Подходы к распознаванию зрительных паттернов
I. Гештальтпсихология: распознавание паттернов основано на восприятии целого стимульного образа. Отдельные части целостной конфигурации приобретают свое значение, находясь в составе целого. Принципы организации паттернов (рис. 3.6): а) близость: элементы, близко расположенные во времени или пространстве, имеют тенденцию восприниматься вместе; б) сходство: одинаковые элементы, входящие в одну структуру, имеют тенденцию восприниматься вместе; в) хорошее продолжение: элементы, образующие непрерывное плавное направление, имеют тенденцию восприниматься вместе; г) замыкание: фигуры, видимые не полностью, имеют тенденцию достраиваться в уме до полной фигуры [Андерсон, 2002].
Рис. 3.6. Принципы организации паттернов
II. Принцип обработки информации «сверху вниз» и «снизу вверх». Распознавание паттерна начинается с отдельных его частей, суммирование которых ведет к опознанию всего паттерна; либо распознавание паттерна ведет к опознанию его компонентов. Выбор системы распознавания зависит от наличия контекста.
III. Сравнение с эталоном: распознавание паттернов происходит при наличии совпадения сенсорных стимулов с соответствующей внутренней мысленной формой (эталоном), которых образуется большое количество в процессе приобретения жизненного опыта.
IV. Подетальный анализ: распознавание паттернов происходит после анализа элементарных свойств входных стимулов, т. е. прежде чем произойдет оценка информации зрительного паттерна в полном объеме, осуществляется минимальный анализ его составных частей (эксперименты Ярбуса).
Рис. 3.7. Черты лица, опознаваемые в контексте всего профиля (а), вне контекста опознать труднее (б). Однако если эти черты изобразить более полно и реалистично (в), они опознаются легче
V. Опознание по прототипу: распознавание паттерна происходит при наличии совпадения воспринимаемого паттерна с абстрактным или идеальным умственным паттерном. В долговременной памяти хранятся не конкретные эталоны и не детальные признаки многочисленных паттернов, которые человек опознает, а своеобразная абстракция паттернов, которая служит в качестве прототипа. Паттерн сопоставляется с прототипом, и при наличии сходства происходит его опознание.
Распознавание зрительных образов человеком включает зрительный анализ на входном этапе и хранение информации в долговременной памяти.
ЛЕКЦИЯ 3. ВНИМАНИЕ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ
Основные феномены внимания
Внимание – процесс сосредоточения сознания на объекте или информации.
Р. Солсо определяет внимание как концентрацию умственного усилия на сенсорных или мысленных событиях [Солсо, 2006].
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 мы могли обнаружить их все, мозг не смог бы их обработать, так как пропускная способность нервной системы ограничена. Наши органы чувств, подобно другим средствам связи, работают вполне сносно, если количество обрабатываемой информации находится в пределах их возможностей; при перегрузке происходит сбой.
Человек сталкивается с тем, что не может одним разом охватить весь окружающий его мир и себя самого. Что-то всегда выступает на первый план, что-то остается в тени, что-то на данный момент совсем отсутствует в сознании.
Представителями некоторых течений сам термин «внимание» был поставлен под сомнение или не употреблялся вообще, как, например, в бихевиоризме. Среди представителей гештальтпсихологии единого мнения по этому поводу не было. Некоторые исследователи доказывали влияние внимания на процессы восприятия [Келер, Адамс, 1976], другие отвергали его полностью [Рубин, 1976]. Экспериментальные исследования если и проводились, то с целью выяснения влияния внимания вообще на процесс восприятия.
В современной психологии феномены внимания разделяют на субъективные и объективные явления, сопровождающие акт внимания.
Объективные проявления внимания обнаруживаются на разных уровнях деятельности человека:
· на психофизиологическом уровне – это такие индикаторы, как биотоки головного мозга, состояние сердечно-сосудистой системы, особенности дыхания, микродвижения глаза и т. п.;
· на мышечном, двигательном уровне – это макродвижения тела и конечностей, установочные движения органов чувств (например, установка глаза на объекте внимания и т. п.);
· характерные поведенческие комплексы (поза внимания, поза невнимания), включающие специфическую мимику, жесты, повороты и наклоны головы и т. д.
