1977) И Солсо и Маккарти подтверждают эту модель. В ней прото-тип -

это синоним "лучшего экземпляра" из некоторого набора паттернов. Про-

тотип - это паттерн, включающий наиболее часто встречающиеся при-

знаки, свойственные некоторому набору экземпляров. Хотя прототип за-

частую уникален, поскольку состоит из уникальной комбинации призна-

ков (вспомните уникальные геометрические фигуры в эксперименте Фран-

ков и Маккарти или уникальные лица в эксперименте Солсо и Маккарти),

сами по себе признаки уже воспринимались ранее. Такие признаки -

например, геометрические элементы частей лица - есть строительные

блоки прототипа. Каждый раз, когда человек смотрит на паттерн, он реги-

стрирует и признаки паттерна, и взаимосвязь между ними. Однако, со-

гласно модели частоты признаков, при освоении прототипа, включающего

многие ранее встречавшиеся признаки, у человека возникает уверенность,

что он уже видел раньше это изображение, т.к. его признаки сохранились

в памяти. Поскольку взаимосвязь между признаками встречалась реже,

чем сами признаки - в большинстве экспериментов экземпляры показы-

вались только раз - информация о соотношении признаков хуже сохра-

нилась в памяти, чем информация о самих признаках.

Было проведено несколько экспериментов с целью выяснить различия

между этими моделями. В одном их них (Solso and McCarthy, 1981 b) ис-

пытуемых просили запомнить ряд трехзначных цифр. Затем им показыва-

ли другой набор цифр и просили давать ранговые оценки своим ответам;

второй набор состоял из нескольких старых элементов, некоторых новых

элементов, арифметического среднего элементов первого набора, а также

наиболее часто встречающихся чисел. Как правило, то число, которое с

наибольшей уверенностью признавалось числом из первой группы, было

числом-прототипом, составленным из часто встречавшихся чисел. Нако-

Распознавание паттернов

99

нец, при проведении вышеописанного эксперимента практически не было

обнаружено свидетельств в пользу модели центральной тенденции, хотя

его результаты подтверждают модель частоты признаков. Очевидно, неко-

торые эксперименты ясно подтверждают частотную модель, но зато дру-

гие подтверждают модель центральной тенденции. Может быть, верны

обе модели; тогда расхождения можно было бы отнести на счет различий

в стимульном материале или попытаться объяснить их тем, что прототипы

основываются на часто встречающихся признаках лишь на стадии заучи-

вания, а позднее возникают прототипы, основанные на центральной тен-

денции.

Распознавание образов в шахматах. До сих пор мы имели дело

только с простыми изображениями; даже лица в эксперименте Рида невы-

разительны и сильно упрощены. А как видятся более сложные паттерны?

Чейз и Саймон (Chase and Simon, 1973a, 1973b) изучали эту проблему,

анализируя сложный паттерн фигур на шахматной доске и пытаясь выяс-

нить, чем мастера шахмат отличаются от обычных игроков. Интуиция может

подсказывать нам, что когнитивные различия между ними заключаются в

том, насколько ходов вперед мастер может предвидеть игру. Интуиция

ошибается - по крайней мере, это следует из исследований де Грота (de

Groot, 1966), обнаружившего, что мастер и обычный игрок просчитывают

вперед примерно одинаковое количество ходов, рассматривают примерно

одинаковое количество ходов и ищут схемы ходов примерно одинаковым

образом. Возможно даже, что мастер анализирует меньшее количество

альтернативных ходов, тогда как обычный игрок тратит время на заведомо

неподходящие варианты. В чем же между ними разница? А вот в чем: в

способности, посмотрев на доску всего несколько секунд, воспроизвести

расположение фигур; слабому игроку очень трудно это сделать. Ключ к

этому наблюдению лежит в природе такого паттерна: расположение фи-

гур должно иметь смысл. Если фигуры расположены в случайном порядке

или нелогично, то и у новичка, и у мастера результаты будут одинаково

неважные. Возможно, мастер объединяет по несколько фигур в группы -

так же как мы с вами объединяем буквы в слова, а затем складывает эти

группы в более крупный значащий паттерн - так же как мы объединяем

слова в предложения. Если так, то опытный мастер действительно имеет

больше возможностей к воспроизведению таких паттернов, поскольку он

может закодировать фигуры и группы в некоторую шахматную схему.

