4. Экспериментальные методы исследования

При всем огромном значении предварительной профессиографической работы, в ходе которой проводится психологический анализ производственной деятельности, основным методом психологического исследования является лабораторный эксперимент. Именно экспериментальное исследование, как правило, дает четкие, научно обоснованные подходы к рационализации трудовых процессов. Специальные лабораторные методы позволяют дать объективную количественную характеристику психической деятельности человека.

Экспериментальное исследование психической деятельности человека в психологии осуществляется с помощью двух групп методов. В одну группу входят собственно-психологические методы, изучающие восприятие, внимание, мышление и другие психические функции человека. Другая группа включает способы регистрации различных биофизических процессов, протекающих в организме и так или иначе связанных с производственной психической деятельностью.

В настоящей книге нет необходимости подробно описывать всю совокупность методов, используемых в технической психологии вообще и железнодорожной психологии, в частности. Эта задача специальных научных работ, но для ознакомления с непосредственной работой транспортных психологов отдельные методы экспериментального исследования должны быть изложены.

Психологический эксперимент.Время реакции. Для разработки путей психологической рационализации труда железнодорожников нередко используется измерение времени двигательной реакции человека на различные сигналы. Использование методов измерения времени реакции основано на том, что каждый, даже самый элементарный двигательный ответ является результатом сложного взаимодействия различных мозговых систем. Время реакции человека отражает как индивидуальные особенности его нервной системы, так и ее состояние в данный момент. Скорость реакции может зависеть от степени утомления, уровня готовности к действию, направленности человека на выполнение действий.

Наиболее распространенным в психологии считается метод регистрации времени зрительно-двигательной сенсомоторной реакции. Принципиальная схема этого метода состоит в следующем: перед испытуемым находятся лампочка и ключ. В момент появления светового сигнала включается миллисекундомер, который останавливается нажатием на ключ. Время, которое при этом регистрируется, включает в себя длительность прохождения сигнала от органа чувств в мозговые центры, длительность переработки поступившего сигнала и время передачи сигнала из центра к двигательным системам человека.

Предъявляемые сигналы и двигательные ответы могут усложняться, в связи с чем время зрительно-двигательной реакции возрастает. В этом случае говорят о сложных реакциях. Обычно эксперимент организуется таким образом, что перед испытуемым могут возникать различные сигналы, на которые он должен реагировать разными ключами.

Существует много приборов, позволяющих регистрировать время реакции. Наиболее практически применимым следует считать комбинированный аппарат (рис. 3) для исследования сенсомоторных реакций, разработанный в Институте авиационной медицины в 1948 г.

Время реакции нередко служит индикатором при проведении режимных исследований работ по профподбору и инженерно-психологических исследований, в ходе которых осуществляется оптимизация приборов и приборных панелей.

Тахистоскопические исследования. Не менее широко в различных отраслях прикладной психологии используется способ кратковременного (дозированного по времени) предъявления тест-объектов для их опознания. Этот метод получил название тахистоскопического (от греческого тахео - быстро и скопео - смотрю). Тахистоскопический метод в настоящее время имеет многочисленные варианты. Наряду с установками со сложными комплексами приборов, позволяющими демонстрировать щиты передачи информации, существуют различные виды более простых тахистоскопов, пригодных для использования в производственных условиях.

На рис. 4 представлен тахистоскоп со специальной приставкой, позволяющей строго дозировать время экспозиции экспериментальных объектов (букв, слов, цифр, геометрических фигур и т. п.) в достаточно широком диапазоне.

Наибольшее применение тахистоскопическое исследование находит при определении оптимальности различных способов кодирования, читаемости шкал приборов и т. д.

Бланковые методы. Наряду с аппаратурными методами в психологии используются различные методы, получившие название бланковых тестов. Примером такого теста может быть корректурная проба. Проведение опыта состоит в том, что испытуемый вычеркивает по определенной инструкции отпечатанные на бланке буквы. Экспериментатор регистрирует время выполнения работы и количество совершенных испытуемым ошибок. Корректурная проба широко применяется при исследовании утомления и в ходе психологического профессионального подбора.

