Когнитивная нейропсихология восприятия

Изучение распада перцептивных функций дает важную информацию о структуре обслуживающих мозговых процессов и их локализации [Humphrey, Riddoch, 1987; Kosslyn et al., 1990]. В последнее время методика нейропсихологических исследований, традиционно использовавшая наблюдения и эксперименты на больных с локальными поражениями мозга, дополнилась техникой позитронно-эмиссионной томографии (PET) и магниторезонансного отображения (MRI), что дает возможность проводить строгие эксперименты на здоровых испытуемых. Первые результаты таких исследований дали впечатляющую объемную картину динамики мозговой активности в процессе выполнения перцептивных заданий [Posner, Raichle, 1994; Naatanen, 1992].

Основное допущение этого подхода - модулярность функций. Модули - это специализированные процессуальные мозговые единицы, получающие входную информацию и выдающие на выходе специфический ответ (см. [Fodor, 1983]). Выпадение какого-нибудь модуля ведет к утрате соответствующей функции. Взаимосвязь модулей образует "функциональную карту" мозга, наложенную на его анатомическую карту.

Нейропсихологические данные накладывают ограничения на "технологические" элементы, являющиеся базовыми для вычислительных моделей. Примером такого комбинированного подхода служит модель зрительного опознания и идентификации объектов, предложенная С. Косслиным и др. [Kosslyn et al., 1990]. Эта модель основывается на систематическом обследовании больных с агнозиями и постулирует существование ряда процессуальных подсистем ("центров"), организованных в соответствии с полученными данными. Она описывает функционирование процессов опознания у здоровых людей и в случае внесения в нее каких-то нарушений хорошо имитирует клинические формы мозговых дефектов. Модель доказала свои возможности по дифференцировке дефектов разной этиологии и способна выдавать рекомендации по типу диагностического задания, необходимого для выявления комплексного нарушения опознания.

Восприятие объектов

Развитием подхода к опознанию объектов на основе выделения их признаков явилась теория "Опознания по компонентам", предложенная И. Бидерманом. Он считает, что необходим небольшой набор простых форм, чтобы описать все многообразие зрительных объектов, наподобие фонем для опознания слов. В теории Бидермана [Biederman, 1989] выделяется алфавит из 24 таких форм - геонов (геометрических ионов), спецификой которых является их различие между собой независимо от точки наблюдения и устойчивость к зрительному шуму. Геоны представляют собой типичные фрагменты объектов, объединяющие смежные поверхности на основе параметра выпуклости. Рассмотренная И. Бидерманом [Biederman, 1987] четырехуровневая структурная модель дает представление об операциях, приводящих к идентификации геона. Акивизация образа геона служит началом для построения образа всего объекта. Остается неясным, однако, каким образом происходит объединение активированных геонов, поскольку они могут сконструировать несколько разных объектов.

Восприятие движения

Идея Дж. Гибсона о том, что структура перемещающегося перед глазом оптического потока является наиболее важным источником информации о движении наблюдателя, получила математическое оформление в работе Д. Ли [Lee, 1974]. Он показал, что в оптическом потоке содержится информация о направлении и расстоянии до цели, а также о времени ее достижения. Например, в процессе локомоции параметром удаленности внешнего объекта от наблюдателя служит отношение между расстоянием от центра оптической структуры до соответствующего элемента текстуры и радиальной сетчаточной скоростью этого элемента. Было продемонстрировано [Lee et al., 1982], что при выполнении прыжков в длину атлеты ориентируются именно на зрительные признаки для точного попадания ноги на доску отталкивания, поэтому они не выполняют стереотипных моторных программ. Во многих случаях, где требуется выполнить простые моторные реакции, нет необходимости оценивать такие параметры, как скорость, ускорение или расстояние, - достаточно иметь информацию о времени до столкновения, которую несет расширяющийся оптический паттерн.

Ряд исследователей (см. [Пик, Розенгрен, 1990]) высказывают предположение, что при редукции или полном отсутствии зрительной информации человек, старающийся выполнить двигательный акт, будь то локомоция или манипуляция, ориентируется на мысленную репрезентацию пространственных отношений. Эти мысленные репрезентации претерпевают в процессе движения те же трансформации, что и обычная зрительная сцена; тем самым обеспечивается достаточно высокая успешность выполнения заданий даже при минимальной зрительной информации о цели.

Широкий спектр современных исследований в области восприятия самодвижения представлен в книгах Р.Воррен и А. Вертхейм [Warren, Wertheim, 1990], Дж. Каттинга [Cutting, 1986], а также в обзоре X. Валлаха [Wallach, 1987].

