Мир, полный красок, звуков и запахов дарят нам наши органы чувств

Вероятно, в первый период существования жизни на Земле наша планета представлялась живым существам совершенно темным беззвучным миром. Постепенно они научились ощущать запахи, вкус, тепло и холод, прикосновения, приобретя тем самым осязание, обоняние, вкус – первые внешние чувства. С их помощью древние организмы искали пищу, уходили от опасностей. Постепенно первым существам открывался мир красок и звуков. Животные приобретали защитную окраску, научились тихо подкрадываться к добыче или затаиваться от врага. Все совершеннее становилось их восприятие, все разнообразнее воспринимаемый ими мир живой природы.

Представим себе, что человек стоит на берегу моря. Ветер бросает ему в лицо соленые брызги. Перед ним – бескрайняя синева и золотое солнце.
Он слушает шум моря, вдыхает его неповторимый запах. Человек чувствует себя сильным и счастливым, ощущает каждый свой мускул, все свое тело, крепко стоящее на земле. В его мозге рождается единый образ – море , который он уже никогда не забудет.

1. ОРГАН ЗРЕНИЯ

Через орган зрения человек получает наибольший объем информации по сравнению с другими органами чувств. «Стянутая рыбачья сеть, закинутая на дно глазного бокала и ловящая солнечные лучи» – так представил мудрый грек Герофил сетчатку глаза. Сетчатка , как доказал ученый, – именно сеть и именно ловящая … отдельные, единые и неделимые кванты лучистой энергии Солнца . Квантовый характер поглощения и возникновения излучения установлен в настоящее время для всего диапазона электромагнитного спектра. Впервые гипотезу о возникновении излучения порциями энергии высказал в 1900 г. ученый Планка (1858–1947 гг.) (рис.1).

Рис.1. Планк Макс

По чувствительности глаз приближается к идеальному физическому прибору, т.к. нельзя создать прибор, который зарегистрировал бы энергию меньше одного кванта.

E = h * v ,

где h – постоянная Планка, равная 6,624*10 –27 эрг*с
v – частота излучения, с –1

Этим уникальным свойством глаза воспользовались ученые – пионеры атомной и ядерной физики. Уже столетия наука изучает глаз, открывает все новые его свойства и тайны. Неразгаданной пока тайной, одной из самых трудных и неизученных проблем современной физиологии органов чувств является цветное зрение. Совершенно неизвестно, как мозг расшифровывает приходящие к нему сигналы о цвете.

Рис.2. Глаз человека.

Глаз – это сложная оптическая система (рис.2). Световые лучи попадают от окружающих предметов в глаз через роговицу . Роговица в оптическом смысле – это сильная собирающая линза, которая фокусирует расходящиеся в разные стороны световые лучи. Причем оптическая сила роговицы не меняется и дает всегда постоянную степень преломления.
Склера является непрозрачной наружной оболочкой глаза, соответственно, она не принимает участия в проведении света внутрь
глаза.
Доказано, что оптика глаза – всего лишь окно, в которое влетают кванты света; что сетчатка глаза и мозг делают полученное изображение четким, объемным, цветным и осмысленным (рис.3).

Рис.3. Оптика глаза

Но глаз человек не может воспринимать излучение сверх высокой интенсивности и различать короткие сигналы (длительностью до 0,05 с.).
Принято считать, что средний человеческий глаз в средних условиях дневного освещения воспринимает чрезвычайно узкий (по сравнению со спектром возможных излучений) диапазон длин волн: от 380 до 780 нм (1 нанометр = 10–9м) или (0,38 ?0,78 мкм).
Очень невелика и разрешающая способность глаза: минимальный размер объекта, различаемого глазом, оказывается порядка одного микрометра (10–6м). Поэтому мир мы видим таким, каков он есть на самом деле, а новые методы и идеи физики, математики, химии, биологии – залог грядущих открытий в этой области.

2. ОРГАНЫ СЛУХА. ЗВУК. РЕЗОНАНСНАЯ ТЕОРИЯ СЛУХА

Мир наполнен самыми разнообразными звуками. Шум ветра и волн, раскаты грома и стрекотание кузнечиков, пение птиц и голоса людей, крики животных и звуки движения транспорта – все эти звуки улавливаются ушной раковиной и вызывают вибрацию барабанной перепонки (рис.4).

Рис.4. Строение уха

Человеческое ухо состоит из трёх частей: наружного, среднего и внутреннего, строение каждого из которых, в свою очередь, представляет довольно сложную систему. Давайте попробуем вместе разобраться в этом сложном процессе, который мы называем «слух».
С помощью ушной раковины мы определяем направление, откуда поступает звук. Наружный слуховой проход – это вытянутый канал, стенки которого продуцируют жидкую субстанцию, более известную нам как сера. Она предназначена для удаления инородных тел и предотвращения попадания различных насекомых за счет специфического запаха. Из-за глубины наружного слухового прохода температура и влажность у барабанной перепонки сохраняются практически постоянными, а последняя сохраняет свою подвижность. В то же время барабанная перепонка хорошо защищена от любых повреждений (табл.1).

Таблица 1

Слуховой аппарат человека

Характеристика слухового аппарата человека	Значение
Частотный диапазон звуков, воспринимаемых ухом, Гц	16–20 до 20000
Частотный диапазон речи, Гц	1200–9000
Частота звуковых колебаний, к которым наиболее чувствительно ухо, Гц	1500–3000
Расстояние между правым и левым ухом у взрослого человека, см	ок. 18
Форма барабанной перепонки	Овальная
Косточки среднего уха:
Масса молоточка, мг	ок. 23
Масса наковальни, мг	ок. 25
Масса стремечка, мг	ок. 3
Площадь наружного отверстия слухового канала уха, см2	0,3–0,5
Площадь барабанной перепонки, см2	0,1

Через систему звуковых косточек среднего уха звуки превращаются в импульсы и передаются воспринимающим клеткам головного мозга (рис.5).
Как именно мозг расшифровывает эти импульсы и «узнает» звуки, ученым пока неясно.

