Possibilities and Limitations of Extrafoveal Perception: an Analytical Review.pdf Зрительное восприятие может быть условно разделено на фовеальное (центральное, обеспечиваемое центральной ямкой сетчатки - фовеа) и экстрафовеальное (обеспечиваемое всеми остальными областями сетчатки, за исключением фовеальной). Фокусом настоящей работы являются возможности и ограничения именно экстрафовеального восприятия, поскольку, несмотря на то что оно охватывает более 99% зрительного поля, роль экстрафовеального зрения начала изучаться относительно недавно. На данный момент существует довольное большое число исследований экстрафо-веального восприятия, его основных анатомических и функциональных характеристик, в то время как механизмы, лежащие в основе его работы, остаются не до конца ясными. В области изучения экстрафовеального восприятия существуют две общие и, по существу, противоречащие друг другу точки зрения [1]. Согласно первой, периферическое зрение обладает довольно низкой эффективностью и в целом играет небольшую роль в восприятии, а наиболее важные процессы зрительного анализа происходят исключительно в фове-1 Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта 20-113-50277. А.А. Дренёва, А.Н. Кричевец альной области. Вторая позиция постулирует, что периферическое зрение -это такое же фовеальное, только с более низким разрешением и часто некорректно описываемое «как слегка размытое». Характеристики экстрафо-веального зрения действительно снижены по сравнению с фовеальным, однако эта разница связана главным образом не с потерей разрешения в традиционном смысле (например, количество фоторецепторов на градус угла зрения) - хотя и этот фактор важен, а с особой уязвимостью периферийного зрения к различного рода помехам. Недавний прогресс в понимании этой уязвимости и ее возможных механизмов может обеспечить понимание широкого спектра перцептивных явлений и восприятия в целом. Это означает, что определение преимуществ и ограничений экстрафовеального зрения имеет решающее значение для ответа на один из наиболее фундаментальных вопросов в области зрительного восприятия: является ли зрительная система стабильной, статической в решении разных типов перцептивных задач, или же она динамична и постоянно изменяется с тем, чтобы адаптироваться к конкретной задаче. В настоящем обзоре рассмотрены наиболее важные работы в области экстрафовеального восприятия, проясняющие его основные характеристики и механизмы, а также роль в зрительном восприятии как простых объектов, так и сложных, включая объекты реального мира, человеческие лица и целые сцены. Отдельный раздел посвящен исследованиям тренировки экстрафовеального восприятия: насколько эта система гибка в отношении обучения. Анатомические особенности фовеального и экстрафовеального восприятия Согласно результатам исследований, цветное зрение высокого уровня остроты обеспечивается центральной областью сетчатки - желтым пятном [2]. Желтое пятно имеет диаметр около 5,5 мм и располагается над местом входа зрительного нерва напротив зрачка. В строении желтого пятна выделяют такие области, как фовеола, фовеа, парафовеа и перифовеа. Фовеола, расположенная в центре фовеа, имеет диаметр порядка 0,35 мм и включает в себя исключительно колбочковые клетки [3], плотно сгруппированные в виде шестиугольной решетки. При изучении фовеального восприятия обычно исследуется зрение в пределах 1 углового градуса, обеспечиваемое именно фовеолой [4]. Фовеа представляет собой углубление на внутренней поверхности сетчатки шириной примерно 1,5 мм. Отсутствие кровеносных сосудов в этой области, а также высокий уровень плотности колбочек способствуют высокой остроте распознавания и анализа объектов, попадающих в эту зону. Фовеальная область охватывает до 5 угловых градусов зрительного поля, активируя при этом более 50% зрительной коры [5]. Вокруг фовеа расположена парафовеа диаметром 2,5 мм, фиксирующая еще 1-2 угловых градуса вокруг фовеа и окружаемая, в свою очередь, перифовеа диаметром 5,5 мм, которая удалена от центра фовеа 80 Возможности и ограничения экстрафовеального восприятия на 4-10 угловых градуса. Остальное зрительное поле, находящееся более чем на 10°, считается периферией [6], однако функциональные различия в распознавании формы и других характеристик объектов наблюдаются уже при нескольких градусах эксцентриситета (удаленности от центра сетчатки) [7]. В рамках данной работы центральное зрение определяется как обеспечиваемое совместно фовеа и перифовеа (т.