Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы 9
1. Психологическое исследование узнавания и опознания лиц и других объектов. Механизмы узнавания и опознания 9
2. Психофизиологическое исследование узнавания и опознания лиц и других объектов 23
Постановка проблемы 52
Цель и задачи исследования 54
Методика 55
1. Используемые методы 55
2. Испытуемые 71
3. Экспериментальная процедура 72
4. Стимуляция 74
5. Схема электроэнцефалографического эксперимента 78
6. Обработка данных 82
Результаты 93
1. Результаты психологического исследования 93
2. Результаты электроэнцефалографического исследования 95
3. Локализация дипольных источников мозговой активности 116
4. Результаты сопоставления данных по ВП с данными субъективной оценки стимулов 138
5. Результаты обучения нейросетевого классификатора 140
CLASS Обсуждение CLASS 144
1. Анализ результатов психологического исследования 144
2. Анализ результатов предварительного электроэнцефалографи ческого исследования 148
3. Анализ результатов основного электроэнцефалографического исследования 151
4. Анализ распределения источников мозговой активности 165
5. Анализ результатов сопоставления данных по ВП с данными субъективной оценки стимулов 176
6. Анализ результатов обучения искусственных нейронных сетей 180
Выводы 182
Литература... , 183
- Психологическое исследование узнавания и опознания лиц и других объектов. Механизмы узнавания и опознания
- Используемые методы
- Локализация дипольных источников мозговой активности
- Анализ результатов психологического исследования
Введение к работе
Проблема изучения процессов зрительного узнавания и опознания объектов окружающего мира всегда была одной из самых значимых в психологии. Особый интерес вызывает здесь изучение процессов узнавания и опознания лиц, поскольку восприятие данной категории объектов играет важнейшую, биологически и социально значимую роль в жизни человека. Зрительное восприятие объектов, в том числе лиц, может рассматриваться в двух аспектах. В первом случае речь идет об узнавании объектов как таковых среди объектов, относящихся к другим классам. Второй аспект касается восприятия конкретных, знакомых объектов. Этот процесс обозначается термином «опознание». Современный этап исследования этой проблемы характеризуется определенными достижениями в раскрытии многих психологических аспектов и понимании некоторых физиологических механизмов узнавания и опознания. Значительный вклад в изучение данной проблемы внесли К. Коффка, М. Верт-геймер, Р. Солсо, В.М. Кроль, А.Р. Лурия, Р. Причард, Д. Хьюбел, Т. Визель, В. Маунткасл, М.С. Шехтер, Е.Н. Соколов, Е. Тульвинг, А. Раделл, Б. Роушен и многие др.
В настоящее время накоплен богатый экспериментальный материал, который позволил сформулировать ряд принципов обработки информации в процессах узнавания и опознания различных объектов, в том числе, лиц. Так, в психологии было выделено два основных подхода. Первый подход основывается на предположении о приоритете целостного образа перед анализом составляющих элементов. Второй подход базируется на противоположных взглядах: сначала происходит узнавание и опознание отдельных элементов, и лишь затем перцептивной системой выдвигается гипотеза о типе воспринимаемого образа. Существуют также представления, которые так или иначе пытаются объяснить психологические механизмы узнавания и опознания. Так, одна из теоретических концепций предполагает сравнение стимулов с прототипами - некоторыми абстрактными образами воспринимаемых объектов. Другая теория исходит из принципа сопоставления сенсорной информации с некоторыми эталонными мысленными формами; узнавание и опознание, в этом случае, происходят при совпадении стимула с эталоном. В качестве самостоятельного направления можно выделить гештальт-подход, который подчеркивает важность организации элементов зрительного опыта в процессах узнавания и опознания.
Психофизиологические исследования в значительной степени были посвящены поиску мозговых механизмов, которые могут участвовать в обеспечении процессов узнавания и опознания. Применение эффективных методов, в частности, метода вызванных потенциалов (ВП), позволило вплотную подойти к исследованию информационных процессов, происходящих в мозге человека при развертывании процессов узнавания и опознания лиц. Эти исследования позволили сформулировать ряд фундаментальных теоретических представле-
4 ний относительно принципов работы зрительной системы. Так, одна из теоретических концепций связана с принципом нейронов-детекторов; другая - с концепцией частотной фильтрации.
