Диссертация (1147492)
Текст из файла
1Cанкт-Петербургский государственный университетНа правах рукописиЖукова Ольга ВикторовнаЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕСТРОЙКИ КРУПНОМАСШТАБНОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА ПРИ РАСПОЗНАВАНИИ ЛИЦ В УСЛОВИЯХНЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ19.00.02 ― ПсихофизиологияДиссертация на соискание ученой степеникандидата психологических наукНаучный руководительдоктор медицинских наукпрофессор Шелепин Юрий ЕвгеньевичСанкт-Петербургский государственный университетСанкт-Петербург– 20172ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………..4ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………111.1 Психофизиологические механизмы распознавания лица…………………11Глава 11.1.1 Роль первичных каскадов обработки информации в задачахраспознавания лиц…………………………………………………………...1.1.2 Роль высших каскадов обработки информации в задачахраспознавания лиц…………………………………………………………...11171.2 Проблема неопределенности в задачах распознавания лиц………………23МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ…………………………………………….292.1 Психодиагностический метод………………………………………………292.2 Психофизический метод…………………………………………………….312.3 Метод функциональной магнитно-резонансной томографии…………….412.3.1 Первая серия фМРТ-исследования…………………………………...422.3.2 Вторая серия фМРТ-исследования…………………………………..482.3.3 Третья серия фМРТ-исследования……………………………………52Глава 22.4 Метод моделирования с помощью искусственной нейронной сетираспознавания мимики в условиях неопределенности …………………..56РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………………………………...603.1 Результаты психологической серии исследования……………………….603.2 Результаты психофизической серии исследования……………………….65Глава 33.2.1 Особенности распознавания изображений лиц в различныхусловиях неопределенности сигнала………………………………………663.2.2 Особенности распознавания изображений лиц в условиях высокойстепени неопределенности сигнала ……………………………………….783.3 Результаты фМРТ-серии исследований…………………………………….803.3.1 Результаты первой серии фМРТ-исследований……………………..803.3.2 Результаты второй серии фМРТ-исследований…………………….843.3.3 Результаты третьей серии фМРТ-исследований……………………923.3.4 Оценка изменения BOLD-сигнала…………………………………..953.4Результаты моделирования с помощью искусственной нейронной сетираспознавания мимики в условиях неопределенности ………………..1003Глава 44.1ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ…………………...Обсуждениепсихологическойипсихофизическойсерииисследования…………………………………………………………………4.2 Обсуждение результатов фМРТ-исследований…………………………..4.2.1Обсуждениевлиянияинструкциина103103104перестройкукрупномасштабной нейронной сети при распознавании лиц……………..1044.2.2 Обсуждение влияния эффекта вероятности повтора стимулов наперестройку крупномасштабной нейронной сети при распознаваниилиц…………………………………………………………………………….109ВЫВОДЫ………………………………………………………………………………….112ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………..113СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………114ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………………….1314ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования.
Исследование механизмов распознавания мимики всистеме межличностной коммуникации является важнейшей фундаментальной проблемойкогнитивных наук (Барабанщиков, 2002-2014; Михайлова, 2005; Bruce, 2000, 2012; Jenkins,2008, 2011; Korolkova, 2014-2016; Babenko, 2015, 2016; Burton, 2015, 2016; Freiwald, 2016;Young, 2016; Chernorizov, 2016). В нашем исследовании акцент сделан на распознавание лица впороговых условиях наблюдения (Кемпбелл, Шелепин, 1990; Campbell, Shelepin, 1989, 1992).Решение этой задачи имеет как теоретический, так и прикладной аспект. Уже несколько вековулыбка Джоконды Леонардо да Винчи - яркий пример мимических деформаций лица на порогевосприятия - представляет интерес для широкого круга специалистов.Необходимо отметить, что принятие решения о лице обеспечивается сложнымвзаимодействием «первичных» и «последующих, высших» уровней обработки информации взрительной системе человека.
Различная информация о наблюдаемой сцене или объекте, отмеханизмов рецепции до принятия решения и организации двигательного ответа, передается поразным каналам. Между всеми каналами на разных уровнях происходит взаимодействие, а необычная передача сигнала с каскада на каскад. Эти связи множественные и они оказываютважнейшее влияние на процессы классификации, распознавания, принятия решений иорганизацию двигательного ответа. Изменение целей, поставленные перед наблюдателем взадачахраспознаванияотдельныхсвойствизображения,вероятно,приводиткперераспределению активности в каналах, представленных в мозгу нейронными сетями.
Прирассогласовании взаимодействия каналов в зрительной системе могут наблюдаться различныенарушения. Так, пациенты с прозопагнозией могут распознавать только локальные признакилица и уже на основе данной информации идентифицировать человека, но интеграциюотдельных признаков в единый образ проводить не могут (Bouvier, 2005). При рассогласованиивзаимодействия каналов зрительной системы, когнитивных и эмоциональных путей обработкиинформации о лице может возникнуть синдром Капгра (Capgras, 1923) – избирательноеотсутствие эмоционального отклика на знакомое лицо при сохранении функций егораспознавания.Представляет интерес исследование закономерностей перестройки активности каналов,нейронных сетей при распознавании лиц в условиях неопределенности.
