CC BY
171
BECTH. MOCK. УН-ТА. СЕР. 14. ПСИХОЛОГИЯ. 2007. № 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Б. М. Величковский
ИСКРА ¥: НОВЫЕ ОБЛАСТИ ПРИКЛАДНЫХ
ПСИХОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ
На фоне многочисленных проблем современного общества абстрактный аргумент «приращения знания» не может более рассматриваться в качестве достаточного для систематических инвестиций в ту или иную научную дисциплину. Хотя когнитивные исследования в психологии ассоциируются, прежде всего, с фундаментальными академическими проблемами, прикладной их аспект становится все более заметным. Можно даже сказать, что главной причиной самого возникновения и бурного развития когнитивной науки стала перспектива использования ее результатов и методов в таких областях общественной практики, как образование, техника и медицина (Norman, 1981). В этой статье мы остановимся на некоторых примерах практических приложений когнитивных исследований в сфере высоких технологий, прежде всего — для создания новых форм взаимодействия человека и вычислительных систем.
Зрительная память, узнавание и проблема интерфейса. Компьютерная революция последних десятилетий, сделавшая возможной массовое использование информационных технологий, во многом была обусловлена открытиями в области экспериментальной психологии конца 1970-х гг. Тогда в лабораторных исследованиях зрительной памяти человека было экспериментально установлено, что в отличие от памяти на последовательности слов, а тем более на цепочки абстрактных символов, зрительная память на сложный осмысленный материал практически ничем не ограничена. Наглядным примером стали результаты одного из самых первых таких экспериментов, опубликованные, кстати, в первом номере этого журнала (Величковский, Шмидт, 1977). Обычным испытуемым, которые с трудом могли воспроизвести сразу после предъявления последовательности из 7—8 цифр, демонстрировали несколько тысяч цветных видовых слайдов, а неделю или даже месяц спустя эти испытуемые успешно узнавали свыше 90% виденных ранее изображений.
Эффект исключительно успешного узнавания изображений лег в основу совершенно новых принципов взаимодействия человека и технических устройств посредством графических интерфейсов. Сегодня трудно поверить, что всего лишь четверть века назад вычис-
57
лительными устройствами пользовались только специалисты, вводившие в компьютер соответствующие слова-команды в машинном коде. В наши дни работу на компьютере с графическим интерфейсом, основанным на использовании ресурсов зрительной памяти, легко осваивают в игровом варианте даже маленькие дети. Однако мы все чаще сталкиваемся с ситуациями, когда и такие интерфейсы оказываются недостаточными для оптимального взаимодействия человека и технических систем. Так, тенденция к мобильному использованию и уменьшению размеров различных электронных устройств приводит к тому, что на их экранах становится крайне трудно разместить графическую информацию. Существуют критические размеры для таких экранов, скажем, 5—10 см, что, конечно, слишком мало для отображения даже редуцированной страницы Интернета или использования современного текстового редактора.
Кроме того, человеко-машинные интерфейсы пока еще совершенно «аутистичны». Они не учитывают знаний, ситуативных намерений и состояний человека, функционируя по однажды заложенной в них жесткой программе. Негибкими оказываются и формы взаимодействия человека с автоматическими системами. Это отсутствие взаимопонимания ведет подчас к трагическим событиям. Так, несколько лет назад в аэропорту Варшавы потерпел аварию немецкий пассажирский самолет, причиной чего стала, прежде всего, различная интерпретация пилотом и бортовым компьютером понятия «посадка». Поскольку садиться пришлось при сильных порывах бокового ветра, пилот совершенно правильно несколько накренил самолет в сторону ветра, прикоснувшись к посадочной полосе левой группой колес. Но когда он затем попытался погасить скорость, бортовой компьютер сообщил: «Операция невозможна — мы находимся в воздухе». Дальнейшее расследование показало, что «посадка» была определена в базе знаний бортовой автоматической системы управления полетом (Flight Management System) иначе, чем в когнитивной системе пилота, а именно как одновременное касание поверхности земли обеими (левой и правой) группами колес.
