаз
Углы, под которыми подвижный глаз рассматривает пространство,
называют углами обзора. В горизонтальной плоскости угол обзора равен
150°, а в вертикальной плоскости – 120°.
Резкое видение предметов неподвижными глазами ограничено полем
зрения 4°. Величина поля резкого видения неподвижного глаза в 4° равна 17
мм в пространстве на расстоянии наилучшего видения предметов и
определяется размерами желтого пятна (желтое пятно – наиболее
чувствительная часть сетчатки диаметр 1,25 мм) и задним фокусным
расстоянием глаза (22,8 мм при аккомодации на бесконечность). Углы
наилучшего видения показаны на рис. 1.
Рис. 2. Углы наилучшего видения
Движения глаз – это разнообразные по функции, механизму и
биомеханике вращения глаз в орбитах. Существуют разные типы глазных
движений, выполняющие различные функции. Наиболее важная функция
движений глаз состоит в том, чтобы поддерживать интересующее человека
изображение в центре сетчатки, где самая высокая острота зрения.
Минимальная скорость прослеживающих движений составляет около 5 угл.
мин./с, максимальная достигает 40 град./с.
2. Методы исследования движений глаз
Многочисленные методы исследования движений глаз, имеющиеся к
настоящему времени, можно разбить на две большие категории. К первой
категории относятся работы, в которых движения глаз выступают как
предмет исследования. В них рассматриваются различные виды,
количественные и функциональные характеристики, физиологические
механизмы и т. и. движений глаз. Ко второй категории относятся работы, где
анализ движения глаз используются как метод исследования других
процессов.
Для исследователя наибольший интерес представляют три категории
глазных реакций:
а) сужение и расширение зрачка;
б) мигание;
в) глазные движения.
Зрачковые реакции изучаются методом пупилометрии. Пупилометрия
– метод изучения зрачковых реакций, используется для изучения
субъективного отношения людей к тем или иным внешним раздражителям.
Диаметр зрачка человека может существенно меняться в пределах от 1,5 до 9
мм. Величина зрачка существенно колеблется в зависимости от количества
света, падающего на глаз: на свету зрачок сужается, в темноте – расширяется.
Наряду с этим размер зрачка существенно изменяется, если испытуемый
реагирует на воздействие эмоционально. В связи с этим пупилометрия
используется для изучения субъективного отношения людей к тем или иным
внешним раздражителям.
Диаметр зрачка можно измерять путем простого фотографирования
глаза в ходе обследования или же с помощью специальных устройств,
преобразующих величину зрачка в постоянно варьирующий уровень
потенциала, регистрируемый на полиграфе.
Мигание (моргание) – периодическое смыкание век. Длительность
одного мигания составляет приблизительно 0,35 с. Средняя частота мигания
составляет 7,5 в минуту и может варьировать в пределах от 1 до 46 в минуту.
Мигание выполняет разные функции в обеспечении жизнедеятельности глаз.
Частота мигания может изменяться и в зависимости от психического
состояния.
Методы регистрации движений глаз называются окулографией (рис.1).
Рис. 2. Окулография
Обычно все имеющиеся способы регистрации движений глаз делят на
три большие группы: механические, электрические и оптические.
Механические способы в настоящее время не применяются из-за малой
точности регистрации, которую можно получить с их помощью. С помощью
электрических способов можно измерять амплитуду, продолжительность и
скорость движений глаза, но они дают очень ограниченные возможности
изучения маршрута движений глаза и поэтому почти не использовались для
решения вопроса о процессе формирования зрительного образа.
В последнее время некоторые исследователи работают над
усовершенствованием электрофизиологических методов регистрации
движений глаза с целью получения таким путем записи траектории этих
движений. Это дает возможность использовать электрофизиологические
методики для исследования роли моторных компонентов в зрительном
восприятии.
