Векторное кодирование в зрительном поиске

Методика. Стимуляция. Испытуемый располагался на расстоянии 140 см перед CRT-монитором с диагональю 38,10 см, на котором предъявлялись стимулы. Угловой размер области стимуляции составил 12,4?. Три стимула равного размера (3?), расположенные в ряд по горизонтали, были отделены друг от друга двумя небольшими промежутками (1,1?), и отстояли от левой и правой границ экрана на 0,6?. По вертикали все три стимула имели среднее положение. Отличающийся (целевой) стимул находился либо в левой, либо в правой части ряда, два оставшихся стимула (дистракторы) были идентичны. Образец стимуляции представлен на рисунке 3.



Рисунок 3. Образец стимуляции. Целевой (отличающийся) стимул справа

Исследование проводилось в условиях темновой адаптации. Яркость всех стимулов была уравнена и являлась максимальной для данного монитора (около 100 кд/м2), использовался черный фон.

Испытуемому давалась следующая инструкция: «Вам будут предъявляться тройки полосок. Эти полоски различаются только по одному параметру - наклону. Две полоски имеют одинаковый наклон. Третья от них отличается. Степень различия может быть очень разной: от явной до подпороговой. Та полоска, которая отличается, находится либо в левой, либо в правой части экрана, но никогда не посередине. Ваша задача - как можно быстрее определить положение отличающейся полоски. Если Вы увидите отличающуюся полоску слева, нажмите на левую кнопку мыши; если Вы увидите отличающуюся полоску справа, нажмите на правую кнопку мыши. Изображения будут предъявляться на короткое время и быстро сменяться следующими, поэтому старайтесь отвечать как можно быстрее и не обращать внимания на возможные ошибки».

Испытуемые выполняли задачу поиска, в которой полоска с наклоном 45° по часовой стрелке по отношению к горизонтали являлась эталонным стимулом, то есть присутствовала во всех отдельных предъявлениях (попеременно в роли цели или дистрактора). Использовалось 6 переменных стимулов (полоски с наклонами 0°, 15°, 30°, 60°, 75° и 90° по часовой стрелке относительно горизонтали). Время предъявления одной «тройки» стимулов составляло 500 мс. Далее следовал черный фон вплоть до ответа испытуемого (нажатия им на левую или правую клавишу мыши). Через 1000 мс после ответа испытуемого предъявлялась новая «тройка».

Каждое возможное сочетание повторялось 25 раз для повышения надежности результата. Таким образом, всего в данном эксперименте осуществлялось 2?6?25=300 измерений.

В качестве измеряемых показателей были выбраны время реакции (интервал от момента предъявления до нажатия испытуемым кнопки мыши) и относительная частота правильных ответов для каждой данной пары «цель-дистрактор». Мы будем также называть эти два показателя обобщающим термином «показатели эффективности зрительного поиска». Будем считать, что эффективность зрительного поиска тем выше, чем меньше время реакции и больше вероятность правильного ответа.

Эксперимент был проведен на 10 испытуемых с нормальным или скорректированным зрением.

Результаты

Мы получили ряд показателей для каждого испытуемого: время реакции, реально нажатая клавиша (левая или правая), а также правильность ответа испытуемого (соответствие нажатой клавиши реальному местоположению целевого объекта). Эти показатели были представлены для всех 300 предъявлявшихся сочетаний стимулов для каждого из 10 испытуемых.

Обработка результатов

Сопоставление физических различий с показателями эффективности выполнения задачи зрительного поиска позволило проверить гипотезу о монотонности их взаимосвязи. Оказалось, что время зрительного поиска и число ошибок уменьшаются по мере роста различия в наклоне между эталонным стимулом (полоска с наклоном 45°) и переменным (полоски 0°, 15°, 30°, 60°, 75° и 90°). Связь между параметрами эффективности зрительного поиска и величиной различия между стимулами является монотонной. V-образные функции, отражающие связь используемых показателей эффективности зрительного поиска с физическим различием между стимулами представлены на рисунках 4 и 5.

Обсуждение результатов

Наличие установленного эффекта делает возможным построение методики измерения различий между стимулами, основанной на измерении параметров эффективности зрительного поиска. Попытка апробировать такую методику на достаточно полном наборе стимулов была предпринята в следующем исследовании.



Рисунок 4. Зависимость времени поиска от величины различия с референтным стимулом - полоской с наклоном 45°

Рисунок 5. Зависимость числа ошибок поиска от величины различия с референтным стимулом - полоской с наклоном 45°

§3. Эксперимент №2: детекция ориентации линий

В данном исследовании проводилось сравнение характеристик различения зрительной системой ориентационных полос в задачах зрительного поиска с результатами, получаемыми классическими методами.

Эксперимент проводился в три серии. В первой серии проводилась апробация предлагаемой методики с целью построения субъективного пространства различения ориентационных полос. Во второй серии вводился дополнительный фактор - затруднение условий восприятия за счет снижения контраста сцены и времени экспозиции при сохранении тех же ориентаций линий. В третьей, контрольной серии испытуемые оценивали различия между отличающимися стимулами в тройках классическим методом прямого шкалирования. Опишем вначале первые две серии.