Координация ресурсов внимания. Около 10 лет назад были начаты поиски альтернативы графическому взаимодействию человека и компьютера, основанной на более глубоком изучении принципов коммуникации и процессов внимания. Как известно, одним из основных условий развития речи и становления интеллекта у ребенка служит его взаимодействие с матерью, необходимое для координации ресурсов внимания, овладения и управления им. Различные виды практического взаимодействия людей имеют первоначально невербальную основу и связаны с пониманием ситуации «здесь и теперь». Например, типичный диалог механиков, ремонтирующих
58
автомобиль, не только далек от норм литературного языка, но и постоянно нарушает правила элементарной грамматики. В нем повторяются профессиональные жаргонизмы, он изобилует междометиями и словами-паразитами, в предложениях, которые может начинать один человек, а продолжать другой, часто отсутствуют подлежащие или сказуемые и т.д. Однако все это не мешает взаимопониманию, так как в основе совместной работы лежит координация ресурсов внимания. Навыки такой координации вырабатываются еще в первые месяцы жизни человека, причем, как выясняется, они основаны, прежде всего, на учете направления взора партнера (Bornstein, 1996; Velichkovsky, 1995).
Еще более сложная задача — совместная работа на расстоянии. Допустим, тем же механикам — эксперту и новичку — предстоит отремонтировать авиационный двигатель, но они находятся в разных городах или даже на разных континентах. Ясно, что для успешного решения этой задачи одних только телефонных переговоров будет недостаточно, поскольку потребуется не только передать вербальную информацию, но и указать, какой предметный референт имеется в виду в данный момент. Для этого необходимо, во-первых, создать некое совместное окружение (например, при помощи Интернета), то есть дать возможность механикам видеть одно и то же рабочее пространство (правда, в одном случае оно будет реальным, а в другом виртуальным). Вторым важнейшим условием является поддержка состояний совместного внимания. Это может достигаться высвечиванием локуса внимания каждого из партнеров в рабочем пространстве. Иными словами, системы взаимодействия между человеком и техническими средствами должны научиться распознавать и учитывать психофизиологические характеристики человека, формы его внимания и направленность интересов на данном отрезке времени.
Когда внимание игнорируется, то самые замечательные достижения современной технической мысли становятся неэффективными. Примером могут служить видеоконференции, используемые транснациональными корпорациями для проведения оперативных совещаний сотрудников, работающих иногда в разных частях света. Как недавно отметила британская газета «Financial Times», вероятность полета менеджеров крупных фирм друг к другу после проведения сеанса телеконференции оказывается... выше, чем без такого опосредованного новейшими технологиями общения. А ведь телеконференции как раз и должны были устранить необходимость подобных перелетов. Проблема в том, что характерная для графических интерфейсов технология «окон» (windows) не дает возможности отслеживать социальную динамику общения. Когда участники телеконференции просто появляются каждый в своем «окне» в виде «говорящих голов», то остается совершенно непонятным, кто к кому
59
обращается в данный момент. Поэтому много времени уходит на выяснение обстоятельств общения, а не на обсуждение содержательных вопросов. Кроме того, «говорящие головы» не могут взаимодействовать практически.
Эволюционные формы и уровни внимания. Что же такое внимание с точки зрения когнитивных исследований? В классической психологии внимание определялось как состояние моноидеизма сознания, когда некая идея полностью овладевает человеком и определяет его действия. Кроме координации ресурсов внимания (интерфейс матери и ребенка) существуют другие способы управления им, основанные на привлечении, а иногда, так сказать, и на захвате внимания, позволяющем манипулировать человеком. Такими приемами пользуются фокусники, специалисты по рекламе, продавцы и мелкие жулики. Для этого иногда в процесс взаимодействия вводится какой-либо движущийся объект (так действуют наперсточники) или человек вовлекается в процесс коммуникации (уличные лотереи). Внимание может привлекаться внешними факторами, что позволяет сделать вывод о существовании относительно автоматических его механизмов, реагирующих на движение, резкие контрасты света и тени, смену цветов и звуков. Интенсивное внимание может быть связано, однако, и с совершенно другими механизмами, например, когда мы перестаем замечать окружающее, погрузившись в решение важной научной или житейской задачи.
В современной когнитивной нейронауке утвердилось представление о внимании как о многоуровневом явлении, включающем целый ряд механизмов (напр., Posner, 2004). Здесь мы рассмотрим только два таких механизма (см. также: Величковский, 2006).
