Контролируемая стимуляция
Теперь мы переходим к вопросу о влиянии специфического опыта на перцептивные способности. Чтобы получить на него ответ, исследователи систематически изменяли вид перцептивного опыта молодого организма и затем наблюдали, как этот опыт повлиял на последующее восприятие. Хотя обычно эти эксперименты были направлены на исследование научения, оказалось, что определенные вариации опыта индивидов иногда влияли и на врожденные процессы.
Отсутствие стимуляции.В самых первых экспериментах по контролируемой стимуляции ученые стремились определить, что получится, если выращивать животное при полном отсутствии зрительных стимулов. Они держали животных в темноте в течение нескольких месяцев после рождения, пока те не созревали достаточно для тестирования зрения. Идея экспериментов была в том, что если животные учатся восприятию, то, впервые увидев свет, они будут неспособны воспринимать что-либо. Результаты совпали с ожидаемым: шимпанзе, которых выращивали в темноте первые 16 месяцев, могли обнаруживать свет, но не могли различать паттерны (Riesen, 1947). Однако последующие исследования показали, что длительное выращивание в темноте не просто исключало научение: оно приводило к вырождению нейронов в различных частях зрительной системы. Оказывается, для поддержки зрительной системы необходимо некоторое количество световой стимуляции. При полном отсутствии стимуляции начинается атрофия нервных клеток сетчатки и зрительной коры (Binns & Salt, 1997; Moushon & Van Sluyters, 1981).
Вышеприведенные данные почти ничего не говорят о роли научения в развитии восприятия, однако они ценны сами по себе. В общем, если животного с рождения лишают зрительной стимуляции, то чем больше время депривации, тем сильнее ущерб. С другой стороны, закрывание одного глаза у взрослых кошек на долгий период не приводит к потере зрения этим глазом. Эти наблюдения привели к идее существования критического периода в развитии врожденных зрительных способностей; под критическим периодом имеется в виду этап развития, в течение которого у организма имеется оптимальная готовность к приобретению определенных способностей. Отсутствие стимуляции в критический для зрения период может навсегда испортить зрительную систему (Cynader, Timmey & Mitchel, 1980).
Ограниченная стимуляция.Исследователи больше не лишают животных стимуляции надолго; теперь их интересует, что будет, если предъявлять животному стимулы на оба глаза, но только определенного рода. Ученые выращивали котят в таком окружении, где они видели только вертикальные или только горизонтальные полоски. В результате котята становились слепы к полоскам той ориентации, которую они не видели (горизонтальным или вертикальным соответственно). А исследования с внутриклеточной регистрацией показали, что многие клетки зрительной коры у «горизонтально воспитанных» котят реагируют на горизонтальные стимулы и не реагируют на вертикальные, тогда как у «вертикально воспитанных» котят наблюдается противоположная картина (Blake, 1981; Moushon & Van Sluyters, 1981). Эта слепота вызвана вырождением клеток зрительной коры.
Разумеется, экспериментаторы не лишали нормальной зрительной стимуляции людей, но такое иногда происходит естественным образом или вследствие лечения. Например, после операции на глазу последний обычно закрывают. Если такое происходит у ребенка на первом году жизни, острота зрения в закрытом глазу снижается (Awaya et at., 1973). Из этого следует, что, как и у животных, у человека в раннем развитии зрительной системы существует критический период; если в этот период стимуляция ограничивается, зрительная система не будет развиваться нормально. У человека этот период намного длиннее, чем у животных. Он может длиться целых 8 лет, но наиболее уязвимыми являются первые два года жизни (Aslin & Banks, 1978).
Ни один из этих фактов не говорит о том, что восприятию надо учиться. Скорее они показывают, что определенного рода стимуляция существенна для поддержания и развития перцептивных способностей, имеющихся при рождении. Но это не значит, что научение не влияет на восприятие. Доказательством этому служит хотя бы способность к распознаванию обычных предметов. Тот факт, что знакомые объекты мы узнаем легче, чем незнакомые — например, собаку узнать легче, чем трубкозуба, — конечно же, объясняется научением (поскольку если бы мы выросли в таком окружении, где трубкозубы встречаются часто, а собаки редко, то легче узнавали бы трубкозуба, чем собаку).
