Проблема создания искусственных органов чувств

Результаты исследований, показывающих возможность пост­роения предметного образа при условии инверсии и реверсии сет-чаточных изображений, позволяют поставить очень важный во­прос. Если построение видимого мира может основываться на столь сильных искажениях, т.е. чувственная ткань образа способна оз­начиваться (опредмечиваться) на сильно искаженной сенсорной основе, то может быть возможно создать чувственный образ мира на другой чувственной основе?

В конкретном плане этот вопрос может быть сформулирован так: возможно ли зрение без сетчатки, а слух — без кортиева органа? Несмотря на необычность постановки вопроса, иссле­дования в области зрительного и слухового протезирования по­казывают, что эта задача может быть не только поставлена, но и решена.

Что касается слуховых протезов, то их создание давно уже ста­ло реальностью, и в ряде случаев электрические импульсы от слу­хового аппарата могут эффективно подаваться прямо к слуховому нерву и тем самым передавать такую квазисенсорную информа­цию, минуя структуры среднего и внутреннего уха. (Автору не раз приходилось встречать детей, которым успешно сделали необхо­димую операцию, и они стали неплохо слышать и нормально го­ворить.)

Существуют несколько способов возвращения зрения слепым людям, у которых отсутствует сетчатка. В той или иной степени все они возможны, и на современном уровне развития микро­электроники могут быть успешно реализованы. Для улучшения ориентировки незрячих создавались различные приборы — фото­фоны и ультрасоники, подающие звуковые и вибрационные сиг­налы о препятствиях. Однако большого распространения они не получили, поскольку создатели приборов не достаточно учитыва­ли психологические особенности восприятия незрячих людей. Че­ловек, лишенный зрения, ориентируется при помощи слухового анализатора. Слух его при этом крайне напряжен, и дополнитель-

ный анализ преобразованных в звуковые тоны световых сигналов лишь отвлекает, усложняя ориентировку и делая ситуацию более опасной.

Первый и наиболее прямой путь — это использовать принцип однозначной ретинотопической проекции светочувствительных кле­ток сетчатки на 17-е поле зрительной коры и давно известный феномен корковых фосфенов. Техническое воплощение этой идеи состоит в том, чтобы специальным электростимулятором раздра­жать корковые нейроны так, чтобы конфигурация появляющихся фосфенов однозначно соответствовала форме внешнего объекта. Таким образом, переживание световых вспышек слепым челове­ком будут той сенсорной информацией, на основе которой будет формироваться зрительное восприятие. В силу целого ряда техни­ческих и технологических трудностей, а также нерешенности не­которых нейрофизиологических проблем это направление проте­зирования зрения пока не получило широкого развития, хотя и были созданы опытные образцы аппаратуры.

Специальная титановая пластинка имплантируется в затылочную об­ласть коры головного мозга. На нее в виде слабых электрических импуль­сов разной интенсивности подаются сигналы со специального микро­процессора, который внешне напоминает сотовый телефон и крепится к поясному ремню. Он преобразует информацию, поступающую с ми­ниатюрной телекамеры, установленной на оправе очков, которая охва­тывает достаточно широкое поле зрения. Принцип работы видеопреоб-разующего устройства аналогичен работе естественной сетчатки: чем больше интенсивность света, воспринимаемая телекамерой в определен­ной точке пространства, тем интенсивнее соответствующая ей электро­стимуляция. В результате человек переживает световые вспышки, про­странственная локализация которых строго определена пространством объектива видеокамеры. Уже имеются отдельные наблюдения, подтверж­дающие, что за 1,5 — 2 мес незрячие научаются достаточно хорошо ори­ентироваться в пространстве.

Второй путь, по которому достаточно успешно продвигаются ряд зарубежных лабораторий — это попытка вживления в сетчат­ку силиконового чипа, на который должен передаваться сигнал с миниатюрной видеокамеры на очках человека, а также попытки имплантации в глаз искусственной кремниевой сетчатки¹. Один из вариантов проекта компьютерного протеза дан на рис. 125.

