Вы находитесь на сайте журнала "Вопросы психологии" в восемнадцатилетнем ресурсе (1980-1997 гг.).  Заглавная страница ресурса... 

131

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗРИТЕЛЬНЫХ ИЛЛЮЗИИ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ВОСПРИЯТИЯ

 

Г. А. ГОЛИЦЫН

НИИНФ им. П. К. Анохина АМН СССР, Москва

 

Существующие методы исследования иллюзий страдают одним принципиальным недостатком: как правило, иллюзия описывается одномерно, т. е. как искажение одного (редко — двух) параметров раздражителя. На самом деле иллюзия обычно имеет более сложный, многомерный, целостный характер. Неадекватность описания мешает увидеть принципиальное сходство между иллюзиями, которые считаются различными, и затрудняет поиск их единого объяснения.

В нашей работе предлагается метод исследования иллюзий, во многом свободный от этого недостатка,— метод моделирования восприятия субъекта. При этом субъект рассматривается как «чёрный ящик», входом которого является объективный раздражитель, а выходом — субъективный образ. Конкретные физиологические механизмы рецепции, перекодирования информации и пр. не рассматриваются, моделируется только передаточная функция, связывающая вход с выходом. Подав на вход моделирующего устройства раздражитель, мы получаем на его выходе модельный субъективный образ — т. е. картинку, совпадающую с отчетом испытуемого и содержащую все те искажения стимула, что и субъективная иллюзия. Это, во-первых, дает рам возможность более детального исследования самих иллюзий, что может оказаться полезным для уточнения существующих на этот счет экспериментальных данных; во-вторых, для построения модели мы неизбежно должны выдвигать какие-то гипотезы о принципах восприятия и моделирование иллюзий доставляет нам возможность проверки этих гипотез.

Гипотеза, которая проверяется в данной работе, как будет показано в конце статьи, прямо следует из общих положений теории информации. В ряде наших прежних работ она была использована для исследования и объяснения фактов поведения [3], [5], [6].

Опишем раздражитель как совокупность переменных (признаков), заданных как функции пространства х и времени t : y = f (x, t). Тогда суть гипотезы сводится к следующим двум положениям:

1.  Восприятие относительно: субъект воспринимает не абсолютное значение признака у, а разность z между ним и некоторым нормальным, эталонным значением у, которое служит субъективным началом отсчета:

 

r = у — у. (1)

 

2. Само эталонное значение признака для некоторой точки пространства и времени (х0, t0) складывается как результат усреднения действительных значений при знака по окрестностям этой точки в пространстве и времени, т. е. по ее пространственно-временному фону:

 

 

Здесь пространство и время условно разбиты на дискретные ячейки:

yi — значение признака в i-й ячейке;

pi — относительный вес i-й ячейки, причем  

 

132

 

Этот вес тем меньше, чем дальше ячейка от точки (х0, t0). Точный «закон убывания веса в данном случае несуществен, важно лишь то, что он убывает, благодаря чему среднее определяется лишь ближайшими окрестностями рассматриваемо» точки (такое среднее называют скользящим или текущим средним). Таким образом, субъективное начало отсчета для стимула у (х, t) получается путем усреднения (сглаживания, размывания) самого этого стимула.

Положения 1 и 2 являются очевидным обобщением известных психологических фактов. Приведем примеры некоторых иллюзий (иллюзии контраста), прямо иллюстрирующих эти положения: один и тот же круг кажется большим среди маленьких кругов и меньшим в окружении больших; серый тон выглядит на черном фоне светлее, чем на белом; если опустить левую руку в холодную воду, правую в горячую, а через некоторое время перенести обе руки в воду средней температуры, to в области левой руки она покажется теплой, в области правой — холодной.

Заметим, что, хотя физиологические механизмы этих иллюзий совершенно различны, объясняющий их принцип один и тот же. Разница лишь в содержании переменной у: в первом случае это диаметр круга, во втором — светлота тона, в третьем — температура воды. Мы хотим теперь показать, что этот же принцип объясняет в более сложные виды иллюзий. Ограничимся при этом статическими черно-белыми изображениями, так что переменная у будет отображать светлоту тона и зависеть только от положения х.

