Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Зрительные геометрические иллюзии и история их изучения 9
1.2. Теории возникновения иллюзий 14
1.3. Методы исследования иллюзий 21
1.4. Измерения силы и объяснения иллюзии Мюллера-Лайера 22
1.5. Общие представления о механизмах константности восприятия размера 25
1.6. Возрастная динамика механизмов константности 27
1.7. Современное состояние исследования геометрических зрительных иллюзий 29
Глава 2. Методы исследования 34
2.1. Характеристика испытуемых 34
2.2. Оценка остроты зрения с использование таблиц повышенной точности 35
2.3. Оценки точности глазомера и силы геометрических зрительных иллюзий методом постоянных стимулов с использованием одновременного предъявления модифицированных изображений 37
2.4. Компьютерная реализация метода уравнивания для оценки точности глазомера и силы геометрических зрительных иллюзий 39
2.5. Оценки точности глазомера и силы геометрических зрительных иллюзий методом постоянных стимулов с использованием последовательного
предъявления модифицированных изображений 42
Глава 3. Возрастная динамика глазомера и геометрических зрительных иллюзий, связанных и не связанных с механизмами константности восприятия размера 46
3.1. Результаты пилотных экспериментов 46
3.2. Результаты оценки точности глазомера и силы геометрических зрительных иллюзий методом постоянных стимулов с использованием одновременного предъявления модифицированных изображений 47
3.3. Результаты компьютерных экспериментов по оценке точности глазомера и силы геометрических зрительных иллюзий 57
Глава 4. Индивидуальная вариабельность глазомера и геометрических зрительных иллюзий 64
4.1. Данные многократного тестирования отдельных испытуемых 64
4.2. Данные индивидуального длительного тестирования 70
Глава 5. Дифференциальные пороги различения длины в условиях возникновения геометрических иллюзий 76
обсуждение результатов 83
Список литературы 90
- Теории возникновения иллюзий
- Оценка остроты зрения с использование таблиц повышенной точности
- Результаты оценки точности глазомера и силы геометрических зрительных иллюзий методом постоянных стимулов с использованием одновременного предъявления модифицированных изображений
- Данные индивидуального длительного тестирования
Введение к работе
Термин «зрительные иллюзии» объединяет широкий круг феноменов, касающихся различных аспектов зрительного восприятия и отражающих явные ошибки в оценке зрительной системой человека каких-нибудь свойств или пространственных параметров рассматриваемых объектов - цвета, формы, размеров, локализации, характера движения и т.д. К геометрическим зрительным иллюзиям относят систематические отклонения геометрии воспринимаемого образа от объективных параметров рассматриваемой геометрической конфигурации. Эти отклонения, или искажения, могут касаться размеров (ошибки в оценке длины или площади), наклона или кривизны (искаженное восприятие ориентации, кажущееся искривление прямых линий), взаимного расположения деталей (кажущееся смещение) и пропорций [Толанский, 1967; Артамонов, 1961; Грегори, 2002; Клике, 1965;. Block, Yuker, 1984; Gregory, 1990, 1997; Ninio, 2000 и др.].
В принципе, некоторые ошибки присутствуют в зрительном восприятии постоянно, так как работе зрительных механизмов мешают внутренние и внешние шумы, а также неопределенность, связанная с неоднозначностью сетчаточных изображений. Зрительная система человека обладает способностью быстрого «исправления» многих ошибок с помощью различных приемов, в частности с помощью движений глаз и головы. Отличием иллюзий от обычных ошибок является их большая величина, устойчивость, неподвластность усилиям избавиться от них, что является, свидетельством их связи с самыми базовыми механизмами зрительного восприятия. Таким образом, невозможно разобраться в основных принципах зрительного восприятия, не поняв механизмы иллюзий.
Важность решения вопроса о механизме геометрических иллюзий понимали еще в позапрошлом веке: казалось, что иллюзии опровергают принципы психофизики, а именно закон Фехнера о трансформации одних величин (внешних воздействий) в другие (внутренние психические состояния). Но исследования данного направления опирались на слабую методическую и материально-техническую базу (Оппель-Кундт, Целлнер, Тьерри).
