Основы психологии познания | Часть №1
Основы психологии познания | Часть №2
Основы психологии познания | Часть №3
Основы психологии познания | Часть №4
Основы психологии познания | Часть №5
Основы психологии познания | Часть №6
Основы психологии познания | Часть №7
✔️ СЕНСОРНО-ПЕРЦЕПТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ.
Начало переориентации психологических описаний восприятия на физиологическую терминологию и нейросетевые объяснительные модели было положено открытием нейронов-детекторов признаков стимуляции. Особую известность получила основанная на данных микроэлектродного отведения активности отдельных нейронов модель Д. Хьюбела и Т. Визела.
Согласно этой модели, на разных уровнях зрительной системы последовательно выделяются пятна, линии, углы, а затем и более сложные комбинации элементов контура.
Математическое моделирование описаний трехмерных сцен показало, что такие соединения могут выполнять разные функции, связанные с отнесением участков, ограниченных контурами, к одним и тем же или к разным предметам.
Пожалуй, наиболее известной формальной моделью распознавания в психологии до сих пор остается вычислительная модель зрительного восприятия Дэвида Марра (Магг, 1982).
Эта модель постулирует три этапа переработки зрительной информации:
- На первом этапе вычисляется грубое, но полное описание изменений яркости в локальных участках изображения (в вариантах модели используется также информация о движении и бинокулярной диспаратности). Описание строится в терминах алфавита типов изменения яркости: КРАЙ, ТЕНИ-КРАЙ, ЛИНИЯ, ПЯТНО и т.д., дополненных параметрами ПОЛОЖЕНИЕ, ОРИЕНТАЦИЯ, КОНТРАСТ, РАЗМЕР и РАЗМЫТОСТЬ.
(Марр назвал такое описание первичным наброском, поскольку оно выделяет контур и подчеркивает слабые изменения яркости, подобно тому как это мог бы сделать художник, делая набросок картины. По отношению к первичному наброску последовательно применяются операции группировки и различения, результатом чего является выделение фигуры (объектов) из фона).
- Описание формы выделенных из фона объектов осуществляется лишь на более поздних этапах восприятия. Первоначально строится так называемая «двух-с-половиной-мерная» репрезентация предметов. Речь идет о том, что предметы отчасти приобретают телесность, третье измерение, но при этом восприятие остается ограниченным определенным углом зрения, под которым мы их наблюдаем.
- Собственно трехмерная (3D) репрезентация предметов, не зависящая от специфической точки зрения, строится в последнюю очередь и связана с эффективной «упаковкой» информации в памяти.
Характер такой упаковки позволяет понять предложенная Марром гипотеза обобщенных цилиндров.
Согласно этой гипотезе, универсальными элементами «ментального конструктора» служат обобщенные цилиндры — цилиндрические элементы разных пропорций, размеров и ориентации. Спецификация формы предметов примерно соответствует микрогенетическому принципу перехода от глобальных к локальным системам отсчета.
К этой же группе моделей примыкает теория американского психолога Ирвина Бидермана (Biederman, 1987), предположившего, что зрительная система располагает целым алфавитом таких базовых элементов, которые он называет геонами.
Наряду с цилиндрами, этот алфавит включает еще несколько других простых форм, таких как конусы и параллелепипеды. Различные предметы могут составляться из разных элементов.
Психофизиологическая реальность подобных элементов не вполне очевидна.
Идеализированные компьютерные эксперименты обычно демонстрируют любопытный эффект постепенной «модуляризации сети»: нейронная сеть начинает распадаться на две автономные подсистемы, одна из которых занимается преимущественно выделением параметров местоположения объектов, а другая — анализом их фигуративных характеристик, критических для собственно распознавания.
Что соответствует уровневой организации восприятия и прямо напоминает два гипотетических механизма построения движений, а именно уровни пространственного поля С и предметного действия D, описанные в 1947 году H.A. Бернштейном.
- Специализацией более древней системы, или так называемого «амбьентного зрения» (от фр. ambiance - окружение), является динамическая пространственная локализация. Первая система расположена преимущественно в субкортикальных структурах.
- Вторая система, или «фокальное зрение», занимается идентификацией объектов.
