Общие понятия об информации

Понятие информации имеет фундаментальное зна­чение для инженерной психологии. Это обусловлено тем, что содержание функций человека в СЧМ состав­ляют информационные процессы передачи, переработ­ки, хранения и реализации информации, а информа­ционное взаимодействие между человеком и машиной составляет предмет инженерной психологии. Поэтому для решения многих инженерно-психологических про­блем весьма важно решение двух взаимосвязанных задач: во-первых, изучение закономерностей инфор­мационной деятельности человека, и во-вторых, орга­низация процесса обмена информацией между чело­веком и машиной в СЧМ. Теоретической базой для изучения информационных процессов является теория информации, основные положения которой разработал применительно к техническим каналам связи извест­ный американский ученый К. Шеннон. Эти положения он опубликовал в широко известной статье «Матема­тическая теория связи» (1948 г.). Основная идея К. Шен­нона заключается в том, что с информацией можно обращаться почти так же, как с другими физическими категориями, какими являются вещество и энергия. Поэтому информация не может быть определена че­рез эти категории и является наряду с ними одной из трех самостоятельных субстанций окружающего нас мира. Следовательно, согласно К. Шеннону, и транс­портировка (передача) информации может рассматри­ваться подобно транспортировке вещества и энергии.

Несмотря на частое использование термина «ин­формация» в различных сферах жизни и деятельности человека однозначного определения этого понятия пока не существует. Мы будем понимать под информацией совокупность сведений, уменьшающих неопределен­ность в выборе различных возможностей. При таком подходе понятие информации связывается с понятия­ми вероятности, энтропии, ансамбля, неопределеннос­ти выбора, неожиданности появления события и с ло­гарифмической функцией при некотором постоянном основании логарифма. Именно такой подход применя­ется в теории информации (статистической теории связи). Необходимо отметить, что такое определение информации существенно отличается от обыденного значения этого слова.

В инженерной психологии более конкретно под информацией понимают любые изменения в управ­ляемом процессе, отображаемые на средствах отобра­жения информации или непосредственно восприни­маемые оператором, а также команды, указания о необходимости осуществления тех или иных воздей­ствий на процесс управления. Любое сообщение ин­формативно, если оно представляет то, чего человек не знал до его поступления. Сообщение представляет собой совокупность сведений о некоторой физической системе.

Применительно к деятельности оператора сообще­ние — совокупность зрительных, слуховых и других сигналов, воспринимаемых им в данный момент вре­мени, а также «сигналов», хранимых в памяти операто­ра [26]. Сообщение приобретает смысл (содержит не­которое количество информации) только тогда, когда состояние системы заранее неизвестно, случайно, т. е. системе присуща какая-то степень неопределенности. В качестве меры неопределенности в теории информа­ции используется понятие энтропии. Неопределенность системы уменьшается при получении каких-либо све­дений об этой системе. Чем больше объем полученных сведений, чем они более содержательные, тем большей информацией о системе можно располагать. На этом основании базируется подход к определению количе­ства информации, в соответствии с которым количество информации измеряется уменьшением энтропии той системы, для уточнения состояния которой предназна­чены эти сведения. Другими словами, мерой количе­ства информации является снятая неопределенность (снятая энтропия). Подробнее этот вопрос рассматри­вается в следующем параграфе.

Материальным носителем информации является сигнал (от лат. signum — знак). Сигнал — это процесс или явление (внешнее или внутреннее, осознанное или неосознанное), несущее сообщение о каком-либо собы­тии и ориентирующее человека относительно этого события. В психологии такие сигналы называют также раздражителями. В соответствии с характером анали­заторов (органов чувств) и других воспринимающих систем выделяются сигналы: оптические, акустические, механические, термические, электромагнитные, хими­ческие и др. Сигнал, являясь носителем сообщения, содержит в себе определенную информацию для по­лучателя. Вне сигналов информация не существует. В то же время она не зависит от конкретных физичес­ких (и вообще материальных) свойств сигналов. Одна и та же информация может быть передана различны­ми сигналами. Например, одна и та же информация о состоянии объекта управления может быть передана оператору с помощью оптических (показание прибо­ра), звуковых (сирена, голос), тактильных (вибрация руля управления) и других сигналов [128].