е. имеющее радиус обзора до 8°), фовеальное зрение имеет эксцентриситет до 2°, а экстрафовеальное (т.е. находящееся за пределами фовеа) - более 2°. Несмотря на то, что фовеальное зрение обладает гораздо более высоким уровнем остроты, от других областей сетчатки поступает достаточно большой объем перцептивной информации, позволяющей различать объекты и их отдельные характеристики без перевода стимула в зону фовеа. Например, было показано, что распознавание объектов редко обеспечивается одной лишь фовеа [8]. Более того, по данным клинических исследований, пациенты с пигментным ретинитом или глаукомой, при которых нарушается экстрафовеальное зрение, испытывают значительные трудности с передвижением, в то время как пациенты с макулодистрофией, при которой, напротив, страдает фовеальное восприятие, выполняют двигательный тест на уровне здоровых людей [9]. Такие различия указывают на существенную роль экстрафовеального зрения в зрительном восприятии и необходимость его более тщательного изучения. Историческая перспектива Согласно данным детального обзора по теме экстрафовеального восприятия [4], первые количественные измерения этого процесса были проведены в первой половине XIX в. Hueck (1840) [10], который исследовал восприятие объектов, находящихся достаточно близко к фовеа, а также Aubert и Foerster (1857) [11], которые предъявляли различные стимулы в течение краткого промежутка времени на расстоянии до 60° от точки фиксации. Их измерения остроты восприятия букв показали, что вплоть до слепого пятна минимально различимый размер стимулов пропорционален значению эксцентриситета. Авторы также сделали вывод о качественном отличии фовеального зрения от экстрафовеального. Во второй половине XIX в. существенно улучшились методы измерения остроты зрения, в том числе периферического. Wertheim (1894) писал о необходимости использования простых легко различимых стимулов, наличии межиндивидуальных различий и зависимости остроты зрения от размера стимулов [12]. В тот же период проводились исследования физиологического субстрата, лежащего в основе экстрафовеального зрения: Wertheim связал его с плотностью рецепторных клеток сетчатки [Ibid.]; Polyak (1932) на основе своих анатомических исследований предположил, что должна существовать математическая функция, описывающая ретинокортикальное картирование [13]; а Talbot и Marshall (1941), изучив центральную часть зрительного поля, получили коэффициент проекции, который можно выразить одним числом [14]. 81 А.А. Дренёва, А.Н. Кричевец Спустя несколько десятилетий выводы этих исследований нашли отражение в концепции кортикальной магнификации, которая будет рассмотрена ниже. В рамках изучения экстрафовеального восприятия пространственное внимание, экспериментально исследуемое с XIX в., долгое время являлось предметом лишь небольшого числа исследований. Так, Mtiller (1825) предположил, что фиксация и внимание могут быть разделены, а Helmholtz (1871) показал это экспериментально и заключил, что для эффективности восприятия пространственное внимание важнее фиксации [4]. Роль пространственного внимания отмечали также гештальт-психологи [7]; однако затем большинство исследователей в области зрительного восприятия переключились на изучение более низкоуровневых процессов, таких как параметры остроты зрения или светочувствительность. Интерес к пространственному вниманию значительно вырос к концу XX в., когда Nikayama и MacKeben указали на временные различия между медленным, сознательно контролируемым «устойчивым» вниманием (sustained attention) и быстрым рефлекторным «преходящим» вниманием (transient attention) [15]. MacKeben также показал, что устойчивое внимание анизотропно с преобладанием горизонтального меридиана [16]. Поскольку большинство исследований остроты экстрафовеального зрения проводилось с использованием парадигм, в которых наблюдателю было заранее известно местоположение следующей цели, анизотропия внимания могла влиять на результаты. Модулирующее влияние пространственного внимания на эффективность перцептивных процессов, в том числе низкоуровневых, было подтверждено и в последующих работах [17]. В отечественной психологии постулировалось интересное разделение зрительной системы не по анатомическому, а по функциональному критерию, что соотносится с концепцией скрытого внимания и различными типами взаимодействия между направленностью взгляда и предметом восприятия. Такая особенность получила название функционального поля зрения [18], которое способно менять свою локализацию и величину в зависимости от характера задачи. Например, если необходимо рассмотреть мелкий элемент сцены, оно сужается до нескольких угловых минут, а когда требуется обнаружить объект в любом месте сцены, оно расширяется до размеров всего зрительного поля. В пользу функционального, а не анатомического, анализа работы сетчатки говорят также исследования Н.