CC BY
111
СЛОЖНОСТЬ ОБРАБОТКИ ОБРАЗОВ В УСЛОВИЯХ ЗРИТЕЛЬНОГО ПОИСКА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭЛЕМЕНТОВ, СОСТАВЛЯЮЩИХ ЦЕЛОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
А.В. Хрянин1, М.М. Безруких ФГБНУ «Институт возрастной физиологии» Российской академии образования, Москва
Целью настоящего исследования являлось изучение сложности обработки зрительных образов в зависимости от составляющих их элементов. В психофизиологическом эксперименте 13 взрослых испытуемых решали зрительно-пространственные задания, в которых требовалось найти идентичное эталону целевое изображение среди сходных изображений-дистракторов. В качестве стимулов использовались геометрические фигуры и китайские иероглифы. Регистрировались время ответа и количество ошибок для каждого типа заданий и для каждого отдельного стимула. Полученные результаты позволяют выделить критерии для категоризации зрительных стимулов и их ранжирования по уровню сложности.
Ключевые слова: сложность зрительно-пространственных заданий, фигуры, иероглифы, целевые изображения, дистракторы.
Difficulty of the visual processing during visual search in match-to-sample tasks. We studied the peculiarities of processing visual images in the visual search tasks depending on the elements constituting the whole image. The total of 13 healthy adults participated in the psychophysiological experiment and performed a visuospatial task. The task consisted in matching the series of 5 stimuli simultaneously shown on the screen to the target one. The stimuli were specially designed as complex geometrical objects and Chinese characters. The results showed the influence of the visual object complexity on the reaction time and error rates. Thus, we determined the categorization criteria for the arrangement of the task difficulty.
Keywords: visuospatial task difficulty, visual objects, Chinese characters, visual search, distractors, match-to-sample task.
Зрительному восприятию принадлежит главная роль во взаимодействии человека с окружающим миром. Зрительная перцепция и связанные с ней когнитивные процессы дают возможность человеку оптимально адаптироваться во внешней среде, обеспечивают целесообразное поведение человека. В меняющемся зрительном мире необходимым условием эффективного взаимодействия с ним является быстрота анализа и интерпретации изображений, которые в большинстве случаев появляются одновременно или быстро сменяют друг друга. Обработка зрительной информации обязательно требует зрительно-пространственных операций, в результате которых даётся правильная оценка взаимного расположения объектов в окружающем пространстве. Сложная многоуровневая зрительная система с высокой скоростью и эффективностью производит анализ целостного образа, его формы, ориентации в пространстве, взаимного расположение его отдельных элементов. При этом происходит дифференцировка сходных объектов,
Контакты: 1 Хрянин А.В. - E-mail:< [email protected]>
выделение их из зрительного шума. Часто один предмет загораживается другим, и его образ мысленно собирается из разрозненных деталей.
Важно отметить, что в литературе нет чёткого определения сложности воспринимаемого образа, как нет и единых подходов к его оценке. Практически все образы являются сложными.
Вопрос о сложности изображений возникал ещё в прошлом веке. Было доказано, что при одинаковом размере буквы, состоящие из большего количества линий, опознаются хуже [35; 43]. Более сложными с тех пор стали считаться объекты, имеющие в своём составе большее количество штрихов и линий. Также при оценке сложности учитывалось количество пересечений линий, углов и т.п. [46].
Согласно В.Д. Глезеру [5] зрительный образ описывается набором сложных признаков. По мнению ряда авторов, сложные признаки определяются как сочетания двух и более простых в случае корреляционных связей между ними. [31; 37; 40]. Приводятся доказательства существования в мозге специализированных структур, ответственных за выделение именно сложных объектов, а не текстур -набора некогерентных простых признаков, например, отрезков линий. От степени когерентности локальных простых признаков зависит, воспринимается изображение как глобальная форма или нет [28].
Традиционно изображениями различной сложности считаются иероглифы [7]. В.М. Бондарко с соавторами [4; 14] использовали математические методы оценки сложности изображения, выбрав в качестве стимулов китайские иероглифы, сильно отличающиеся по количеству элементов и спектральному составу. Субъективная оценка сложности определялась путём расположения испытуемыми, не знающими семантики предъявляемых символов, иероглифов в порядке возрастания сложности.
Анализ частотных характеристик осуществлялся с использованием рядов Фурье. При этом была показана важность окружающего фона для восприятия изображения. Оценка пространственно-частотных характеристик изображений представляла сложность, связанную с тем, что зрительная система обладает свойством инвариантности при изменении размеров изображений в определённых пределах. Характеристиками для вычисления сложности авторами также были выбраны площадь, занимаемая элементами иероглифа, и периметр изображения.
В более ранних работах было высказано предположение о том, что сложность объектов определяется количеством признаков в субъективном пространстве, с помощью которых данный объект может быть описан зрительной системой [8]. Вопрос о сущности этих признаков до сих пор остаётся открытым.
