Роль рецепторов и анализаторов организма человека в оценке факторов системы «человек – среда обитания»

    1.Роль рецепторов и анализаторов организма человека в

оценке факторов системы «человек – среда обитания».

 

1.1 Закон Вебера-Фехнера

Человек реализует непосредственную связь в системе «человек –среда обитания» при помощи своих анализаторов. С помощью этих анализаторов человек получает комплексную массовую информацию о характеристиках внешнего мира. Количество информации измеряется в двоичных кодах – битах. У человека поток информации, который может поступать через зрительный рецептор, равен 1...10 бит/с; нервные волокна пропускают 2…10 бит/с., а до сознания доходит около 50 бис/с. В памяти человека с достаточной степенью надежности задерживается только 1бит/с. Исходя из этого следует, что значительная часть поступающей информации является избыточной и мозгом фиксируется только наиболееважная информация.

Поступающая от внешней  среды информация определяет и регулирует работу соответствующих функциональных систем организма и, как следствие – поведение человека.

Для управления поведением человека через активность его функциональных систем, которая проявляется в виде выходной информации, идущей из мозга достаточно около 10 бит/с. Причем, на этапе формирования выходных сигналов происходит автоматическое подключение ранее сформированных программ распознавания образов, которые содержаться в памяти человека.

Характеристики анализаторов человека – скорость передачи информации и чувствительность, необходимо учитывать при решении задач обеспечения необходимого уровня безопасности создаваемых систем.

Любой анализатор человека состоит из рецептора, проводящих нервных путей и мозгового центра. Рецептор превращает энергию раздражителя в нервные импульсы. Проводящие нервные пути передают нервные импульсы в кору головного мозга. Мозговой центр анализатора состоит из ядра и элементов, рассеянных по коре головного мозга. Рассеянные элементы обеспечивают нервные связи между мозговым центром и другими анализаторами. Между рецепторами и мозговым центром существует двусторонняя обратная связь, которая обеспечивает автоматическое саморегулирование интенсивности работы анализатора. Существенной особенностью анализаторов человека является их парность. Это обеспечивает высокую надежность их работы за счет дублирования поступающих сигналов.

Одной из главных характеристик  анализатора является его чувствительность, которая выражается величиной минимального уровня раздражителя, при которой на выходе анализатора формируется адекватный сигнал. При дальнейшем увеличении интенсивности раздражителя наступает момент, когда анализатор снова перестает работать адекватно. Величина изменения интенсивности раздражителя между ее минимальным и максимальным значением называется динамическим диапазоном чувствительности анализатора. Всякое воздействие, превышающее по интенсивности некоторое предельное значение, вызывает неприятные ощущения, боль, может привести к нарушению деятельности анализатора. Минимальная величина интенсивности раздражителя называется нижним абсолютным порогом чувствительности, а максимальная – верхним. Абсолютные пороги чувствительности измеряют в абсолютных величинах интенсивности раздражителя. В практической жизни человека как при существовании в системе «человек – среда обитания», так и в системе «человек – производственная среда», как правило, на него воздействуют несколько внешних раздражителей. В большинстве случаев информация только одного раздражителя является приоритетной. Ясно, что в таких ситуациях эта приоритетная информация находится на фоне второстепенной или дополнительной информации, которая поступает от других раздражителей. Для оценки степени восприимчивости человека приоритетной информации в этом случае применяют характеристику, которая называется дифференциальным (разностным) порогом.

 

Дифференциальный порог  – это минимальная разность между интенсивностями двух раздражителей, при которой наблюдается начало различия этих уровней раздражителя человеком.

 На основе психофизических опытов установлено, что величина ощущений человека изменяется медленнее, чем интенсивность раздражителя. Время, проходящее от начала воздействия раздражителя до появления ощущений, называется латентным периодом. Сущность связи между изменением интенсивности раздражителя и силой вызванного этим раздражителем ощущения человека выражается законом Вебера- Фехнера: реакция организма прямо пропорциональна относительному приращению раздражителя:

dL =a ·dR / R,

где: dL — элементарное изменение ощущения человека; dR — элементарное

приращение интенсивности  раздражителя; R — начальная интенсивность

раздражителя; а — коэффициент пропорциональности.

Интегрируя данное выражение и принимая а = 10 lge; получаем величину уровня ощущений раздражителя в децибелах (дБ):

L = 10lg R / Rо

где Rо − минимальное (пороговое) значение интенсивности раздражителя,

которое вызывает начало ощущений человека.

Этот закон положен  в основу определения предельно допустимых

уровней негативных факторов.

