Каждой системе ставится в соответствие модель (в лучшем случае – математическая), наличие которой позволяет проводить анализ системы, влияния ее свойств, качества на достижение поставленных целей, на эффективность функционирования. Как правило, разработка математической модели связана с чрезвычайно большими трудностями теоретического и прикладного плана. В простейшем виде процесс функционирования человека в среде жизнедеятельности может быть представлен в виде системы, результаты структурно-функционального синтеза которой приведены на рис. 2.14.
На рис. 2.14 внешние возмущения W3, W4 носят, как правило, случайный характер. Возмущения W4 могут включать информацию, создающую возбуждение «по поводу». С такой системой легко работать в среде, в которой не требуются аналитические решения, формируемые мозгом. Более детальное описание человека как динамической системы представлено на блок-схеме (рис. 2.15).
Рис. 2.14
Рис. 2.15
На рис. 2.15 введены обозначения: АЦ – аналитический центр; ИЭПЧ – информационно-энергетическое поле человека; ЭПЧ – энергетическое поле человека; ui – информационно-энергетические потоки, в том числе контроля и управления; Jx, Jz, Jч – информационные потоки.
Как и ранее (рис. 2.14), мы ограничиваемся блочной структурой более детального содержания отдельных подсистем человека, а также среды жизнедеятельности, которая включает физическую среду: биосферу, геосферу.
Физическая среда создает дискомфортное или комфортное состояние и соответственно либо стимулирует, либо не стимулирует умственную деятельность, обусловливая стимуляцию всякой деятельности. В комфортных условиях стимулируется биологическое развитие. В дискомфортных же условиях, что характерно для средних и северных широт, стимулируется умственная деятельность для технического обустройства среды жизнедеятельности.
Аналитический центр человека представляет собой систему обработки информации, образно говоря, биоэнергетический компьютер, осуществляющий решение задач для достижения поставленных человеком целей. Параметры и свойства существенно зависят от начальных условий, полученных при рождении. Цели могут формулироваться либо самим человеком, либо средой жизнедеятельности.
Информационно-энергетическое поле человека, в том числе электромагнитное, тепловое, оказывает влияние на работу аналитического центра как в информационном, так и в энергетическом планах.
Источником жизнедеятельности человека является энергетическое поле человека, потоки энергии u6, u13, u15 от которого поступают через информационно-энергетическое поле человека в аналитический центр, а также в центральную нервную систему. Информация Jz, сформированная человеком в виде энергетических потоков, преобразуется в выходную информацию Jч, записанную на жестких или мягких носителях (книги, дискеты и т. д.). Последняя передается в среду жизнедеятельности для практического использования и (или) передается в банк памяти ноосферы.
Рецепторы представляют собой информационно-измерительную систему (u5). Последняя служит для получения информации Jх о состоянии среды жизнедеятельности, преобразования ее в информационно-энергетический поток u5 для аналитического центра. Часть информации человек использует из системы знаний человечества u14, включающей в себя знания, накопленные человечеством или данным человеком.
Кроме информации Jч часто формируется Y – координата (вектор) положения человека в пространстве. В общем случае человек может находиться внутри некоторого динамического объекта, и тогда Y = (x, y, z, , , , , , ), где x, y, z – положение объекта с человеком в прямоугольной системе координат; , , , , , – линейные и угловые скорости перемещения системы «человек – машина» соответственно по осям OX, OY, OZ и относительно OX, OY, OZ.
Учитывая все сказанное о человеке как о динамической системе, можно сделать несколько предварительных замечаний относительно математических моделей, описывающих процесс жизнедеятельности человека. Такие модели включают:
– модель перемещения в пространстве для выполнения целей;
– модели принятия решения по направлениям деятельности;
– модель обработки информации на уровне памяти;
– модель хранения, вызова, передачи в среду информации на уровне памяти;
– модель нейронных сетей головного мозга, включающую модели на молекулярном уровне.
В силу того что человек представляет собой динамическую систему, нелинейную относительно входных сигналов, которые ограничиваются сверху и снизу, следует ожидать, что математическая модель представляет собой систему нелинейных уравнений вида:
где u = (u1, u2, …, u16) – информационно-энергетические потоки ui = ui(Ji, Еi, δJi, t), где Ji, Еi, δJi – количество информации, энергии, ошибки информации, содержащиеся в i-м потоке, которые циркулируют между подсистемами биосистемы соответственно; J(t0) – начальные условия, включая параметры подсознания u2(t0) и состояние внешнего мира u5(t0); Jk(t0) – начальные условия отдельного k-го этапа жизнедеятельности отдельного индивидуума; – количество этапов; ψk – оператор преобразования, в частности, дифференцирования по каждому из k этапов.
При этих условиях система (2.1) относится к классу систем с переменной структурой, которая меняется при смене этапа ее функционирования и соответствующих ему начальных условий Jk(t0), . Аналогом такой системы в технике выступает, например, самолет, когда рассматривается уравнение его движения на всем протяжении полета, включая такие этапы, как разбег, набор высоты, полет по эшелону, полет по глиссаде, выравнивание, посадку.
В общем случае математические модели процесса жизнедеятельности описываются системами с распределенными параметрами, а некоторые процессы описываются интегродифференциальными и стохастическими уравнениями.
Ошибки восприятия информации
Свойства человека характеризуются неопределенностью их проявления в различных жизненных условиях. Эта неопределенность обусловлена психофизиологическими возможностями человека в процессе жизнедеятельности и вносит некоторую неоднозначность (неопределенность) в возможные исходы его состояния или действия. Основными психическими процессами, участвующими в приеме информации, являются ощущения, восприятие, представление и мышление.
Прием информации – это процесс формирования перцептивного (чувственного) образа, представляющего субъективное отражение в сознании человека свойств управляемого процесса. Физиологической основой формирования перцептивного образа является работа анализаторов, среди которых первостепенное значение для деятельности человека имеют зрительный, слуховой и тактильный (осязательный) анализаторы. Предельные их возможности характеризуются абсолютным и дифференциальным порогами. Для определения характеристик сигнала чаще используется оперативный порог различения, при котором достигается наилучшее сочетание точности и скорости различения.
При оценке человеческого риска, обусловленного приемом информации в виде входных сигналов, важными являются предельные возможности анализаторов. Физические сигналы (световые, звуковые, тепловые и др.) воспринимаются рецепторами, а затем преобразуются в нервные импульсы (электрохимические). Рецепторы, проводящие пути и головной мозг состоят из большого числа нервных клеток – нейронов, соединенных между собой множеством связей. Средняя скорость импульсов в нервной системе составляет от 5 до 125 м/с.
Рецепторы анализаторов представляют собой нелинейную систему, осуществляющую прием внешних физических сигналов и их ограничение по максимальному и минимальному значениям. Рецепторы кодируют различные виды сигналов в единый универсальный частотно-импульсный код, характерный для нервной системы человека. Число нервных импульсов в единицу времени пропорционально интенсивности сигнала, воспринимаемого рецепторами. Связь рецепторов с центральной нервной системой является двусторонней, т. е. сигналы распространяются не только от рецепторов к нервной системе, но и из нее поступают к рецепторам. Сигналы обратной связи регулируют и контролируют работу рецепторов. Анализаторы восприятия физических сигналов характеризуются нижним и верхним абсолютными порогами чувствительности. Нижний порог – это минимальная величина раздражения, ниже которого она человеком не воспринимается, верхний порог – максимально допустимая величина раздражения.
