ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2007, том 57, № 2, с. 155-160
ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (ПСИХИЧЕСКОЙ) ^^^^ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.821+612.014.423+843.7
ОПОЗНАНИЕ ПОЛУТОНОВЫХ, КОНТУРНЫХ И СИЛУЭТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ПРИ ИХ МАСКИРОВКЕ
© 2007 г. В. М. Каменкович, Г. А. Шараев, И. А. Шевелев
Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва,
e-mail: shevelev2@mail.ru Поступила в редакцию 15.09.2006 г. Принята в печать 09.11.2006 г.
Исследовали опознание человеком формы полутоновых, контурных и силуэтных естественных объектов при их тахистоскопическом предъявлении и разной степени шумовой маскировки ("капли дождя"). По средним групповым данным для 15 испытуемых показано, что при увеличении степени маскировки опознание последовательно и достоверно ухудшается по сравнению с контролем (опознание незамаскированной фигуры). При этом опознание контурных изображений при всех степенях маскировки значительно и достоверно лучше, чем опознание тех же полутоновых и силуэтных фигур, а их силуэты опознаются достоверно хуже, чем полутоновые фигуры. Обсуждаются возможные нейрофизиологические механизмы и функциональное значение обнаруженных эффектов.
Ключевые слова: человек, зрительное опознание, естественные объекты, маскировка, полутоновые изображения, контур, силуэт.
Recognition of Halftone, Contour, and Silhouette Figures under Conditions of Their Masking
V. M. Kamenkovich, G. A. Sharaev, I. A. Shevelev
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: shevelev2@mail.ru
Shape recognition of natural objects was studied under conditions of tachistoscopic (12 ms) presentation and different degree of noise-like ("rain drops") masking in 15 healthy subjects. Three set of figures were used: halftone, contour and silhouette. For all sets of figures, mean group data reveal a drop of the correct response probability with increase in masking. Recognition of contours was shown to be significantly better than that of halftone and silhouette figures, whereas halftone figures were recognized better than silhouettes. Possible neurophysiological mechanisms of the revealed phenomena and their functional implication are discussed.
Key words: human, shape recognition, natural objects, masking, halftone images, contours, silhouettes.
В опознании человеком полутоновых, силуэтных и контурных изображений, несомненно, участвуют в основном одни и те же нейронные системы зрительной коры. В то же время степень участия в опознании детекторов разного типа (отрезков линий или контрастных границ [20, 23], их пересечений [4, 7, 25, 26], пространственно-частотных фильтров [1, 5]) при этом, несомненно, различна. Поэтому исследование восприятия таких изображений человеком может дать существенную информацию о поведенческом использовании и соответственно ценности детекторов разного типа.
Можно ожидать, что различия в восприятии фигур разного типа выявятся в трудных условиях наблюдения, в частности при их маскировке. Само по себе исследование опознания частично замаскированных изображений важно для понимания механизмов опознания неполных или вырожденных фигур. В реальных ситуациях один опознаваемый объект часто более или менее заслонен другим, и зрительная система как бы восстанавливает, "достраивает" отсутствующие части замаскированного объекта и воспринимает его как целый. Ранее в психофизиологических экспериментах [2, 3, 6,
24] нами была показана большая роль в опознании углов контурных геометрических фигур по сравнению с их сторонами. Этот эффект заключался в том, что при маскировке части сторон или углов опознание последовательно ухудшается по сравнению с контролем, причем это ухудшение достоверно больше для фигур без углов. Детекторные свойства нейронов зрительной коры кошки [4, 7, 25, 26] позволили предположить, что при околопороговом опознании у человека может выявиться преимущественная роль признаков второго порядка, т.е. углов фигур. Это предположение подтверждено в психофизических опытах [6, 24].
Ранее И. Бидерманн [8] показал ведущую роль "вершин" ("apexes") по сравнению со сторонами естественных фигур (самолет, чашка и др.) в их опознании. Следует заметить, что стороны таких фигур чаще всего являются кривыми линиями, что усложняет нейрофизиологический анализ этих данных. Действительно, стороны таких фигур могут быть обнаружены нейронами, чувствительными к "нарушениям ориентационной непрерывности" [27], а не детекторами ориентации линий.
В известной нам литературе не удалось обнаружить прямого сравнения опознания человеком формы целых и частично замаскированных объектов при их представлении в полутоновом, контурном и силуэтном виде. Между тем зрительная система человека часто опознает изображения такого типа. Поэтому целью настоящей работы стало сравнение в одном и том же опыте вероятности опознания испытуемыми полутоновых, силуэтных и контурных изображений одних и тех же бытовых предметов при разной степени их маскировки.