В своей фундаментальной работе Клике обобщил массу накопленных в мировой науке экспериментальных данных по проблеме константности зрительного восприятия и оптико-геометрическим иллюзиям, [Клике, 1965]. Клике понимал важность применения математических методов в исследовании геометрических иллюзий. В своей работе он-детально описал подход Тьери к проблеме восприятия пространства, который ранее практически не освещался в литературе. Тьери считал, что рисунки, порождающие геометрические иллюзии, перспективно так организованы, что воспринимаемые расстояния-до предметов, которые объективно должны быть отражены- на рисунке, должны приниматься во внимание вместе с угловой величиной, так как мы строим наше суждение об абсолютной? величине предметов таким образом, что учитываем их угловые размеры наряду с их воспринимаемым удалением:
В 70-е годы прошлого века Грегори сформулировал гипотезу о том; что многие геометрические иллюзии являются результатом деятельности механизмов константности [Gregory, 2002]. В рамках этой гипотезы предполагается, при восприятии геометрических иллюзий механизмы константности используются неправомерно. Возникновение определенной иллюзии у испытуемого свидетельствует о наличии у него соответствующего механизма константности, а сила иллюзии отражает весомость вклада этого механизма в результирующий видимый образ.
До настоящего времени арсенал исследователей зрительных иллюзий был беден, а возможности получения данных и скорость их обработки в условиях отсутствия компьютерной техники были весьма ограниченными. Вышеизложенные трудности вынуждали авторов проводить исследование на малом числе испытуемых и варьировать ограниченное число факторов, вносящих вклад в возникновение иллюзии. Кроме того, не было получено обширного массива данных с использованием единой методики. В настоящее время развитие компьютерных технологий позволяет более основательно подойти к исследованию данного сложного явления.
Таким образом, изучение геометрических иллюзий представляет собой актуальную задачу современной физиологии сенсорных систем, имеющую как общетеоретическое значение в плане углубления понимания общих проблем восприятия пространства, так и практическое значение в плане разработки различных диагностических программ для оценки особенностей зрительного восприятия и его развития в онтогенезе.
Актуальность изучения геометрических иллюзий в данный момент обусловливается тем, что новые компьютерные методы исследования позволяют заново осмыслить и переработать представления об этом явлении, основываясь на обширном объёме данных.
Теории возникновения иллюзий
Одним из первых механизмы возникновение некоторых геометрических зрительных иллюзий попытался объяснить Тьери [Thiery, 1895]. Он заметил, что многие представленные в психологической литературе так называемые оптико-геометрические иллюзии имели, по крайней мере, очень похожие образцы в учебниках по оптике и геометрии. Тьери нашел, что иллюзии, как правило, возникают тогда, когда изображение содержит признаки перспективных преобразований, в которых образец и парное изображение должны были бы находиться на различной глубине. Тьери считает, что такие рисунки «перспективно так представлены», что «кажущаяся перспектива», должна быть учтена при оценке величины, так как «мы строим наше суждение об абсолютной величине предметов таким образом, что учитываем их угловые размеры наряду с их воспринимаемы удалением». Тьерри сформулировал положение, согласно которому оптико-геометрические иллюзии возникают тогда, когда в плоский перспективный рисунок входят сравниваемые отрезки или углы, которые должны лежать в (пространственно) различных интервалах. А. Тьери проверял эту концепцию, доказывая на основе образцов многих иллюзий, что они являются более или менее перспективными рисунками, сравниваемые отрезки которых должны бы иметь разное пространственное расположение: «о них судят именно как о представленных линиях, которые объективно удалены и приближены» [Цит. по: Клике, 1965].
Подход Тьери к проблеме восприятия пространства почти не освещался в литературе. В более близкое нам время эта же мысль была развита дальше Таушем [Tausch, 1954], которого прежде всего интересовала дифференцировка существующих связей между отражением пространства и образцами иллюзий. Одновременно фон Гольст [Hoist, 1957] пытался подкрепить эту предпосылку замерами величины иллюзии Геринга.