 

МЕТОДИКА

 

Используя выражение (1) в качестве вычислительного алгоритма, можно путем расчета показать, что из него вытекает целый ряд известных иллюзий. Для этого нужно взять какое-либо черно-белое изображение, разбить его на дискретные ячейки и приписать каждой ячейке число, характеризующее ее интенсивность, например черными ячейками — 0, белым 1. После этого нужно для каждой ячейки найти значение r, отнимая от ее собственной интенсивности у среднюю интенсивность соседних ячеек у. Полученное число нужно теперь изобразить соответствующим оттенком серого цвета. Когда это будет проделано для всех ячеек, мы получим модельный субъективный образ, соответствующий данному объективному изображению.

Понятно, что вся эта работа может быть проделана каким-либо вычислительным устройством. Для этой цели можно предложить несложный оптический прибор.

В самом деле, взглянем еще раз на выражение (1). Чтобы получить субъективный образ r (х) по заданному объективному изображению у (х), нужно проделать над последним три операции:

1)  усреднить (размыть) его;

2)  взять с обратным знаком;

3)  сложить с исходным изображением.

Все эти операции могут быть проделаны оптически: размыть изображение можно с помощью матового стекла или взяв его тень от источника рассеянного света; взять с обратным знаком значит взять вместо позитива негатив; наконец, сложение производится путем наложения в проходящем свете1.

Следовательно, для производства всех вычислительных операций нам нужно получить негатив изображения, взять экран, взять источник рассеянного света и расположить позитив вблизи экрана, а негатив — дальше от него, чтобы получить размыв. Тень на экране нарисует нам субъективный образ со всеми свойственными ему иллюзиями. Вместо экрана можно взять фотопластинку, и тогда мы сразу получим фотографию субъективного образа.

Практически мы поступали следующим образом: на фотопластинку клали пластинку прозрачного стекла, затем позитив и еще несколько пластинок стекла, потом — негатив и накрывали это пластинкой матового стекла, которое и: служило источником рассеянного света. Получался своего рода слоеный пирог из пластинок, который и выполнял функцию вычислительного устройства; толщина и количество пластинок подбирались так, чтобы добиться наибольшей выраженности иллюзии. Особые меры приходилось принимать для точного совмещения позитива и негатива.

Таким образом, принцип зрительного восприятия можно сформулировать в терминах фотооптики: субъективный образ = позитив + размытый негатив.

Спрашивается, известны ли какие-либо прямые факты, подтверждающие эту гипотезу, и, в частности, присутствие в процессе восприятия размытого негатива?

Присутствие этого негатива легко обнаруживается непосредственным наблюдением: поскольку негатив размыт по сравнению с позитивом, то края его должны выступать за края позитива — как в пространстве, так и (если не ограничиваться статическим случаем) во времени. Во времени это проявляется в том, что если быстро убрать позитив, то негатив еще на какое-то время останется в виде контрастного последовательного образа. Образ этот, как известно, размыт, ослаблен и имеет обратный знак по отношению к позитиву. С нашей точки зрения называть этот

 

133

 

образ последовательным не совсем правильно, поскольку он существует не только после, но уже и во время восприятия. В этом последнем случае он заслоняется позитивом, но и тут может быть обнаружен, поскольку размытые края его выступают (уже в пространстве) за края позитива, образуя контрастный ореол (краевой контраст Маха).

Таким образом, контрастный последовательный образ и краевой контраст суть два явления, обусловленные общей причиной — существованием размытого негатива.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

 

Мы рассмотрим в этой работе два типа иллюзий: иллюзии интенсивности и иллюзии положения. Первые состоят в изменении яркости отдельных частей изображения по сравнению с действительной; вторые — в смещении контуров в плоскости изображения.

В качестве примера иллюзии интенсивности возьмем известную иллюзию Геринга. На риc. 1а изображен белый перекресток среди черных полей. Если смотреть на

 

 

этот перекресток невнимательно (боком, вскользь или сквозь него), то на нем возникает серое пятнышко. При внимательном взгляде пятнышко исчезает. На рис. 1б эта иллюзия получена с помощью модели, зафиксирована и может быть исследована. Зная принцип модели, мы можем понять происхождение серого пятнышка: это не что иное, как перекрестки размытого негатива — черного креста. Видно и перекладины креста — в виде серых дорожек, идущих посреди белых полосок. Они слабее и гораздо менее заметны, чем серое пятнышко, почему обычно и не упоминаются при описании этой иллюзии. Однако после того как они предсказаны моделью, их можно обнаружить и в опыте, если быть достаточно внимательным. Таким образом, модель позволяет не только объяснять известные иллюзии, но и предсказывать в них новые черты, ускользающие от неподготовленного наблюдателя.

