СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2011, том 25, № 3, с. 206-217
_ ЗРИТЕЛЬНАЯ _
СИСТЕМA
УДК 612.821
ВЛИЯНИЕ КОНТЕКСТА НА РАЗЛИЧЕНИЕ ОРИЕНТАЦИИ ЛИНИЙ
© 2011 г. В.М. Бондарко, Л.А. Семенов
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6
E-mail: vmbond@gmail.com
Поступила в редакцию 14.10.2010 г.
В психофизических экспериментах изучали способность оценивать ориентацию линий, к которым примыкали дополнительные линии, имеющие другую ориентацию. Длина тестируемых линий составляла 6, 12, 24 или 60 угл. мин, дополнительные линии были в 1.2 или 2.4 раза длиннее. Их ориентация отличалась от ориентации тестируемых на ±10-75°. Получено искажение в оценке ориентации линий в случае присутствия дополнительных линий на 1-9° (иллюзия наклона). Наблюдался только эффект отталкивания: линия казалась повернутой в сторону, противоположную к дополнительной. Максимальное искажение в оценке ориентации происходило для углов 15-45° между линиями. При уменьшении длины линий пороги различения ориентации повышались, а иллюзия увеличивалась. Иллюзия возникала и при минимальной длине линий в 6 угл. мин. Для этого случая эффект отталкивания был воспроизведен в модели, в которой осуществлялось интегрирование яркостных функций изображений с весовыми функциями наименьших по размеру рецептивных полей стриарной коры.
Ключевые слова: различение ориентации линий, влияние контекста, иллюзия наклона, эффект отталкивания, зависимость от длины линий, моделирование.
ВВЕДЕНИЕ
Еще в 19 веке был описан класс зрительных иллюзий, которые могут возникать вследствие искажения оценки ориентации линий из-за присутствия примыкающих к ним линий с другой ориентацией. К таким иллюзиям можно отнести известные иллюзии Поггендорфа, Геринга (иллюзия веера), Вундта, Цольнера, Фрэйзера (иллюзия с витыми веревками) и другие. На рис. 1 приведены примеры некоторых из этих иллюзий. Объяснение возникновения иллюзии Поггендорфа (рис. 1, а), как правило, дается следующее. Наблюдатель переоценивает величину острого угла между вертикальной и наклонной, линией (угол АВС на рис. 1, а). За счет этого кажется, что пересечение продолжения наклонной линии АВ с другой вертикальной линией происходит выше, чем на самом деле. Таким образом, геометрическое пересечение наклонной прямой со второй параллельной вертикальной линией в точке D кажется сдвинутым вниз (точка D лежит ниже кажущегося продолжения наклонной линии). На рис. 1, а справа для сравнения пунктиром пока-
зано геометрическое продолжение наклонной линии. Точка ее пересечения с вертикальной линией лежит на одном уровне с точкой Б.
Схожее объяснение дают и иллюзии Цольнера (рис. 1, б) - параллельные вертикальные линии кажутся наклоненными из-за того, что острые углы между наклонными и вертикальными линиями кажутся больше, чем есть на самом деле. Возможно, что и иллюзии Геринга (рис. 1, в) и Вундта могут быть связаны с искажением в восприятии ориентации коротких отрезков горизонтальных линий. В приведенном на рис. 1, в случае горизонтальные линии являются прямыми, параллельными друг другу, но кажутся искривленными. Это может происходить из-за того, что острые углы (на рис. 1, в обозначен угол АВС) кажутся большего размера, чем они есть на самом деле. Вследствие этого линия СВ кажется наклоненной вверх, что и приводит к видимому искривлению горизонтальной линии.
В связи с таким большим количеством иллюзий многие исследования были посвящены изучению влияния ориентаций добавочных изображений на оценку ориентации тестовых объектов.
Рис. 1. Зрительные иллюзии, связанные с иллюзией наклона. а - иллюзия Поггендорфа; б - иллюзия Цольнера; в - иллюзия Геринга.
В литературе большое количество ссылок приходится на первоначальные работы Гибсона и Гиб-сона с Раднером (Gibson, 1937; Gibson, Radner, 1937), в которых показано, что после адаптации к наклонной линии вертикальная или горизонтальная линии кажутся повернутыми в сторону, противоположную к наклонной, т.е. наблюдается эффект отталкивания. При разнице в ориентации между тестовым и индуцирующим стимулом более чем на 90° был обнаружен относительно более слабый противоположный эффект - эффект притягивания. Линия казалась наклоненной в сторону дополнительной линии. Гибсон назвал эффект отталкивания прямым эффектом, потому что он описывал взаимодействие двух стимулов, которые оба были близки или к вертикали, или к горизонтали. В противоположность к этому он назвал небольшой эффект притягивания обратным эффектом, потому что он возникал при взаимодействии контуров с ориентациями, одной близкой к горизонтали, а другой к вертикали. (В литературе можно встретить и другую терминологию: эффект отталкивания - это эффект контрастирования, эффект притягивания - эффект ассимиляции.) Гибсон показал, что иллюзия наклона наблюдается и в случае, когда на тестовую линию наложена наклоненная индуцирующая решетка. В более поздних работах (например, Campbel, Maffei, 1971; Mitchel, Muir, 1976; O'Toole, Wenderoth, 1977) были продемонстрированы прямой и обратный эффекты, когда тестовый и индуцированный стимулы были решетками и для случая наклонных контуров с ориентацией, отличной от вертикальной и горизонтальной.