Субъективные проявления, сопровождающие акт внимания, представлены:
· формальными характеристиками когнитивных содержаний сознания (ясность – смутность, отчетливость – расплывчатость, живость – неподвижность);
· характеристиками содержаний аффективной сферы (интерес – отсутствие интереса, удивление – безразличие и т. п.);
· характеристиками содержаний волевой сферы (напряженность усилий – отсутствие напряженности, активность – пассивность и т. п.).
Субъективно состояние внимания характеризуется разделением текущего опыта на две части: фокальную и периферическую. Феномен внимания связывают именно с фокальной частью, в которой объекты осознаются ясно, отчетливо, ярко и живо. При этом о ясности психических образов говорят в том случае, если в них различимы детали; об отчетливости – если образы резко выделяются среди прочих содержаний сознания; живость образов восприятия и памяти, находящихся в фокальной части сознания, обнаруживается в их сближенности, что создает эффект эйдетизма [Дормашев, Романов, 1999].
Одной из важнейших характеристик образов этой части сознания является их действенность. Она проявляется в том, что они обеспечивают единство и взаимосвязь всех актуально протекающих осознаваемых процессов. Неслучайно внимание называют «монархом сознания», поскольку именно оно организует поток актуальных мыслей, переживаний и действий человека.
Другой характеристикой фокальной области сознания является эмоциональная окраска объекта внимания. Так, например, длительное вниманиек любому объекту, по мнению некоторых психологов, вызывается и поддерживается благодаря процессу идентификации, вследствие чего данный объект становится позитивно или негативно значимым для человека.
Чарльз Тарт на основании такого понимания проводил следующий демонстрационный эксперимент: он ставил на стул посередине комнаты пустую сумку и просил всех участников эксперимента сосредоточить свое внимание на ней, попытаться идентифицировать себя с этим предметом, думать о ней как о своей любимой сумке, о которой следует заботиться, как о самом себе. Спустя несколько минут экспериментатор неожиданно сильным ударом сбивал сумку со стула. Это действие вызывало у всех участников эксперимента сильную аффективную реакцию – гнев, возмущение, у некоторых даже физическое ощущение боли [Тарт, 1996].
Вклад внимания в регуляцию поведения и деятельности человека обеспечивает такие эффекты, как увеличение продуктивности и качества деятельности, приобретение знаний, обеспечение бдительности и др.
Вместе с тем внимание может быть фактором дезорганизации деятельности. Примерами могут служить «развал» навыка при усиленном внимании к совершаемым действиям, феномен смыслового пресыщения, возникающий при непрерывной зрительной или слуховой фиксации на слове. Негативным следствием длительного произвольного внимания может стать утомление. В этой связи психологи отмечают, что невнимание не всегда является недостатком, порой оно служит желательным «предохранительным клапаном», который защищает сознание от информационной перегрузки.
Динамика и совокупность названных выше объективных и субъективных проявлений внимания в каждом отдельном случае образуют различные структуры состояний, видов и свойств внимания, например: состояния бдительности, концентрации; виды внимания – активное и пассивное, произвольное и непроизвольное; а также такие свойства, как способность к переключению, распределению и т. п.
Проявлением, противоположным вниманию, является невнимание. Феноменология невнимания представлена различными явлениями, среди которых наиболее известна и изучена рассеянность. Она понимается как неспособность внимания сконцентрироваться на объекте.
Имеющиеся данные позволяют дифференцировать состояние рассеянности, выделяя такие ее виды, как:
· истинная рассеянность, называемая также отупением или сонливостью. Ее признаки: преобладание вместо ясных восприятий и представлений неясных и смутных, уменьшение интеллектуального напряжения, фиксация взора в пустоту. Специальными техниками релаксации и медитации осуществляется контролируемое погружение в такое состояние;
· мнимая рассеянность, причина которой – глубокая внутренняя концентрация на объекте, в силу чего ее называют также «липким вниманием»;
· ученическая рассеянность, в основе которой лежит чрезмерная переключаемость, подвижность внимания, что дало ей название «порхающее внимание»;
· старческая рассеянность, возникающая в связи с плохой переключаемостью в сочетании с недостаточно активной концентрацией внимания.
Феноменология невнимания не исчерпывается названными видами рассеянности и может быть представлена:
· направленным невниманием, то есть сознательным игнорированием определенных объектов (мыслей, воспоминаний, ощущений, другого человека и т. п.);
· привычным невниманием– игнорированием повторяющихся, привычных событий (например, тиканья часов, давления одежды и т. п.).
Таким образом, понятие «внимание» объединяет множество разнообразных феноменов психики человека, что обусловливает многозначность его понимания.
