Узнавание и опознание лиц: психологические

УЗНАВАНИЕ И ОПОЗНАНИЕ ЛИЦ: ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ

И ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ

Специальность 19.00.02 – Психофизиология (психологические науки)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата психологических наук

Москва – 2007

Работа выполнена на кафедре психофизиологии факультета психологии

Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор психологических наук, профессор

Черноризов Александр Михайлович

Официальные оппоненты: доктор психологических наук, профессор

Гусев Алексей Николаевич

кандидат психологических наук, доцент

Глебов Виктор Васильевич

Ведущая организация: Институт психологии Российской академии

наук

Защита состоится «_30_»__мая______ 2007 г. в _15_ часов на заседании

диссертационного совета Д 501.001.15 при МГУ имени М.В. Ломоносова

по адресу: 103009, Москва, ул. Моховая, дом 11, корпус 5, аудитория _102.

Текст автореферата опубликован на сайте факультета психологии МГУ

имени М.В. Ломоносова www.psy.msu.ru «_28_»_апреля____2007 г.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке МГУ имени

М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан «_26_»_апреля____2007 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета ____________________ Балашова Е.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Проблема изучения процессов зрительного

узнавания и опознания объектов окружающего мира всегда была одной из самых зна-

чимых в психологии. Особый интерес вызывает здесь изучение процессов узнавания и

опознания лиц, поскольку восприятие данной категории объектов играет важнейшую,

биологически и социально значимую роль в жизни человека. Зрительное восприятие

объектов, в том числе лиц, может рассматриваться в двух аспектах. В первом случае

речь идет об узнавании объектов как таковых среди объектов, относящихся к другим

классам. Второй аспект касается восприятия конкретных, знакомых объектов. Этот

процесс обозначается термином «опознание». Современный этап исследования этой

проблемы характеризуется определенными достижениями в раскрытии многих психо-

логических аспектов и понимании некоторых физиологических механизмов узнавания

и опознания. Значительный вклад в изучение данной проблемы внесли К. Коффка, М.

Вертгеймер, Р. Солсо, В.М. Кроль, А.Р. Лурия, Р. Причард, Д. Хьюбел, Т. Визель, В.

Маунткасл, М.С. Шехтер, Е.Н. Соколов, Е. Тульвинг, А. Раделл, Б. Роушен и многие

др.

В настоящее время накоплен богатый экспериментальный материал, который

позволил сформулировать ряд принципов обработки информации в процессах узнава-

ния и опознания различных объектов, в том числе, лиц. Так, в психологии было выде-

лено два основных подхода. Первый подход основывается на предположении о при-

оритете целостного образа перед анализом составляющих элементов [Зинченко и др.,

1980], [Cavanagh et al., 1990], [Goolkaasian, 1991], [Gregory, 1985], [Sanocki, 1991]. Второй

подход базируется на противоположных взглядах: сначала происходит узнавание и

опознание отдельных элементов, и лишь затем перцептивной системой выдвигается

гипотеза о типе воспринимаемого образа. Этот принцип базируется на результатах бле-

стящих экспериментов D.H. Hubel и T.N. Wiesel [1959, 1963]. Некоторые исследователи,

например, S.E. Palmer [1975] полагают, что в зрительной системе реализуются одновре-

менно оба приведенных способа. Существуют также представления, с помощью кото-

рых так или иначе пытаются объяснить психологические механизмы узнавания и опо-

знания. Так, одна из теоретических концепций предполагает сравнение стимулов с

прототипами – некоторыми абстрактными образами воспринимаемых объектов [Posner

et al., 1967], D.A. Leopold, I.V. Bondar и M.A. Giese M.A. [2006]. Разновидность модели

формирования прототипов называется моделью центральной тенденции. S.K. Reed [1972],

M.I. Posner и др. [Posner et al., 1967], [Schneiderman, Kanade, 2000]. Другая теория исхо-

дит из принципа сопоставления сенсорной информации с некоторыми эталонными

мысленными формами; узнавание и опознание в этом случае происходят при совпаде-

нии стимула с эталоном. В качестве самостоятельного направления можно выделить

гештальт-подход, который подчеркивает важность организации элементов зрительно-

го опыта в процессах узнавания и опознания [Koffka, 1922], [Wertheimer, 1923].