Методика

Построение троек стимулов, параметры предъявления, измеряемые показатели и инструкция испытуемому были идентичны указанным в описании эксперимента №1, за исключением нескольких особенностей, оговоренных ниже.

Стимулы варьировались по ориентации (наклону) в полном диапазоне (от 0° до 180°) с шагом 15°. Таким образом, «алфавит стимулов» в основном исследовании состоял из 12 различно ориентированных полосок.

Каждый из 12 стимулов мог быть целью или дистрактором, а являясь целью, располагаться в левой или правой части экрана. Таким образом, из каждой пары стимулов можно было создать четыре принципиально различных изображения. Число возможных уникальных сочетаний стимулов с полным варьированием по локализации целевого стимула равнялось 12?12?2=288. Для повышения надежности измерения каждая из возможных уникальных комбинаций предъявлялась по два раза. Таким образом, общее число предъявлений каждому испытуемому составило 576.

В первой («нейтральной») серии в течение 500 мс предъявлялись белые полоски на черном фоне, после чего следовал черный фон. Во второй серии (с затруднением условий восприятия) в течение 250 мс предъявлялись черные полоски на темно-сером фоне, после чего следовал черный фон. Таким образом, во второй серии затруднение условий восприятия достигалось не только снижением вдвое времени экспозиции, но также резким понижением контраста и невозможности ориентироваться на послеобразы (так как черные полоски маскировались черным фоном).

В первой и во второй сериях приняли участие по 20 практически здоровых испытуемых.

Результаты

Был получен ряд показателей для каждого испытуемого: время реакции, реально нажатая клавиша (левая или правая), а также правильность ответа испытуемого. Эти показатели были представлены для всех 576 предъявлявшихся сочетаний стимулов для каждого из 40 испытуемых.

Обработка результатов

1. Каждой уникальной паре стимулов (определяемой позицией целевого стимула, номером целевого стимула и номером стимула-дистрактора) ставится в соответствие правильность ответа и время реакции для каждого из 40 испытуемых.

2. Проводится расчет медианного времени реакции для каждой пары цель-дистрактор по всем испытуемым.

3. Рассчитывается общее число ошибок для каждой уникальной пары стимулов по всем испытуемым. Это число делится на общее число предъявлений, превращаясь в оценку вероятности ошибки. Для тех пар стимулов, где цель и дистрактор совпадают, вероятность ошибки приравнивается 0,5 (случайное угадывание).

4. Полученные данные сводятся в две матрицы различий - по времени реакции и по вероятности ошибки поиска. Столбцам матрицы соответствует целевой стимул, строкам - дистрактор.

5. Полученные матрицы анализируются неметрическим методом многомерного шкалирования по отдельности или вместе, при условии учета различия в масштабах (трансформации применяются к каждой матрице отдельно).

6. Полученные многомерные пространства подвергаются ортогональному вращению для улучшения возможностей интерпретации.

Обсуждение результатов

Для того чтобы принять решение о размерности субъективного пространства различения, мы использовали графики зависимости stress от размерности пространства. Для того чтобы принять решение о размерности субъективного пространства различения, мы использовали графики зависимости stress от размерности пространства. Stress - мера несоответствия исходных данных о различиях данным, полученным в геометрической модели. Когда добавление новых размерностей не оказывает существенного влияния на stress, можно говорить, что вновь добавляемые размерности избыточны.

Рассмотрим графики stress для проведенных двух серий (см. рисунки 6, 7). Видно, что по данным «нейтральной» серии и серии с затруднением условий восприятия размерность пространства различения ориентаций равна трем. Это не соответствует классическим данным о двумерном пространстве различения ориентации линий [22].

Рисунок 6. Stress для первой серии («нейтральной»)



Рисунок 7. Stress для второй серии (с затруднением условий восприятия)

Пространства стимулов для серий 1 и 2 оказались практически идентичны, поэтому мы приняли решение не рассматривать их отдельно, а представить одно трехмерное пространство, полученное во второй серии с помощью методики «зрительного поиска» (рисунок 8). Сходство результатов, полученных в первой и второй сериях основного исследования, свидетельствует в пользу надежности предлагаемой нами методики: затруднение условий восприятия не влияет на итоговый вид субъективного пространства, реконструированного на основании показателей эффективности зрительного поиска.

Из рисунка 8 видно, что полученные пространства сферичны. Коэффициент вариабельности радиуса сферы невысок в обоих случаях: для данных, полученных во второй серии, он равен 9,73%, для первой серии («нейтральной») он несколько выше - около 14%. Сферичность полученных пространств согласуется с моделью векторного кодирования Е.Н.Соколова.

