Роль наблюдателя в распознавании паттерн

В этой главе мы уже затронули множество вопросов, связанных с распоз­наванием образов: теорию гештальта, принципы обработки "снизу-вверх" и "сверху-вниз", сравнение с эталоном, компьютерное моделирование опоз­нания паттернов, подетальный анализ, физиологические механизмы рас­познавания паттернов, сравнение с прототипом, когнитивные структуры, а также проблемы опознания букв, геометрических фигур, человеческих лиц и шахматных позиций. В большинстве этих тем было трудно отделить конкретные функции опознавания паттернов от других когнитивных сис­тем. Мы также рассмотрели влияние контекста и избыточной информации на распознавание паттернов и поняли, что оба эти фактора непосредственно участвуют в опознании сенсорных стимулов. Эти факторы и их связь с восприятием букв и слов будут более подробно рассмотрены в разделе, посвященном языку. Система памяти снова и снова всплывает на нашем горизонте. В распознавании паттернов участвуют несколько систем низ­кого уровня, таких как хранение зрительных ощущений, подетальный ана­лиз, синтез элементов и сравнение с прототипом. Но при опознании пат­тернов люди используют также ДВП. Мир в нашем естественном окруже­нии наполнен сенсорными стимулами, которые надо организовать и клас­сифицировать, чтобы распознать среди них какой-либо паттерн. Однако, стимулы сами по себе ничего не значат и существуют в примитивном виде, независимо от того, воспринимаем мы их или нет. Они приобретают значение только в результате анализа на высшем уровне — как составная часть паттернов. Вслушайтесь и всмотритесь в ваше непосредственное окружение. Что вы видите и слышите, какой запах или вкус чувствуете? Конечно, вы не воспринимаете бессмысленные и необработанные стиму­лы, хотя вам известно, что они воздействуют на ваши органы чувств. На самом деле вы ощущаете объекты, что-то для вас означающие. Звоня­щий где-то колокол, дерево за окном, ряды букв на этой странице, запах свежеиспеченного хлеба — все это примеры стимулов, которые по-насто­ящему наполняются смыслом не в возбуждаемых ими физических струк­турах, а в разуме человека при их опознании. И смысл этот возникает благодаря нашей памяти на подобные события, которая вводит непосред­ственные переживания в более обширную сферу реальности. Значение сенсорных стимул'ов обеспечивается воспринимающим субъектом.

Распознавание nammef

В одном из приключений Шерлока Холмса выдающийся детектив де­монстрирует свою способность точно описывать жизнь и привычки како­го-нибудь человека при помощи ряда блестящих дедукций, основанных всего на нескольких "ключевых" деталях, которые на самом деле являют­ся опорными признаками для памяти и ассоциаций. Эти признаки, равно доступные его компаньону доктору Ватсону, закодированы и структуриро­ваны разумом Холмса так, что эти дедукции ему самому — но не Ватсо­ну — кажутся "элементарными". Объяснив значение признаков, Холмс обращается к своему компаньону со словами: "Вы 'видите', но вы не 'Наблюдаете'!" Все нормальные люди "видят", но способность абстраги­ровать видимое в значимые паттерны в большой степени зависит от со­зданных ранее структур и знаний из прошлого опыта.

В главе, посвященной языку, мы обсудим в контексте информацион­ного подхода, как люди воспринимают и анализируют буквы и слова. В ней, как и в этой главе, мы убедимся, что от нашего прошлого опыта и способа его представления в памяти решающим образом зависит, что и как мы видим.

Краткое содержание

1. Существует несколько теоретических подходов к способности че­ловека идентифицировать и обрабатывать зрительные паттерны: гештальт-психология, принципы обработки информации "снизу-верх" и "сверху-вниз", сравнение с эталоном, подетальный ана­лиз, и прототипное сравнение.

2. Гештальт-психологи предположили, что восприятие зрительных паттернов организуется по принципам сходства, близости, направ-ленния, объективной установки, общей судьбы и прегнантности.