Внимание и сознание
Проблема связи внимания и сознания начала разрабатываться в рамках философии, и, прежде всего, философии восточной. Именно в ней отмечается особое место внимания – как «концентрации», так и «правильного видения», «проникновения» – в достижении просветления, истинной божественной мудрости. «Просветленное сознание» невозможно без внимания. Неслучайно техника и практика медитации, основанной также на предельной концентрации сознания, складывается именно в восточной религиозно-философской традиции.
В психологии линия исследований, подчеркивающая связь между вниманием и сознанием, начинает активно развиваться во второй половине XIX века. Первое направление, в рамках которого началось систематическое экспериментальное изучение внимания, – классическая психология сознания. С тех пор в психологии сложился целый ряд разнообразных представлений о соотношении внимания и сознания, в которых вниманию отводятся самые разные роли.
Пожалуй, наиболее распространенное представление о внимании в современной психологии внимания – трактовка его как механизма доступа в сознание, который определяет, что из воспринимаемого и переживаемого нами в данный момент достигнет сознания и повлияет на наше поведение, а что может пройти мимо. Вопрос о том, что и почему остается за пределами сознания, занимает важное место в современной психологии внимания.
В классической психологии сознания было намечено еще несколько подходов к рассмотрению соотношения внимания и сознания. В одном из них сознание предстает как структура, подобная зрительному полю с фокусом и периферией, а внимание как часть сознания, его фокус, зона наибольшей ясности и отчетливости содержаний сознания.
Наконец, внимание может рассматриваться в качестве одного из свойств сознания или присущих ему особенностей. Это свойство – степень субъективной ясности находящихся в сознании впечатлений, которые в случае недостаточного внимания оказываются смутными, а в случае предельного внимания предстают перед человеком наиболее ясно [Фаликман, 2006].
Р. Солсо определяет сознание как знание о событиях или стимулах окружающей среды, а также знание о когнитивных явлениях (память, внимание, телесные ощущения) [Солсо, 2006].
Эндел Тулвингвыделил три разновидности сознания у человека:
1) аноэтичное («незнающее») сознание ограничено во времени текущей ситуацией; оно позволяет человеку фиксировать признаки окружения и реагировать своим поведением на данную обстановку;
2) ноэтичное («знающее») сознание позволяет человеку осознавать объекты, события и их взаимосвязь при отсутствии этих объектов и событий;
3) автоноэтичное («знающее о себе») сознание является наиболее сложным; оно необходимо для запоминания лично переживаемых событий [изл. по: Солсо, 2006].
Тем самым было указано на три основных объекта внимания.
Рассматривать сознание в контексте внимания имеет смысл потому, что оба они имеют одно общее свойство – ограниченную пропускную способность.
Человек избирательно направляет свое внимание на некоторую часть всех имеющихся признаков. Предполагается, что где-то в переработке информации есть «узкое место», частично обусловленное неврологическими возможностями. Исследования избирательного внимания и пропускной способности проводились на материале слуховых и зрительных сигналов.
Исследования К. Черрипозволили разработать экспериментальную процедуру, получившую название затенения(термин заимствован из техники живописи: оттенить что-либо означает выделить это из окружения).
При проведении указанной процедуры испытуемого просят повторить сообщение точно так же, как оно было предъявлено. Однако у экспериментов К. Черри была еще одна особенность: предъявлялись два слуховых сообщения одновременно – одно из них должно быть «оттенено», а другое проигнорировано. Иногда эти сообщения предъявлялись через наушники, иногда – через акустические системы, расположенные в разных местах.
В результате ученый обнаружил, что сообщение, которому не уделялось внимания, запоминалось намного хуже. Способность фокусироваться на одном сообщении является важным свойством человека, так как позволяет обрабатывать ограниченное количество информации и не перегружать механизм обработки [Солсо, 2006].
ЛЕКЦИЯ 4. ПАМЯТЬ: МОДЕЛИ, СТРУКТУРЫ, ПРОЦЕССЫ
Модели памяти
Никакая другая тема не изучалась когнитивными психологами более тщательно, чем память, именно исследования памяти определяли в первые дни когнитивной революции развитие когнитивной психологии. Тема памяти занимала важное место и в работах первых исследователей – Уильяма Джемса в Америке и Германа Эббингауза в Германии.