Оси Х1 и Х2 являются оппонентными для стимулов 0°-90° и 45°-135°. Это соответствует классическим данным. Однако третья ось Х3 видимо, также выполняет важную различительную функцию. Она упорядочивает стимулы как близкие к полюсу «косых» (45° и 135°) или «прямых» (0° и 90°). Оказывается, Х3 - также оппонентная ось, отражающая переходы между прямотой и наклонностью.

Рисунок 8. Пространство для второй серии (зрительный поиск с затруднением условий восприятия). Подписи на графике обозначают угол наклона ориентационной полоски по отношению к горизонтали

Здесь возникает противоречие. Несмотря на частичную сходимость данных, различные методы дают расходящиеся результаты. Видно, что предлагаемый нами метод показывает наличие дополнительного по сравнению с классическим механизма различения ориентационных полосок, формально представленного в виде третьей оси в пространстве. Можно предположить, например, что этот механизм недоступен при прямом сравнении полосок на предмет сходства, однако включается в задачах, где необходимо тонкое их различение.

Может быть высказано предположение, что Х3 отражает не отклонение линии от вертикали и горизонтали само по себе, а субъективную оценку «места», занимаемого стимулом на экране. В самом деле, если рассматривать воображаемые прямоугольники, описывающие «прямые» и «наклонные» стимулы, мы обнаружим, что площадь таких прямоугольников минимальна для полосок 0° и 90° и максимальна для полосок 45° и 135°. Площадь такого воображаемого прямоугольника может быть связана с субъективной «заметностью» стимула, то есть доступностью его для зрительного поиска. Можно предположить, например, что процедура прямого оценивания различия в наклоне полоски не обращается к этому механизму, поскольку с ним не связаны наши навыки визуального измерения ориентации линии. Вместе с тем, этот механизм реально существует, однако он включается тогда, когда зрительной системе требуется эффективно производить различение, а не когда ей необходимо подготовить к вербализации информацию о различии.

Таким образом, методика оценки величины различия между зрительными стимулами была апробирована на ориентационных полосках и дала осмысленные результаты. Согласно данным, полученным с помощью этой методики, в различении ориентационных полосок участвуют три оппонентных механизма. Первые два механизма соответствуют механизмам, выделяемым с помощью прямого шкалирования, и представляют собой оппонентные оси 0°-90°, 45°-145°. Третий механизм - также оппонентная ось, отражающая переходы между прямотой и наклонностью.

Перейдем теперь к описанию третьей, контрольной серии. Для тех же «троек» стимулов, которые использовались во второй серии основного исследования, испытуемые классическим методом оценивали субъективную величину различия внутри «тройки» стимулов. Необходимость проведения такой контрольной серии была обоснована задачей исключить влияние способа предъявления стимулов (тройками, а не попарно, как в классических экспериментах) на конечный результат (итоговый вид субъективного пространства).

Методика. Стимуляция. Параметры предъявления стимулов совпадали с описанными для второй серии основного исследования.

Инструкция испытуемым звучала следующим образом: «Вам будут предъявляться тройки полосок. Эти полоски различаются только по одному параметру - наклону. Две полоски имеют одинаковый наклон. Третья от них отличается. Степень различия может быть очень разной: от явной до подпороговой. Та полоска, которая отличается, находится либо в левой, либо в правой части экрана, но никогда не посередине. Ваша задача - оценить различие между отличающейся полоской и одинаковыми по шкале от 1 до 9. Если различие кажется вам минимальным, нажимайте клавишу «1», если очень большим - «9». Вы можете использовать все промежуточные значения от 1 до 9».

В качестве измеряемого показателя выступила числовая оценка различия для каждой пары стимулов - целые числа от 1 до 9, вводимые с клавиатуры.

В третьей серии приняли участие 5 практически здоровых испытуемых.

Результаты третьей серии (матрицы субъективных оценок различий между стимулами) обрабатывались классическим методом. Данные всех пяти испытуемых проверялись на согласованность, после чего обрабатывались методом многомерного шкалирования.

Рисунок 9. Stress для третьей серии (прямое шкалирование).

Обсуждение результатов. Размерность полученного пространства равна двум (см. рисунок 9), что полностью соответствует классическим данным.

Пространство представлено на рисунке 10. Оси Х1 и Х2 являются оппонентными для стимулов 0°-90° и 45°-135°. Таким образом, предъявление стимулов тройками, а не попарно, не влияет на итоговый вид субъективного пространства при прямом шкалировании различий.

Рисунок 10. Пространство для третьей серии (контроль). Подписи на графике обозначают угол наклона ориентационной полоски по отношению к горизонтали

На рисунке 10 также видно, что оси Х1 и Х2 являются оппонентными для стимулов 0°-90° и 45°-135°, что соответствует классическим данным.

Можно сопоставить межстимульные различия, полученные с помощью предлагаемой методики, с субъективными оценками различий (рисунки 11, 12). Видно, что они носят монотонный, но нелинейный характер. Тем не менее, поскольку использовался неметрический ММШ, это не могло послужить причиной появления «артефактной» третьей оси в первых двух сериях. Данные о логарифмической зависимости времени ответа от вероятности различения двух стимулов были также получены ранее в работах Ендриховского [9] и Дворянчиковой [7].