Организм человека обладает рядом важных специализированных

биологических периферических систем – органов чувств, обеспечивающих

восприятие действующих  на организм внешних раздражителей. У человека

выделяются следующие  органы чувств: зрение, слух, обоняние, вкус, осязание. Следует отметить, что между определением «рецептор» и «орган чувств» существует принципиальная разница, которая заключается в уров-

не биологического строения этих составляющих организма человека. Так,

например, анализируя в этом плане зрение человека, следует, что глаз – это

орган чувств, а сетчатка глаза, которая являет собой нервные окончания,

представляет собой  рецептор. Таким образом, рецептор выступает только

одним из составляющих, в данном случае, органа зрения. Помимо сетчатки, в состав органа зрения (глаза) входят и оптические преломляющие среды глаза, его оболочки и мышечный аппарат. В принципе, «орган чувств», как категория системы восприятия человека, является условным, так как для возникновения субъективного ощущения от воздействия конкретного раздражителя необходимо, чтобы возбуждение, возникшее в рецепторах, поступило через центральную нервную систему в соответствующие участки коры головного мозга и было преобразовано системой распознавания образов.

   1.2 Структура зрительного анализатора человека.

   Зрительный анализатор человека, является одним из главных систем

восприятия окружающей среды. Исследования показывают, что через этот

анализатор человек  воспринимает около 90 % всей поступающей инфор-

мации.

  Зрительный анализатор обладает наибольшим временем адаптации,

т. е. тем отрезком времени, который протекает между дискретным измене-

нием уровня внешнего воздействия и установлением  оптимальной чувст-

вительности (адаптации) анализатора к этому изменению.

    Различают темновую и световую адаптацию зрительного анализатора. При темновой адаптации его чувствительность достигает некоторого оптимального уровня через 40…50 мин; световая адаптация, т. е. понижение чувствительности, длится 8…10 мин. Глаз непосредственно реагирует на яркость, которая представляет собой отношение силы света (интенсивности), излучаемой данной поверхностью, к площади этой поверхности.

  Яркость измеряется в нитах (нт); 1 нт = 1 кд/м2. При очень больших ярко-

стях (более 30000 нт) возникает эффект ослепления. Гигиенически приемлемая яркость составляет величину до 5000 нт.

  Под контрастом понимается степень воспринимаемого различия между двумя яркостями, разделенными в пространстве или времени. Контрастная чувстви-тельность определяется разностью яркостей объекта и фона, на котором он расположен, для обеспечения видимости объекта. Посредством зрения мы познаем форму, величину, цвет предмета,направление и расстояние, на котором он находится от нас. Зрительный анализатор включает в себя глаз, зрительный нерв и зрительный центр, располагающийся в затылочной доле коры головного мозга.

   Глаз представляет собой сложную оптическую систему. Глазное яблоко имеет форму шара с тремя оболочками. Наружная толстая оболочка  называется белковой или склерой, а ее передняя прозрачная часть – роговицей. Внутрь от белковой оболочки расположена вторая, называемая сосудистой . Передняя часть сосудистой оболочки, лежащая позади роговицы, называется радужкой . В центре нее имеется отверстие, которое называется зрачком. Радужка играет роль диафрагмы, которая регулирует интенсивность пучка света, который поступает на рецептор. Сзади радужной оболочки, против зрачка, расположен хрусталик форма которого представляет собой двояковыпуклую оптическую линзу.

За хрусталиком, заполняя всю полость глаза, находится  стекловидное тело

  Лучи света, проникая в глаз, проходят через роговицу, хрусталик и попадают на внутреннюю оболочку глаза – сетчатку . Она выстилает только заднюю половину глаза, и в ней находятся светочувствительные рецепторы – палочки (130 млн. шт.) и колбочки – (7 млн. шт.).

В центре сетчатки (напротив центра зрачка по зрительной оси) имеется углубление (желтое и слепое пятно), которое содержит только колбочки. От центра сетчатки к периферии количество колбочек убывает. Палочки сосредоточены, в основном, на периферии сетчатки. От каждой

колбочки и от нескольких палочек (примерно от 100 шт.) отходит  одно

нервное зрительное волокно, которое в составе зрительного нерва достигает зрительного центра головного мозга. Свет, проникающий в глаз, воздействует на фотохимическое вещество элементов сетчатки и разлагает его. Достигнув определенной концентрации, продукты распада раздражают нервные окончания, заложенные в палочках и колбочках. Возникающие при этом импульсы по волокнам зрительного нерва поступают в нервные клетки зрительного центра. В дальнейшем система распознавания образов позволяет видеть человеку цвет,форму, величину предмета, расстояние до него.