Рис.5. Передача звука клеткам головного мозга

Но звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются важным источником информации, позволяют легче приспосабливаться к окружающему миру. Что такое звук, как он возникает, распространяется, его параметры изучает специальный отдел физики – акустика.
Звук или звуковая волна может распространяться только в материальной среде, это упругая волна, вызывающая у человека слуховые ощущения. Более 20000 нитевидных рецепторных окончаний, находящихся во внутреннем ухе, преобразуют механические колебания в электрические импульсы, которые по 30000 волокон слухового нерва передаются в головной мозг человека и вызывают у него слуховые ощущения. Колебания воздуха с частотой от 16 Гц до 20 кГц в секунду мы слышим. 20000 колебаний в секунду – это самый высокий звук самого маленького деревянного инструмента в оркестре – флейты – пикколо, а 16 колебаниям соответствует звук самой низкой струны самого большого смычкового инструмента – контрабаса.
Колебания голосовых связок могут создать звуки в диапазоне от 80 до 1400 Гц (табл.2), хотя зафиксированы рекордно низкая (44 Гц) и высокая (2350 Гц) частоты.

Таблица 2

Доказано, что длина и натяжение голосовых связок определяет высоту голоса певца. У мужчин она составляет (18?25) мм (бас – 25 мм, тенор – 18 мм), а у женщин – (15?20) мм.
В телефоне, например, для воспроизведения голоса человека используется область частот от 300 Гц до 2 кГц. Диапазон частоты основных мод колебаний некоторых инструментов приведен на рисунке 6.

Рис.6. Диапазон частот струнных музыкальных инструментов

Первой подлинно научной теорией слуха была теория замечательного немецкого естествоиспытателя, физика и физиолога Германа Гельмгольца (рис.7).

Рис.7. Герман Гельмгольц

Ее называют резонансной теорией , она подтверждалась сотнями опытов, проведенными многими учеными. Но в последние годы, с помощью электронного микроскопа, обнаружились некоторые неточности этой теории, в частности, в восприятии высоких и низких звуков. Гельмгольца и итальянца Корти считают пионерами в изучении слуха, хотя они сделали лишь первые шаги. За последние 100 лет пройден немалый путь к познанию науки о слухе, сейчас идет речь о том, чтобы ее уточнять и развивать дальше. Ведь любая научная теория обязательно должна развиваться, приносить людям новые факты. Таким образом, диапазон восприятия органов слуха ограничен небольшими пороговыми возможностями восприятия малой и большой интенсивности звука, а также малым частотным диапазоном воспринимаемых звуков.

3. ОРГАНЫ ЧУВСТВ КОЖИ

Удивительно приятно подставить лицо свежему ветру! На лице, губах есть множество специальных клеток, ощущающих и прохладу ветра и его давление. Кожа не только наша защита, но и огромный источник информации об окружающем нас мире, притом источник очень достоверный. Часто мы не верим ушам и глазам своим, а ощупываем предмет – хотим убедиться в том, что он есть, узнать, какой он на ощупь. Для всех этих ощущений есть специализированные клетки, неравномерно «разбросанные» по телу.
Ухо воспринимает только звук, глаз – свет, а кожа – прикосновение и давление, тепло и холод, и, наконец, боль. Главное кожное чувство – осязание, ощущение прикосновения. Кончик языка, губы и кончики пальцев обладают самой большой чувствительностью к давлению и прикосновению. Например, на коже кончиков пальцев ощущение прикосновения возникает при давлении всего лишь 0,028 – 0,170 г на мм 2 кожи. Не вся кожа чувствует прикосновение, а только отдельные ее точки, которых около полумиллиона. В каждой точке находится нервное окончание, поэтому даже ничтожное давление передается нерву и мы ощущаем легкое прикосновение (рис.8).

Рис.8. Строение кожи человека

Органы осязания не позволяют отличить друг от друга слабые раздражители и достаточно мелкие шероховатости.
Концентрация вредных жидкостей на коже и диапазон воспринимаемой человеком температуры невелик и обеспечивает только режим биологического выживания организма.

3.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТКАНЕЙ ОРГАНИЗМА

Электрическое сопротивление отдельных участков тканей зависит преимущественно от сопротивления слоя кожи. Через, кожу ток проходит, главным образом, по каналам потовых и, отчасти, сальных желез; сила тока зависит от толщины и состояния поверхностного слоя кожи (см. рис.8).

Кожа - наружный покров тела . Ее площадь составляет около 2 м 2 . Кожа состоит из трех основных слоев. Наружный слой - эпидермис - образован многослойной эпителиальной тканью, которая постоянно слущивается и обновляется за счет размножения более глубоко расположенных клеток. Под слоем эпидермиса расположен слой соединительной ткани - дерма . Здесь находятся многочисленные рецепторы, сальные и потовые железы, корни волос, кровеносные сосуды и лимфатические сосуды. Самый глубокий слой – подкожная клетчатка – образован жировой тканью, которая служит «подушкой» для органов, изолирующим слоем, «складом» питательных веществ и энергии.
Основная функция кожи - защитная, предохранение от механических воздействий, препятствие попаданию в организм посторонних веществ, болезнетворных микробов.
Электрическое сопротивление человеческого тела определяется в основном сопротивлением поверхностного рогового слоя кожи - эпидермиса. Тонкая, нежная и особенно покрытая потом или увлажненная кожа, а также кожа с поврежденным наружным слоем эпидермиса хорошо проводит электрический ток. Сухая, огрубевшая кожа является весьма плохим проводником. В зависимости от состояния кожи и пути тока, а также значения напряжения сопротивление тела человека составляет от 0,5-1 до 100 кОм.

