СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2010, том 24, № 1, с. 18-26
ЗРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
УДК 612.821.84
ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОНОКУЛЯРНЫХ И БИНОКУЛЯРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВОСПРИЯТИЯ
© 2010 г. Н.Н. Васильева, Г.И. Рожкова1
Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева, 428000, Чебоксары, ул. Карла Маркса, 38 E-mail: vasnadya@rambler.ru 1Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН 127994, Москва, Б. Каретный пер., 19 E-mail: gir@iitp.ru
Поступила в редакцию 01.09.2009 г.
Для понимания закономерностей онтогенетического развития пространственного восприятия человека необходимо исследовать не только возрастные изменения отдельных механизмов анализа трехмерных зрительных сцен, но и изменения в характере взаимодействия этих механизмов. У 564 испытуемых 5-19 лет нами была проведена оценка взаимодействия монокулярных и бинокулярных механизмов определения глубины с использованием стереокинетического теста Л.Н. Могилева. По результатам данного теста, вклад бинокулярных механизмов в восприятие глубины у школьников сначала быстро нарастает с возрастом, но в 9,5-10,5 лет достигает максимума и начинает снижаться. Средние значения и стандартные отклонения коэффициента К, характеризующего этот вклад, оказались равными: 0.17±0.33 в 5-6 лет, 0.50±0.28 в 9-10 лет и 0.32±0.19 в 15-16 лет. Выявлены небольшие, но достоверные различия между показателями мальчиков и девочек. Обнаруженное нарастание вклада бинокулярных механизмов в пространственное восприятие от дошкольного до подросткового возраста согласуется с данными по улучшению показателей бинокулярной интеграции, стереоскопической остроты зрения и фузионных резервов на этом возрастном интервале.
Ключевые слова: пространственное восприятие, механизмы восприятия глубины, бинокулярное зрение, развитие в онтогенезе, половые различия.
ВВЕДЕНИЕ
При формировании трехмерной видимой картины окружающего мира зрительная система опирается на большое число автономных нейронных механизмов анализа сетчаточных изображений. Эти механизмы имеют разную степень сложности и значимости и локализованы на разных уровнях в общей структуре зрительных путей. Некоторые механизмы являются чисто бинокулярными, т.е. могут функционировать только в условиях одновременного поступления информации от двух глаз, другие механизмы могут действовать и в условиях монокулярного зрения.
Наличие многих механизмов пространственного восприятия, по-видимому, связано с тем, что каждое конкретное сетчаточное изображение может соответствовать бесконечному числу рас-
сматриваемых объектов и сцен, и даже совокупность двух сетчаточных изображений не всегда позволяет выбрать единственный возможный вариант. Некоторые трудности монокулярного и бинокулярного анализа формы и пространственных отношений иллюстрируют рис. 1 и 2.
На рис. 1 показано несколько предметов разной формы и размера, которые при определенном расположении в пространстве дадут совершенно одинаковые сетчаточные изображения в виде вертикальной полоски. Рисунок 2 поясняет так называемую проблему корреспонденции, или проблему установления соответствия в бинокулярном зрении: если в каждом сетчаточном изображении имеются неразличимые объекты (в данном примере - кружочки), возможны разные варианты образования пар из левого и правого изображений, и эти варианты будут порождать разные пространственные образы. В показанном на рисунке
Ф ф ф Ф
Рис. 1. Неоднозначность интерпретации сетчаточных изображений при монокулярном восприятии. Идентичные сетчаточные изображения, схематически показанные в нижнем ряду (вертикальные полоски), могут соответствовать объектам разной величины и формы, удаленным от глаза на разные расстояния.
Рис. 2. Иллюстрация проблемы установления соответствия в бинокулярном зрении. При объединении сетчаточных стимулов в пары (1+3) и (2+4) будут видны бинокулярные образы х и у, а при объединении в пары (1+4) и (2+3) - образы г и к.
случае одни и те же пары кружков на сетчатках могут соответствовать в рассматриваемой сцене либо двум одинаковым шарикам (х и у), равноудаленным от глаз, либо двум шарикам разного размера и расположенным на разных расстояниях (г и к). В первом случае для формирования бинокулярных образов сетчаточные стимулы объединяются в пары: 1 (в левом глазу) + 3 (в правом глазу) и 2 (в левом глазу) + 4 (в правом глазу). Во втором случае стимул 1 объединяется со стимулом 4, а стимул 2 - со стимулом 3.