Чейз и Саймон проверили эту гипотезу на трех типах испытуемых -

мастере, игроке класса А (очень сильном) и начинающем игроке. В своем

эксперименте они просили испытуемых воспроизвести полностью 20 шах-

матных позиций, взятых из специальных шахматных журналов и книг,-

половина позиций изображала середину партий, а другая половина - их

окончания (Рис.3.14). В этом эксперименте две шахматные доски были

поставлены рядом, и испытуемый должен был на одной доске воспроизве-

сти положение фигур с другой. В другом эксперименте испытуемые рас-

сматривали шахматную позицию в течение 5 с и затем воспроизводили ее

по памяти. Чейз и Саймон обнаружили, что у мастера время сканирова-

ния позиции было ненамного больше, чем у игрока класса "А" или у начи-

нающего, но на воспроизведение позиции мастер затрачивал гораздо мень-

ше времени, чем они (Рис.3.15); на Рис.3.16 показано количество пра-

вильно размещенных фигур. Дальнейший анализ результатов показал, что

Обнаружение и интерпретация сенсорных, сигналов

100

Миттельшпиль Эндшпиль

Черные

Белые

"Случайный" миттельшпиль "Случайный эндшпиль

Черные

Белые

Рис. 3.14. При-

мер миттельшпиля

(середины) и энд-

шпиля (окончания!

шахматной пар-

тии и их дублика-

ты, образован-

ные по случайно-

му принципу.

умение видеть значимые группы фигур позволяло более сильным игрокам

собрать больше информации за данное время.

Эксперимент Чейза и Саймона имел важное теоретическое значение.

Информационные группы или единицы, соединенные вместе более или

менее абстрактными отношениями, могут стать основой синтаксиса пат-

тернов. Информационные единицы, не имеющие какого-либо значащего

контекста и не объединяемые в группы, трудно кодировать, будь то буквы,

геометрические фигуры, ноты или шахматные фигуры; но если объеди-

нить их в значимые структуры - в поэму, архитектурное сооружение,

мелодию или элегантную шахматную защиту,- то они обретают значе-

ние, поскольку их теперь легко абстрагировать на языке обычной грамма-

тики. В современной теории информации были развиты первичные модели

разума, основанные на идее структурных уровней. Мы также были свиде-

телями бурного развития структурной грамматики языка (она рассматри-

вается далее, в Главе 11), музыки, телесных реакций, графических задач и

Распознавание паттернов

101

Рис. 3.15. Время сканирова-

ния и воспроизведения шахмат-

ной позиции игроками трех

различных уровней мастерства.

Адаптировано из: Chase and

Simon (1973).

Рис. 3.16. Зависимость пра-

вильно размещенных фигур от

уровня мастерства. Оригиналь-

ные позиции предъявлялись иг-

рокам в течение 5сек. Адапти-

ровано из: Chase and Simon

(1973).

шахмат. Одной из наиболее распространенных способностей человека,

применимой ко всем. чувственным формам, является, по-видимому, тен-

денция кодирования информации о реальности на языке абстракций высо-

кого уровня, в которые может встраиваться новая информация. Вышепри-

веденные эксперименты с восприятием шахматных позиций и абстрагиро-

ванием непосредственных стимулов подтверждают это положение.

Специалисты, и абстракции. Из вышеприведенного исследования

следует, что эксперты (например, мастера шахмат) способны воспроизве-

сти больше информации, связанной с их специальностью, чем новички.