4. ОРГАН ОБОНЯНИЯ

Как можно описать запах свежести, как объяснить разницу между запахом розы и тухлого яйца? Описать можно, если сравнить его с другим знакомым запахом! Есть физические приборы для измерения силы тока и силы света, но нет меры, которой бы можно было определить и измерить силу запаха. Хотя такой прибор очень нужен и современной химии, и парфюмерии, и пищевой промышленности и многим другим отраслям науки и практики.

Мы удивительно мало знаем об естественном органе обоняния, органе, ловящем запахи (рис.9).

Рис.9. Запах одеколона раздражает рецепторы обоняния, затем раздражение передается в мозг

Нет до сих пор теории восприятия запаха, нет и закона. Пока есть только опыты и научные гипотезы, хотя самый первый шаг к познанию запаха был сделан 2 тыс. лет назад. Великий Лукреций Кар (рис.10) предложил объяснение чувству обоняния: всякое пахучее вещество испускает крошечные молекулы определенной формы.

Рис.10. Лукреций Кар

В 1952 г англичанин Джон Эмур сообщил всему миру, что он отобрал семь «формочек», т.е. нашел семь «первичных запахов»: камфороподобный, мускусный, цветочный, мятный, эфирный, острый и гнилостный. Удалось выяснить, какую форму и размер имеют молекулы, связывающие эти запахи.
Многочисленные эксперименты доказывают, что эта гипотеза, вероятно, правильна, но до превращения гипотезы в теорию запаха еще далеко.

В лабораториях ученых решается загадка запаха, тайна чувства обоняния. Решив ее, можно будет не только измерить запах вещества, но и сделать запахи по заказу. А пока известно, что органы обоняния реагируют на некоторые газы, пары и их смеси в узком диапазоне концентрации.

5. ОРГАН ВКУСА

Вкус – понятие сложное, не только язык чувствует «вкусное». Вкус ароматной дыни зависит и от ее запаха. Осязательные клетки в полости рта обеспечивают новый оттенок вкуса, например, вяжущий вкус неспелых плодов.

Вкус во рту воспринимается вкусовыми луковицами – микроскопическими образованиями в слизистой оболочке языка. У человека во рту их несколько тысяч. Каждая луковица состоит из 10?15 вкусовых клеток, расположенных в ней подобно долькам апельсина. Экспериментаторы научились регистрировать слабую биоэлектрическую реакцию отдельных вкусовых клеток, вводя в них тончайший микроэлектрод. Оказалось, что одни клетки реагируют сразу на несколько вкусов, а другие – только на какой-нибудь один.

Но неясно, как мозг разбирается во всей этой массе импульсов, которые несут информацию о вкусе: горьком или сладком, горько-соленом или кисло-сладком. Первая классификация вкусов была предложена М. В. Ломоносовым . Он насчитал семь простых вкусов, из которых сейчас общепринято только четыре: сладкий, соленый, кислый и горький. Это простые, самые первичные вкусы, у них нет никакого привкуса. Разные области языка у человека по-разному ощущают вкус (рис.11).

Рис.11. Восприятие вкуса у человека разными областями языка

На кончике языка находится скопление «сладких» луковиц, поэтому сладкое мороженое надо пробовать кончиком языка. За кислоту отвечает задний край языка, а за соленое – передний его край. Горькую редьку чувствует задняя стенка языка. Но вкус пищи мы ощущаем всем языком. Вместе с горьким лекарством врач приписывает еще какое-нибудь другое, которое отбивает неприятный вкус, т.к. из двух вкусов можно получить третий, не похожий ни на тот, ни на другой. Важнейшая проблема науки о вкусе состоит в отыскании взаимосвязи между молекулярной структурой вкусовой клетки, физико-химической природой вещества и самим вкусом. И на вопрос: «Чем же ограничен диапазон восприятия органа вкуса?» можно ответить, что для него характер на чувствительность только к ограниченному набору веществ и химических соединений, которые потребляет организм человека. Но человек – биологическое существо, все его органы чувств формировались в течение длительной эволюции, поэтому диапазон их восприятия был достаточным для адаптации к жизни в земных условиях. Но узкий диапазон восприятия органов чувств по сравнению с многообразием природных информационных сигналов всегда был тормозом в развитии научных представлений об окружающем мире.

Но человек – биологическое существо, все его органы чувств формировались в течение длительной эволюции, поэтому диапазон их восприятия был достаточным для адаптации к жизни в земных условиях. Но узкий диапазон восприятия органов чувств по сравнению с многообразием природных информационных сигналов всегда был тормозом в развитии научных представлений об окружающем мире (см. Приложение ).

6. ОРГАНЫ ЧУВСТВ И ПРОЦЕСС ПОЗНАНИЯ

Человек получает от каждого органа чувств ограниченный объем информации. Поэтому процесс познания окружающего мира можно сравнить с ситуацией, которая возникла в притче о пяти слепых, каждый из которых пытался представить себе, что такое слон.

Первый слепой взобрался на спину слона и считал, что это стена. Второй, ощупывая ногу слона, решил, что это колонна. Третий взял в руки хобот и принял его за трубу. Слепой, который дотронулся до бивня, подумал, что это сабля. А последнему, поглаживающему хвост слона, показалось, что это веревка.
Так и недостаток восприятий чувств должен был привести к противоречивым и неоднозначным представлениям о структуре окружающего мира. Жизненный опыт оказывается недостаточным при изучении явлений, определяемых временными интервалами и пространственными размерами, которые недоступны для наблюдения. В таких условиях дополнительная информация получается экспериментальными установками, с помощью которых можно расширить диапазон принимаемых сигналов, и парадоксальными физическими теориями, описывающими основные закономерности физических явлений. И, несмотря на ограниченный диапазон восприятия органов чувств, человек сумел определить структуру вещества и понять природу многочисленных эффектов вне этого диапазона.

