Психофизиологические механизмы интеграции признаков в зрительном восприятии

На правах рукописиЕдренкин Илья ВладимировичПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫИНТЕГРАЦИИ ПРИЗНАКОВВ ЗРИТЕЛЬНОМ ВОСПРИЯТИИСпециальность: 19.00.02 - Психофизиология(психологические науки)Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата психологических наукМосква – 2011Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего профессионального образования«Московский государственный университет имени М.В.

Ломоносова»Научный руководитель:Измайлов Чингиз Абильфазович –доктор психологических наук, профессор;профессор кафедры психофизиологиифакультета психологии ФГБОУ ВПО«МГУ имени М.В. Ломоносова»Официальные оппоненты:Греченко Татьяна Николаевна –доктор психологических наук;ведущий научный сотрудниклаборатории нейрофизиологическихоснов психики имени В.Б. ШвырковаУчреждения Российской академии наук«Институт психологии РАН»Пряжникова Елена Юрьевна –доктор психологических наук, доцент;профессор кафедры педагогической психологиифакультета психологии образованияГБОУ ВПО г. Москвы «Московский городскойпсихолого-педагогический университет»Ведущая организация:Учреждение Российской академии образования«Психологический институт»Защита состоится 9 декабря 2011 года в 15.00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.15 в ФГБОУ ВПО «Московскийгосударственный университет имени М.В.

Ломоносова» по адресу: 125009,г. Москва, улица Моховая, дом 11, строение 9, аудитория 215 .С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке МГУ имениМ.В. ЛомоносоваАвтореферат разослан 8 ноября 2011 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.15кандидат психологических наук,доцентЕ.Ю.

БалашоваОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Изучение процессов обработки информации взрительном восприятии является чрезвычайно значимой задачей для решенияфундаментальных задач психологии и для практики построения системмашинного зрения (Уинстон, 1978). Восприятие отдельных, простыхпризнаков зрительного стимула изучено уже достаточно хорошо, инейрофизиологическая основа этого процесса в целом ясна (Соколов, 2003).Однако интеграция этих отдельных признаков, которая необходима дляпостроения предметных образов, остается до конца не изученной (Treisman,1999). Фундаментальная проблема «связывания» различных мозговых систем,и в частности, проблема интеграции признаков в зрительном восприятии,являетсяоднойизнаиболееактивнообсуждаемыхвсовременнойпсихофизиологической литературе (Roskies, 1999; Schmidt, 2009).

На данныймомент не существует общепринятого решения проблемы «связывания», хотяпредставлен ряд конкурирующих гипотез. Проблема интеграции признаковтесно связана с более общей проблемой функциональной организациимозговой деятельности (Singer, 1999). Таким образом, выявление механизмовинтеграции признаков и восприятия сложных объектов является актуальнойзадачей для психофизиологии (Соколов, 2010).В векторной психофизиологии построены модели восприятия отдельныхпризнаков зрительного стимула – цвета, светлоты, ориентации линии.(Соколов, 2003).

Построение моделей восприятия сложных стимулов,интегрирующих эти и другие базовые признаки, является важной задачей дляразвития теории векторного кодирования информации в нервной системе(Измайлов, Соколов, Чудина, 2005).Методолого-теоретическойвекторногокодированияосновойинформациивработынервнойявляютсясистеме,теорияатакжеметодологический принцип «Человек – Нейрон – Модель» (Соколов, 2003).Методологияданногоисследования3сочетаетпсихофизиологическуюпарадигму анализа мозговой активности, основанную на многоканальнойрегистрации электрических процессов в головном мозге человека, а такжепсихофизическуюпарадигмуанализасубъективныххарактеристикиобъективных показателей процессов различения в сенсорной системе.В соответствии с выбранной методолого-теоретической основой работыв тексте используется ряд специальных терминов.

Здесь и далее под словом«признак» следует понимать любую характеристику зрительного стимула,различениекоторойпроизводитсяотдельныхпризнаковзрительнойосуществляетсясистемой.нейросетевымиРазличение«модулями»зрительной системы. Такие модули составлены из одного или нескольких«каналов» - параллельных путей анализа зрительной информации.

Омногоканальном модуле различения признака говорят, если в его составвходят несколько каналов, имеющих какие-либо функциональные отличиядруг от друга и совместно осуществляющих кодирование признака.В работе также используется такой конструкт теории векторногокодирования информации в нервной системе, как «сферический законнормировки векторов возбуждения». Суть сферического закона заключается втом, что длина вектора возбуждения, равно как и вектора связей, для любогонейрона является константой.Основной целью исследования является изучение мозговых механизмовинтеграциипризнаковвзрительнойсистемечеловеканаосновекомплексного психофизического и психофизиологического исследования.Объект исследования – процесс интеграции признаков в зрительномвосприятии человека.Предмет исследования – особенности мозговой организации процессовинтеграции признаков в зрительном восприятии человека.Задачи исследования:1.

