Техническое обеспечение ориентации в пространстве и управление пилотируемых летательных аппаратов должны предусматривать компенсацию различий между афферентными сигналами, возникающими при перемещениях человека на Земле с помощью собственного мышечного аппарата, и сенсорной афферентацией, возникающей в организме летчика при его передвижениях вместе с управляемым им летательным аппаратом. О несовершенстве существующих систем пилотажной индикации свидетельствует сравнительно частое возникновение у человека в полете различных пространственных иллюзий, являющихся одной из важных причин аварийности летательных аппаратов. В связи с этим в последние годы увеличилось число исследований пространственной ориентации человека в условиях, где пространственная среда в силу своей "непривычности" для человека становится стрессогенным фактором. Однако до настоящего времени основной объем этих исследований выполняется с помощью различных устройств (центрифуга, подвижная кабина и т. д.) в лабораторных условиях. Исследования пространственной ориентации человека в динамически изменяющейся пространственной среде в натурных условиях практически не проводятся.?

Нами были проведены исследования пространственной ориентации человека, изолированного в кабине (каюте) плавающего стенда (специально оборудованной крейсерской яхты) [137]. Комплексный стресс-фактор на плавающем стенде составляли: принудительное укачивание со сложной волновой характеристикой, относительная изоляция, скученность, реальная опасность длительного пребывания на утлом суденышке вдали от берегов, бытовой дискомфорт. К этому "набору" иногда присоединялись негативные социально-психологические факторы.

Определялось соответствие субъективного представления испытуемого о гравитационном вертикальном направлении (субъективная вертикаль – СВ) с истинным гравитационным вектором (истинная вертикаль – ИВ) (рис. 25). Для этого использовалось специальное устройство. На электронном дисплее раздельно или вместе предъявлялись истинная и субъективная вертикали. Последняя "устанавливалась" самим испытуемым с помощью ручки управления, которую он должен был удерживать в строго вертикальном относительно поверхности Земли положении.

Рис. 25. Схематическое изображение типов ошибок при определении испытуемыми вертикального направления на плавучем стенде. Пояснения в тексте

Исследования проводились во время трехсуточных (с участием А.А. Гостева) и десятисуточных непрерывных плаваний при волнении до 4 баллов и ветре до 6 баллов. На протяжении всего срока плавания испытуемые не выходили из кабины плавучего стенда и не видели внекабинных ориентиров (линии горизонта, неба, внешнего вида стенда и т. д.). В длительных экспериментах приняли участие 16 испытуемых. Кроме того, во время кратковременных экспериментов (плавание продолжительностью 0,5–5 часов) обследовано 22 человека.

Индивидуальные различия субъективного представления о вертикальном направлении. На основании анализа словесных и письменных отчетов испытуемых были выделены два типа "чувства вертикали", т. е. комплекса ощущений, на основании которого у испытуемых формировалось представление о гравитационной вертикали.

1. Чувственный образ, создающий у испытуемого представление о субъективной "вертикали", находился вне его тела (сенсорная экстраскопия). Этот образ мог восприниматься преимущественно зрительно или за счет кожной, кинестетической чувствительности.

Зрительное представление "вертикали" у одних испытуемых могло локализоваться вне реального оптического пространства и независимо от него. "Вижу как бы вертикальную черту на фоне горизонта, далеко впереди за стенами каюты, будто это маяк на фоне горизонта" – из отчета испытуемого II. Напомним, что стены каюты не имели окон и испытуемый сообщал о мнимых предметах. "Зрительно представляю как бы висящую в пространстве вертикальную линию" – из отчета испытуемого Ш. У других испытуемых зрительный концепт вертикали зависел от реальной оптической среды, т. е. был связан с положением и движением каких-либо реальных элементов интерьера. "Вижу черточку на стене каюты впереди меня, о величине крена яхты знаю по наклону этой черточки, который отчетливо вижу" – из отчета испытуемого М. "Черточкой" испытуемый М. называл реальную случайную царапину на стене каюты перед ним; эта царапина, естественно, была фиксирована па стене каюты. Зрительный концепт "вертикали", независимый от оптического пространства каюты, мог разрушаться (исчезать) при отвлечении внимания испытуемого от процесса слежения за ним, однако он сохранялся при перемещении каких-либо предметов, кратковременно заслоняющих оптическое пространство перед испытуемым. Зрительная концептуальная модель "вертикали", зависимая от конкретных элементов интерьера, формировалась у испытуемого в тот момент, когда у него либо имелись сведения о том, что стенд занял строго вертикальное положение, либо при предъявлении испытуемому на экране дисплея-индикатора истинного положения "вертикали". Субъективное зрительное представление вертикали, зависимое от оптической среды интерьера, распадалось, когда этот интерьер был хотя бы на короткий срок заслонен от наблюдателя, после чего представление о "вертикали" самостоятельно не восстанавливалось до тех пор, пока испытуемому вновь было показано на экране дисплея истинное положение вертикали.