Ю. Вергилеса [19], который разработал метод, позволяющий испытуемым в течение длительного периода времени воспринимать изображения, стабилизированные относительно сетчатки. Его исследование было продолжением работ А.Л. Ярбуса [20], обнаружившего, что при такой стабилизации движения глаз выполняют служебную функцию, препятствуя дезадаптации стимулируемых участков сетчатки и исчезновению стимулов спустя 1-3 секунды. В экспериментах Вергилеса [19] участники продемонстрировали способность решать довольно широкий спектр задач (ознакомление с объектом, поиск цели, пересчет элементов, мысленное прохождение лабиринта) и субъективно имели полное впечатление перемещения взгляда. Задачи 82 Возможности и ограничения экстрафовеального восприятия нельзя было решить лишь тогда, когда инструкцией вводился запрет на движения глаз. На основе этих результатов Н.Ю. Вергилесом и В.П. Зинченко была предложена гипотеза о «функциональной фовеа», смещение которой относительно сетчатки изменяло состояние ее рецептивных полей. Таким образом, функциональные механизмы способны вносить существенный вклад в зрительное восприятие, в ряде случаев нивелируя влияние анатомической структуры, что указывает на гибкость и адаптивность зрительной системы. В целом историческая перспектива показывает значительное увеличение количества исследований экстрафовеального восприятия, играющего важную роль в большинстве когнитивных процессов - как достаточно примитивных, так и высокоуровневых. Экстрафовеальное восприятие по сравнению с фовеальным имеет свою специфику и подвержено влиянию целого ряда факторов, которые будут рассмотрены далее. Концепция кортикальной магнификации Безусловно, распознавание стимулов и их характеристик значительным образом снижается по мере продвижения от центра сетчатки к периферии. В качестве объяснения обычно указывают снижение количества колбочек по направлению от центра к периферии, в связи с чем острота зрения и, соответственно, возможности распознавания падают. Такой эффект вызван действием так называемого фактора кортикальной магнификации [21], в основе которого лежит идея о том, что при допущении сходства нейронных сетей, обеспечивающих передачу информации от всех областей сетчатки, можно учитывать только вычислительную мощность соответствующей корковой зоны и количество входящих в ее состав нейронов. Данная концепция постулирует, что различия в функциональности центральных и периферических зон сетчатки вызваны разным количеством нейронов зрительной коры, ответственных за обработку поступающей информации: центральные зоны сетчатки обеспечиваются гораздо большим числом нейронов по сравнению с периферическими областями [22]. М-фактор линейной кортикальной магнификации был предложен Daniel и Whitteridge и определялся ими как диаметр первичной зрительной коры, на который проецируется один угловой градус зрительного поля [23]. М-фактор наблюдается для любой ретинотопически организованной структуры и может быть использован в качестве линейного фактора или фактора площади, где последний является квадратом первого. Несмотря на то, что этот фактор описывает сугубо нейроанатомические особенности, он может успешно использоваться в психофизиологических экспериментах, включающих низкоуровневые перцептивные задачи [21, 23], например для определения размера объектов на периферии, необходимого для их успешного различения. Однако, как заключают авторы обзора по экстрафовеальному восприятию [4], вопрос о выборе анатомического фактора для конкретной задачи остается открытым, и многие исследова-83 А.А. Дренёва, А.