Наиболее распространенным методом регистрации движений глаз
является электроокулография. По сравнению с другими окулографическими
методами,
такими,
как
фотооптический,
фотоэлектрический
и
электромагнитный, электроокулография исключает контакт с глазным
яблоком, может проводиться при любом освещении и тем самым не
нарушает естественных условий зрительной активности.
Метод электроокулографии основан на графической регистрации
изменения электрического потенциала сетчатки и глазных мышц. У человека
передний полюс глаза электрически положителен, а задний отрицателен,
поэтому существует разность потенциалов между дном глаза и роговицей,
которую можно измерить. При повороте глаза положение полюсов меняется,
возникающая при этом разность потенциалов характеризует направление,
амплитуду и скорость движения глаза. Графически зарегистрированное
изменение
движений
глаз
называется
электроокулограммой.
Движения глаз, особенно вертикальные, а также моргания вызывают
выраженные артефакты в ЭЭГ.
В литературе описано большое число методов оптической регистрации
движений глаза. Большинство этих методов требует прикрепления к глазу
или нанесения на него специальных отражателей. Для записи движений глаза
на него часто помещается плоское зеркальце. Последнее либо приклеивается
непосредственно к склере, либо помещается на контактной линзе или
резиновой присоске, прикрепляемой к глазу. Вместо зеркальца некоторые
авторы маркировали глаз китайской белой краской или помещали на глаз
ртутную каплю. Луч осветителя, преломленный отражателем, записывается
на неподвижную или постоянно движущуюся фотобумагу, попадает в
объектив киноаппарата или на фотоумножитель и т. п. Иногда для удобства
анализа отраженный луч прерывается обтюратором или записывается на
вертикально и горизонтально движущихся лентах.
Некоторые исследователи не прибегали к маркировке глаза и
фотографировали луч осветителя, отраженный непосредственно от роговицы.
Получило распространение применение киносъемки для регистрации
движений глаза. Она не требует маркировки глаза. Анализ траектории
глазных движений производится с помощью покадрового проектора по
центру зрачка. Съемка является наиболее удобным средством регистрации
движений глаза у детей.
Разработан также метод телевизионной регистрации движений глаза.
Он в отличие от других позволяет испытуемому свободно двигать головой,
на которой помещена миниатюрная передающая камера. В ее объектив
попадает изображение поля, на которое смотрит испытуемый. Вторая камера
находится перед испытуемым и передает движения глаза. Окончательная
запись представляет собой подвижное изображение зрительного поля,
находящегося перед испытуемым. Световая точка, отмечающая направление
взора, движется по полю в соответствии с перемещениями глаза.
3. Микродвижения глаза
Было обнаружено, что во время фиксации совершаются разнообразные
движения глаза, а именно:
1. Мелкие быстрые движения с частотой до 150-200 Гц. В течение
длительного отрезка времени эта частота непостоянна; средняя амплитуда
этих движений ссотавляет 25 угл. сек.
2. Относительно медленные и большие движения со средней амплитудой
от 1 до 5 угл. мин и с частотой от 2 до 5 Гц.
3. Медленный дрейф, на который накладываются первые два вида
движений. Дрейф рассматривается как средство изменения направления
движения. Величина его не превышает 5 угл. мин.
4. Быстрые скачки, совершающиеся с нерегулярными интервалами, но не
чаще 5 раз в секунду. По величине они колеблются от 2 до 25 угл. мин со
средней амплитудой 5, 6 угл. мин. Иногда быстрые скачки кажутся
компенсирующими дрейф, но чаще они встречаются, когда дрейфа нет.
Общий характер микродвижений глаза во время фиксации
складывается из описанных 4 видов движений.
4. Макродвижения глаза
Второй
формой
двигательной
активности
глаза
являются
макродвижения, то есть движения, амплитуда которых больше одного
градуса. Для регистрации этих движений нужны гораздо менее точные
методы.
К макродвижениям относятся прежде всего саккадические движения.
