СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2008, том 22, № 2, с. 112-119
ЗРИТЕЛЬНАЯ ^^^^^^^^^^^^^^ СИСТЕМА
УДК 612.821
КРАУДИНГ-ЭФФЕКТ ДЛЯ СТИМУЛОВ БОЛЬШИХ РАЗМЕРОВ
© 2008 г. В. М. Бондарко
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6 E-mail: vmbond@gmail.com Поступила в редакцию 22.10.2007 г.
В психофизических экспериментах исследовали влияние окружающих изображений (краудинг-эф-фект) на определение ориентации тестовых объектов. В качестве изображений использовались окружности с вырезанными секторами с диаметрами 15, 30 или 60 угл. мин, которые образовывали двумерные массивы. Тестовые объекты имели ту же форму, но отличались по ориентации на ±90° или 180° от окружающих изображений. Задача наблюдателя заключалась в обнаружении и определении ориентации тестовых объектов. Расстояние между изображениями менялось в пределах 0.623.1 угл. мин. Эксперименты проводились в условиях применения обратной маскировки. Для размеров 15 и 30 угл. мин получено ухудшение в обнаружении и определении ориентации стимулов при расстояниях 0.62-1.2 угл. мин в сериях экспериментов с предъявлением тестовых объектов в центре массива. Для размера 60 угл. мин зависимость от расстояния отсутствовала, также как и для всех размеров в сериях с предъявлением тестовых объектов в произвольном месте массива. Обсуждается вклад в механизм краудинг-эффекта оптики глаза и фактора внимания.
Ключевые слова: краудинг-эффект, оптическая функция рассеяния, внимание.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что на восприятие зрительных объектов оказывает влияние близлежащее окружение. В тридцатых годах прошлого века вышел в свет цикл работ Вудроу, посвященный изучению восприятия стимулов, состоящих из двух или четырех букв, различным образом расположенных в поле зрения и предъявляемых на 0.1 с. Менялось расстояние между буквами, их взаимное расположение и группировка. Была обнаружена достоверная разница в ответах на 2- и 4-буквенные слова, и автор предположил, что эту разницу можно объяснить конфигурацией самого паттерна. На основании полученных результатов в работе (Woodrow, 1938) был сформулирован следующий вывод: выявленный феномен зависит от распределения внимания, смешиваемости или "торможения узнавания", являющегося результатом пространственной близости и степени видимости букв.
Этот вывод формулирует основные предположения, принятые до сих пор для объяснения явления, названного краудинг-эффектом (crowding-effect - эффект толпы - термин введен Эхлерсом (Ehlers, 1953)). Сам феномен краудинг-эффекта заключается в ухудшении восприятия тестового стимула при окружении его другими изображениями. Для этого явления используют и другую терминологию: в случае окружения стимула отрезками линий или частями контуров часто используют термин "взаимодействие между контурами"
(contour interaction), иногда применяют выражение "латеральная маскировка" (lateral masking) и т.п.
Наиболее изучен краудинг-эффект на пределе разрешения зрительной системы, что обусловлено практическими нуждами - построением таблиц для измерения остроты зрения. В известной работе Флома и его коллег (Flom et al., 1963b) изучалось влияние симметрично расположенных полос на определение ориентации кольца Ландоль-та. Варьировали расстояние между полосами и кольцом. Было показано, что при расстояниях, меньших размера минимально видимого кольца, наблюдается ухудшение в восприятии. При больших же расстояниях окружающие полосы не влияют на опознание центрального стимула. Такая зависимость справедлива для наблюдателей с любой остротой зрения. Ухудшение невозможно объяснить только оптическим фактором или влиянием тормозных взаимодействий на уровне сетчатки, поскольку предъявление тестового стимула одному глазу, а окружения другому, также приводило к ухудшению восприятия стимула на тех же расстояниях (Flom et al., 1963a). По мнению Флома и его коллег (Flom et al., 1963a), в основе этого явления должен лежать нейрофизиологический механизм, локализованный на уровне не ниже стриарной коры, поскольку только на этом уровне происходит объединение зрительных сигналов, приходящих от обоих глаз.
При дальнейшем изучении краудинг-эффекта был выявлен ряд свойств, показывающих разни-
цу между предъявлением изображений в центре поля зрения и на периферии (Bouma, 1970; An-driessen, Bouma, 1976; Loomis, 1978; Wolford, Chambers, 1983; Nazir, 1992; Levi et al., 2002a). Для стимулов больших размеров краудинг-эффект в центре поля зрения не наблюдался в случае использования высококонтрастных цифр (Strasburger et al., 1991), но был выявлен при измерении контрастных порогов обнаружения и опознания (Ehrt, Hess, 2005) или для случая отфильтрованных букв (Chung et al., 2001; Levi et al., 2002b). При этом было показано, что для больших и малых размеров свойства у краудинг-эффекта различны (Ehrt, Hess, 2005).