Психофизиологические исследования в значительной степени были посвящены

поиску мозговых механизмов, которые могут участвовать в обеспечении процессов

узнавания и опознания. Вместе с тем, психологические и психофизиологические меха-

низмы узнавания и опознания лиц исследованы недостаточно. В психологии отсутст-

вует однозначное понимание работы перцептивной системы при развертывании про-

цессов узнавания и опознания. Нет единого мнения по поводу формирования и хране-

ния следов памяти на узнаваемые и опознаваемые лица. Имеются также противоречи-

вые мнения по вопросу о том, какие мозговые структуры обеспечивают функциониро-

вание процессов узнавания и опознания лиц. Не ясен характер взаимодействия мозго-

вых структур при развертывании процессов узнавания и опознания лиц. Кроме того,

большая часть как психологических, так и психофизиологических экспериментальных

исследований посвящена когнитивному аспекту обработки информации в процессах

узнавания и опознания лиц без учета влияния эмоционального компонента воспри-

ятия. Все вышеперечисленное и определяет актуальность выбранной нами темы ис-

следования.

Цель и задачи исследования. Основной целью данного исследования было

выявление психологических и психофизиологических механизмов процессов узнава-

ния и опознания лиц. Для достижения данной цели решались следующие задачи:

1. Изучить психологические и психофизические характеристики процессов узнавания

и опознания лиц.

2. Провести исследование вызванных потенциалов (ВП) мозга при развертывании

процессов узнавания и опознания лиц.

3. На основе параметров вызванных потенциалов мозга и с использованием метода

искусственных нейронных сетей разработать и апробировать психофизиологическую

методику для идентификации процессов узнавания и опознания лиц.

4. Произвести анализ распределения в мозге дипольных источников ВП, связанных с

процессами узнавания и опознания лиц и на основе этого анализа локализовать мозго-

вые структуры, реализующие механизмы процессов узнавания и опознания лиц.

Гипотезы исследования.

1. Узнавание и опознание не являются чисто перцептивными процессами и реализу-

ются на основе взаимодействия механизмов восприятия, памяти и эмоций.

2. Вызванные потенциалы мозга содержат информацию о когнитивных и эмоцио-

нальных компонентах опыта субъекта, актуализируемых (с разной степенью выражен-

ности) по ходу протекания процессов узнавания и опознания.

3. Метод искусственных нейронных сетей в сочетании с методом вызванных потен-

циалов может послужить основой для разработки нового методического подхода к

изучению и моделированию механизмов когнитивных процессов.

Методы исследования.

При исследовании психологических характеристик процессов узнавания и опо-

знания лиц нами использовалось две методики: для контроля субъективной эмоцио-

нальной составляющей процесса восприятия знакомых лиц использовалась модифи-

кация метода субъективного шкалирования – метод прямой числовой оценки [Ратано-

ва, 1990]. Для исследования динамики восприятия нами был применен метод тахисто-

скопического предъявления стимулов с обратным паттерновым маскированием

[Кроль, 2005]. Тахистоскоп был реализован в виде компьютерной программы, создан-

ной автором. В психофизиологическом исследовании использовался электроэнцефало-

графический метод регистрации когнитивных вызванных потенциалов мозга (система

«Энцефалан 131-03»). Для исследования полученных вызванных потенциалов исполь-

зовался классический компонентный метод анализа в совокупности с методом искус-

ственных нейронных сетей: нейроклассификатор Т.Кохонена, реализованный в про-

граммном эмуляторе SOMap Analyser 3.0 пакета Deductor Lite и нейроэмулятор Neuro-

Pro 0.25. Для изучения связи вызванных потенциалов с мозговыми структурами ис-

пользовался метод локализации дипольных источников, представленный в программе

BrainLoc 6.0.