При учёте только спектральной составляющей, например, у изображения прямоугольной решётки, амплитудный спектр будет шире при меньшем количестве полос, чем в случае большего их числа, при одинаковой ширине. То есть при учёте только спектральных характеристик более сложной оказывается решётка с меньшим числом полос. Однако субъективно такая решётка никогда не будет более сложной. Изображение, составленное из тех же полос, что и решётка, но имеющих разную пространственную ориентацию, наблюдатель всегда назовёт более сложным. При одинаковых площади и периметре спектр сложнее у различно ориентированных полос, чем у регулярной решётки. Это свидетельствует о необходимости комплексного подхода к оценке сложности изображений, так как площадь, периметр и пространственно-частотные характеристики вносят независимые вклады в восприятие образа и оценку его сложности.
Двойственный характер оценки сложности изображений имеет физиологический смысл, так как соответствует представлениям об обработке образов зрительной системой, которая включает механизмы, оперирующие как пространственными, так и пространственно-частотными характеристиками. Известно, что рецептивные поля стриарной коры могут выделять полосы, края, углы и пересечения линий [21], а также оценивать пространственно-частотные характеристики. При этом более сложными являются объекты, на которые реагируют большее число пространственно-частотных каналов [6; 30].
Увеличение минимальных размеров чёткого видения изображений усложняет их восприятие, что соответствует согласованному функционированию различных уровней зрительной системы. Однако наблюдалась также следующая закономерность. Иероглифы не очень большого размера, необходимого для его чёткого видения, но имеющие в своём составе несколько оформленных изображений, воспринимались, как более сложные из-за усложнения спектра всей фигуры.
На оценке сложности сказывается также сходство составляющих иероглиф элементов со знакомыми по зрительному опыту объектами.
Составными элементами видимых предметов являются простые зрительные стимулы (линии, их пересечения, У-образные соединения). Ряд данных указывает на то, что человек и многие животные лучше воспринимают вертикально или горизонтально ориентированные контуры, чем наклонные. Данное явление получило название «эффект промежуточных ориентаций» [22; 33]. Так при анализе фотографий различных объектов окружающего мира установлена большая представленность линий вертикальной и горизонтальной ориентаций по сравнению с наклонными во всех изображениях [45].
На основе результатов психофизиологических исследований Бидерман (1987) описывает зрительное восприятие как последовательность операций, начинающихся с низкоуровневых стадий выделения локальных характеристик образа (контуров, границ) до высокоуровневых, во время которых выполняется опознание путем сравнения входящей зрительной информации с хранящимися в памяти образами объектов.
Согласно теории Бидермана любой сложный трёхмерный предмет может быть разложен на ряд элементарных компонентов - геометрических модулей, или геонов («геометрических ионов»). Выделяется около 24 геонов, различные комбинации которых могут образовать объект практически любой формы. По мнению автора, независимо от того, под каким углом зрения рассматривать геоны, они легко отличимы друг от друга и не подвержены никаким зрительным искажениям. Исходя из данного предположения, можно говорить о наличие в любом объёмном предмете перцептивных структурных единиц («строительных блоков»). При таком покомпонентном опознании человек раскладывает образ предмета на элементарные геоны и выявляет их взаимное расположение. Например, цилиндрический геон с дугой наверху воспринимается как ведро, а с дугой сбоку - как чашка. Если данная теория соответствует действительности, что объект узнаётся легче, если включает большее количество геонов. Такие сложные объекты, как самолёт или слон, человек должен опознавать лучше, чем простые, вроде чашки или лампы. Предмет также может быть правильно идентифицирован, если в изображении присутствуют лишь некоторые из его геонов.
С одной стороны, такой подход является экономичным, поскольку трактует перцептивный процесс как операции с ограниченным набором базовых форм. С
другой стороны, объясняя способность различать предметы, относящиеся к разным категориям (например, отличать слонов от самолётов), эта концепция не раскрывает суть дифференцировки предметов одного класса, состоящих из одних и тех же геонов (например, лошадь от большой собаки).
Д. Канеман [9], опираясь на эксперименты Дж. Бека [24], указывает на то, что обнаружение сходства и различий между элементами, одновременно предъявляемых в поле зрения лежит в основе группирования при восприятии целостного образа. Группирование объектов при восприятии обеспечивается их объединением, при котором одна группа чётко отделяется от другой. Такая перцептивная сепарация называется сегментацией. Группирование и сегментация образуют две стороны общего процесса фигуро-фонового выделения [42].
Основные принципы группирования и сегментации находят отражение в сферической модели зрительных перцептивных процессов, описываемых векторным кодированием [18].
Традиционные теоретические представления о прямой или восходящей обработке зрительной информации разработаны Д. Марром [38; 39]. В основе данной модели лежит разделение обработки образа в зрительной системе на последовательные этапы, от более простых через промежуточные к более сложным. Чем ниже уровень корковой иерархии, тем более элементарные признаки образа выделяются и анализируются в этой области коры.