На разных этапах эволюционного развития превалировал тот или иной тип внимания. Наиболее примитивной его формой (наряду с процессами общей активации организма) можно считать ам-бьентное (пространственное) внимание, которое, как известно из палеоневрологии, впервые возникло у древнейших рептилий, динозавров, и связано с локализацией объектов в пространстве. Наряду с вопросом «где?» амбьентное внимание задействовано и в решении задач практического достижения цели (вопрос «как?»). Оно работает в динамических условиях: чем больше движущихся объектов, тем больше вероятность того, что будет доминировать именно эта форма внимания. Соответствующие механизмы с близкими функциями сохранились и у Homo sapiens. Так, при игре в теннис игрок мгновенно реагирует на мяч, движущийся со скоростью порядка 200 км/ч (то есть около 60 м/с), причем делается это именно благодаря возможностям амбьентного внимания, связанного с глобальной динамической локализацией объектов. Однако, действуя автоматически, теннисист вряд ли сможет что-нибудь сказать о характеристиках мяча, так как мяч не идентифицируется, а воспринима-
60
ется как нечто движущееся. В этом и заключен секрет столь быстрой реакции, сопоставимой по скорости с реакцией насекомых. Напрашивается вывод, что в организме человека есть потенциал восприятия, заложенный еще на заре эволюции.
На более поздних этапах развития возникло так называемое фокальное (предметное) внимание, связанное с идентификацией отдельных предметов, что предполагает использование памяти и постепенно вовлекает сложные формы социального познания. Фокальное внимание обеспечивает ответ на вопросы «что?» и «кто?». В конечном счете (это развитие намечается уже у наших ближайших филогенетических «родственников» — шимпанзе вида Pan Paniscus) на этой базе происходит формирование высшей формы внимания, чувствительной к вниманию другого человека. Нечувствительность к вниманию другого и неспособность к столь естественным и очень важным для регуляции общения контактам «глаза в глаза» является наиболее ранним и надежным клиническим признаком такого тяжелого расстройства социального интеллекта, как аутизм.
Следует подчеркнуть, что за каждую форму внимания «отвечает» своя группа мозговых механизмов. Так, если амбьентное внимание связано с подкорковыми структурами и относительно древней заднетеменной частью коры, то фокальное — с ее нижневисочными и лобными (фронтальными) областями. Современные нейрофизиологические исследования показывают, что в наиболее выдвинутых вперед частях височных долей мозга человека находятся нейроны, особенно чувствительные к направлению взгляда другого человека. Это проявляется уже в конце первого месяца жизни, когда младенца начинают привлекать в лицах окружающих прежде всего глаза. При этом для ребенка первоначально не имеет значения, сколько глаз у находящегося рядом существа и как они расположены по поверхности лица (это показали эксперименты, проводившиеся с муляжами деформированных лиц). Таким образом, можно сделать вывод, что глаза являются врожденным раздражителем, который в первую очередь выделяется и идентифицируется филогенетически новой подсистемой нашего фокального внимания.
В целом, однако, обработка информации по локализации объектов происходит намного скорее, чем их идентификация, то есть амбьентное внимание функционирует значительно быстрее фокального. Например, если для локализации движущегося объекта мозгу требуется менее 100 мс, то для простейшей идентификации и семантической классификации — минимум 200 мс. Существенной для нашего понимания этих механизмов стала демонстрация того, что различение фаз амбьентной и фокальной обработки информации возможно на основании объективных признаков в характеристиках движений глаз (Velichkovsky et al., 2002, 2005). Это, в частности, позволило современной психологии с помощью приборов нагляд-
61
но показать, как человек воспринимает увиденное. Дело в том, что одно и то же изображение может восприниматься десятками различных способов, что создает ряд диагностических проблем в медицине. Кроме того, учет параметров движений глаз, характерных для амбьентной и фокальной обработки информации, важен для повышения безопасности транспорта.
«Скрытый фактор-убийца». Было бы ошибкой считать, что разделение двух мозговых систем, опосредующих разные формы внимания, представляет лишь академический интерес. Есть все основания утверждать, что с этим связаны и чрезвычайно серьезные последствия, буквально влияющие на вопросы жизни и смерти сотен тысяч людей. Так, несмотря на все усилия по улучшению технических характеристик автотранспорта, ежегодно только на дорогах развитых государств мира гибнет количество людей, сопоставимое с количеством погибших в самых кровопролитных войнах истории. Как показывает детальная статистика аварий, очень важную роль при этом играет уровень освещенности: в сумерках жертв автомобильных аварий примерно в четыре раза больше, чем при дневном освещении. Вместе с тем ни одна из национальных систем правил дорожного движения не предписывает снижать скорость при снижении уровня освещенности. Иными словами, этот драматический рост количества аварий в сумерках остается совершенно незамеченным.