Надежность и достоверность результатов обеспечивались применением ме-

тодов регистрации и обработки данных, адекватных специфике предмета и задачам

данного исследования, организацией экспериментальной процедуры в соответствии со

стандартами проведения психологических и психофизиологических исследований,

тщательностью качественного анализа полученных данных, а также использованием

при обработке последних специализированных математических методов, соответст-

вующих особенностям эмпирических данных. Так, например, количество предъявле-

ний стимулов для психологического исследования оценивалось по эмпирической фор-

муле расчета необходимого объема выборки при заданном уровне ошибки и вероятно-

сти оцениваемого параметра [Лакин, 1980]. Анализ ВП производился с контролем дос-

товерности обнаруженных различий с помощью двухстороннего W критерия Вилкок-

сона, непараметрического χ2 критерия Фридмана (для сравнения пар ВП). В случае об-

наружения статистически достоверных различий средних значений компонентов в па-

рах ВП, для проверки того, какие именно значения различаются, использовался q кри-

терий Ньюмена – Кейлса. Возможная связь психофизиологических и психологических

показателей оценивалась с помощью непараметрическая корреляция Спирмена. Для

всех статистических критериев нами был принят уровень значимости p<0.05.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В процессах узнавания и опознания можно выделить несколько последовательно

сменяющих друг друга стадий, различающихся временными параметрами и степенью

сформированности узнаваемого или опознаваемого перцептивного образа. Число и

выраженность стадий не являются жестко фиксированными и варьируют как функция

условий восприятия и индивидуальных особенностей испытуемых.

2. Существование одних и тех же стадий, как в процессе узнавания, так и в процессе

опознания свидетельствует о принципиальном сходстве мозговых механизмов их реа-

лизации. Принцип работы последних может быть основан на операции сравнения (пе-

ребора) признаков «наличного образа» с признаками «эталонов памяти», представ-

ляющих индивидуальные объекты и их объединения (классы).

3. Механизмы узнавания и опознания представляют собой «распределенную модуль-

но-градиентную систему» мозга, включающую в качестве лабильных звеньев меха-

низмы восприятия, памяти и эмоций.

4. Когнитивные и эмоциональные составляющие процессов узнавания и опознания

лиц находят отражение в волновой конфигурации зрительных вызванных потенциалов

мозга, что выражается в особенностях компонентного состава и амплитудных пара-

метров последних.

5. Построение искусственных нейросетей позволяет перейти от традиционного по-

компонентного анализа вызванных потенциалов к комплексному их анализу на основе

учета всей формы каждого потенциала в целом в виде многомерного вектора. Это от-

крывает перспективную возможность для разработки методик оценки индивидуальных

различий, а также моделирования нейронных механизмов генерации суммарной ак-

тивности мозга, сопровождающей протекание исследуемых психических свойств,

процессов и состояний.

Практическая значимость

Разработанный метод исследования и классификации вызванных потенциалов

на лица с помощью искусственных нейросетей представляется очень перспективным в

плане практического использования. Специально обученная нейросеть может служить

в качестве вспомогательного инструмента в клинической диагностике нарушений дея-

тельности головного мозга по вызванным потенциалам, например, при прозопагнозии.

Предложенный нейросетевой подход может также применяться для создания автома-

тизированной процедуры инструментального психофизиологического опроса (детек-

ция скрываемых знаний).

Апробация работы

Предварительные результаты исследования были представлены и обсуждены на

Всероссийской конференции по проблемам корпоративной безопасности (Тверь,

2005); межрегиональной юбилейной научно-практической конференции «XX Мерлин-

ские чтения», (Пермь, 2005). Некоторые методические подходы данного исследования

были затронуты в докладах на второй и третьей международных конференциях «Пси-

холого-педагогические проблемы одаренности: теория и практика». (Иркутск, 2001,

2003); третьем Всероссийском съезде психологов (Санкт-Петербург, 2003); Всерос-

сийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации» (Но-

восибирск, 2004); первой международной научно-практической конференции «Психо-

логия образования: проблемы и перспективы» (Москва, 2004); Всероссийской научной

конференции молодых ученых (Новосибирск, 2004); международной научно-

практической конференции (Иркутск, 2005). Представленные в работе результаты и

основные положения диссертации обсуждались на заседаниях кафедры общей психо-

логии факультета психологии Иркутского госпедуниверситета и на заседаниях кафед-

ры психофизиологии факультета психологии МГУ им. М.В. Ломоносова. По методам

и результатам диссертационного исследования опубликовано 13 печатных работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы,

эмпирической части, включающей описание методики и результатов исследования,

обсуждения результатов, выводов, списка использованной литературы, приложения.

