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» (1948г.). 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 (отлат. 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 органолептических 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 возникновения 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,

- определение 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 (1_П) и информацией, реально имеющейся у человека (1_Р). Указанные отношения выражаются формулой

Э= — П (1_л—1_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 (1_Р>1_П) порождает положительные эмоции, падение этой вероятности (1_Р< 1_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 фасцинации, 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.