Вторая система находится в коре и поэтому зависит от сохранности межполушарных связей.
Различие механизмов локализации и идентификации было установлено в последнее время также в слуховом восприятии. Аналогичные взаимодействия выявляются и при выполнении мануальных движений: при схватывании предмета сначала задается общее направление и расстояние (локализация), и лишь затем осуществляется приспособление пальцев к его форме и размерам (идентификация).
Недостаток большинства нейрофизиологических моделей распознавания состоит в том, что они односторонне подчеркивают геометрические признаки конфигурации, игнорируя предметный контекст. Предметность восприятия представляет собой не просто абстрактный философский или, например, идеологический принцип, а фактор, оказывающий влияние на результаты конкретных исследований.
Эксперименты с классификаций и идентификацией различных сенсорно-перцептивных признаков показывают, что нам значительно проще определять разные признаки одного и того же предмета (цвет, размер и форму), чем один и тот же признак (например цвет) такого же числа разных предметов.
Что можно сказать о взаимоотношении восприятия фигуративных и семантических характеристик объектов? Анализируя влияние семантики на наше восприятие, Фодор и Пылишин (Fodor & Pylyshin, 1988) связывают его с переходом от «восприятия» к «восприятию как» («perception us»).
Соответствующий зрительный эффект состоит в следующем. Адаптация к пространственной частоте синусоидальных решеток (известно, что в детекции такого рода стимулов участвуют специализированные нейроны) зависит не только от физической стимуляции определенной части поля зрения, но и от перцептивной организации в целом. Если часть заполненного адаптационной решеткой поля зрения перекрывается, то адаптация в этой локальной части окружения определяется тем, воспринимаем ли мы перекрытие как фигуру (то есть как предмет, выступающий перед непрерывным, образованным решеткой фоном) или же как отверстие в решетке.
Всякая новая идея о предмете «запускает» микрогенез восприятия сначала.
Перцептивное распознавание оказывается до определенной степени процессом уточнения не только фигуративных, но и семантических характеристик объектов. Если начальным этапом в первом случае является динамическая локализация в окружающем пространстве, то во втором — появление абстрактного представления о существовании объекта.
- Каким образом осуществляется выделение семантических признаков в восприятии?
- Какие следствия такое выделение имеет для процессов обработки собственно фигуративных признаков?
- В связи с первым вопросом мы уже отмечали, что речь идет о микрогенетическом процессе, причем опирающемся скорее на глобальные, чем на локальные характеристики объектов и сцен. Если учесть, что детальное предметное восприятие представляет собой относительно медленный процесс, требующий (как правило, после первоначальной пространственной локализации) участия фокального внимания, то «общий смысл», очевидно, может выделяться одновременно или даже раньше, чем большинство геометрических признаков. Время обработки (80—200 мс) соответствует промежуточным фазам микрогенеза восприятия. Иными словами, эти промежуточные фазы микрогенеза как бы отвечают на вопрос «На что это похоже?».
В последнее время появились модели обработки сложных реалистических изображений, показывающие, как, в принципе, может происходить столь быстрое выделение их общего семантического содержания. Оказывается, для этого достаточно использования нескольких относительно простых фильтров, работающих без обратной связи. Отсутствием обратных связей может объясняться высокая скорость обработки, а также то, что она оказывается возможной даже в условиях отвлечения внимания. Работая с частотным спектром изображений, не зависящим от точной пространственной локализации и идентичности отдельных объектов, эти фильтры позволяют оценивать зрительные сцены сразу по нескольким глобальным измерениям «протосемантики сцен»: «естественный—искусственный», «угловатый—гладкий», «открытый—закрытый» и т.д.
Конкретные изображения успешно кластеризуются в координатах подобного семантического пространства как примеры «морского берега», «городской сцены», «горного пейзажа» или, скажем, «интерьера дома».
