Стадия Приблизительная классификация

Незнакомые лица 68% 37% 13% 9% 4% 2%

Знакомые лица 21% 15% 6% 1% 1% 1%

Незнакомые зда-

ния 63% 67% 42% 19% 7% 3%

Знакомые здания 28% 34% 14% 8% 9% 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).

Анализ ВП для серии «лица» осложнялся значительной межиндивидуальной

вариативностью. Использование самообучающейся ИНС позволило обойти данную

проблему. На основании полученных результатов исходная выборка ВП была разделе-

на на три подтипа (кластера) по критерию конфигуративного сходства ВП.

Рис.2. Вызванные потенциалы всех испытуемых, входящих в 1 кластер в отведении Fz.

Вертикальными метками отмечены средние значения рассчитанных компонентов ВП.

Это позволило достоверно оценить различия между ВП на знакомые и незнако-

мые лица, выделив компоненты, по-видимому, отражающие процесс опознания лиц.

Они были обнаружены в диапазонах латентностей 180-330 мс и 250-450 мс и имели

специфичную конфигурацию для каждого подтипа ВП. На рис.2, рис.3 и рис.4 показа-

ны разностные ВП на лица для испытуемых, относящихся к первому, второму и треть-

ему кластерам.

Рис.3. Вызванные потенциалы всех испытуемых, входящих во 2 кластер в отведении

Fz. Вертикальными метками отмечены средние значения рассчитанных компонентов

ВП.

В тех случаях, когда индивидуальные ВП можно было описать общими компо-

нентами, были подсчитаны статистические показатели (среднее и стандартное откло-

нение) для параметров латентности и амплитуды.

Рис.4. Вызванные потенциалы всех испытуемых, входящих в 3 кластер в отведении Fz.

Вертикальной меткой отмечено среднее значение компонента ВП.

В третьем параграфе главы представлены результаты дипольной локализации

источников мозговой активности, рассчитанные по ВП. Дипольные источники рассчи-

тывались сначала для ВП на серию «лица», без учета фактора знакомости, затем для

разностных ВП на серию «лица». Так, для ВП на серию «лица», без учета фактора зна-

комости, были исследованы следующие диапазоны латентностей: 120-160мс; 160-

250мс; 250-400мс. В каждой из областей латентностей были обнаружены зоны актива-

ции во множестве корковых и подкорковых мозговых структур: в затылочной коре,

нижневисочной извилине, префронтальной коре, мозжечке, хвостатом ядре, скорлупе,

миндалине, поясной извилине, таламусе, гиппокампе.

Анализ дипольных моделей для разностных ВП экспериментальной серии «ли-

ца» производился с учетом принадлежности испытуемых к той или иной подгруппе

ВП (кластеру). Картина распределения дипольных источников получилась достаточно

сложной. Каждый подтип ВП характеризовался особым распределением дипольных

источников. Так, например, обнаружена активация множества мозговых зон: височной

и затылочно-височной коры, фузиформной извилины, префронтальной коры, мозжеч-

ка, таламуса, поясной извилины, островка и гиппокампа.

В четвертом параграфе главы представлены результаты сопоставления дан-

ных по ВП с данными субъективной оценки стимулов. После группировки ВП по кри-

терию субъективной оценки, данной испытуемыми, была обнаружена связь амплиту-

ды ВП с уровнем оценки эмоциональной реакции на эти же знакомые стимулы-лица.

Оказалось, что испытуемые, поставившие высокие оценки эмоциональной значимости,

независимо от знака (отрицательные или положительные), имели более высокие ам-

плитуды ВП, по сравнению с амплитудами ВП испытуемых, отнесенных к остальным

группам по уровню эмоциональной оценки. Для проверки данного эффекта нами была

подсчитана непараметрическая корреляция Спирмена между средними значениями

амплитуд ВП для каждого из 21-го электродного отведения и баллами, полученными

испытуемыми при оценивании стимулов-знакомых лиц (см. таблицу 2). В качестве

средних значений амплитуд бралась величина, рассчитанная путем усреднения абсо-

лютных значений отсчетов каждого анализируемого ВП на временном отрезке от 120

мс до 500 мс. Более ранние компоненты ВП не учитывались нами из соображений

страховки от возможного влияния на ВП факторов, связанных с чисто физическими

особенностями стимулов. При расчете корреляций использовались абсолютные значе-

ния балльных оценок.

Таблица 2.

Коэффициенты непараметрической корреляции Спирмена R между средней амплиту-

дой длинолатентных (>120 мс) компонентов ВП на знакомые лица для каждого отве-

дения и баллами эмоциональных оценок стимулов-знакомых лиц. Жирным шрифтом

выделены значимые коэффициенты при p<0.05.

