Изменение зрительного восприятия при кратковременном гравитационном стрессе. Реакции зрения в полетах по параболе
У обитателей Земли восприятие всего происходящего на нашей планете так «рассчитано и создано» Природой, чтобы мы могли адаптироваться почти ко всем возможным на этой планете стрессорам. Так как притяжение планеты всегда одинаково и лишь на мгновения изменяется при прыжках и падениях (не смертоносных), то ощущение гравитации «не удостоилось» представительства в коре больших полушарий головного мозга и, следовательно, не осознается нами как то, что мы видим, слышим, осязаем, обоняем. И угловые ускорения (повороты) также воспринимаются ограниченно, т. к. устройство шеи и тела не приспособлено (за ненадобностью) к быстрым и долгим вращениям.
Создание скоростных транспортных средств (автомобилей, самолетов, космических кораблей) обрушило на управляющих ими людей массу гравиинерционных стрессоров (ускорений, вращений и т. п.), непривычных для человеческого организма. Возникли вопросы: насколько при этом разлаживается сложнейшая система взаимодействия органов чувств (анализаторов) и быстро ли и насколько полно наступает адаптация к таким «транспортным» стрессорам. Наиболее важным была проблема сохранения надежного зрительного восприятия как наиболее значимого для человека.
Изобретение маневренных самолетов, сделавших возможной технику высшего пилотажа, поместило человека в условия, где на него действовали непривычные и небезразличные для организма изменения действия земной гравитации, необычные вращения, инерционные перегрузки, которые могли отрицательно сказываться на работоспособности пилотов и в конечном итоге на безопасности полета. Некоторые изменения (нарушения) функций сенсорной и двигательной сфер организма, которые были отмечены летчиками при изменениях силы тяжести в полете, сразу же привлекли внимание не только создателей авиационной техники, но и психологов. Еще в 1928 г. Вульфтен-Пальте, известный летчик-врач, много сделавший для развития зарождающейся авиационной психологии, провел летный эксперимент, изучая иллюзию «смещения» приборной панели в кабине самолета, возникающую у летчиков при пониженной весомости во время вхождения в пикирование. Результаты исследований кажущихся смещений визуального поля, возникающих при повышении и понижении действия силы тяжести, были обобщены Аштоном К. Грейбилом в 1952 г. в монографии «Окулограви-ческие иллюзии». Проблема работоспособности человека в невесомости стала особенно актуальной с созданием ракетной техники, которая должна была обеспечить возможность космических полетов человека. Огромное значение сохранности зрения в этих условиях связано, во-первых, с тем, что оно обеспечивает поступление человеку большей части информации; во-вторых.
с тем, что в невесомости вследствие исчезновения реакции опоры существенно нарушаются функции специфических и неспецифических гравирецепторов и, таким образом, возрастает «удельный вес» зрения.
Несмотря на большое число физиологических исследований, выполненных в невесомости, поначалу лишь отдельные сообщения касались надежности зрения. Сопоставление и анализ разрозненных результатов затруднялись различием как методов исследования зрения разными авторами, так и способов создания ими состояния невесомости [Китаев-Смык, Л. А. 1967 а, 1968 а, 1969, 1977, 1978; Петров Ю. П., 1969; Anthony A. J., 1956; PiggL. D., 1961; Sasaki Е. Н., 1965; White W. J., Monty B. A., 1963; White W. J., 1965 и др.]. В связи с этим вопрос о характере зрительного восприятия в условиях невесомости оставался во многом не решенным.
Для повышения надежности полетов при действии на экипаж невесомости первоочередной задачей явилась оценка вероятности возникновения изменений зрительного восприятия в первые секунды ее действия. Для решения этой задачи мной проводились многолетние наблюдения за людьми, впервые находившимися в условиях невесомости, и опрос их после полета.
Как указывалось в предыдущих главах (2.1, 2.2 и др.), в начале действия невесомости возможны возникновения интенсивных эмоций, существенные сдвиги в работе органов чувств. Следует учитывать и то, что начальный период действия невесомости связан с особым напряжением в работе пилотов и космонавтов.
В режимах кратковременной невесомости испытуемым и членам экипажа специально оборудованной самолета-летающей лаборатории (ЛЛ ТУ-104А № 42396) предлагалось обращать внимание на свои ощущения, а также следить за окружающим. Если в режимах невесомости или перегрузки обнаруживались реакции, которые могли быть результатом изменения визуального восприятия, испытуемые согласно дополнительной инструкции должны были в последующих режимах обращать на них особое внимание. Они пользовались электросекундомером для регистрации времени возникновения и продолжительности субъективно воспринимаемых реакций зрения.
В полетах при кратковременных воздействиях невесомости были обследованы 425 человек, из них 215 не имели летного опыта. Об изменениях зрительного восприятия во время действия невесомости сообщили 46 человек.