Вместе с тем, психологические и психофизиологические особенности узнавания и опознания лиц исследованы недостаточно. В психологии отсутствует однозначное понимание работы перцептивной системы при развертывании процессов узнавания и опознания. Нет единого мнения по поводу характера следов памяти на узнаваемые и опознаваемые лица. Наблюдаются также противоречия по вопросу о том, какие мозговые структуры обеспечивают функционирование процессов узнавания и опознания лиц. Не ясен характер взаимодействия мозговых структур при развертывании процессов узнавания и опознания лиц. Так, согласно данным нейрофизиологических и электрофизиологических исследований, наиболее часто процесс распознавания лиц связывают с функционированием различных областей мозга: височными долями [Perrett et al,1984], [Boetzel et al, 1995], [Дудель и др., 1996], заты-лочно-височной корой [Damasio et al., 1990], [Kanwisher et al., 1997], [Henson et al., 2000], миндалиной [Rolls, 1984], [Baylis et al., 1985], [Leonard et al., 1985], [Morris et al, 1996], npe-фронтальной корой [Courtney et al., 1996], [Seamas et al, 1997]. Существует также другая, подкрепленная экспериментально, позиция, которая утверждает об отсутствии специфичности мозговых структур к лицам [Gauthier, 2000], [Gauthier et al, 2003]. Кроме того, большая часть как психологических, так и психофизиологических экспериментальных исследований посвящена в значительной степени когнитивному аспекту обработки информации в процессах узнавания и опознания лиц, без учета влияния эмоционального компонента.
Таким образом, все вышесказанное и определило выбор нами темы исследования.
Цель и задачи исследования. Целью данного исследования являлось выявление психологических и психофизиологических механизмов процессов узнавания и опознания лиц. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Изучить психологические и психофизические характеристики процессов узнавания и опознания лиц.
Провести исследование вызванных потенциалов (ВП) мозга при развертывании процессов узнавания и опознания лиц.
На основе параметров ВП мозга и с использованием метода искусственных нейронных сетей разработать и апробировать психофизиологическую методику для идентификации процессов узнавания и опознания лиц.
Произвести анализ распределения в мозге дипольных источников ВП, связанных с процессами узнавания и опознания лиц и на основе этого анализа локализовать мозговые структуры, реализующие механизмы процессов узнавания и опознания лиц.
5 Гипотезы исследования. Сформулировано несколько гипотез:
Узнавание и опознание не являются чисто перцептивными процессами и реализуются на основе взаимодействия механизмов восприятия, памяти и эмоций.
ВП мозга содержат информацию о когнитивных и эмоциональных компонентах опыта субъекта, актуализируемых (с разной степенью выраженности) по ходу протекания процессов узнавания и опознания.
Метод искусственных нейронных сетей в сочетании с методом ВП может послужить основой для разработки нового методического подхода к изучению и моделированию механизмов когнитивных процессов.
Методологические и теоретические предпосылки исследования.
Данное исследование базируется на фундаментальных работах в области психологии, психофизики, нейропсихологии, нейрофизиологии и психофизиологии. При исследовании психологических особенностей процессов узнавания и опознания лиц мы опирались на когнитивный подход к изучению познавательных процессов на базе информационной метафоры. Основы вышеуказанного подхода были заложены в работах отечественных психологов: А.Р. Лурии, Б.Г. Ананьева, Л.М. Веккера, В.П. Зинченко, А.Н. Леонтьева, Б.Ф. Ломова, Н.А. Бернштейна и др., зарубежных психологов: Н. Линдсея, Д. Нормана, У. Найссера, Л. Милл-нера, и многих других. В работе использовались положения гештальт-психологии, сформулированные М. Вертгеймером и К. Коффкой, положения о работе перцептивной системы, разработанные А.В. Запорожцем, П.Я. Гальпериным, Н.Н. Ланге. Мы также опирались на представления об участии когнитивной и эмоциональной составляющих при оценке стимула, разработанные R.S. Lazarus, S. Folkman, P. Ellsworth и др. Психофизиологическое исследование узнавания и опознания лиц базировалась на принципе функциональной организации коры головного мозга, предложенном В. Маунткаслом, векторном подходе к кодированию информации, разработанном Е.Н. Соколовым, концепции информационного синтеза A.M. Иваницкого.
Методы исследования.
При исследовании психологических характеристик процессов узнавания и опознания лиц нами использовалось две методики: для контроля субъективной эмоциональной составляющей процесса восприятия знакомых лиц использовалась модификация метода субъективного шкалирования - метод прямой числовой оценки [Ратанова, 1990]. Для исследования динамики восприятия нами был применен метод тахистоскопического предъявления стимулов с обратным паттерновым маскированием [Кроль, 2005]. Тахистоскоп был реализован в виде компьютерной программы, созданной автором. В психофизиологическом исследовании использовался электроэнцефалографический метод регистрации когнитивных
вызванных потенциалов мозга (система «Энцефалан 131-03»). Для исследования полученных вызванных потенциалов использовался классический компонентный метод анализа в совокупности с методом искусственных нейронных сетей: нейроклассификатор Т.Кохонена, реализованный в программном эмуляторе SOMap Analyser 3.0 пакета Deductor Lite и нейро-эмулятор NeuroPro 0.25. Для изучения связи вызванных потенциалов с мозговыми структурами использовался метод локализации дипольных источников, представленный в программе BrainLoc 6.0.