Особым классом перцептивных событий является так называемое "живое" движение, т. е. движение, которое не может быть описано с помощью ригидных трансформаций элементов оптического потока [Гибсон, 1988; Johansson, 1973]. Примерами такого движения служат перемещения муравьев в муравейнике, походка, езда на велосипеде, лицевая мимика и т. п. [Bassili, 1978; Kruse, Stadler, 1991]. При изучении механизмов идентификации инвариантной структуры биологического движения широко используется метод "движущихся точек" (см. [Павлова, 1989]), когда экспонируется локальная информация от узловых точек структуры. Так, человеческая фигура может быть задана 8-9 светящимися точками, прикрепленными к основным сочленениям. Если при статическом предъявлении такой точечной структуры идентификации не происходит вовсе, то восприятие ее биологического движения приводит не только к выделению класса движущейся структуры (человек, животное, трава на ветру), но и к спецификации ее особенностей (тип локомоции, направление и скорость движения и т. д.). Более того, возможно даже опознать конкретного человека по его походке или мимике. Высказывается мнение, что выделение структуры и интерпретация при восприятии биологического движения являются процессами разного уровня (см. [Cutting, 1986; Johansson, von Hofsten, Jansson, 1980]).

Восприятие сцен

В цикле исследований, проведенных И.Джафаровым (Dzhafarov, 1992), сделана попытка построить формальную теорию трансформации метрики визуального пространства при восприятии движения. Эффекты сжатия расстояния между двумя зрительными объектами, двигающимися в > одном направлении и с одинаковой скоростью, обнаружены только в направлении движения как для неподвижного глаза, так и при свободном наблюдении. Установлены зависимости, связывающие величину этого эффекта со скоростью, а также с параметрами, влияющими на воспринимаемую скорость при фиксированной угловой скорости. В предлагаемой теории используется негалилеевские трансформации пространственно-временных координат движущихся зрительных объектов. Зрительные деформации в процессе движения являются сложной комбинацией геометрических трансформаций и изменений в распределении цвета/яркости, обусловленных зрительными механизмами взаимодействия и интеграции.

Интеграция сенсорной информации в процессе собственных движений наблюдателя продолжает оставаться в фокусе исследовательских интересов. Так, в двух обзорных статьях, посвященных данной проблеме [Bridgeman, Van der Heijden, Velichkovsky, 1994; Wertheim, 1994], делаются (хотя и с разных позиций) попытки по-новому рассмотреть механизмы, опосредующие переживание стабильности и движения видимого мира подвижным наблюдателем. Хотя обе теории не приемлют идею непосредственного восприятия Гибсона, они предлагают решения, которые принципиально не выходят за рамки классического подхода к проблеме, разделяющего источники объективной и эго-информации о движении. Как показало широкое обсуждение этих работ (опубликовано одновременно с основными статьями), замена Вертгеймом "эфферентного" сигнала на "референтный", учитывающий положение взора в координатах внешнего пространства, а также механизм "перекалибровки" сигналов пространственного перемещения взора в процессе каждой фиксации, предложенный Бриджменом с соавторами, оставляют тем не менее много открытых вопросов.

Ряд новых феноменов стабильности видимого мира был получен в цикле экспериментов, где использовали метод оптической трансформации зрительной обратной связи [Барабанщиков, 1997; Барабанщиков, Белопольский, Вергилес, 1980;

Белопольский, 1978а]. Оказалось, что при изменении нормального режима функционирования глазодвигательной системы, нарушавшем точностные параметры фиксационных поворотов, оставался широкий диапазон условий, при которых сохранялась стабильность восприятия. Более того, при реальной зрительной сцене этот диапазон был шире, чем при точечных световых стимулах, предъявляемых в темноте. Эти результаты, а также ряд других наблюдений [Белопольский, 19786; Петров, Зенкин, 1976] не укладываются в рамки как классической иннервационной теории, так и ее современных модификаций.

Вариантом метода трансформации зрительной обратной связи является привязанное к движениям глаз манипулирование параметрами изображения на экране дисплея. Развернувшиеся в рамках этой методической парадигмы исследования суммированы в книге, изданной под редакцией К. Рэйнера [Eye movements..., 1992]. В исследовании Дж. МакКонки и К. Курье [McConkie, Currue, 1996] в момент скачка глаза на заданный на картине объект смещали либо сам этот объект, либо фон, оставляя объект неподвижным, либо фон вместе с целевым объектом. Оказалось, что лучше всего замечается движение цели, хуже - движение фона вместе с целью. На основании этих и других экспериментов авторы выдвинули новую теорию стабильности видимого мира, где решающая роль принадлежит процессам пространственной ориентировки в зоне будущего объекта фиксации. Данный метод позволяет проводить и хронометрический' анализ пространственного распределения перцептивных ресурсов при рассматривании реалистичных сцен. Для этого используется техника "движущегося окна" или "движущейся скотомы" [Van Diepen, de Graef, Van Rensbergen, 1994; Van Diepen, de Graef, d'Ydewalle, 1995].

