58. Зрительные ощущения. Кодирование контуров объекта. Механизм латерального торможения. Иллюзия Маха. Зрительное восприятие. Восприятие объектов на основе гипотезы черт.

Раздражитель - электромагнитные волны высокой частоты - через прозрачную роговицу, белковую оболочку, сосудистую оболочку, радужку и хрусталик воздействует на сетчатку глаза. Последняя представляет Собой совокупность нервных клеток (фоторецепторов) двух типов: колбочек и палочек. Собственно ощущение цвета и формы предметов обеспечивается работой колбочек. Палочки же (более чувствительные элементы) реагируют лишь на параметры яркости света (черное - белое). Так, при достаточно высокой освещенности объектов, когда имеется возможность их рассмотреть, основная нагрузка ложится на колбочки. При сумеречной освещенности объектов инициатива переходит к палочкам, и человек получает ощущение «серого» мира (как говорят, ночью все кошки серые).

В чувствительных клетках сетчатки световая энергия преобразуется в энергию нервных импульсов. Эти сигналы по волокнам зрительного нерва и через структуры среднего и промежуточного мозга передаются в затылочную область коры головного мозга. Здесь расположена зрительная сенсорная кора. Через средний мозг зрительная система взаимодействует с другими сенсорными системами и моторикой. Эти связи обеспечивают различные зрачковые рефлексы. Считают, что через зрение человек получает около 90% всей информации. Глаза - это окна психики. В онтогенезе человека они первыми прекращают свой рост (где-то в семилетнем возрасте).

Зрительные ощущения - это прежде всего ощущения цвета, так как все, что окружает человека, отражается в его сознании различной цветовой гаммой.

Ощущениям того или иного цвета соответствуют волны различной длины.

Различают ахроматические (черный, белый, серый) и хроматические цвета (зеленый, синий и др.). Человеческий глаз различает до 300 оттенков ахроматического цвета и десятки тысяч хроматических цветов в различных сочетаниях.

Установлено, что ахроматические цвета принадлежат тем объектам, которые равномерно отражают волны различной длины. Хроматические появляются у тех объектов, которые отражают лишь волны определенной длины, а остальные поглощают. В этой связи недалеки от истины рассуждения тех, кто говорит, что окружающий нас материальный мир бесцветен. Собственно, цвет предмета обусловлен теми составляющими волнового спектра, которые этот предмет отражает, поглощает или пропускает через себя. Если человек ощущает синий цвет предмета, то это значит, что данный предмет отражает только волны синего цвета.

В настоящее время существует две теории цветового зрения: трехцветовая и двухцветовая. Согласно трехцветовой теории, зрение обладает тремя типами рецепторов: красноощущающих, зеленоощущающих и фиолетовоощущающих. Световой раздражитель, той или иной длины волны одновременно воздействует на все эти рецепторы, но в различной степени. Это и создает все известные хроматические и нега. При одинаковой степени возбуждения всех рецепторов возникает ощущение белого цвета.

Сторонники двухцветовой теории говорят о наличии в зрении только двух типов рецепторов с парной оппонентной цветовой ориентацией: один тип реагирует на красный или зеленый цвет, другой - на синий или желтый. Все зависит от сбалансированности светового раздражителя. Например, если обе пары цветов представлены в раздражителе в одинаковой мере, то объект будет представляться человеку бесцветным, ахроматическим.

Попытки «примирить» данные теории привели к созданию компромиссной двухстадийной теории. Суть ее в следующем. Рецепторы красноощущающего, зеленоощущающего и фиолетовоощущающего типов служат источником информации для рецепторов с парной оппонентной цветовой ориентацией. Эти структуры как бы образуют две стадии работы механизма и цветового зрения.

Идея двухстадийности появилась с открытием цветооппонентных нейронов, расположенных в таламусе. Активность этих клеток зависит от диапазона длин волн, в котором работает в текущий момент зрительная система. Например, скорость возбуждения некоторых нейронов увеличивается при раздражении сетчатки глаза синим цветом и уменьшается при реакции на желтый цвет.