Надежность и достоверность результатов обеспечивались применением методов регистрации и обработки данных, адекватных специфике предмета и задачам данного исследования, организацией экспериментальной процедуры в соответствии со стандартами проведения психологических и психофизиологических исследований, тщательностью качественного анализа полученных данных, а также использованием при обработке последних специализированных математических методов, соответствующих особенностям эмпирических данных. Так, например, количество предъявлений стимулов для психологического исследования оценивалось по эмпирической формуле расчета необходимого объема выборки при заданном уровне ошибки и вероятности оцениваемого параметра [Лакин, 1980]. Анализ ВП производился с контролем достоверности обнаруженных различий с помощью двухстороннего W критерия Вилкоксона, непараметрического х2 критерия Фридмана (для сравнения пар ВП). В случае обнаружения статистически достоверных различий средних значений компонентов в парах ВП, для проверки того, какие именно значения различаются, использовался q критерий Ньюмена - Кейлса. Возможная связь психофизиологических и психологических показателей оценивалась с помощью непараметрическ^ая^сорреляцщг Спирмена. Для всех статистических критериев нами был принят уровень значимости р<0.05.
Основные положения, выносимые на защиту:
В процессах узнавания и опознания можно выделить несколько последовательно сменяющих друг друга стадий, различающихся временными параметрами и степенью сформированное узнаваемого или опознаваемого перцептивного образа. Число и выраженность стадий не являются жестко фиксированными и варьируют как функция условий восприятия и индивидуальных особенностей испытуемых.
Существование одних и тех же стадий, как в процессе узнавания, так и в процессе опознания свидетельствует о принципиальном сходстве мозговых механизмов их реализации. Принцип работы последних может быть основан на операции сравнения (перебора) признаков «наличного образа» с признаками «эталонов памяти», представляющих индивидуальные объекты и их объединения (классы).
Механизмы узнавания и опознания представляют собой «распределенную модульно-градиентную систему» мозга, включающую в качестве лабильных звеньев механизмы восприятия, памяти и эмоций.
Когнитивные и эмоциональные составляющие процессов узнавания и опознания лиц находят отражение в волновой конфигурации зрительных вызванных потенциалов мозга, что выражается в особенностях компонентного состава и амплитудных параметров последних.
Построение искусственных нейросетей позволяет перейти от традиционного покомпонентного анализа ВП к комплексному их анализу на основе учета всей формы каждого потенциала в целом в виде многомерного вектора. Это открывает перспективную возможность для разработки методик оценки индивидуальных различий, а также моделирования нейронных механизмов генерации суммарной активности мозга, сопровождающей протекание исследуемых психических свойств, процессов и состояний.
Научная новизна и теоретическая значимость.
Проведено комплексное исследование процессов узнавания и опознания лиц, которое позволило выявить как психологические, так и психофизиологические аспекты данных процессов.
Разработана эффективная экспериментальная методика выявления электрофизиологических коррелятов процессов узнавания и опознания лиц на основе ВП мозга и метода локализации дипольных источников.
В ходе диссертационного исследования разработан и апробирован принципиально новый подход к анализу вызванной электрической активности головного мозга, основанный на векторном представлении данных. В рамках данного подхода предложен конкретный метод дискриминации ВП на предъявление знакомых и незнакомых лиц. Предполагается, что данный подход можно успешно применить к анализу ВП любого типа.
В данной работе получены объективные психологические и психофизиологические данные, показывающие, что процесс зрительного восприятия знакомых объектов, в частности, лиц, предполагает наличие как когнитивной, так и эмоциональной составляющей, мозговой эквивалент которых представляет собой сложную, пространственно распределенную структуру.
Практическая значимость.
Разработанный метод исследования и классификации ВП на лица с помощью искусственных нейросетей представляется очень перспективным в плане практического использования. Специально обученная нейросеть может служить в качестве вспомогательного инструмента в клинической диагностике нарушений деятельности головного мозга по вызванным потенциалам, например, при прозопагнозии. Предложенный нейросетевой подход мо-
8 жет также применяться для создания автоматизированной процедуры инструментального психофизиологического опроса (детекция скрываемых знаний). /
Апробация работы.