Н. Кричевец тели предпочитают использовать масштабирование в качестве преимущественно психофизической, а не нейроанатомической концепции. Например, отмечается [4], что Watson [24] ввел термин «местный пространственный масштаб, эффективный в данном месте зрительного поля», чтобы подчеркнуть, что знания конкретного субстрата, лежащего в основе эффективности решения определенной визуальной задачи, не требуется. Такая позиция специалистов с опорой на эмпирические психофизиологические данные, а не на математический аппарат, описывающий нейроанатомические закономерности, вызвана в том числе тем, что концепция кортикальной магнификации - это история не только успехов, но и неудач [4]. То, что во многих задачах на зрительное восприятие порог различения линейно изменяется в зависимости от эксцентриситета, было известно еще с середины XIX в. [11]. Гипотеза кортикальной магнификации, озвученная спустя век, вновь породила большое количество исследований. Кульминацией этого стало заявление Rovamo и соавт., что «изображение можно сделать одинаково видимым при любом эксцентриситете, масштабируя его размер с помощью фактора магнификации» [25]. Однако преобладавший энтузиазм замалчивал большое количество опровергающих эмпирических данных, о чем в своей критической работе писал Westheimer [26]. Трудно выделить общий паттерн, согласно которому можно масштабировать любые стимулы в задачах на зрительное восприятие. Более того, на протяжении многих лет задачи, которые считались яркими примерами такой масштабируемости, были отклонены из-за несоответствия эмпирическим данным. Возможно, общей характеристикой масштабируемых задач могло бы быть то, что они в основном задействовали низкоуровневую обработку (до поля V1). Из-за невозможности масштабирования результатов распознавания символов с низким контрастом Strasburger и соавт. пришли к выводу, что задачи более высокого уровня требуют дополнительного масштабирования по непространственным переменным [27]. Для многих визуальных задач M-масштабирование устраняет хоть и не все, но все же большую часть вариаций производительности. Virsu и соавт. в своем анализе семи пространственных пороговых переменных показали, что такое масштабирование учитывает от 85 до 97% дисперсии, а в случаях, когда остается необъяснимая дисперсия, дополнительное масштабирование по какой-либо другой непространственной переменной может уравнять производительность [28]. Например, Rovamo и Raninen в рамках собственной концепции ввели масштабирование освещения сетчатки, которое они назвали «F-масштабированием» [29]. В настоящее время признаны необходимость масштабирования непространственных переменных и решающая роль контраста. К примеру, в работе Makela и соавт. [30] утверждается, что для идентификации изображений лиц на периферии одного пространственного масштабирования недостаточно, однако дополнительное масштабирование контрастности уравнивает успешность выполнения задачи. 84 Возможности и ограничения экстрафовеального восприятия Краудинг-эффект На эффективность экстрафовевального распознавания объектов влияет также эффект чрезмерной концентрации стимулов - краудинг-эффект (crowding effect). Он заключается в том, что затруднения, связанные с различением целевого стимула, обусловлены наличием окружающих его других стимулов, при том что размер цели позволяет ее распознать, если окружающих стимулов нет [31]. Такой эффект объясняется необходимостью соблюдения некоего критического расстояния между целевым стимулом и дистракторами [32]. Аналогами краудинг-эффекта являются такие термины, как скученность (crowding), взаимодействие контуров (contour interaction), эффекты взаимодействия (interaction effects), латеральное торможение (lateral inhibition), латеральная маскировка (lateral masking), маскировка (masking) и подавление окружения (surround suppression). Перечисленные термины означают несколько разные феномены, и некоторые из них, в отличие от других, отражают лежащий в основе механизм. Термин «скученность» - «краудинг» - в настоящее время наиболее популярен [33], поэтому в данной работе будет использоваться именно он. Влияние скученности стимулов на эффективность восприятия является одной из наиболее характерных черт экстрафовеального зрения [4, 34]. Первое экспериментальное исследование распознавания букв и слов периферическим зрением было проведено Korte [7], который, наряду с порогами эксцентриситета, представил феноменологическое описание процесса восприятия, основанное на довольно большом объеме данных по восьми испытуемым. В качестве стимулов он использовал строчные и прописные буквы римского и готического шрифтов. В дополнение к буквенным стимулам Korte использовал как реальные, так и бессмысленные слова, чтобы проверить влияние семантики. Статья начинается с замечания о том, что при обычном чтении большинство букв видно только экстрафовеально, и это делает периферическое зрение фундаментальным для чтения (и зрения в целом). Результаты исследования Korte были резюмированы в семи феноменах: а) абсорбция и ложное добавление, когда «элемент буквы или целая буква добавляется к другой букве»; б) ложная локализация характеристик как элементов буквы, так и целых букв; в) сбивающие с