Другие испытуемые сообщали, что представление о вертикали возникало у них на основании чувства давления различных внешних опор (сидения, кресла, заголовника, подлокотников, боковых упоров, привязных ремней и др.) на тело, голову, конечности. "Чувствую, что упираюсь левым плечом в боковую стойку; по силе давления знаю, что левый крен градусов 10–15" (из отчета испытуемого К.). "Изменилось давление ягодиц на кресло, сползаю вправо, приходится упираться правой ногой – крен 18–20 градусов" (от отчета испытуемого Ж.).

2. Чувственный образ "вертикали" локализовался внутри тела испытуемого (сенсорная интраскопия). У одних испытуемых этот образ локализовался в каком-либо одном месте: "При наклоне яхты чувствую, будто какой-то гироскоп в голове дает мне понять, что произошел наклон, и, чтобы сохранить вертикальное положение головы, надо держать ее так, а не иначе" (из отчета испытуемого Т.). Подобное ощущение могло при резком изменении положения стенда (при смене крена, при сильном броске на волне) сопровождаться эмоционально окрашенными переживаниями (ощущениями): "При внезапном, резком крене яхты почувствовал холодок, как при падении вниз, в нижней части спины, внутри тела; этот холодок, как какой-то зыбкий стержень, наклонился примерно градусов на 15" (из отчета испытуемого 111.). Можно полагать, что это ощущение – редуцированный аналог чувства падения (и страха), возникающего при другом гравитоинерционном стрессоре – в невесомости [113–116 и др.]. В некоторых случаях испытуемые сообщали о множественных интраверсированпых ощущениях "вертикали". "Ощущения, которые давали мне возможность оценить крен стенда, локализуются раздельно в голове и в пояснично-крестцовой области, причем индицирующей величину крена является как бы разность между ощущением наклона "оси" внутри туловища, фиксированного привязными ремнями к креслу, и положением наклона "оси" внутри нефиксированной головы, которую я старался удерживать "вертикально" (из отчета испытуемого К.). У испытуемых, ощущавших внутри своей головы, тела "ориентиры" вертикального направления, возникало представление об их размерах, форме. "Стержень длиной 4 сантиметра, толщиной 1 сантиметр, как огрызок карандаша" (из отчета К.).

У всех испытуемых, отличавшихся интраскопическим чувственным образом "вертикали", во время плавания при волнении не менее четырех баллов не позднее 30–40 мин. после начала их пребывания во внутренних помещениях стенда возникали выраженные симптомы "болезни укачивания": тошнота, многократная рвота, повышенная потливость, чувство общей слабости и т. п., т. е. симптомы вегетативного субсиндрома стресса. Подобные симптомы возникали не более чем у 15 % людей, у которых возникало экстравертированное представление "вертикали".

Данные, полученные в ходе настоящего исследования, позволяют составить следующую классификацию чувственных образов, доминирующих у разных людей при формировании у них концептуальной модели представления "вертикали" во время динамического стрессогенного изменения пространственной среды (качание, кренение и т. п.):

А. Экстравертированный чувственный образ "вертикали" (лишенный эмоциональной окраски): 1) зрительный: а) не связанный с оптической структурой интерьера, б) связанный с оптической структурой интерьера; 2) тактильно-кинестетический: а) локальный, б) полилокальный.