Основной текст диссертации изложен на 205 страницах и включает в себя 12 таблиц и

66 рисунков. Библиография содержит 443 источников, из них 291 на иностранных

языках.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность, научная новизна и практическая

значимость работы, формулируются цель и задачи исследования, описывается методо-

логическая основа, формулируются основные положения, выносимые на защиту.

Обзор литературы состоит из двух параграфов. В первом параграфе рассмат-

риваются основные теоретические подходы и экспериментальные исследования про-

цессов узнавания и опознания различных объектов в психологии и психофизике. Рас-

смотренные в этой части работы данные позволили сделать вывод о том, что узнава-

ние и опознание обеспечиваются сложной системой обработки зрительной информа-

ции, которая осуществляет как организованный анализ элементов перцептивного об-

раза, так и синтез этих элементов. Перцептивный процесс при узнавании, а в особен-

ности при опознании, субъективно переживается как одномоментное событие, однако,

на самом деле он состоит из стадий, каждая из которых соответствует определенной

стадии восприятия [Зинченко, 1997]. Литературные данные показали, что в общем виде

восприятие происходит по следующим, последовательно развертывающимся стадиям:

аморфная, недифференцированная оценка; выделение отдельных элементов объекта,

предварительная идентификация; окончательная идентификация [Кроль, 1995, 2005].

Существуют эффективные методики исследования микроструктуры восприятия, на-

пример методика тахистоскопического предъявления стимулов, которая положила на-

чало исследованию стадий восприятия [Величковский, 1973], [Bachmann, 1991],

[Dietrich, Theios, 1992], [Pietrowsky et al., 1996]. При этом отдельные элементы перцеп-

тивного образа выбираются зрительной системой не случайно, а соответствуют цело-

стным единицам восприятия [Капран, 1980] и зависит от контекста восприятия [Bar,

Ullman, 1996], [Calder et al., 2000], [Sadr et al., 2003].

Во втором параграфе литобзора проанализированы нейропсихологические,

нейрофизиологические и психофизиологические данные о связях мозговых структур с

процессами узнавания и опознания различных объектов. Анализ экспериментальных

данных, посвященных поиску областей мозга, связанных с процессами узнавания и

опознания различных объектов, в том числе лиц, показал, что в настоящее время нель-

зя однозначно ответить на вопрос, какие структуры мозга и каким образом обеспечи-

вают эти процессы. Так, наиболее часто обеспечение процессов узнавания и опознания

лиц связывают с нижневисочной корой [Kobatake, Tanaka, 1994], [Miyashita et al., 1991],

D.A. Leopold, I.V. Bondar и M.A. Giese M.A. [2006], миндалиной [Rolls, 1984], [Baylis

et al., 1985], затылочно-височной (фузиформной извилиной) [Kanwisher, McDermott,

and Chun, 1997], [Henson, Shallice, Dolan, 2000], префронтальной корой [Courtney et al.,

1996], [Klingberg et al., 1997], [Belger et al., 1998], [Petrides et al., 1993]. Существует также

другая, имеющая экспериментальное обоснование, точка зрения, согласно которой

объектная специфичность мозговых структур отсутствует [Gauthier et al., 2000, 2003].

Далее, в главе «Обзор литературы», рассматриваются основные подходы к изу-

чению процессов опознания и узнавания с помощью электрофизиологических мето-

дов, в частности, метода ВП. Рассмотрены так называемые «когнитивные ВП» – яв-

ляющиеся ВП «общего типа», т.е., связанные со многими когнитивными (высшими)

мозговыми процессами: восприятием, памятью, вниманием и другими процессами.

Также рассмотрены «специализированные» позднелатентные ВП, специфичные толь-

ко для определенного типа объектов, например, лиц, слов и т.д. Проиллюстрировано

наличие специфичности ВП к фактору знакомости воспринимаемых объектов-лиц.