Функции палочек и колбочек различны. Колбочки обеспечивают так

называемое «дневное»  зрение. «Ночное» зрение осуществляется с помощью палочек сетчатки. Таким образом, разрешающая способность палочек и колбочек различна. Колбочки позволяют четко различать мелкие детали. Цветное зрение осуществляется исключительно через колбочковый аппарат. Палочки цвета не воспринимают и дают ахроматические изображения.

  Чтобы видеть форму предмета, нужно четко различать его границы и

очертания. Эта способность  глаза характеризуется как острота зрения.

Острота зрения измеряется минимальным углом (от 0,5 до 10о), при котором две точки еще воспринимаются отдельно на расстоянии 5 м. Согласованное движение глаз совершается с помощью трех пар мышц, вращающих глазное яблоко, и вследствие этого зрительные оси обоих глаз всегда направлены на одну точку фиксации. Глаз чувствителен к видимому диапазону спектра оптических излучений (0,38...0,77 мкм).

     1.3 Структура звукового анализатора человека.

   Звуковой анализатор позволяет человеку посредством звуковых сигналов получать значительную часть информации. Они могут служить и для передачи сигналов опасности. Таким образом акустическая обстановка системы «человек – среда обитания» в известной мере определяет условия безопасности.

  Ухо представляет собой воспринимающую часть звукового анализатора. Он состоит из трех отделов: наружного, среднего и внутреннего уха.

Наружное ухо состоит  из ушной раковины и наружного слухового канала, затянутого упругой барабанной перепонкой, отделяющей среднее ухо. В полости среднего уха расположены так называемые слуховые косточки: молоточек, наковальня и  стремечко, которые служат для передачи звуковых колебаний от барабанной перепонки во внутреннее ухо, где расположен воспринимающий звук специальный орган, называемый кортиевым.

  Полость среднего уха сообщается с полостью носоглотки с помощью

евстахиевой трубы, по которой  во время глотания воздух проходит в по-

лость среднего уха. Внутреннее ухо отличается наиболее сложным устрой- ством. В свою очередь оно состоит из трех частей: мешочков преддверия, улитки  и трех полукружных каналов.

  Улитка воспринимает звуковые раздражения, а мешочки преддверия

и полукружные каналы — раздражения, возникающие от перемены положе-

ния тела в пространстве.

Звуковые волны, возникающие  в окружающей среде, проникают в наружный слуховой проход, приводят в колебание барабанную перепонку и через цепь слуховых косточек передаются в полость улитки внутреннего уха. Колебания жидкости в канале приводят в движение волокна основной перепонки в резонанс тем звукам, которые поступают в ухо. Колебания волокон улитки приводят в движение расположенные в них клетки кортиева органа. В результате этого возникает нервный импульс, который передается в соответствующий отдел коры больших полушарий головного мозга, где и синтезируется соответствующее слуховое представление.

  Основными параметрами звуковых волн являются уровень интенсивности и частота, которые субъективно в слуховых ощущениях воспринимаются как громкость и высота звука. Орган слуха воспринимает далеко не все многочисленные звуки окружающей среды. По частоте область слуховых ощущений располагается в диапазоне от 16 до 20000 Гц. Частоты, близкие к верхнему и нижнему пределам слышимости, вызывают слуховое ощущение лишь при большой интенсивности и по этой причине обычно не слышны. С другой стороны, звуки очень большой интенсивности могут вызвать боль или даже повредить слух.

Таким образом, величина порога слышимости зависит от частоты

ощущаемых звуков. Верхней  границей интенсивности звуковых воздействий, которые воспринимаются человеком, является порог болевого ощущения. Этот порог в меньшей степени зависит от частоты звука и лежит в пределах 130 — 140 дБ.Соотношение уровня интенсивности и частоты определяет ощущение громкости звука. Экспериментально установлено, что при определенных соотношениях этих характеристик человек оценивает звуки, имеющие различную частоту и интенсивность, как равногромкие. Наблюдается как бы взаимная компенсация интенсивности звука частотой.

  Абсолютный дифференциальный порог этого анализатора равен

примерно 2 – 3 Гц. Относительный дифференциальный порог составляет

0,02 %. В реальных условиях человек воспринимает звуковые сигналы на

определенном акустическом фоне. При этом фон может маскировать полезный сигнал.

В связи с этим при  разработке и конструировании акустических индикаторов необходимо предусматривать меры борьбы с этим эффектом. В некоторых случаях эффект маскировки может быть использован для улучшения акустической обстановки. Так, известно, что для решения этой задачи применяется маскировка высокочастотного звука низкочастотным, который менее вреден для человека.

        1.4 Восприятие вибрации организмом человека.