Koks yra statistinis žmogaus reakcijos laiko vidurkis?

Sveiko, pailsėjusio suaugusio žmogaus regimasis reakcijos laikas kompiuterio ekrane siekia vidutiniškai 230–260 milisekundžių. Garsinė reakcija yra gerokai spartesnė ir sudaro apie 160–190 milisekundžių. Šį 40–60 ms skirtumą lemia jutimo fizika: ausies sraigės plaukuotųjų ląstelių mechanoreceptoriai garso bangą į nervinį impulsą paverčia akimirksniu, o akies tinklainėje fotonų sugėrimas reikalauja daugiapakopės biocheminės fototransdukcijos grandinės.

Kodėl rezultatai žemiau 130 ms laikomi klaidingu startu (False Start)?

Žmogaus neurofiziologija turi griežtą greičio ribą. Nuo fotono atsitrenkimo į tinklainę iki motorinės žievės sužadinimo ir piršto raumens susitraukimo nervinis impulsas keliauja mažiausiai 100–120 milisekundžių. Pasaulinė lengvosios atletikos federacija (World Athletics) automatiškai diskvalifikuoja sprinterius, pajudėjusius per mažiau nei 100 ms po šūvio. Pridėjus monitoriaus kadrų vėlavimą (4–16 ms) ir USB įvesties delsą (1–8 ms), pasiekti mažiau nei 130 ms naršyklėje neįmanoma be aklos anticipacijos ir spėjimo.

Ar klaviatūra yra greitesnė už pelę šiame teste?

Daugumoje kompiuterių kokybiška žaidimų pelė reaguoja greičiau nei klaviatūra. Pelės mikrojungikliai pasižymi itin maža eiga (iki 0,8 mm) ir trumpu aparatinio debouncingo filtru (1–4 ms) arba optiniais jungikliais, veikiančiais be vėlinimo. Tuo tarpu mechaninėse klaviatūrose klavišo eiga iki suveikimo siekia 1,2–2,0 mm, o programinė įranga taiko 5–15 ms kontaktų virpėjimo (debounce) filtrą, kuris prideda papildomų milisekundžių prie jūsų rezultato.

Kaip monitoriaus kadrų dažnis (Hz) keičia išmatuotą reakcijos laiką?

Standartinis 60 Hz monitorius kadrą atnaujina kas 16,67 milisekundės, todėl vidutiniškai spalvos pasikeitimą ekrane pamatote su 8,33 ms vėlavimu. 144 Hz monitorius šį kadrų tarpą sumažina iki 6,94 ms (vidutinė delsa 3,47 ms), o 240 Hz skydelis – vos iki 4,17 ms. Greitas monitorius nepakeičia jūsų biologijos, tačiau pašalina 10–12 milisekundžių dirbtinio aparatūrinio vėlavimo.

Kas yra Go / No-Go impulsų kontrolės testas ir kodėl smegenims taip sunku nespausti?

Go / No-Go testas matuoja ne pradinį greitį, o kognityvinį gebėjimą nuslopinti jau užtaisytą motorinį impulsą. Paprastame reflekso teste motorinė žievė yra maksimaliai sužadinta. Go / No-Go režime kaktinė smegenų žievė (prefrontalinė žievė) privalo per kelias milisekundes išanalizuoti stimulą ir, pamačius raudoną spalvą, pasiųsti stiprius slopinančius GABAerginius signalus per pamato branduolius. Jau paruošto veiksmo sustabdymas reikalauja didžiulės valios koncentracijos ir atskleidžia motorinį nekantrumą.

Go / No-Go reakcijos testas – impulsų ir slopinimo kontrolė

100 milisekundžių biologinė siena: nuo fotono tinklainėje iki piršto raumens susitraukimo

Kai reakcijos arena jūsų ekrane akimirksniu nušvinta ryškiai žalia spalva, jums atrodo, kad paspaudimas įvyksta beregint. Tačiau jūsų nervų sistemoje tuo metu vyksta tikros biologinės estafetės lenktynės. Iš ekrano sklindantys fotonai atsitrenkia į akies tinklainės lazdelių ir kolbelių fotoreceptorius, sužadindami rodopsino ir jodopsino molekules. Skirtingai nei silicio fotodiodas, kuris elektros įtampą pakeičia per nanosekundes, žmogaus akis priklauso nuo cheminės fototransdukcijos kaskados: šviesa izomerizuoja retinalį, suaktyvina transduciną, fosfodiesterazė skaido cGMP ir tik tada užsidaro natrio jonų kanalai. Vien šis biocheminis virsmas tinklainėje atima 15–20 milisekundžių, kol pirmasis ganglinis neuronas iššauna veikimo potencialą.