Рисунок 11. Связь субъективного различия с эффективностью зрительного поиска

Рисунок 12. Связь субъективного различия с временем зрительного поиска

Таким образом, можно утверждать, что механизмы, представленные осями Х1 и Х2, выявляются как с помощью предлагаемой методики, так и классическим способом, а механизм, определяющий прямоту или наклонность воспринимаемой полоски, может быть найден только в первом случае. Причины этого могут быть различны, но наиболее вероятно, что процедура прямого оценивания различия в наклоне полоски не обращается к этому механизму, поскольку с ним не связаны наши навыки визуального измерения углов. Вместе с тем, этот механизм реально существует, однако он включается тогда, когда зрительной системе требуется эффективно производить различение, а не когда ей необходимо подготовить к вербализации информации о различии.

Таким образом, методика оценки величины различия между зрительными стимулами была апробирована на ориентационных полосках и дала осмысленные результаты. Согласно данным, полученным с помощью этой методики, в различении ориентационных полосок участвуют три оппонентных механизма. Первые два механизма соответствуют механизмам, выделяемым с помощью прямого шкалирования, и представляют собой оппонентные оси 0°-90°, 45°-145°. Третий механизм - также оппонентная ось, отражающая переходы между прямотой и наклонностью.

§ 4. Эксперимент №3: ВП в задаче зрительного поиска

Психофизиологическое исследование предполагает регистрацию работы тех механизмов, которые обеспечивают протекание исследуемого процесса. В данном случае мы будем изучать особенности вызванного потенциала (ВП) в задаче, описанной выше. В первую очередь нас будет интересовать вопрос о том, существуют ли в вызванном потенциале какие-либо показатели, которые отражают величину различия между целевым стимулом и дистрактором при выполнении испытуемым описанной нами в предыдущем параграфе задачи.

Методика. Задача, предлагаемая испытуемым, была тождественна использованной в первой серии второго эксперимента, за исключением ниже описанных особенностей. Использовалось две градации различия: различие между полосками 0° и 45° и различие между полосками 30° и 45°. Таким образом, предъявлялось четыре типа стимулов:

1. Поиск полоски 0° на фоне 45° (большое различие)

2. Поиск полоски 30° на фоне 45° (малое различие)

3. Поиск полоски 45° на фоне 0° (большое различие)

4. Поиск полоски 45° на фоне 30° (малое различие)

Стимулы как с малым, так и с большим различием по ориентации предъявлялись по 200 раз в течение 500 мс каждый. Во время предъявления записывалась 21_канальная ЭЭГ в полосе пропускания от 0,5 до 30 Гц, частота дискретизации - 250 Гц. ЭЭГ монтировалась по стандартной системе 10-20. Длина эпохи усреднения была выбрана равной 500 мс. Параллельно с ЭЭГ регистрировалась ЭОГ, которая использовалась для режекции глазодвигательных артефактов. Метка синхронизации для записи вызванного потенциала подавалась при предъявлении каждой «тройки» полосок.

В данном этапе исследования приняли участие 20 человек без черепно-мозговых травм и эпилепсии в анамнезе.

Результаты и их обработка. Общее усреднение вызванных потенциалов по всем испытуемым показало, что к величине различия может быть чувствителен компонент Р160, однако статистический анализ (ANOVA) опроверг это предположение. Вместе с тем, возможно, чувствительность угасает с числом предъявлений (здесь их 200 на один вызванный потенциал).



Рисунок 13. ВП на задачу зрительного поиска. По оси абсцисс - время в секундах, по оси ординат - потенциал в микровольтах, позитивность снизу

Представляет интерес некоторое запаздывание потенциала на малое различие в области поздних (300 мс и более) компонентов, которое хорошо согласуется с нашими предыдущими данными об увеличении времени, затраченного на зрительный поиск в том случае, если различие между целевым стимулом и дистракторами невелико. Вместе с тем, индивидуальные различия в строении ВП не позволяют применять четкий формализованный подход к выделению этих низкоамплитудных компонент.

Интерес представляет топика этого вызванного потенциала. Высокоамплитудная волна P160 имеет максимум в отведении Cz, но распространяется на все отделы, кроме инферотемпоральных (T5 и T6). Возможно, этот компонент как-то связан с принятием решения о локализации целевого стимула. К сожалению, у нас не было возможности сопоставить эффективность зрительного поиска и амплитуду этого компонента, поскольку регистрация ответов испытуемого во время записи ВП была затруднена на момент проведения данного исследования в связи с недоработкой программного обеспечения. Вместе с тем, связь этого ВП с эффективностью выполнения задач на зрительный поиск и поведение его в клинических условиях (при нарушениях восприятия, особенно «дорзального пути») представляет особенный интерес, поскольку позволяет подобраться к механизмам, обеспечивающим зрительный поиск вообще и «эффект выскакивания» в частности.