Д. Марр применил к описанию механизмов обработки зрительной информации информационный подход, согласно которому в зрительной системе происходит анализ изображения и извлечение из него информации по тому же принципу, что и при решении сложных задач в памяти компьютера. В основе этого принципа лежит возможность раскладывать целый образ на составляющие элементы. Формированию данной гипотезы способствовало компьютерное моделирование зрительной системы в момент распознавания ею объекта. Информационный подход делает попытки проследить весь процесс зрительного распознавания от спроецированного на сетчатке изображения до активного узнавания предмета наблюдателем. Начальным этапом решения такой сложной задачи, как распознавание объекта в зрительной системе является дробление этой задачи на ряд последовательно выполняемых стадий, или операций. Результаты обработки информации, получаемые на каждой предыдущей стадии, являются исходными данными для последующих операций, и этот процесс продолжается, пока не будет достигнуто окончательное решение перцептивной задачи.
Достаточно часто физические («объективные») параметры одних и тех же объектов не совпадают с воспринимаемыми («субъективными»), что чётко проявляется на примере зрительных иллюзий восприятия контуров.
В ряде исследований отмечается роль восприятия углов при опознании изображений. Так при удалении из изображения углов трёхмерные и двухмерные фигуры определялись сложнее и медленнее, чем при удалении сторон [15].
В работе Бидермана [26] показана роль вершин по сравнению со сторонами в опознании изображений привычных предметов (самолёт, чашка и др.). Однако в данных экспериментах стороны, как правило, являлись кривыми, что усложняет сравнительную интерпретацию полученных результатов.
В литературе широко обсуждается влияние маскировки на опознание образов. Данные психофизиологических экспериментов свидетельствуют о том, что при опознании фигур максимальным маскирующим эффектом обладают сложные фи-
гуры, включающие в себя весь тестовый образ или его характерные признаки, а также фигуры, отличающиеся от теста только положением в поле зрения [10, 11, 23, 36].
В экспериментах Е. С. Михайловой и соавторов [13] изучалось сопоставление эффектов прямой зрительной маскировки простых и сложных изображений маскирующими стимулами разных уровней сложности. В качестве простых изображений были использованы отрезки горизонтальных и вертикальных линий и их пересечения (углы и кресты), а сложными - являлись контурные рисунки объектов окружающей среды. Результаты данных исследований выявили, что в условиях прямой маскировки снижается точность и увеличивается время опознание простых и сложных изображений. При этом большим маскирующим эффектом обладает изображение, которое по уровню сложности близко к опознаваемым тестовым стимулам, а максимальным этот эффект был в случаях совпадения целевых изображений с маскирующими. Опознание сложных форм оказывается более устойчивым к влиянию маскировки, чем опознание простых изображений.
Считают, что в основе подобных маскирующих влияний на зрительное опознание лежит эффект латерального торможения [12, 32].
Интересно, что сходство тестового и маркирующего стимула не всегда ограничивается только характеристиками формы. Есть данные о влиянии на маскирующий эффект совпадения релевантных характеристик опознаваемого и маскирующего стимулов (например, расовой принадлежности, пола или эмоционального выражения лица, цвета фигуры), что свидетельствует о более сложных, не ограниченных представительством в одной корковой области отношениях между стимулом и маской [29].
В организации маскирующего эффекта, помимо латерального торможения, вероятно, участвуют механизмы кратковременной оперативной памяти. На это указывает резкое затруднение опознания в ситуации, когда тестовое изображение маскируется ему подобным. Так в опытах Е. С. Михайловой и соавторов [13] необходимость правильно опознать одно из четырёх изображений, репрезентации которых находились в рабочей памяти, в условиях маскировки другим изображением из этого же набора стимулов, создавала существенные затруднения, выражавшиеся в резком снижении числа правильных ответов и увеличении времени реакции.
Еще одним механизмом, маскирующего эффекта является снижение возбудимости нейронов зрительной коры в результате развития тормозной фазы цикла возбудимости после маскирующего стимула [20, 23, 41]. Ухудшающий опознание эффект прямой зрительной маскировки обусловлен тем, что восприятие тестового стимула происходит на фоне продолжающихся процессов обработки маскирующего. В частности, есть данные, что в этих условиях в затылочной коре мозга человека подавляются ранние компоненты ВП, что может свидетельствовать о неполноценной обработке зрительного сигнала в этой области, с потерей информации при передаче в следующее звено коркового зрительного пути [16].
Сравнительная оценка и выявление критериев сложности зрительных образов позволяют чётко разделять зрительно-пространственную деятельность по уровню сложности, что необходимо при решении комплексных задач когнитивной деятельности и её мозговой организации.