Предварительные результаты исследования были представлены и обсуждены на Всероссийской конференции по проблемам корпоративной безопасности (Тверь, 2005); межрегиональной юбилейной научно-практической конференции «XX Мерлинские чтения», (Пермь, 2005). Некоторые методические подходы данного исследования были затронуты в докладах на второй и третьей международных конференциях «Психолого-педагогические проблемы одаренности: теория и практика». (Иркутск, 2001, 2003); третьем Всероссийском съезде психологов (Санкт-Петербург, 2003); Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации» (Новосибирск, 2004); первой международной научно-практической конференции «Психология образования: проблемы и перспективы» (Москва, 2004); Всероссийской научной конференции молодых ученых (Новосибирск, 2004); международной научно-практической конференции (Иркутск, 2005). Представленные в работе результаты и основные положения диссертации обсуждались на заседаниях кафедры общей психологии факультета психологии Иркутского госпедуниверситета и на заседаниях кафедры психофизиологии факультета психологии МГУ им. М.В. Ломоносова. По методам и результатам диссертационного исследования опубликовано 13 печатных работ.
Структура диссертации.
Логика проведенного исследования определила структуру диссертации. Она состоит из введения, обзора литературы, эмпирической части, включающей описание методики и результатов исследования, обсуждения результатов, выводов, списка использованной литературы, приложения. Основной текст диссертации изложен на 205 страницах и включает в себя 12 таблиц и 66 рисунков. Библиография содержит 443 источника, из них 291 на иностранных языках.
Список использованных сокращений
ВП - вызванный потенциал
ВЧ - высокая частота
ИНС - искусственная нейронная сеть
КД - коэффициент дипольности
ЛДИ - локализация дипольных источников
НЧ - низкая частота
ПЭТ - позитронно-эмиссионная томография
СКК - самоорганизующаяся карта Кохонена
фМРТ - функциональная магнитно-резонансная томография
ЭКГ - электрокардиограмма
ЭОГ - электроокулограмма
ЭЭГ - электроэнцефалограмма
Психологическое исследование узнавания и опознания лиц и других объектов. Механизмы узнавания и опознания
При ориентации во внешних зрительных образах прослеживается два феномена: узнавание и опознание. Первый феномен переживается как понимание, что увиденный объект или объекты относятся к определенному классу объектов. Второй феномен возникает как понимание знакомости определенного, конкретного объекта или объектов, а не просто объекта вообще. Как первый, так и второй феномен связаны с процессами восприятия и памяти. В психологическом словаре термины восприятие и память описываются следующим образом.
«Восприятие: 1. субъективный образ предмета, явления или процесса, непосредственно воздействующего на анализатор или систему анализаторов (употребляются также термины «образ восприятия», «перцептивный образ»); 2. процесс формирования этого образа (употребляются также термины «перцепция», «перцептивный процесс»). Иногда термином «В.» обозначается также система действий, направленных на ознакомление с предметом, воздействующим на органы чувств, т. е. чувственно-исследовательская деятельность наблюдения» [Зинченко, Мещеряков, 1996, с.56].
«Память - форма психического отражения действительности, заключающаяся в закреплении, сохранении и последующем воспроизведении человеком своего опыта. П. обеспечивает накопление впечатлений об окружающем мире, служит основой приобретения знаний, навыков и умений и их последующего использования. Сохранение опыта создает возможность для обучения человека и развития его психики (восприятия, мышления, речи и т. д.). П. служит необходимым условием единства психической жизни человека, единства его личности.
Различают основные процессы П.: запоминание, сохранение, забывание и восстановление. Главный среди них — запоминание, которое определяет полноту и точность воспроизведения материала, прочность и длительность его сохранения. Основные условия продуктивности запоминания связаны с тем, протекает оно в форме непроизвольного или произвольного процесса. Использование человеком приобретенного опыта осуществляется посредством восстановления ранее усвоенных знаний, умений и навыков. Наиболее простой его формой является узнавание, осуществляемое в условиях повторного восприятия объектов, закрепившихся ранее в П.» [там же, с.249].
Следует отметить, что как узнавание, так и опознание объектов осуществляются в рамках процесса восприятия, но не тождественны ему. Первоначально мир для зрительно неопытного субъекта воспринимается как хаотический набор пятен разной яркости и цвета. Об этом свидетельствуют результаты, полученные в ходе наблюдения за реабилитацией слепых от рож дения взрослых людей, которым было возвращено зрение [Senden, 1932], [London, 1960]. Когда зрительный опыт отсутствует, еще нельзя говорить об узнавании, его еще нет. Однако можно сказать, что процесс восприятия имеет место, поскольку включаются механизмы анализа зрительной информации (выделение контура объектов, определение простейших конфигуративных параметров объектов и т.д.) [Марр, 1987]. Процессы узнавания и опознания формируются только по мере накопления зрительного опыта. Свидетельством этому являются, например, результаты, приведенные Р.Л. Грегори [1970] показывающие, что зрительная способность прозревших людей постепенно восстанавливается, но требует долгого обучения. Большинство затронутых нами психологических исследований процесса восприятия человека практически всегда подразумевают изучение феноменов узнавания или опознания, поскольку в таких экспериментах затрагивается система уже сложившихся представлений (следов памяти) о воспринимаемых объектах, которые так или иначе интерпретируются зрительной системой. Далее, в обзоре литературы, говоря о процессе восприятия, мы будем подразумевать связь данных работ с изучением процесса узнавания. Исследований зрительного восприятия, посвященных изучению именно феномена опознания сравнительно немного.