Здесь важно еще раз подчеркнуть, что общее значение сцены может быть выделено до детального восприятия отдельных наполняющих ее предметов. Такая возможность быстрой семантической классификации осмысленных сцен, по-видимому, и обуславливает особую успешность их восприятия и запоминания. Дело в том, что быстрые и полностью однонаправленные, то есть осуществляемые в режиме bottom-up, процессы глобальной семантической классификации позволяют в рамках известной семантической категории (схемы, или фрейма) осуществлять направленную проверку идентичности вероятного предметного заполнения сцены. Они оптимизируют движения внимания при зрительном поиске, обеспечивают нужное шкалирование гранулярности внимания, позволяют предвосхитить вероятные особенности очертаний предметов и их пространственной локализации. Вместе с другими эффектами контекста, в частности, наряду с так называемыми прай-минг-эффектами, семантическая категоризация позволяет ситуативно модифицировать параметры априорной «заметности» тех или иных фрагментов сцены, существенно дополняя таким образом в предметной осмысленной среде действие классических факторов перцептивной организации.
- Второй поставленный выше вопрос имеет, прежде всего, философскую подоплеку: если конечный «перцепт» — это продукт наших знаний, ожиданий, умозаключений, то что же в нем от объективной действительности?
По мнению некоторых авторов, тяготеющих к философии диалектического материализма и/или к прямому реализму, семантика присутствует в объективном мире как один из его фундаментальных аспектов.
По терминологии А.Н. Леонтьева, это его «пятое измерение», наряду с тремя пространственными и одним временным. При такой постановке вопроса семантика не должна с необходимостью рассматриваться как искажающий восприятие фактор.
Кроме того, в когнитивных исследованиях стало общепризнанным представление о существовании не только статического, связанного со структурой семантических категорий декларативного знания, но и процедурного знания, которое имеет действенный характер и, включаясь в процессы познавательной активности, делает сенсорно-перцептивную обработку и проверку гипотез более эффективной.
Наиболее известной попыткой интеграции схематического знания и процессов восприятия является теория перцептивного цикла Улрика Найссера (1981).
Эта теория, по сути дела, сводится к изображенному на рисунке круговому взаимодействию окружения, знания («схем») и перцептивной активности.
В какой степени наше ожидание увидеть что-либо влияет на содержание восприятия?
«Общий смысл» ситуации влияет на решение многих других перцептивных задач, если они имеют выраженную «эндогенную» (причем не только когнитивную, но и эмоциональную) составляющую, как это происходит в случае целенаправленного зрительного поиска и обнаружения.
Хотя уже в исходном варианте компьютерной метафоры познавательные процессы трактовались как активное преобразование информации, сенсорным системам оставлялась роль пассивного интерфейса — своего рода проекционного экрана, сохраняющего в течение долей секунды картинку физического воздействия.
Благодаря теоретическим работам Гибсона и Найссера, а также первым масштабным исследованиям целенаправленной глазодвигательной активности, фокус действенной трактовки сдвинулся в область восприятия. Этот сдвиг был вызван и техническими проблемами, возникшими в когнитивной роботике. Доминирующим направлением здесь постепенно стало создание систем активного зрения, связанных с постоянным выбором фрагментов окружения для более углубленной обработки. Как оказалось, обработка по принципу «широко и глубоко» требует слишком большого количества вычислительных ресурсов и протекает недопустимо медленно.
Обследование окружения и выбор объектов для детальной обработки осуществляется с помощью движений головы и тела, на которые накладывается тонкий узор движений глаз.
Наиболее известной их разновидностью являются неоднократно упоминавшиеся выше саккады — чрезвычайно быстрые скачки баллистического типа, меняющие положение глаз в орбите и позволяющие выделять фрагменты сцены для последующей фиксации. Если фиксируемый объект движется, то глаза начинают отслеживать его в режиме динамической фиксации с помощью гладких, следящих движений. Если при этом меняется еще и расстояние между объектом и наблюдателем, то в небольшом диапазоне удаленностей (примерно до 3 м) к отслеживанию подключаются так называемые вергентные движения, более известные как конвергенция и дивергенция. Когда наблюдатель сам перемещается в пространстве, относительная неподвижность проекции окружения на сетчатку поддерживается с помощью нистагма: пилообразных движений, медленная фаза которых компенсирует собственное движение, а быстрая — возвращает глаза в исходное положение.
Для полноты картины отметим, что наши глаза во время фиксации не остаются неподвижными, а совершают мельчайшие микродвижения нистагмоидного типа.