Этот любопытный результат открыл целое направление исследований,

связанное со способностями кодирования и воспроизведения у специали-

стов8. В работе Адельсон (Adelson, 1981, 1984) изучалось формирование

Выпуск Canadian Journal of Psychology, Vol.39, 1985 целиком посвящен этой

Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов

102

представления компьютерных программ у опытных и начинающих про-

граммистов. В ряде экспериментов Адельсон обнаружила, как и можно

было ожидать, что эксперты превосходят новичков по количественным

оценкам навыка. Более интересным является установленный ею факт, что

опытные программисты опираются на абстрактные представления о ком-

пьютерных программах, тогда как новички больше фокусируются на вне-

шних деталях программы. Б частности, опытные специалисты стараются

представить, для чего данная программа предназначена, а новички пыта-

ются узнать, как она работает. По всей видимости, фундаментальной ког-

нитивной способностью, отличающей опытного человека от неопытного,

является умение посмотреть на набор элементов - будь то шахматные

или геометрические фигуры, лица или компьютерные программы - как на

фрагменты, образующие при их объединении более крупную структуру.

Роль наблюдателя в распознавании паттернов

В этой главе мы уже затронули множество вопросов, связанных с распоз-

наванием образов: теорию гештальта, принципы обработки "снизу-вверх"

и "сверху-вниз", сравнение с эталоном, компьютерное моделирование опоз-

нания паттернов, подетальный анализ, физиологические механизмы рас-

познавания паттернов, сравнение с прототипом, когнитивные структуры,

а также проблемы опознания букв, геометрических фигур, человеческих

лиц и шахматных позиций. В большинстве этих тем было трудно отделить

конкретные функции опознавания паттернов от других когнитивных сис-

тем. Мы также рассмотрели влияние контекста и избыточной информации

на распознавание паттернов и поняли, что оба эти фактора непосредственно

участвуют в опознании сенсорных стимулов. Эти факторы и их связь с

восприятием букв и слов будут более подробно рассмотрены в разделе,

посвященном языку. Система памяти снова и снова всплывает на нашем

горизонте. В распознавании паттернов участвуют несколько систем низ-

кого уровня, таких как хранение зрительных ощущений, подетальный ана-

лиз, синтез элементов и сравнение с прототипом. Но при опознании пат-

тернов люди используют также ДВП. Мир в нашем естественном окруже-

нии наполнен сенсорными стимулами, которые надо организовать и клас-

сифицировать, чтобы распознать среди них какой-либо паттерн. Однако,

стимулы сами по себе ничего не значат и существуют в примитивном

виде, независимо от того, воспринимаем мы их или нет. Они приобретают

значение только в результате анализа на высшем уровне - как составная

часть паттернов. Вслушайтесь и всмотритесь в ваше непосредственное

окружение. Что вы видите и слышите, какой запах или вкус чувствуете?

Конечно, вы не воспринимаете бессмысленные и необработанные стиму-

лы, хотя вам известно, что они воздействуют на ваши органы чувств. На

самом деле вы ощущаете объекты, что-то для вас означающие. Звоня-

щий где-то колокол, дерево за окном, ряды букв на этой странице, запах

свежеиспеченного хлеба - все это примеры стимулов, которые по-насто-

ящему наполняются смыслом не в возбуждаемых ими физических струк-

турах, а в разуме человека при их опознании. И смысл этот возникает

благодаря нашей памяти на подобные события, которая вводит непосред-

ственные переживания в более обширную сферу реальности. Значение

сенсорных стимулов обеспечивается воспринимающим субъектом.

Распознавание паттернов

103

В одном из приключений Шерлока Холмса выдающийся детектив де-

монстрирует свою способность точно описывать жизнь и привычки како-

го-нибудь человека при помощи ряда блестящих дедукций, основанных

всего на нескольких "ключевых" деталях, которые на самом деле являют-

ся опорными признаками для памяти и ассоциаций. Эти признаки, равно

доступные его компаньону доктору Ватсону, закодированы и структуриро-

ваны разумом Холмса так, что эти дедукции ему самому - но не Ватсо-

ну - кажутся "элементарными". Объяснив значение признаков, Холмс

обращается к своему компаньону со словами: "Вы. видите, но вы не

Наблюдаете!" Все нормальные люди "видят", но способность абстраги-

ровать видимое в значимые паттерны в большой степени зависит от со-

зданных ранее структур и знаний из прошлого опыта.