Активное восприятие.Когда возникает необходимость координировать восприятие с моторными реакциями, научение играет важную роль. Это подтвердили исследования, в которых испытуемые получали нормальную стимуляцию, но им не давали нормально реагировать на эти стимулы. При таких условиях перцептивно-моторная координация не развивается.
В одном классическом исследовании, например, два выращенных в темноте котенка получили свой первый зрительный опыт в «кошачьей карусели», показанной на рис. 5.31. Активный котенок, двигаясь, катал на карусели пассивного котенка. Оба они получали одну и ту же зрительную стимуляцию, но только у активного котенка она была результатом его движений. И только активный котенок успешно научился сенсомоторной координации; например, когда котят брали и двигали в направлении объекта, только активный котенок вытягивал лапы, чтобы избежать столкновения.
Рис. 5.31. Как важно делать самостоятельные движения.Оба котенка получали примерно одну и ту же зрительную стимуляцию, но только у активного котенка она была результатом его движения (по: Held & Hein, 1963).
Сходные результаты были получены с людьми. В некоторых экспериментах людям надевали призматические очки, искажающие видимое положение объектов. Когда человек надевал такие очки, сразу после этого ему какое-то время было трудно дотягиваться до предметов и он на все наталкивался. Если человек продолжал носить их и старался при этом выполнять различные двигательные задачи, он адаптировался. Человек научался подстраивать свои движения под настоящее, а не под видимое положение предметов. С другой стороны, если такого человека сажали в инвалидное кресло, он не мог адаптироваться к очкам. Очевидно, для адаптации к очкам самостоятельные движения были существенны (Held, 1965).
Приведенные данные показывают, что мы рождаемся со значительными перцептивными способностями. Естественное развитие этих способностей требует нормального поступления сигналов от окружения в течение нескольких лет; значит, влияние внешнего окружения на первых этапах развития часто оказывается лучшим показателем врожденного, чем процессы научения. Но ясно и то, что научение также влияет на восприятие, что особенно наглядно, когда восприятие надо координировать с моторным поведением.
В данной главе, как и в предыдущей, приводятся многочисленные примеры взаимодействия психологических и биологических подходов. На протяжении этой главы мы рассматривали случаи, когда те или иные психологические функции выполняются специфическими клетками различных участков мозга. Мы видели, что специализированные клетки используются для восприятия движения и что различные отделы мозга ответственны за регистрацию зрительных признаков локализации, формы и цвета объектов. Другие отделы мозга участвуют в определении того, какие из этих признаков используются для контроля поведения и действий. Эти и другие примеры показывают нам, какую роль результаты биологических исследований могут играть в изучении психологических процессов.
Резюме
1. Изучение восприятия обращено к двум главным функциям перцептивной системы: локализации — определению того, где находится объект, и распознаванию — определению того, что это за объект. Исследователи восприятия интересуются также тем, как перцептивная система сохраняет постоянство видимых объектов, несмотря на изменения их изображений на сетчатке. Помимо этого, их интересует развитие способностей к восприятию.
2. Зрительная кора работает по принципу разделения труда. Локализация и распознавание осуществляются различными участками мозга, причем локализация опосредуется участком коры, расположенным выше, а распознавание — участком, расположенным ниже. Процесс распознавания далее подразделяется на отдельные модули, обрабатывающие, например, цвет, форму или текстуру.
3. Чтобы локализовать объекты, сначала надо отделить их один от другого, а затем организовать в группы. Первыми эти процессы изучали гештальт-психологи, предложившие различные принципы организации. Согласно одному из таких принципов, мы организуем стимул, подразделяя его на участки, соответствующие фигуре и фону. Другие принципы имеют отношение к основаниям, по которым мы объединяем объекты в группы, — это принципы близости, замкнутости и сходства.
4. Для локализации объекта надо знать его глубину. Полагают, что восприятие глубины обычно основано на признаках глубины. К монокулярным признакам относятся: относительная величина, перекрытие, относительная высота в поле зрения, линейная перспектива и параллакс движения. К бинокулярным признакам относятся: параллакс и диспарантность, где последняя возникает из-за того, что всякий предмет создает слегка различающиеся изображения на сетчатках левого и правого глаза. Для мнения о том, что человек строит выводы об удаленности на основе признаков глубины, есть альтернатива — представления Гибсона о непосредственном восприятии, при котором градиент текстуры обеспечивает прямую информацию о глубине объекта.