Простым методом, не требующим сложной лабораторной аппаратуры, является метод "сложения чисел с переключением". Испытуемому предлагается как можно быстрее складывать однозначные числа различными способами.

Тест "перепутанные линии" требует от испытуемого зрительного прослеживания каждой из многочисленных перепутанных линий, изображенных на бланке.

В практике прикладной психологии хорошо зарекомендовал себя тест "отыскивание чисел с переключением". Испытуемому предъявляется цифровая таблица, на которой в 49 квадратах размещены цифры черного (от 1 до 25) и красного (от 1 до 24) цветов в случайной комбинации, исключающей возможность запоминания. Перед испытуемым ставится задача возможно скорее и точнее пересчитать и показать указкой черные числа в прямом, а красные - в обратном порядке. При этом пересчет должен осуществляться попеременно (черная 1, красная 24, черная 2, красная 23 и т. д.).

Более простой вариант теста "отыскивание чисел" может осуществляться на бланке. В космической психологии метод "отыскивания чисел" использовался Ф. Д. Горбовым при одновременной подаче так называемых речевых помех, осложняющих деятельность испытуемого.

3. Аппарат для исследования сенсомоторных реакций: а - пульт испытуемого; б - пульт экспериментатора; 1 - исходная кнопка; 2 - кнопки для фиксации реакций; 3 - матовый экран, за которым зажигаются цветные лампочки; 4 - сигналы переключения, меняющие значение кнопок (2); 5 - электросекундомер, останавливающийся при снятии пальца с кнопки U): 6 - электросекундомер, останавливающийся при правильной реакции на кнопки (2); 7 - счетчики ошибочных и правильных реакций и количества раздражителей

4. Тахистоскоп

Метод исследования оперативного мышления. В качестве метода исследования оперативного мышления, включенного в диспетчерский труд, обычно используются задачи типа математической игры "15".

Как показали многочисленные исследования, один из вариантов этой игры (игра "5") оказался хорошей моделью процесса решения оперативных задач человеком.

При проведении экспериментов испытуемому предлагаются пять перенумерованных фишек, расположенных в два ряда на шести клетках. Например:

Нижняя левая клетка остается свободной. Испытуемый должен, перемещая фишки "ходом ладьи" на свободную клетку, прийти к некоторой заданной ситуации, например:

Оптимальным вариантом решения приведенной задачи будет шесть перемещенных фишек. Существуют значительно более сложные задачи, для оптимального решения которых необходимо найти двадцатиходовой вариант.

При обработке экспериментов учитывается коэффициент оптимальности, т. е. отношение числа ходов в оптимальном варианте к числу ходов во время опыта. В эксперименте с игрой "5" нередко применяется регистрация движения глаз и другие способы объективной регистрации процесса познания элементов задачи [77].

Здесь изложены лишь некоторые психологические методы, используемые для решения вопросов психологической рационализации основных профессий железнодорожного транспорта. В ходе дальнейшего изложения количество примененных психологических методов будет расширено.

Методы регистрации биофизических процессов. При психологических исследованиях большое значение имеет изучение нервно-физиологических процессов, которые лежат в основе психической деятельности. С этой целью в психологии часто применяют метод электроэнцефалографии (ЭЭГ), получивший широкое распространение в физиологических и медицинских исследованиях [45]. Этот метод высокочувствителен и позволяет объективно регистрировать изменения функционального состояния центральной нервной системы. ЭЭГ представляет собой запись суммарной электрической активности большого количества клеток коры головного мозга. ЭЭГ точно и объективно отражает характер и степень сдвигов функционального состояния нервных структур головного мозга, позволяет прослеживать динамику этих изменений и определять с большой точностью область коры, где изменение состояния наиболее сильно выражено. Прибор для регистрации электрической активности головного мозга называется электроэнцефалографом. В настоящее время широко применяются многоканальные чернилопишущие установки, позволяющие производить одновременную запись с соответствующего количества точек коры головного мозга.