¹ Подобные исследования по созданию сетчаточных имплантантов проводят­ся в лабораториях Университета Дж.Хопкинса и Университета штата Северная Каролина (США), а также в известном американском научном центре — Масса­чусетсом технологическом институте, работающим совместно с инженерами и биологами Гарвардского университета. Подробную информацию о данной разра­ботке можно найти на сайте Ьир://Ыотес1.Ъго\Уп.ес1и/Соигзе5/В1108/ В1108_1999_Огоир5/У151оп_Теат/Ер1-ге11па1.Ыт.

Сетчатка

Имплантант

Область поврежденных фоторецепторов

Глазное яблоко

Фоторецепторы

Видеокамера

Лазер

«ПИШИ ДОМИН!

т

Электроды

Ганглиозные клетки

Рис. 125. Блок-схема компьютерного протеза сетчатки (по материалам сайта \УА\^.шнтегоЬи.есш)

Массачусетсские ученые обозначают цель своего проекта как разра­ботку силиконового чипа для его имплантации в глаз человека для вос­становления зрения у пациентов ретинальным пигментозом — основной причиной врожденной слепоты, а также у пожилых людей, страдающих дегенерацией глазодвигательных мышц, которая является основной при­чиной слепоты у основной части населения. Они полагают, что «видеть» — это относительное понятие, и в данный момент не ставят перед собой задачу дать человеку с искусственной сетчаткой возможность свободно читать книгу или газету. Их идея в том, чтобы человек с ретинальным протезом смог находить дверь в комнату, или идти по улице без посто­ронней помощи, или опознать выражение лица своего собеседника.

Еще один вариант компенсации потери зрения — это метод зрительно-тактильной замены, или кожного зрения, предложенный в 1970-е гг. американским исследователем П. Бах-и-Ритой и его соавторами [125]. Суть этого подхода заключалась в создании кож­ного зрения, когда зрительная информация, которую мог бы по­лучить незрячий человек, поступала к нему в виде тактильных ощущений, создавая зрительные образы.

Технически это выглядело так. На голове испытуемого закреплялась небольшая телевизионная камера, а распределение электрических сиг­налов, отображающих распределение интенсивности света в каждой точке пространства передавалось на матрицу, которая крепилась на груди или животе испытуемого и включала до 2 000 вибротактильных датчиков. Каж­дый датчик представлял собой миниатюрный вибратор, из которого на некоторую длину выдвигался металлический штырек и с определенной частотой наносил легкие механические удары по поверхности кожи. Ин­тенсивность удара кодировала яркость в соответствующей точке простран­ства, его частота и сила подбирались таким образом, чтобы возникаю­щие тактильные ощущения были достаточно комфортны и не вызывали адаптацию. Таким образом, изображение с телевизионной камеры ото-

бражалось на поверхность кожи испытуемого в виде соответствующего распределения вибротактильных ударов, создавая при изменении осве­щения пространственные узоры тактильных ощущений.

В контексте обсуждения проблемы предметности восприятия мы приведем результаты одного научного исследования, в кото­ром испытуемым был слепой от рождения аспирант Нью-Йорк­ского университета Г. Гварниеро. Материалы его наблюдений были опубликованы в американском журнале «Регсер1юп» в статье под названием «Опыт кожного зрения» [160].

Эти результаты очень важны, поскольку они показывают, что предметное зрительное восприятие у слепого человека может быть эффективно сформировано на иной сенсорной основе, и не так важно, получает ли он оптическую информацию посредством обычного зрения или кожного зрения. Важно другое — чувствен­ная ткань формирующегося образа должна однозначно отобра­жать пространственные характеристики объектов внешнего мира и их отношения. Кроме того, сам человек должен активно вклю­чаться в процесс построения нового для него «видимого» мира. Тридцать лет назад не было миниатюрных видеокамер и порта­тивной микропроцессорной техники, но уже тогда психологам стало ясно — проблема зрительного протезирования при отсут­ствии сетчатки может быть решена.