Способность к узнаванию и опознанию объектов рассматривается в психологии с нескольких теоретических позиций, каждая из которых различается в понимании принципов анализа зрительной информации и имеет определенные экспериментальные доказательства. Основные два подхода построены на противопоставлении принципов обработки информации: «сверху-вниз» или «снизу-вверх». Первый принцип основан на предположении, что восприятие работает путем узнавания или опознания всего объекта, как целостной единицы анализа, и лишь потом происходит включение механизмов узнавания или опознания составляющих его элементов [Зинченко и др., 1980], [Cavanagh et al., 1990], [Goolkaasian, 1991], [Gregory, 1985], [Sanocki, 1991]. Второй принцип базируется на противоположных взглядах: сначала происходит узнавание или опознание частей объекта, затем - выдвигается гипотеза (гипотезы) о типе самого объекта. Этот принцип основан на результатах блестящих экспериментов D.H. Hubel и T.N. Wiesel [1959, 1963]. Некоторые исследователи, например, S.E. Palmer [1975] полагают, что в зрительной системе реализуются одновременно оба приведенных способа. Остальные теоретическое представления в большей степени связаны с объяснением принципов работы механизмов узнавания и опознания. Так, одна из теоретических концепций предполагает сравнение стимулов с прототипами - некоторыми абстрактными образами воспринимаемых объектов [Posner et al., 1967]. Другая теория исходит из принципа сопоставления сенсорной информации с некоторыми эталонными мысленными формами; узнавание и опознание, в этом случае, происходят при совпадении стимула с эталоном (цит. по.: [Солсо, 1996, с.85-87]). В качестве самостоятельного направления можно выделить гештальт-подход, который подчеркивает важность организации элементов зрительного опыта в процессах узнавания и опознания [Koffka, 1922], [Wertheimer, 1923].
Используемые методы
Для исследования психофизических характеристик процессов узнавания и опознания, в частности, временных параметров узнавания и опознания, в данном исследовании был использован тахистоскопический метод предъявления стимульных изображений, реализованный в виде компьютерной программы, созданной автором. Программа представляла собой специализированное приложение, написанное на языке высокого уровня (Delphi) и работающее на обычном IBM совместимом персональном компьютере, в среде Windows. Она позволяла осуществлять экспозицию произвольных изображений, заданного графического формата и разрешения. Временные параметры экспозиции задавались перед началом стимуляции и могли варьироваться в широких пределах. Максимальное время экспозиции стимулов, использованное в данном исследовании, составляло 300 мс. Самое короткое время предъявления стимульного изображения было ограничено частотой обновления экрана монитора. В нашем исследовании использовалась частота обновления, равная 60 Гц. Таким образом, минимальное время экспозиции стимулов могло составлять около 17 мс.3 В эксперименте минимальное время предъявление стимулов составляло 50 мс. Предъявление стимулов осуществлялось с применением маскирующих изображений, которые экспонировались с минимально возможной временной задержкой, после каждого стимула (обратное маскирование). В остальное время, между стимульными предъявлениями, испытуемым демонстрировалось фоновое изображение однородного нейтрально-серого цвета средней яркости.
В данной работе для изучения эмоционального впечатления по отношению к знакомым стимулам-лицам был использован метод прямой числовой оценки - разновидность метода субъективного шкалирования [Ратанова, 1990].
В данном исследовании для изучения информационных процессов, происходящих в мозге при протекании процессов узнавания и опознания лиц, использовался электроэнцефалографический метод выделения вызванных потенциалов. Для получения ВП мы использо вали метод синхронного усреднения [Гнездицкий, 1997], при котором ВП выделялся путем суммации постстимультых отрезков ЭЭГ и деления каждого отсчета амплитуды на количество суммированных отрезков ЭЭГ. Рассмотрим далее в кратком виде основные принципы получения вызванных потенциалов.
Принципы регистрации ВП
Возможность получения ВП основана на предположении, что волновая конфигурация электрического ответа мозга на какое-то определенное событие постоянна, то есть не претерпевает изменений формы при следовании серии одинаковых событий, а остальная электрическая нейронная активность постоянно меняется по случайному закону. Эту неизменную сигнальную составляющую ответа можно выделить, например, на фоне спонтанной электроэнцефалограммы (ЭЭГ), которая в данном случае представляет собой шум [Dawson, 1951, 1954]. Сложность регистрации ВП состоит в том, что мозговые реакции значительно ниже фоновой спонтанной активности ЭЭГ. Например, если взять среднее значение амплитуды ЭЭГ, равным 50 мкВ, то типичные зрительные ВП имеют амплитуду до 10 мкВ. Именно поэтому практически невозможно обнаружить ВП в исходной (нативной) записи ЭЭГ. Принято, что для того, чтобы надежно выделить сигнал ВП, необходимо, чтобы его отношение к ЭЭГ составляло по крайней мере 2/1 [Гнездицкий, 1997].
