Создание скоростных маневренных самолетов, сделавших возможной технику высшего пилотажа, поставило человека в условия, где на него действовали непривычные и небезразличные для организма ускорения, которые могли отрицательно сказываться на его работоспособности и в конечном итоге на безопасности полета. Некоторые изменения (нарушения) функций сенсорной и двигательной сфер организма, которые были отмечены летчиками при изменениях силы тяжести и 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 с целью исследовать 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 А. Гейбилом в 1952 году в монографии "Окулогравические иллюзии". В последующие годы внимание авиационных психологов и врачей было привлечено проблемой переносимости ускорений и перегрузок, сопровождающихся ускорением весомости. Проблема работоспособности человека в невесомости стала актуальной только с созданием ракетной техники, которая должны 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, поступающей к нему в процессе операторской деятельности в любых условиях и тем более в полете; во-вторых, с тем, что в невесомости вследствие исчезновения реакции опоры существенно нарушается функция специфических и неспецифических гравирецепторов и, таким образом, возрастает "удельный вес" зрительной функции.

Несмотря на большое число физиологических исследований, выполненных в невесомости, лишь отдельные сообщения касались изучения функции зрения в этих условиях. Их сопоставление и анализ затруднялись различием как методов исследования зрения, так и способов создания состояния невесомости [117, 119, 120, 122, 124, 217, 302, 498, 516, 564, 565 и др.]. В связи с этим вопрос о характере зрительного восприятия в условиях невесомости оставался во многом не решенным.

В целях повышения надежности полетов при действии на экипаж невесомости первоочередной задачей явилась оценка вероятности возникновения в этих условиях изменений зрительного восприятия в момент возникновения невесомости и в первые секунды ее действия.

В целях накопления данных для решения этой задачи нами проводились наблюдения за людьми, впервые находившимися в условиях невесомости, и опрос их после полета. Как указывалось, на начальном этапе действия невесомости возможно возникновение интенсивных эмоциональных реакций, возможны существенные сдвиги в работе многих анализаторских систем. Следует учитывать и то, что начальный период действия невесомости отличается значительной напряженностью в работе пилотов и космонавтов.

В режимах кратковременной невесомости испытуемым и членам экипажа самолета-летающей лаборатории предлагалось обращать внимание на свои ощущения, а также следить во время полета 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. Испытуемые пользовались кнопкой электросекундомера для регистрации времени возникновения и продолжительности субъективно воспринимаемых реакций зрения.

В полетах при кратковременных воздействиях невесомости были обследованы 425 человек, из них 215 человек не имели летного опыта. Об изменениях зрительного восприятия во время действия невесомости сообщили 46 человек. Реакции зрения, обнаруженные в полетах, в ряде случаев были сходны, что дает возможность объединить их при описании.

Первый тип нарушения зрения объединяет то, что во всех случаях у испытуемых в невесомости нарушалась способность видеть окружающее. Все четырнадцать человек, у которых возникали нарушения данного типа, 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 после пребывания в первой невесомости 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. Семь других человек 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 у испытуемых 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 перехода из невесомости они видели многократное вертикальное "подергивание" предметов; у трех из этих испытуемых обнаружены во время перехода от перегрузки к невесомости и на протяжении первой секунды невесомости 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.). Иллюзорно перемещалось все визуальное пространство; случаев кажущегося перемещения отдельных предметов на фоне неподвижных других предметов не было отмечено. Иллюзорное движение происходило всегда в вертикальном направлении. Из двенадцати человек, сообщивших о кажущихся перемещениях визуального окружающего пространства, пятеро имели значительный летный опыт.

Следующий тип нарушений зрения был связан с изменением восприятия глубины (у пяти человек). Четыре человека отметили во время режима невесомости кажущееся удаление видимых объектов или "вытягивание" кабины. У одного испытуемого в режиме невесомости возникло иллюзорное приближение наблюдаемого объекта. 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, в 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 секундах разговаривал с испытуемым П. Иногда отталкивался и проплыл по салону. Из отчета испытуемого К.: "Все время невесомости… приборная панель стала приближаться к моему лицу. Я подумал, что во время перегрузки не выдержали крепления, и схватил панель руками… Она была закреплена".

Субъективные реакции 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, па котором был укреплен индикатор, чтобы помешать ему опускаться. Почувствовал, что я тоже опускаюсь вниз. Ухватиться за стол не сразу удалось, так как 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, в последующих режимах производил считывания в соответствии с инструкцией, безошибочно. Из отчета испытуемого С.: "Во время перегрузки почувствовал, что мягкая подушка сидения 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 при недодержанном снимке, 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 каким-то 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, в то время как среди людей летных профессий указанные реакции возникали лишь у семи человек. Во всех случаях визуальные реакции возникали одновременно с исчезновением силы тяжести в первом же режиме невесомости, и после нескольких повторных пребываний в невесомости они переставали появляться в этих условиях.