В первые часы адаптации ощущения испытуемого сводились лишь к легкому покалыванию и щекотке на поверхности кожи. Но через некото­рое время эти впечатления сменялись на отчетливые ощущения конфи­гураций, задаваемых матрицей, возникала способность опознавать не­которые простые фигуры, отличать вертикальные линии от горизонталь­ных. Г. Гварниеро настойчиво подчеркивал, что переживаемое качество ощущений нельзя было назвать тактильным, т.е. локализованным на месте крепления матрицы. Эти ощущения объективировались вовне, пережи­ваемый образ имел не тактильный, а зрительный характер. Воспринима­емые предметы приобрели «верх» и «низ», «правую» и «левую» стороны, однако в первый период адаптации они существовали в двумерном про­странстве, в котором отсутствовала глубина.

Определить, движется образ или нет испытуемый мог практически сразу, уже на основе ощущений, локализованных на коже. Но вначале он не мог обозначить причину перемещения паттерна, т.е. отличить дви­жение объекта от своих собственных движений. Сначала он сознательно ожидал перемещение паттерна в сторону, противоположную собствен­ному передвижению. Постепенно эта деятельность сворачивалась, авто­матизировалась и Г. Гварниеро просто переживал объект как неподвиж­ный, когда его сканировал телекамерой.

После того как достигалась стабильность видимого мира, испытуе­мый переходил к следующему этапу эксперимента — формированию симультанного, т.е. одномоментного опознания объекта вместо его пос-

ледовательного и продолжительного сканирования. Чтобы ускорить фор­мирование симультанного восприятия, экспериментаторы сначала на­зывали объект, затем экспонировали его на экран, предлагали ознако­миться с ним на ощупь. Однако, несмотря на предварительное осяза­тельное знакомство, Г. Гварниеро так и не научился зрительно опозна­вать объект, если он никогда раньше с ним не встречался.

В дальнейшем, для того чтобы приблизиться к реальным условиям работы зрительной системы, телекамера была оснашена трансфокато­ром — объективом с переменным фокусным расстоянием. С его помо­щью испытуемый мог произвольно увеличивать и уменьшать изображе­ние предмета. Г. Гварниеро очень быстро (понадобился лишь 1 час тре­нировки) научился судить об истинной величине объекта по изменяю­щейся величине его сенсорного паттерна. Эта перцептивная задача ана­логична проблеме дифференциации собственных движений от переме­щений объекта, поскольку увеличение паттерна может означать как экс­понирование большего объекта, так и изменение оптической силы объек­тива телекамеры.

Следующей ставилась задача на восприятие относительной и абсо­лютной удаленности. Овладение адекватным восприятием относитель­ной удаленности строилось на основе двух признаков — величине пат­терна объекта и перекрытия паттерна одного объекта паттерном другого. При этом объекты, контуры паттернов которых прерывались паттерна­ми других объектов, воспринимались им как более удаленные. Восприя­тие абсолютной удаленности происходило на основе таких признаков, как величина паттерна и его уровень над горизонтом. Те объекты, пат­терны которых располагались выше, воспринимались как более удален­ные. Интересно, что первоначально процесс овладения признаками уда­ленности проходил в форме развернутых осознанных умозаключений, затем сворачивался и возникало впечатление непосредственного восприя­тия. Таким образом, формирование восприятия абсолютной и относи­тельной удаленности носило характер ярко выраженных перцептивных действий.

После этого испытуемый должен был овладеть еще одной формой константности восприятия — перманентностью образа, так как объекты до этого все еще экспонировались в строго определенном и всегда по­стоянном положении на белом экране. Например, когда впервые Г. Гвар­ниеро увидел игрушечную лошадь не в профиль, а в фас, он не смог ее опознать. Для преодоления этих трудностей и научению способам кон­стантного восприятия формы, ему предлагались упражнения с вращаю­щимся диском, когда требовалось установить истинную форму объекта по эллиптическому паттерну. Однако полностью овладеть этой формой константности ему так до конца и не удалось.

Заключительная часть эксперимента была посвящена формированию координации «камера-рука», аналогичной координации «глаз —рука», без которых невозможна активная деятельность человека. Сначала испы­туемый учился опознавать и константно воспринимать части своего тела и особенно руки. Затем — попадать рукой в цель, схватывать предмет. И на этом трехнедельное обучение кожному зрению завершалось.