Связь между сигналом и характером вызываемых им информационных процессов составляет смысловое содержание сигнала. Смысл сигнала (в отличие от количества информации) не является объективным свойством его источника: один и тот же сигнал может интерпретироваться различными получателями по разному и, напротив, в определенных ситуациях раз­личные сигналы могут оцениваться как имеющие один и тот же смысл. Таким образом, смысл сообщения определяется его субъективной интерпретацией полу­чателем (оператором). Это положение имеет важное значение для любой человеческой деятельности, но оно, к сожалению, лежит вне рамок статистической теории информации, что существенно ограничивает возмож­ности ее применения в инженерной психологии.

Связь между сигналом и несущей им информаци­ей базируется на принципе изоморфизма (от лат, isos — равный и morphes — форма). Под ним понимается общая форма взаимной упорядоченности двух мно­жеств. Изоморфизм представляет собой однозначное свойство элементов и отношений двух множеств. На­пример, множество состояний звукового давления и множество состояний намагничивания на магнитной ленте являются изоморфными. Множество возбужде­ний зрительного нерва, возникающих под воздействи­ем световых волн, действующих на сетчатку глаза, находится в соотношении изоморфизма с источником информации. Это множество нервных импульсов яв­ляется нервными сигналами действующего источника.

Понятие изоморфизма имеет важное значение при анализе информационных процессов. Это обусловле­но тем, что сигнал представляет собой множество со­стояний своего носителя, изоморфное множеству со­стояний источника. Изоморфное отношение множества состояний носителя информации к множеству — источнику, определяющее лишь общую упорядоченность двух множеств, делает сигнал кодом источника инфор­мации- Благодаря кодированию, производится перевод упорядоченности состояний источника в определенную упорядоченность носителя. Например, множество то­чек звуковой дорожки на пластинке, упорядоченное в пространстве, представляет собой код множества со­стояний звукового давления, упорядоченного во вре­мени. Таким образом, благодаря изоморфизму, инфор­мация несет сведения о своем источнике [8].

Используемая в деятельности оператора информа­ция классифицируется по ряду признаков. Выше уже отмечалось, что в зависимости от модальности (вида) сигнала информация может быть зрительной, слухо­вой, тактильной, проприоцептивной (отражает харак­тер движений человека) и др. По значению информа­ция подразделяется на командную (дает указания о необходимости проведения определенных действий) и осведомительную (дает представление о сложившейся ситуации). По своему характеру информация может быть релевантной (полезной, относящейся к решаемой в данный момент задаче) и иррелевантной (бесполез­ной, ненужной в данной ситуации; такая информация может оказаться и вредной с точки зрения эффектив­ности работы оператора, тогда она называется помехой). Иррелевантную информацию не следует путать с избыточной информацией, которая во многих случаях оказывает положительное влияние на деятельность оператора.

С точки зрения полноты информация подразделя­ется на избыточную и безызбыточную. Введение из­быточности (изображение, естественный язык, приме­нение специальных помехоустойчивых кодов и др.) является эффективным средством борьбы с помехами, повышает помехоустойчивость работы оператора. С этой же точки зрения информация может быть полной и неполной. По форме информация может быть количественной (несет количественные харак­теристики объекта управления) и качественной (не­сет модальные, качественные характеристики: боль­ше — меньше, выше — ниже; правый крен, левый крен, отсутствие крена и т. п.). Несмотря на свой качествен­ный характер такая информация тем не менее также может быть оценена количественно.

С точки зрения искажений информация может быть достоверной (истинной) и недостоверной (ложной, искаженной). Последняя, если ее вовремя не распоз­нать, может внести дезорганизацию в процесс управ­ления. Недостоверная информация может возникнуть как вследствие сбоев в работе технических средств, так и вследствие ошибок операторов. В зависимости от источника поступления информация делится на при­борную (инструментальную) и неинструментальную. Приборная информация поступает к оператору со средств отображения информации, как правило, в за­кодированном виде. Для уяснения смысла такой инфор­мации оператору нужно провести ее декодирование, т. е. привести ее к исходному виду. Неинструменталь­ная информация непосредственно поступает на орга­ны чувств оператора. Она присутствует практически во всех видах операторской деятельности, однако ее роль и значение для многих из них существенно раз­ная. Так, для операторов АСУ ее роль крайне мала, хотя и здесь в ряде случаев появление необычных запахов, вибраций, шумов может нести информацию об изме­нении режима работы системы, возникновению непо­ладок в ее работе. Опытный сталевар управляет про­цессом плавки не только с помощью приборов, но и учитывает при этом цвет металла и другие его харак­теристики. Исключительную роль неинструментальная информация имеет при проведении органолептичес-ких исследований, то есть при измерении и оценке тех или иных показателей с помощью органов чувств (на­пример, визуальный контроль).