Перейдем теперь к иллюзиям положения. В основе этих иллюзий лежит взаимодействие элементарных точечных стимулов.

Пока стимулы далеки друг от друга, их взаимовлияние ничтожно и практически не сказывается на их видимом положении. Но по мере их сближения тень и свет вступают в сложное взаимодействие, где-то усиливают друг друга, где-то погашают, вследствие чего видимые положения стимулов смещаются по отношению к действительным. Нам нет надобности вникать здесь во все детали этого взаимодействия — модель это делает за нас и выдает нам окончательную картину. На рис. 26 показано, как воспринимается острый угол. Две стороны угла можно рассматривать как две цепочки сближающихся точечных стимулов, так что угол представляет собой как бы развернутую в пространстве картину сближения. На этой картине можно различить три этапа:

1.  Стимулы далеки друг от друга, и взаимодействие отсутствует. Видимое положение стимулов соответствует действительному. Стороны угла остаются прямыми.

2.  Возникает взаимодействие стимулов, внешне напоминающее тяготение: видимые положения стимулов смещаются навстречу друг другу, стороны угла искривляются.

3.  Тяготение переходит в слияние, и вместо двух различных стимулов субъект видит один.

Последний факт — слияние хорошо известен, поскольку именно он ограничивает остроту нашего зрения (и вообще способность к дифференцировке двух близких раздражителей).

Следовательно, угол должен нам представляться так, как это изображено на рис. 2б. В целом он напоминает вилку с короткой ручкой и двумя длинными зубьями. При этом искажению подвергается не только форма, но и интенсивность отдельных частей фигуры. Если описывать эту иллюзию через изменения отдельных параметров, которые можно надеяться обнаружить в опыте, то прежде всего нужно отметить следующие два:

1. Вершина угла (точка слияния сторон) как бы отступает внутрь угла.

 

134

 

2. Вследствие этого угол кажется в среднем больше, чем он есть на самом деле. Насколько эти выводы подтверждаются опытом?

Последний эффект — преувеличение острого угла — хорошо известен и сам по себе, известно и то, что он служит причиной других, более сложных иллюзий [2].

Таким образом, в этом отношений факты подтверждают гипотезу, а последняя может служить объяснением фактов.

 

 

Рис. 3

 

Что касается отступления вершины, то хотя сам по себе этот факт менее известен, однако из него также вытекает ряд более сложных и хорошо известных иллюзий. Такова, например, иллюзия Поггендорфа. На рис. 3 показан результат моделирования этой иллюзии; на субъективной кар тине отрезки прямой смещены друг относительно друга и пересекают полосу под большим углом, чем на самом деле. Так же объясняется и иллюзия Мюллера—Лайера: отступление вершин внутрь углов ведет к тому, что внутренний отрезок кажется короче внешнего, хотя на самом деле они равны. Таким образом, и в этом отношении гипотеза подтверждается опытом и может служить объяснением фактов.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

 

В согласии с нашей установкой (см. [6]) мы ищем единый принцип объяснения психологических фактов, а потому не пытаемся сводить их к многочисленным физиологическим механизмам. Такого рода редукция, на наш взгляд, по меньшей мере преждевременна, и неэффективность ее как метода объяснения не раз проявлялась самым демонстративным образом. Механизмы латерального торможения, детекторов направления, утомления рецепторов и т. п., привлекавшиеся для объяснения отдельных иллюзий, как правило, не способны были объяснить иллюзии другого даже близкого, типа. Так, Б. Бернс [4], предлагая объяснение иллюзии Мюллера — Лайера с помощью механизма детекторов направления, тут же вынужден признать, что этот механизм уже не годится для объяснения близкой по типу иллюзии поворота линии.

Такого рода неудачи не случайны, а являются следствием неверной методологической ориентации. Как неоднократно было показано (см., например, [1]), любой физиологический механизм играет подчиненную роль по отношению к результату, к той задаче, которую решает субъект. Механизм может перестраиваться, корректироваться, комбинироваться с другими ради достижения этого результата. Поэтому, скорее, устройство механизма можно объяснить результатом, чем наоборот.