Отведения Коэфф. корреляции

Спирмена, R t(N-2) p-уровень

O1-A1 -0.034 -0.127 0.917

Oz-A2 0.072 0.272 0.789

O2-A2 0.042 0.160 0.874

T5-A1 -0.481 -2.057 0.058

P3-A1 0.504 2.188 0.046

Pz-A1 0.505 2.194 0.045

P4-A2 0.478 2.037 0.061

T6-A2 0.498 2.153 0.049

T3-A1 0.181 0.692 0.500

C3-A1 0.523 2.297 0.037

Cz-A2 0.536 2.379 0.032

C4-A2 0.523 2.301 0.037

T4-A2 0.261 1.012 0.328

F7-A1 -0.357 -1.432 0.173

F3-A1 0.494 2.126 0.051

Fz-A1 0.519 2.273 0.039

F4-A2 0.520 2.275 0.039

F8-A2 0.382 1.549 0.143

Fp1-A1 0.106 0.405 0.694

Fpz-A2 0.184 0.704 0.492

Fp2-A2 -0.149 -0.565 0.580

Пятый, последний параграф главы посвящен результатам обучения нейросе-

тевого классификатора. Показано, что точность результата классификации групп по

типу ВП при использовании всей выборки составила всего около 50%.

После разделения исходной выборки на три подгруппы, основываясь на резуль-

татах кластеризации картой Кохонена, был проведен цикл обучения-тестирования

ИНС. Результаты распознавания выборки по подгруппам оказались существенно луч-

ше, чем при использовании всей выборки целиком. Вычислительное моделирование

показало, что наилучшими классифицирующими свойствами обладают ИНС, обучен-

ные по векторам данных центральных отведений: Pz, Cz, Fz. Среди последних, лучшие

результаты ИНС классификации получены для отведения Fz (см. таблицу 3).

Таблица 3.

Результат классификации групп по типу ВП

Номер кластера, конфигурация ИНС:

кол-во слоев, кол-во нейронов

Классификация нейро-

сети по типу ВП: 1 кластер,

2 слоя,

1 нейрон

_______2 кластер,

2 слоя,

10 нейронов

3 кластер,

2 слоя,

15 нейронов

"Класс 1" (знакомые ли-

ца) 21(4)* 17(6)* 21(5)*

"Класс 2" (незнакомые

лица) 21(4)* 17(4)* 21(2)*

Всего 42 34 42

Правильно 34(80,5%) 24(69,6%) 35(83,9%)

Неправильно 8(19,5%) 10(30,4%) 7(16,1%)

Ср.ошибка 0,1985 0,3037 0,1595

Макс.ошибка 0,3231 0,4826 0,2742

*- количество ошибочных распознаваний

Приведенные в таблице 3 данные были получены путем усреднения результатов

обучения консилиума нейросетей: обучалось по три ИНС одной и той же конфигура-

ции для данного отведения (Fz).

В главе «Обсуждение результатов» анализируются полученные данные. Глава

состоит из шести параграфов. В первом параграфе обсуждаются особенности про-

цессов узнавания и опознания лиц и других объектов в условиях тахистоскопического

предъявления стимулов. Обнаружено, что данные процессы хотя и состоят из несколь-

ких стадий, но не представляют собой жестко заданные алгоритмы. Большая скорость

узнавания и опознания лиц, по сравнению с узнаванием и опознанием других объек-

тов, очевидно, связана с особой ролью стимулов-лиц. Выдвинуто предположение, что

большая скорость узнавания объектов, чем их опознание, связано с качественными

особенностями следов памяти. Мы считаем, что при опознании задействуется более

развернутая система следов памяти, но требующая большего времени на обработку, с

другой стороны, память при узнавании, вероятно, хранит более абстрагированные,

«свернутые» сведения об объектах, и поэтому для работы памяти в этой ситуации тре-

буется меньшее время.

Во втором параграфе представлен анализ результатов предварительного элек-

троэнцефалографического исследования. Обсуждаются параметры стимуляции и ус-

ловий выделения ВП в различных экспериментальных сценариях. Обосновывается

выбор наиболее адекватных параметров эксперимента.

В третьем параграфе обсуждаются результаты основного электроэнцефало-

графического исследования. Показано, что некоторые из обнаруженных компонентов

ВП имеют аналоги среди компонентов ВП, описанных в литературе. Так, например,

позитивность в области 150-200 мс больше всего соответствует VPP (Vertex Positive

Peak) [Boеtzel, Gruеsser, 1989], [Jeffreys, 1989], [Rossion, 1999]; негативность в области

160-250 мс – компоненту С240 [Begleiter et al., 1993], [Hertz et al., 1994, [Rossion, 1999].