Важную роль неинструментальная информация играет в деятельности операторов транспортных средств. Так, летчик, ощущая угловые и продольные ускорения, вибрации, шумы, усилия на органах управ­ления и даже запахи, систематически обозревая внекабинное пространство при визуальном полете, может косвенно судить о состоянии самолета, изменении ре­жима полета.

Неинструментальная информация совместно с приборной информацией является важной составной частью информационной модели. В связи с этим воз­никает важная инженерно-психологическая проблема взаимодействия двух видов информации: инструмен­тальной и неинструментальной. От особенностей их взаимодействия зависит надежность восприятия ин­формации человеком и, следовательно, надежность его деятельности. При этом следует иметь в виду, что не­согласованность инструментальных и неинструмен­тальных сигналов оказывает отрицательное влияние на деятельность оператора, являясь источником возник-новения конфликтной ситуации. Конфликтность ее состоит в том, что при явной своей значимости обна­руженный сигнал не может быть использован для организации действий. Поэтому считается, что неинструментальная информация также может и должна подвергаться упорядочению и в этом отношении она принципиально не отличается от инструментальной [112].

И, наконец, в зависимости от изменения во време­ни различают статическую и динамическую информа­цию [30]. Статическая (постоянная, не меняющаяся во времени) информация, как правило, не подвергается машинной обработке. К ней относятся, например, па­раллели и меридианы на географических картах, фи­зические и математические константы, статические надписи на рабочих местах операторов и т. п. Динами­ческая (меняющаяся во времени) информация обычно подлежит машинной обработке, при необходимости подлежит кодированию и в закодированном виде по­ступает к оператору. Сказанное относится преиму­щественно к инструментальной информации.

Информацию, используемую в СЧМ, можно рас­сматривать в различных аспектах: количественном, семантическом, прагматическом. Количественный ас­пект, называемый также статистическим, структурным отражает объективные пространственно-временные характеристики сигналов. Он проявляется в различной вероятности появления того или иного сигнала, в ко­личестве возможных сигналов, в соотношении сигнала и шума (помехи) и др. Психологическими эквивален­тами этих переменных являются степень неожиданно­сти сигнала или степень сложности выбора [128]. Дан­ный аспект информации оценивается ее количеством, которое зависит только от объективных характеристик сигналов (их вероятностей и разнообразия), и совер­шенно не учитывает их субъективные, психологичес­кие эквиваленты.

Прагматический аспект информации определяет отношение получателя к принятым сообщениям, како­во их практическое, прикладное значение в деятельно­сти оператора, насколько они полезны и как отража­ются на деятельности оператора и ее результатах. Данный аспект информации оценивается ее ценнос­тью, полезностью для оператора. Ценность информа­ции может оцениваться только в связи с целью де­ятельности. В этой связи любое сообщение может содержать (или не содержать) информацию, облегча­ющую или затрудняющую достижение полезного ре­зультата (цели) в вероятностной ситуации. Поэтому основные подходы к определению ценности информа­ции предполагают оценку изменения вероятности до­стижения цели после получения данного сообщения.