Хорошо известно, что наиболее совершенные пространственные образы формируются при помощи бинокулярных механизмов зрения, основанных на диспаратности двух сетчаточных изображений. Однако в определенных условиях монокулярное зрение также способно обеспечить формирование полноценных пространственных образов. Можно насчитать более десятка физических, физиологических и когнитивных монокулярных признаков объемной фор-
мы и относительного расположения объектов по глубине, которые при этом использует зрительный мозг. К наиболее часто встречающимся признакам относятся: геометрические перспективные трансформации, параллакс движения, окклюзии, градиенты текстуры, светотень, изломы теней, световые рефлексы, воздушная перспектива, расстояния наземных объектов от линии горизонта, разная степень расфокусировки разноудаленных объектов. Кроме того, учитываются и знания, полученные в повседневном опыте: формируемая пространственная картина корректируется в соответствии с известными размерами знакомых объектов, представлениями об уменьшении угловых размеров объектов с удалением от наблюдателя и другими следствиями наблюдений.
В естественных условиях рассматривания реальных сцен все механизмы пространственного анализа действуют согласованно, а адекватность формируемых пространственных образов проверяется в ходе зрительно-моторной активности. При этом отношения между разными нейронными механизмами могут быть не только кооперативными, но и конкурентными, так как в одних условиях более успешно работают одни механизмы, в других - другие, и вклад каждого механизма в видимый образ должен зависеть от его возможностей и уровня ошибок в конкретной ситуации. Для понимания закономерностей пространственного восприятия знать особенности взаимодействия различных механизмов анализа формы и пространственных отношений столь же необходимо, сколь и принципы работы каждого отдельного механизма. Литература, касающаяся этих взаимодействий, очень обширна, причем она включает разноплановые исследования: психофизические измерения, нейрофизиологические эксперименты, математическое и компьютерное моделирование. Из множества публикаций мы упомянем лишь несколько примеров, относящихся к разным направлениям и разным периодам исследования (Dosher et al., 1986; Bülthoff, Mallot, 1988; Cryer et al., 1995; Sun, Perona, 1997; Ichikawa et al., 2003; Knill, Saunders, 2003; Meese, Holmes, 2004; Domini et al., 2006; Fernandez, Farell, 2008; Tassinary et al., 2008; Girshick, Banks, 2009). Большинство публикаций посвящено взаимодействию механизмов оценки формы по геометрической бинокулярной диспаратности, светотени, текстуре, параллаксу движения. В экспериментальных работах измерения, как правило, проводились на небольшом числе взрослых испытуемых, так что данных о
возрастной динамике взаимоотношений между различными механизмами пространственного анализа практически нет.
Поскольку без таких данных представление о развитии пространственного зрения в онтогенезе не может быть полным, мы предприняли попытку в какой-то мере устранить этот пробел. В настоящей работе изложены результаты исследования возрастных изменений взаимодействия монокулярных и бинокулярных механизмов восприятия глубины на протяжении школьного периода.
Чтобы обеспечить возможность проведения тестирования по единой методике в группах дошкольников и младших школьников, с одной стороны, и старшеклассников, с другой, нужно было выбрать тест, который был бы понятен и доступен младшим детям и в то же время не слишком примитивен для старших. Этим условиям удовлетворяет использованный нами стереокинетический тест Могилева (Могилев, 1975; 1977; 1978; 1982). Как показали проведенные ранее исследования, стереокинетический тест является прекрасным средством как для оценки функционирования монокулярных механизмов стереозрения на основе параллакса движения, так и для проверки взаимодействия бинокулярных и монокулярных механизмов (Рычков, 1974; Рожкова, Васильева, 2001; Rozhkova, Vasiljeva, 1999). Это достигается благодаря тому, что в данном тесте разные механизмы противопоставлены друг другу: монокулярные механизмы порождают сильную стереокинети-ческую иллюзию объемности плоского объекта, а бинокулярные механизмы должны противодействовать этой иллюзии.
В предыдущей работе (Рожкова, Васильева, 2001) нами была проведена оценка взаимодействия бинокулярного и стереокинетического механизмов восприятия глубины у детей 6-8 лет в сравнении с молодыми взрослыми испытуемыми. Результаты указывали на то, что с возрастом развивающиеся бинокулярные механизмы обеспечивают больший вклад в оценку пространственных характеристик. Однако вопрос о возрастной динамике обсуждаемых взаимодействий на промежутке от первых классов начальной школы до завершения учебы оставался открытым. Цель настоящей работы - обследование достаточного числа детей в возрасте от 5 до 19 лет при помощи теста Могилева для получения четкого представления о развитии взаимоотношений между монокулярными и бинокулярными механизмами пространственного восприятия на протяжении всего школьного периода.
МЕТОДИКА
Испытуемые. В исследовании участвовали 564 испытуемых в возрасте от 5 лет 1 мес. до 19 лет 8 мес.: 100 дошкольников (средний возраст 6,5 лет), 384 учащихся общеобразовательной школы (средний возраст 11,9 лет) и 80 студентов 1-11 курсов педагогического университета (средний возраст 18,5 лет).
Предварительно у всех испытуемых была проведена оценка остроты зрения для расстояния наблюдения 4 м. Все испытуемые, имеющие сниженную остроту зрения и носящие очки, проходили тестирование в условиях оптической коррекции.
Зрительные стимулы. Подро
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.