5. Для локализации объекта иногда надо иметь информацию о движении объектов. Восприятие движения может возникать при отсутствии движения изображения объекта на сетчатке глаза; один из примеров этого — стробоскопическое движение, при котором ряд быстро сменяющих друг друга неподвижных изображений вызывает впечатление движения; еще один пример восприятия движения при отсутствии движения объекта — индуцированное движение, при котором движение большого объекта вызывает кажущееся движение меньшего неподвижного объекта. Как показывают эксперименты с регистрацией активности единичных клеток и с избирательной адаптацией, восприятие реального движения, связанное с перемещением изображения объекта по сетчатке, осуществляют в мозге специальные клетки зрительной системы.
6. Распознавание объекта заключается в отнесении его к той или иной категории и основывается прежде всего на его форме. На предварительных этапах распознавания зрительная система снимает информацию с сетчатки и описывает объект по таким его признакам, как линии и углы; в зрительной коре нашли нейроны, обнаруживающие такие признаки (детекторы признаков). На завершающих этапах распознавания зрительная система сопоставляет это описание объекта с описаниями форм, хранящимися в памяти, для того чтобы найти наилучшее соответствие.
7. В большинстве исследований распознавания, изучавших этап сопоставления, использовались паттерны букв. Сопоставление можно объяснить с помощью многосвязной модели, или сети. На нижнем уровне этой сети находятся признаки, а на следующем уровне — буквы; возбуждающая связь между признаком и буквой означает, что этот признак является частью буквы, а тормозная связь означает, что данный признак не является частью буквы. При предъявлении буквы активируются некоторые признаки в этой сети, от которых передается возбуждение или торможение к буквам; буква, получающая наибольшую активацию, считается наилучшим соответствием входному сигналу. Сеть можно расширить, включив в нее уровень слов, и тогда можно объяснить, почему буква легче распознается в составе слова, чем когда она предъявляется отдельно.
8. Признаки форм у естественных объектов сложнее линий и больше похожи на геометрические фигуры, такие как цилиндр, конус, параллелепипед и клин. Ограниченный набор таких фигур позволяет составить достаточно много комбинаций, чтобы описать формы всех объектов, которые могут быть распознаны человеком.
9. Процессы распознавания по принципу «снизу вверх» управляются только самим входным сигналом, а процессы распознавания по принципу «сверху вниз» направляются знаниями и ожиданиями человека. За влиянием контекста на распознавание стоят процессы типа «сверху вниз», поскольку контекст создает соответствующие перцептивные ожидания, и если эти ожидания оправдываются, то для распознавания требуется меньше входной информации, чем обычно.
10. Избирательное внимание — это процесс, посредством которого мы отбираем те или иные стимулы для дальнейшей обработки и игнорируем остальные. В зрении основным средством направления внимания являются движения глаз. Чаще всего взгляд фиксируется на наиболее информативных частях сцены. Избирательное внимание существует и в слуховом восприятии. При избирательном слушании человек обычно использует такие признаки, как направление источника звука и особенности голоса говорящего. Способность к избирательному вниманию опосредуется процессами как на ранних этапах распознавания, так и на тех, которые начинаются только после определения значения сообщения.
11. Психологический акт выбора объекта внимания опосредуется двумя раздельными системами мозга. Задняя система (находится в задней части мозга) отвечает за отбор на основе локализации, а передняя система (в передней части мозга) опосредует отбор на основе других признаков, например формы и цвета. Исследования мозга при помощи ПЭТ-сканера показывают, что в участках мозга, ответственных за обработку того признака, на который направлено внимание, активность клеток усиливается.
12. Еще одной важной функцией перцептивной системы является сохранение постоянства видимого объекта, несмотря на существенные изменения в стимулах, получаемых органами чувств. Константность яркости имеет отношение к тому факту, что яркость объекта видится неизменной, независимо от количества отраженного им света; константность цвета означает, что объект видится примерно в том же цвете, независимо от того, какой источник света его освещает. В обоих случаях константность зависит от соотношения между элементами фона и самого объекта. Хорошо известны также константность формы и константность положения.
