ВОСПРИЯТИЕ НЕОСОЗНАВАЕМЫХ ЗРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 612.84

ВОСПРИЯТИЕ НЕОСОЗНАВАЕМЫХ ЗРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

DOI

Шелепин Ю. Е., Хараузов А. К., Жукова О. В.

ФГБУН Институт физиологии им И. П. Павлова РАН, Санкт-Петербург, Россия e-mail: yshelepin@yandex.ru

Аннотация: Представлены психофизиологические исследования восприятия. Разработаны методы маскировки сигналов. Развиты методы выявления неосознаваемого восприятия по непроизвольным реакциям человека с помощью объективных физиологических методов интегративной оценки состояния человека. С помощью психофизиологических методов регистрации движения глаз, ЭЭГ и фМРТ выявлены маркеры неосознаваемого восприятия, установлено влияние неосознаваемого восприятия на принятие решений, осуществляемых в нейронных сетях префронтальной коры. Предложены: алгоритмы описания работы крупномасштабных нейронных сетей, модель оппонентных взаимодействий вентральной и дорзальной нейронных сетей и реципрокных отношений нейронных сетей. Показано как взаимосвязь осознаваемого и неосознаваемого восприятия обеспечивает принятие решения.

Ключевые слова: зрение, восприятие, маскировка, неосознаваемый стимул.

Введение.

В зрительной системе человека информация обрабатывается в различных каналах и может проходить в режимах как осознанного, так и неосознанного восприятия. Обычно ни интроспективно, ни путем опроса нельзя установить, поступила ли та или иная зрительная информация неосознанно. Дело в том, что сохраненную в памяти человека информацию о наблюдаемых сценах можно условно разделить на два типа. Малая часть информации об изображениях доступна на сознательном уровне. Другую, большую, но скрытую в подсознании, часть информации сознательными усилиями извлечь трудно. Но она влияет на поведение человека, на принятие им решений. Для извлечения воспринятой, но неосознаваемой информации, необходимы объективные методы исследования.

Цель проведенных работ — обнаружить неосознаваемые, но поступившие в мозг сигналы, по непроизвольным движениям глаз, мимики или с помощью ЭЭГ и фМРТ.

Методы, результаты и их обсуждение.

Контроль неосознаваемого восприятия с помощью фМРТ.

Методом функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) исследовали изменения активности мозга при неосознаваемом восприятии изображения — лица человека [1]. Изображения маскировали с помощью динамической мультипликативной помехи, интенсивность которой подбирали таким образом, чтобы максимально затруднить восприятие лица. Внимание испытуемых отвлекали от скрытого изображения задачей слежения за движущимся объектом — кольцом Ландольта, которое передвигалось по всему стимуль-ному полю. Изменения уровня оксигенации крови (BOLD-сигнала), отражающего изменения нейронной активности в тканях мозга в ответ на предъявление замаскированных лиц, сравнивали с контрольными условиями, в которых динамическая помеха перекрывала скопление из случайно перемешанных фрагментов изображений лица. Таким образом, в обоих случаях основные физические характеристики стимуляции (яркость, контраст, размер, частота мелькания помехи), равно как инструкция и сложность задания, оставались неизменными. Менялась лишь структура замаскированного изображения. Установили, что предъявление изображений лиц вызывает достоверное увеличение активности в затылочно-височных областях мозга (ВА19 и ВА37). У испытуемых, заметивших скрытые лица, уровень активации в этих областях оказался достоверно выше, чем у незаметивших, по относительному количеству активированных вокселей в заданном объеме мозга. Таким образом, с помощью фМРТ было показано, что, даже если объект остался незамеченным, мозг наблюдателя неосознанно обрабатывает информацию о нем. Совпадение карт активации у испытуемых, заметивших или не заметивших скрытый объект, предполагает, что осознанное и неосознанное восприятие лиц обеспечивается одними и теми же структурами мозга. Переход к осознанному восприятию обеспечивается за счет повышения активности областей мозга, участвующих в обработке данного сигнала. Эти результаты не исключают существование дополнительного, более быстрого пути проведения неосознаваемой информации, по которому могут проходить зрительные сигналы об опасности, требующие незамедлительной реакции всего организма [2].