В конце главы «Обзор литературы» приводится обоснование выбранного

методического подхода. Исследования процессов узнавания и опознания, проведенные

с использованием метода ВП, привели к обнаружению множества компонентов, каж-

дый из которых обнаруживал специфичность по отношению к определенным незнако-

мым (узнаваемым) или знакомым (опознаваемым) объектам. Были описаны как ком-

поненты «универсального» типа, характерные, по мнению исследователей, для про-

цессов узнавания и опознания любых типов объектов, так и специфические компонен-

ты, чувствительные к определенному типу объектов, в частности, к лицам. Причем,

были описаны как компоненты ВП, связанные с узнаванием лиц, так и компоненты,

характерные для процесса опознания лиц. Несмотря на все преимущества метода ВП

(простота реализации, высокое разрешение по времени), неясной остается динамика

взаимодействия изучаемых мозговых структур, более того, оказывается затруднитель-

ным просто и надежно дифференцировать ВП, в зависимости от их типологической

принадлежности.

Основная проблема изучения процессов узнавания и опознания конкретных ти-

пов объектов, например, лиц, заключается также в сложности реализации адекватного

экспериментального сценария. Узнавание и опознание являются сложными процесса-

ми и сопряжены с протеканием в мозге множества разновременных и, вероятно, неко-

торых параллельных процессов. В связи с этим, исследование ранних этапов развер-

тывания процессов узнавания и опознания представляется более перспективным, по-

скольку тем самым снижается вероятность «размытия» изучаемых процессов.

Еще одна проблема, на которую обратили внимание исследователи, в частно-

сти, Э. Голдберг [2003], связана с «искусственностью» типичных экспериментов по

изучению когнитивных процессов. Дело в том, что большинство экспериментальных

ситуаций предполагают полный контроль над деятельностью испытуемых, кроме того,

часто используются весьма специфические, не характерные для опыта испытуемых,

стимулы. В этом смысле использование в качестве стимулов «обычных» фотографиче-

ских изображений лиц представляется более адекватным, поскольку приближает про-

цессы узнавания и опознания к естественным.

Глава «Методика» содержит описание испытуемых, стимулов, процедуры и

методов сбора и обработки данных, использованных для изучения психологических и

психофизиологических механизмов узнавания и опознания лиц.

Экспериментальное исследование состояло из психологической и психофизио-

логической части. Психологическая часть включала тахистоскопическое психофизи-

ческое исследование, а также исследование по субъективному шкалированию эмоцио-

нальных оценок знакомых стимулов-лиц.

В психофизических экспериментах с тахистоскопом приняли участие 7 чело-

век. В психологическом исследовании по эмоциональному оцениванию знакомых

стимулов участвовали 16 человек. В основных сериях психофизиологического экспе-

римента приняли участие 98 человек, из них в контрольных сериях эксперимента уча-

ствовали 12 человек. Процедура эксперимента с тахистоскопическим предъявлением

стимулов заключалась в следующем: испытуемому на экране компьютерного монито-

ра с помощью специальной программы предъявлялись черно-белые фотографические

изображения четырех категорий стимулов: 1. знакомые лица; 2. незнакомые лица; 3.

знакомые здания; 4. незнакомые здания. В данном эксперименте использовалось

шесть основных серий, отличающихся по времени предъявления. В каждой серии все

стимулы предъявлялись одинаковое время. Минимальное время предъявления тесто-

вых стимулов составляло 50 мс, максимальное – 300 мс. Шаг приращения времени

предъявления для каждой серии составлял 50 мс. Появлению тестовых стимулов

предшествовало фоновое поле однородного нейтрально-серого цвета средней яркости,

без точки фиксации, появляющееся на 1-2 секунды. Сразу после экспозиции тестового

стимула предъявлялось маскирующее изображение, которое представляло собой фо-

томозаику из случайным образом перемешанных фрагментов тестовых стимулов. Тес-

товые стимулы предъявлялись в равномерной псевдослучайной последовательности.