Герман Эббингауз (1850–1909) Уильям Джемс (1842–1910)
Маловероятно, чтобы Герман Эббингауз, давший первое научное описание экспериментов с памятью, мог предвидеть то влияние, которое его работа окажет на всю историю исследования памяти и научения. Г. Эббингауз решил выяснить, как формируется и развивается память. Его поиски ответа на этот вопрос требовали разработки такой задачи, которая была бы неизвестна испытуемому. Так он и решил использовать бессмысленные слоги: это не слова, а последовательности из трех букв. Результатом этих исследований стала кривая забывания, краевой эффект.
Хотя Г. Эббингауз и не достиг полного успеха в изучении памяти, это не отвратило Уильяма Джемса от намерения изучать ее строение. У. Джемс считал, что есть воспоминания, жизнь которых протекает мгновенно, в то время как другие оставляют неизгладимый след в памяти. Он различал непосредственную (первичную) память и косвенную (вторичную) память. Вторичная память– вместилище информации, однажды пережитой, но с трудом поддающейся извлечению. Первичная память никогда не покидает сознание и дает верное представление о только что воспринятых событиях [Солсо, 2006].
Позже, когда американскую психологию охватил интерес к научению у животных и человека, проблема памяти отошла на второй план. Исследования научения в первой половине XX века подняли вопрос о том, как сохраняется и преобразуется новая информация. На память обратили внимание экспериментальные психологи, которые сформулировали сложные теории умственных репрезентаций хранящейся информации. Одна из наиболее живучих моделей памяти, первоначально предложенная Уильямом Джемсом, подверглась существенной доработке. Согласно этой модели, природа памяти дихотомична: одна часть воспринятой информации поступает в память и затем теряется, а другая часть остается в памяти навсегда. Так возникли модели кратковременной и долговременной памяти.
Модель И. Во и Д. Нормана.Была разработана в 1965 году. В основе модели лежит деление памяти на первичную и вторичную, причем они независимы друг от друга. Первичная память имеет ограниченный объем, и информация в ней теряется не просто в зависимости от времени, но и за счет вытеснения «старых» элементов новыми. Первичная память удерживает вербальную информацию и позволяет осуществлять дословное воспроизведение.
Модель Р. Аткинсона и Р. Шифрина.Была разработана в 1968 году. Р. Аткинсон и Р. Шифрин заметили, что упрощенное понимание памяти не позволяет объяснить такие сложные явления, как внимание, сравнение, образы и т. д. Термином «память» они обозначили данные, подлежащие сохранению, а термином «хранилище» – структурный элемент, в котором эти данные хранятся. Модель Аткинсона и Шифрина предусматривает три хранилища информации: 1) сенсорный регистр (здесь входной стимул непосредственно регистрируется в соответствующей сенсорной модальности и либо теряется, либо передается дальше в обработку); 2) кратковременное хранилище (рабочая система, в которой входная информация затухает и быстро исчезает, за исключением ситуаций, когда она попадает в «буфер повторения», где может храниться дольше и передаваться в долговременное хранилище); 3) долговременное хранилище (информация, содержащаяся в нем, относительно постоянная, несмотря на то, что она может быть недоступна вследствие интерференции с входной информацией) [Кондаков, 2000].
Модель уровневой обработки Ф. Крэйка и Р. Локхарта. Была разработана в 1972 году. Входные стимулы, согласно этой модели, подвергаются ряду аналитических процедур на разных уровнях: 1) поверхностный сенсорный анализ; 2) подетальный анализ;3) механизмы распознавания паттернов и выделения значений; 4) формирование долговременных ассоциаций. У элемента, обработанного на глубоком уровне, меньше шансов быть забытым, чем у того, что обрабатывался на поверхностном уровне. Память здесь является, в сущности, побочным продуктом обработки информации, и сохранение ее следов прямо зависит от глубины обработки [Солсо, 2006].
Модель памяти Э. Тулвинга. Была разработана в 1995 году. В 2009 году Э. Тулвинг получил за свои исследования в области нейропсихологии памяти Международную премию Пастера – Вейцмана / Сервье. Он предложил модель организации памяти, состоящую из пяти систем: память оперативная, эпизодическая, семантическая, процедурная и пропозициональная.
Процедурная, низшая форма памяти сохраняет связи между стимулами и реакциями (ассоциативная память). Эта память связана с приобретением, сохранением и применением умений и навыков.
Семантическая памятьимеет дело с представлением знаний о мире, это память на слова, понятия, правила, абстрактные идеи.