В главе, посвященной языку, мы обсудим в контексте информацион-

ного подхода, как люди воспринимают и анализируют буквы и слова. В

ней, как и в этой главе, мы убедимся, что от нашего прошлого опыта и

способа его представления в памяти решающим образом зависит, что и

как мы видим.

Краткое содержание

1. Существует несколько теоретических подходов к способности че-

ловека идентифицировать и обрабатывать зрительные паттерны:

гештальт-психология, принципы обработки информации "снизу-

верх" и "сверху-вниз", сравнение с эталоном, подетальный ана-

лиз, и прототипное сравнение.

2. Гештальт-психологи предположили, что восприятие зрительных

паттернов организуется по принципам сходства, близости, направ-

ленния, объективной установки, общей судьбы и прегнантности.

3. Опознание паттерна может начинаться с его частей, которые за-

тем суммируются (обработка снизу-вверх), или с выдвижения на-

блюдателем гипотезы, позволяющей опознать паттерн в целом, а

затем - его составные части (обработка сверху-вниз).

4. Эксперименты показывают, что на восприятие объекта значитель-

но влияют гипотезы, выдвинутые на основании контекста.

5. Идея сравнения с эталоном предполагает, что распознавание пат-

терна происходит в случае точного совпадения сенсорного стиму-

ла с соответствующей внутренней формой. Эта идея имеет теоре-

тическое и практическое значение, но не может объяснить многие

сложные когнитивные процессы, такие как способность правильно

опознавать малознакомые формы и фигуры.

6. Принцип подетального анализа гласит, что распознавание паттер-

нов происходит только после того, как стимулы будут проанализи-

рованы по их элементарным компонентам. Эта гипотеза подтверж-

дается результатами неврологических и поведенческих экспери-

ментов.

7. Гипотеза формирования прототипов утверждает, что восприятие

паттерна происходит в результате сравнения стимулов с абстрак-

циями, хранящимися в памяти и служащими в качестве идеализи-

рованных форм, с которыми сравниваются стимульные паттерны.

Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов

104

В теории прототипов предложены две модели: модель центральной

тенденции, утверждающая, что прототип представляет собой сред-

нее из набора образцов; и модель частоты признаков, которая го-

ворит, что прототип представляет собой некую форму или резуль-

тат суммирования наиболее часто встречающихся признаков.

8. Распознавание зрительных образов человеком включает зритель-

ный анализ на входном этапе и хранение информации в долговре-

менной памяти.

Ключевые слова

модель частоты признаков

обработка по принципу "снизу-вверх"

обработка по принципу "сверху-вниз"

модель центральной тенденции

общая судьба

концептуально управляемая обработка

обработка, управляемая входными данными

направление

признак

подетальный анализ

объективная установка

паттерн

распознавание образов

прегнантность

прототип

опознание по прототипу

близость

псевдо-память

сходство

сравнение с эталоном

аналитический парадокс

Рекомендуемая литература

Большая часть литературы, рекомендованной к Главе 2, существенна и

для этой главы. Другие источники:

Reed. Psychological Processes in Pattern Recognition Uhr, ed.. Pattern

Recognition

Lindsay and Norman. Human Information Processing

Murch. Visual and Auditory Perception

McBurney and Ceilings. Introduction to Sensation/Perception

Rock. The Logic of Perception.

Распознавание паттернов

105

Многое ты можешь наблюдать, просто глядя но это.

- Йог Берра

Каждому известно, что такое внимание.

- Вильям Джеймс

Внимание

Кгда примерно сто лет назад Вильям Джеймс написал: "каждому из-

естно, что такое внимание", он, тем не менее, дал следующее объяс-

нение:

"Это когда разум охватывает в ясной и очетливой форме нечто,

в чем видится одновременно несколько возможных объектов или

ходов мысли. Сосредоточение, концентрация сознания - вот его

суть. Оно означает отвлечение от одних вещей ради того, чтобы

эффективно работать с другими" (James, 1890, pp.403-404).