Наименование раздела: Основы теории информации Подраздел: Информация, её классификация

Концепции информации: техническая, биологическая, социальная

В лекции «Введение» уже обсуждалось понятие «информация». Биологическая концепция информации Получение и преобразование информации является условием

жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Биологи образно говорят, что «живое питается информацией», создавая, накапливая и активно используя ее.

Рис.1. Позы угрозы сурка разной степени напряженности

Любой живой организм, в том числе человек, является носителем генетической информации, которая передается по наследству. Генетическая информация хранится в каждой клетке организма в молекулах ДНК, которые состоят из отдельных участков (генов). Каждый ген «отвечает» за определенные особенности строения и функционирования организма и определяет как его возможности, так и предрасположенность к различным наследственным болезням. Чем сложнее и высокоорганизованнее организм, тем большее количество генов содержится в молекуле ДНК.

Человек воспринимает окружающий мир (получает информацию) с помощью органов чувств. Наибольшее количество информации (около 90%) человек получает с помощью зрения, около 9% – с помощью слуха и только 1% с помощью других органов чувств (обоняния, осязания и вкуса). Полученная человеком информация в форме зрительных, слуховых и других образов хранится в его памяти. Человеческое мышление можно рассматривать как процессы обработки информации в мозгу человека. На основе информации, полученной с помощью органов чувств, и теоретических знаний, приобретенных в процессе обучения, человек создает информационные модели окружающего мира. Такие модели позволяют человеку ориентироваться в окружающем мире и принимать правильные решения для достижения поставленных целей.

Социальная концепция информации В процессе общения с другими людьми человек передает и по-

лучает информацию. Обмен информацией между людьми может осуществляться в различных формах (письменной, устной или с помощью жестов). Для обмена информацией всегда используется определенный язык (русский, азбука Морзе и так далее). Для того чтобы информация была понятна, язык должен быть известен всем людям, участвующим в общении. Чем большее количество языков вы знаете, тем шире круг вашего общения.

Рис.2. Флажный семафор

История человеческого общества – это, в определенном смысле, история накопления и преобразования информации. Весь процесс познания является процессом получения, преобразования и накопления информации (знаний). Полученная информация хранится на носителях информации различных типов (книги и др.), а в последнее время все большее на электронных носителях информации в цифровой форме (магнитные и лазерные диски и др.).

Объединение компьютеров в глобальную сеть Интернет позволило обеспечить для каждого человека потенциальную возможность быстрого доступа ко всему объему информации, накопленному человечеством за всю его историю.

Техническая концепция информации В технике под информацией понимают сообщения, передавае-

мые в форме знаков или сигналов; в этом случае есть источник сообщений, получатель (приемник сообщений), канал связи.

Информация передаётся в виде сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику посредством канала связи между

ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.

Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех , вызывающих искажение и потерю информации .

В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит.

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения.

Информация и данные

Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Все физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов.

Органы слуха воспринимают звуковые сигналы, к оторые переносятся звуковыми волнами. Органы зрения воспринимают зрительные сигналы, природа которых - электромагнитные волны в определенном диапазоне частот. Всякий сигнал - это изменение какой-то физической величины, передающее информацию принимающему объ-

екту (живому существу или техническому устройству). Звуковой

сигнал связан с изменением давления воздуха, порожденным звуковой волной и воздействующим на орган слуха. Зрительный сигнал связан с изменением параметров электромагнитного светового излучения, воспринимаемого органами зрения.

При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств - это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами - при этом возникают и регистрируются новые сигналы, т.е. образуются данные. Физический метод регистрации может быть любым: механическое перемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхности, изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химического состава и (или) характера химических связей, изменение состояния электронной схемы и многое другое.

Данные - это зарегистрированные сигналы.

Данные несут в себе информацию о событиях, произошедших в материальном мире, поскольку они являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий. Однако данные не тождественны информации. Рассмотрим пример.

Наблюдая за состязаниями бегунов, мы с помощью механического секундомера регистрируем начальное и конечное положение стрелки прибора. В итоге мы замеряем величину её перемещения за время забега - это регистрация данных . Однако для того чтобы получить информацию о времени преодоления дистанции надо применить к полученным данным метод пересчёта одной физической величины в другую. Надо знать цену деления шкалы секундомера (или знать метод её определения) и надо также знать, что надо умножить цену деления прибора на величину перемещения стрелки и уметь выполнить умножение.

Информация - это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.

Классификация информации

Существуют различные классификации информации. Приведём наиболее известные и используемые.

Виды информации по способу восприятия У человека пять органов чувств: зрение, слух, обоняние, вкус,

осязание. С их помощью он получает информацию о внешнем мире: Органы чувств с видами информации соотносятся следующим образом:

1. зрение - визуальная;

2. слух - аудиальная;

3. обоняние - обонятельная;

4. вкус - вкусовая;

5. осязание - тактильная.

По разным оценкам от 75 до 90% информации человек получает при помощи органов зрения. Специалисты, утверждающие, что 90% информации человек получает через органы зрения, примерно 9% относят к информации, получаемой с помощью органов слуха и 1% - при помощи остальных органов чувств (обоняния, вкуса, осязания).

Виды информации по форме представления

Современные компьютеры могут работать с ПЯТЬЮ ВИДАМИ ИНФОРМАЦИИ:

- числовой информацией (числа);

- текстовой информацией (буквы, слова, предложения, тексты);

- графической информацией (картинки, рисунки, чертежи);

- звуковой информацией (музыка, речь, звуки);

- видеоинформацией (видеофильмы, мультфильмы, кинофильмы).