Разработатьэкспериментальнуюфункционированиязрительнойпризнаков.4процедурусистемывпроцессеисследованияинтеграции2. Разработатьразличенияивалидизироватьстимуловновуюзрительнойметодикусистемой,исследованияоснованнуюнаиспользовании задачи зрительного поиска.3. Провести психофизическое исследование интеграции однородныхпризнаков (линий) в зрительной системе человека.4. Провести психофизическое исследование интеграции разнородныхпризнаков (ориентации линии и светлоты) в зрительной системечеловека.5.

Провести психофизиологическое исследование зрительной системы впроцессе интеграции признаков.Теоретическаягипотезаисследования:интеграцияпризнаковвзрительном анализаторе осуществляется нейронными сетями, организациякоторыхсоответствуетпринципамтеориивекторногокодированияинформации в нервной системе.Частные гипотезы:1. Интеграция однородных признаков (линий) при различении сложныхстимулов (трехлинейных фигур) осуществляется многоканальныммеханизмом, составленным из модулей, кодирующих различные видытрехлинейныхфигуриподчиняющимсясферическомузаконунормировки вектора возбуждения.2.

Интеграция разнородных признаков (ориентации линии и ее яркости)приразличениисложныхстимулов,обладающихдвумявышеперечисленными признаками, осуществляется многоканальныммеханизмом, составленным из модулей, кодирующих яркость иориентацию и подчиняющимся сферическому закону нормировкивектора возбуждения.3. Процессинтеграциипризнаковосуществляетсяспомощьювыдвинутымичастнымипривлечения мозговой системы внимания.Испытуемые.В соответствиистремягипотезами проведены три эксперимента.

В первом эксперименте приняли5участие 5 испытуемых, во втором эксперименте приняли участие 150испытуемых, в третьем эксперименте приняли участие 20 испытуемых. Всеиспытуемые имели нормальное или скорректированное зрение. Такимобразом, общее число испытуемых в данном исследовании составило 175человек (в возрасте 20-25 лет).Методы исследования:1.

Психофизическое исследование кодирования стимулов различнойсложностизрительнойсистемойчеловека(методпрямогошкалирования [Shepard, 1964; Измайлов, 1980], метод зрительногопоиска [Avraham, Yeshurun, Lindenbaum, 2008; Едренкин, 2009]).2. Психофизиологическое(электрофизиологическое)исследованиеособенностей мозговых процессов при осуществлении интеграциипризнаков в зрительной системе человека на основе использованияпотенциалов, связанных с событиями (Измайлов, Соколов, Коршунова,Чудина, 2004).Надежность и достоверность полученных результатов и выводовобеспечиваются применением методов регистрации и обработки данных,адекватных предмету и задачам настоящего исследования; организациейэкспериментовпсихологии,всоответствиисопсихофизиологииистандартамиэкспериментальнойпсихофизики;системностьюисследовательских процедур, использованием при обработке результатовсовременных статистических методов, отвечающих специфике эмпирическихданных, а также согласованностью полученных результатов с даннымидругих исследователей.Научная новизна исследования заключается в построении моделейразличения для сложных (составных) признаков.

Эти модели построеныпутем применения методов векторной психофизиологии для исследованияпроцессов различения сложной стимуляции, что осуществлено впервые.Также следует отметить применение новой психофизической методики,разработанной в рамках данного исследования и использованной в ряде6экспериментов (измерение различий между стимулами на основаниипоказателей эффективности решения задач зрительного поиска). Впервые врамках психофизиологической теории векторного кодирования информации внервной системе исследована интеграция однородных признаков (сочетаниялиний) и разнородных признаков (ориентация и яркость). Данные,полученные с помощью оригинальной методики зрительного поиска,открывают новую информацию, которая указывает на принципиальныеасимметрии процессов различения, осуществляющихся в зрительной системе.Теоретическая значимость исследования заключается в полученииновых сведений о психофизиологических механизмах интеграции признаковв зрительной системе человека.

На примере признаков пространственнойориентации и яркости рассмотренпринципиальнойвозможностииважный теоретический вопрос охарактеревзаимодействиямеждуотдельными признаками. Полученные данные позволяют более детальнорассмотреть проблему механизма объединения простых признаков в сложныйобъект, и это касается как интеграции однородных признаков (сочетаниялиний, образующих элементы контура предмета), так и разнородных(ориентации линии и ее светлоты).В настоящей работе проведено экспериментальное изучение восприятиясложных стимулов, на основании чего построены геометрические модели,отвечающиеположениямвекторнойпсихофизиологии.Разработанпсихофизический метод измерения различий между стимулами, основанныйна показателях эффективности их различения сенсорной системой привыполнениизадачзрительногопоиска.Показано,какимобразомосуществляется интеграция однородных признаков (сочетания линий) иразнородных (ориентации линии и светлота).Практическаязначимостьработызаключаетсяввозможностииспользования установленных закономерностей в системах машинногозрения для построения программных и аппаратных средств, осуществляющихраспознавание изображений.7Положения, выносимые на защиту:1.