3. Опознание паттерна может начинаться с его частей, которые за­тем суммируются (обработка снизу-вверх), или с выдвижения на­блюдателем гипотезы, позволяющей опознать паттерн в целом, а затем — его составные части (обработка сверху-вниз).

4. Эксперименты показывают, что на восприятие объекта значитель­но влияют гипотезы, выдвинутые на основании контекста.

5. Идея сравнения с эталоном предполагает, что распознавание пат­терна происходит в случае точного совпадения сенсорного стиму­ла с соответствующей внутренней формой. Эта идея имеет теоре­тическое и практическое значение, но не может объяснить многие сложные когнитивные процессы, такие как способность правильно опознавать малознакомые формы и фигуры.

6. Принцип подетального анализа гласит, что распознавание паттер­нов происходит только после того, как стимулы будут проанализи­рованы по их элементарным компонентам. Эта гипотеза подтверж­дается результатами неврологических и поведенческих экспери­ментов.

7. Гипотеза формирования прототипов утверждает, что восприятие паттерна происходит в результате сравнения стимулов с абстрак­циями, хранящимися в памяти и служащими в качестве идеализи­рованных форм, с которыми сравниваются стимульные паттерны.

аружение и интерпретация сенсорных сигналов

В теории прототипов предложены две модели: модель центральной тенденции, утверждающая, что прототип представляет собой сред­нее из набора образцов; и м'одель частоты признаков, которая го­ворит, что прототип представляет собой некую форму или резуль­тат суммирования наиболее часто встречающихся признаков. 8. Распознавание зрительных образов человеком включает зритель­ный анализ на входном этапе и хранение информации в долговре­менной памяти.

Ключевые слова

модель частоты признаков

обработка по принципу "снизу-вверх"

обработка по принципу "сверху-вниз"

модель центральной тенденции

общая судьба

концептуально управляемая обработка

обработка, управляемая входными данными

направление

признак

подетальный анализ

объективная установка

паттерн

распознавание образов

преенантность

прототип

опознание по прототипу

близость

псевдо-память

сходство

сравнение с эталоном

аналитический парадокс

Рекомендуемая литература

Большая часть литературы, рекомендованной к Главе 2, существенна и для этой главы. Другие источники:

Reed. Psychological Processes in Pattern Recognition Uhr, ed., Pattern

Recognition

Lindsay and Norman. Human Information Processing

Murch. Visual and Auditory Perception

McBurney and Collings. Introduction to Sensation/Perception

Rock. The Logic of Perception.

Распознавание паттерне 1C

Многое ты Можешь наблюдать, просто глядя на это.

— Йог Берра

Каждому известно, что такое внимание.

— Вильям Джеймс

Внимание

Т^огда примерно сто лет назад Вильям Джеймс написал: "каждому из-Ххвестно, что такое внимание", он, тем не менее, дал следующее объяс­нение:

"Это когда разум, охватывает в ясной и очетливой форме нечто, в чем видится одновременно несколько возможных объектов или ходов мысли. Сосредоточение, концентрация сознания — вот его суть. Оно означает отвлечение от одних вещей ради того, чтобы эффективно работать с другими" (James, 1890, pp.403-404).

Сказанное Джеймсом, конечно, не означает, что нам известно все о вни­мании; это было не так в 1890 году, это не так и сегодня. Однако, благо­даря нескольким тщательно продуманным экспериментам по вниманию стало возможным как-то определиться по основным вопросам; за после- * дние десятилетия появилось несколько моделей, представляющих общую перспективу этой проблемы. Эта глава посвящена в основном исследова ниям внимания как составной части обработки информации человеком. Она поделена на три части: в одной рассматриваются обычные явления, связанные с вниманием; в следующей речь идет о моделях внимания и главных достижениях в этой области; а в последней обсуждаются про­блемы и модели внимания.