Все эти пять видов информации вместе называют, одним словом МУЛЬТИМЕДИА.

Виды информации по общественному значению

1. личная (знания, умения, навыки, интуиция);

2. массовая (общественная, обыденная, эстетическая);

3. специальная (научная, производственная, техническая, управленческая).

Свойства информации (с точки зрения бытового подхода к определению информации):

релевантность - способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя;

полнота - свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс; ин-

формация полна, если её достаточно для понимания и принятия решений; как неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки;

своевременность - способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени; только своевременно

полученная информация может принести ожидаемую пользу; одинаково нежелательны как преждевременная подача информа-

ции (когда она ещё не может быть усвоена), так и её задержка;

достоверность - свойство информации не иметь скрытых ошибок; достоверная информация со временем может стать недостоверной, если устареет и перестанет отражать истинное положение дел;

информация достоверна, если она отражает истинное положение дел; недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений;

доступность - свойство информации, характеризующее возможность её получения данным потребителем; информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме; поэтому одни и те же вопросы по-разному излагаются в школьных учебниках и научных изданиях;

защищённость - свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения информации;

эргономичность - свойство, характеризующее удобство формы или объёма информации с точки зрения данного потребителя.

Символьная информация воспринимается человеком главным образом через зрение и слух, а передаётся - в речевой и письменной формах. Символьная информация сохраняется человеком в своей памяти и на внешних носителях, передается между людьми, подвергается обработке.

Универсальным устройством, предназначенным для автоматической обработки информации, является компьютер. Управляются работой компьютера программы, которые имеют различные функции и назначение. Совокупность компьютерных программ называется программным обеспечением или программными средствами информатизации

Объединение компьютеров в глобальную сеть Интернет позволило обеспечить для каждого человека потенциальную возможность быстрого доступа ко всему объёму информации, накопленному человечеством за всю его историю Объединение компьютеров в глобальную сеть Интернет позволило обеспечить для каждого человека потенциальную возможность быстрого доступа ко всему объёму информации, накопленному человечеством за всю его историю

Значение органов чувств. Виды ощущений

Все сведения об окружающем нас мире мы получаем с помощью анализаторов. Анализатор (орган чувств) - это система чувствительных нервных образований, воспринимающих раздражения, которые действуют на человека. Различают зрительный, слуховой, вкусовой, обонятельный, кожный и другие анализаторы.

Анализаторы осуществляют процессы восприятия и обработки информации. Любой анализатор состоит из трех основных звеньев: рецепторов (периферическое воспринимающее звено), нервных путей (проводниковое звено) и мозговых центров (центральное обрабатывающее звено).

Каждый участок тела содержит несколько видов рецепторов, благодаря чему у нас возникают не отдельные ощущения, а их целостные комбинации. Таким образом, различные анализаторы работают в тесном взаимодействии друг с другом.

Нервные пути от отдельных анализаторов направляются в определенные центры, расположенные в спинном и головном мозге. Высшие отделы анализаторов расположены в коре больших полушарий, причем каждый из них занимает определенную область. В лобной, теменной и височной зонах коры выделяются особые участки - ассоциативные зоны, обеспечивающие установление тесного взаимодействия между всеми анализаторами и участвующие в процессах восприятия образов.

Глаз и зрение

В познании внешнего мира зрение играет первостепенную роль: через зрительный анализатор человек получает основное количество информации.

Орган зрения человека - глаз. Брови, веки, ресницы, слезы служат для защиты глаз от повреждений. Глаз имеет форму шара и поэтому называется глазным яблоком. Благодаря такой форме глаз может свободно двигаться в полости костного углубления - глазнице. Движение глаза происходит в результате сокращений шести глазных мышц.

Снаружи глаз покрыт белой плотной белочной оболочкой, которая спереди соединяется с прозрачной оболочкой - роговицей. Сосудистая оболочка глаза пронизана множеством кровеносных сосудов, снабжающих глаз кровью. Внутренняя поверхность сосудистой оболочки содержит тонкий слой красящего вещества - черный пигмент, поглощающий световые лучи. Спереди сосудистая оболочка переходит в радужную оболочку, в центре которой находится круглое отверстие - зрачок, расширяющийся или сужающийся в зависимости от освещенности.

Внутренняя стенка глазного яблока выстлана очень тонкой оболочкой - сетчаткой. В ней расположены чувствительные к свету клетки - зрительные рецепторы, в которых энергия проникающих в глаз световых лучей превращается в процесс нервного возбуждения. Нервные импульсы по волокнам зрительного нерва попадают в мозг.

Формирование изображения на сетчатке

Непосредственно перед зрачком располагается прозрачный и эластичный хрусталик, способный менять свою кривизну с помощью специальной мышцы. Пространство глазного яблока позади хрусталика заполнено прозрачной желеобразной массой - стекловидным телом.

Световые лучи от предметов проходят через зрачок, хрусталик и стекловидное тело, попадают точно на сетчатку и образуют на ней четкие изображения предметов. В каждый момент времени хрусталик глаза приспосабливается либо к ближнему, либо к дальнему видению. Это достигается быстрым изменением кривизны хрусталика.

Изображение на сетчатке получается перевернутым. Способность человека видеть окружающий мир «нормально» достигается в процессе обучения и тренировки. Зрительное восприятие окружающего мира основывается как на зрительных ощущениях, так и на информации от других сенсорных систем, среди которых главную роль выполняют органы равновесия, мышечного и кожного чувства.