Список литературы

Арбиб М. Метафорический мозг. М.: Мир, 1976.

Барабанщиков В.А. Окуломоторные структуры восприятия. М.: ИП РАН, 1997.

Барабанщиков В.А., Белопольский В.И., Вергилес Н.Ю. Оптические методы трансформации зрительной обратной связи//Психол. журн. 1980. Т. 1. ,

Белопольский В. И. Исследование глазодвигательной системы в условиях варьирования величины зрительной обратной связи//Движение глаз и зрительное восприятие. М.: Наука. 1978а. С. 84-117.

Белопольский В.И. О механизмах стабильности видимого моря при ограничении поля зрения// Движение глаз и зрительное восприятие. М.: Наука, 19786. С.. 171-182.

Белопольский В.И. Селективное внимание и регуляция движений глаз//Психол. журн. 1985. N 3. С. 56-73.

Бауэр Т. Психическое развитие младенца. М.: Мир,1979.

Бахман Т.К. Психофизиология зрительной маскировки. Тарту: Изд-во ТГУ. 1989.

Величковский Б.М. Современная когнитивная психология. М.: МГУ, 1982.

Венгер Л.А. Восприятие и обучение. М.: Просвещение. 1969.

Вундт В. Очерк психологии. М.: Изд-во И.Н. Кушнеков и Ко.1897.

Гибсон Дж. Экологический подход к зрительному восприятию. М.: Прогресс, 1988.

Гиппенрейтер Ю.Б. Движения человеческого глаза. М.: МГУ. 1978.

Грегори Р. Л. Глаз и мозг: Психология зрительного восприятия. М.: Прогресс, 1970.

Гуревич Б.Х. Движения глаз как основа пространственного зрения и как модель поведения. Л.: Наука, 1971.

Движения глаз и зрительное восприятие/Под ред. Б.Ф. Ломова и др. М.: Наука, 1978.

Завалишин Н.В., Мучник И.Б. Модели зрительного восприятия и алгоритмы анализа изображений. М.: Наука, 1974.

Запорожец А.В., Венгер Л.А., Зинченко В.П., Рузская А. Г. Восприятие и действие. М.: Просвещение, 1967.

Зинченко В.П., Вергилес Н.Ю. Формирование зрительного образа. М.: МГУ, 1969.

Зинченко В.П.. Ломов Б.Ф. О функциях движения руки и глаза в процессе восприятия//Вопр. психологии. 1960. № 1. С. 29-41.

Колеркс П. Некоторые психологические аспекты распознавания образов//Распознавание образов: Исследование живых и автоматических распознающих систем. М.: Мир, 1970. С. 16-87.

Леонтьев А.Н. Ощущения и восприятия как образы предметного мира//Познавательные процессы: Ощущения, восприятие. М.: Педагогика, 1982. С. 32-50. Леонтьев А.Н. Проблемы развития психики. М.: АПН РСФСР, 1959.

Линдсей П., Норман Д. Переработка информации у человека. М.: Мир, 1974.

Логвиненко А.Д. Зрительное восприятие пространства. М.: МГУ, 1981.

Марр Д. Зрение: Информ. подход к изучению представления и обработки зрительных образов. М.: Радио и связь, 1987.

Митькин А.А. Системная организация зрительных функций. М.: Наука, 1988.

Найссер У. Познание и реальность. М.: Прогресс, 1981.

Натадзе Р. Г. Экспериментальные основы теории установки Д.Н. Узнадзе//Психологическая наука в СССР. М., 1960. Т. 2. С. 114-167.

Носуленко В.Н. Психология слухового восприятия. М.: Наука, 1988.

Нотон Д., Старк Л. Движения глаз и зрительное восприятие//Восприятие: механизмы и модели. М.: Мир.1974.

Павлова М.А. Метод движущихся точек в исследовании зрительного восприятия событий/уПсихол. журн. 1989. Т. 10, № 6. С. 91-99.

Петров А.П.. Зенкин Г.М. Преобразования последовательного образа при движении наблюдателя. константность видимого поля и непредметные механизмы инвариантности//Физиология человека. 1976. Т. 2. С. 925-931.

Пиаже Ж. Генезис восприятия//Экспериментальная психология. М.: Прогресс, 1978. Вып. 6. С. 13-87.

Пик Г.Л.. Розенгрен К. Зрительное управление моторной деятельностью//Управление движениями. М.: Наука, 1990. С. 86-97.

Современная психология//Справочное руководство/Под ред. В.Н. Дружинина. - М.: "Инфра-М", 1999г.