Для каждого времени предъявления (серии) использовалось 400 уникальных фотогра-

фических изображений, по 100 для каждой из четырех категорий стимулов. Всего в

данном эксперименте было использовано 100 х 4 категории х 6 серий = 2400 стимулов.

Такой сценарий эксперимента обеспечивал примерно 9% ошибку оценки вероятностей

правильного восприятия стимулов.

Суть психологического исследования по эмоциональному оцениванию знакомых

стимулов заключалась в проведении опроса испытуемых, которым предлагалось про-

извести субъективную оценку предъявленных стимулов (использовались стимулы из

серии «знакомые лица» электроэнцефалографического исследования). Оценка произ-

водилась испытуемыми самостоятельно по условной 20-ти балльной шкале от минус

10 до плюс 10. Крайняя отрицательная точка шкалы означала максимально неприятное

впечатление от предъявленного изображения, крайняя положительная точка – макси-

мально приятное впечатление от предъявленного стимула. Средняя нулевая точка

шкалы обозначала нейтральное, полностью безразличное отношение к увиденному

изображению. Испытуемых предварительно просили давать ответы быстро, не заду-

мываясь.

Психофизиологическая часть была представлена электрофизиологическим

исследованием с последующим выделением вызванных потенциалов мозга. Испытуе-

мому, сидящему в специальном кресле перед монитором компьютера, предъявлялись

стимулы; одновременно производилась запись скальповой электроэнцефалограммы

(ЭЭГ) от 21 отведения, размещенного согласно международной системе 10–20%. Кро-

ме того, для режекции артефактов одновременно производилась запись электрокар-

диограммы и окулограммы. Стимульный ряд в электроэнцефалографическом исследо-

вании состоял из двух последовательностей: одна серия («лица») состояла из фотогра-

фий знакомых и незнакомых испытуемому человеческих лиц, другая («слова») – из

изображений осмысленных слов и бессмысленных буквосочетаний (русского языка).

Все стимулы представляли собой черно-белые фотографические изображения со сле-

дующими параметрами: 256 градаций серого при разрешении 640х480 пикселов. Се-

рии следовали последовательно друг за другом с небольшим перерывом, равным при-

мерно 60 сек: сначала серия «лица», затем серия «слова». Общее количество предъяв-

ляемых стимулов составляло: для серии «лица» 177 стимулов, для серии «слова» 168

стимулов.

Длительность каждой из двух серий составляла около 90 сек. Подача стимуль-

ного ряда была организована таким образом, что вероятность появления на экране мо-

нитора значимого стимула в любой последовательности составляла около 20%. Фоно-

вый стимул представлял собой равномерное заполнение экрана монитора нейтрально-

серым цветом средней яркости. Точки фиксации на мониторе не было, однако, всех

испытуемых просили смотреть в центр экрана, по возможности избегая лишних глазо-

двигательных движений. Длительность предъявления стимулов в основном варианте

эксперимента составляла 500 мс. Продолжительность фонового стимула равнялась 16

мс. В эксперименте последовательность стимулов повторялась, и в результате вся сти-

муляция представляла из себя ряд чередований: стимул _______- фон - стимул – фон.

Контрольные эксперименты

Для проверки предположения, что полученные различия в ВП при предъявле-

нии фотографических изображений лиц вызваны особенностями функционирования

общих психофизиологических механизмов опознания и узнавания лиц, а не связаны с

конкретными стимулами, вызывающими сугубо специфические электрофизиологиче-

ские ответы, был проведен контрольный ксперимент, который состоял в предъявлении

трех серий стимулов. Первая стимульная серия являлась полным аналогом серии «ли-

ца» основного эксперимента. Во второй серии, в качестве знакомого лица (значимого

стимула), использовались другие фотографические изображения (фотографии совре-

менных политических деятелей). Третья серия была контрольной. В ней, в качестве

значимого стимула, предъявлялись фотографии заведомо неизвестных испытуемому

лиц. Предъявление осуществлялось по методике вероятностного предъявления стиму-

лов («odd-ball paradigm»), параметры вероятности появления значимых стимулов соот-

ветствовали экспериментальной серии «лица» (псевдослучайное предъявление стиму-

лов, среди которых вероятность появления значимого стимула составляла около 20%).