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 весьма непродолжительны; сохранялись 2–5 сек. в пределах одного режима невесомости и в большинстве случаев наблюдались лишь в первом ее режиме. 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.

Следует отметить, что у лиц, имеющих значительный летный опыт, зрительные реакции в случаях их возникновения в невесомости имели вид иллюзорного движения оптического поля и искажения видимой глубины пространства. У этой группы такие зрительные иллюзии были устойчивы, т. е. повторялись в большем числе режимов невесомости, чем у людей нелетных профессий.

Наиболее изученной зрительной иллюзией, возникающей в условиях невесомости, является так называемая окулогравическая иллюзия – кажущийся сдвиг ориентиров [119, 509 и др.]. Она возникает при наблюдении за тускло светящимся ориентиром во время гравитационных воздействий в условиях затемнения у большинства людей и воспроизводится при многократных повторениях такой ситуации. То, что в ходе настоящего исследования окулогравическая иллюзия была отмечена только четырьмя из [425] обследованных, следует объяснить отсутствием затемнения в кабине самолета во время изменения силы тяжести в полете, а также тем, что многие из наблюдавшихся нами в полетах людей во время невесомости были заняты реальной, подчас напряженной деятельностью, что, как известно, активизирует осознаваемость текущей ситуации и препятствует активизации в сознании иллюзорных представлений. В темноте снижение тонического влияния интегративных центров центральной нервной системы [175, 501] наряду со снижением значимости сигналов об оптическом пространстве способствует возникновению иллюзорного восприятия. Экспериментальные данные [119] позволяют считать, что окулогравическая иллюзия при гравитационных воздействиях не является результатом движения глазных яблок, как полагал З. Гратеволь [390]. Она возникает как актуализация в сознании обратной афферентации, сигнализирующей об изменениях в глазодвигательном аппарате, компенсирующих тонические влияния на него гравирецепторов. Сообщалось, что не движение глаза, а корректирующие сигналы, которые предотвращают его движение, являются причиной иллюзорного блуждания светового пятна в темноте [71].

Иллюзорное периодическое смещение визуального ориентира в условиях невесомости, отмеченное в ходе настоящей работы испытуемым Ф., возможно, является нистагмообразным проявлением окулогравической иллюзии, когда вестибулярные тонические влияния, вызывающие поворот вверх глазного яблока, периодически "накапливались" и преобладали над компенсирующими их стимулами к опусканию его. Отмеченное пятью испытуемыми при невесомости иллюзорное вертикальное дрожание окружающего, сопровождающееся нистагмоидным дрожанием глаз, было описано ранее Шоком.

Отмеченное в ходе настоящего исследования иллюзорное "удаление" или "увеличение" визуальных объектов – это два проявления иллюзий одного и того же вида (типа) [117]. В зависимости от того, величина рассматриваемого объекта или расстояние до него представляется наблюдателю константным, как указывал Вунд [573], может возникать ощущение или изменения удаленности объекта, или изменения его величины, т. е. измененным кажется нефиксируемый показатель пространства. Испытуемые, парящие при невесомости в освещенной кабине, знали о размерах рассматриваемых объектов, но не получали точной информации о расстоянии до них. При этом иллюзия проявлялась в виде "удаления" видимых объектов. Когда же испытуемые, как сообщалось нами, были фиксированы на определенном расстоянии в затемненной кабине перед светящимися ориентирами, о неизменности которых им не было известно, то данная иллюзия проявлялась при невесомости в виде "увеличения" светящихся ориентиров [117 и др.| (рис. 24).

Рис. 24. Примеры зрительных иллюзий при кратковременной невесомости [117]

Яркое описание подобной иллюзии приводит испытавший ее при кратковременной невесомости известный психолог-исследователь В.И. Лебедев в книге, написанной совместно с космонавтом А.А. Леоновым. "Во второй "горке" я должен был "плавать" в невесомости. Надел защитный шлем и лег на пол, покрытый толстым слоем поролона. Началась перегрузка, и я стал вдавливаться в поролон. Состояние невесомости наступило внезапно, и я, не успев опомниться, почувствовал, что полетел вверх, а затем в неопределенном направлении. Наступила полная дезориентация в пространстве. Затем я начал в какой-то степени разбираться в обстановке. Увидел пол и стенки помещения. Показалось, что последнее быстро удлиняется. Иллюзия напоминала такое ощущение, когда смотришь в перевернутый бинокль. Взглянул на пол и увидел, что он движется подо мною, убегая от меня вместе с удлиняющимся и уменьшающимся помещением. В это время старался за что-нибудь ухватиться. Но хотя предметы подо мной и по сторонам казались близко расположенными, я никак не мог дотянуться до них руками, что вызвало чувство крайнего эмоционального возбуждения. Затем, очутившись в хвосте самолета, ухватился за какой-то предмет и стабилизировал свое положение в пространстве" [176, с. 83].