Процессы зрительных ощущений характеризуются чувствительностью (порогами ощущений), остротой зрения, латентным периодом зрительной реакции, критической частотой мелькания, инерцией зрения.

Чувствительность глаза к волнам различной длины различна.

Самыми «ощущаемыми» субъективно кажутся зеленый и желтый цвета. Цветовая чувствительность подвержена суточным колебаниям: максимум приходится на 13.00 - 15.00 ч, минимум - на 23.00 - 3.00 ч.

Острота зрения (пространственный порог зрения) характеризует способность глаза различать мелкие детали объектов. Это то минимальное расстояние между двумя объектами, с которого данные объекты не сливаются в один. Этот параметр может изменяться у человека в течение суток. Так, при нормальной освещенности аудитории острота зрения увеличивается в течение первой пары занятий, а затем начинает снижаться до 80% от максимального уровня.

Латентный период зрительной реакции - промежуток времени от момента подачи сигнала до момента возникновения ощущения. Этот параметр зависит от интенсивности сигнала, его значимости, возраста индивида. В среднем латентный период равен 160-240 мс.

Критическая частота мелькания (КЧМ) - минимальная частота дискретно появляющихся световых сигналов («проблесков»), при которой возникает ощущение их слитности. Этот параметр определяется яркостью сигнала, размером источника света и аго конфигурацией. Обычно КЧМ равна 15-25 Гц.

Инерция зрения характеризуется тем, что зрительные ощущения не прекращаются с прекращением действия светового раздражителя. Если имеется необходимость в реагировании человека на дискретно появляющиеся сигналы, то период их следования должен быть не меньше времени сохранения ощущения, равного 0,2-0,5 с.

Следует отметить важность микродвижений глаз для процессов возникновения зрительных ощущений. Если стабилизировать положение какого-то объекта на сетчатке глаза, то уже после 2-3 с человек перестанет видеть этот объект. И все же основную информацию глаз получает во время фиксации, т.е. во время относительно неподвижного положения глаза, ориентированного на объект.

Вот тогда говорят о так называемом боковом зрении. В условиях хорошей дневной видимости пред-меты и их части отражаются на сетчатке лучше, если человек смотрит на них прямо. Это связано с тем, что отображения предмета проецируются в центр сетчатки, где расположены преимущественно колбочки. При сумеречном освещении на эти предметы лучше смотреть несколько искоса. Дело в том, что к периферии сетчатки увеличивается количество палочек, обеспечивающих зрительные ощущения при слабом свете. В этих условиях наиболее чувствительная область к свету смещена на 10-12 градусов относительно центра.

Качество зрительных ощущений обеспечивает мало осознаваемая процедура моргания глаз каждые 5-8 с (в спокойном психическом состоянии человека). В момент закрытия век начинают работу специальные железы, выделяющие влагу и поддерживающие поверхность оболочки глаза во влажном состоянии. При волнении частота морганий увеличивается.

Интересно: существует гипотеза, что система зрения человека не всегда была парной. Предполагают, что человек обладал третьим глазом, расположенным на затылке. В доказательство приводят, во-первых, наличие маленького отверстия в черепе (а ведь природа ничего лишнего, бесполезного не создает) и, во-вторых, проявляющуюся иногда способность человека чувствовать упорно сверлящий чужой взгляд сзади.

Человек, воспринимая информацию, вычленяет значимые для не­го отношения между элементами сообщения и устанавливает связи с прошлыми сообщениями. Сообщения могут передаваться при помощи любых единиц информации - речь, изображение, текст и т. д. Количество информации, получаемое человеком из сообщения, зависит от индивидуальных особенностей личности, выполняемой за­дачи, контекста входной информации и условий ее предъявления. Контекст отражает взаимосвязи и взаимовлияние отдельных единиц информации. При восприятии сообщения анализируются информационные отношения между единицами сообщения. В результате этого анализа формируется новая информация, которую невозможно свести к сумме информации, содержащейся в отдельных элементах сообще­ния.