Это определило цель и задачи нашего исследования. Целью являлась изучение сложности обработки изображений, используемых в зрительно -
пространственных заданиях, их ранжирование и категоризация. Задачи заключались в качественном и количественном анализе результатов решения заданий, отличающихся содержанием зрительного образа, элементами, составляющими его целостное изображение.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Выбор методов исследования определяется поставленными задачами. Анализ стимульного материала, который использовался в проведённых ранее экспериментах по изучению мозговой организации зрительно-пространственной деятельности разного уровня сложности [2, 3], потребовал более тщательного отбора предъявляемых изображений, их категоризации и проведения предварительного поведенческого эксперимента. По количеству ошибок в выборках из набора стимулов были отобраны те, которые оказались наиболее и наименее трудными как в группе взрослых испытуемых, так и среди детей и 10-11 лет. Были выделены три типа стимулов, из которых были составлены наборы для многократных тестовых проб. Также в эксперимент включалась серия проб, в которых тестовыми изображениями являлись иероглифы, используемые исследователями в качестве сложных зрительных образов [4, 14].
Модель эксперимента основана на предъявлении зрительно -пространственных заданий разного типа с разной степенью сложности, и представляет собой последовательность событий, которая частично регулируется экспериментатором, частично автоматизирована.
В ходе эксперимента испытуемые должны решать зрительно -пространственные задачи, которые заключаются в нахождении целевого изображения среди изображений - дистракторов. Эталонный стимул во время выполнения задания экспонируется в центре экрана. Под ним находится ряд из пяти стимулов, среди которых один (целевой) идентичен эталону, другие отличаются пространственным положением одного или нескольких элементов, составляющих изображение. Одинаковые изображения в ряду отсутствуют.
Стимулы первого типа («С») представляют собой круг, разделённый на две части прямой линией. Линия может разделять круг на равные части, либо быть смещена от оси симметрии на 5 или 10 рх1. Стимулы этого типа различаются также углом поворота фигуры относительно центра на 20, 40, 60 и 90° в обе стороны (рис. 1).
12345 12345
Рис. 1. Примеры заданий со стимулами первого типа
Дистракторы отличаются от целевого стимула только смещением разделительной линии.
Второй тип стимулов («СЬ») - окружность с линией, представляющей собой отрезок касательной прямой, перпендикулярной оси симметрии. Стимулы различаются углом поворота относительно центра на 10, 25, 40, 55, 70, 100, 115, 130, 145 и 160° в обе стороны. Таким образом, изменяется только положение линии относительно вертикальной оси. Дистракторы также отличаются от целевого стимула только углом поворота, который составляет от 5 до 15° (рис. 2).
Рис. 2. Примеры заданий со стимулами второго типа («СЬ»)
ОАО
□11д
□ АО OAD ШЛО OAD ОЛП
лОо DÍA DOA АОП olv ^b^fbfb^o
Рис. 3. Примеры заданий со стимулами третьего типа («F»)
Следует отметить, что изображения трёх описанных выше типов входят в различные тестовые батареи, которые используются для оценки интегративных функций, связанных со зрительным восприятием; невербального интеллекта у детей, степени готовности к обучению в школе [1, 17, 25]. Аналогичные задания используются при диагностике когнитивного стиля с использованием теста MFFT Дж. Кагана [34].
Иероглифы для людей, использующих в письме и чтении алфавит, являются невербализуемыми графическими образами, большинство которых содержит несколько составляющих элементов. Зрительно-пространственные задания с иероглифами для испытуемых, никогда не изучавших язык, в котором используются иероглифы, и не знакомых с их значениями, являются нестандартными и сложными.
В настоящем исследовании в качестве стимулов четвёртого типа («Cha») использовались 30 китайских иероглифов с разным количеством элементов. В дис-тракторах отдельные элементы изображаются зеркально, либо изменено их пространственное взаиморасположение (рис. 4).
Г& ^
^ ^ Л. ^ ^
Рис. 4. Примеры заданий со стимулами четвёртого типа («Ска»)
Задание представляет собой контрастный рисунок (800 х 400 рх1), выполненный белыми линиями на чёрном фоне. Предъявлялось на мониторе размером 22" с разрешением 1680 х 1050 точек. Испытуемый находился на расстоянии 1 м до монитора, сидя в кресле.
Перед началом опытных проб испытуемому предлагалось тренировочное задание с устной инструкцией для контроля усвоения условий эксперимента и адаптации к экспериментальной обстановке.
Экспозиции стимульного материала предшествовал ключевой стимул "!", который предъявлялся на экране монитора в течение 750 мс. Задание появлялось через 1-2,5 с рандомизированным интервалом.
Ответ испытуемый давал, нажимая на кнопку пульта с последующим устным называнием цифры, соответствующей рисунку, который был одинаковым с эталоном (рис. 5).
По нажатию кнопки испытуемым изображение задания удалялось с экрана, после чего следовал интервал в 1 с, и начиналось выполнение следующей пробы. Максимальное время экспозиции составляло 10 с. Этот период был выбран эмпирически на основе более ранних исследований с использованием аналогичной модели.
1000-2500
тах 10
1000 мс
ответ
Рис. 5. Временная последовательность событий в экспериментальной
пробе
Стимулы «С» использовались в 40 пробах, остальные - в 30 пробах для каждого типа. Таким образом, эксперимент включал всего 130 проб. Одинаковых заданий не было.