Причина такого положения дел в том, что снижение уровня освещенности, стремительно ухудшая работу фокальной системы, практически не сказывается в широком диапазоне изменений на возможностях амбьентного зрения. Поскольку именно амбьентное внимание существенно для выполнения сенсомоторных координаций и нахождения пути в пространстве, у нас совершенно не возникает впечатления, что снижение освещенности хотя бы в какой-то степени снижает функциональные возможности управления автомобилем. Однако идентификация объектов при этом резко затрудняется: становится очень сложно быстро отличить тень на дороге от пешехода или оставленной на обочине машины. Не случайно около 25% водителей, совершивших в сумерках наезд на пешехода, утверждают, что на дороге вообще никого не было. Несколько меньшую роль в подобных ситуациях играют два других фактора — утомление водителя и более полная темновая адаптация пешехода по сравнению с водителем: на темной дороге пешеход ведет себя недостаточно осторожно, ошибочно думая, что водитель может видеть его так же хорошо, как он сам видит приближающийся автомобиль.
Существование двух форм внимания оказывается, как отметил известный американский исследователь восприятия Гершель Лейбовиц (Leibowitz, 1996), настоящим «фактором-убийцей». Задача состоит в объективном и возможно более оперативном отслеживании
62
переходов от фокального к амбьентному восприятию ситуации и обратно. Сделать это можно двумя способами (а также их комбинацией). Первый способ связан с очень быстрым и пространственно точным анализом работы мозга. Второй — с регистрацией движений глаз, где, например, признаком амбьентного внимания являются высокоамплитудные саккады (исключительно быстрые баллистические скачки), сопровождаемые относительно непродолжительными зрительными фиксациями. Второй способ значительно более технологичен. Он может быть реализован уже сегодня и находит целый ряд дополнительных и довольно неожиданных применений.
Интерпретация сложных образов и ландшафты внимания. В современной науке и самых различных областях практики все большую роль играет интерпретация сложных изображений. Так, методы магнитно-резонансной диагностики в медицине связаны с системами обработки информации, то есть с интерпретацией наблюдаемых явлений как аппаратурой, так и врачом. Можно сказать, что к достаточно непростым физическим алгоритмам построения изображения добавляются пока еще совсем мало изученные нейрофизиологические процессы его восприятия и интерпретации. При этом в медицинской радиологии до сих пор допускается много ошибок. Зачастую на основе одной и той же информации специалисты приходят к неодинаковым выводам, очевидно, по-разному воспринимая и интерпретируя сложный зрительный образ. Казалось бы, нет никаких способов проконтролировать, как именно они это делают. Эти трудности можно проиллюстрировать с помощью многозначных картин, известных в истории изобразительного искусства. Так, на одном и том же рисунке Морициуса Эшера можно увидеть либо ангелов, либо чертей, причем до сих пор это было сугубо личным делом каждого человека.
С выявлением различных форм зрительного внимания и их коррелятов в движениях глаз наблюдателя ситуация изменилась. Радикально изменились и методы регистрации движений глаз: сегодня ее можно осуществлять полностью бесконтактным образом, с высокой точностью и скоростью (до 1000 раз в секунду и выше — см.: Величковский, 2006). Сам принцип электронного поиска зрачков глаз заимствован из военных технологий, где он применяется, например, для автономного наведения крылатых ракет на цель, заданную по видеоизображению. С помощью таких методов не составляет большого труда реконструировать динамику распределения по поверхности изображения зрительных фиксаций и реконструируемых на их основе форм зрительного внимания. Такие (трехмерные, а в случае объемных и динамически меняющихся пространственных сцен — многомерные) распределения названы ландшафтами внимания (Velichkovsky, Pomplun, Rieser, 1996). Их можно исполь-
63
зовать в качестве математических фильтров, предназначенных для отбрасывания проигнорированной информации и подчеркивания особенностей того, что на самом деле увидел в некоторой картине тот или иной человек — чертей, ангелов или же что-то еще.