Во время выполнения задачи зрительного поиска не только вызванный потенциал обладает широкой топикой, но и вся спектральная активность ЭЭГ претерпевает масштабные изменения. Так, в большинстве отведений статистически значимо (критерий Вилкоксона) возрастает общая спектральная мощность ЭЭГ, особенный рост отмечается в полосе 12-18 Гц; во фронтоцентральных отведениях наблюдается рост медленного (4-6 Гц) тета-ритма, в центральных и отчасти в париетальных растет весь диапазон 4-10 Гц.

Таким образом, зрительный поиск массово перестраивает электрическую активность мозга, однако извлечь из этого содержательную информацию о характере этого процесса нам пока не удалось.

Обсуждение результатов. Механизм, лежащий в основе затруднения поиска предмета на фоне схожих с ним, может основываться на нескольких эффектах. Во-первых, это может быть своего рода селективное привыкание, вызываемое массой одинаковых дистракторов: система, ответственная за детектирование сигналов такого рода, оказывается излишне нагруженной, и не сразу может внести свой вклад в восприятие близкого по форме целевого стимула. Другой причиной может быть наличие механизмов, сходных с латеральным торможением в сетчатке на детекторном уровне - восприятие большого числа одинаковых форме стимулов может приводить к массовому возбуждению соответствующих детекторов, и, соответственно, близких по форме стимулов. Вполне вероятно, что «эффект выскакивания» является частным случаем ориентировочного рефлекса. В любом случае, каковы бы ни были механизмы, порождающие «эффект выскакивания» и затрудняющие его в случае сходства стимулов, проведенное нами психофизиологическое исследование показывает, что в осуществление этих процессов вовлечены очень многие отделы мозга. Из этого следует, что не исключено возникновение эффектов высокого уровня даже в «простом» зрительном поиске, осуществляющемся за счет эффекта выскакивания. Наличие таких эффектов позволило бы использовать предлагаемую методику для оценки зрительного различия между достаточно сложными стимулами.

§ 5. Эксперимент №4: цветоразличение

Проведение данного эксперимента преследовало две цели: во-первых, обобщить результаты, полученные на ориентационных полосках, используя стимулы иного рода (цвет), а во-вторых, изменив методику записи вызванных потенциалов, найти электрофизиологические корреляты исследуемой зависимости.

Методика. Стимуляция. Испытуемый располагался на расстоянии 140 см перед CRT-монитором с диагональю 38,10 см, на котором предъявлялись стимулы. Угловой размер области стимуляции составил 12,4?. Три стимула равного размера (3?), расположенные в ряд по горизонтали, были отделены друг от друга двумя небольшими промежутками (1,1?), и отстояли от левой и правой границ экрана на 0,6?. По вертикали все три стимула имели среднее положение. Отличающийся (целевой) стимул находился либо в левой, либо в правой части ряда, два оставшихся стимула (дистракторы) были идентичны. Образец стимуляции представлен на рисунке 14.



Рисунок 14. Образец стимуляции. Целевой (отличающийся) стимул слева

Исследование проводилось в условиях темновой адаптации. Яркость всех стимулов была приблизительно уравнена и являлась максимальной для данного монитора (около 100 кд/м2), использовался черный фон.

Испытуемому давалась следующая инструкция: «Вам будут предъявляться тройки полосок одного цвета. В определенный момент времени одна из полосок изменит цвет. Та полоска, которая изменит цвет, будет находиться либо в левой, либо в правой части экрана, но никогда не посередине. Ваша задача - как можно быстрее определить положение отличающейся полоски. Если Вы увидите отличающуюся полоску слева, нажмите на левую кнопку мыши; если Вы увидите отличающуюся полоску справа, нажмите на правую кнопку мыши. Изображения будут предъявляться на короткое время и быстро сменяться следующими, поэтому старайтесь отвечать как можно быстрее и не обращать внимания на возможные ошибки».

Процедура отдельного измерения выглядела следующим образом: испытуемому предъявлялась тройка полосок одного цвета на период от 1000 до 1500 мс. Затем одна из полосок (либо левая, либо правая) мгновенно заменялась на полоску другого цвета, и измененная тройка полосок предъявлялась еще в течение 300 мс, после чего следовал черный фон. Задачей испытуемого было обнаружить изменение и отреагировать левой кнопкой мыши в том случае, если изменившаяся полоска располагалась слева, и правой кнопкой мыши в том случае, если изменившаяся полоска располагалась справа.

Алфавит стимулов составили 15 цветов из разных участков спектра. Испытуемому предъявлялись все их возможные в данной задаче сочетания по четыре раза каждое, таким образом, общее число предъявлений составило 15?15?4 = 900. Появление целевого стимула слева или справа варьировалось в случайном порядке.