Они характеризуются очень изменчивой амплитудой и непостоянной
скоростью (последняя меняется в пределах одного скачка). К середине
движения скорость достигает максимума. Частота саккадических движений
обычно составляет 4-6 Гц. Общепризнанной функцией саккадических
движений является перевод глаза на следующую точку фиксации.
Испытуемый во время скачка может нечто обнаружить, но не опознать. Для
опознавания необходима фиксация.
Ко второму виду макродвижений глаза относятся скольжения, которые
регистрируются при рассматривании как неподвижных, так и движущихся
объектов. Для этих движений характерна небольшая амплитуда, так как на
большие расстояния глаз перемещается скачками. Так же как и фиксация,
скольжения могут быть разной длительности, иногда до 1 мин.
Рассматривая функции макродвижений глаз, осуществляемых в
процессах
зрительного
восприятия,
мы
будем
придерживаться
классификации этих функций, данной в работе В. П. Зинченко и Б. Ф.
Ломова (1960). Движения глаза не только разнообразны по форме; они
выполняют довольно большое число различных функций. Основными из них
являются функции ориентировки, поиска, установки глаза в оптимальное для
приема информации положение, измерения, контроля, а также функции
построения образа и опознавания. Функции фиксаций следует рассматривать
в соответствии с перечисленными функциями движений глаза.
Следует учитывать, что в настоящее время неизвестны никакие
внешние (биомеханические) признаки движений или временные признаки
фиксаций, которые бы могли служить достаточно надежным индикатором
для функциональной классификации движений и фиксаций. Перечисленные
выше функции движений глаза определялись каждый раз в специальных
экспериментах, когда испытуемым предлагались соответствующие задачи,
например задачи поиска, ознакомления с новым объектом, опознавания
знакомого объекта и т. п., и при этом записывалась и анализировалась
траектория движений глаза. К этому следует добавить также и тот
достаточно тривиальный факт, что смотреть не значит видеть. Из 100000
фиксаций, осуществляемых глазом в течение дня, огромная их часть не
является информативной, и задача функционального разделения движений и
фиксаций за такой длинный отрезок времени представляется довольно
безнадежной. Глаз является полифункциональным органом и осуществляет
одновременно (или последовательно) регуляцию многих уровней поведения.
Задача такого разделения осложнена также и тем, что зрительные фиксации
очень изменчивы по длительности, которая в большой степени зависит от
особенностей объекта наблюдения, степени его знакомости, характера задачи
и ценности объекта с точки зрения этой задачи.
Анализируя функции движений глаза, их разделяют на два больших
класса. В первый входят движения поисковые, установочные и
корректирующие. С их помощью осуществляется поиск заданного объекта
восприятия, установка глаза в «исходную позицию», корректировка этой
позиции. Ю. Б. Гиппенрейтер и А. Н. Леонтьев назвали эти движения
афферентационными.
Во второй класс входят движения, участвующие в построении образа, в
опознании знакомого объекта, в измерении пространственных характеристик
объекта и т. п. Это класс собственно гностических движений.
Задание 1. По рис. 3 произвести подсчет числа скачков движения глаза
при чтении стихотворения:
вы, мой стих не блещет новизной,
Разнообразьем перемен нежданных.
Не поискать ли мне тропы иной,
Приемов новых, сочетаний странных?
Я повторяю прежнее опять,
В одежде старой появляюсь снова.
И кажется, по имени назвать
Меня в стихах любое может слово.
Все это оттого, что вновь и вновь
Решаю я одну свою задачу:
Я о тебе пишу, моя любовь,
И то же сердце, те же силы трачу,
Все то же солнце ходит надо мной,
Но и оно не блещет новизной.
Рис. 3. Окулограмма при чтении текста
Контрольные вопросы
1. Как осуществляются различные методы окулографии?
2. Чем характеризуются микродвижения и макродвижения глаза?
Домашнее задание
Самостоятельно изучить общую теорию окулографии.
Источники информации
1. http://psychlib.ru/mgppu/ZOd-1997/ZOd-1311.htm.