толку промежуточные перцептивные состояния восприятия; г) добавление несуществующих букв к слову слева или справа (редко); д) сокращение перцептивного образа в определенной области зрительного поля; е) присоединение элементов к воспринимаемому целому; ж) неверная когнитивная установка, например влияние предшествующего знания шрифта и регистра букв и того, являются ли слова осмысленными. Четыре из них (а, б, д, е) связаны с эффектом краудинга или лежат в его основе в виде нарушения различения стимулов или распознавания паттернов в окружении других элементов или паттернов. Некоторые из них отражены в формальных теориях распознавания образов (а, б, в, ж); остальные еще не интегрированы в теоретические модели. 85 А.А. Дренёва, А.Н. Кричевец Феномен скученности также известен в офтальмологии и впервые был описан датским офтальмологом Ehlers [35]. В контексте нормального чтения и использования таблиц остроты зрения Ehlers отметил, что при периферическом зрении существуют перцептивные трудности распознавания букв среди других букв. Он также отметил, что количество распознаваемых букв при варьируемом расстоянии между стимулами не зависит от их углового размера. В последующем исследовании [36] с использованием иконической парадигмы Сперлинга было обнаружено, что указатель в виде круга вокруг целевого стимула ухудшал его распознавание, в то время как указатель в виде указательной линии - нет. Спустя несколько лет Bouma предложил ныне известное эмпирическое правило, согласно которому критическое значение свободного пространства между окружающими стимулами и целью, ниже которого наступает эффект краудинга, составляет примерно половину расстояния цели от центра [32]. Позже в обзоре критических интервалов из исследований краудинга Pelli и соавт. заключили, что соответствующие значения варьируют от 0,1 до 2,7 со средним значением 0,5 и межквартильным размахом от 0,3 до 0,7, что достаточно близко соотносится с исходной закономерностью [33]. Еще одной знаковой работой того времени является исследование Shaw о взаимодействии букв в словах и решающей роли пробелов между рядами букв [37]. В более позднем исследовании Toet и Levi продемонстрировали особый случай, когда стимулы-дистракторы расположены так близко, что эффект скученности обнаруживается даже в фовеа, а расстояние между целью и дистрак-торами для достижения данного эффекта составило 0,07° или даже 0,04° [38]. Изучение краудинг-эффекта имеет не только теоретическое, но и практическое применение, например при изучении таких расстройств, как амблиопия и дислексия [4]. Более того, отсутствие краудинг-эффекта у здоровых взрослых, по-видимому, является результатом специального развития зрительной системы: например, Atkinson и соавт. обнаружили, что, несмотря на развитое зрение нормальной остроты у 6-летних детей, они тем не менее демонстрируют восприятие с выраженным эффект скученности в фо-веальной области [39]. Пространственное внимание Механизмы краудинг-эффекта остаются предметом научных дебатов. В качестве объясняющих гипотез предлагаются такие процессы, как ошибочная интерпретация комбинаций характеристик цели и дистракторов, недостаточная контрастность стимулов, неверное отнесение отдельных характеристик стимулов, подавляющий эффект окружающих объектов, пространственное внимание [4]. Последний из перечисленных механизмов -пространственное внимание - является предметом многочисленных исследований в контексте изучения краудинг-эффекта. В исследовании Wolford и Chambers было впервые разделено влияние пространственного внимания и взаимодействия характеристик объектов (feature interaction) [40]. Эта идея 86 Возможности и ограничения экстрафовеального восприятия была затем развита в работе Strasburger и др. [41], предположивших, что в основе недостаточной точности распознавания букв при их окружении дистракторами лежит ограниченное разрешение пространственного внимания. Пространственное внимание является одним из наиболее интересных механизмов, поскольку оно не только задействовано в феномене краудин-га, но также играет значительную роль в процессах экстрафовеального зрения. Одной из методологических проблем при исследовании экстрафовеального восприятия является трудность эмпирического разграничения преаттентивных процессов, обычно понимаемых как параллельная обработка всего поля «снизу вверх», и скрытого внимания, понимаемого как перемещение точки более глубокого анализа по зрительному полю без движений глаз, которые участвуют в подготовке саккад и, таким образом, направляют явное