Существует два совершенно эквивалентных способа получения ВП. Первый называется методом синхронного накопления, второй - методом синхронного усреднения [Гнездицкий, 1997]. В первом способе выделение ВП происходит за счет многократной подачи стимулов и суммации каждого последующего ответа с предыдущими. В результате такого накопления сигнал ВП, закономерно связанный со стимулом, растет значительно быстрее, чем шум спонтанной ритмики, не связанный со стимулом и попадающий при суммации в случайную фазу друг с другом (рис. 14. А). Во втором способе когерентного или синхронного усреднения после суммирования всех исследуемых отрезков ЭЭГ результат делится на количество использованных отрезков ЭЭГ. При этом сигнал ВП остается постоянным, а фоновый шум нелинейно уменьшается (рис.14. Б).
В обоих способах выделения ВП опорным моментом для суммации или усреднения отрезков ЭЭГ является момент подачи стимулов. Теоретически исходное отношение сигнал/шум при увеличении числа суммации или усреднений можно повысить в -JN раз, то есть, например, при 30 синхронных накоплениях исходное отношение сигнал/шум улучшается примерно в 5,5 раз. После N суммации или усреднений отношение сигнал/шум (с/ш) теоретически будет равно исходному отношению с/ш, умноженному на -J N. Отсюда число N, необходимое для выделения сигнала ВП, теоретически определяется исходным отношением с/ш и тем соотношением, которое устраивает исследователя.
Локализация дипольных источников мозговой активности
Из литературных данных [Гнездицкий, 2004, с.484] известно, что при анализе потенциальных карт и локализации источников электрической мозговой активности может наблюдаться значительный разброс результатов. Он может быть вызван различными причинами: индивидуальной архитектоникой мозговых структур, сложным влиянием различных шумовых факторов, например, наводок от глазодвигательной активности, смещением электродов при записи ЭЭГ и т.д. [там же]. Для контроля качества дипольных моделей в данной работе использовалось несколько методов. Во-первых, проводилась предварительная верификация перед построением основных моделей для каждого из испытуемых, путем использования сигналов от заранее известных источников. Такими сигналами служили глазодвигательные артефакты в записи ЭЭГ. Во-вторых, по возможности, полученные модели со поставлялись с известными литературными данными. Неплохими, на наш взгляд, «опорными» источниками могут являться ранние зрительные компоненты ВП в диапазоне латентностей 0-120 мс.
Логика дипольного анализа была выстроена следующим образом. Вначале была проведена «проверочная» локализация дипольных источников зрительных компонентов ВП, прежде всего компонента Р100. Далее дипольный анализ проводился, исходя из обнаруженных различий между ВП экспериментальных серий «лица» и «слова». В соответствии с этим критерием анализировались три временные области: 120-160мс; 160-250мс; 250-400мс.
Итак, на начальном этапе дипольный анализ ВП проводился в диапазоне латентностей 0-120 мс. Дипольные источники рассчитывались в системе BrainLoc по 21 электродному отведению для каждого исследуемого ВП, полученного в экспериментальной серии «лица». Использовался режим отображения моделей, имеющих коэффициент дипольности не менее 0,95. В большинстве случаев для данного диапазона латентностей, независимо от степени знакомости лиц, была получена устойчивая зона локализации в затылочной или те-менно-затылочной области (анализ проводился для наиболее выраженного компонента Р100). В ряде случаев использование однодипольной модели приводило к эффекту трассирования диполей, чаще саггитально в дорсально-вентральном направлении. При применении двухдипольной модели данный эффект пропадал. При этом, дипольные источники компонента Р100 локализовывались чаще всего в затылочной коре или затылочной области, расположенной ближе к теменной коре. Иногда источники второго диполя попадали в лобную кору. Последнее, как нам представляется, происходило из-за влияния дополнительных неспецифических источников, например, от остаточной глазодвигательной активности испытуемых. На рис.49 показан пример локализации зрительного компонента Р100 на серию «лица» с помощью модели с двумя подвижными диполями. Рис.49.» во временной области максимума зрительного компонента Р100 (временной диапазон анализа 64-80мс}. Испытуемая О.С. Как видно из рис.49, диполи локализуются четко в зрительной области, несколько больше слева.