Эксперимент включал 2 серии проб. В первой серии все стимулы предъявлялись в случайном порядке. Во второй серии они были сгруппированы по типам и предъявлялись блоками в следующем порядке: «С», «F», «CL», «Cha». Вторая серия проводилась по прошествии не менее 3-х суток после первой.
Анализировались полученные данные времени ответов испытуемых и количество ошибочных ответов или их отсутствие (ответ «не знаю»). Если ответ был дан после завершения экспозиции, то он также фиксировался.
На данном этапе работы в исследовании участвовали 13 взрослых праворуких испытуемых в возрасте от 18 до 50 лет (4 мужчины и 9 женщин) - учащихся, преподавателей и научных сотрудников. Все испытуемые не изучали китайский или другие языки, в которых используются иероглифы.
В разработке и проведении эксперимента использовалась программа EEGExProc (автор С. Д. Дьяченко). Обработка данных проводилась с использованием дескриптивной статистики и методов параметрического и непараметрического сравнения выборок при помощи программного пакета SPSS (IBM SPSS Statistics 21).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Сравнительный анализ времени ответов испытуемых выявляет существенные различия в скорости решения зрительно-пространственных заданий исследуемых типов. Максимальное время затрачивалось в заданиях с иероглифами. Среднее время ответа в серии со случайным предъявлением составило 7,91 ± 2,00 с. Для выполнения простых заданий «F» в этой же серии требовалось наименьшее время - 4,90 ± 1,56 с. Среднее время ответов для заданий «C» и «CL» составило 5,33 ± 2,03 с и 5,85 ± 2,15 с соответственно. Различия во времени выполнения заданий всех исследуемых типов по t-критерию Стьюдента значимы на уровне p < 0,01 (рис. 6).
В заданиях с использованием иероглифов было допущено максимальное количество ошибок; в ряде проб испытуемый не мог дать ответ за отведённое время. Общая доля невыполненных заданий «Cha» составила 50,77 ± 2,53 %, из них ответ не был дан в 8,72 ± 1,43 % случаев (рис.7).
В простых заданиях «F» процент ошибок составил 5,13 ± 1,12, из них только в одном случае испытуемый не нашёл целевой стимул.
В заданиях «С» и «CL» ошибочные ответы были даны в 24,81 ± 1,89 % и в 42,05 ± 2,50 % соответственно.
Различия между успешностью выполнения разных типов заданий по критерию х2 значимы на уровне p < 0,01, за исключением сравниваемой пары «^L» -«Cha», для которой различия значимы на уровне p < 0,05. Использование непараметрического критерия Мак-Немара также выявляет значимые различия между результатами выполнения проб всех четырёх типов на уровне p < 0,05.
Полученные данные свидетельствуют о том, что наиболее сложным типом зрительно-пространственных задач является идентификация иероглифа. Поиск различий в пространственном расположении большого количества мелких деталей, не являющихся вербализуемыми знакомыми геометрическими фигурами, в условиях дефицита времени требует значительной нагрузки на селективное зрительное внимание.
12 10 8 6 4 2 0
4 9 ^ 4,9 Т4,4
□ 1 □ 2
с а
Стимулы
СИа
Рис. 6. Среднее время ответа испытуемых при выполнении заданий с разным типом стимулов: 1 - рандомизированное, 2 - сгруппированное предъявление; * - значимые различия (р < 0,001)
Р
60 50 40 30 20 10
□ 1 □ 2
С1_
СИа
Стимулы
Рис. 7. Количество невыполненных заданий с разным типом стимулов (в %):1 - рандомизированное, 2 - сгруппированное предъявление; * - различия значимы на уровне р < 0,05, ** - различия значимы на уровне р < 0,01
*
0
Р
С
Наименее сложными являлись задания с поиском одинакового расположения сгруппированных простых фигур. Изображения знакомых, легко называемых образов проще обрабатываются в зрительной системе, что облегчает операции по идентификации их взаиморасположения.
Задания с разделённым кругом («С») и касательной линией («С^)) основаны на восприятии контуров объектов в двухмерной системе координат. Сравнение соотношения 2-х частей целого образа круга оказывается менее сложным, чем нахождение линий с одинаковым наклоном к воображаемой вертикальной оси, то есть параллельных с линиями в эталонных стимулах.
Вторая серия экспериментальных проб с предъявлением блоков заданий, сгруппированных по категориям стимулов, предполагала облегчение их выполнения в связи с выработкой стратегии поиска отличий и дифференцировки таргет-ных изображений и дистракторов. Это должно было, в первую очередь, выражаться в уменьшении количества ошибочных ответов.
Результаты, полученные в этой серии экспериментов, для большинства заданий не отличаются временем ответов. Исключение составляют задания со стимулами <^», для которых сравнение с помощью парного ^критерия Стьюдента показывает статистически значимое ф < 0,001) уменьшение времени ответов (рис. 6).