Все остальные параметры данных серий соответствовали параметрам серии «лица»

основной части эксперимента. Порядок предъявления серий чередовался. Длитель-

ность паузы между сериями дополнительного контрольного эксперимента составляла

около одной минуты.

Для контроля общего функционального состояния во время эксперимента, а

также для оценки некоторых параметров при анализе ВП, например, уровня шума

спонтанной ЭЭГ в отсутствие стимуляции, в начале, в середине (между сериями) и в

конце всех электроэнцефалографических экспериментов регистрировалась фоновая

ЭЭГ активность в течение одной минуты. Эта фоновая ЭЭГ, в частности, была исполь-

зована при получении «шумовых ВП» при статистическом анализе разностных ВП на

серию «лица». При регистрации фоновой ЭЭГ испытуемые находились в состоянии

спокойного бодрствования, с открытыми глазами.

Обработка полученных данных

По данным исследуемых ВП были рассчитаны координаты подвижных эквива-

лентных дипольных источников по 21-му отведению для однодипольной и двухди-

польной моделей. Использовался режим «лучшая модель» с выводом параметров тех

диполей, для которых коэффициент дипольности (КД) был равен или превышал уро-

вень 0,95. Все расчеты осуществлялись в программе BrainLoc.

Обработка результатов исследования при тахистопическом предъявлении изо-

бражений осуществлялась авторской программой по следующему алгоритму: после

подсчета числа правильных узнаваний и опознаний для каждой временной серии вы-

числялась вероятность опознания или узнавания для каждой из четырех категорий

стимулов (незнакомые лица, знакомые лица, незнакомые здания, знакомые здания).

Вероятность рассчитывалась для каждой временной серии как отношение правильно

узнанных или опознанных объектов к общему количеству предъявленных объектов

для данной временной серии.

Субъективные оценки эмоционального впечатления от предъявленных стиму-

лов по 20-балльной условной шкале, полученные в ходе опроса испытуемых, заноси-

лись в таблицу. Эти оценки далее сопоставлялись с данными, полученными в резуль-

тате электрофизиологического исследования.

Обработка электрофизиологических записей производилась после режекции

глазодвигательных и прочих артефактов. С целью уменьшения влияния помех полоса

частот ЭЭГ была ограничена диапазоном 1–30 Гц. Вызванные потенциалы (ВП) мозга

рассчитывались с помощью авторской программы по стандартной схеме когерентного

усреднения. Производилось раздельное усреднение ВП для каждой эксперименталь-

ной серии. Были получены ВП следующих основных типов:

1.) серия «лица», значимые стимулы; 2.) серия «лица», незначимые стимулы; 3.) разно-

стный ВП: серия «лица», (значимые стимулы) минус серия «лица», (незначимые сти-

мулы); 4.) серия «слова», значимые стимулы; 5.) серия «слова», незначимые стимулы;

6.) разностный ВП: серия «слова», (значимые стимулы) минус серия «слова», (незна-

чимые стимулы).

Имеющиеся данные по ВП на серию «лица» были использованы для обучения

нейросети Кохонена, с целью оценки конфигуративной схожести ВП. Далее, с учетом

полученных при формировании нейросетей Кохонена результатов, был проведен цикл

формирования нейросетей с различными параметрами, основанных на управляемом

обучении (обучении «с учителем»). В качестве входных данных для ИНС использова-

лись числовые отсчеты амплитуд ВП на знакомые и на незнакомые лица. Нейросети

обучались давать на выходе заранее известные значения принадлежности ВП к классу

«знакомые лица» или классу «незнакомые лица».

Глава «Результаты исследования» состоит из пяти параграфов. В первом па-

раграфе описываются результаты психологического исследования. Полученные ре-

зультаты свидетельствуют в пользу того, что процессы узнавания и опознания вклю-

чают ряд стадий, обозначенных следующим образом: 1. аморфное восприятие; 2. при-

близительная классификация; 3. окончательная классификация (идентификация). В

таблице 1 представлены усредненные по всем испытуемым результаты наблюдения

данных стадий в процентном соотношении. Указанные в таблице проценты получены

в результате подсчета количества стимулов, для которых была отмечена та или иная

стадия.