Пространственную иллюзию "удаления" органов управления самолета в невесомости отметил летчик Стэллингс. Он писал: "Сначала у меня возникли некоторые ошибочные ощущения при состоянии невесомости так, что приходилось тянуться, чтобы достать различные приборы управления" [176, с. 105].

Известны одиночные случаи возникновения зрительных иллюзий у космонавтов при продолжительном действии невесомости.

Макдивитт во время космического полета на "Джемини‑4" должен был, управляя кораблем, сблизиться со второй ступенью ракеты-носителя, определяя при этом визуально расстояние до нее. Судя по опубликованным данным, это оказалось очень трудным делом. Анализ выдержек из записей радиопереговоров свидетельствует о том, что космонавт в какой-то момент даже приблизительно не мог оценить расстояние до ракеты-носителя. Временами ему казалось, что он приблизился вполне достаточно. Когда было израсходовано "рабочее тело" микродвигателей "Джемини‑4", Макдивитт определил расстояние до цели в 120 м, тогда как фактически оно равнялось 600 м. Таким образом, вследствие возникновения у космонавта в невесомости иллюзии "приближения" задача сближения при визуальном контроле за расстоянием не была выполнена. После этого полета все американские пилотируемые корабли обеспечиваются радиолокаторами для определения расстояния между кораблем и объектом стыковки, а также для измерения их относительных скоростей [176].

А.А. Леонов сообщал, что в тот момент, когда он первый раз оттолкнулся от шлюза космического корабля "Восход‑2" и, отплывая от него, оказался в состоянии свободного парения, то хорошо знакомый ему корабль показался необычно большим, как бы распухшим. Это усилило, по его словам, эмоциональные переживания необычности обстановки выхода в открытый космос. Такая сенсорная реакция может быть расценена как возникновение иллюзии "увеличения". Космонавт А. Николаев рассказывал, что в невесомости во время его первого космического полета у него возникало иллюзорное ощущение движения одного из приборов укрепленных в кабине на периферии поля зрения. Можно полагать, что эта иллюзия возникала при поворотах глаз или головы космонавта и являлась результатом, в частности, некоторой частичной разрегуляции баланса мышечных аппаратов правого и левого глаз. Электроокулография, проводившаяся в полетах П.Р. Поповича и В.В. Терешковой, показала, что в отдельные моменты полета имела место асимметрия в работе глазодвигательных аппаратов. Подобный дисбаланс мышечных аппаратов глаз был отмечен нами при определении гетерофории в полетах на параболе, а также в условиях длительного медленного вращения в наземных условиях.

Определенную роль в формировании пространственных иллюзий в невесомости играет функциональное состояние аппаратов аккомодации и конвергенции, фузионные резервы и т. п. Эти зрительные функции изменчивы при невесомости [85,135, 217 и др.]. Следует отметить, что различная направленность этих изменений свидетельствует о принципиальной возможности возникновения в невесомости как иллюзии "увеличение – удаление", так и иллюзии "уменьшение – приближение".

Наличие корреляции между характером профессиональной подготовленности человека и тем, в каком виде у него актуализировалась иллюзия переворачивания ("полет" в перевернутом положении" у обладающих большим летным опытом и "подъем вверх" у лиц, не обладающих таким опытом), соответствует концепции Б.Г. Ананьева о том, что состав и структура чувственного отражения образуют сенсорную организацию, зависящую от образа жизни и деятельности человека [14].

Решающую роль в возникновении зрительных иллюзий при невесомости играет, можно полагать, изменение центральных, кортикофугальных влияний, регулирующих приток гравирецепторной афферентации и координирующих ее взаимоотношения со зрительной анализаторной системой. Установить ответственные за это структуры в настоящее время из-за отсутствия экспериментальных данных не представляется возможным. Однако известны многочисленные факты, свидетельствующие об особой роли височно-теменной коры в координации связей зрительного восприятия с информацией, поступающей от вестибулярного и кожно-мышечного анализатора. При раздражении височной коры человека в области вестибулярного представительства во время оперативного вмешательства или в результате болезненного процесса возникают различные ощущения, охватывающие весь спектр возникающих в невесомости реакций зрения, описанных в настоящей работе [35, 178, 193, 286].