Тема взаимодействия между ориентациями стимулов получила особенно интенсивное развитие после опубликования работ по оценке ориентаци-онной чувствительности отдельных рецептивных полей (РП) нейронов стриарной коры и психофизических данных, свидетельствующих в пользу гипотезы о существовании в зрительной системе ориентационно избирательных пространственно-частотных каналов.
В результате проведенных исследований были уточнены ранее полученные зависимости. Показано, что максимальное искажение в оценке ориентации варьирует в разных исследованиях от 1 до 10° и наблюдается при разнице в ориентации между тестовым и дополнительным изображением в 15-45° (Calvert, Harries, 1988; Corbett et al., 2009 Georgeson, 1973; Magnussen, Kurtenbach, 1979 Solomon, Morgan, 2009; Tolhurst, Thompson, 1975 Wolfe, 1984). При разнице в ориентации тестового и дополнительного изображений в 90° искажение отсутствует. В то же самое время наблюдалась разница в использовании в качестве тестовых изображений линий и решеток. При использовании решеток и разнице в ориентации окружения на 65-80° получен обратный эффект - искажение ориентации происходит в противоположную сторону, а именно, по направлению к ориентации окружения (Over et al., 1972; Wenderoth, Johnson, 1988). В случае применения в качестве стимулов соприкасающихся своими концами линий исследователи пришли к заключению об отсутствии обратного эффекта при любой разнице в ориентации линий. Тем не менее в опубликованных данных наблюдаются определенные разногласия. Другая зависимость получена Боумом и Андриессоном (Bouma, Andriessen, 1970) в случае использования другой методики и конфигурации линий. В их исследовании тестовая линия прикреплялась к середине более длинной дополнительной линии, а наблюдателя просили мысленно продолжить тестовую линию за пределы дополнительной и поставить присутствующую на экране удаленную точку на воображаемую прямую, т.е. по существу, наблюдатель должен был произвести экстраполяцию отрезка прямой линии. В таких условиях при малых углах между линиями (до 30°) был получен обратный эффект: искажение оценки ориентации происходило по направлению к дополнительной линии. Максимальное отталкивание до 8° (или как авторы считают - притяжение к перпендикуляру) происходило при разнице в ориентации линий в 45°. В случае разницы в 90° искажение восприятия ориентации отсутствовало.
За счет чего произошло расхождение в результатах при использовании разных методик, насколько нам известно, до сих пор осталось открытым вопросом. Кроме разницы в методиках разные исследователи использовали и различную длину и конфигурацию стимулов. В работе (Wenderoth et al., 1986) показано влияние длины на величину иллюзии. Поэтому расхождения могут быть связаны и с фактором длины и конфигурации стимулов.
При объяснении данных наибольшее распространение получила гипотеза Блэйкмора, Кар-пентера и Джоджсона (Blakemore et al., 1970; Carpenter, Blakemore, 1973) о тормозном латеральном взаимодействии между ориентационными каналами. Предполагается, что основной тестовый стимул активизирует один ориентационный канал, а дополнительный стимул - другой. Суммарное взаимодействие этих каналов приводит к искажению оценки ориентации основного стимула. Необходимо отметить, что эти исследователи использовали отличную от Боума и Андриессена конфигурацию стимулов - две соприкасающиеся своими концами линии. В этих условиях они не выявили обратный эффект. В дальнейших исследованиях были сделаны попытки проверить гипотезу о взаимодействии между ориентационными каналами (Wenderoth et al., 1986) и промоделировать ориентационные зависимости двухслойными моделями (Dakin et al., 1999; Morgan et al., 2000). В этих моделях в первом слое происходит фильтрация изображений ориентационно избирательными РП нейронов, а во втором осуществляется взаимодействие между реакциями этих РП.
В настоящей работе сделана попытка уточнить ориентационные зависимости и по возможности выявить влияние конфигурации и длины линий на иллюзию. С этой целью в экспериментах были использованы как стимулы, подобные приведенным в работе Боума и Андриессена (Bouma, Andriessen, 1970), так и стимулы, примененные Блейкмором, Карпентером и Джоджсоном (Blakemore et al., 1970) и другими исследователями. Проводили сравнение порогов различения ориентации одиночных линий с порогами различения ориентации линий в присутствии дополнительных линий. Иллюзию измеряли для нескольких длин линий. Кроме того, попытались промоделировать полученные зависимости.
МЕТОДИКА
Стимулами служили отрезки прямых линий. Длина линий в первом эксперименте равнялась 2 и 4.8 см. Референтный стимул состоял либо из одной короткой линии, либо к концу короткой линии была присоединена длинная линия так, как это показано на рисунке (рис. 2, а). Точка пересечения линий лежала посередине длинной линии. Основная короткая линия имела фиксированную ориента
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.