Семантический аспект определяется содержани­ем, смыслом информации, который она несет опера­тору. Этот аспект разработан наиболее слабо, что обусловлено как трудностью количественной оценки смысловой стороны информации, так и недостаточной определенностью самого этого понятия [155]. Один из наиболее возможных подходов к определению количе­ства семантической информации предложен К.С. Козловым [61,70].Этот подход основан на том, что необхо­димым моментом применения семантической теории информации является определение исходного множе­ства «обслуживаемых» элементов и функциональных элементов системы, выявление многоуровневой струк­туры этого множества элементов, знание алгоритмов функционирования системы. Семантическая информа­ция делится на два вида: структурную и функциональ­ную. Первая основывается на статических множествах, элементы которых не изменяют свои состояния во времени. Этот вид информации используется челове­ком для ориентировочной деятельности. Вторая состав­ляющая семантической информации (функциональная) базируется на динамических множествах и представ­ляет собой информацию о состояниях элементов мно­жества и о действиях, с помощью которых осуществля­ется требуемое движение множества как динамической системы. Этот вид информации используется челове­ком для исполнительной деятельности. На основе та­кого теоретико-множественного подхода получены формулы для количественного определения семанти­ческой информации [61,70].

Используемая оператором информация оказывает на него и определенное эмоциональное влияние. Наи­более полно этот вопрос проработан в информацион­ной теории эмоций [165]. Согласно этой теории сте­пень эмоционального напряжения Э количественно зависит от степени потребности (влечения, мотивации) П, а также от разности между информацией, прогностично необходимой для удовлетворения потребности (I_П) и информацией, реально имеющейся у человека (I_р). Указанные отношения выражаются формулой

Э = – П(1_п-I_р). (2.1)

Количество информации тесно связано и опреде­ляется вероятностью достижения цели. Ее оценку че­ловек производит на основе врожденного и ранее приобретенного опыта, непроизвольно сопоставляя ин­формацию о средствах, времени, ресурсах, предполо­жительно необходимых для удовлетворения потребно­сти, с информацией, поступившей в данный момент. Прогнозирование вероятности достижения цели может осуществляться как на осознаваемом, так и неосознанном уровне. Возрастание вероятности в результате поступления новой информации (I_р>I_п) порождает положительные эмоции, падение этой вероятности (I_р< I_п) ведет к отрицательным эмоциям. Причем вели­чина этих эмоций в обоих случаях прямо пропорцио­нальна потребностям человека. Стремление максими­зировать положительные эмоции и минимизировать отрицательные определяет регуляторные функции эмоций, их роль в организации целенаправленного поведения. Информационная теория эмоций позволя­ет использовать объективно регистрируемые прояв­ления эмоций (мимика, голос, изменение физиологи­ческих функций и электрической активности мозга, сердца) в качестве индикатора потребностей человека и степени их удовлетворенности, уточнить их класси­фикацию, проследить процесс их формирования и вза­имодействия. Информационная теория эмоций позво­лила предложить методы объективной диагностики эмоционального напряжения в различных видах опе­раторской деятельности и меры профилактики этого напряжения.

Еще один подход к оценке эмоциональных реак­ций оператора на используемую информацию предло­жен в работе [77]. Здесь отмечается, что значимая для оператора (прагматическая) информация может иметь для него два значения. Первое из них связано с цен­ностью информации, второе — с реакциями, свиде­тельствующими о предстоящих трудностях, опасностях. Такая информация названа значимо тревожной; ее количественная оценка дается на основании времен­ных и точностных ограничений, возникающих в дея­тельности оператора.

Рассмотренные явления тесно связаны с поняти­ем фасцинации. Фасцинация (от лат. fascia — повязка, полоса) представляет зависимость результата воздей­ствия информации на поведение от посторонних фак­торов, в частности, помех. Они могут возникать как в канале связи, так и в самом мозгу. В последнем случае помехи могут генерироваться специальными мозговы­ми механизмами, играющими роль фильтров, которые разрушают информацию на ее пути к эффекторному (исполнительному) аппарату человека. На существование подобных механизмов впервые указал Н. Винер; он предложил назвать семантически значимой ту ин­формацию, которая, пройдя систему фильтров, непос­редственно влияет на эффекторный аппарат принима­ющей системы (например, на поведение человека). Ю.В. Кнорозов высказывает предположение, что сиг­налы помимо информации могут также нести и фасци-нации, т. е. такое воздействие на фильтры принимае­мой системы, которое снижает их эффективность и повышает количество семантически значимой инфор­мации. Примером фасцинативного воздействия на центральную нервную систему может являться особый ритм речевых сигналов и их своеобразная интонаци­онная окраска при гипнозе.