Существует несколько различных приемов фильтрации сложных образов с целью реконструкции особенностей их субъективного восприятия. Особенно интересны преобразования картины в плане распределения амбьентного и фокального внимания. При этом в одном случае фильтрация используется для высветления, а в другом, напротив, для затемнения частей картины, оказавшихся ир-релевантными с точки зрения соответствующих мозговых механизмов. Можно легко реализовать и несколько иные подходы к представлению подобных результатов (например, фильтровать изображение в терминах пространственных частот — так, чтобы менялось разрешение деталей), но общая стратегия обработки сложных изображений, ориентированная на динамику и характер внимания, — метод ландшафтов внимания — остается одной и той же.
Интересно сравнить между собой особенности восприятия и интерпретации одной и той же картины структурами амбьентного и фокального внимания. Первое из них оказывается, как и можно было бы ожидать, значительно более распределенным в пространстве, выделяющим скорее оптическую «массу» групп объектов, чем отдельные осмысленные и, следовательно, узнаваемые эпизоды. Иначе обстоит дело с зонами фокального внимания, которые четко концентрируются вокруг отдельных предметов. Более того, нами было установлено, что фокальное внимание, прежде всего, отслеживает фокальное внимание других людей, в частности, выявляя коммуникативные контакты «глаза в глаза» изображенных на картинах лиц.
Вернемся, однако, к намечающимся перспективам объективизации процессов восприятия и интерпретации сложных изображений в медицине. Учитывая значимость диагностических оценок, в сложных случаях врачу уже сегодня недостаточно поставить диагноз, ему приходится доказывать свою правоту. «Внимательные к вниманию» технологии помогут ему выяснить, что именно он увидел, например, на рентгеновском снимке, который другие специалисты могут интерпретировать совсем иначе. В таком случае можно будет аргументированно спорить о восприятии сложного изображения, а значит, и о диагнозе. Можно представить себе даже появление своего рода «черного ящика» с данными об особенностях субъективного восприятия медицинской информации. В случае необходимости этот «ящик» будет вскрываться для проверки обоснованности диагностических решений.
Одна из проблем, решение которых потребует междисциплинарных усилий, состоит в том, что фокальное внимание носит пред-
64
Рис. 1. Трудности в интерпретации границ объектов на примере картины Вермеера Дельфтского
метный характер, и поэтому его результаты не могут быть аппроксимированы с помощью гауссовского фильтра — аналога гипотетического луча ментального прожектора, постулировавшегося в классической психологии. Поэтому для объективации перцептивного осознания предметных сцен необходимо осуществление целостного выделения предметов, на которые направлено наше фокальное внимание. Такое выделение в большинстве случаев возможно на основании быстрого автоматического анализа статистических характеристик поверхностей предметов, подобного тому, который осуществляется на ранних уровнях зрительной кортикальной обработки (от V1 до V4, выполняющего функцию «входа» в так называемый «вентральный поток» переработки зрительной информации — анатомическую основу фокального внимания). Существуют, однако, и значительно более сложные ситуации, когда ни параметры текстур, ни знание других свойств поверхностей не позволяют осуществить разделение предметов. На рис. 1 это показано на примере картины Вермеера, где юбка и скатерть, похоже, выполнены из одного и того же материала (синий бархат) и, следовательно, имеют и одинаковую оптическую текстуру. Тем не менее наше восприятие легко справляется с предметной интерпретацией этой сцены, используя когнитивные источники знаний.
Еще более серьезный характер носят измерительно-методологические проблемы, возникающие в случае поставленной нами задачи отслеживания характера переработки информации, полученной в результате индивидуальных зрительных фиксаций. Какой
65
о\
о\
Рис. 2. Результаты анализа активации мозга с помощью фМРТ при взаимодействии испытуемого с виртуальными антропоморфными агентами: слева — контакт «глаза в глаза»; справа — отсутствие такого контакта (по: Schilbach et al., 2005)
вклад в обработку содержания текущей фиксации внесен фокальной системой или, скажем, структурами миндалины, реагирующими на эмоциональную валентность стимуляции? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно было бы увеличить разрешающую способность существующих методов мозгового картирования как минимум на порядок и научиться осуществлять такой анализ в режиме реального времени параллельно с регистрацией движений глаз, по ходу обследования сложных осмысленных картин и сцен. Намечающиеся подходы к решению этого комплекса проблем (Velichkovsky et al., 2006) позволят не только восстановить в деталях характер индивидуального восприятия ситуации, но также выявить в окружении эмоциональные валентности тех или иных объектов по ходу восприятия и действия с ними.