Первый тип нарушения зрения объединяет то, что во всех случаях у испытуемых в невесомости нарушалась способность видеть окружающее. Все четырнадцать человек, у которых возникали такие нарушения, были представителями нелетных профессий и впервые находились в невесомости. Зрительные реакции возникали у этих людей в невесомости на фоне представления о падении «вниз» и чувства испуга. Три человека сообщили, что в начале первого пребывания в невесомости «ничего не видели». За двумя из них в полете велось наблюдение и производилась кинорегистрация их поведения. У обоих отмечены в начале невесомости мимические реакции, характеризующие испуг. Один из них в это время размахивал руками перед собой, другой крепко держался, подтягиваясь к лееру, укрепленному на потолке кабины, но глаза оставались открытыми. Семеро других отмечали в первые секунды первого для них пребывания в невесомости «затуманивание», «расплывание» видимых предметов. Три человека сообщили о кажущемся сужении поля зрения.
Следующий тип нарушений зрения у 12 человек характеризовался возникновением визуальных иллюзий движения. Из них семь человек описали в послеполетных отчетах кажущееся смещение видимых предметов вниз при возникновении невесомости и вверх — после ее окончания. Пятеро сообщили, что во время невесомости они видели многократное вертикальное «подергивание» предметов; у трех из этих испытуемых на протяжении первой секунды невесомости обнаружены вертикальные нистагмоидные движения глаз. Один испытуемый сообщил, что во время первого пребывания в невесомости панель прибора, с которого он должен был считывать показания, казалась ему циклично перемещающейся — «медленно вниз, затем быстрее вверх и т. д. Считывать данные при этом не мог» (из отчета испытуемого Ф.). Иллюзорное движение происходило всегда в вертикальном направлении. Из двенадцати человек, сообщивших о кажущихся перемещениях визуального окружающего пространства, пятеро имели значительный летный опыт.
Еще один тип нарушений зрения был связан с изменением восприятия глубины (у пяти человек). Четверо отметили во время невесомости кажущееся удаление видимых объектов или «вытягивание» кабины. Из отчета испытуемого Л.: «Во время полета я сидел на полу салона для парения, ни за что не держась. Во время перегрузки мягкие маты, на которых я сидел, промялись и в невесомости подбросили меня вверх. Но я почувствовал, что лечу не вверх, а вниз, в колодец. При этом все виделось удаленным и уменьшенным, как будто я действительно смотрел из колодца. Вначале ощущал страх, как при падении. Потом чувство страха прошло, но картина, "как из колодца", еще сохранялась. Когда я стал летать по салону, отталкиваясь от стен, то видел все как обычно, чувство "как из колодца" прошло как-то незаметно». По данным расшифровки киносъемки, испытуемый Л. с наступлением невесомости взмахнул руками и, медленно поворачиваясь назад через голову, завис в воздухе. На лице выражение удивления. На 4-й секунде невесомости ухватился за поручень. На 7—10-й секундах разговаривал с испытуемым П. Иногда отталкивался и плыл по салону. У одного испытуемого в режиме невесомости возникло иллюзорное приближение наблюдаемого объекта. Из отчета испытуемого К.: «Во время невесомости, приборная панель стала приближаться к моему лицу. Я подумал, что при перегрузке не выдержали крепления, и схватил панель руками… Она была закреплена».
Субъективные реакции еще двух человек имели сложный характер и могут расцениваться как сочетание различных зрительных иллюзий. Из отчета первого из них — испытуемого И.: «Во время полета в соответствии с заданием наблюдал за показаниями индикатора, расположенного передо мной на уровне груди. При действии перегрузки работоспособность не изменилась. В невесомости индикатор стал опускаться вниз, казалось, ниже колен. Я схватился за стол, на котором был укреплен индикатор, чтобы помешать ему опускаться. Почувствовал, что я тоже опускаюсь вниз. Ухватиться за стол не сразу удалось, т. к. в это время я видел только индикатор. Все остальное исчезло. Стола я тоже не видел. Когда после невесомости наступила перегрузка, все виделось обычным; только руки были тяжелее. При повторениях невесомости ничто не мешало считывать показания прибора».
Второй испытуемый С, согласно протоколу эксперимента, в первом режиме невесомости не смог считывать показания прибора, а в последующих режимах производил считывания в соответствии с инструкцией, безошибочно. Из отчета испытуемого С: «Во время перегрузки почувствовал, что мягкая подушка сиденья медленно продавливается под отяжелевшим телом, кровь отливает от лица. И вдруг… будто кабина самолета раскололась и стремглав стала падать. Стало светлее, но туманно; все, что было перед глазами, поехало вниз и остановилось ниже градусов на 10-15. Ужас сдавил горло, захватило дыхание. Подушка кресла расправилась, вытолкнув меня. Руки судорожно сжимали подлокотники. Я понял, что это невесомость. Вокруг был не простой туман. Казалось, что совершенно побелели, будто покрылись снегом или инеем, все светлые части предметов, а темные, напротив, почернели. При этом поблекли цвета, как на недодержанном фотоснимке, напечатанном на контрастной фотобумаге. Все это сохранялось секунд 15-20. И вдруг сразу облегчение, чувство радости. Все еще крепко сжимая руками подлокотники кресла, я стал понемногу взлетать над ним и осматриваться. Все казалось таким умытым, как после дождя, цвета ярче. В последующих режимах невесомости чувство падения и страха было менее выраженным. Затуманивания предметов я больше не замечал». По данным киносъемки: «С наступлением первого режима невесомости на лице испытуемого С. появилось выражение испуга, который через 4 секунды сменился улыбкой, и он стал оглядываться вокруг».