На семантическомуровне примером неопределенности может служить паттерн слабых мимических проявленийэмоций, например, мимика Джоконды. На физическом уровне примером неопределенностиможет служить помеха различной степени интенсивности, наложенная на изображение.Исследования распознавания в условиях неопределенности направлены наразвитие5современных нейротехнологий, которые представляют собой новый класс искусственныхнейронных сетей глубокого обучения, решающих практические задачи распознавания лиц.Данное направление находится на стадии своего активного развития, что требует решения рядазадачширокимфронтом,спривлечениемпсихологических,психофизических,психофизиологических и нейротехнологических методов исследования.Степень разработанности проблемы. В середине 1960-хх гг.
была разработанаконцепция о гностических нейронах, локализованных в нижневисочной коре и избирательнореагирующих на целостные объекты и (Konorski, 1967; Gross, 1972, 1973, 1992). Вначале 1980гг., в области дна верхней височной борозды мозга обезьян, были зарегистрированы откликигруппы клеток на изображения лиц. Было показано, что на целые лица и переменчивыеаспекты, данные группы клеток отвечали активнее в сравнении с другими типами изображений.Данные ответы изменялись и в случае наличия помех, которые сильно ухудшали возможностьвосприятия лиц (Perret et al., 1982, 1985; Rolls, 1986, 1987, 1992).
Далее, экспериментально былопоказано, что активность нейронов в данной области, определяется не только наличием в полезрения изображения лица, а весьма чувствительна к лицевой мимике. Было высказанопредположение, что эти нейроны оценивает направление взгляда, положение уголков губ, глаз,бровей, степень их изгиба и взаимного расположения частей лица, что важно для опознаниямимики (Haxby et al., 2000, 2011; Sarkheil et al., 2013). В области нижневисочной коры былитакже зарегистрированы специфичные реакции на изображения лиц, отличавшиеся по своейтопографии от реакций на изображения домов, мебели или букв (Tanaka et al., 1991, 1996, 1997,1998).
На основании полученных данных была построена схема строения нижневисочной коры,состоящей из сверхколонок нейронов, которые реагируют на разные вариации в изображенииодного объекта. Исследован механизм адаптации нейронов к изображению лица внижневисочной коре (Танака et al., 1991, 1993, 2003; Tsunoda, 2001). Показано, что происходитадаптация к семантике изображения, аналогично тому, как и на предыдущих уровняхзрительной системы, происходит адаптация к физическим признакам изображения, таким какяркость, цвет, ориентация, контраст, пространственная частота. В дальнейшем, к основнымзонам мозга, отвечающим за распознавание лиц, была включена так называемая «затылочнаяобласть лица» (occipital face area) в нижней затылочной извилине.В ней найденыстатистически значимые отличия ответов нейронов при восприятии изображений лиц, всравнении с другими объектами (Haxby et al., 2000, 2011; Ishai, 2008).
Значительное вниманиеисследователей было направлено также на изучение тех областей мозга, которыедемонстрируют синхронное изменение кровотока в различных условиях стимуляции (Raichle,2007). На этом основании получило развитие представление о крупномасштабных нейронныхсетях головного мозга человека. Были выявлены и описаны различные крупномасштабные6паттерны, которые играют важную роль в задачах распознавания лиц: «сеть зеркальныхнейронов», «ментальная сеть», «сеть эмпатии» (Михайлова, 2005; Raichle et al., 2001; Rizzolattiet al., 2001, 2010; Iacoboni, 2005; Panakhova, 2016). Нейрофизиологические основы пониманияорганизации данных сетей были заложены Б.
П. Бабкиным, который разработал концепцию о«временной связи» в нейронных сетях живых организмов (Бабкин, 1904). Результаты,полученные Б.П. Бабкиным, стали основой для развития современных нейротехнологий,которые представляют собой новый класс искусственных нейронных сетей (LeCun, 2004;Krizhevsky, 2012; Cadieu, 2014), технологий, являющихся продолжением работ середины 20века (Розенблатт, 1965; Hebb, 1949; Fukushima, 1982; Hopfield, 1982; Kohonen, 1982; Von derMalsburg, 2010).Цель исследования: психофизиологическими методами изучить пороги изменениямимики и поворота головы и закономерности перестройки крупномасштабных нейронныхсетей головного мозга человека при распознавании лиц в условиях неопределенности.Задачи:Провести теоретический анализ распределения активности крупномасштабных1.нейронных сетей головного мозга человека, обеспечивающих распознавание мимики впороговых условиях.Психофизическими2.методамивыявитьпорогираспознаваниячеловекоммимических выражений и поворота головы в зависимости от градации выраженности признака,уровняаддитивнойнекоррелированнойпомехииколичестваизмененныхпикселейизображения.3.Психологическими методами оценить роль тревоги как ситуативной переменнойу испытуемых при оценке изображений лиц в условиях высокой степени неопределенностисигнала.4.Психофизиологическимиметодами(функциональноймагнитно-резонанснойтомографии - фМРТ) определить структуру и функциональные особенности крупномасштабнойнейронной сети, обеспечивающей распознавания лиц; изучить закономерности перестройкикрупномасштабных нейронных сетей в зависимости от градаций выраженности мимики, приизменении инструкции и адаптации к повторным предъявлениям одного и того же лица.5.Сопоставить данные, полученные в психологической, психофизической ипсихофизиологической сериях исследования.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