Б. Интраскопический чувственный образ "вертикали": 1) локальный: а) эмоционально окрашенный, б) эмоционально не окрашенный; 2) полилокальный: а) эмоционально окрашенный, б) эмоционально не окрашенный.

Таким образом, в натурных условиях плавания при действии гравитоинерционных факторов, так же как и в невесомости [114, 116], и во время непрерывного вращения [123 и др.], возникали два типа субъективной (образной) локализации стрессогенных изменений пространства: во внешней и во внутренней пространственной среде субъекта.

Различают следующие основные потоки афферентации, участвующей в формировании концептуальной модели (образа) пространства: 1) гравирецепторную: а) специфическую – поступающую через отолитовые и купулярные рецепторы вестибулярного аппарата, б) неспецифическую – тактильную, кинестетическую и т. д.; 2) зрительную; 3) слуховую и др. Различна у разных людей степень доминирования того или иного потока афферентации в процессе формирования у них концептуальной модели пространства. Важную роль в этом процессе играют "вторичные" признаки пространственной среды (словесная информация о пространственной среде, особенности поведения людей в данной среде и т. п.).

В ходе настоящего исследования было обнаружено, что неустойчивость положения стенда (качания, крена, поворота и т. д.) у подавляющего большинства испытуемых существенно снижала значение гравитационной афферентации в формировании чувственного образа вертикали (субъективной вертикали). При этом у ряда испытуемых возрастало доминирование зрительных сигналов о пространстве каюты, могло возрастать значение афферентации от неспецифических гравирецепторов и т. д. В результате этого практически у всех испытуемых при той или иной продолжительности плавания возникало ошибочное (иллюзорное) представление о вертикальном направлении. Субъективная вертикаль могла приближаться по своему положению во фронтальной плоскости стенда к его вертикальной оси (рис. 23.4), что обусловлено доминированием "интерьерного фактора", т. е. зрительных сигналов, и в ряде случаев "недооценкой" тактильно-кинестетической афферентации, напротив, субъективная вертикаль могла приближаться к истинной гравитационной вертикали (рис. 23.3), можно полагать, в результате доминирования гравитационной афферентации. Иллюзорные представления, когда крен стенда казался испытуемым большим, чем он есть (см. рис. 23.5), вероятно, обусловлены "перерегулированием" за счет избыточного доминирования "интерьерного фактора" (зрительных и тактильных его компонентов).

В отдельных случаях испытуемые устанавливали "субъективную вертикаль" с наклоном относительно истинной вертикали в сторону, противоположную реальному крену стенда (см. рис. 23.2). Подобного типа иллюзии, видимо, связаны с "перерегулированием" за счет избыточного доминирования гравирецепторной афферентации.

Обнаружены значительные различия продолжительности латентного периода и времени установки испытуемыми "субъективной вертикали" на экране дисплея в начале "отслеживания" за ней или при очередном изменении крена плавучего стенда.

При анализе качества определения вертикального направления на начальном этапе сеанса работы по данной методике были выделены три типа испытуемых (рис. 26). Первый тип характеризовался тем, что отслеживаемое испытуемым положение "субъективной вертикали" мало отличалось от истинной вертикали, т. е. величина ошибки была незначительной (гравирецепторное доминирование). Испытуемые второго типа с самого начала работы устанавливали субъективную вертикаль в положение, существенно отличающееся от истинной, с наклоном в сторону вертикальной оси стенда, т. е. интерьерной вертикали (зрительное доминирование). Третий тип испытуемых характеризовался первоначально малой величиной ошибки и постепенным за 10–30 мин. ее нарастанием с увеличением наклона субъективной вертикали в сторону крена (постепенный распад гравирецепторного доминирования с заменой его зрительным доминированием).

Рис. 26. Схематизированное изображение разных типов нарастания ошибки при определении вертикального направления тремя испытуемыми (1, 2, 3)

В ходе длительных экспериментов было отмечено, что у испытуемых 1‑го типа (с малой величиной ошибки) ошибка в определении вертикального направления возрастала: а) при длительном (более 1,5 часа) непрерывном слежении; б) при утомлении; в) во время дремотного состояния; г) при возникновении неблагоприятных симптомов "болезни укачивания" (тошнота, рвота, головная боль и т. д.).