Непосредственная методическая задача, возникающая при регистрации ЭЭГ, заключается в получении записи изменений во времени величины биопотенциалов, отводимых от различных частей поверхности головы.

Все формы колебаний ЭЭГ могут проявляться или в виде одиночных элементов и небольших групп волн, или составлять определенные ритмы, когда однотипные и близкие по длительности волны следуют регулярно, с известным постоянством.

Среди основных ритмов ЭЭГ различают пять главных: дельта-ритм составляют колебания потенциала с частотой от 1 до 3,5 в секунду, тета-ритм - колебания потенциала с частотой 4-7,5 в секунду, альфа-ритм - с частотой колебания 8-13 в секунду, бета-ритм - с частотой колебания 14-30 в секунду и гамма-ритм, частота колебаний которого превышает 35 в секунду.

При исследовании нервно-мышечной системы и двигательной активности все шире используются электромиография.

Электромиография - метод исследования биоэлектрической активности мышц путем регистрации кривых, называемых электромиограммами (ЭМГ), представляющих внешнее проявление изменений потенциалов действия при различных формах деятельности мышц. Эти потенциалы после предварительного усиления могут быть зарегистрированы с помощью катодного или шлейфного осциллографа на кинопленке. На одной осциллограмме можно одновременно зарегистрировать потенциалы действия нескольких мышц. Применяющийся для этого специальный прибор называется электромиографом.

Важной особенностью ЭМГ по сравнению с другими методами исследования нервно-мышечной системы является возможность изучать с ее помощью основные формы деятельности нейромоторной системы: так называемый покой (полное активное расслабление мышц) и произвольные мышечные сокращения. ЭМГ дает также возможность изучения структуры и функций двигательных единиц, работы мышц при различных режимах, взаимодействия различных мышц и координации движений, выработки двигательного навыка и развития утомления.

В практике железнодорожного транспорта ЭМГ применяется для оценки состояний двигательной системы у машинистов в процессе длительного управления локомотивом (степень и время зажима рукояток управления, сила зажима и т. д.).

Кожно-гальванический рефлекс (КГР) - характерное изменение разности электрических потенциалов, измеряемых между двумя точками кожной поверхности (феномен Тарханова) или изменение электрического сопротивления кожи постоянному току (эффект Фере). Сопоставление данных, полученных этими двумя способами, по-видимому, правомерно. Однако электрокожные реакции, не приуроченные к действию внешних раздражителей, более заметны при определении разности потенциалов.

КГР обнаруживается у человека и многих животных при эмоциях, напряжении внимания, умственной деятельности и рассматривается как компонент общей вегетативной реакции организма.

Для регистрации КГР два электрода располагают на кожных участках с различным числом потовых желез. Типичное место отведения - ладонь и тыльная сторона кисти. О динамике кожно-гальванических изменений можно судить по огибающей импульсов пульсирующего напряжения и, таким образом, регистрировать медленный процесс с помощью усилителя переменного тока.

Запись КГР может быть использована и для объективной регистрации различных эмоциональных состояний, возникающих в ходе работы машинистов или диспетчера.

Развитие радиоэлектроники сделало возможным регистрацию процессов жизнедеятельности человека в естественных условиях посредством радиосвязи между экспериментатором и испытуемым. Такое исследование и измерение на расстоянии от датчика и биологического объекта получило название телеметрии.

Применение радиотелеметрического метода позволяет вести исследование дистанционно, продолжительно, непрерывно и - что особенно важно - непосредственно во время трудовой деятельности в естественных условиях.

Телерегистрация применяется для изучения электрокардиограммы, пульса, дыхания, электромиограммы, электроэнцефалограммы, для измерения температуры тела и пр. Вся радиопередающая аппаратура, а также датчики и электроды крепятся на испытуемом. Наблюдения за принимаемыми сигналами проводятся с помощью электронно-лучевого осциллографа. Наличие магнитной пленки и записывающих устройств позволяет экспериментатору вести просмотр и прослушивание принимаемых сигналов непосредственно во время опыта, не ожидая обработки полученных результатов.