Внимание человека и когнитивные технические системы. Итак, особенности внимания человека постепенно перемещаются в центр междисциплинарных прикладных исследований «человеческого фактора» в технике. Создаются первые системы, которые могут предугадывать намерения и локализовывать фокус внимания человека. В самом начале этой статьи мы отмечали трудности, возникающие при использовании традиционной технологии «окон» для поддержки эффективного общения в процессе видеоконференций. В ряде научно-исследовательских центров сегодня разрабатываются альтернативные концепции и системы, с одной стороны, неизменно включающие использование виртуальной реальности, а с другой, позволяющие эксплицировать направленность внимания участников обсуждения. В частности, психологами Института психологии Дрезденского университета и информатиками фирмы «Daimler-Chrysler» (Ульм) создана промышленная система видеоконференций с использованием технологии виртуальной реальности. Оценка направленности внимания осуществляется в этой системе пока еще в очень грубой форме, путем отслеживания поворотов головы.
Для более полного выяснения роли контакта «глаза в глаза» нами были проведены в последнее время обширные исследования, сочетавшие использование виртуальной реальности (антропоморфных партнеров) с регистрацией мимики, движений глаз и мозговой активности при помощи метода функциональной магнитнорезонансной томографии (фМРТ). На рис. 2 показан, пожалуй, наиболее существенный результат этих экспериментов (см.: Schilbach et al., 2005; Mojzisch et al., in press). Оказалось, что обращение к лицу и взгляд в глаза — наиболее действенный способ активации медиофронтальных структур мозга, связанных с эмоционально-личностным отношением к ситуации (соответствующие данные представлены в левой части рисунка). Практически идентичная ситуа-
67
ция появления персонажа, поворачивающегося к испытуемому, но фиксирующего зрительно некоторую область пространства в стороне от его головы, приводит к возникновению активации в заднетеменных отделах (правая половина рис. 2), которые были идентифицированы нами выше как субстрат низкоуровневого амбьентного внимания. Иными словами, мобилизация личностных ресурсов общения в перспективных технических системах коммуникации будет возможна лишь тогда, когда наряду с эффектом феноменального присутствия удаленных партнеров в одном и том же пространственном окружении будет обеспечен психологический контакт в режиме «глаза в глаза».
Итак, дальнейшее развитие информационных технологий, вероятно, будет не только связано с передачей вербальной и графической информации, как в современном Интернете, но и основано на локализации фокуса внимания, причем делаться это будет за сотые доли секунды. Например, как можно задействовать автоматические системы для помощи человеку, управляющему машиной или самолетом, при необходимости срочно принять решение? Уже разработаны и практически используются первые технические устройства, учитывающие возможности человека в динамически меняющейся обстановке. Так, на американских штурмовиках палубного базирования установлены системы предотвращения опасного сближения с землей (GCAS — Ground Collision Avoidance Systems), постоянно фиксирующие изменения рельефа местности, определяющие параметры движения самолета и учитывающие время, которое необходимо летчику, чтобы среагировать. Если на каком-то вираже возникает реальная опасность столкновения с землей, то система берет управление полетом на себя и резко уводит самолет вверх.
Конечно, это пример довольно жесткой формы взаимодействия человека и машины, но в ближайшие 20 лет технологии усовершенствуются. Уже существуют сенсорные датчики, позволяющие оценивать складывающуюся на дороге ситуацию с точки зрения ее потенциальной опасности. Если возникают посторонние объекты или пешеход начинает неожиданно перебегать дорогу перед автомобилем, соответствующие технические детекторные системы компьютерного зрения это зафиксируют. Что делать дальше с этой информацией? Должны ли технические системы менять направление движения автомобиля или останавливать его? Каждому известно, что нет ничего хуже, чем чье-то вмешательство в твои действия без серьезного повода! Поэтому системы технического зрения и интеллектуальной поддержки водителя должны не только воспринимать окружающую обстановку, но и оценивать восприятие и возможные реакции самого водителя. Если опасность зафиксирована, но одновременно поступила информация, что водитель тоже увидел и вер-
68
но оценил угрозу, то компьютеру лучше не вмешиваться в процесс управления. Но если датчики отметили, что внимание человека не было сфокусировано на опасной ситуации (что оно было амбьент-ным, а не фокальным), то система должна либо предупредить его, либо остановить автомобиль.