Iš tinklainės elektrinis signalas regos nervu skrieja per regos kryžmę (chiasma opticum) ir maždaug ties 30-ąja milisekunde pasiekia gumburo šoninį kelinį kūną (LGN). Iš čia signalas per regos radiaciją nukreipiamas į pakaušyje esančią pirminę regos žievę (V1), kurią pasiekia ties 50 milisekundžių žyma. Čia regos žievė atpažįsta spalvos pokytį, kontūrus ir kontrastą. Tuomet signalas perduodamas nugariniu regos srautu į momeninę ir priešmotorinę žievę, o sąmoningo suvokimo slenkstis peržengiamas ties 80–90 milisekunde.

Galiausiai pirminė motorinė žievė (M1) suformuoja sprendimą veikti. Piramidiniai viršutiniai motoneuronai siunčia impulsą žemyn piramidiniu taku per smegenų kamieną ir nugaros smegenų kaklinį sustorėjimą (C7–T1) ties 110–125 milisekunde. Mielinizuotomis skaidulomis 60–70 m/s greičiu impulsas pasiekia dilbio raumenis. Neuromuskulinėje jungtyje išsiskyręs acetilcholinas depoliarizuoja raumens membraną, sukeldamas aktino ir miozino skaidulų susitraukimą piršto lenkiamajame raumenyje ties 130–150 milisekunde. Ši fiziologinė grandinė suformuoja neįveikiamą biologinę sieną: joks žmogus negali sąmoningai sureaguoti greičiau nei per 100 milisekundžių. Būtent dėl šios priežasties Pasaulinė lengvosios atletikos federacija (World Athletics) bet kokį startą po šūvio per mažiau nei 100 ms laiko aklu spėjimu ir negailestingai diskvalifikuoja bėgikus.

Kodėl jūsų ausys lenkia akis: garsinė transdukcija prieš vaizdo apdorojimą

Jeigu įrankyje perjungsite skirtuką iš regimojo reflekso į „Garsinį refleksą“ (Audio Reflex), jūsų rezultatas akimirksniu pagerės 30–50 milisekundžių. Tai nėra atsitiktinumas ar programinė klaida. Nors šviesa erdvėje sklinda 300 000 km/s greičiu, o garsas ore juda vos 343 m/s, žmogaus anatomijoje garsinė informacija apdorojama pastebimai greičiau už vaizdinę.

Paslaptis slypi fundamentaliame skirtume tarp mechaninio ir cheminio signalo nuskaitymo. Akyje šviesai reikia laiko sužadinti sudėtingą fermentų kaskadą, o ausyje garso banga veikia gryna mechanika. Akustinis slėgis virpina ausies būgnelį, judina klausos kauliukus (plaktuką, priekalą, kilpą), o kilpelė per prieangio langelį sukelia skysčio bangas vidinės ausies sraigėje. Šis skystis tiesiogiai palenkia Kortijaus organo plaukuotųjų ląstelių stereocilijas, o mechaninis mikrotempimas akimirksniu praveria jonų kanalus per mikrosekundės dalis. Garsinė transdukcija neturi jokių cheminių tarpininkų delsų.

Be to, klausos reflekso lankas yra tiesiogiai integruotas per smegenų kamieno branduolius (viršutinį alyvos kompleksą ir apatinį keturkalnio kalvelį), apeidamas ilgą sąmoningo vaizdo dekodavimo etapą žievėje. Evoliuciniu požiūriu klausa tūkstančius metų tarnavo kaip 360 laipsnių apsaugos radaras, veikiantis aklinoje tamsoje ir miego metu. Jeigu už mūsų protėvio nugaros tamsoje trakštelėdavo šaka, smegenys negalėjo gaišti 50 milisekundžių vaizdo analizei – kūnas privalėjo atšokti akimirksniu.

Donderso 1868 m. eksperimentai: paprastieji refleksai, pasirinkimas ir impulsų slopinimas

1868 metais olandų oftalmologas ir fiziologas Franciscus Cornelis Donders atliko tyrimus, padėjusius pagrindus kognityvinei psichologijai ir mentalinei chronometrijai – mokslui apie pažintinių procesų greitį. Iki tol manyta, kad žmogaus mintis yra nemateriali ir sklinda be jokio laiko intervalo. Dondersas paneigė šį mitą suformuluodamas tris eksperimentinius lygius:

A-reakcija (paprastasis refleksas): Vienas žinomas stimulas ir vienas išankstinis veiksmas (mūsų regimasis ir garsinis testai). Motorinė žievė yra iš anksto paruošta, nereikia jokio sprendimo.
B-reakcija (pasirinkimo reakcija): Keli galimi dirgikliai, kurių kiekvienas reikalauja skirtingo atsako (mūsų pasirinkimo testas: pamačius kairę rodyklę spausti kairėn, dešinę – dešinėn).
C-reakcija (Go / No-Go atranka): Rodomi keli dirgikliai, tačiau reaguoti leidžiama tik į taikinį (žalia), o pamačius trikdį (raudona) privaloma susilaikyti.