До сих пор не существует удовлетворительного объяснения феномену краудинг-эффекта (обзоры: Atkinson, 1991; Flom, 1991; Levi et al., 2002а,Ь; Pelli et al., 2004). Возможно, это связано с тем, что в зависимости от используемых изображений и условий их предъявления могут функционировать разные механизмы. Так, при изучении краудинг-эффекта на пределе разрешения зрительной системы в работах Бондарко и Даниловой (Бондарко, Данилова, 1999; 2002; Данилова, Бондарко, 2002) было показано, что ухудшение восприятия простирается на различные расстояния между тестовым стимулом и окружением в зависимости от используемых стимулов и окружения. Именно, для тестовых прямоугольных решеток, окруженных аналогичными решетками, влияние окружения сказывалось на расстояниях вдвое больших, чем для колец Ландольта с тем же окружением. Было высказано предположение, что это расхождение может быть связано с использованием для описания изображений различных рецептивных полей нейронов зрительной системы: детекторов полос и краев для колец Ландольта и детекторов решеток для решеток. При настройке на одну и ту же пространственную частоту детекторы решеток имеют большие размеры, чем детекторы краев и полос (Глезер, 1985). По предположению некоторых исследователей (Flom et al., 1963b; Бондарко, Данилова, 2002), краудинг-эффект наблюдается в случае попадания окружения в зоны рецептивных полей, описывающих стимул.
В настоящей работе продолжено изучение механизмов краудинг-эффекта для стимулов большого размера. С целью определения возможного влияния фактора внимания сравнивались две экспериментальные ситуации: тестовые объекты предъявлялись только в центре экрана или в произвольном месте.
МЕТОДИКА
В качестве тестовых стимулов и окружения использовали изображения окружностей с вырезанными секторами - подобие повернутых букв С или колец Ландольта. Толщина линий у окруж-
а б
ООО ООО ООО ООО ООО ООО
Рис. 1. Примеры предъявлявшихся изображений. а - массив из 3 х 3 окружностей с вырезанными секторами, среди которых в центре содержится отличающийся по ориентации тестовый объект; б - маскировка для изображений из массива а.
ностей была равна 1 пикселу. Изображения объединялись в двумерные массивы с одинаковым числом элементов по вертикали и горизонтали и расстоянием между ними. Окружности имели диаметр около 0.75, 1.5 и 3 см. В массиве либо у всех изображений была одинаковая ориентация (вырезанный сектор у окружностей был в области 150-210°), либо одно из изображений имело ориентацию, отличающуюся на ±90 или 180°. Массив состоял из 3 х 3 или 5 х 5 изображений. Расстояние между изображениями менялось случайным образом в ходе эксперимента от 1 до 5 пикселов с шагом, равным 1 пикселу. Эксперименты проходили в условиях применения обратной маскировки: после предъявления стимула через определенное время появлялась маска. Она состояла из того же числа целых окружностей. На рис. 1 показан пример использованного стимула и маскировки. В одних сериях экспериментов окружность с другой ориентацией появлялась только в центре массива, в других - в произвольном месте массива для того, чтобы была возможность оценить фактор внимания.
Изображения были синтезированы на компьютере IBM-486 со стандартным цветным дисплеем CTX. Характеристики дисплея: 17 дюймов по диагонали, шаг апертуры решетки 0.27 мм. Дисплей использовали при разрешении экрана 1024 х 768 пикселов и частоте смены кадров 100 Гц. Яркость экрана была равна 40 кд/м2, стимулов - 5 кд/м2. Время предъявления изображений и время после предъявления стимула до появления маскировки (SOA - Stimulus Onset Asynchro-ny) варьировались таким образом, чтобы процент правильных ответов в данной серии у каждого наблюдателя был выше случайного уровня, но ниже 100%. Эти времена были равны 10 и 0-60 мс соответственно. Затем на 150 мс появлялась маскировка. Стимулы предъявлялись бинокулярно с расстояния 170 см до экрана монитора. Размер отдельных окружностей при таком расстоянии составлял 15, 30 или 60 угл. мин, а 1 пиксел соответ-
ствовал 0.625 угл. мин. Массивы с изображениями предъявляли в центре экрана монитора.
С вероятностью p = 0.25 в массиве менялась ориентация одного из элементов. Задача наблюдателя заключалась в обнаружении отличающегося по ориентации элемента и определении его ориентации. Для ответа наблюдатель нажимал на одну из четырех клавиш-стрелок на клавиатуре, соответствующую ориентации разрыва в окружности. Ритм предъявления изображений на экране задавал сам наблюдатель, но после маскировки до последующего предъявления проходило не менее 500 мс.
Было проведено несколько серий экспериментов, отличающихся размером изображений, местоположением тестовой окружности и размером массива. В трех сериях неполная окружность с измененной ориентацией могла появляться в любом месте массива, состоящего из 5 х 5 элементов. В остальных сериях ориентация менялась только у окружности, находящейся в центре массива. При этом массив мог состоять из 3 х 3 или 5 х 5 изображений. В работе приведены суммарные данные по 10-13 экспериментам в каждой серии, которым соответствует 1000-1300 предъявлений стимулов, отличающихся по ориентации. Регистрировали правильные и неправильные ответы в условиях присутствия и отсутствия в массиве отличающегося ст
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.