В настоящее время известны механизмы "фильтрации" афферентного потока на различных уровнях сенсорных систем. Благодаря этим механизмам сознания достигают "существенные" сигналы, а "несущественные" подавляются. Предположение о недостаточной фильтрации гравирецепторных сигналов, как об одной из причин возникновения в режимах невесомости искажений формы визуальных ориентиров, подтверждает тот факт, что волевые усилия при фиксации взгляда стабилизируют визуальное изображение вблизи от точки фиксации взгляда [1171 (рис. 24). В данном случае, согласно существующим концепциям, надежность получаемой информации увеличивается благодаря активности кортикофугальных влияний на системы, фильтрующие избыточную информацию.

Однако под влиянием одновременного вращения испытуемого относительно двух осей во время невесомости, т. е. под влиянием более экстремального фактора, чем действие только невесомости, характер зрительных иллюзий изменился [117]. При этом та часть наблюдаемой фигуры, на которой фиксировал взгляд испытуемый, казалась последнему наиболее деформирующейся.

Возникновение зрительных иллюзий, описанных выше, можно рассмотреть с позиции гипотезы (А.И. Миракян и Др.), согласно которой наблюдаемый объект первоначально в перцептивных структурах наблюдателя "искажается", "распадается" (без осознания того) с тем, чтобы потом "сложиться" в осознаваемый образ. При этом немаловажную роль играет знание о предмете, ранее имевшееся у субъекта, а также формирующееся в процессе текущего наблюдения объекта. Согласно указанной гипотезе можно предположить, что при стрессе сознание как бы расширяет область своей компетенции, "вторгаясь" в обычно неосознаваемые процессы. При этом осознается еще не сформированный образ наблюдаемого объекта. В результате последний осознается наблюдателем иллюзорно расчлененным или искаженным. И если при сравнительно мало интенсивном стрессе, во время возникновения невесомости, напряжение внимания способствовало восприятию объекта в соответствии с известной субъекту "нормальной" его формой, то при значительной интенсивности комплексного гравитоинерционного стрессора интеллектуальное напряжение приводило к "экспансии" сознания в обычно не осознаваемые сферы при игнорировании знания о "нормальной" форме объекта. Такие предположения требуют специальных экспериментальных исследований, чтобы обрести статус научных гипотез.

Можно апробировать указанные предположения при создании технических средств для тренажа стресс-устойчивости людей и систем "человек-машина", созданных применительно к экстремальным условиям деятельности. Целесообразно исследовать возможности предъявлять человеку-оператору отображение информации не в целостном виде, а в "расчлененном", "искаженном" таким образом, чтобы это "расчленение" предвосхищало аналогичные явления в когнитивной сфере человека, как бы наталкивая ее к определенного рода ресинтезу образа, т. е. служило бы особого рода подсказкой к осознанию человеком информации в форме, способствующей его стресс-устойчивости.

В основе угасания описанных реакций зрения при повторениях режимов невесомости лежит процесс привыкания. Высказывалось мнение, что оно обусловливается центробежными механизмами, регулирующими сенсорный поток с помощью кортикофугального "клапанного" эффекта [418]. Быстрая по сравнению с другими сенсорными реакциями нормализация функций зрения у большинства наблюдавшихся при невесомости людей свидетельствует об относительной устойчивости зрительной системы при гравитационных экстремальных воздействиях, о высокой ее "пластичности".

Было обнаружено, что вероятность возникновения изменений (нарушений) зрительного восприятия в невесомости уменьшалась по мере адаптации людей к повторным воздействиям невесомости [116, 117]. Практика космонавтики показала, что профессиональный отбор и подготовка космонавтов сводят на нет вероятность существенных нарушений зрения в полете. Однако случаи изменений некоторых показателей зрительных функций были отмечены у людей и в космосе [100, 151, 152, 217, 277, 314].

Понятно, что системы отображения информации (СОИ) пилотируемых космических аппаратов должны строиться с учетом малейших возможностей любых нарушений зрения в полете. Исследования различных функций зрения при невесомости были проведены в нашей стране (острота, абсолютная и цветовая чувствительность зрения, границы поля зрения, аккомодация и конвергенция, глубинно-глазомерная функция, симметрия работы глазодвигательных аппаратов) [100, 114, 116, 119, 120, 122 и др.]. Одновременно или с некоторым отставанием, как потом стало известно, большая часть аналогичных исследований была проделана в США [498, 509, 516, 564, 565]. Полученные данные определили инженерно-психологические работы, направленные на оптимизацию систем отображения информации пилотируемых космических аппаратов [133, 277 и др.].