Кодирование информации рассматривается как процесс преобра­зования сообщений о свойствах реальных объектов в знаковую ин­формацию, предназначенную для приема и декодирования ее челове­ком. Декодирование информации представляет собой обратный коди­рованию процесс создания образа объекта на основе образа знака. Код - это правило перехода от кодируемого объекта к кодовому знаку. Ха­рактерной особенностью кодового знака является передача информа­ции о реальных объектах в передающей системе со свойственными ей правилами отображения.

Психологические основы кодиро­вания информации включают три главных момента:

- определение пси­хологической сущности знаковой информации;

- исследование психоло­гических механизмов приема и переработки знаковой информации;

- установление специфики функционирования знаковой информации в деятельности оператора. Психологическая сущность знаковой информации определяется функциями, которые выполняет знак в системе. В системах «человек -машина» знак и системы знаков служат основным средством взаимо­связи человека и техники. Проектировщик систем «человек - техника» является и проектировщиком знаков, с помощью которых человек бу­дет взаимодействовать с техникой. При проектировании определяется смысловая нагрузка знака и уточняются его коммуникативные функ­ции. Для человека-оператора знак выступает как предмет восприятия. При восприятии знаков основную роль играют материальная форма знаков и условия их предъявления, отношения между знаками внутри знаковой системы. Системы кодирования, которые также называют алфавитами, от­ражают отношения между знаками внутри знаковой системы. Алфави­ты кодовых знаков построены по конкретным принципам для передачи информации о классе взаимосвязанных объектов. Уровень кодирова­ния определяется количеством элементарных единиц, используемых для системы кодирования, и внутренней структурой кодового знака. Повышение уровня кодирования позволяет «насытить» знак информа­цией за счет увеличения в нем числа элементарных единиц или со­вмещения в одном знаке нескольких элементарных категорий, при помощи которых осуществляется кодирование: цвета, элементов формы. Однако это приводит к повышению сложности знака. В структуре сообщения могут использоваться различные системы кодирования и дополнительные опознавательные знаки: текст, рисун­ки, символы. Способ кодирования - это более широкое понятие, чем система кодирования. Способ кодирования предполагает выбор прин­ципа подачи информации, связанного с устройством отображения. Системы кодирования и кодовые знаки определяются и создаются тогда, когда выбран способ кодирования. В деятельности оператора знаки выполняют несколько основных функций: сигнальную, наглядно-образную, информирующую, интегративную, структурирующую. Сигнальная функция выступает как побуждение к действию. Наглядно-образная функция обеспечивает восприятие знака. Информирующая функция - это взаимодействие знака и характеристик кодируемого объекта. Интегративная функция представляет собой объединение информации в семантическом ком­плексе. Структурирующая функция позволяет организовать и настро­ить систему приема и переработки знаковой информации. Объектив­ная сложность знаковой информации оценивается через сложность структуры знака. Субъективная сложность переработки знаковой ин­формации определяется скоростью и точностью этой переработки. Существует разница в скорости переработки информации на разных уровнях психического отражения: скорость восприятия и опознания уменьшается с ростом сложности знака и разнообразием признаков, а скорость идентификации, наоборот, увеличивается.

Механизм латерального торможения.