Следует отметить, что на рис.49, как и на всех последующих рисунках, справа в отдельном окне указаны параметры найденных дипольных источников: - номер диполя в модели; - коэффициент дипольности (Кд) модели; - среднеквадратическое отклонение (СКО) потенциала ЭЭГ в мкВ; - координаты центра диполя х, у, z в см; - моменты вектора активности диполя Мх, My, Mz в мкА см; - 95%- доверительные интервалы для центра диполя Dx, Dy, Dz в см.
На следующем этапе был исследован диапазон латентностей во временных областях: 120-160мс; 160-250мс; 250-400мс. Рассмотрим результаты последовательно и отдельно по поддиапазонам для отдельных испытуемых. Обратимся к рис.50, на котором показан результат локализации дипольных источников для ВП на серию «лица» с использованием двухдипольной модели, во временном диапазоне 120-160 мс, где при сравнительном анализе ВП был обнаружен позитивный компонент, с максимальной выраженностью в центральных отведениях. После сопоставления полученных диполей с условными анатомическими срезами мозга, представленными в программе BrainLoc, нами были определены зоны активации для пика данного компонента. Они включали в себя: из коркового представительства - затылочную область коры (область шпорной борозды справа); из подкоркового представительства - головку хвостатого ядра (справа), скорлупу, мозолистое тело.
Перейдем к следующему диапазону анализа. На рис.51 представлен пример локализации негативного компонента на серию «лица» у отдельного испытуемого, в диапазоне ла-тентности 160-250 мс, где ранее, при сравнительном анализе ВП серии «лица» и «слова», был обнаружен негативный компонент с максимальной выраженностью в центральных и теменно-затылочных отведениях. Сопоставление обнаруженных дипольных источников с условными анатомическими срезами мозга, имеющимися в программе BrainLoc, позволило идентифицировать области мозга, ответственные за возникновение данных диполей. Эти области включали в себя: из коркового представительства - нижневисочную извилину справа, верхне-затылочную область коры (медиально), мозжечок;
Далее, в соответствии с логикой результатов анализа конфигурации ВП на серию «лица», процесс дипольного моделирования был проведен в области латентносте 250-400 мс. В этом временном диапазоне было обнаружено две области различий: позитивный компонент с латенцией около 250 мс и компонент в области латентности 400 мс, который был более негативен для ВП на серию «лица», чем для ВП на серию «слова». Очевидно, что развертывание потенциала ВП в данном случае может быть связано с участием различных мозговых структур. Поэтому результаты дипольного анализа ВП для указанной временной области приведены раздельно для каждого компонента. На рис.52 показан результат локализации первого позитивного компонента у одного из испытуемых. Временная область, участвующая в анализе, - 250-300 мс. Использована двухдипольная модель. мозжечок и область между нижней и средней лобной извилинами слева (поля 45-46 по Бродману) (256мс); нижняя левая височная извилина и островок слева (260мс); амигдала слева и медиальный таламус (264мс); островок слева и головка хвостатого ядра слева (268мс); скорлупа и поясная извилина (272мс); поясная извилина и средняя лобная извилина слева (276-280мс); медиальная часть таламуса (292-300мс).
На рис.53 представлен пример результата локализации источников генерации ВП серии «лица» для второй области различий (временной диапазон 300-450 мс) с помошью двухдинольной модели. Показаны все значимые диполи в указанной временной области (значимые диполи были найдены в диапазоне 300-408мс).
Анализ результатов психологического исследования
Полученные результаты свидетельствуют о том, что восприятие не является одномоментным событием, как переживается субъективно, а состоит из стадий, выделить которые позволило применение тахистоскопической методики предъявления стимулов. В нашем исследовании было обнаружено наличие, по крайней мере, трех стадий восприятия, которые качественно различались степенью сформированное перцептивного образа. При минимальном времени предъявления восприятие характеризовалось отсутствием узнавания и опознания. При увеличении времени экспозиции стимулов четкость перцептивного образа возрастала. Наконец, на одной из временных стадий, возникало однозначное узнавание или опознание предъявляемого объекта. В аналогичных экспериментах количество стадий зависело от типа предъявляемого объекта. Так, в исследовании В.М. Кроль [2005] отмечены схожие, с описанными нами выше, закономерности, и выделено четыре перцептивные стадии при восприятии относительно простых геометрических фигур: 1. аморфное восприятие; 2. выделение элементов контура; 3. оценочная классификация; 3. приблизительная классификация. При предъявлении более сложных объектов, например, схематических изображений лиц, перцептивный процесс описывался данным автором как состоящий из трех стадий, которые включали все вышеописанные, за исключением второй стадии. Еще одной особенностью относительно характеристик выделенных стадий являлось увеличение порогового времени наступления той или иной стадии: при использовании более сложных стимулов пороговое время стадий возрастало [Кроль, 2005].
