Система распознавания и система локализации

Положение о том, что локализация объекта и его распознавание — качественно различные задачи, подтверждается данными, согласно которым эти задачи выполняются различными участками зрительной коры. Распознавание объектов зависит от того отдела зрительной системы, в который входит воспринимающая зона зрительной коры (это первый пункт приема зрительной информации в коре), а также участок, находящийся около нижней части коры полушарий. Локализацией же объектов занимается отдел зрительной системы, в который входит воспринимающая часть зрительной коры, а также участок коры рядом с верхней частью мозга (рис. 5.1). Эксперименты с нечеловекообразными обезьянами показали, что если разрушить отдел распознавания в зрительной системе животного, то оно все еще сможет выполнять задачи, связанные с восприятием пространственных отношений между объектами (например, когда один предмет находится перед другим), но не сможет выполнять задачи, требующие различения реальных предметов, — например, отличать куб от цилиндра; если же разрушить отдел локализации, то животное сможет выполнять задачи, где требуется отличить куб от цилиндра, но не справится с задачей, в которой надо определять взаимное расположение предметов (Mishkin, Ungelleider & Macko, 1983).

В более современных исследованиях для подтверждения существования раздельных систем распознавания и локализации объектов в мозге человека были применены методы компьютерной томографии. Наиболее часто применяется позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), о которой рассказывалось в гл. 2. Вспомним ее основной принцип. Пациенту в кровоток впрыскивается радиоактивный краситель, затем его помещают в ПЭТ-сканер и задают разные задачи. ПЭТ-сканер показывает рост радиоактивности в некоторых участках мозга, что указывает на увеличение кровотока в этих участках. Предполагается, что участки, где кровоток больше, участвуют в выполнении текущей задачи.

В одном из исследований с использованием ПЭТ испытуемым давались две задачи: одна — тест на узнавание лиц, т. е. задача на распознавание, а другая — тест мысленного вращения, который предположительно связан с локализацией. В задаче на узнавание лиц испытуемому в каждой пробе предъявлялась целевая картинка, а под ней — два тестовых изображения лица. На одном из тестовых изображений было то же лицо, что и на целевой картинке, но в измененной ориентации и при другом освещении; на другом — лицо другого человека. Испытуемый должен был решить, на какой из тестовых картинок изображено то же лицо, что и на целевой картинке (рис. 5.3а). При выполнении этой задачи наблюдался рост кровотока в распознающем отделе коры (ветвь, оканчивающаяся у основания коры), чего не наблюдалось в отделе, отвечающем за локализацию (ветвь, оканчивающаяся у вершины коры). В задаче с мысленным вращением результаты были совсем другими. Здесь испытуемым в каждой пробе показывали целевую картинку, на которой была двойная линия, а на некотором расстоянии от нее — точка. Под целевой картинкой были две тестовые. На одной из них была та же конфигурация, что и на цели, но повернутая на определенный угол; на другой была конфигурация с другим расположением точки и линий (рис. 5.3б). При решении этой задачи у испытуемых наблюдался рост кровотока в отделе коры, отвечающем за локализацию, чего не наблюдалось в отделе, отвечающем за распознавание. Следовательно, процессы локализации и распознавания протекают в совершенно различных участках зрительной коры (Grady et al., 1992; Haxby et al., 1990).

Рис. 5.3. Задачи на распознавание и локализацию.Примеры рисунков, предъявлявшихся в задачах на сравнение а) лиц и 6) расположений точки (по: Grady et al., 1992).

Разделение труда в зрительной коре не ограничивается делением между локализацией и распознаванием. Оказывается, что разные виды информации, используемой при распознавании, — например, цвет, форма, текстура — обрабатываются различными участками или клетками распознающего отдела коры.

Аналогичным образом, различным видам информации, используемым при распознавании — форме, цвету и текстуре, — также соответствуют специализированные подотделы мозга, ответственные за их анализ (Livingstone & Hubel, 1988; Zeki, 1993). Таким образом, зрительная кора состоит из многочисленных «модулей переработки», каждый из которых специализируется на выполнении определенной задачи. Чем больше мы узнаем о нейрологическом базисе других сенсорных модальностей (а также о других психологических функциях), тем более правдоподобной представляется данная модель, предполагающая разделение труда между различными модулями переработки информации.

Локализация

Чтобы знать расположение окружающих предметов, первое, что надо сделать, — это отделить объекты друг от друга и от фона. Затем перцептивная система может определять положение объектов трехмерного мира, включая их удаленность и характер движения.

Сегрегация объектов

Изображение, спроецированное на сетчатке глаза, является мозаикой из элементов различной яркости и цвета. Перцептивная система каким-то образом организует эту мозаику в ряд дискретных объектов, выступающих на некотором фоне. Такого рода организацией весьма интересовалась гештальт-психология — направление в психологии, возникшее в Германии в начале XX века. Гештальт-психологи особую важность придавали восприятию целостных объектов или форм; они предложили ряд принципов, по которым мы организуем воспринимаемые объекты.

Фигура и фон.В стимуле, который состоит из двух и более различных участков, мы обычно видим одну часть как фигуру, а другую — как фон. Участки, видимые как фигура, содержат интересующие нас объекты: они кажутся более твердыми, чем фон, и видятся впереди фона. Это простейший вид перцептивной организации. Рис. 5.4а показывает, что организация по принципу фигуры и фона может быть обратимой. Если вы посмотрите на эту картинку несколько секунд, то заметите, что в качестве фигуры можете воспринимать вазу или два профиля. То есть один и тот же контур можно видеть как часть одного или другого объекта. Тот факт, что вы можете делать это сами, говорит о том, что организация фигуры и фона является не частью физического стимула, а результатом работы нашей перцептивной системы.