Один из наиболее эффективных способов демонстрации влияния отдельных признаков – изучение различных зрительных иллюзий светлоты поверхности. Благодаря изучению иллюзий можно выявить скрытые механизмы работы зрительной системы, которые не проявляются в реальных сценах. Процесс оценки может проходить на разных уровнях обработки информации о светлоте: первичном (сенсорном), среднем (кортикальном) и высшем (когнитивном). Подход, в котором восприятие светлоты объяснялось при помощи сенсорных процессов, был предложен Эвальдом Герингом. В качестве основного механизма, влияющего на оценку светлоты поверхности, рассматривался нейронный механизм латерального торможения. Благодаря этому механизму, происходит локальное сравнение яркостей соседних участков поверхности. Он обеспечивает сильную реакцию сенсорной системы на резкий перепад яркости (выделение границы) и слабую – на медленное изменение или постоянство яркости. Если перепад яркости большой, то цвет поверхности зависит от цвета фона на границе перепада. Иллюстрацией действия этого сенсорного механизма является известная иллюзия одновременного контраста (рис.1). Один и тот же серый квадрат на темно-сером фоне выглядит светлее, чем на светло-сером фоне. Цвет квадрата как бы контрастирует с фоном: на темном фоне серый квадрат выглядит светлее, на светлом фоне – темнее. Этот феномен расхождения цветов теста и фона назовем правилом одновременного контраста. Используя механизм латерального торможения, возможно объяснение не только иллюзии одновременного контраста, но и иллюзорных полос Маха, гармошки Маха, иллюзии Вазарели. 

Иллюзия Маха - слабо освещённая полоса на фоне более светлой кажется освещённой сильнее, чем на самом деле. В основном любая стимульная ситуация, когда нельзя предсказать, что будет воспринято prima facie, исходя из простого анализа физического стимула. Часто бывают иллюзии, характеризующиеся как "ошибочное восприятие", обозначение, которое является не вполне правильным и не отражает сути явления. Полосы Маха, например, являются иллюзиями, но они не являются "ошибочными восприятиями". Скорее это восприятие, которое является результатом некоторых сетчаточных и/или кортикальных процессов, которые не могут быть предсказаны просто исходя из особенностей самого стимула. Обратите внимание, что понятие иллюзии стоит отдельно от таких понятий, как галлюцинация и бред. Иллюзии являются нормальными, относительно устойчивыми явлениями, встречающимися у разных наблюдателей и подчиняющимися постоянным правилам.

Зрительное восприятие - (англ. visual perception) - совокупность процессов построения зрительного образа мира на основе сенсорной информации, получаемой с помощью зрительной системы. На ранних этапах филогенетического развития 3. в. обеспечивает получение информации в основном о пространственном положении и движении объектов. Позднее эта информация дополняется сведениями о форме и структуре объектов. У высших млекопитающих, в т. ч. и у человека, 3. в. занимает в системе др. перцептивных процессов ведущее место (доминантность 3. в.). Наряду с задачей отражения предметов и их свойств оно выполняет также важную кинестезическую функцию (см. Двигательный анализатор, Кинестезические ощущения), участвуя в восприятии и регуляции собственных движений наблюдателя.

Современные данные показывают, что зрение дает начало целому ряду качественно различных процессов, связанных с отражением цветовых, пространственных, динамических и фигуративных характеристик, находящихся в зрительном поле объектов.

Наиболее элементарным из них, по-видимому, является восприятие цвета. В простейшем случае оно сводится к оценке светлоты (видимой яркости), цветового тона (собственно цвета) и насыщенности (показателя, пропорционального степени отличия цвета от серого равной светлоты) отраженного поверхностью света. Основные механизмы восприятия цвета врожденные, они локализуются на уровне подкорковых образований мозга. См. также Цветовое зрение.

3. в. пространства связано с процессами переработки пространственной информации в таких сенсорных системах, как слуховая, вестибулярная, кожно-мышечная, и является по существу интермодальным. В нем выделяются 2 группы перцептивных операций. 1 -я группа обеспечивает оценку удаленности объектов. Важнейшей операцией этой группы является оценка удаленности на основе бинокулярного параллакса (признак глубины, связанный с различием проекций трехмерной ситуации на сетчатку левого и правого глаза) и монокулярного параллакса движения (признак, связывающий удаленность объекта с угловой скоростью его смещения при определенных движениях наблюдателя). 2-я группа операций обеспечивает оценку направления, в котором расположен тот или иной предмет. Характерно, что при этом предметное окружение выполняет роль неподвижной системы отсчета. Благодаря этому локализация объектов остается примерно неизменной во время движений наблюдателя (т. н. феномен стабильности видимого мира). Комбинация данных об удаленности и направлении обеспечивает константное восприятие (см. Константность восприятия) величины видимых объектов. См. также Бинокулярное зрение, Глубинное зрение.