Как движения глаз «встроены» в другие виды активности?
Рассмотрим это на примере неожиданного сильного события, скажем, падения предмета со стола. Сначала такие внезапные события затормаживают текущую активность и запускают перераспределение тонуса мышц, которое приводит к движению корпуса и головы — синергии поворота в сторону события. В ходе этого движения генерируется одна или несколько длинных саккад, направленных в критическую область, и только потом разворачивается фокальная обработка, ведущая к идентификации события. Фокальная обработка характеризуется сравнительно продолжительными фиксациями и саккадами небольшой амплитуды. Если связанные с событием объекты продолжают перемещаться в пространстве, фокальная обработка поддерживается следящими и вергентными (для близких расстояний) движениями глаз. Если случившееся событие носит локальный характер, типа упавшей со стола книги, то здесь окуломоторика тесно кооперирует с движениями рук, как это происходит при большинстве трудовых действий и операций. Коррелятом высокоамплитудных саккад является глобальное перемещение руки в пространстве. Зрительной фокальной обработке соответствуют движения кисти и пальцев, приспособленные к особенностям формы предметов.
В этих фазах развертывания ориентировочно-исследовательской активности легко узнать проявление работы уровней построения движений Н.А.Бернштейна, хотя сам он не занимался ни движениями глаз, ни восприятием. Речь идет о четырех описанных им уровнях — от А (простейшие защитные и ориентировочные реакции) до D (предметное действие).
Не случайно нейрофизиологические механизмы управления движениями глаз обнаруживают выраженную иерархическую организацию, включающую как субкортикальные (основание мозга, средний мозг, базальные ганглии), так и кортикальные (теменные и фронтальные) структуры.
Многие работы демонстрируют связь движений глаз с характером перцептивной и когнитивной обработки.
Один из традиционных вопросов в исследованиях восприятия состоит в том, в какой степени оно включает сенсомоторные компоненты и, возможно, определяется ими.
Накопленные на этот счет данные довольно противоречивы.
С одной стороны, имеется множество косвенных свидетельств влияния движения глаз и локомоции на восприятие. Об этом говорит, например, регистрация движений глаз при восприятии многозначных изображений. Обычно различным вариантам перцептивных интерпретаций в этом случае соответствуют несколько иначе расположенные узоры фиксаций, причем изменение характера движений глаз предшествует смене восприятия. Хотя речь идет всего лишь о корреляционных зависимостях, можно предположить, что с помощью частично находящихся под произвольным контролем движений глаз мы научаемся управлять восприятием таких изображений.
Вероятным фактором здесь является внутренняя, идеомоторная активность, позволяющая нам предвосхищать реальные действия и движения.
Возвращаясь к общему вопросу о связи восприятия и моторики, хотелось бы рассмотреть некоторые новые данные, свидетельствующие о возможности совершенно неожиданного ответа на этот вопрос.
Речь идет о группе экспериментов, в которых впервые была предпринята попытка сравнить параметры восприятия объектов, как они отражаются в нашем сознании, с тем, как они реконструируются по косвенным поведенческим признакам выполняемых нами двигательных актов.
Наиболее неожиданный результат этих экспериментов состоял в том, что «восприятие для действия», по-видимому, не имеет собственной памяти и в случае прерываний вынуждено опираться на данные имеющего доступ к памяти «восприятия для познания».
Параметры восприятия, выявляемые при выполнении действий, тем самым, скорее соответствуют представлениям Гибсона и его последователей о прямом, не опосредованном знаниями и мышлением характере перцептивного отражения, тогда как более созерцательное «восприятие для познания» — с его зависимостью от фокального внимания, памяти и субъективных состояний сознания — лучше интерпретируется в рамках представлений о перцептивном образе как внутреннем когнитивном конструкте.
Уровни восприятия.
Одним из наиболее удачных, на наш взгляд, является различение амбьентной и фокальной обработки. Это различение близко другим попыткам выделения двух уровней восприятия, таким как этапы локализации и идентификации, и несколько более специфично, чем классическое описание предвнимательной и внимательной фаз обработки.