Контроль неосознаваемого восприятия с помощью реги-страций движения глаз. Группе испытуемых из 13 человек предъявляли замаскированную фотографию мужского лица на периферии поля зрения [3]. Маскировку осуществляли добавлением мультипликативной динамической помехи в виде случайного набора квадратов, 20 из которых были прозрачны и несли 20 % информации об изображении, а остальные 80 были окрашены в серый цвет, скрывая 80 % картинки. Положение прозрачных и непрозрачных окон менялось случайным образом каждые 100 мс. Закамуфлированные изображения одного и того же лица предъявляли на периферии поля зрения — слева и справа от точки фиксации в центре экрана. Внимание испытуемых привлекали к центру экрана задачей по выравниванию яркости двух вертикальных полосок. Длительность стимуляции составляла 3 мин. За это время, если человек не отвлекался от задачи и не отводил взгляд от центра экрана, он был не в состоянии заметить лицо, воспринимая мелькания на периферии как отвлекающий фактор, усложняющий выполнение задания по выравниванию яркости полосок. Практически все наблюдатели успешно справлялись с задачей выбора и не догадывались о том, что им предъявляли на самом деле. Испытуемым, не заметившим лицо на периферии, после стимуляции и опроса было предложено рассмотреть изображение, состоящее из 10 незнакомых мужских лиц, расположенных по кругу. Время просмотра составляло 30 с. Во время просмотра у испытуемых регистрировали траекторию движения взора по этой картинке. Анализировали количество перемещений взора и длительность фиксаций на каждом из 10 лиц. Полученные данные сравнивали с результатами другой, контрольной, группы испытуемых из 14 человек, которым до этого не проводили стимуляцию с замаскированным изображением. Результаты анализа движений взора показали, что только те испытуемые, которым ранее предъявляли замаскированное изображение лица, чаще и дольше смотрят именно на это лицо. Эффект был особенно выражен в первые секунды рассматривания. Вероятно, образ скрытого лица накапливается и запоминается наблюдателем, хотя им и не осознается. В результате, при предъявлении этого изображения в круге среди других, ему подобных, наблюдатели большее время смотрят именно на него, хотя и не отдают себе отчет об этом.

Контроль неосознаваемого восприятия по непроизвольным движениям мимических мышц. В наших исследованиях

электрическую активность мышц Zygomaticus major (растягивает углы рта, активируется, когда человек улыбается) и Corrugator supercilii (сдвигает брови внутрь, активируется, когда человек хмурится) регистрировали у 12 испытуемых во время предъявления набора фотографий людей с различными эмоциями [3, 4]. Каждый наблюдатель участвовал в двух экспериментах — сначала вариант с неосознанным предъявлением эмоциональных стимулов, затем, после короткого отдыха, вариант с осознанным предъявлением. В качестве стимулов использовали изображения мужских и женских лиц с одной и той же эмоцией, скомпонованные в матрицы 2*2. Матрицы могли быть двух типов по содержанию эмоций: «веселые» и «грустные». Для создания условий неосознанного восприятия применили метод обратной маскировки. В качестве маскировочного изображения использовали матрицу, сходную по размеру с тестовыми матрицами, но состоящую из случайных фрагментов фотографий с нейтральной эмоцией. Стимуляция начиналась с предъявления последовательности из двух маскировочных матриц, после которых предъявляли одну матрицу эмоциональных лиц. Такой цикл повторяли три раза с разными реализациями матриц, но с одинаковой эмоцией. В итоге, каждая такая последовательность содержала 3 разных реализации матриц с «эмоциональными» лицами одного типа — либо «веселыми», либо «грустными». Многократно повторяли маску и сигнал. В конце каждого цикла экран в течение одной секунды оставался черным, затем появлялась тестовая матрица с нейтральными лицами. Наблюдатель должен был оценить, в условиях принудительного выбора, к какому эмоциональному типу принадлежит данная матрица — веселому или грустному, и нажать соответствующую кнопку. Такой вопрос предлагали наблюдателям для того, чтобы определить степень влияния предшествующих эмоциональных стимулов на эмоциональное восприятие нейтральных лиц. Сразу после нажатия наблюдателем на кнопку экран становился черным, и через некоторое время начиналась новая последовательность матриц. Соотношение времен предъявления «эмоциональной» и маскировочной матрицы было подобрано эмпирически так, чтобы в случае неосознанного предъявления исключить всякую возможность наблюдателю заметить вставку с матрицей «эмоциональных» лиц. В обоих режимах восприятия тонус мышцы Zygomaticus major увеличивается в ответ на предъявление фотографий с положительными эмоциями, то есть испытуемые непро-

извольно и незаметно улыбаются в это время. Предъявление фотографий с грустными лицами, наоборот, приводит к уменьшению напряжения в этой мышце улыбка «сходит с лица» испытуемых. Статистический анализ доказал достоверность отличий в реакциях на грустные и веселые лица (парный непараметрический ^критерий, Р < 0.05). Электромиограммы позволяют зафиксировать эмоциональную реакцию человека при восприятии эмоционально окрашенных стимулов как на осознаваемом, так и на неосознаваемом уровне [4, 5].