Несколько лет назад одна из ведущих немецких фирм создала устройство, не позволяющее водителю приближаться на опасное расстояние к автомобилю, идущему впереди. Компьютерная система учитывает сцепление колес с дорожным покрытием, видимость, скорость и устанавливает безопасную дистанцию, при этом педаль акселератора градуально становится более жесткой. Но в некоторых ситуациях (например, если водитель собирается совершить обгон) систему приходится временно отключать. При этом оказалось, что, однажды отключив систему, водитель почему-то не спешит включить ее снова. Инженеры начали поиски психологического решения возникшей проблемы. Оно состоит в том, чтобы дать «электронному мозгу» автомобиля возможность регистрировать движение глаз водителя и определять, как действовать в его интересах в той или иной ситуации, например, отключаться, как только возникает намерение обогнать, и включаться, как только водитель вновь возвращается в поток движения. В условиях упорядоченного немецкого движения такая система работает успешно. Пока трудно прогнозировать, как она будет справляться с ситуациями на улицах Москвы или Рима, где обгон осуществляется и слева и справа. Но и эти более сложные ситуации, несомненно, будут поставлены под контроль в ходе дальнейшего увеличения мощности систем компьютерного зрения.
Тот же подход, использующий локализацию фокуса внимания и особенности движений глаз, может быть применен и в области обучения. Допустим, человек читает некоторый текст на иностранном языке, которым он владеет сносно, но не в совершенстве. На основе психологических методов можно объективно определить, какие слова ему незнакомы. Вместо того чтобы вновь и вновь обращаться к словарю, как это делалось в течение столетий, адаптивный интерфейс автоматически зафиксирует затруднения на основании характерного для таких затруднений режима движений глаз и ненавязчиво подскажет нужное слово на родном для читающего языке (или на любом заданном). Причем, что существенно, делается это только тогда, когда человеку реально нужна помощь и, кстати, без какого-либо явного запроса с его стороны. Поэтому данные виды интерфейсов иногда называют «некомандными», то есть не требующими использования эксплицитных команд. И в этом, конечно, состоит большая разница между возникающими сегодня технологиями будущего и очень примитивными прошлыми подходами в этой области.
69
Заглядывая в будущее: перспективы когнитивных исследований. В основе технологий, базирующихся на локализации фокуса внимания, лежит глубокое понимание фундаментальных процессов обработки информации, управления вниманием и того, как эти процессы реализуются нашим мозгом. Печально, что в массовом сознании российской общественности психология все еще остается спекулятивной паранаучной дисциплиной, занимающейся чем-то вроде толкования сновидений и гадания на кофейной гуще. В данной статье мы затронули лишь малую часть революционных изменений в практическом применении психологических и нейропсихологических знаний, которые прошли верификацию в рамках междисциплинарного подхода, получившего название когнитивная наука (в последнее время, впрочем, возникают новые модификации этого названия, такие как когнитивно-аффективная наука и когнитивная нейронаука — см.: Величковский, 2006).
Парадокс соотношения фундаментальных и прикладных разработок состоит в круговой причинно-следственной зависимости. Исследования, которые не имеют в виду перспективу практического применения, в конце концов, оказываются стерильной «игрой в бисер». Однако по-настоящему новыми могут быть только подходы, полученные в рамках фундаментальных исследований. Можно даже высказать предположение, что любое достоверное, то есть полученное с помощью научных методов знание о когнитивной организации человека имеет сегодня хотя бы потенциальную практическую значимость. Так, нами в течение ряда лет проводилось изучение особенностей и нейрофизиологических механизмов так называемого эффекта дистрактора — рефлекторного замирания глаз (увеличение времени актуальной фиксации) в ответ на неожиданные изменения зрительной стимуляции (Graupner et al., in press). Это, казалось бы, чисто академическое исследование неожиданно нашло применение в практике офтальмологических операций, где позволило надежно обездвиживать глаза пациентов чисто психологическими методами на время, необходимое для точного воздействия лучом лазера на выбранный участок сетчатки.
Когда-то, в классический период отечественной науки, когнитивные исследования в СССР находились на довольно высоком уровне. Еще во второй половине 1960-х гг. в стране работали десятки лабораторий когнитивного, по сути дела, направления, а исследования движений глаз, проведенные советским биофизиком А.Л. Ярбусом, приобрели широкое международное признание. Затем наметилось отставание. Чтобы восстановить утраченные позиции, в России создана Ассоциация когнитивных исследований и проводятся регулярные конференции по когнитивной нау-
70
ке. В них участвуют психологи, лингвисты, нейрофизиологи, специалисты по искусственному интеллекту, нейроинформатике и компьютерной науке, философы, антропологи и другие ученые, интересующиеся такого рода исследованиями. Когнитивная наука — одна из ведущих областей фундаментальных и, как мы пытались показать, прикладных исследований XXI в. Создание междисциплинарного когнитивного сообщества особенно естественно для страны, где работали Н.А. Бернштейн, Л.С. Выготский, А.Р. Лу-рия и другие ученые, которых повсеместно относят к предтечам когнитивной науки.