Atimdamas A-reakcijos laiką iš B-reakcijos laiko, Dondersas matematiškai apskaičiavo, kiek milisekundžių trunka žmogaus apsisprendimas. Kognityvinė psichologija vėliau tai apibrėžė Hick-Hyman dėsniu: RT = a + b * log2(n + 1), kuris įrodo, kad reakcijos laikas didėja logaritmiškai priklausomai nuo alternatyvų skaičiaus. Pasirinkimo teste jūsų smegenys negali laikyti piršto ant „automatinio gaiduko“: kaktinė žievė privalo identifikuoti kryptį ir suderinti rankos veiksmą, o tai prideda 80–130 milisekundžių kognityvinių sąnaudų.

Aparatūros vėlinimo mokestis: monitoriaus kadrų dažnis, pelės apklausa ir OS buferiai

Kai mūsų įrankis ekrane parodo 220 ms rezultatą, ši vertė nėra grynas jūsų biologinis refleksas. Nemažą šio laiko dalį „pavagia“ techninės įrangos grandinė tarp naršyklės kodo, operacinės sistemos ir monitoriaus skystųjų kristalų:

Monitoriaus kadrų atnaujinimo intervalas: Įprastas 60 Hz biuro monitorius naują kadrą pateikia kas 16,67 ms. Todėl naršyklės signalas tapti žaliai vidutiniškai laukia 8,33 ms buferyje, kol ekrano nuskaitymo spindulys fiziškai jį atvaizduos. 144 Hz monitoriuje šis laukimas sumažėja iki 3,47 ms, o 240 Hz skydelyje – vos iki 2,08 ms.
Pikselių reakcijos laikas (GtG): Skystųjų kristalų molekulėms IPS ar VA panelėse reikia 1–5 ms, kad fiziškai pasisuktų ir iš tamsiai mėlynos virstų žalia.
Pelės USB apklausos dažnis (Polling Rate): Standartinė biuro pelė kompiuteriui koordinates praneša 125 Hz dažniu (iki 8,0 ms delsa). Žaidimų pelė su 1000 Hz dažniu praneša kas 1,0 ms, sutaupydama iki 7 ms ties kiekvienu paspaudimu.
Klaviatūros kontaktų virpėjimo (Debounce) filtrai: Mechaniniuose jungikliuose susiduriant metaliniams kontaktams kyla parazitinis vibravimas. Valdiklio mikroschema privalomai laukia 5–15 ms, kad įsitikintų stabiliu kontaktu ir neįvestų dvigubos raidės.

Cirkadiniai ritmai, kognityvinis nuovargis ir sraigės riba

Žmogaus reakcijos greitis nėra fiksuota konstanta – jis nuolat kinta priklausomai nuo vidinio biologinio laikrodžio, nuovargio ir organizmo būklės. Tyrimai rodo, kad natūralus žmogaus refleksų pikas pasiekiamas vėlyvą popietę, tarp 16:00 ir 19:00 val., kai kūno temperatūra yra aukščiausia, o nervinių skaidulų laidumas – maksimalus. Tuo tarpu naktinis cirkadinis nuosmukis tarp 03:00 ir 06:00 val. prie reakcijos laiko prideda 50–90 papildomų milisekundžių.

Miego trūkumas smegenų refleksams daro triuškinantį poveikį. Išbuvus nemiegojus 24 valandas, reakcijos laikas prailgėja iki 350 ms ir daugiau. Eismo saugumo eksperimentai rodo, kad tokia būsena motorinės kontrolės požiūriu atitinka 0,8 promilės alkoholio koncentraciją kraujyje. Važiuojant 100 km/val. greičiu, automobilis per sekundę nuvažiuoja 27,7 metro. Reakcijos pailgėjimas vos 120 ms stabdymo kelią prailgina 3,3 metro – atstumu, kuris dažnai skiria sėkmingą sustabdymą nuo tragiško smūgio.

Reakcijos laiko testas – refleksų ir reakcijos greičio matuoklis

Susiję įrankiai (Mokslas ir inžinerija)