Были обнаружены разные виды периодичности изменений величины ошибок при определении испытуемыми вертикального направления ("субъективной вертикали"). Многие испытуемые отмечали, что "вертикальное направление – это не строго определенное положение, которое надо придать светящейся линии на экране дисплея, а некоторая вертикальная зона с наклоном в диапазоне 3–7 градусов, в пределах которого можно произвольно устанавливать эту линию" (из отчета испытуемого Ш.). Однако некоторые испытуемые сообщали, что они чувствуют этот диапазон, но у них "периодически меняется ощущение того, где правильное вертикальное положение светящейся линии на экране" (из отчета испытуемого К.). При этом были зарегистрированы колебания (с периодом 4–10 сек.) величины ошибки в установке вертикали (в диапазоне 5–8 градусов). Данные колебания, надо полагать, являются результатом циклического перебора "альтернативных решений", связанного с периодической сменой в определенном диапазоне то гравирецепторного, то зрительного доминирования в текущем синтезе концептуальной модели пространства.

У некоторых испытуемых были зарегистрированы относительно длительные колебания значения ошибки при установке "субъективной вертикали". Смена ее одного значения на другое осуществлялась за 8–12 сек. То большее, то меньшее значение ошибки поддерживалось на относительно постоянном уровне по 30–60 и более секунд.

Выло проведено (совместно с В.А. Чурсиновым) исследование операторской деятельности (слежение за периодически исчезающей целью), совмещенной с необходимостью оценивать величину крена плавучего стенда. Сигналы об изменениях крена стенда суммировались с сигналами, управляющими перемещением цели на экране дисплея по параболической траектории. Испытуемый, управляя движением "метки" по экрану дисплея, должен был совмещать ее с двигающейся целью, а когда последняя исчезала, он должен был обводить меткой воображаемую линию на экране дисплея, по которой должна проходить цель.

Испытуемые выполняли задание со сравнительно небольшими погрешностями в моменты, когда цель была видна. Ошибка при слежении резко возрастала, когда цель исчезала. Это свидетельствует о неточности экстраполяции испытуемым динамики движения цели, а также о несовершенстве механизмов "утилизации" афферентных сигналов от вестибулярных или иных анализаторов при формировании концептуальной модели перемещения цели в пространстве.

Полученные данные свидетельствуют о существовании двух типов операторов. Одни практически не использовали субъективные данные о пространственном положении собственного тела при организации процесса управления и строили траекторию движения "метки" на основе пространственного и временного представления о заданной траектории ее движения. Операторы другого типа компенсировали возникшие (вследствие поступления сигналов о крене стенда) изменения положения цели. Как в режимах слежения с ее предъявлением, так и в режимах с ее исчезновением они учитывали не только заданную траекторию движения цели, но и трансформацию этой траектории вследствие "наложения" на нее сигналов об изменении пространственных координат плавучего стенда при его качании и кренах.

Феномен деструкции ("отключения") концептуальной модели пространства при длительном пребывании в динамически измененной пространственной среде. Важная особенность экстремальных условий – возникновение ситуации, когда "наличного резерва" функциональных возможностей организма недостаточно для адекватного реагирования, поведения. Расширение этого резерва может произойти в последующем, в ходе адаптивной перестройки функциональных систем. Это потребует времени (сутки, недели и т. п.). Пока этого не произошло, т. е. в тот момент, когда возникает дефицит адаптивных возможностей, организм может реагировать "отключением" каких-либо своих функций, участвующих в восприятии и переработке стрессогенной информации. Это "отключение" может касаться контроля со стороны сознания за тем или иным каналом информации и затрагивать осознавание собственных, в том числе профессиональных, действий [64].