МЕТОДИКА
В экспериментах приняли участие 15 наблюдателей: семеро мужчин и восемь женщин в возрасте 20-25 лет с нормальным зрением. Этическое согласие испытуемых на проведение экспериментов было получено во всех случаях. Наблюдатели сидели на расстоянии 140 см от экрана монитора компьютера в удобном кресле с подголовником в затемненной камере. В центре экрана находилась фиксационная точка, сменяемая одной из фигур на время ее экспозиции (12 мс). Стимулы представляли собой три набора бесцветных изображений бытовых предметов (по 19 рисунков в каждом наборе), видимых под углом около
4 град (рис. 1). Изображения одних и тех же предметов были трех типов. В одном наборе они были полутоновыми (А), в другом - силуэтными, т.е. черными (Б), а в третьем наборе -контурными с сохранностью внутренних контуров частей предмета (В). Фигуры предъявлялись равновероятно в случайном порядке на светлом экране (фоновая освещенность 0.09 св/м2).
Фигуры были либо целыми, либо подвергались маскировке разной степени. Использовали маску типа "дождевых капель" ("rain drops") - случайно варьирующийся по локализации набор круглых белых пятен с фиксированным размером каждого пятна (1 град.). Маска накладывалась на экран с изображением опознаваемого объекта, а степень маскировки варьировали, меняя число пятен. Кроме целого изображения использовали четыре степени его маскировки (средняя площадь замаскированной части экрана составляла 32.1 ± 0.3, 52.1 ± 0.5, 64.6 ± 0.8 и 72.3 ± 0.5%). Локализация маскирующих пятен на экране менялась от предъявления к предъявлению в случайном порядке. Интервал между стимулами варьировали в пределах 10-15 с, а общая продолжительность опыта составляла 1 ч 15 мин с двумя перерывами по 5 мин. За время опыта предъявляли по 285 стимулов в каждой из его серий.
Испытуемый согласно инструкции должен был назвать опознанное им изображение (ответы типа "не знаю" не принимались). На каждом из испытуемых проводили один опыт, и если он начинался с полутоновых изображений, то на другом субъекте он начинался с силуэтов, а на третьем - с контурных изображений и т.д. Таким образом, все три набора стимулов пытались использовать в равновероятных условиях, так как тренировка опознания в случае повторных опытов на одном испытуемом могла внести в наши данные существенные ошибки [3].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Основным результатом, полученным в работе, стало обнаружение значительно и достоверно лучшего опознания контурных изображений, чем полутоновых и силуэтных, при всех степенях маскировки. Как по индивидуальным, так и по средним данным для всех 15 испытуемых опознание частично замаскированной фигуры при всех степенях маскировки последовательно и достоверно ухудшается по сравнению с опознанием целой фигуры
ОПОЗНАНИЕ ... ИЗОБРАЖЕНИИ ОБЪЕКТОВ
157
A
Б
В
Г
г i
П< ч
-1Щ1
3
4
5
Рис. 1. Примеры использованных изображений. А - полутоновые, Б - силуэтные, В - контурные и Г -частично замаскированные изображения. На Г: 1 - целое контурное изображение кресла, 2-5 - нарастающая степень его маскировки.
Fig. 1. Examples of images: А - halftone, Б - silhouette, В - contour and Г - partly masked figures. Row Г shows entire contour chair (1) and different degree of it masking (2-5).
(рис. 2). Этот эффект надежно проявился как для контурных изображений, так и для полутоновых изображений и силуэтов фигур. Депрессивный эффект маскировки оказался высокодостоверным для всех ее уровней и для всех типов фигур (парный ¿-критерий: 0.0005 < <р < 0.02).
Целая фигура для всех типов стимула опознается одинаково (рис. 2, ноль на оси абсцисс соответствует отсутствию маскировки). Первый уровень маскировки (32%) контурных фигур привел к незначительному, но достоверному (р < 0.02) снижению вероятности их правильного опознания, а для полутоновых фигур этот показатель снизился более резко - до порога восприятия (доля правильных ответов 73%). Такой же уровень восприятия для контурных фигур достигается лишь при втором
уровне маскировки. Чуть меньшая, но также высокодостоверная разница в опознании контурных и полутоновых изображений наблюдается для следующего уровня маскировки (64%). В то же время вероятность правильного опознания силуэтов фигур для всех степеней маскировки оказалась хуже, чем полутоновых фигур. Достоверным различие в уровне опознания полутоновых и силуэтных фигур становится только при уровнях маскировки 52 и 64%. Следует отметить, что к последней степени маскировки (72%) все три графика сходятся к одной точке, что отражает, по-видимому, угадывание фигуры.
Тендерных различий в условиях наших опытов ни для одного из типов стимулов обнаружить не удалось. Сравнение доли правильных ответов при всех степенях маскировки для
Правильные ответы, % 100
80-
полутоновые
силуэтные
контурные
60-
40-
20-
52 -64 -72 Маскировка, %
Рис. 2. Зависимость числа правильных ответов о форме изображения (в процентах) от степени его маскировки (в процентах замаскированной части экрана, на котором оно предъявлено). Ноль на оси абсцисс соответствует целой фигуре. Представлены с
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.