Под «амбьентной обработкой» понимаются процессы глобальной ориентации в пространстве и локализации объектов. По-видимому, такой характер имеет вся субкортикальная зрительная обработка, так как ограниченное количество нейронов не позволяет решать более сложную задачу идентификации объектов. Примитивные формы восприятия пространственного окружения связаны с субкортикальными структурами, в частности, базальными ганглиями (стриатумом). Но перцептивная переработка пространственной информации существенна и для коры, где в этом отношении главным «специалистом» являются заднетеменные структуры (или так называемый «дорзальный поток»). Эти же структуры вместе с премоторными отделами коры участвуют в реализации того, что было названо выше восприятием для действия.
У восприятия, непосредственно включенного в действие, возможно, нет памяти в привычном смысле слова — оно функционирует в режиме «здесь и теперь».
Восприятие стабильного пространственного окружения также не связано с существованием сколько-нибудь детального, удерживаемого в памяти образа объектов. Вместо этого есть очень быстрый, требующий менее 100 мс процесс локализации самих объектов. Такое отсутствие опоры на память можно объяснить двояко.
С функциональной точки зрения «внешний мир — лучшая модель самого себя». С точки зрения нейроанатомических связей, перцептивная обработка в дорзальном потоке осуществляется в структурах, удаленных от механизмов, обеспечивающих эксплицитное запоминание, то есть от височных долей и расположенного непосредственно под ними гиппокампа.
Иначе обстоит дело с процессами фокальной, внимательной обработки, ведущими к детальному восприятию и идентификации предметов. Эти процессы вовлекают в основном регионы височных долей, расположенные ниже и несколько спереди от теменных долей коры. Этот «вентральный поток» переработки информации, с одной стороны, контактирует с гиппокампом и его окружением, а с другой — со структурами, обеспечивающими восприятие и порождение речи.
Перцептивная обработка опирается здесь не только на сенсорную информацию, но и на семантическую память и одновременно сама служит основой для формирования фиксируемых в памяти репрезентаций отдельных ситуаций и эпизодов. Таким образом, вентральный поток оказывается идеальным субстратом для того, что было названо выше «восприятие для познания».
Основные признаки двух зрительных систем:
Аналогичное разделение, как отмечалось, может быть проведено сегодня также по отношению к подсистемам слухового восприятия.
Данные говорят об уровневых взаимоотношениях между механизмами восприятия пространственного положения (уровень С) и восприятия предметов (уровень D). Подобные взаимоотношения наблюдаются при восприятии событий, когда развертывание познавательной активности осуществляется в режиме «снизу вверх». В этих случаях говорят также об использовании непроизвольного внимания.
Но вовлечение механизмов восприятия в работу часто происходит в противоположном направлении, так сказать «сверху вниз» (или в порядке «обратной иерархии», reverse hierarchy — Hochstein & Ahissar, 2002). Это типично для задач активного поиска, связанных, как принято говорить в психологии, с использованием произвольного внимания.
В чисто временном аспекте работа с информацией об индивидуальном предмете (скажем, «будильник?») может предшествовать тогда процессам пространственной локализации («на ночном столике»). Пространственный поиск может легко управляться и абстрактной семантической информацией более высокого уровня ? (например, при поиске «посуды»), а даже иметь ситуативно-творческий характер, включающий элементы мышления (уровень F).
Исследования раннего онтогенеза восприятия относятся к числу наиболее увлекательных глав экспериментальной психологии, нейрофизиологии и философии. Длительное время именно философские позиции определяли характер ведущихся по этой проблеме дискуссий.
Эмпирицисты, прежде всего Джордж Беркли, выдвинули тезис о полной неорганизованности ранних сенсорных впечатлений младенца, которые упорядочиваются только в ходе их ассоциации с моторными ощущениями. Эта точка зрения особенно сильно повлияла на психологию. В 19-м веке ее разделяли Гельмгольц и Джеймс, который писал, что окружающий мир представляет собой для новорожденного «bloomingboozingconfusion». Жан Пиаже — также по сути дела солидаризировался с данной точкой зрения. Он, в частности, высказал предположение, что до опыта двигательных манипуляций с предметами у младенца нет их восприятия как некоторых объективных, независимых от него сущностей.