Опираясь на самоотчеты испытуемых, а также на литературные данные описаний подобных экспериментов, мы выделили следующие стадии: 1. аморфное восприятие; 2. приблизительная классификация; 3. окончательная классификация. Особенность нашего эксперимента состояла в том, что экспериментальная ситуация была ориентирована на раздельное изучение процессов узнавания и опознания. Полученные результаты относительно распределения вероятности правильного распознавания показали различия этих двух процессов. Во-первых, узнавание предъявляемых объектов требовало меньшего времени, чем опознание знакомых объектов (см. рис.29). Интересно, что данная закономерность прослеживалась независимо от типа объектов. Во-вторых, особенность восприятия при опознании предъявляемых стимулов состояла в том, что вышеописанные стадии перцепции не всегда соблюдались. У многих испытуемых стадия приблизительной классификации «выпадала»: они сразу правильно опознавали предъявленный стимул.
Экспериментальные исследования, например, [Капран, 1980], [Невская, 1987], [Шех-тер, 1991], [Кроль, 2005] свидетельствуют о том, что восприятие не является жестко фиксированным алгоритмом, а модифицируется условиями восприятия. Известно также, что время узнавания зависит от многих условий, в частности, от числа возможных альтернатив [Кроль, 2005], от условий восприятия, степени обученное, знакомости материала и пр. [Глезер, 1975]. В случае опознания, вероятно, восприятие работало несколько по другому, нежели при узнавании объектов. Вспомним, что зрительное узнавание - это выделение перцептивной системой какого-либо объекта, относящегося к определенному классу, безотносительно его уникальных особенностей. Пример: «то, что я вижу - стул». Зрительное опознание - это выделение перцептивной системой уникальных объектов, которые воспринимаются не просто как принадлежащие к какому-то классу объектов, а именно как конкретные, знакомые объекты. Пример: «то, что я вижу -мой стул». Субъективно процесс узнавания обычно не осознается и происходит в автоматическом режиме. Этот случай работы зрительной системы обычно подразумевается под термином «восприятие» [Зинченко, Мещеряков, 1996, с.56]. При опознании же обычно происходит четкое осознание воспринятого объекта как именно этого, знакомого объекта (лица, здания и пр.). Последний случай подразумевает дополнительное привлечение термина «память» [Зинченко, Мещеряков, 1996, с.249]. Очевидно, что и в первом и во втором случае зрительная система обращается к памяти, однако, судя по всему, следы памяти при реализации процессов узнавания и опознания различаются. Возможно, при опознании задействуется более развернутая, более «конкретная» система следов памяти, но требующая несколько большего времени на обработку, с другой стороны, память при узнавании, вероятно, работает в более «отлаженном», автоматизированном режиме, храня более абстрагированные сведения об объектах, и поэтому для работы памяти в этой ситуации требуется меньшее время.
Еще одна особенность полученных нами результатов состояла в различии «узнаваемости» и «опознаваемости» в зависимости от типа предъявляемых стимулов. Узнавание и опознание лиц требовало меньшего времени, чем узнавание и опознание изображений зданий (см. рис.29). Этот эффект можно объяснить по крайней мере двумя причинами: во-первых, конфигуративная сложность, «непредсказуемость» изображений зданий была большей, чем для изображений лиц. Сам стандартный «портретный» стиль изображений лиц, вероятно, был более привычен для испытуемого и наверняка не раз встречался в опыте, в отличие от изображений зданий, которые характеризовались гораздо менее однозначными конфигурациями; во-вторых, возможно, лицо является более важным для человека стимулом, чем другие объекты, поскольку его восприятие имеет особую биологическую и соци альную значимость, поэтому оно быстрее обрабатывается перцептивной системой, либо имеет более развитую систему следов памяти. Последняя позиция имеет определенные экспериментальные подтверждения. Так, в ряде исследований показана особая роль лица в восприятии, начиная с ранних этапов онтогенетического развития человека. Уже в младенческом возрасте у детей отмечается повышенный интерес к человеческому лицу. Лицо является наиболее привлекательным стимулом для новорожденного. Трехнедельный младенец уже обнаруживает взгляд смотрящего на него человека. Новорожденный предпочитает лицо или его схематическое изображение любому другому стимулу [Fantz, 1963], [StecMer, 1964], а более естественное изображение лица зрительно фиксируется ребенком в течение большего времени [Fantz, 1966]. Лицо в сравнении с некоторыми другими стимулами (фотографиями детского рожка, медведя, шахматной доски, мишени) привлекает большее внимание и ведет к некоторому двигательному успокоению, включая снижение сердечного ритма у шестимесячных младенцев [Изард, 1971].
Похожие диссертации на Узнавание и опознание лиц: психологические и психофизиологические механизмы