Сетчатка состоит из нескольких слоев нервных клеток. Первый слой, непосредственно прилегающий к черным пигментным клеткам, образован зрительными рецепторами - палочками и колбочками. Палочки способны очень быстро возбуждаться при слабом сумеречном свете, но они не могут воспринимать цвет. Колбочки возбуждаются при ярком свете, но гораздо медленнее; однако они способны воспринимать цвет. Расположение их тоже неодинаково: палочки сравнительно равномерно распределены по сетчатке, колбочки же располагаются исключительно в районе желтого пятна, которое находится прямо напротив зрачка. Наиболее отчетливо мы различаем те предметы, изображения которых попадают прямо на желтое пятно. С помощью глазных мышц мы можем управлять движением глаз и изменять направление взгляда так, чтобы изображение частей предмета последовательно попадало на желтое пятно.

От нервных клеток сетчатки отходят длинные отростки. В одном месте сетчатки они собираются в пучок и образуют зрительный нерв, по волокнам которого в мозг передается зрительная информация. Место на сетчатке, откуда выходит зрительный нерв, лишено рецепторов и называется слепым пятном.

Зрительное восприятие

В зрении участвуют оба полушария головного мозга, каждое из которых получает информацию как от правого, так и от левого глаза. Благодаря этому мы обладаем стереоскопическим зрением, позволяющим воспринимать предметы в объемном изображении и оценивать их относительную удаленность в пространстве.

При первоначальном ознакомлении с предметами глаз обязательно двигается, выделяя признаки предметов, соотношение между ними и т. д.; сформированные целостные образы передаются на хранение в память. Для восприятия же уже известных предметов движение глаз необязательно; мы узнаем знакомый зрительный образ лишь по отдельным его признакам, восполняя недостающее из памяти.

Одной из важных характеристик является острота зрения, которая определяет предельную способность глаза различать мелкие детали предметов. Наиболее часто встречающиеся нарушения зрения - это близорукость и дальнозоркость, связанные либо с определенной формой глазного яблока, либо с изменением кривизны хрусталика.

Ухо и его функция. Слуховое восприятие

С помощью слуха человек воспринимает звуки. Органом слуха является ухо, которое представляет собой систему последовательно связанных между собой отделов: наружное, среднее и внутреннее ухо.

Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода, который соединяет наружное ухо со средним ухом. Внутри слуховой проход оканчивается туго натянутой барабанной перепонкой, которая способна вибрировать от удара звуковой волны. Частота вибрации барабанной перепонки тем больше, чем выше звук.

Среднее ухо представляет собой заполненную воздухом полость, которая соединена с носоглоткой узким проходом - слуховой трубой. В среднем ухе расположены три маленькие последовательно связанные между собой косточки: молоточек, наковальня и стремя. Молоточек, соединенный с барабанной перепонкой, передает ее колебания сначала на наковальню, а затем усиленные колебания передаются на стремя. Среднее ухо отделено от внутреннего пластинкой с двумя окнами, затянутыми тонкими перепонками.

Внутреннее ухо - это система лабиринта и извитых каналов, заполненных жидкостью. В лабиринте находятся два органа: улитка (орган слуха) и вестибулярный аппарат (орган равновесия). Колебания перепонки овального окна передаются жидкости, заполняющей внутреннее ухо. Вибрируя, жидкость раздражает слуховые рецепторы, расположенные в улитке. В них возникают импульсы, которые передаются по слуховому нерву в головной мозг. Таким образом, в среднем и внутреннем ухе происходят последовательные процессы превращения звуковой волны в нервные импульсы.

В головном мозге происходит различение силы, высоты и характера звука, местоположения его источника в пространстве. Способность слышать двумя ушами имеет большое значение для определения направления звука.

Органы равновесия, мышечного и кожного чувства, обоняния и вкуса

Положение нашего тела непрерывно контролируется специальным органом равновесия - вестибулярным аппаратом, находящимся во внутреннем ухе. Он воспринимает любые изменения положения тела. Вестибулярный аппарат состоит из двух маленьких мешочков и трех полукружных каналов, которые расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, соответствующих трем измерениям пространства: высоте, длине и ширине. Полукружные каналы заполнены студенистой жидкостью; внутри каждого из них имеются рецепторы - чувствительные волосковые клетки. При любом движении головы или туловища жидкость смещается, давит на волоски и возбуждает рецепторы. Информация об изменении положения тела поступает в головной мозг.

Мешочки воспринимают начало и конец прямолинейного движения головы или туловища, ускорение или замедление, а также изменение силы тяжести. В стенках мешочков тоже имеются рецепторы - волосковые клетки, на которые постоянно давят крохотные известковые кристаллики. При движении головы или тела эти кристаллики смещаются, вызывая изменение давления на волоски. В результате в мозг по нервным волокнам поступает информация об изменении положения тела.

Мышечное чувство очень важно для ориентации тела в пространстве, для выполнения человеком координированных движений. В основе мышечного чувства лежит работа специальных мышечных рецепторов, расположенных в скелетных мышцах нашего тела. Возбуждаясь при сокращении или растяжении мышц, они непрерывно посылают в мозг информацию о функциональном состоянии мышечной системы.

Важнейшее кожное чувство - осязание, ощущение прикосновения и давления. Оно возникает благодаря расположенным в коже разнообразным рецепторам, которые воспринимают прикосновение, давление, тепло, холод, боль.

Главный орган осязания у человека - рука. Наибольшей чувствительностью обладают кончики пальцев, где кожные рецепторы расположены очень плотно. Сигналы от них по чувствительным нервам направляются в спинной и головной мозг. В коре головного мозга происходит различение и узнавание ощупываемых предметов.

Орган обоняния расположен в самой верхней части носовой полости и представляет собой скопление очень чувствительных обонятельных рецепторов, снабженных ресничками, которые принимают на себя молекулы пахучих веществ. Затем по нервным волокнам к мозгу направляются импульсы, сигнализирующие о запахе.