Для самых сложных заданий с иероглифами во второй серии предъявлений доля невыполненных заданий снижается до 46,15 ± 2,52 % по сравнению с 50,77 ± 2,53 % в первой серии (рис. 7). Не был дан ответ в 7,44 ± 1,33 % проб. Однако статистическая значимость данных различий не выявляется ф > 0,05). Таким образом, можно сделать вывод о том, что сложность заданий этого типа при повторном предъявлении в виде сгруппированных в блоки по категориям существенно не снижается.
Ещё меньше отличается от предыдущего выполнение простых заданий <^». Ошибки отмечаются в 3,59 % ± 0,94 % проб. Статистическая значимость различий отсутствует. В силу низкого уровня сложности повторное решение данных заданий не отражается на среднегрупповых результатах в выборке.
Количество ошибочных ответов для заданий со стимулами «С» уменьшилось
до 20,38 ± 1,77 %. Тест Мак-Немара подтверждает различия на уровне p = 0,034,
2
хотя по критерию х статистическая значимость не выявляется.
Выполнение заданий со стимулами «CL» во второй серии показывает статистически значимое снижение доли неверных ответов до 29,49 ± 2,31 % (р < 0,01) по сравнению с 42,05 ± 2,50 % в предыдущей серии. Эти результаты показывают, что наиболее существенно повторное выполнение сгруппированных заданий влияет на результаты проб с использованием изображений круга с наклонной касательной линией.
В ходе данного исследования был также проведён анализ сложности зрительно-пространственных заданий среди набора стимулов одной категории. Задания отличались не только взаиморасположением элементов в стимуле, но и положением таргетного изображения в одной из пяти позиций и степенью удалённости наиболее сходных дистракторов как от него, так и от эталона. Хотя для этих различий в настоящей работе критерии определены не были.
При выполнении заданий с разделённым кругом максимальное количество ошибок было сделано в пробах, где разделительная линия в эталоне смещена от диаметральной на 5 pxl, что делает различия площади и контуров двух частей круга минимальными (рис. 8). Количество проб и объём выборки не позволяет выявить какую-либо достоверную связь между положением целевого стимула и ошибочно найденного дистрактора. Однако обращает на себя внимание, что в заданиях, в которых верный ответ был дан всеми испытуемыми, целевой стимул чаще всего находился в положении «2». Возможно, это связано с тем, что поиск
стимулов испытуемые начинают, просматривая ряд слева-направо, и обработка зрительного образа в левой части ряда происходит при меньшем дефиците времени, чем в правой. Хотя это не объясняет факта ошибочных ответов в случае нахождения целевого стимула в положении «1». Это может объясняться его большей пространственной удалённостью от эталона. Характерно, что во второй серии проб количество заданий, в которых не было допущено ни одной ошибки увеличилось с двух до восьми.
10345 10345
Б
Рис. 8. Задания «С» с максимальным количеством ошибок (А) и с отсутствием ошибок (Б) в обеих сериях проб: обведён номер целевого стимула, подчёркнут номер преобладающей ошибки
Для других типов стимулов подобные зависимости не выявляются. Среди самых сложных заданий в категории «СЬ» оказываются те, в которых неправильный выбор фигуры в положении «4» вероятно связан с восприятием сочетаний контуров, создающих эффект зрительной иллюзии (рис. 9), и касательная воспринимается параллельной с таковой в эталоне, а параллельная как наклонная к ней. В них сделано максимальное количество ошибок в обеих сериях предъявлений. В целом можно говорить о более выраженном эффекте интерференции дистракторов в данном типе заданий [19, 44].
Рис. 9. Самые сложные задания «СЬ» в обеих сериях проб: обведён номер
целевого стимула, подчёркнут номер преобладающей ошибки
Анализ результатов проб с иероглифами не выявляет зависимости сложности заданий от количества элементов в изображении, если их больше четырёх (рис. 10). В набор стимулов этого типа были включены 2 иероглифа, в которых было три и четыре элемента. В этих заданиях было сделано всего 3 ошибки.
¿у
/Й^ /й^
^ ^ ^ ^ ^
0
Рис. 10. Примеры наиболее сложных заданий «Ска»: обведён номер целевого стимула, подчёркнуты номера преобладающих ошибок
Следует также отметить, что среди стимульных заданий и «СL», и «Сha» были те, которые в первой серии предъявлений выполнялись без ошибок, а во второй серии они оказывались в группе самых сложных, например, со стимулом
Л Л
Проведённый анализ результатов исследования позволяет сделать следующие выводы:
1. Выделены критерии, позволяющие категоризировать и ранжировать по сложности зрительные стимулы, в качестве которых могут быть использованы простые геометрические фигуры и иеорглифы.
2. Наибольшую сложность в обработке образа в условиях зрительного поиска при ограничении времени представляют задания с использованием иероглифов, требующие детального анализа и высокой нагрузки на селективное зрительное внимание.
3. Самыми простыми являются задания с сочетанием простых знакомых фигур, определение пространственного взаимоположения которых и сравнение его с эталонным происходит с высокой скоростью и эффективностью.