Таблица 1.

Стадии восприятия при тахистоскопическом предъявлении стимулов

Временная серия 50 мс 100

мс

мс

мс

мс

мс

Стадия Аморфное восприятие

Незнакомые лица 6% 0% 0% 0% 0% 0%

Знакомые лица 32% 6% 1% 0% 0% 0%

Незнакомые зда-

ния 22% 1% 0% 0% 0% 0%

Знакомые здания 48% 14% 2% 0% 0% 0%

Стадия Идентификация

Незнакомые лица 26% 63% 87% 91% 96% 98%

Знакомые лица 47% 79% 93% 99% 99% 99%

Незнакомые зда-

ния 15% 32% 58% 81% 93% 97%

Знакомые здания 24% 52% 84% 92% 91% 100%

Полученные результаты относительно распределения вероятности правильного

распознавания показали различия процессов узнавания и опознания. Во-первых, узнавание

предъявляемых объектов требовало меньшего времени, чем опознание знакомых объек-

тов, независимо от типа объектов (см. рис.1).

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

50 100 150 200 250 300

Временные серии, мс

Вероятность

знакомые лица

незнакомые лица

знакомые здания

незнакомые здания

Рис.1. Вероятности правильного узнавания незнакомых изображений и опознания зна-

комых изображений в зависимости от времени их экспозиции при тахистоскопическом

предъявлении с паттерновым обратным маскированием.

Во-вторых, особенность восприятия при опознании предъявляемых стимулов

состояла в том, что вышеописанные стадии перцепции не всегда соблюдались. У мно-

гих испытуемых стадия приблизительной классификации «выпадала»: они сразу пра-

вильно опознавали предъявленный стимул.

Исследование по эмоциональному оцениванию предъявленных в электроэнце-

фалографическом исследовании стимулов позволило получить балльное выражение

эмоциональной окраски знакомых стимулов-лиц. Условно разделив всю 20-балльную

шкалу на пять интервалов, с шагом 4 единицы от концов шкалы, было принято выде-

лить следующие уровни оценок: низкий – нейтральный уровень (-2; 2), средний (-2;-6

и 2; 6) и высокий (-6; -10 и 6; 10). Приняв такое разделение шкалы, мы подсчитали ко-

личество полюсных оценок для каждого из трех уровней. Так, было получено: 7 высо-

ких положительных оценок, 3 средних положительных оценки, 3 нейтральных оценки,

1 средняя отрицательная оценка, 2 высоких отрицательных оценки. Полученные в ре-

зультате психологического исследования данные учитывались нами при сравнитель-

ном анализе результатов с данными электроэнцефалографического исследования (см.

далее).

Во втором параграфе данной главы представлены результаты психофизиоло-

гического исследования ВП мозга. Вначале описываются результаты предварительно-

го (пилотажного) исследования, проведенного с целью нахождения оптимальных экс-

периментальных условий и параметров (количество усреднений, временные парамет-

ры стимуляции) для получения устойчивого ВП. Далее рассматриваются результаты

основного электроэнцефалографического исследования. Сначала производится срав-

нительный анализ различий ВП между экспериментальными сериями (серия «лица» и

серия «слова»). Затем осуществляется анализ ВП в рамках серии «лица».

В результате сравнительного анализа ВП на серию «лица» и серию «слова» бы-

ли выделены компоненты, по-видимому, характерные для процесса узнавания лиц: по-

зитивное колебание во временном диапазоне 120-160 мс, имеющее широкую топогра-

фическую представленность, с максимальной выраженностью в центральных и темен-

но-затылочных электродных отведениях (P160); негативная волна в области 160-250

мс, больше всего выраженная в центральных и теменно-затылочных отведениях

(N250); волновой комплекс в области 250-400 мс, состоящий из двух компонентов: по-

зитивной волны с пиком в области 250 мс, представленной билатерально во фронталь-

ных и центральных отведениях (P250), и негативного колебания с латентностью пика

примерно 400 мс, отмеченного больше в теменно-центральных и фронтальных отведе-

ниях (N400).