Следующий виток развития исследования геометрических зрительных иллюзий можно связать с работой Вудворта и Шлосберга [Woodworth, Schlosberg, 1954], которые выдвинули так называемую теорию замешательства, основанную на движениях глаз. Смысл этой теории заключается в том, что при наблюдении различных объектов глаза человека совершают движения различной амплитуды. По амплитуде движений глаз, возможно, человек делает заключение о размере того или иного объекта. На рис. 2 показана иллюстрирующая эту идею запись, движений глаз при рассматривании двух частей фигуры Мюллера-Лайера [Ярбус,. 1965]. Верхняя и нижняя части записи отражают перевод взгляда с одного конца отрезка на второй при рассматривании частей рисунка с разным
Однако позже было показано, что геометрические иллюзии сохраняются при кратковременном тахистоскопичном предъявлении, в условиях, когда глаз не успевает сместиться за время наблюдения. На основании этого было сделано не вполне корректное заключение, что движения глаз не имеют отношения к возникновению иллюзии Мюллера-Лайера. Однако полностью отвергать вклад движений глаз в возникновение этой иллюзии неправомерно: иллюзия может сохраняться в отсутствие движений глаз, так как в её возникновение могут вносить вклад другие параллельно действующие механизмы.
В 70-е годы для объяснения иллюзий Грегори предложил функциональную схему зрительного восприятия, включающую три основных компонента: сенсорные сигналы, идущие снизу-вверх; идущую сверху-вниз специфическую информацию об объекте, и то, что мы называем общие правила «латеральных путей». Знания и правила восприятия могут быть
сравнимы с семантикой и синтаксисом языка (рис. 3). Восприятие рассматривалось как порождение гипотез об объектах и ситуациях более богатых, чем имеющиеся в наличии сенсорные данные, и непрямо связанных с внешним миром. Восприятие также предсказывает поведение, необходимое для обнаружения невидимых характеристик объектов и ожидаемых событий, снижая или сводя до минимума физиологическое время реакции.
Это скорее функциональная, чем анатомическая схема, но она должна согласовываться с нейроанатомией мозга. Было установлено, что имеется большее количество нервных волокон, нисходящих из коры головного мозга, особенно в латеральное коленчатое тело (LNG), чем восходящие от глаз [Desirnone et al., 1989; Felleman et al., 1991; Rockland, et al., 1979; Van Essen, 1985; Sillito, 1995]. Кроме того, было показано, что в мозгу приматов переработка сигналов в коре головного мозга может модулироваться вниманием [Wurtz, 1984].
Оценка остроты зрения с использование таблиц повышенной точности
Нёкорригированную бинокулярную; и монокулярную остроту зрения детей и, взрослых испытуемых определяли стандартным способом, но с использованием таблиц повышенной точности для расстояний- 0:5 -5:0 м. Таблицы были, разработаны в И1111№ РАН! птотипами: служили, стандартные, знаки Снеллена (Ш) в 4-х ориентациях. Верхний предел измеряемых значений остроты зрения для: наименьшего расстояния 0;5; м составлял 2.0; а для 5 м - 4,0; что соответствовало минимальному углу разрешения 0.25 (утл/мин): Шаг изменения? размера знаков от строки к строке соответствовал 0.1 в диапазоне 0.1-1.0 и 0:2 в диапазонеЛ.0-4.0:
Общая структура офтальмологических таблиц,, изготовленных нами для измерения остроты, зрения с разных расстояний, соответствовала распространенным;в отечественной; практике таблицам Головина-Сивцева и аналогичным таблицам; описанным - в учебном- пособии (Рожкова; Токарева;; 2001). В ряде случаев; измерения дублировали; используя для оценки5остроты зрения коммерческую таблицу с Леа-символами (Lea-screener производства фирмы Precision Vision) и черно-белые решетки разной пространственной частоты, распечатанные на лазерном принтере HP 1200: Решетки предъявляли в круглом окне диаметром 8 см на сером фоне, светлота которого соответствовала средней светлоте тестовой решетки. Чтобы облегчить уравнивание светлоты фона и решетки, в действительности, в качестве фона использовали не однородную серую поверхность, а другую решетку, пространственная частота которой существенно превосходила пороговую частоту.