Как показывают исследования, многие операции пространственного восприятия являются врожденными. Однако их координация осуществляется прижизненно. Важную роль в онтогенетическом развитии восприятия пространства играет включение отмеченных операций в состав практических, а затем и перцептивных действий.

На основе данных о пространственном положении объектов строится восприятие движения. Подобно др. видам восприятия, оно характеризуется высокой константностью: видимая скорость движущегося объекта обычно гораздо больше соответствует его абсолютной скорости, чем угловой. Константность имеет место при восприятии как реального, так и кажущегося движения. Нейрофизиологические исследования позволили обнаружить в подкорковых образованиях и коре мозга многочисленные детекторы движения - нейроны, чувствительные к перемещению стимулов в зрительном поле (см. Нейрон-детектор). Они участвуют в перцептивном анализе движения, а также в регуляции медленных следящих движений глаз, без которых точная оценка параметров движения предмета оказывается невозможной.

Наиболее сложным процессом 3. в. является восприятие формы. В фило- и онтогенезе оно развивается позднее восприятия движения. Восприятию формы предшествует пространственная группировка расположенных в зрительном поле однотипных элементов (см. Гештальт-психология). Для точного отражения фигуративных характеристик предмета большое значение имеют быстрые, саккадические движения глаз, с помощью которых наблюдатель фиксирует его характерные детали, а также устанавливает их пространственные отношения. Являясь синтезом остальных видов зрительной информации, видимая форма оказывается независимой относительно цвета, положения, ориентации и состояния движения предмета.

Отмеченные взаимоотношения, или микроструктура, процессов 3. в. проявляются в ходе его микрогенеза (см. Микрогенез восприятия). За первые 30-50 мс после предъявления стимулов осуществляется оценка пространственного положения, удаленности и абсолютных размеров. В зависимости от расстояния, проходимого объектами за единицу времени, от 30 до 140 мс тратится на получение информации о параметрах их движения. Воспринятое ранее пространство выполняет при этом функцию интермодальной системы отсчета, а сам движущийся объект воспринимается как некоторая бесформенная и вследствие этого весьма пластичная масса. Только после того как возникает восприятие движения объекта, начинается процесс спецификации его формы. Длительность этого процесса зависит от сложности формы. В среднем через 300 мс после предъявления стимула процесс построения зрительного образа оказывается завершенным и приобретает свои хорошо известные характеристики: общую пространственную стабильность, подвижность локальных объектов, инвариантность видимых форм относительно цвета, пространственного положения и состояния движения.

Восприятие объектов на основе гипотезы черт.