В ходе настоящей работы было обнаружено возникновение у ряда испытуемых периодов резкого снижения качества процесса пространственной ориентации при установке этими лицами "субъективной вертикали". Эти явления можно расценивать как результат указанной деструкции процесса непрерывного синтеза концептуальной модели пространства. В указанном смысле можно рассматривать следующие явления:

1. У отдельных испытуемых начиная со вторых суток непрерывного пребывания на плавучем стенде периоды резкого ухудшения качества определения вертикального направления возникали на фоне хорошего общего состояния и самочувствия при регулярном отдыхе, сне и питании. Во время такого временного ухудшения имела место фазность смены поведенческих реакций испытуемого:

1‑я фаза – не осознаваемое испытуемым, чаще постепенное – на протяжении 10–30 секунд, а иногда резкое – за 3–5 сек. нарастание ошибки в определении "субъективной вертикали";

2‑я фаза – осознание потери уверенного ощущения вертикального направления, беспокойство и поиск "правильного" положения вертикали. Это выражалось в том, что испытуемый внезапно начинал, дергая ручку управления из стороны в сторону, искать "правильное" положение "вертикали", меняя наклоны светящейся линии на экране дисплейного индикатора;

3‑я фаза – "самоуспокоение" ("самоутверждение"). При этом испытуемый, как бы убеждая себя, заявлял экспериментатору: "Ну, этой методикой "вертикаль" я овладел хорошо, с ней все ясно!" (из отчета испытуемого Ж.), или: "Я же летчик, я знаю, как управлять!" (из отчета испытуемого М.). При этом величина устанавливаемого испытуемым крена могла на 40–60 % быть больше истинного;

4‑я фаза – уверенная работа с постоянной или не организованно изменяющейся ошибкой в установке "субъективной вертикали".

Подобные "отключения" прослежены не дольше, чем на протяжении 20–40 мин., так как в ходе настоящей работы не удавалось сохранять дольше этого срока стабильный режим плавания стенда.

2. Значительное ухудшение качества отслеживания "субъективной вертикали" могло возникать при нарастании выраженных неблагоприятных симптомов кинетоза (тошнота, головная боль, чувство общей слабости и т. д.). При этом некоторые испытуемые жаловались на то, что плохое самочувствие еще более ухудшается при попытке отслеживать "вертикаль". Из отчета испытуемого К.: "Слежение за "вертикалью" на экране дисплея и даже напряжение для осознания вертикального направления при установке в вертикальном положении ручки управления или просто напряжение мыслей, внимания при попытках определить внутреннюю систему координат – все это усиливает тошноту, чувство слабости и безразличия, снижает чувство ответственности. Хочется не думать ни о каких системах координат, а закрыть глаза и забыть, что есть мое собственное тело с его пространственным расположением".

При выраженной "болезни укачивания" у одних испытуемых качество слежения за вертикалью долго удерживалось на относительно высоком уровне, но в какой-то момент резко снижалось. "Держался до последнего, больше не удается сохранять ощущения вертикали" (из отчета испытуемого Д.). У других испытуемых нарастание ошибки в установке "субъективной вертикали" могло происходить синхронно с ухудшением самочувствия.

Показ испытуемому значения "истинной вертикали" или словесный приказ: "Внимательнее!", "Сосредоточьтесь!" – могли на короткое время восстанавливать имевшееся ранее качество установки "субъективной вертикали".

3. Резкое ухудшение качества установки испытуемым "субъективной вертикали" могло возникать при снижении у него "чувства опоры", например при размещении его лежа, со слегка приподнятой головой на мягкой поверхности. В такое положение помещались отдельные испытуемые для облегчения плохого самочувствия при "болезни укачивания". В одном таком случае у испытуемого с симптомами выраженного "укачивания" (периодическая рвота, сильная тошнота, чувство слабости, головная боль) было зарегистрировано абсурдное представление о том, что плавучий стенд якобы имеет крен около 90°, что является невозможным, так как в таком положении стенд затонул бы. В этом случае у испытуемого имело место состояние, близкое к пространственной дезориентации, с резким снижением контроля сознания за качеством собственных действий.