Система обоняния человека. 1: Обонятельная луковица 2: Миндалины 3: Кость 4: Носовой эпителий 5: Клубочки 6: Обонятельные рецепторы

Вкус - ощущение сложное. В создании вкусового образа пищи обязательно участвуют обоняние и осязание. Вкусовые рецепторы расположены на поверхности языка - на вкусовых сосочках. Разные участки языка по-разному ощущают вкус: кончик языка более всего чувствителен к сладкому, задняя часть языка - к горькому, боковые края - к кислому, передняя и боковые части языка - к соленому. По нервным волокнам сигналы поступают в определенные отделы головного мозга.

Формирующиеся у нас образы внешних предметов и явлений - это результат объединенной работы многих анализаторов. Взаимодействие отдельных ощущений происходит в коре головного мозга, куда сходится сигнализация от всех анализаторов. Взаимодействие ощущений - непременное условие полноценной жизнедеятельности человека.



Информационные процессы человека: память и познание.

Возможности человеческой памяти существенно влияют на качество взаимодействия пользователя с системой.

Хранение информации осуществляется на трех основных уровнях:

Хранение информации, поступающей от органов чувств;

Краткосрочная память;

Долгосрочная память.

Хранение информации от органов чувств есть установка буферов памяти, где содержатся результаты автоматической обработки информации, полученной от наших органов чувств. Мы перерабатываем огромное количество информации, даже не осознавая этого. Буферная память сохраняет информацию (аудио, визуальную и тактильную), которая может быть достаточно объемной и обладать высоким уровнем детализации.

Представьте себе ваши органы чувств как часовых или аванпосты, собирающие информацию о мире вокруг нас. Они могут быть не очень точны, но весьма внимательны ко всему, что происходит, а также достаточно оперативны. Информация не может храниться очень долго, она постоянно обновляется, вытесняется новыми «поступлениями». Причем происходит это без осознанного участия с вашей стороны. Происходящее вокруг лишь привлекает наше внимание, но в дальнейшем информация обрабатывается с помощью более высоких функций мозга.

Постоянная или повторяющаяся стимуляция действительно утомляет сенсорные механизмы, и они становятся менее восприимчивыми и способными к дифференциации изменений. Это называется привыканием , которое применимо к любой сенсорной информации, в том числе информации на мониторе, а также к изменениям в окружающей обстановке. Все факторы, включая свет, температуру, звук, движения, изменения цвета, также влияют на человеческое внимание. Следовательно, все элементы компьютерного интерфейса важны и должны иметь строго определенное значение.

Сообщение должно оставаться на экране столько времени, сколько это необходимо для того, чтобы пользователь не только прочитал его, но и понял.

Человеческая система чувств воспринимает информацию от всего, что находится на дисплее компьютера. Анимация на заднем плане забавна, но если вы работаете с ней в окне, ваш мозг будет выполнять слишком много ненужных операций. Ваша система обработки информации будет занята задним планом окна, а не работой. Это приведет к усталости и напряжению глаз.

Краткосрочная память (Кратковременная память - КВП).

Это вторая ступень обработки информации. Воспринятые и обработанные данные переходят из хранилища в краткосрочную память, которая также берет информацию из долгосрочной памяти. Краткосрочная память имеет наименьшую, если можно так выразиться, пропускную способность во всей системе обработки информации. Буферная память ограничена по емкости приблизительно семью (плюс-минус двумя) предметами. Новая информация поступает в краткосрочную память, вытесняя старую. Если информация не востребуется, в памяти данного вида она хранится не более 30 секунд. Краткосрочная память как область, отвечающая за процесс мышления, называется рабочей памятью.

Свойства, а точнее ограничения кратковременной памяти (КВП) являются очень важными факторами при разработке интерфейса. Дело в том, что вся обработка поступающей информации производится в КВП, в этом кратковременная память сходна с ОЗУ в компьютерах. Сходство, однако, не является полным, так что думать о КВП, как об ОЗУ, не следует.

Если требуется перемножить числа 232 на 538 в уме, вы будете делать это в вашей краткосрочной памяти. Понять, как она работает, довольно легко. Но кроме этого нам необходимо знать, чего человек не может по сравнению с компьютером. Например, компьютер без особого труда обращается к сохраненной информации, а человеку порой сложно управляться даже с известной информацией.

Пример с запоминанием телефонного номера (телефонные справочники, записная книжка, хранение в памяти).

Люди используют различные способы сохранения информации в краткосрочной памяти. Основные из них – повторение и разбивка информации на части. Мы можем использовать один из них или их комбинацию. Телефонный номер можно повторять «про себя» или вслух, но в тот момент, когда вы повторяете номер, пытаясь его запомнить, кто-то может вам сказать: «Эй, уже 11:35, пойдем на пить чай!». Номер телефона пропадет из вашей памяти, и вы будете повторять «одиннадцать тридцать пять, одиннадцать тридцать пять».

Разбиение информации на части – эффективный способ запоминания информации. Он заключается в дроблении информации на куски и последующей группировке их по связи, порядку, смыслу. Разбиение информации задействует оба вида памяти: долговременную и краткосрочную.

При разработке интерфейса необходимо знать ограничения и основные характеристики краткосрочной памяти. Например, если пользователи не могут понять информацию на экране и запросят справку по конкретной теме, не позволяйте окну справочной системы закрыть ту информацию, для которой она вызвана! Подобного рода помощь называется «деструктивной», потому что закрывает тот предмет, на котором пользователю нужно акцентировать внимание. Пользователи обычно прибегают к справочной системе два-три раза, пока полностью воспримут информацию.

Очень раздражают необходимость запоминать информацию при переходе от одного экрана на другой, а также перерисовка информации в пределах одного экрана с потерей старой. Компьютер способен одновременно показывать предыдущую и нынешнюю информацию.