внимание, наблюдаемое в виде движений глаз. Зачастую преаттентивные процессы рассматриваются как особый тип перцептивной обработки, направляющей селективное внимание на конкретный объект и способной обнаружить нечто яркое и легко идентифицируемое еще до перемещения явного внимания [42]. Более того, в некоторых моделях преаттентивные и собственно аттентивные механизмы рассматриваются как разные стороны одного и того же процесса, различающиеся только степенью охвата. Например, в работе Treisman и Gormican преаттентивные процессы определяется как «поиск, при котором внимание широко распределено по всему зрительному полю» [43]. После выбора объекта интереса селективное внимание может переключиться на него либо открыто, явно (в виде движений глаз), либо скрыто (без движений глаз) [44], и затем объекты в зрительном поле исследуются с помощью всех типов внимания в соответствии с задачей. Поскольку и преаттентивная обработка, и скрытое внимание работают неявно для внешнего наблюдателя, их четкая дифференциация представляет собой нетривиальную методологическую проблему, которая на данный момент не решена. В большинстве ранее рассмотренных нами исследований экстрафове-ального зрения использовались достаточно простые буквоподобные стимулы. Перейдем далее к анализу работ, в которых использовались другие, более сложные типы стимулов: распознавание, сегрегация и интеграция текстур и контуров, запоминание и категоризация реальных сцен, идентификация лиц и эмоций. Распознавание текстур Сегментация и передача визуальной информации в области, ответственные за анализ текстуры, а также выделение контуров объектов составляют важные этапы предварительной обработки при распознавании образов. Предполагается, что текстурная сегментация происходит автоматически и выполняется параллельно по всему зрительному полю [45]. Кроме того, имеются данные, согласующиеся со сходными исследованиями по поиску признаков, о том, что оптимальный уровень различения тек-87 А.А. Дренёва, А.Н. Кричевец стуры достигается не в фовеальном зрении, а на ближней периферии [4]. Например, в работе Kehrer [46] наблюдателям в течение короткого времени с последующим маскированием предъявлялись текстуры, состоящие из однородно ориентированных линий, встроенных в ортогонально ориентированные элементы фона. Выяснилось, что производительность и с точки зрения точности, и с точки зрения времени реакции оказалась оптимальной на ближней периферии. Снижение пространственной частоты путем сокращения расстояния между элементами текстуры привело к смещению максимальной производительности далее к периферии. Scialfa и Joffe воспроизвели и расширили результаты Kehrer, по отдельности проварьировав размер элементов и расстояние между ними, устранив тем самым влияние пространственной частоты и градиента текстуры [47]. Так же, как и Kehrer, они обнаружили обратную зависимость между пространственной частотой и эксцентриситетом, оптимальным для производительности, с максимальной чувствительностью при эксцентриситете 4,7° для низкочастотных изображений и 2,6° для высокочастотных. В качестве возможного объяснения снижения эффективности текстурной сегментации в фовеальном зрении Scialfa и Joffe указали преобладание мелкоклеточных структур с медленными латентностью ответа и скоростью проводимости, а также предпочтение более высоких пространственных частот и увеличение количества крупноклеточных структур вне фовеа. При выраженном эксцентриситете уменьшающееся пространственное разрешение становится ограничивающим фактором, что в конечном итоге приводит к быстрому падению производительности в сегментации. Оптимальный эксцентриситет для текстурной сегрегации управляется также вниманием, что указывает на определенную восприимчивость данного процесса к обработке «сверху вниз» [4]. Yeshurun и Carrasco показали, что подсказка о потенциальном местоположении цели приводит к увеличению производительности при любом эксцентриситете, за исключением фовеа, где наблюдается обратный результат [48]. Авторы объясняют такие различия улучшением пространственного разрешения в результате работы внимания. Однако затем было показано, что такая интерпретация применима только к задачам на преходящее внимание (transient attention), в то время как для устойчивого внимания (sustained attention) подсказка повышает производительность при любом эксцентристете, включая фовеа [49], что позволяет предположить, что длительно удерживаемое внимание представляет собой более гибкий механизм. Восприятие сцен реального мира Сцены из реального мира