Влияние неосознаваемого восприятия на принятие решений. Как неосознанно воспринятые сигналы влияют на величину правильных ответов и на время реакции (прайминг-эффект) и процесс принятия решений? Для ответа на данный вопрос Ольгой Вахрамеевой и ее соавторами был подготовлен набор стимулов на основе японского алфавита — хираганы. Были отобраны семь наиболее простых и при этом непохожих друг на друга символов. Эти символы просты как буквы, но для испытуемых незнакомы [6]. Задачей испытуемых было запомнить символ, предъявленный на короткое время в центре экрана, и затем выбрать его из четырех символов, расположенных на периферии поля зрения. Перед принятием решения на короткое время предъявляли стимул-подсказку, который мог быть верным (конгруэнтный прай-мер) или неверным (неконгруэнтный праймер). Исследовали влияние относительного размера тестовых стимулов и праймеров, временных характеристик предъявления символов, наличия/отсутствия помехи на процент правильных ответов и на время реакции при выполнении задачи принудительного выбора. Установлено, что прайминг зависит от соотношения размеров тестового изображения и подсказки, но главное то, что прайминг-эффект был обнаружен только при наиболее сложных условиях задачи (при наложении мультипликативной помехи). Это означает, что человек «прислушивается» к неосознанно воспринятой подсказке только в случае неопределенности, когда принятие решения дается с трудом. Таким образом, воспринятая неосознанно зрительная информация может храниться в памяти, изменять эмоциональный фон человека, влиять на принятие решений, предупреждать об опасности. Предположительно, способность мозга неосознанно обрабатывать информацию — это врожденный адаптационный механизм, который помогает выживать в опасных условиях окружающей среды. Это то, что мы называем интуицией.

Заключение.

В данном докладе представлены результаты собственных исследований выявления маркеров неосознаваемого восприятия и принятия решений. Наличие неосознанно воспринятой информации в условиях неопределенности обычно нельзя установить субъективными методами. Для этого необходимо провести физиологический контроль, что и было сделано. Представлены результаты измерений движения глаз и напряжения лицевых мышц, проведена функциональная магнитно-резонансная томография и выполнены психофизические измерения. На основании результатов проведенных исследований выявлены физиологические маркеры неосознанного восприятия зрительного сигнала и его влияния на принятие решений, непроизвольные движения и целенаправленную деятельность человека.

Список литературы:

1. Хараузов, А. К., Васильев, П. П., Соколов, А. В., Шелепин Ю. Е., Кувалдина М. Б., Борачук О. В., Фокин В. А., Пронин С. В. Восприятие изображений в задачах зрительного поиска в условиях динамической помехи//Оптический журнал, 2015. т. 82, № 5, с. 42—55.

2. Tamietto, M., de Gelder, B. Neural bases of the non-conscious perception of emotional signals//Nature Reviews Neuroscience, 2010. vol. 11, no. 10, pp. 697—709. https://doi.org/10.1038/nrn2889

3. Шелепин, Ю. Е., Хараузов, А. К., Жукова, О. В., Пронин С. В., Куприянов М. С., Цветков О. В. Маскировка и обнаружение скрытых сигналов в динамических изображениях//Оптич. журн., 2020.87, 10, 89—102. https://doi.org/10.17586/1023—5086— 2020—87—10—89—102

4. Симонов П. В.. Эмоциональный мозг. М.: Наука, 1981.

5. Шелепин, Ю. Е., Хараузов А. К., Вахрамеева О. А., Жукова, О. В., Пронин С. В., Цветков О. В., Скуратова К. А., Шелепин Е. Ю. Неосознаваемые зрительные сигналы и непроизвольные реакции человека. Интегративная физиология, 2021, т. 2, № 4

6. Вахрамеева, О. А., Хараузов, А. К., Пронин, С. В. Шелепин Ю. Е.. (2016) Зрительный прайминг при распознавании мелких изображений в сцене, содержащей объекты разного размера. Физиология человека, т. 42, № 5, с. 39—48.

UNCONSCIOUS VISUAL SIGNALS AND HUMAN INVOLUNTARY REACTIONS

Shelepin Yu. E., Harauzov A. K., Zhukova O. V.

I. P. Pavlov Institute of Physiology Academy of Sciences, St. Petersburg, Russia e-mail: yshelepin@yandex.ru

Abstract: The psychophysiological studies of perception, on the example of the perception of images containing conscious and unconscious (hidden) faces are presented. Methods for masking signals and methods to detect unconscious perception by involuntary reactions of a person have been developed. The algorithms for describing the operation of large-scale neural networks are proposed. By psychophysiological methods of eye movement registration, EEG and fMRI the markers of unconscious perception were discovered. The influence of unconscious perception on decision-making carried out in the neural networks of the prefrontal cortex has been experimentally established. A model of opponent interactions between ventral and dorsal neural networks and reciprocal relations of neural networks of various structures of the prefrontal cortex is proposed. An assumption is put forward about how the relationship between conscious and unconscious perception ensures decision-making and the effectiveness of purposeful human behavior.

Key words: vision, perception, masking, unconscious stimulus, purposeful activity.