Одним из путей объяснения в психологии может быть выдвижение гипотез об общих принципах психической деятельности, математическая формулировка этих принципов, получение следствий из них путем расчета или моделирования и проверка их опытом.

Наиболее близкой к этому типу объяснения является работа Н. В. Завалишина и И. Т. Мучника [7] на которой мы и остановимся подробнее.

Главное внимание авторы уделяют иллюзии Мюллера — Лайера, которая является своего рода пробным камнем для всех теорий иллюзий. Авторы выдвигают гипотезу, суть которой в следующем: точки фиксации внимания, по которым оцениваются расстояния и углы, суть точки экстремума некоторой функции, которую они назвали функцией информативности. Интуитивно наибольшую информативность обычно приписывают особым точкам изображения, таким, как концы линий, пересечения изломы, углы и т. п. Авторы, однако, показывают, что на самом деле максимумы информативности несколько смещены относительно особых точек. Это и приводит к искаженной оценке расстояний между ними.

Интересно сравнить этот подход с нашим. Наше объяснение иллюзии Мюллера — Лайера сводится к тому, что субъект действительно видит внутренний и внешний отрезки стрелы различными. Иначе говоря, субъективные образы этих отрезков действительно различны, хотя сами отрезки и одинаковы. Как возникает это различие мы уже знаем.

При всей видимой разнице этих двух подходов между ними есть важная точка соприкосновения, позволяющая, на наш взгляд, говорить об их исходной идейной общности: если интерпретировать информативность I как модуль субъективной интенсивности

 

I=IyyI,  (3)

 

(а точнее — как некоторую знакоопределенную функцию от нее и (у—у), то линии уровня функции информативности нарисуют не что иное, как субъективный образ. Тогда точки максимума информативности действительно будут особыми точками, но

 

135

 

не самого изображения, а его субъективного образа. Эти же точки — суть точки фиксации внимания.

Такая интерпретация вполне отвечает интуитивному смыслу понятия информативности: информативно то, что отклоняется от нормы, т. е. от ожидаемого, среднего, априорного. Покажем это более строго.

Предположим, что априорное (фоновое) распределение плотности вероятности значений признака f(y) имеет типичную кол околообразную форму:

 

 

Здесь f(y) — плотность вероятности в точке у (среднее по фону); U(y—у) — положительно определенная функция разности у—у. В частности, если U=(y—у)2, то мы имеем нормальное распределение. Пусть теперь у — это апостериорное (действительное) значение признака, a f1 (у) — апостериорная плотность вероятности в точке у. Тогда количество информации, доставляемое этим значением признака, равно:

 

 

Первый член этого выражения есть радиальная компонента информации, которая только уточняет априорное значение признака, сейчас она нас не интересует. Второй член — тангенциальная компонента, которая изменяет априорное значение признака на апостериорное. Если рассматривать в качестве признака светлоту (интенсивность) тона, то эта вторая компонента информации, с одной стороны, соответствует функции информативности, введенной в [7], с другой — является знакоопределенной функцией разности у—у (субъективной интенсивности), рассматриваемой в настоящей работе.

Заметим, что, как следует из (5), фоновое значение признака у = у неинформативно; информативны только отклонения от фона. Таким образом, положения нашей гипотезы (1), (2) на языке теории информации просто означают, что субъект воспринимает только информативные значения признака. Отсюда следует, что выводимые из этих положений иллюзии восприятия не являются результатом какого-то несовершенства механизмов восприятия, а с неизбежностью вытекают из самой задачи восприятия — получения информации.

 

1.       Анохин Л. К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. — М., 1968.

2.       Артамонов И. Д. Иллюзии зрения. — М., 1964.

3.       Асмаян Н. В., Голицын Г. А. О принятии решений в ситуации выбора. — Вопросы психологии, 1971, № 1.

4.       Бернс Б. Неопределенность в нервной системе. — М., 1969.

5.       Голицын Г. А. Динамическая теория поведения. — В кн.: Механизмы и принципы целенаправленного поведения. М., 1972.

6.       Голицын Г. А. Исследование вариационных принципов поведения животных: Канд. дис. — М., 1969.

7.       Завалишин Н. В., Мучник И. Б. Модели зрительного восприятия и алгоритмы анализа изображений.— М., 1974.



1 Строго говоря, складываются не интенсивности, а их логарифмы; однако это различие несущественно, поскольку логарифм — монотонная функция.