В качестве измеряемых показателей были выбраны время реакции (интервал от момента предъявления до нажатия испытуемым кнопки мыши) и относительная частота правильных ответов для каждой данной пары «цель-дистрактор». Мы будем также называть эти два показателя обобщающим термином «показатели эффективности зрительного поиска». Будем считать, что эффективность зрительного поиска тем выше, чем меньше время реакции и больше вероятность правильного ответа. Кроме того, регистрировалась 21-канальная электроэнцефалограмма в полосе пропускания от 0,16 до 30 Гц, частота дискретизации - 250 Гц. ЭЭГ монтировалась по стандартной системе 10-20. Длина эпохи усреднениям, в которую входило 100 мс предстимульного фона, была выбрана равной 1000 мс. Параллельно с ЭЭГ регистрировалась ЭОГ, которая использовалась для режекции глазодвигательных артефактов. Метка синхронизации для записи вызванного потенциала подавалась при замене цвета одной из крайних полосок в «тройке».

Эксперимент был проведен на 20 испытуемых с нормальным или скорректированным зрением.

Результаты

Для каждого из 20 испытуемых были получены следующие результаты: усредненное время реакции, число правильных ответов и вызванный потенциал по четырем пробам для каждого сочетания цель-дистрактор из заданного алфавита стимулов (15 цветов).

Обработка результатов

Способом, аналогичным описанным для эксперимента №2, были рассчитаны матрицы различий по показателям эффективности зрительного поиска - времени реакции и вероятности правильного ответа. Кроме того, был усреднен вызванный потенциал между испытуемыми.

После режекции всех артефактов и проб с ошибочными ответами испытуемых число усреднений для каждого вызванного потенциала стало составлять около 60, для проб с большим числом ошибок вследствие высокого сходства цели с дистрактором - около 40.

Рисунок 15. ВП на задачу зрительного поиска. По оси абсцисс - время в секундах, по оси ординат - потенциал в микровольтах, позитивность снизу

Малое число усреднений вызвало неустойчивость базовой линии, которая хорошо заметна на рисунке 15. Это делает анализ амплитуд отдельных компонент мало осмысленным. Тем не менее, остается возможность анализа межпиковых амплитуд. На приведенном рисунке представлен вызванный потенциал на поиск полосок трех цветов - красного, зеленого и сиреневого на фоне референтной полоски синего цвета. Заметно, что амплитуда левого плеча P100 и правого плеча Р300 заметно ниже для поиска сиреневой полоски. Из этого может следовать, что амплитуды компонентов Р100 и Р300 отражают какие-то содержательные параметры выполнения задачи зрительного поиска. Методом корреляционного анализа мы сопоставили показатели эффективности зрительного поиска (вероятность ошибки и время реакции) с амплитудами этих и других компонент во всех отведениях. Была обнаружена отрицательные корреляции между временем поиска и амплитудами компонент Р100 (r=-0.61) и Р300 (r=-0.64), максимально выраженные в отведении Р3-А1. Ниже представлены соответствующие диаграммы рассеяния.

Рисунок 16. Диаграмма рассеяния времени реакции с амплитудой правого плеча Р300



Рисунок 17. Диаграмма рассеяния времени реакции с амплитудой левого плеча Р100

Полученные данные были также обработаны методом многомерного шкалирования, однако полученные цветовые пространства оказались в крайне высокой степени зашумленными, хотя в них и сохранялась цветовая оппонентность. Также были построены V-образные кривые, связывающие используемые показатели межстимульных различий с физическим различием между стимулами (по цветовому тону). Эти кривые очень быстро выходили на плато по мере удаления от референтного стимула.

Обсуждение результатов

Полученная взаимосвязь компонента Р100 вызванного потенциала с различием между стимулами, видимо, отражает различие, связанное с вызванным потенциалом на замену. Это согласуется с полученными ранее данными [15]. Определенный интерес представляет то, что амплитуда Р300 в данной задаче отражает межстимульное различие. Наиболее правдоподобным объяснением этого факта является то, что Р300 отражает в том числе процесс принятия решения, который протекает значительно легче и быстрее в случае большого различия между целью и дистрактором.

Основной вопрос, который ставят перед нами результаты последнего эксперимента - почему показатели эффективности зрительного поиска и коррелирующие с ними электрофизиологические показатели оказались недостаточно информативны для построения незашумленного цветового пространства, хотя пространство различения ориентации линий удалось по ним построить. Наиболее правдоподобным объяснением нам представляется «зашкал» показателей. Задача зрительного поиска цвета оказалась для испытуемых значительно легче, чем задача на поиск ориентации. Для большинства сочетаний цветов вероятность ошибки испытуемого мало отличалась от нуля, вследствие чего этот показатель, равно как и связанные с ним время реакции и межпиковые амплитуды ВП, работали лишь в околопороговой зоне для близких цветов. Это предположение подтверждается «сгущением», которое можно наблюдать в левых верхних углах вышеприведенных диаграмм рассеяния - для этих сочетаний цветов различение протекает настолько легко, что и время реакции, и амплитуда компонентов ВП принимают крайние значения.