Эта же негативность имеет определенное сходство с потенциалом N200, описанном T.

Allison и др. [1999]. При рассмотрении результатов анализа разностных ВП показано,

что форма разностного ВП по 1 кластеру более всего соответствует потенциалу Р300

[Sutton, Ruchkin, 1984]; ВП по 2-му кластеру – потенциалу Р300 с несколько сдвинутой

латентностью. Можно отметить определенное сходство данного ВП с поздней пози-

тивностью, описанной M. Eimer [2000]. Вопрос о природе ВП для третьего кластера

остается открытым; возможно, он связан с условной негативной волной, описанной Г.

Уолтером [1966].

В четвертом параграфе обсуждаются результаты дипольного моделирования.

Показано, что процессы узнавания и опознания связаны с работой сложной системы,

распределенной по множеству мозговых структур. Полученные результаты свидетель-

ствуют в пользу гипотезы о распределенной системе следов памяти при реализации

процессов узнавания и опознания. Кроме того, показано, что следы памяти при опо-

знании лиц содержат как когнитивный, так и эмоциональный компонент, которые не-

разрывно связаны друг с другом.

В пятом параграфе главы производится сравнительный анализ данных ВП и

данных по субъективному оцениванию значимых стимулов. Показано, что модуляция

амплитуды ВП, возникающая в зависимости от уровня эмоциональных оценок значи-

мого (узнаваемого) стимула, связана с активацией мозговых структур, по-видимому,

не включенных непосредственно в процесс восприятия (имеется в виду чисто когни-

тивный аспект), но отвечающих за эмоциональный компонент последнего.

В шестом параграфе представлен анализ результатов обучения искусственных

нейронных сетей. Показано, что найденное с помощью карты Кохонена трехкластер-

ное решение оказалось адекватным. Также показано, что точность классификации

нейросети, обучаемой «с учителем», соответствует критерию точности для метода

ИНС.

ВЫВОДЫ:

1. Процессы узнавания и опознания лиц состоят из последовательно развертываю-

щихся стадий, различающихся степенью сформированности перцептивного образа:

аморфное восприятие; приблизительная и окончательная классификация.

2. Процессы узнавания и опознания различаются: 1.) Узнавание объектов требует

меньшего времени, чем опознание объектов, независимо от типа последних. 2.) Узна-

вание и опознание лиц требует меньшего времени, чем узнавание и опознание изобра-

жений зданий.

3. С узнаванием лиц избирательно связаны следующие компоненты ВП: P160 (цен-

тральные и теменно-затылочные отведения); N250 (там же); комплекс Р250 (фрон-

тальные и центральные отведения) – N400 (теменно-центральные и фронтальные от-

ведения).

4. Выявлено три подтипа ВП, характерных для опознания лиц: 1. комплекс Р290 –

N380; 2. N240 – P370; 3. негативное колебание, начинающееся от 220-250 мс и про-

должающееся до 500 мс.

5. В процессе опознания лиц кроме когнитивного компонента имеет значение также и

эмоциональный аспект опыта воспринимающего субъекта. Последний находит выра-

жение в ВП: так, для высоких оценок эмоциональной значимости, независимо от знака

(отрицательные или положительные), характерна более высокая амплитуда ВП.

6. Нейросеть Кохонена позволила выявить три конфигуративных подтипа разностных

ВП на лица. Направленно обучаемый нейроклассификатор позволил определить наи-

более дискриминативное отведение для анализа последних (Fz). Успешно осуществле-

на классификация ВП по типам («знакомые» или «незнакомые лица»). Точность клас-

сификации составила: для 1-го кластера: 80,5%; для 2-го кластера: 69,6%; для 3-го кла-

стера: 83,9%.

7. При узнавании и опознании лиц наблюдается активация различных корковых (зри-

тельная, нижневисочная, верхневисочная, префронтальная кора) и подкорковых (моз-

жечок, хвостатое ядро, миндалина, поясная извилина, таламус, гиппокамп) мозговых

структур.

8. Обнаружено три уникальных симптомокомплекса распределения диполей, харак-

терных для процесса опознания лиц. В процессе опознания участвуют множество моз-

говых зон: височная и затылочно-височная кора, фузиформная извилина, префрон-

тальная кора, мозжечок, таламус, поясная извилина, островок, гиппокамп.

Основные результаты исследования отражены в публикациях:

Статьи, опубликованные в Перечне изданий,