занимают весь объем зрительного поля, и даже в лабораторных условиях, когда сцены, демонстрируемые на экране монитора, занимают лишь часть зрительного поля, можно выделить фове-альную и экстрафовеальную области изображения. На сегодняшний день существует достаточно много эмпирических данных, доказывающих, что 88 Возможности и ограничения экстрафовеального восприятия испытуемые способны улавливать и извлекать семантическую информацию из реальных сцен даже при очень коротком времени предъявления, в ряде работ не превышающем 50 мс (см., напр.: [50]). Однако влияние эксцентриситета на распознавание сути сцены стало предметом систематических исследований относительно недавно. В работе Velisavljevic и Elder [51] на материале естественных сцен исследовалась кратковременная зрительная память и измерялась эффективность распознавания фрагментов изображения как функции эксцентриситета для обычных и зашумленных изображений природных сцен. Изображения размером 31 х 31° предъявлялись в течение 70 мс, после чего демонстрировались два небольших изображения размером 3,9° - целевой блок, являвшийся фрагментом представленного изображения, и блок-дистрактор. Задачей испытуемых было идентифицировать целевой блок. Несмотря на то, что целевые блоки содержали только фрагменты изображения, а не объекты целиком, фрагменты обычных изображений распознавались лучше зашумленных, если они находились рядом с точкой фиксации; в то время как с увеличением эксцентриситета это преимущество линейно снижалось и полностью исчезало при удаленности от центра порядка 15°. Пороги распознавания для зашумленных изображений были выше случайного угадывания при отсутствии каких-либо различий в зависимости от эксцентриситета. Контрольные эксперименты показали, что преимущество незашумленного изображения нельзя объяснить большей заметностью (saliency) содержания изображения рядом с центром фиксации и что снижение этого преимущества с увеличением эксцентриситета вызвано сбоем на этапе обнаружения и кодирования, а не извлечения. Инвертирование изображений снизило, но не устранило до конца преимущество незашумленных сцен, а также не повлияло на различия в зависимости от фактора эксцентриситета. Такие результаты свидетельствуют о том, что преимущество незашумленных изображений реальных сцен нельзя объяснить влиянием семантических ключей [4]. Различия между обычными и зашумленными изображениями являются также аргументом против влияния факторов низкого уровня, таких как острота зрения, которые должны были одинаково влиять на успешность выполнения проб в обоих условиях. Напротив, эти результаты могут означать, что кратковременная зрительная память в значительной степени зависит от конфигурационных ключей среднего уровня, связанных с формой, сегментацией фигуры / фона и пространственным расположением объектов, и такие ключи оказываются эффективными только в пределах центральных 30° зрительного поля [51]. Исследователи Larson и Loschky провели сравнительный анализ вклада центрального и периферического зрения в распознавание сути сцены, определяемое как способность классифицировать сцену с помощью одного слова или фразы [52]. Изображения сцен предъявлялись в течение 106 мс в трех экспериментальных условиях: «Окно», при котором показывалась только центральная часть изображения, а периферическая блокировалась; «Скотома», при котором, напротив, показывалась только периферия изоб-89 А.А. Дренёва, А.Н. Кричевец ражения, а центр закрывался; и контрольное условие, при котором изображение демонстрировалось целиком. В контрольном условии размер изображений составлял 27 х 27°, в условии «Окно» радиус видимого сектора изображения варьировал от 1 до 13,6°, а в условии «Скотома» также от 1 до 13,6° изменялся радиус закрытого сектора изображения. Задачей испытуемых было определить, соответствует ли предъявляемое после пробы название («улица», «лес», «пляж» и т.