Несмотря на это, наличие устойчивых взаимосвязей в данных и цветовой оппонентности в полученных пространствах указывает на то, что модель векторного кодирования в сенсорных системах применима также и для зрительного поиска по цвету. Для дальнейшей верификации данной модели применительно к зрительному поиску по цвету необходимо затруднять испытуемому условия восприятия, чтобы добиться уменьшения вероятности «зашкала» используемых показателей при использовании субъективно слишком легких задач.

Выводы

1. Такие показатели эффективности зрительного поиска, как время и вероятность ошибки, являются функцией расстояния между векторами целевого стимула и дистрактора в субъективном пространстве, то есть являются адекватными мерами различия между этими стимулами.

2. Амплитуда волн Р100 и Р300 вызванного потенциала в задаче зрительного поиска коррелирует с показателями эффективности зрительного поиска, следовательно, также отражает различие между целевым стимулом и дистрактором.

3. Пространство различения ориентационных полосок по крайней мере для задачи зрительного поиска является трехмерным. Подтверждено существование двух оппонентных осей (0°-90°, 45°-135°). Выявлен новый механизм различения ориентационных полосок (третья оппонентная ось «прямота - наклонность»).

4. Обнаруженные зависимости выявляются более четко в тех случаях, когда задача зрительного поиска затруднена или достаточно большим сходством целевого стимула и дистрактора, или другими факторами (низкая контрастность сцены, малое время предъявления)

Литература

1. Александров Ю.И. (ред.) Психофизиология: 3-е изд. СПб.: Питер, 2006.

2. Андерсон Дж. Когнитивная психология. СПб., 2003.

3. Бонгард М.М. Проблема узнавания. М., 1960.

4. Гибсон Дж. Экологический подход к зрительному восприятию. М. Прогресс, 1988.

5. Гусев А.Н., Измайлов Ч.А., Михалевская М.Б. Измерение в психологии. Общий психологический практикум. М.: 1997

6. Данилова Н.Н. Психофизиология. 4-ое изд. М.: Аспект-Пресс, 2004

7. Дворянчикова А.П. Сенсомоторная реакция в распознавании цветового и яркостного контраста: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. психол. наук: (19.00.02) - М., 2003.

8. Дормашев Ю.Б., Романов В.Я. Психология внимания. М.: Флинта, 2002.

9. Ендриховский С.Н., Шамшинова А.М., Соколов Е.Н., Нестерюк Л.И. Время сенсомоторной реакции человека в современных психофизических исследованиях. // Сенсорные системы. - 1996. - Т.10. - №2. - С. 13-29.

10. Зимачев М.М., Шехтер Е.Д., Соколов, Е.Н, Измайлов Ч.А. Хроматическая составляющая электроретинограммы лягушки // Журнал ВНД. 1986. Т.36, Вып. 6, С. 1100-1107

11. Измайлов Ч. А. Сферическая модель цветоразличения М., Изд-во МГУ, 1980.

12. Измайлов Ч.А., Исайчев С.А., Коршунова С.Г., Соколов Е.Н. Цветовой и яркостный компоненты зрительных вызванных потенциалов у человека // Журнал ВНД. 1998. Том.48, Вып.5, С.777-787

13. Измайлов Ч.А., Исайчев С.А., Шехтер Е.Д. Двухканальная модель различения сигналов в сенсорных системах. Вестн. Моск. ун-та, 1998, сер.14, Психология, n.3, с. 29-40.

14. Измайлов Ч.А., Соколов Е.Н., Едренкин И.В. Интегрирование простых признаков стимула в нейронных сетях зрительной системы // Нейрокомпьютеры: разработка и применение. №5-6, 2008.

15. Измайлов Ч.А., Соколов Е.Н., Коршунова С.Г., Чудина Ю. Геометрическая модель различения ориентаций линии, основанная на субъективных оценках и зрительных вызванных потенциалах. Журнал ВНД. 2004, Т. 54, № 2 , 267-279.

16. Измайлов Ч.А., Соколов Е.Н., Черноризов А. М. Психофизиология цветового зрения. М., Изд-во МГУ, 1989.

17. Измайлов, Ч.А., Ласточкина М.Н, Полянская Г.Н., Соколов Е.Н. Различение линий и углов зрительной системой // Вестник МГУ. Сер. 14, Психология 1988. Вып. 1, С. 41-50.

18. Линдсей П., Норман А. Переработка информации у человека. М., Мир. 1974.

19. Марр Д. Зрение. Информационный подход к изучению представления и обработки зрительных образов. М.: Радио и связь, 1987.

20. Наатанен Р. Внимание и функции мозга. М., 1998

21. Соколов Е. Н., Измайлов Ч.А. Цветовое зрение. М. Изд-во МГУ. 1984.

22. Соколов Е.Н. Восприятие и условный рефлекс: новый взгляд. М.: УМК «Психология»; МПСИ, 2003.