Что попадает в КВП. Удобно, хотя и неправильно, считать, что в КВП попадает всё, что кажется нужным и имеющим какой либо смысл. Соответственно, чтобы что-либо попало в КВП пользователя, пользователь должен это заметить (для чего, собственно говоря, и полезно проектировать интерфейс с учетом возможностей человеческого восприятия) и счесть полезным лично для себя. Как правило, для опытного пользователя оценка полезности не представляет проблем, неопытные же почти всегда суют в КВП наиболее заметные детали.

Таким образом, самое важное в интерфейсе должно быть наиболее заметным (вот мы и узнали теоретическое обоснование очередного очевидного факта).

Изменение содержимого. Другая интересная особенность КВП заключается в том, что смена содержимого в ней происходит скорее из-за появления новых стимулов, нежели чем просто от времени. С одной стороны, это значит, что без новых стимулов КВП остается неизменной. С другой стороны, поскольку отсутствие стимулов есть труднодостижимый идеал, содержимое КВП постоянно меняется. Практический смысл этого наблюдения состоит в том, что нельзя допускать, чтобы пользователь отвлекался, поскольку новые стимулы при отвлечении стирают содержимое КВП. Но и это есть только мечта. Приходится удовлетворяться тем, чтобы максимально облегчать пользователю возвращение к работе.

Объем КВП. Чуть ли не единственным правилом интерфейсной науки, известным широкой публике, является моветон, гласящий, что в группе чего угодно не должно быть более семи плюс-минус два элементов. Проблема в том, что это правило имеет слабое отношение к реальности и его практическое значение невелико. Более того, оно даже вредно, поскольку его знание народом, усугубленное незнанием остальных правил, приводит к искренней уверенности, что если в интерфейсе не более девяти элементов (семь плюс два; люди предпочитают складывать, нежели вычитать), то этот интерфейс автоматически хорош. Что, мягко говоря, не совсем правильно. Но начнем сначала.

Оценивать объем КВП применительно к интерфейсу как всеобъемлющие 7±2 элементов не вполне правомерно. Во-первых, как уже было сказано, в КВП информация хранится преимущественно в звуковой форме. Это значит, что вместо смысла запоминаемых элементов в КВП хранится текст, написанный на этих элементах. Для нас это означает, что подвергать ограничению следует преимущественно те элементы, которые содержат текст. Во-вторых, известно, что в память помещается гораздо больше, но только в тех случаях, когда элементы сгруппированы. Соответственно, всегда можно сгруппировать элементы и поместить в КВП пользователя больше информации. В-третьих, существует некоторое количество людей, способных удержать девять значений в КВП, но количество людей, способных удержать в памяти только пять или шесть значений, тоже довольно существенно. Это значит, что с практической точки зрения гораздо удобнее считать, что объем КВП равен ровно семи элементам (или, если ситуация позволяет, шести), поскольку рассчитывать нужно не на сильное, а на слабое звено. И, наконец, самое важное. Информация не только хранится в КВП, она в нем же и обрабатывается. Это значит, что один этап обработки занимает место как минимум одного элемента КВП.

Более того: контекст предыдущих действий тоже хранится в КВП, снижая доступный объем.

С практической точки зрения важно еще и следующее. Если на интерфейс смотрит опытный пользователь, почти вся необходимая ему информация содержится не в кратковременной, но в долговременной памяти, а значит, специально про КВП думать не надо. Более того, зачастую и для неопытных пользователей объем КВП не важен. Предположим, такой пользователь смотрит на раскрытое меню. Поскольку контекст его предыдущих действий никто не отменял, пользователь знает, чего он хочет, но не знает еще, как этого добиться. Он сканирует меню и, найдя наиболее многообещающий элемент, выбирает его, при этом ни один из ненужных ему элементов в КВП не попадает. Проблемы с КВП начинаются только тогда, когда ни один элемент не кажется ему более желанным, чем другие.

При этом пользователю необходимо поместить все элементы меню в КВП и сделать выбор. Соответственно, большинство таких проблем может быть пресечено визуальной организацией элементов (чтобы убедиться, что пользователь смотрит именно в то меню, что ему нужно) и правильным наименованием отдельных элементов (чтобы по тексту элемента сразу была понятна его применимость). Впрочем, слишком большой объем элементов неопытным пользователям всё-таки вредит: если пользователь долго сканировал список в поиске нужного элемента, некоторая часть списка всё-таки попадет в КВП и испортит контекст, так что увлекаться большим набором возможностей тоже не стоит.

В целом, использовать КВП пользователям неприятно. В этом заключается самая большая проблема КВП применительно к интерфейсу, большая даже, чем человеческие ошибки, вызванные выпадением элементов из памяти. Объясняется это неприятие КВП просто – и запоминание, и извлечение информации из памяти требует усилий. Более того. Поскольку содержимое КВП теряется при поступлении новых стимулов, пользователям приходится прилагать усилия, чтобы просто удержать информацию в памяти (вспомните, сколько раз вы повторяли номер телефона, чтобы удержать его в памяти на время, пока вы переходите в другую комнату).

Таким образом, необходимо снижать нагрузку на память пользователей, т. е. избегать ситуаций, когда пользователю приходится получать информацию в одном месте, а использовать её в другом. Лучшим способом достижения этой цели является непосредственное манипулирование, у которого, кстати, есть ещё множество других достоинств.

Вообще говоря, любой ввод параметров не значениями, а воздействием на управляющие элементы (т. е. верньеры) сильно снижает нагрузку на память. Другой разговор, что верньеры занимают много места на экране, плохо подходят для точного ввода значений и всегда оказываются хуже непосредственного манипулирования, поскольку при непосредственном манипулировании пользователям не нужно помещать в КВП даже и алгоритм действия.