Сказанное Джеймсом, конечно, не означает, что нам известно все о вни-

мании; это было не так в 1890 году, это не так и сегодня. Однако, благо-

даря нескольким тщательно продуманным экспериментам по вниманию

стало возможным как-то определиться по основным вопросам; за после-

дние десятилетия появилось несколько моделей, представляющих общую

перспективу этой проблемы. Эта глава посвящена в основном исследова

ниям внимания как составной части обработки информации человеком.

Она поделена на три части: в одной рассматриваются обычные явления,

связанные с вниманием; в следующей речь идет о моделях внимания и

главных достижениях в этой области; а в последней обсуждаются про-

блемы и модели внимания.

Мы будем использовать следующее очень общее определение внима-

ния: концентрация умственного усилия на сенсорных или мысленных

событиях. В исследованиях внимания рассматриваются четыре главных

аспекта: пропускная способность и избирательность внимания, уровень

возбуждения, управление вниманием и сознание. Мы рассмотрим каждую

из этих тем, но сделаем акцент на первой из них.

Многие современные теории внимания исходят из того, что наблюда-

теля всегда окружают мириады признаков. Возможности нашей нервной

системы слишком ограничены, чтобы ощущать все эти миллионы вне-

шних стимулов, но даже если бы все они нами обнаруживались, мозг не

смог бы их обработать, т.к. наша пропускная способность обработки ин-

формации ограничена. Наши органы чувств, подобно другим средствам

связи, работают вполне хорошо, если количество обрабатываемой инфор-

мации находится в пределах их возможностей; при перегрузке происхо-

дит сбой.

Современный подход к проблемам внимания возник в 1958 году, когда

британский психолог Дональд Бродбент, сейчас работающий в Оксфор-

де, написал в своей нашумевшей книге "Восприятие и коммуникация",

что восприятие есть результат работы системы обработки информации с

ограниченной пропускной способностью. В теории Бродбента существен-

ным было представление, что мир содержит в себе возможность получе-

ния гораздо большего количества ощущений, чем позволяют охватить

перцептивные и когнитивные способности человека. Поэтому для того,

чтобы справиться с потоком поступающей информации, люди избирательно

направляют внимание только на некоторые признаки и "отстраиваются"

от остальных. В настоящем обсуждении мы слегка расширим эти пред-

ставления.

Д.Бродбент умер в 1993г.- Ред.

Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов

108

Примеры конкурирующих стимулов

Когда мы рассматривали обнаружение сиг-

налов (Глава 2), мы узнали, что наша спо-

собность реагировать на некоторый сигнал

частично зависит от того, насколько он "чи-

стый", т.е. насколько в нем отсутствует

шум или "конкурирующая" информация.

Если вам случалось ездить на машине по

Квебеку (провинция Канады, бывшая фран-

цузская колония. - Прим. ред.), то вы

очевидно заметили, что основные дорож-

ные знаки содержат надписи и на английс-

ком, и на французском языке.

Если вы обращаете внимание только на

одну из надписей - скажем, на английс-

кую,- вы проедете через сложную дорож-

ную развязку без всяких проблем; но если

вы будете раздумывать над таким состав-

ным стимулом и переключать внимание с

одной надписи на другую, ваше путеше-

ствие может стать опасным.

Или представим себе туристическую

фирму, которая из стремления услужить

клиентам выпустила календарь, где под

каждым числом стояло обозначение мар-

шрута:

При таком расположении двух наборов

цифр, зачастую сходной величины, может

возникнуть напряженность и ошибка - на-

пример, какая из семерок означает 7 янва-

ря, а какая - номер маршрута?

Долгое время думали, что можно уделять внимание одному признаку

только за счет другого. Если мы попытаемся понять несколько сообще-

ний одновременно, особенно однотипных, нам придется пожертвовать точ-

ностью. Ведя машину, например, мы можем направлять внимание на до-

рогу и одновременно слушать радио; но очень трудно одновременно на-

правлять внимание более, чем на два признака, если они имеют одну мо-

дальность,- например, два зрительных признака или два слуховых.