4. Трудность при идентификации образов простых геометрических фигур, состоящих из двух частей (задания «С», создают условия, в которых эти части имеют минимальную степень отличия.
5. Высокая степень интерференции дистракторов вызывает сложность нахождения двух параллельных линий среди линий с близкими углами наклона в дистракторах (задания «CL»). В данных заданиях также наблюдается эффект зрительной иллюзии.
6. Полученные результаты позволяют использовать данный стимульный материал в последующих экспериментах по изучению структурно-функциональной организации мозга у детей и взрослых при выполнении зрительно-пространственных заданий разного уровня сложности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безруких, М. М. Методика комплексной диагностики зрительного восприятия у детей 5,0-7,5 лет / М. М. Безруких, Л. В. Морозова. - Ульяновск, 1994. - 58 с.
2. Безруких, М. М. Особенности функциональной организации мозга у праворуких и леворуких детей 6-7 лет при выполнении зрительно-пространственных заданий разного уровня сложности. Сообщение I. Сравнительный анализ параметров ЭЭГ при зрительно-пространственной деятельности низкого уровня сложности / М. М. Безруких, А. В. Хрянин // Физиология человека. -2003. - Т. 29, № 3. - С. 33-40.
3. Безруких, М. М. Особенности функциональной организации мозга у праворуких и леворуких детей 6-7 лет при выполнении зрительно-пространственных заданий разного уровня сложности. Сообщение II. Анализ параметров ЭЭГ при зрительно-пространственной деятельности высокого уровня сложности / М. М. Безруких, А. В. Хрянин // Физиология человека. - 2004. - Т. 30, № 1. - С. 50-56.
4. Бондарко, В. М. Оценка целостности зрительных объектов в зависимости от их размеров / В. М. Бондарко, М. В. Данилова // Физиология человека. - 1996. -Т. 22, № 3. - С. 65-70.
5. Глезер, В. Д. Механизмы опознания зрительных образов / В. Д. Глезер. -М.; Л. : Наука, 1966. - 203 с.
6. Глезер, В. Д. Зрение и мышление / В. Д. Глезер. - СПб. : Наука, 1993. -285 с.
7. Дирингер, Д. Алфавит / Д. Дирингер. - М. : Изд-во иностр. лит., 1963. -656 с.
8. Зрительное опознание и его нейрофизиологические механизмы / под ред. В. Д. Глезера. - Л. : Наука, 1975. - 270 с.
9. Канеман, Д. Внимание и усилие / Д. Канеман. - М. : Смысл, 2006. - 190 с.
10. Кроль, В. М. Зрительное восприятие изображений в условиях маскировки сходными фигурами / В. М. Кроль, В. Д. Сосина // Физиология человека. - 1985. -Т. 11, № 5. - С. 859-861.
11. Кроль, В. М. механизмы процесса узнавания изображений разной сложности: дис. ... докт. биол. наук : 03.00.13 / В. М. Кроль. - М., 1993. - 412 с.
12. Лазарева, Н. А. Нейрофизиологическое и модельное исследование карт рецептивных полей стриарной коры: роль внутрикоркового межнейронного взаимодействия / Н. А. Лазарева, К. А. Салтыкова, И. А. Шевелёв и др. // Журн. высш. нервн. деят. им. И. П. Павлова. - 2006. - Т. 56, № 4. - С. 506-515.
13. Михайлова, Е. С. Опознание сложных и простых изображений при их прямой маскировке / Е. С. Михайлова, Н. Ю. Герасименко, А. В. Овсиенко // Физиология человека. - 2009. - Т. 35, № 3. - С 13-19.
14. Оценка сложности зрительных изображений / В. М. Бондарко [и др.] // Сенсорные системы. - 2003. - Т. 17, № 3. - С. 83-90.
15. Психофизиологическое и нейрофизиологическое исследование опознания неполных изображений / И. А. Шевелёв [и др.] // Сенсорные системы. - 2003. - Т. 17, № 4. - С. 339-346.
16. Самойлович, Л. А. Корковые вызванные потенциалы при последовательной зрительной маскировке / Л. А. Самойлович, В. Д. Труш // Физиология человека. - 1978. - Т. 4, № 2. - С. 267.
17. Скороходова, Т. А. Функциональная организация интегративной деятельности мозга у детей младшего школьного возраста с разным уровнем интеллектуального развития: дис. ... канд. биол. наук: 03.00.13 / Т. А. Скороходова; Ин-т возрастной физиологии. - М., 2001. - 203 с.
18. Соколов, Е. Н. Сегментация, группирование и акцентирование в восприятии стимулов / Е. Н. Соколов, Н. И. Незлина // Журн. высш. нервн. деят. им. И. П. Павлова. - 2009. - Т. 59, № 1. - С. 15-33.
19. Уточкин, И. С. Эффект дистрактора в перцептивных задачах / И. С. Уточкин // Психологический журнал. - 2010. - Т. 31, № 3. - С. 25-32.