Ошибка в определении вертикального направления может возникать не только за счет внешних факторов пространства (гравиинерционные и интерьерные факторы). Формированию ошибочного представления вертикали может способствовать изменение свойственной данному человеку величины асимметрии парных анализаторов пространства. Исследованиями, проведенными нами, было показано, что при различных стрессогенных воздействиях у многих людей могут существенно изменяться показатели асимметрии анализаторов и двигательного аппарата. В ходе настоящего исследования регистрировалась гетерофория как показатель дисбаланса глазодвигательных аппаратов испытуемых. Обнаружено, что в большинстве случаев при ухудшении самочувствия испытуемых в первые 2–5 суток плавания гетерофория увеличивалась, т. е. нарушалась сбалансированность парного зрительного анализатора пространства. Это можно рассматривать как одно из проявлений дистресса на психофизиологическом "уровне" адаптационной перестройки организма.

За время со 2‑x по 3–5‑е сутки плавания у всех испытуемых имела место адаптация к условиям жизнедеятельности на плавучем стенде. Исчезали симптомы "болезни укачивания", улучшались самочувствие и настроение, нормализовались многие показатели психологических и физиологических функций. Были прослежены тенденции к нормализации показателей способности испытуемых оопределять вертикальное направление.

На фоне адаптации к действию укачивания (экстремального физического фактора) в ходе экспериментов иногда возникали ситуации, оказывающие на испытуемых неприятные (экстремальные) психологические воздействия. Например, нарушения привычного хода исследований из-за поломки той или иной аппаратуры вызывали у них нервозность. Во время подобных и других психологических экстремальных воздействий у испытуемых со сравнительно равными поведенческими и физиологическими стрессовыми реакциями были обнаружены различия показателей функционирования системы пространственной ориентации. У одних испытуемых эти показатели либо не изменялись, либо изменялись незначительно. У других испытуемых ошибка при определении вертикального гравитационного направления достигала уровня ошибки, имевшейся в начальном периоде плавания, когда эти испытуемые не были адаптированы к действию физических экстремальных факторов (рис. 27).

Рис. 27. Динамика психологических и психофизиологических показателей стресса: Изменение показателей гетерофории (А), суммарной ошибки при определении гравитационной вертикали (Б), показателей кратковременной памяти (В) у испытуемых 1 и 2 при действии укачивания (горизонтальная штриховка) и конфликта в группе (вертикальная штриховка); t – время в сутках

Пониманию причин указанного различия реакции способствует сопоставление этих данных с результатами проводившихся в тех же экспериментах исследований функций, связанных с различными иерархическими уровнями центральной нервной системы. Исследование гетерофории (психофизиологический "уровень") обнаружило возникновение существенных изменений ее показателей при выраженных неблагоприятных симптомах "болезни укачивания" и отсутствие таких изменений у испытуемых, адаптированных к условиям плавания при указанных выше дополнительных психических нагрузках. Напротив, показатели памяти – определялась способность к запоминанию различных объемов информации с непосредственной или отсроченной ее актуализацией и т. д. (психический "уровень") – ухудшались как при выраженных симптомах "болезни укачивания", так и при указанных выше социально-психологических нагрузках после достижения адаптации (такую адаптацию называют неустойчивой, см. выше).

Улучшение способности к правильной ориентации в динамически измененной пространственной среде ("обучаемость") связано с мобилизацией высших психических функций человека. Испытуемый, пытаясь компенсировать ошибочность концептуальной модели пространства, "деформированной" сенсорными сигналами об изменениях физических факторов пространства, "привлекает" первоначально оптические признаки пространства, а затем (после получения в ходе "обучения" информации о том, что "интерьерная вертикаль" не адекватна истинной гравитационной вертикали) "вторичную" информацию о пространственной среде: при наблюдении за направлением свободно падающих или висящих в кабине предметов, приборную информацию (предъявляемую испытуемым при обучении) об истинной вертикали.

Концептуальная модель пространства, базирующаяся на "вторичных" признаках изменения пространственной среды, оказывается неустойчивой и "разрушается" при действии психических экстремальных факторов, возникающих на 3–6‑е сутки непрерывного плавания в динамически измененной пространственной среде. Более устойчивой оказывается концептуальная модель пространства, базирующаяся на физиологических (психофизиологических) механизмах.