Описывая специфику кожного зрения, Г. Гварниеро подчер­кивал зрительный, а не тактильный характер образов: «Я исполь­зовал слово "видеть" за неимением лучшего. Как только я овладел навыками сканирования, то перестал чувствовать, что ощущения локализуются у меня на спине» [160, 104\. Зрительный характер образов подтверждали и проводившиеся при обучении экспери­менты, в ходе которых у испытуемых (в опытах также участвовали и другие люди) возникали типичные зрительные иллюзии. На­пример, была ярко выражена иллюзия водопада.

Подводя итог краткому рассмотрению проблемы создания ис­кусственных органов чувств, отметим, что результаты эмпири­ческих исследований, описанных в этой главе, свидетельствуют о широчайших возможностях адаптации нашего восприятия к раз­ным родам несоответствия между дистальным и проксимальным стимулами. По-видимому, для построения адекватного образа мира очень важно следующее: чтобы в ходе реальной деятельности че­ловека имело место закономерное соответствие между изменени­ем важных физических характеристик дистального стимула и из­менением параметров проксимального стимула. Или, используя термин Дж. Гибсона, изменения внешнего предметного мира были бы инвариантны изменениям стимульной энергии, попадающей на рецепторную поверхность. При этом не так уж важно, какой будет эта рецепторная поверхность. В силу активной природы на­шего чувственного познания в ходе предметной деятельности че­ловека происходит отображение указанных выше инвариантных изменений во внутреннем плане перцептивного образа, приобре­тая предметный характер и наполняясь личностным смыслом. Это отображение приобретает амодальный характер, становясь, таким образом, относительно независимым от своей рецепторной при­надлежности и сенсорной основы. Последнее, на наш взгляд, от­крывает широкие возможности для замены естественной рецеп­торной поверхности какой-либо искусственной.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Каково общепсихологическое значение проблемы предметности восприятия?

2. Сформулируйте основные феноменологические характеристики предметности восприятия. Приведите примеры.

3. Охарактеризуйте понятие А.Н.Леонтьева о пятом квазиизмерении.

4. Зачем психологу нужно ориентироваться в методологических прин­ципах системно-деятельностного анализа восприятия?

5. Дайте описание принципу объектной и предметной детерминации процессов психического отражения действительности.

6. Приведите примеры «работы» принципа опосредствования процес­сов психического отражения при исследовании сенсорно-перцептивных процессов.

7. Сформулируйте основные способы искажения сетчаточных обра­зов.

8. Какие основные результаты по исследованию адаптации к инвер­тированному зрению получены в экспериментальных исследованиях?

9. Дайте описание феномена структурного последействия или адапта­ционного последействия.

10. В чем суть методического приема смещения зрительного изобра­жения во времени?

11. Как работает псевдоскоп?

12. На каких эмпирических результатах основано правило правдопо­добия?

13. Почему результаты опытов Б. Н. Компанейского и В. В.Столина могут служить эмпирическим подтверждением предметного характера вос­приятия?

14. В чем состоит метод зрительно-тактильной замены?

Темы для эссе и рефератов

Значение методологических принципов системно-деятельностного анализа для эмпирических исследований ощущений и восприятия. Концепция образа мира в работах А.Н.Леонтьева и его школы. Эмпирические исследования инвертированного зрения. Эмпирические исследования псевдоскопического зрения. Проблемы и перспективы создания искусственных органов чувств.

Рекомендуемая литература

Хрестоматия по психологии. Психология ощущений и восприятия / под ред. Ю.Б.Гиппенрейтер, В.В.Любимова, М.Б.Михалевской. — М., 1999. - С. 403-410; 567-570; 571-584; 618-623.

Шыффман X. Ощущение и восприятие. — 5-е изд. — М, 2003. — С. 474— 478; 661-663.

Столин В. В. Исследование порождения зрительного пространствен­ного образа // Восприятие и деятельность / под ред. А.Н.Леонтьева. — М., 1976.-С. 186-192.

Грегори Р. Глаз и мозг. — М., 1970. - С. 222-239.

Логвиненко А. Д. Зрительное восприятие пространства. — М., 1981. — С. 74-89; 89-96.

Дополнительная литература

Восприятие и деятельность / под ред. А. Н.Леонтьева. — М., 1976. — С. 108-113; 192-199; 293-318.