Таблицы равномерно освещали таким образом, чтобы уровень освещенности соответствовал 1000 ± 50 лк, что регулярно контролировали при помощи цифрового фотометра (люксметра-яркомера) модели «ТКА-04/3». Испытуемого усаживали на нужном расстоянии от таблицы и просили называть тестовые знаки, отмечая строку с наименьшими знаками, которые испытуемый смог правильно узнать, сделав не более одной ошибки. При оценке монокулярного зрения неработающий открытый глаз прикрывали-окклюдором из светорассеивающего пластика. Закончив измерения на одном расстоянии, переходили к другому. Расстояния чередовали в случайном порядке.
Когда остроту зрения оценивали при помощи решеток, тестовую решетку размещали за непрозрачным экраном с круглым окном, а фоновой решеткой покрывали поверхность экрана. Тестовую решетку попеременно устанавливали горизонтально либо вертикально, выбирая ориентацию в случайном порядке. Испытуемый должен был правильно указать ориентацию в пяти предъявлениях. Поскольку число решеток было ограниченным, подходящую пороговую решетку удавалось подобрать не для каждого стандартного расстояния. В связи с этим, в эксперименте, как правило, определяли остроту зрения не точно- для- стандартных расстояний, а поблизости от них, сдвигая подобранную для определенного стандартного расстояния «наилучшую» решетку (самую близкую к пороговой) ближе к испытуемому или дальше от него, чтобы точно определить порог. Соответственно, кривые зависимости остроты зрения от расстояния строились в этом случае по другим значениям аргумента.
На первом этапе испытуемым предлагали последовательно просмотреть пять комплектов различных модифицированных тестовых изображений. Соответствующие эталонные изображения представлены на рис. 9.
Каждый тестовый лист содержал семь модификаций исходного тестового изображения с различной степенью искажения. На рис. 10 представлен тестовый набор модифицированных изображений для исследования иллюзии Геринга. В этом случае испытуемых просили указать то изображение, где иллюзия обращена, т. е. жирные линии кажутся параллельными.
Для дополнительного контроля и оценки вариабельности ответов испытуемых все тестовые изображения предъявляли испытуемым 4 раза в разных ориентациях: I - как на рис 9; II, III, IV - с поворотом по часовой стрелке на 90, 180 и 270 соответственно (рис. 10).
Результаты оценки точности глазомера и силы геометрических зрительных иллюзий методом постоянных стимулов с использованием одновременного предъявления модифицированных изображений
В основной серии экспериментов, проведенных с учетом полученных данных о диапазонах вариации силы иллюзий, по усовершенствованной методике была протестирована новая группа детей 6-7 лет и новая группа взрослых - студентов. Каждая группа включала более ста испытуемых. Для детального исследования на этом этапе было отобрано 5 комплектов тестовых изображений. Три комплекта включали элементы перспективного рисунка или линии, которые их напоминают (фигуры в туннеле, конфигурации Мюллера-Лайера и Геринга). Согласно представлениям Грегори [Gregory, 1972], такие элементы изображений могут приводить в действие шкалирующий механизм. константности восприятия размера, который будет компенсировать мнимое различие в расстоянии, порождаемое наличием сходящихся/расходящихся линий. Для противопоставления была взята геометрическая иллюзия неравенства длины горизонтального и вертикального отрезков (см. рис. 10, г), не имеющая отношения к перспективным преобразованиям. При наблюдении конфигурации рис. 10, г с двумя объективно идентичными отрезками вертикальный отрезок обычно кажется человеку длиннее, во-первых, по причине известного преувеличения вертикальных размеров, а во-вторых, вследствие преуменьшения длины.-горизонтального отрезка под влиянием «разделительной» вертикальной линии. Для контроля у всех испытуемых проверялась точность глазомера в. задаче деления отрезка пополам.