23. Соколов Е.Н. Психофизиология. Лекции. М.: Изд-во МГУ, 1981

24. Соколов Е.Н. Теоретическая психофизиология. М.: Изд-во Моск. Университета, 1986

25. Соколов Е.Н., Измайлов Ч.А. Трехстадийная модель цветового зрения Сенсорные системы. 1988. Т.2, Вып..4, С. 400-407.

26. Супин А.Я. Нейрофизиология зрения млекопитающих. М. Наука. 1981.

27. Терехина А.Ю. Анализ данных методом многомерного шкалирования.

28. Терехина А.Ю. Многомерное шкалирование в психологии // Психологический журнал, 1983, т.4, №1.

29. Трейсман Э. Объекты и их свойства в зрительном восприятии человека // В мире науки, 1987, №1.

30. Уинстон П. (ред.) Психология машинного зрения. М.: Мир, 1978

31. Фаликман М.В. Внимание. М.: Академия, 2006.

32. Фомин С.В., Соколов Е.Н. Вайткявичус Г. Г. Искусственные органы чувств. 1979. Л. Наука.

33. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение. М.: Мир, 1990.

34. Циммерман М. Сенсорная система в свете теории информации//Хрестоматия по физиологии сенсорных систем. М., 1999.

35. Шевелев И.А. Каменкович В.М. Шараев Г.А. Относительное значение линий и углов геометрических фигур для их опознания человеком // Журнал ВНД, 2000. Т. 50. N. 3. С. 403-409

36. Шевелев И.А. Основные понятия сенсорной физиологии//Хрестоматия по физиологии сенсорных систем. М., 1999.

37. Шиффман Х.Р. Ощущение и восприятие. СПб.: Питер, 2003.

38. Avraham, T., Yeshurun, Y., & Lindenbaum, M. (2008). Predicting visual search performance by quantifying stimuli similarities. Journal of Vision, 8(4):9, 1-22

39. Daoutis, C. A., Pilling, M., & Davies, I. R. L. (2006). Categorical effects in visual search for colour. Visual Cognition, 14(2), 217-240.

40. Duncan, J., & Humphreys, G. W. (1989). Visual search and stimulus similarity. Psychological Review, 96, 433-458.

41. Foster, D. H., & Ward, P. A. (1991). Asymmetries in oriented-line detection indicate two orthogonal filters in early vision. Proceedings of the Royal Society (London B), 243, 75-81.

42. Foster, D. H., & Ward, P. A. (1991). Horizontal-vertical filters in early vision predict anomalous line-orientation frequencies. Proceedings of the Royal Society (London B), 243, 83-86

43. Hommel B. Feature integration across perception and action: event files affect response choice. Psychological Research 2007 Jan; Vol. 71 (1), pp. 42-63.

44. Izmailov Ch. A. Dual-channel sensory mechanism of stimuli discrimination. In: Proceedings of XII Triennual Congress of the International Ergonomics Association .Tampere, Finland, 1997, vol.5, p.347-349.

45. Izmailov Ch.A., Sokolov E. N. Spherical model of color and brightness discrimination // Psychological Science; 1991, V.2, Р. 249-259

46. Izmailov, Ch.A., Sokolov E. N. Multidimensional scaling of lines and angles discrimination. In: Psychophysical Explorations of Mental Structures. (Ed. H.G.Geissler). 1990, Toronto-Bern-Stuttgart, Hogrefe and Huber Publishers, Р. 181-189.

47. Nagy, A. L., & Sanchez, R. R. (1990). Critical color differences determined with a visual search task. J. Optical Society of America - A, 7(7), 1209-1217.

48. Nagy, A. L., & Thomas, G. (2003). Distractor heterogeneity, attention, and color in visual search. Vision Res, 43(14), 1541-1552.

49. Nagy, A. L., Sanchez, R. R., & Hughes, T. C. (1990). Visual search for color differences with foveal and peripheral vision. J. Optical Society of America - A, 7(10), 1995-2001.

50. Palmer S. Vision Science - Photons to Phenomenology. MIT, 1999.

51. Quinlan P.T. Visual feature integration theory: past, present, and future. Psychological Bulletin 2003 Sep; Vol. 129 (5), pp. 643-73.

52. Saarinen J. Visual search at different spatial scales. Scandinavian Journal Of Psychology 1995 Mar; Vol. 36 (1), pp. 1-9.

53. Shepard R.N. Attention and the metric structure of the stimulus space // J. of Mathemat. Psychol. 1964, V. 1, P. 54-87.

54. Theunissen E.L.; Alain C.; Chevalier H.; Taylor M.J. Binding occurs at early stages of processing in children and adults. Neuroreport 2001 Jul 3; Vol. 12 (9), pp. 1949-54.

55. Treisman, A. (1991). Search, similarity, and integration of features between and within dimensions. J. Exp. Psychol.: Human Perception and Performance, 17(3), 652-676.

56. Wolfe, J. M., & Friedman-Hill, S. R. (1992). Visual search for orientation: The role of angular relations between targets and distractors. Spatial Vision, 6(3), 199-208.

Размещено на Allbest.ru