Физиологическим механизмом восприятия является комплексная аналитико-синтетическая деятельность анализаторов – образование комплексных условных рефлексов на комплексные раздражители. В зрительном аппарате человека взаимодействуют две системы. Одна из них выделяет в объекте отдельные фрагменты, другая – составляет из установленных подобразов целостное изображение. Возможная неполнота целостного образа заполняется хранящимися в памяти текстурами. (Поэтому мы видим контуры даже там, где они не прочерчены, а только возможны.) Для опознания ситуации мозг хранит готовые обобщенные схемы (фреймы – "скелеты"). Первоначально схватывая ситуацию, мы стремимся затем заполнить ячейки актуализированного фрейма – и наши глаза ищут соответствующую детализацию. В формировании перцептивного образа левое и правое полушария мозга осуществляют различные функции. Сенсорная сторона восприятия обслуживается правым, а категориальная, смысловая его сторона – левым полушарием мозга. Роль зрения велика. Какова же его природная первооснова? Уже после нескольких часов от рождения младенцы охотнее рассматривают пестрые объекты, чем однотонные; изгибы линий в контурах предметов вызывают у них большее внимание. Четырехдневный малыш отдает предпочтение овалу с контурами человеческого лица. Это свидетельствует о том, что работа человеческого мозга организуется не только посредством слова, но и посредством эмоционально значимых зрительных образов. Как же формируются зрительные образы?  Прежде всего зрительная система обнаруживает определенный зрительный сигнал – стимул. Затем этот сигнал опознается как определенный зрительный объект – сенсорный комплекс относится к определенному классу объектов (это – стол, это – стул). Это опознание производится по наиболее информативным частям контура объекта. Можно ли изобразить кошку с помощью одних прямых линий? Можно, если эти линии соединяют наиболее информативные изгибы линий, характерные для образа кошки. На заключительной стадии осуществляется более тонкая дифференциация: различаются индивидуальные особенности объекта – и мы видим конкретного знакомого нам человека, узнаем свою вещь. В зрительной и моторной памяти (в глазодвигательном мышечном анализаторе) формируется комплекс опознавательных признаков. Сенсорные данные плоскостного изображения (картины, схемы) мозг переводит в реальный трехмерный образ. Движения глаза исследуют объект восприятия, задерживаясь более продолжительно на самых информативных его точках. Причем эти информативные точки, пункты в одном и том же объекте могут быть разными в зависимости от включенности объекта в ту или иную деятельность субъекта восприятия. Рассматривая лицо человека, мы задерживаем основное внимание на глазах, носе, рте. А рассматривая картину Репина "Не ждали", мы будем преимущественно фиксировать взором то, что помогает нам найти ответ на разные вопросы. Как писал Гете: "Мир каждый видит в облике ином, и каждый прав – так много смысла в нем". При первом знакомстве с объектом осуществляется первичное планирование его зрительного исследования – зрительная система прокладывает себе путь для дальнейшего детального анализа. Наши глаза постоянно совершают микродвижения – высокочастотный тремор (100 герц) и саккадические (крупные) скачки. При этом глаз может видеть даже очень тонкую линию – меньше диаметра одного фоторецептора (она будет переходить с одного фоторецептора на другой, а их в одном квадратном миллиметре сетчатки около 50 тыс.). На пути зрительного сигнала от сетчатки к затылочным областям коры мозга находится промежуточная база его переработки – наружные коленчатые тела (НКТ). Благодаря им отсеивается все то, что препятствует формированию зрительного образа (например, высокочастотные перепады яркости). Таким образом, в мозг передается не картинка, сфокусированная на сетчатке, а информация для его аналитико-синтетической деятельности.

Автоматизированные зрительные гипотезы (умозаключения глазом, по выражению Гельмгольца), опознавательные задачи решаются на основе привычных аксиом. Беглого взгляда достаточно, чтобы почувствовать мягкость пушистого ковра, а текстура дерева позволяет сразу отличить деревянное изделие от металлического. Мы привыкаем смотреть на окружающую среду с высоты своего роста. Но видимый мир меняет свои обычные очертания, как только мы поднимаемся на значительную высоту. Правда, привыкнув, мы снова видим знакомые соотношения вещей. Мозг отражает мир топологически. Буква "А", как бы она ни была изображена, всегда будет опознаваться благодаря устойчивому соотношению ее элементов. Мозг привыкает к устойчивым отношениям между предметами и их деталями, между предметом и фоном. Мы привыкли, что все удаленные предметы уменьшаются в своих видимых размерах. Луна на горизонте кажется огромной – мы "бессознательно умозаключаем", что Луна стала дальше, чем когда находилась над головой; угловой размер ее диска остался прежним – значит, луна "стала больше". Зрительные иллюзии – это стереотипные модели мира, не вписывающиеся в реальную обстановку. Если попросить группу людей разделить пополам вертикальную линию, то большинство из них проделают это "в пользу" верхней части. Круг, наложенный на заштрихованный фон, превращается в эллипс, а параллельные линии по той же причине искривляются.