Что касается результатов сравнения глазомера у детей и взрослых, то между данными, полученными в ходе пилотажной и основной серии опытов, выявил тенденции к расхождению. Результаты обработки данных, полученных в ходе пилотажных экспериментов, как будто бы свидетельствовали о том, что глазомер у детей 6 — 7 лет развит не хуже, а скорее лучше, чем в группе взрослых: средние ошибки при делении отрезка пополам составили 3,7 и 5,7%, соответственно. В основной же серии экспериментов было получено обратное: по средней ошибке дети значительно уступали взрослым: у детей эта ошибка составила 2,6%, а у взрослых 1,1%. Из приведенных цифр видно, что противоречие связано, главным образом, с расхождением данных, полученных на двух группах взрослых. Если в основной серии опытов средние ошибки детей оказались меньше, чем полученные для их сверстников на предварительном этапе, всего в 1.4 раза, то ошибки взрослых уменьшились в 5 раз! По-видимому,
это объясняется тем, что на предварительном этапе группа взрослых была неоднородной по возрастным и профессиональным показателям, а на основном этапе соответствующую группу составили только - молодые профессионалы с хорошо развитым глазомером. Это были студенты художественно-графического факультета, то есть взрослые, чья, специальность связана с изобразительным искусством. Естественно предположить, что механизмы оценки графических изображений у них развиты лучше; чем у других испытуемых. В возрастном отношении эта группа также была более однородной; чем протестированная на втором этапе, и вдобавок — моложе.
Если объединить результаты этих сериш получится, что средние показатели глазомера у всех исследованных детей и взрослых весьма близки (3:15 и 3.4%); поэтому можно считать, что в этом отношении «средние» дети не уступают «средним» взрослым. Тот факт, что взятая на третьем этапе группа-взрослых оказалась «элитной» с точки зрения глазомера, вынудил нас при обработке результатов учесть только детей с хорошим глазомером, чтобы уравнять сопоставляемые группы взрослых и детей по этому показателю. Из всего исходного списка детей (100 чел.), упорядоченного в соответствии с оценками глазомера, было отобрано 67 человек, у которых средняя ошибка получилась в точности равной средней ошибке взрослых испытуемых (1.1%).
На рис. 16 представлены гистограммы ошибок в оценке длины, полученные для взрослых испытуемых и отобранных детей- при исследовании глазомера и иллюзии Мюллера-Лайера в условиях предъявления тестового листа в ориентации I.
Данные индивидуального длительного тестирования
Чтобы оценить динамику оценок величины иллюзии на протяжении больших интервалов времени (возможное влияние обучения, так как испытуемые знали о наличии иллюзии в предъявляемых изображениях и о своих ошибках) мы параллельно проводили индивидуальное длительное тестирование нескольких человек в течение нескольких месяцев. Ниже приводятся данные, полученные на испытуемом В.В., который выдержал наибольшее число сеансов тестирования (50): гистограммы ошибок, записи текущих результатов нескольких сеансов, средние результаты по всем сеансам.
На рис. 21 представлены гистограммы ошибок этого испытуемого для глазомера и иллюзии. Из сравнения рис. 21 и рис. 18 видно, что индивидуальные гистограммы, в целом, похожи на данные по группам: они соответствуют нормальному распределению и имеют четкие пики. Для результатов по глазомеру характерен ярко выраженный пик около 0%, где, РО=ТО. В случае иллюзии пики гистограмм приходятся на значения ошибок 12-24%. Как и в случае обработки данных по группам школьников и студентов, оказалось, что у испытуемого В.В. стандартное отклонение ошибок в серии длительных испытаний для глазомера почти в два раза меньше, чем для иллюзии. Более того, при измерении глазомера был также выявлен небольшой систематический сдвиг ошибок в сторону отрицательных значений, аналогичный тому, о котором упоминалось выше при описании групповых результатов.
На рис. 22, подобном рис. 20, графически представлены результаты четырех сеансов тестирования испытуемого В.В. в разные дни. В отношении зависимости силы иллюзии от длины РО и номера попытки здесь просматривается та же закономерность, что и в данных по группам: величина иллюзии увеличивается с уменьшением длины РО, а данные, полученные при одной и той же длине РО в первой и пятой попытках, не совпадают. Это отражает и табл. 10 с данными, усредненными по всем 50 сеансам, которая подтверждает выводы, сделанные при анализе табл. 6.
Вариабельность результатов испытуемого В.В. на протяжении, всего периода измерений (50 сеансов тестирования), иллюстрирует рис. 23. Верхняя кривая отражает динамику средних ошибок для иллюзии, нижняя -для глазомера. Диапазон колебаний этого показателя для глазомера от -3,4% до 6,4%, для иллюзии - от 8,6% до 22,56%. Устойчивой тенденции изменения средних ошибок не прослеживается. Аналогичная картина была получена и в опытах с длительным тестированием других испытуемых.