д.) целевому изображению. Результаты показали, что для определения сути реальных сцен периферическое зрение оказалось более эффективным, чем центральное. В условии «скотомы» успешность решения задачи не отличалась от таковой в контрольном условии при радиусе менее 11°, в то время как для условия «окна» для достижения аналогичной эффективности был необходим радиус не менее 11°. Критический радиус, при котором сходились кривые производительности двух экспериментальных условий, составил 7,4°. Основываясь на концепции кортикальной магнификации, Larson и Loschky получили предсказываемые значения критического радиуса в диапазоне от 2,4 до 3,2°, что существенно меньше значения, полученного эмпирически; и это указывает на то, что периферическое зрение играет более важную роль в распознавании сути сцен, чем предсказывается концепцией кортикальной магнификации. В ряде исследований изучалась специфика распознавания элементов естественных сцен, находящихся на удалении 10° и более от центра. В работе Thorp и соавт. [53] задачей участников было определить присутствие или отсутствие изображений животных, предъявляемых в течение 28 мс. Фотографии могли появляться в случайных местах вдоль горизонтальной оси монитора почти на всем протяжении зрительного поля. Для центрального зрения точность выполнения составила 93% и затем линейно снижалась по мере увеличения эксцентриситета. Однако даже при самом крайнем значении эксцентриситета (70°) испытуемые набрали 60,6% правильных ответов, что значительно выше случайного угадывания (50%), при том что местоположение стимулов было случайным, соответственно, возможность использовать запланированное перемещение внимания была исключена. Интересно, что, по отчетам испытуемых, успешное распознавание зачастую субъективно воспринималось как угадывание и не позволяло идентифицировать животных, только определять их наличие или отсутствие. Категориальный поиск С распознаванием сложных зрительных стимулов тесно связана тема категориального поиска, когда целевой объект задается не изображением, а названием категории, соответственно, наблюдатель не знает заранее конкретных характеристик объекта. Данный вид поиска, несмотря на его очевидную экологичность, исследуется гораздо реже. Одно из первых исследований категориального поиска было проведено Jonides и Gleitman, которые продемонстрировали влияние семантической информации на эффективность поиска [54]. Далее Dahan и Tanenhaus показали, что ошибки испыту-90 Возможности и ограничения экстрафовеального восприятия емых, как правило, связаны с категорией стимула, а не с его внешними характеристиками: при поиске изображения змеи участники могли фиксировать изображение веревки, но не наоборот [55]. Такая асимметрия указывает на преобладающую роль семантики, категории, а не визуального сходства цели и дистракторов. Известным исследователем в области категориального поиска является Zelinsky (см., напр.: [56]), который показал, что при поиске объектов реального мира участники значимо чаще случайного совершают первую саккаду к целевому стимулу, что свидетельствует о предварительной экстрафовеальной обработке всего зрительного поля с опорой на семантическую информацию о цели, причем эффективность категориального поиска пропорциональна количеству информации о целевом объекте [Там же]. Исследования с использованием изображений реальных сцен в парадигме двойной задачи показали отсутствие ухудшения идентификации цели на периферии при выполнении сложной задачи в точке фиксации. Такой результат позволяет предположить, что репрезентации объектов могут обрабатываться параллельно, обеспечивая эффективную категоризацию и идентификацию даже вне фокуса фиксации и внимания [57, 58]. В рамках концепции категориального поиска исследовалась также эффективность распознавания таких сложных стимулов, как геометрические фигуры. В серии исследований [59, 60] было показано, что относительно простые стимулы, такие как круг или квадрат, могут быть без труда распознаны экстрафовеально, в то время как более сложные стимулы, например пирамиды, в большинстве случаев требуют фовеального анализа. Кроме того, отмечается значительное влияние факторов дистрактора и пространственной ориентации на эффективность экстрафовеального распознавания геометрических фигур. Рассмотренные исследования в области категориального поиска подтверждают, что сложные объекты могут быть достаточно эффективно идентифицированы экстрафовеальным зрением по названию категории целевого объекта. Распознавание лиц и эмоций Человеческие лица представляют собой эволюционно важный и особенно сложный тип визуальных стимулов, однако работ, посвященных экстрафовеальному распознаванию лиц, на данный момент относительно немного. В одном из первых исследований продемонстрировано, что даже для небольших эксцентриситетов (2°) масштабирования размера в соответствии с кортикальной магнификацией оказывается недостаточно, чтобы уравнять характеристики распознавания в фовеальной и экстрафовеальной областях для зашумленных изображений лиц [4]. В работе Makela et al. [30] была измерена контрастная чувствительность для идентификации лица в зависимости

Скачать электронную версию публикации