Рис. 5.4. Обратимость фигуры и фона.Три паттерна, на которых можно видеть либо белую вазу, либо два черных лица. Обратите внимание, что мы не можем видеть обе организации одновременно, даже если вы знаете, что обе они могут быть восприняты. Если белая область меньше по площади (а), вы скорее будете видеть вазу; если же меньшую площадь занимает черная область (б), вы скорее будете видеть лица.

Заметьте также, что лица и вазу невозможно увидеть одновременно. Вы «знаете», что можете увидеть каждое из этих изображений, но вы не можете «видеть» и то и другое изображение в один и тот же момент. Вообще говоря, чем меньше по размерам рассматриваемая область или форма, тем более вероятно, что вы сможете увидеть ее как фигуру. Это можно продемонстрировать, сравнив рис. 5.4а, б и в. Вазу легче увидеть, когда меньше по размерам белая область, а лица легче увидеть, когда меньше черная область (Weisstein & Wong, 1986).

На рис. 5.5 показан более сложный вариант обратимости фигуры и фона. (Заметим, что отношения типа фигуры и фона могут восприниматься не только зрительно, но и в других модальностях. Например, можно слышать пение птицы на фоне уличных шумов или мелодию скрипки на фоне звуков остального оркестра.)

Рис. 5.5. Невольничий рынок с исчезающим бюстом Вольтера.Обратимая фигура находится в центре этой картины Сальватора Дали (1940). Две монашки, стоящие под сводчатым проходом, превращаются в форму бюста Вольтера.

Группировка объектов.Мы не только видим объекты на некотором фоне, но и группируем их определенным образом. Даже когда мы смотрим на простые паттерны из линий или точек, они объединяются в группы.

В качестве примера посмотрите на матрицу из точек, показанную на рис. 5.6а. Эти точки расположены на равных расстояниях друг от друга, поэтому их можно видеть как организованные в ряды и колонки и даже по диагональным линиям. Таким образом, перед нами неоднозначный паттерн, сходный по своим принципам организации с изображенными на рис. 5.4 и 5.5. Только одну из организаций можно видеть в каждый момент времени, и периодически происходит переключение между этими организациями.

Рис. 5.6. Гештальт-детерминанты группировки.а) Точки, расположенные на равных расстояниях, могут зрительно восприниматься как ряды, колонки и даже диагонали. б) Группировка в колонки по смежности. в) Группировка в колонки по цветовому сходству. г) Группировка в колонки по сходству формы. д) Группировка по (вероятному) продолжению. е) Группировка по замыканию (контура).

Гештальт-психологи предложили ряд детерминант, определяющих группировку такого рода точечных паттернов. Например, если сократить расстояния между точками по вертикали, как на рис. 5.6б, вы скорее всего будете видеть колонки. Такой тип группировки называется группировкой по смежности. Если вместо изменения расстояний между точками мы изменим цвет или форму элементов, мы получим организацию точек на основе сходства (рис. 5.6в, г). Если мы переместим точки так, чтобы они располагались вдоль двух пересекающихся линий, мы получим группировку по вероятному продолжению (рис. 5.6д). А если мы с помощью линий, состоящих из точек, оградим замкнутое пространство, мы будем видеть группировку по замыканию (рис. 5.6е). Обратите внимание, что в последнем случае мы видим ромб, ограниченный двумя линиями, несмотря на то что данный паттерн может быть описан как хорошо знакомая нам буква М, отраженная зеркально по вертикали, или как буква К, отраженная по горизонтали. Этот факт свидетельствует о значительном влиянии гештальт-детерминант. Такие детерминанты помогают нам образовывать наиболее стабильные, согласованные и простые формы, возможные в рамках данного паттерна.

Современные исследования визуальной группировки показывают, что гештальт-детерминанты оказывают сильное влияние на восприятие. Так, например, в одной серии исследований визуальные цели, являвшиеся частью более крупных паттернов, основанных на смежности, было значительно сложнее обнаружить, чем те же формы, воспринимающиеся как расположенные отдельно от общей группы (Banks & Prinzmetal, 1976; Prinzmetal, 1981). В другой серии исследований цели, отличающиеся по форме и цвету от нецелевых изображений, оказалось легче обнаружить, чем более сходные с ними (Triesman, 1986). Даже сходство между различными нецелевыми изображениями оказывает значительное влияние: цели тем легче обнаружить, чем больше сходство между нецелевыми изображениями, что заставляет цели «выскакивать» из фона, как отличные от него (Duncan & Humphreys, 1989). Наконец, существуют стойкие иллюзии, связанные с гештальт-детерминантами; например, люди оценивают расстояния между элементами, составляющими визуальные группы, как меньшие, чем расстояния между элементами, принадлежащими к различным группам (Coren & Girgus, 1980; Enns & Girgus, 1985). Все эти данные свидетельствуют о том, что визуальная группировка играет важную роль в организации нашего визуального опыта.

Хотя перцептуальная группировка изучалась преимущественно на примере зрительного восприятия, аналогичные детерминанты группировки, по-видимому, существуют и для слухового восприятия. Группировка по смежности с очевидностью проявляется при слуховом восприятии (хотя в данном случае речь идет о смежности во времени, а не в пространстве). Например, четыре удара по барабану с интервалом между вторым и третьим ударом будут восприниматься как две пары ударов. Аналогичным образом, известно, что замыкание также играет важную роль в восприятии музыкальных тонов и более сложных стимулов (Bregman, 1990).