Все это тем более важно, поскольку в скором времени в области когнитивных технологий произойдут разительные перемены: будет развиваться речевое взаимодействие с техническими устройствами; компьютеры видоизменятся до полной неузнаваемости; интерфейсы станут трехмерными и в любом месте пространства люди смогут, манипулируя виртуальными объектами, получить доступ к накопленным человечеством знаниям и умениям. Но самое главное — человек научится лучше использовать ресурсы своего внимания, что вкупе с вычислительным потенциалом современных микропроцессоров создаст условия для принципиально новых возможностей кооперативной обработки информации. Действия человека и технических устройств, таких как мобильные роботы, будут координироваться примерно так же, как взаимодействует внимание матери и ребенка. Таким образом, мы выйдем на первую стадию реального симбиоза человека и созданных его разумом технологий.
Автор признателен студентам и коллегам из Дрезденского университета за неизменное сотрудничество и участие в экспериментах. Описанные в этой работе исследования поддержаны грантами BMBF, BMWAG, Daimler-Chrysler AG, DFG и Комиссии Евросоюза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Величковский Б.М. Когнитивная наука: основы психологии познания. Т. 1, 2. М., 2006.
Величковский Б.М., Шмидт К.-Д. Долговременная перцептивная память // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 14. Психология. 1977. № 1.
Bornstein M.H. Origins of communication in infancy // Communicating meaning: The evolution and development of language / Ed. by B.M. Velichkovsky, D.M. Rum-baugh. Mahwah, NJ, 1996.
Graupner S.-T., Marx J., Velichkovsky B.M., Pannasch S. Surprise, surprise: Two distinct components in the visually evoked distractor effect // Intern. J. of Psychophysiol (in press).
Leibowitz H.W. The symbiosis between basic and applied research // Amer. Psychologist. 1996. Vol. 51. N 4.
71
Mojzisch A., Schilbach L., Helmert J.R., Pannasch S., Velichkovsky B.M., Vogeley K. The effects of self-involvement on attention, arousal, and facial expression during social interaction with virtual others // J. of Soc. Neuroscience (in press).
Norman D.A. Twelve issues for cognitive science // Perspectives on cognitive science / Ed. by D.A. Norman. Norwood; Hillsdale, 1981.
Posner M.I. Progress in attention research // Cognitive neuroscience of attention / Ed. by M.I. Posner. N.Y., 2004.
Schilbach L., Helmert J.R., Mojzisch A., Pannasch S., Velichkovsky B.M., Vogeley K. Visual attention and brain processing while meeting an avatar // Proceeding of Workshop on Social Aspects of Android Science. Stresa, Italy, July 24—26, 2005.
Velichkovsky B.M. Communicating attention: Gaze position transfer in cooperative problem solving // Pragmatics and Cognition. 1995. Vol. 3. N 2.
Velichkovsky B.M., Baccino T., Cornelissen F.W., Geusebroek J.M., Hansen L.K., Hari R., Lorincz A., Nicu Sebe, Pannasch S., Walter H. PERCEPT: Perceptual Consciousness — Explication and Testing. EU Commission, Brussels (NEST-Pathfinder Program), 2006.
Velichkovsky B.M., Joos M., Helmert J.R., Pannasch S. Two visual systems and their eye movements: Evidence from static and dynamic scene perception // CogSci 2005: Proceedings of the XXVII Conference of the Cognitive Science Society. Stresa, Italy, July 21—23. 2005.
Velichkovsky B.M., Pomplun M., Rieser H. Attention and communication: Eye-movement-based research paradigms // Visual attention and cognition / Ed. by W.H. Zangemeister, S. Stiel, C. Freksa. Amsterdam; N.Y., 1996.
Velichkovsky B.M., Rothert A., Kopf M, Dornhoefer S.M., Joos M. Towards an express diagnostics for level of processing and hazard perception // Transportation Research. Part F. 2002. Vol. 5. N 2.
72