Мы будем использовать следующее очень общее определение внима­ния: концентрация умственного усилия на сенсорных или мысленных событиях. В исследованиях внимания рассматриваются четыре главных аспекта: пропускная способность и избирательность внимания, уровень возбуждения, управление вниманием и сознание. Мы рассмотрим каждую из этих-тем, но сделаем акцент на первой из них.

Многие современные теории внимания исходят из того, что наблюда­теля всегда окружают мириады признаков. Возможности нашей нервной системы слишком ограничены, чтобы ощущать все эти миллионы вне­шних стимулов, но даже если бы все они нами обнаруживались, мозг не смог бы их обработать, т.к. наша пропускная способность обработки ин­формации ограничена. Наши органы чувств, подобно другим средствам связи, работают вполне хорошо, если количество обрабатываемой инфор­мации находится в пределах их возможностей; при перегрузке происхо­дит сбой.

Современный подход к проблемам внимания возник в 1958 году, когда британский психолог Дональд Бродбент, сейчас работающий в Оксфор­де¹, написал в своей нашумевшей книге "Восприятие и коммуникация", что восприятие есть результат работы системы обработки информации с ограниченной пропускной способностью. В теории Бродбента существен­ным было представление, что мир содержит в себе возможность получе­ния гораздо большего количества ощущений, чем позволяют охватить перцептивные и когнитивные способности человека. Поэтому для того, чтобы справиться с потоком поступающей информации, люди избирательно направляют внимание только на некоторые признаки и "отстраиваются" от остальных. В настоящем обсуждении мы слегка расширим эти пред­ставления.

'Д.Бродбент умер в 1993г.— Ред.

Примеры конкурирующих стимулов

Когда мы рассматривали обнаружение сиг­налов (Глава 2), мы узнали, что наша спо­собность реагировать на некоторый сигнал частично зависит от того, насколько он "чи­стый", т.е. насколько в нем отсутствует шум или "конкурирующая" информация. Если вам случалось ездить на машине по Квебеку (провинция Канады, бывшая фран­цузская колония. — Прим, ред.), то вы очевидно заметили, что основные дорож­ные знаки содержат надписи и на английс­ком, и на французском языке.

Если вы обращаете внимание только на одну из надписей — скажем, на английс­кую,— вы проедете через сложную дорож­ную развязку без всяких проблем; но если вы будете раздумывать над таким состав­ным стимулом и переключать внимание с

ARRET STOP

одной надписи на другую, ваше путешб ствие может стать опасным.

Или представим себе туристическу! фирму, которая из стремления услужит клиентам выпустила календарь, где по. каждым числом стояло обозначение мар шрута:

При таком расположении двух наборо: цифр, зачастую сходной величины, можв' возникнуть напряженность и ошибка — на пример, какая из семерок означает"? янва ря, а какая — номер маршрута?

Долгое время думали, что можно уделять внимание одному признаку только за счет другого. Если мы попытаемся понять несколько сообще­ний одновременно, особенно однотипных, нам придется пожертвовать точ­ностью. Ведя машину, например, мы можем направлять внимание на до­рогу и одновременно слушать радио; но очень трудно одновременно на­правлять внимание более, чем на два признака, если они имеют одну мо­дальность,— например, два зрительных признака или два слуховых.

Наш повседневный опыт говорит нам, что мы больше уделяем внима­ния одним признакам окружения, чем другим, и что те признаки, на кото­рые мы обращаем внимание, как правило поступают в дальнейшую обра­ботку, а те, которые не удостаиваются его, могут не подвергаться даль­нейшей обработке. Каким признакам мы уделяем внимание, а каким нет— это зависит от определенного контроля за ситуацией с нашей стороны ("Обрати внимание, когда будет повтор этого момента, не вышел ли он за пределы поля") и от нашего долговременного опыта (при чтении техни­ческого отчета в поисках конкретного факта). Во всех случаях механизм внимания переключается на одни стимулы, предпочитая их другим, хотя из последних не все обязательно полностью исключаются из внимания:

Внима

А когда я в 80-м году ездила в Барселону...