ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2009, том 35, № 1, с. 15-19
УДК 612.821
ВОСПРИЯТИЕ РАЗМЕРА ЗРИТЕЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ШКОЛЬНИКАМИ РАЗЛИЧНОГО ВОЗРАСТА
© 2009 г. В. М. Бондарко, Л. А. Семенов
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, Санкт-Петербург Поступила в редакцию 03.03.2008 г.
В психофизических экспериментах у 209 школьников с нормальным зрением в возрасте от 8 до 16 лет проведено исследование по изучению восприятия размера зрительных изображений. Наблюдатели оценивали длину отрезков линий в случае добавления к ним стрелок (иллюзия Мюллера-Лайера) или длину одиночных линий без дополнительных изображений. Получено независимое от возраста наблюдателей искажение восприятия размера линий на 17-21% в иллюзии Мюллера-Лайера. Искажение восприятия размера отсутствовало в случае оценки длины одиночных отрезков линий. Пороги различения размера постепенно уменьшались с увеличением возраста наблюдателей в обоих случаях и были скоррелированы с остротой зрения. Они были ниже для случая одиночных линий в среднем в 1.3 раза по сравнению с порогами в иллюзии Мюллера-Лайера. Обсуждаются возможные механизмы возникновения иллюзии Мюллера-Лайера. Результаты экспериментов свидетельствуют о стабильности иллюзии для наблюдателей 8-16-летнего возраста, что может быть связано с преимущественным вкладом в возникновение иллюзии низших уровней зрительной системы.
При наблюдении зрительных объектов в специфическом контексте часто возникают иллюзии. Искажения наблюдаются при оценке размеров объектов, окруженных другими изображениями (например, иллюзии Понзо, Мюллера-Лайера, Эббингхауза), при оценке формы фигуры; могут возникать искривления линий (например, иллюзия деформации параллельных линий Геринга), смещения отрезков прямой линии (иллюзия Поггендорфа) и т.п. До сих пор ведутся дискуссии о том, следствием чего являются эти иллюзии. Представляется спорным утверждение, что их возникновение связано с оценкой свойств объекта, некорректной в заданной ситуации. Более оправданной кажется гипотеза о том, что контекст приводит в действие механизмы, ответственные за выполнение других зрительных функций. Наиболее изученной среди геометрических иллюзий является иллюзия Мюллера-Лайера или иллюзия стрелы: стрела с расходящимися наконечниками кажется длиннее, чем стрела с наконечниками, обращенными внутрь (рис. 1, Б). Несмотря на длительный период ее изучения (первые упоминания иллюзии относят к середине XIX века [1]), механизм ее возникновения до сих пор не ясен. Высказываются различные гипотезы, объясняющие эту иллюзию. В настоящее время чаще всего рассматриваются следующие: теория перспективы (оценивается изображение трехмерного угла здания, содержащего отрезки линий из иллюзии [2, 3]), теория усреднения или ассимиляции отрезков с контекстными элементами (оценивается усредненная длина наконечников вместе с древком [4-8]), некорректного коди-
рования позиций вершин наконечников [9, 10], низкочастотной фильтрации изображений зрительной системой [11]. Все эти теории имеют под собой экспериментальную базу, но ни одна из них не дает объяснения всей совокупности данных.
А
Б
>-< <->
>-< <->
>-< <->
Рис. 1. Примеры предъявляемых изображений. А - отрезки линий. Справа показаны референтные стимулы, слева - тестовые. Б - отрезки линий со стрелками в иллюзии Мюллера-Лайера. Справа референтные стимулы со сходящимися стрелками, слева - тестовые стимулы с расходящимися стрелками. В среднем ряду отрезки линий физически равны, но отрезок слева кажется более длинным.
Для объяснения результатов экспериментов по обнаружению древка стрелы малого контраста при окружении его высококонтрастными наконечниками Драгой и Локхед [12] рассмотрели вариант распространенной модели взаимодействия между ориентационно-избирательными рецептивными полями (РП) зрительной коры. В модели при малых расстояниях осуществляется торможение между нейронами с соседними РП (short-range inhibition), а при больших расстояниях, согласно данным Полата и Саги [13], - растормажи-вание (long-range facilitation). Подобного типа модели широко применяются для описания процесса зрительного восприятия в условиях влияния окружения на восприятие объектов. Уровень взаимодействий между РП не известен, он может быть различным в зависимости от задачи. В этом плане представляется полезным изучение иллюзии в онтогенезе, так как подобное исследование позволит высказать предположение о том, с развитием каких структур мозга может быть связана данная конкретная иллюзия. Известно, что развитие зрительной системы носит гетерохронный характер: различные области созревают в разные сроки и неравномерно. Сравнение психофизических данных по восприятию с морфофизиологически-ми данными о созревании отдельных структур и их функционировании может дать дополнительные сведения для изучения механизмов зрения.