13. Из всех видов константности наиболее изучена константность величины; она заключается в том, что видимая величина объекта сохраняется относительно постоянной при разной удаленности его. Воспринимаемая величина объекта увеличивается вместе с его ретинальной величиной и его воспринимаемой удаленностью, — в соответствии с принципом инвариантности величины-удаленности. Так, если объект удаляется от наблюдателя, его ретинальная величина уменьшается, но воспринимаемая удаленность увеличивается, и эти два изменения компенсируют друг друга, чем и обеспечивается константность. Этот принцип объясняет некоторые иллюзии.
14. В исследованиях развития восприятия изучается то, насколько способность к восприятию является врожденной, а насколько она приобретается из опыта. Чтобы определить врожденные составляющие, изучается способность младенцев к различению объектов при помощи методов предпочтительного смотрения и привыкания. Острота зрения — решающий фактор распознавания — быстро возрастает в течение первых 6 месяцев жизни, а затем растет медленнее. Восприятие глубины начинает появляться примерно в трехмесячном возрасте, но полностью формируется только к б месяцам. Константность восприятия начинает развиваться уже в б месяцев.
15. У животных, выращенных в темноте, происходят необратимые нарушения зрения, а у животных, выращенных с одним завязанным глазом, этот глаз становится слепым. Взрослые животные не теряют зрения, даже если их лишают зрительных стимулов на долгое время. Эти данные говорят о существовании в начале жизни критического периода, во время которого отсутствие нормальной стимуляции приводит к нарушению врожденных перцептивных способностей. Если на раннем этапе жизни контролировать стимуляцию так, что стимулы определенного типа будут отсутствовать, то и люди, и животные становятся нечувствительны к стимулам, которых они были лишены; этот эффект опять-таки почти не связан с научением. Однако перцептивно-моторной координации надо учиться. И людям, и животным необходимы самостоятельные движения для развития нормальной координации.
Ключевые термины
восприятие
распознавание объектов
пространственная локализация
константность восприятия
бинокулярная диспарантность
агнозия
внимание
иллюзия
Вопросы для размышления
1. Как вы думаете, почему мозг решает многие проблемы, распределяя работу между специализированными участками мозга? Какими преимуществами обладает такой подход? Какие проблемы может порождать такое разделение труда?
2. Представьте, каким был бы ваш зрительный опыт, если бы вы внезапно перестали видеть движение, Какой вклад вносит восприятие движения в ваше согласованное ощущение мира?
3. Некоторые люди скептически настроены в отношении ценности изучения восприятия и поведения с позиций биологического подхода. Учитывая то, что вы узнали о зрении и визуально направляемом поведении, что вы могли бы возразить этим скептикам?
4. Как избирательное внимание помогает восприятию в повседневных жизненных ситуациях? Легко ли было бы водить машину в городе, в котором никто не обладает способностью к избирательному вниманию?
5. Какое влияние оказывает на работу художника или скульптора константность цвета и формы? Можете ли вы сказать, в каком отношении константы восприятия действительно делают задачу художника сложнее, чем она была бы при отсутствии константности?
Дополнительная литература
Многие из источников, перечисленных в разделе дополнительной литературы к главе 4, затрагивают и темы, обсуждавшиеся в этой главе. Подойдут и некоторые другие источники.
Общие вопросы восприятия: Kosslyn. Invitation to Cognitive Science (Vol.2): Visual Cognition, (2nd ed., 1995); Coren and Ward. Sensation and Perception (3rd ed., 1989); Rock. The Logic of Perception (1983). Особый подход Гибсона к восприятию глубины и движения, в частности, и к восприятию вообще представлен в: Gibson. The Ecological Approach to Visual Perception (1986). He менее оригинальный подход Mappa к восприятию с позиций когнитивной науки дан в: Marr. Vision (1982). Более популярное введение к некоторым работам Марра можно найти в первых главах книги: Johnson-Laird. The Computer and the Mind (1988).
Проблемы распознавания и внимания: Spoehr & Lehmkuhle. Visual Information Processing (1982). Изучение механизмов мозга, участвующих в распознавании: Farah. Visual Agnosia: Disorders of Object Recognition and What They Tell Us About Normal Vision (1990); Posner & Martin. (eds.), Mechanisms of Attention (1985). Новые достижения в сканировании мозга описаны в: Posner & Raichle. Images of Mind (1994). Подход к распознаванию и локализации с точки зрения многосвязных моделей изложен в двухтомнике более сложного уровня: Rumelhart & McClelland. Parallel Distributed Processing (1986).