Таким образом, немногие из числа обследованных (7,7 %) отметили в условиях невесомости те или иные нарушения зрительного восприятия. Во всех случаях эти явления расценивались испытуемыми как «кажущиеся». В большинстве случаев реакции зрения появлялись у лиц, не имеющих летного опыта,— у 26 человек. Из числа людей летных профессий указанные реакции были лишь у семи. Во всех случаях зрительные иллюзии появлялись одновременно с исчезновением силы тяжести в первом же режиме невесомости. После нескольких пребываний в невесомости иллюзии перестали возникать.
У лиц, не имеющих летного опыта, преобладали нарушения видимости (иллюзорные затуманивания поля зрения, расплывание видимых предметов и т. д.). Эти реакции возникали на фоне чувства страха и выраженного двигательного и эмоционального возбуждения, были непродолжительны (2—5 с). В большинстве случаев наблюдались лишь в первом режиме невесомости. Иллюзорные смещения визуального поля возникали у 13 человек и сохранялись, как правило, на протяжении всей невесомости, повторяясь в 1—3 ее режимах. Иллюзорное искажение зрительно воспринимаемой глубины отмечено двумя испытуемыми — одним на протяжении одного режима, другим — на протяжении двух режимов невесомости. Важно отметить, что нарушения зрения появлялись только у тех, у кого в режимах короткой невесомости было ощущение опускания вниз — «падения», «проваливания». У них в этих полетах не было ни тошноты, ни рвоты. И напротив, ни у одного из «тошнотиков» в невесомости не было заметных нарушений зрения. В связи с этим еще в 1961 г. я рекомендовал отбирать из числа космонавтов для работы с визуальными индикаторами, шкалами, приборами именно «тошнотиков», а для работы с интенсивными перемещениями при невесомости в кабине и в открытом космическом пространстве направлять тех, кого не тошнит при тестировании в кратких режимах невесомости (в авиационных полетах по параболе) [Бестужев К. И., Берез-кин Е. Т., Китаев-Смык Л. А., Клочков A. M., 1961].
В режимах невесомости (и перегрузки) во время полетов по параболе мной было обнаружено изменение различной функции зрения, в том числе и цветовосприятия. Это свидетельствовало о сложности взаимодействующих систем в структуре анализатора одной (в данном случае зрительной) модальности [Китаев-Смык Л. А., 1963,1964; Китаев-Смык Л. А., 1969; Китаев-Смык Л. А., Пинегин Н. И., 1966 и др.]. Стрессогенные факторы могут изменять сбалансированность этих систем, что сказывается на показателях восприятия, регистрируемых инструментально, и воспринимаемых как субъективно заметные изменения внешней среды. А если, по мнению испытуемого, их «быть не может», то они интерпретируютя им как сенсорные иллюзии.
Большой серией экспериментов в коротких режимах невесомости и перегрузки, т. е. при гравитационном стрессе, были
Рис 28. Изменения цветовой чувствительности при кратковременном гравиинерционном стрессе (в режимах невесомости и перегрузки):
Яркость (в%). А — желтого — 560 нм. Б — синего — 450нм. Эти спектраль ные тона «смешивались» испытуемыми так. чтобы приравнять их смешанный тон к зеленому («салатовому») спектральному тону с длиной волны 540 нм установлены разнонаправленные изменения чувствительности зрения к синему и желтому насыщенным и спектральным тонам. Если ненасыщенные цветовые тона (близкие к порогу различения цвета) при изменении действия силы тяжести (возникновение ускорения 1,5 g или невесомости) казались еще менее насыщенными или бесцветными, то насыщенные тона при тех же воздействиях казались более насыщенными и яркими. При возникновении невесомости испытуемым казалось, что намного ярче других насыщенных цветов становился желтый тон. При ускорении 1,5 g несколько более ярким и насыщенным казался синий цвет. Эксперименты проводились с окрашенными полями, колориметрированными с помощью «Атласа цветов» Е. Б. Рабкина и при его консультационной помощи.
Указанные качественные данные [Китаев-Смык Л. А., 1963] были подтверждены результатами количественных измерений восприятия спектральных тонов [Китаев-Смык Л. А., 1969]. С помощью спектроанамалоскопа (конструкции Е. Б. Рабкина) создавалось цветовое поле, одну половину которого занимал спектральный зеленый тон, другую — субъективно неотличимый от него зеленый тон, смешанный из желтого и синего спектральных тонов. Чтобы сохранять уравнение цветовых тонов, испытуемые, оказавшись в невесомости, «добавляли» к смешанному тону синий цвет, а при действии ускорения 1,5 g «добавляли» желтый цвет (рис. 28).