Логвиненко А. Д. Зрительное восприятие пространства. — М., 1981. —

С. 53-73.

ГЛАВА 9 РАЗВИТИЕ ВОСПРИЯТИЯ

Эмпиризм и нативизм • Проблема врожденного-приобретен-ного в восприятии • Эмпирические исследования: опыт пациен­тов после удаления катаракты; сенсорная изоляция и депривация (опыты на животных); опыты со зрительным обрывом • Деятель-ностный подход к исследованию развития восприятия: экспери­мент А.Н.Леонтьева по формированию цветовой чувствительно­сти; дополнительные сенсорные признаки (К.В.Бардин); гипотеза уподобления А.Н.Леонтьева; эксперименты со стабилизирован­ным изображением на сетчатке; формирование перцептивных действий и системы сенсорных эталонов (А. В. Запорожец) • Раз­витие восприятия у слепоглухонемых детей

Вопросы развития восприятия имеют глубокие корни в истории философии и психологии, поскольку непосредственно касаются более общей проблемы роли врожденного и приобретенного, на­следственности и обучения в психическом развитии человека. В со­ответствии с тем, как решался вопрос о природе познавательных процессов, выделяют два направления — эмпиризм и нативизм. С по­зиций эмпиризма восприятие — результат научения, сознание человека уподобляется 1аЬи1а газа, предполагается, что прошлый опыт обогащает текущие ощущения, прибавляя им все большее

содержание. В философии этой точки зре­
ния придерживались Дж.Локк, Дж. Берк­
ли, Д.Юм. Среди психологов идеи эмпи­
ризма разделяли Г. Гельмгольц, В. Вундт,
Э. Титченер. Например, Джорджан Берк­
ли(1685—1753) в своем знаменитом
труде «Опыт новой теории зрения» ука­
зывал, что восприятие пространства есть
скорее акт суждения, основанного на
прошлом опыте, чем на ощущениях, по­
скольку в ходе приобретаемого опыта дух
постоянно соотносит ощущения, соот­
ветствующие различным положениям
глаз, с соответствующими расстояния-
Дж. Беркли ми до объектов. Как следствие этого,

возникает привычная связь между этими двумя видами идей. Тео­рии восприятия пространства и константности восприятия, пред­ложенные Г. Гельмгольцем или К. Коффкой, по сути являются вариантами рассуждений Дж. Беркли.

Нативистическая точка зрения предполагает, что некоторое знание дано от рождения, поэтому восприятие обусловлено врож­денными механизмами. В философии — это идеи, идущие от Пла­тона, Р.Декарта, Э.Канта, Г.Лейбница, в психологии эту точку зрения разделяли гештальтпсихологи У. Найсер, Ж. Пиаже, Н.Хом-ский.

Несмотря на некоторое сходство исследовательских интересов у психологов и философов, постановка вопроса у тех и других — различная. Как справедливо отмечал Р. Грегори, философы ставят вопрос так: «Можем ли мы знать что-либо до того, как осуще­ствилось восприятие?» [37, 208\. Психологи ставят вопрос иначе: «Можем ли мы воспринимать прежде, чем мы научимся тому, как воспринимать?» [там же].

Важность правильной постановки и рассмотрения вопроса о врожденном и приобретенном в восприятии обусловлена важно­стью решения ряда теоретических и практических проблем. Нуж­но ли развивать восприятие? Как развивать восприятие? Как вы­являть и использовать врожденные задатки? Что в восприятии «на­туральное», природное, а что культурное и социальное? Есть ли межкультурные особенности восприятия и в чем их причины?

В современной психологии используют несколько конкретных подходов к эмпирическому исследованию и теоретическому ос­мыслению проблем развития ощущений и восприятий.

1. Наблюдения за больными после удаления катаракты или не­врологическими больными в процессе восстановительного обуче­ния.

2. Исследования на животных в условиях сенсорной изоляции и депривации.

3. Исследования развития восприятия у младенцев.

4. Эксперименты, формирующие различные формы восприя­тия.

5. Психогенетические исследования.

Ниже мы опишем ряд конкретных исследований, проливаю­щих свет на поставленную проблему.