Наш повседневный опыт говорит нам, что мы больше уделяем внима-

ния одним признакам окружения, чем другим, и что те признаки, на кото-

рые мы обращаем внимание, как правило поступают в дальнейшую обра-

ботку, а те, которые не удостаиваются его, могут не подвергаться даль-

нейшей обработке. Каким признакам мы уделяем внимание, а каким нет-

это зависит от определенного контроля за ситуацией с нашей стороны

("Обрати внимание, когда будет повтор этого момента, не вышел ли он за

пределы поля") и от нашего долговременного опыта (при чтении техни-

ческого отчета в поисках конкретного факта). Во всех случаях механизм

внимания переключается на одни стимулы, предпочитая их другим, хотя

из последних не все обязательно полностью исключаются из внимания:

Внимание

109

они могут и отслеживаться, и отфильтровываться. Особенно хорошо это

видно на примере слуховых признаков, когда, например, на вечеринке с

коктейлем можно слушать голос одного человека, улавливая в то же вре-

мя что-то из голосов других присутствующих. Многим из нас случалось

замечать, как перескакивает внимание с голоса нашего собеседника на

чей-нибудь другой, рассказывающий сочную сплетню. Это довольно лег-

ко - настроиться на рассказчика сплетни и одновременно скрывать, что

не слушаешь занудную историю своего собеседника о его поездке в Бар-

селону. Правда, можно себя раскрыть каким нибудь вопросом невпопад,

вроде: "Вы были когда-нибудь в Европе?"

В качестве еще одного примера можно вспомнить сцену из "Мнимого

больного" Мольера, когда два персонажа - ипохондрик и доктор -начи-

нают говорить одновременно. Вы пытаетесь слушать обоих, но обнару-

жив, что только путаетесь, решаете "настроиться" на кого-то одного; дру-

гого вы тоже слышите, но не разбираете, что он говорит.

Какие механизмы внимания задействованы в приведенных приме-

рах? Здесь можно выделить четыре аспекта:

сознание

пропускная способность и избирательность

управление вниманием

уровень возбуждения и/или интерес.

Как видно из примера со спектаклем, вы обращаете внимание только

на малую часть всего того, что происходит на сцене: вы можете направ-

лять внимание избирательно, сосредотачиваясь на одних признаках (на-

пример, на говорящем человеке) больше, чем на других. Тот факт, что

наше внимание действует избирательно, имеет несколько объяснений.

Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов

Во-первых, наша способность к обработке информации ограничена "про-

пускной способностью канала". Во-вторых, мы можем в какой-то степени

управлять тем, на что обратить наше внимание. Если два персонажа гово-

рят одновременно, мы можем выбирать, к кому из них прислушиваться. В-

третьих, восприятие событий связано с нашим "уровнем возбуждения",

который, в свою очередь, связан с нашим интересом. Наконец, то, на что

вы обращаете внимание, есть часть вашего сознательного опыта. Эти че-

тыре темы составляют "активный центр" исследований внимания. Рас-

смотрим теперь каждую из них отдельно.

Мы начнем разговор о внимании с одного древнего и в то же время

нового понятия: сознание. Тема сознания уже давно горячо обсуждается

пророками, философами, психоаналитиками и психологами. Вильям

Джеймс (1890) сравнивал сознание с избирательной комиссией, выбира-

ющей что-либо одно из многих стимулов, причем выбранный стимул при

этом выделяется и акцентируется, а все остальное подавляется. Однако,

с пришествием психологии, нацеленной на разработку причинно-след-

ственных связей поведения, эта тема потеряла свою привлекательность.

Но не так давно некоторые ученые обратились к ней снова.

Одним из признаков того, что люди начинают интересоваться сознани-

ем, Краудер (Crowder, 1985) считает развитие представлений о кратковре-

менной памяти (как отдельной структурной единице в схеме обработки

информации). Некоторые ученые по-новому рассматривают замечание

Джеймса о том, что первичная память - это "обратная сторона содержи-

мого сознания". Кроме того, сознание стало неотъемлемой частью несколь-

ких влиятельных теорий памяти, включая пересмотр Тульвингом (Tulving,