Перечисленным методам регистрации биофизических процессов, используемым в практике железнодорожного транспорта, дана лишь весьма краткая характеристика. Однако целесообразно привести один развернутый пример использования объективных методов регистрации биофизических процессов при проведении психологического эксперимента, чтобы более наглядно показать важные моменты соотношения между психологией и другими науками, выполняющими в данном случае роль вспомогательного инструмента исследования.

Таким примером может быть метод реоэнцефалографии для регистрации специфического напряжения, которое возникает при решении разного рода мыслительных задач. Сам метод реоэнцефалографии (РЭГ) состоит в следующем. С помощью мостовой схемы регистрируется изменение переменной величины электрического сопротивления (импеданса) между электродами, расположенными на черепе, над теми или иными участками мозга. Переменная составляющая импеданса - реографическая кривая - отражает изменения электропроводности, вызванные пульсовыми колебаниями кровенаполнения [101].

Возможны два варианта применения РЭГ: 1) регистрация в покое и при интеллектуальной нагрузке разной степени напряженности (восприятие текста с запоминанием, мысленное решение арифметических задач типа 77x77, 77x16, 77x4); 2) запись в условиях, близких к производственным (активное ожидание экстренного раздражителя в ходе многочасового монотонного эксперимента). В обоих вариантах запись РЭГ должна осуществляться на протяжении всего опыта.

5. Реограмма: 1 - вершина; 2 - катакротический зубец; 3 - дикротический зубец; h1 - высота волны; h2 - высота катакротического зубца; α - анакротическая фаза РЭГ; β - катакротическая фаза РЭГ

Обычно на реограмме (рис. 5) выделяют следующие характерные точки: вершину, катакротический и дикротический зубцы, расположенные в пределах катакротической фазы кривой. Во многих случаях катакротический зубец (зубец, расположенный в верхней половине нисходящей фазы кривой) выражен не очень отчетливо.

Анализ полученных реограмм заключается в обработке отношений К_к между высотой катакротического зубца h₂ и высотой реограммы h₁. Как показывают расчеты, отношение K_к в большинстве случаев колеблется между 0,5 и 1. В том случае, когда оно приближается к единице, вершина реограммы превращается в плато. Отношение K_к, впервые исследованное В. Н. Пушкиным, было названо катакротическим отношением РЭГ.

Обработка полученных в экспериментах реограмм на основе подсчета катакротического отношения для каждой пульсовой волны показала, что при умственной деятельности наблюдается сдвиг в показателях К_к в сторону увеличения (рис. 6).

Таким образом, РЭГ дает возможность предложить объективный критерий умственной деятельности человека. Следует подчеркнуть, что использование реоэнцефалографического метода в психологическом исследовании позволяет лучше понять взаимоотношение психологии с теми отраслями науки, объектом которых являются различные собственно материальные процессы. Так, РЭГ регистрирует чисто физический процесс изменения сопротивления, вызванный пульсовыми колебаниями крови при каждом сердечном сокращении. Но характер изменения формы кривой, образующей пульсовую волну, говорит о работе мозга, скрытого под тем участком черепа, на котором закреплены электроды.

6. Изменение кривой РЭГ при мыслительной деятельности: а - в покое; б - при решении арифметических задач

Следовательно, биофизическое явление, регистрируемое с помощью мостовой схемы, несет определенную информацию о явлении собственно психологическом, о работе информационных мозговых моделей. Разумеется, методы биофизики могут выполнять в психологии лишь вспомогательную роль. Результаты, полученные с помощью таких методов, следует рассматривать как косвенное свидетельство наличия информационных, психологических процессов, развертывающихся в мозгу. Однако различные биофизические методы имеют большое значение для проведения многих психологических исследований, в том числе и прикладных, прежде всего в силу их объективности; в этих методах особенно четко выступает глубокая связь между психологическими явлениями и материальными свойствами субстрата психической деятельности - мозга.