20. Шевелёв, И. А. Динамика зрительного сенсорного сигнала / И. А. Шевелёв. - М.: Наука, 1971. - 248 с.
21. Шевелёв, И. А. Зрительная кора / И. А. Шевелёв // Физиология зрения. -М.: Наука, 1992. - С. 243-314.
22. Appelle, S. Perception and discrimination as a function of stimulus orientation: the "oblique effect" in man and animals / S. Appelle // Psychol. Bull. - 1972. - V. 78. -P. 266-278.
23. Bachmann, T. Forward masking of faces by spatially quntized random and structured masks: on the roles of wholistic configuration, local features, and spatial-frequency spectra in perceptual identification / T. Bachmann, I. Luiga, E. Poder // Psychol. Res. - 2004. - V. 69, № 1-2. - P. 11-21.
24. Beck, J. Effect of deviation and of shape similarity on perceptual grouping / J. Beck // Percept. Psychophysics. - 1967. - 2. - P. 491-495.
25. Bender, L. A. Visual Motor Gestalt Test and its clinical use / L. A. Bender // American Orthopsychiatry Association Monograph Series Number 3. - NY. : American Orthopsychiatry Association, 1938. - 176 с.
26. Biederman, I. Priming contur-deleted images: evidence for intermediate representation in visual object recognition. / I. Biederman, E. E. Cooper // Cognitive psychology. - 1991. - V. 23. - P. 393-419.
27. Biederman, I. Recognition-by-components: a theory of human image understanding / I. Biederman // Psychol. Rev. - 1987. - V. 94. - P. 115-147.
28. Dumoulin, S. O. Modulation of VI activity by shape: image- statistics or shape-based perception? / S. O. Dumoulin, R. F. Hess // J. Neurophysiol. - 2006. - V. 95, № 6. - P. 3654-3664.
29. Enns, J. T. Visual similarity in masking and priming: the critical role of task relevance / J. T. Enns, C. Oriet // Advances in Cognitive Psychology. - 2007. - V. 3, № 1-2. - P. 211-226.
30. Ginsburg, A. P. Psychological correlates of a model of the human visual system / A. P. Ginsburg // IEEE Proc. - 1971. - P. 283-290.
31. Grill-Spector, K. The neural basis of object perception / K. Grill-Spector // Current Opinion in Neurobiology. - 2003. - V. 13, № 2. - P. 159-166.
32. Hartline, H. K. Inhibition of activity of visual receptors by illuminating nearby retinal areas in the Limulus eye / H. K. Hartline // Fed. Proc. - 1949. - V. 8, № 1. - P. 69.
33. Howard, I. P. Human Visual Orientation / I. P. Howard. - NY., 1982. - 210 p.
34. Kagan, J. Matching Familiar Figures Test / J. Kagan. - Cambridge, Mass.: Harvard University, 1965.
35. Landolt, E. Tablen d'optotypes pour la determination de l'acuite visuelle / E. Landolt // Arch. Soc. Franc. d'ophtalm. - 1899. - P. 157-166.
36. Machnik, S. L. Visual masking approaches to visual awareness / S. L. Machnik // Progress in Brain Research. - 2006. - V. 155. - P. 177-215.
37. Malach, R. The topography of high-order human object areas / R. Malach, I. Levy, U. Hasson // Trends Cogn. Sci. - 2002. - V. 6, № 4. - P. 176-184.
38. Marr, D. Early processing of visual information / D. Marr // Philos. Trans. R Soc. Lond. B Biol. Sci. - 1976. - V.275, № 942. - P. 483-519.
39. Marr, D. Vision: a computational investigation into the human representation and processing of visual information / D. Marr. - NY. : Freeman, 1982. - 415 p.
40. Object-related activity revealed by functional magnetic resonance imaging in human occipital cortex / R. Malach [et al.] // Proceedings of the Natural Academy of Science USA. - 1995. - V. 92. - P. 8135-8139.
41. Paired-pulse behavior of visually evoked potentials recorded in human visual cortex using patterned paired-pulse stimulation / O. Hoffken [et al.] // Exp. Brain Res. -2008. - V. 188, № 3. - P. 427-435.
42. Shepard, R. N. Toward a universal law of generalization for psychological sciences / R. N. Shepard // Science. - 1987. - V. 237, № 4820. - P. 1317-1323.
43. Snellen, E. Echelle typographique pour mesurer l'acuite de la vision / E. Snellen. - Utrecht, 1862.
44. Stroop, J. R. Studies of interference in serial verbal reactions / J. R. Stroop // Journ. of Experimental Psychology. - 1935. - V. 18. - P. 643-662.
45. The distribution of oriented contours in the real world / D. M. Coppola [et al.] // Neuorobiology. - 1998. - V. 95. - P. 4002-4006.
46. Vitz, P. C. A model of the perception of simple geometric figures / P. C. Vitz, T. C. Todd // Psychol. Rev. - 1971. - V. 78, № 3. - P. 207-228.