Философским основанием для отрицания роли эмпирического, в частности двигательного, опыта в процессах восприятия были взгляды Канта на априорный, то есть существующий до всякого опыта характер наиболее общих категорий нашего рассудка, таких как пространство и время. Когнитивные исследования восприятия впервые позволили проверить справедливость этих взглядов на природу ранних перцептивных достижений.
Сенсорные возможности новорожденного сильно редуцированы — очень низка острота слуха и зрения, нет восприятия цвета, нет и достаточной бинокулярной координации, которая развивается в течение первых 6 недель жизни. Наконец, предельно ограниченными длительное время остаются сенсомоторные возможности,так что, например, устойчивое схватывание предмета наблюдается начиная примерно с 4 месяцев. Вместе с тем, экспериментальные данные отнюдь не подтверждают тезис о полной неорганизованности самых первых восприятий. Напротив, вырисовывающаяся картина свидетельствует о поразительной перцептивной компетентности младенца уже в первые дни и недели жизни, особенно в отношении интермодального восприятия пространственного положения объектов.
Таким образом, многое в восприятии представляется врожденным, причем в плане самых общих категорий, таких как интермодальное пространство и постоянство существования предметов. Чувствительность к нюансам в пространственной области сочетается со слабостью в восприятии формы. В самом деле, регистрация движений глаз показывает, что в первые недели жизни младенец фиксирует лишь наиболее заметные элементы внешних очертаний предметов и лиц.
Поэтому предмет, положенный на другой предмет, несколько больших размеров перестает им восприниматься. Даже когда к концу первого месяца жизни младенец начинает фиксировать внутренние детали обращенного к нему лица, его интерес привлекают прежде всего глаза — независимо от того, сколько глаз находится на лице и как они распределены по его поверхности.
Это заставляет сделать вывод: описанная дорзальная система восприятия (уровень С, без его моторных компонентов) в большей степени готова к функционированию к моменту рождения, чем вентральная система (уровень D), которая дозревает и, возможно, отчасти формируется в течение первого полугодия жизни.
При такой широкой трактовке можно сохранить представление о том, что перцептивное развитие происходит в русле осуществляемой активности, которая «проявляет» и усиливает существующие задатки, но, правда, тем самым иногда ограничивает их спектр.
Первые недели и месяцы жизни являются критическим периодом в развитии восприятия, когда формируются его основные нейрофизиологические механизмы. Однако пластичность восприятия сохраняется на годы и десятилетия, о чем свидетельствуют эксперименты на адаптацию к сенсорным искажениям.
Адаптация к сенсорным искажениям, по-видимому, осуществляется прежде всего в рамках той заднетеменно-премоторной подсистемы восприятия, которая была названа выше «восприятием для действия».
В соответствии с данными о раннем онтогенезе мы можем предположить, что не только моторные акты сами по себе, но и в особенности жтенциональные, в том числе речевые действия, выполнение которых может быть поддержано другими лицами, существенны для становления и перестройки перцептивных механизмов.
Начав с анализа восприятия новорожденных, естественно кончить упоминанием изменений восприятия в старческом возрасте. Исследования показали, что на этом возрастном сегменте наблюдается неожиданный рост корреляции интеллекта, памяти и внимания с простейшими показателями работы сенсорных систем, такими как острота зрения и слуховая чувствительность.
Поскольку эта зависимость является корреляционной, ее объяснение пока остается загадкой. Возможно, она объясняется уменьшением количества ресурсов внимания — этот общий фактор начинает лимитировать успешность решения как перцептивных, так и когнитивных задач. Другое объяснение состоит в том, что ослабленные зрение и слух превращают простейший акт восприятия в сложную когнитивную задачу. Возможно также, что внешний мир должен во все большей степени использоваться как источник поддержки ослабленным когнитивным механизмам. В частности, ухудшение произвольной памяти может вести ко все более выраженной опоре на воспринимаемое предметное и социальное окружение, выполняющее функцию своеобразной «внешней памяти».
/Величковский Б. | "Когнитивная наука: Основы психологии познания"/
Продолжение следует.
Journal information