В настоящей работе проведено исследование восприятия размера одиночных линий и линий в иллюзии Мюлера-Лайера. В онтогенезе формируются взаимодействия между различными областями зрительной системы, что может проявиться и в экспериментах по изучению иллюзии. Изучая эту иллюзию у детей 6-7 лет и у взрослых наблюдателей, Г.И. Рожкова и В.В. Огнивов с со-авт. [14, 15] получили большую иллюзию и вариабельность оценок размера у детей, чем у взрослых. Однако по этим данным трудно судить, в каком возрасте в зрительной системе происходит переход к взрослому уровню восприятия иллюзии. Между тем, такая дополнительная информация может пролить свет на механизм возникновения иллюзии. Для определения зависимости оценки размера от возраста в настоящем исследовании была взята промежуточная по возрасту группа наблюдателей: школьники от 8 до 16 лет.
МЕТОДИКА
Исследования были начаты с использованием изображений, приведенных в монографии Г.И. Рожковой и В.С. Токаревой [16]. Однако после получения первых результатов оказалось, что в попавшем в наше распоряжение варианте монографии размеры изображений не выдержаны. Кроме того, они меняются с большим шагом. Поэтому нами были изготовлены подобные стимулы с шагом измене-
ния размера, равным 1 мм. Сравнивался размер двух изображений, расположенных на одном уровне по горизонтали. В случае оценки размера одиночных линий референтный стимул находился всегда справа и имел длину 40 мм. Слева тестовый стимул имел длину 34-46 мм. Тестовый и референтный стимулы находились на расстоянии 20-47 мм между собой и были сдвинуты от края листа на 30-50 мм. Тестовые стимулы были расположены в псевдослучайном порядке по размеру по вертикали. В каждый момент времени наблюдатель мог видеть только одну пару - референтный и тестовый стимулы, остальные пары были закрыты. При изучении иллюзии Мюллера-Лайера справа всегда находился референтный стимул со стрелками, направленными внутрь. Длина линии, соединяющей стрелки, также была равна 40 мм. У тестовых стимулов (стрелки снаружи линии) длина линии менялась в пределах 28-40 мм с шагом 1 мм. Примеры шести пар стимулов показаны на рис. 1, А, Б. Темные стимулы предъявляли бинокулярно с расстояния 45-50 см до глаз наблюдателей.
Для оценки размера линий использовали метод вынужденного выбора и константных стимулов. Наблюдатель должен был ответить, справа или слева изображена большая по длине линия. Ответ "не знаю" разрешен не был. Для каждого референтного стимула было взято 13 тестовых линий.
Параллельно у наблюдателей была измерена острота зрения с использованием таблиц с буквами "Е" Снеллена в четырех ориентациях. Для измерения остроты были использованы таблицы для расстояния 4 м, любезно предоставленные авторам Г.И. Рожковой. (Подобные таблицы показаны в монографии Г.И. Рожковой и В.С. Токаревой [16].) В экспериментах приняли участие в общей сложности 209 школьников с остротой зрения, большей 1 ед. Данные школьников с остротой зрения, меньшей 1 ед., в расчет в настоящем исследовании приняты не были. Среди школьников с нормальной остротой зрения было обследовано 47 учеников 2-го класса, 31 - 6-го, 53 - 7-го, 29 - 8-го и 49 - 10-го класса (один или два класса в каждой параллели).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для определения порогов различения размера и измерения величины иллюзии для каждого наблюдателя были построены психометрические функции для ответов "больше", отдельно для экспериментов с использованием одиночных линий и линий со стрелками в иллюзии Мюллера-Лайера. С помощью метода наименьших квадратов психометрические функции были приближены к функциям нормального распределения. Точность приближения оказалась высокой (95% и более) у всех наблюдателей, чьи данные приводятся в статье. Данные наблюдателей (7 человек), у которых
Пороги
0 5 10 15 20
Возраст, лет
Рис. 2. Пороги различения размеров линий в зависимости от возраста наблюдателей. Пороги различения длины для одиночных линий (1) и для линий со стрелками (2) в иллюзии Мюллера-Лай-ера (в мм). 3 - минимальные размеры для букв "Е", необходимые для различения их ориентации (в угл. мин). По оси абсцисс - возраст наблюдателей (лет). Вертикальные линии - стандартные ошибки.
Иллюзии, мм 2
-10
Рис. 3. Иллюзия оценки размера в зависимости от возраста наблюдателей.
Показаны искажения в оценке длины одиночных отрезков линий (1) и при оценке линий со стрелками в иллюзии Мюллера-Лайера (2). По оси абсцисс - возраст наблюдателей (лет). По оси ординат - разница между средним значением и физическим размером референтной линии (в мм). Вертикальные линии -стандартные ошибки.
психометрические функции имели неправильную форму (скачкообразные функции) и из-за этого плохо аппроксимировались нормальным распределением, в расчет приняты не были.
Величины среднеквадратичного отклонения (сигмы) были взяты в качестве порогов различения размера. Они приведены на рис. 2 для случаев оценки размера отдельных линий (кривая 1) и линий в иллюзии Мюллера-Лайера (кривая 2). На рис. 2 показаны зависимости изменения порогов от возраста наблюдателей. Величины порогов достоверно уменьшаются с увеличением возраста в обоих случаях (/ = 2.14, р = 0.049; / = 2.38, р = 0.033), но пороги для оценки размера изолированной линии ниже в среднем в 1.3 раза. Верти
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.