Эпизодическая память связана с запоминанием лично переживаемых событий. Она подвержена изменениям или потерям информации, но она важна, поскольку составляет основу для опознания событий, людей и мест, встречавшихся в прошлом.
Также были выделены дополнительные типы памяти: оперативная (память на содержание) и пропозициональная память (память на намерения).
Таким образом, в настоящее время существуют разные модели памяти, которые позволяют глубже проникнуть в содержание этого процесса.
Структуры и процессы памяти
Сенсорная (сверхкратковременная) память.Впервые понятие сенсорной памяти как отличной от кратковременной памяти было введено Р. Аткинсоном под названием сенсорного регистра [Аткинсон, 1980]. Предполагалось, что для каждой модальности существует свой, строго специфичный регистр, где информация хранится непродолжительное время (от нескольких сот миллисекунд до нескольких секунд в зависимости от модальности). Далее информация пассивно перекачивается в КВХ. Исследованию сверхкратковременной памяти были посвящены работы В.П. Зинченко и его коллег по микрогенезу восприятия.
Кратковременная память. Через какую бы модальность информация не поступила к человеку – зрительную, слуховую, кинестетическую, обонятельную и т. д. – вся она попадает в кратковременную память. Кратковременная память представляет собой способность сохранять информацию (которая поступает из разных анализаторов или из долговременной памяти) и оперировать ею в течение короткого промежутка времени (от нескольких секунд до нескольких минут) после ее поступления. Для того чтобы материал мог быть сохранен в кратковременной памяти, необходимо, чтобы на него было обращено внимание. Типичный пример кратковременного запоминания – удержание в памяти телефонного номера, только что прочитанного в телефонной книжке. Цифры удерживаются в памяти, пока набирается номер, а затем «стираются». Поэтому кратковременную память иногда отождествляют с оперативной памятью.
Физиологическим механизмом кратковременной памяти является циркуляция возбуждения по реверберационным (нейронным) кругам. Реверберационные круги возникают в момент восприятия какой-либо информации. При переходе информации в долговременную память происходит упрочение, консолидация следа; при этом происходят химические изменения нейронов.
Первичная информация обрабатывается в кратковременной памяти и либо передается в долговременную память, либо отсеивается. Для того чтобы человек мог воспроизвести информацию, хранящуюся в его долговременной памяти, она предварительно должна быть переведена в кратковременную память. Пропускная же способность кратковременной памяти ограничена; она равна, как установил Д. Миллер, 7 ± 2 единицы информации. При этом единицы могут быть как более мелкими, так и более крупными. Благодаря этому человек может увеличивать объем информации, содержащейся в кратковременной памяти, переводя ее в более крупные единицы. Так, например, при запоминании изолированных букв будет запомнено 7 ± 2 буквы. При объединении букв в знакомые слова будет запомнено 7 ± 2 слова, что существенно увеличивает объем запомненной информации. Если между словами имеются смысловые связи, то они запомнятся в большем объеме. Когда слова оформлены в осмысленную фразу, то число запоминаемых слов – и тем более букв – резко возрастет, а количество запомненных фраз будет по-прежнему находиться в пределах 7 ± 2. Таким образом, ограниченность объема кратковременной памяти не препятствует запоминанию большого объема осмысленного материала, как вербального, так и образного [Яковлева, 1995].
Долговременная память.Работа с тонким срезом сенсорных событий, составляющих настоящее в непрерывном временном континууме, – это основная функция кратковременной памяти, а способность обращаться к прошлому и находить там информацию, необходимую для понимания настоящего, – это функция долговременной памяти.
Информация в долговременной памяти определенным образом организована. Извлечение конкретной информации происходит посредством вхождения в «сеть», способную вызвать другую относящуюся к делу информацию, пока не будет установлена связь с требуемой информацией.
Сеть хорошо структурирована и высоко практична. Новая поступающая информация не требует создания новой сети, вместо этого она записывается в существующую организацию (библиотечный поиск, по Бродбенту).
Объем и длительность хранения в долговременной памяти практически не ограничены. Определенную потерю воспроизведения можно отнести на счет интерференции – вмешательства другой информации, в результате которого блокируется воспроизведение старых следов памяти вследствие его неиспользования.
В долговременной памяти выделяется особая подструктура – сверхдолговременная память, которая включает в себя воспоминания, которым более трех месяцев [Солсо, 2006].