Вы находитесь на сайте журнала "Вопросы психологии" в девятнадцатилетнем ресурсе (1980-1998 гг.).  Заглавная страница ресурса... 

90

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

ОБНАРУЖЕНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

 

Э.Н. ДЖАФАРОВ, Ю.К. АЛЛИК, Н.Д. ЛИНДЕ

 

Настоящая работа посвящена анализу частотно-амплитудных пороговых (ЧАП) зависимостей, характеризующих зрительное обнаружение колебательного движения различных форм на основе общей модели, предложенной Джафаровым и Алликом (Dzhafarov, 1981; Dzhafarov & Allik, в печати). Экспериментальный материал, на котором базируется настоящая работа, частично был изложен в статье Джафарова и др. (1981) в форме сопоставления ЧАП-зависимостей для реального и стробоскопического движения, представленных соответственно синусоидально-волновым (СВ) и квадратно-волновым (KB) колебательным движением. Под формой колебания понимается зависимость пространственного положения объекта в поле зрения от времени: имеется в виду движение объекта по прямолинейной траектории во фронто-параллельной плоскости. Объект перемещается ригидно, т. е. все его точки движутся одинаково, а остальные его физические характеристики остаются неизменными. Неподвижные (отсчетные) стимулы вблизи траектории движения отсутствуют (абсолютное движение). В дополнение к указанным двум формам колебаний в данной работе приводятся также данные по треугольно-волновому (ТВ) колебанию, т. е. по равномерному возвратно-поступательному движению.

Исследованию ЧАП-зависимостей посвящен ряд работ (Tyler & Torres, 1972; Johansson & al., 1969; Na-Kayama & Tyler, 1978), причем кроме колебательных форм интенсивно исследовались также равномерные однократные перемещения зрительного стимула (здесь частота, очевидно, заменяется на время перемещения, Johnson & Leibowitz, 1976; Johnson & Scobey, 1980). Во всех указанных работах, включая и работу Джафарова и др. (1981), анализ ЧАП-кривых проводился в форме их разбиения на отдельные участки, каждый из которых апроксимировался прямой линией (в loglog координатах).

В работе Джафарова и др. (1981) было введено понятие пороговой модели, которая понимается как теоретическое утверждение следующего вида: движение обнаруживается тогда и только тогда, когда стимульная характеристика X превышает критическое значение z (разумеется, X — это одномерный параметр, выражаемый действительным числом, например максимальная скорость, амплитуда, произведение квадрата амплитуды на частоту и т. п.).

Различные участки ЧАП-кривых могут быть представлены качественно различными, т. е. различающимися по параметру X пороговыми моделями. Так, в области средних частот (1— 6 Гц) ЧАП-кривые для синусоидально-волнового и квадратно-волнового колебаний описывается моделью константного смещения с более низкой критической величиной Z в последнем случае. В низкочастотной области кривые для синусоидально-волнового колебания описываются правилом константной средней скорости (произведение частоты на амплитуду). Обе эти модели являются кинематическими, т. е. фигурирующие в них стимульные параметры определяются только формой движения объекта и не зависят от характеристик профиля интенсивности движущегося объекта (яркость объекта, контраст по отношению к фону и т. д.).

Модель, предложенная Джафаровым и Алликом, представляет собой кинематическую пороговую модель, претендующую на предсказание ЧАП-зависимостей для произвольных форм движения. Исключение составляют только те области ЧАП-кривых, которые определяются общими механизмами восприятия яркостных модуляций, такими, как механизм слияния мельканий. Сказанное требует пояснений, так как в нем содержится определенное гипотетическое утверждение. Предполагается, что зрительное обнаружение движения определяется двумя различными механизмами, которым соответствуют два разных феноменологических описания «едва видимого движения». Первый механизм определяет обнаружение собственно движения, «с точки зрения которого» движущийся объект, движение которого не обнаружено, феноменально идентичен физически стационарному объекту. Второй механизм связан с обнаружением яркостных изменений, при этом феноменально стационарный объект «отличается по форме от физически стационарного, например, движущаяся точка видится как неподвижная яркостная полоса, а движение точки обнаруживается в форме мерцаний или мельканий внутри этой полосы. Анализ детекции движения в целом требует учета обоих механизмов, однако, как будет видно из дальнейшего, действие яркостных ограничений на детекцию существенно сказывается лишь в очень ограниченной высокочастотной области колебательных движений (и вообще не оказывается на детекции однократных движений).

Кинематическая модель обнаружения движения состоит в том, что движение обнаруживается, когда значение функционала

 

 

достигает некоторой критической величины С2. Здесь X(t)—форма движения объекта, τ и Т — константы. Выражение (1) можно пояснить следующим образом: а) в каждый момент времени t' вычисляется «локальная дисперсия», средняя величина квадратов попарных расстояний

 

91

 

 

 

92

 

между позициями, попавшими в пределы окна [t'—τ, t']; в) в каждый момент времени t вычисляется средняя величина локальной дисперсии в пределах окна [t—Т, t]; с) обнаружение достигается тогда, когда эта последняя величина хотя бы при одном значении t в пределах всего периода наблюдения превысит критическое значение С2.

Более подробный анализ модели дан в статье Dzhafarov & Allik (в печати).

Эксперимент 1.

Методика

Стимул представлял собой световую точку (диаметр 0,4 мм или 1, 3' при дистанции наблюдения 106 см, интенсивность 1 нт, движущуюся горизонтально на матовом экране светолучевого осциллографа (НО41 У4.2). Управление движением точки осуществлялось с помощью генератора сигналов специальной формы Г6-15. Наблюдение велось через светонепроницаемый тубус из черной материи. Экран слабо и равномерно подсвечивался изнутри тубуса (10 Лк) во избежание автокинетических эффектов. Наблюдение велось бинокулярно, испытуемый фиксировал центр траектории движения.

Исследовалось три формы колебаний: СВ, KB и ТВ. Эксперимент проводился в двух процедурных формах: частотно-амплитудной (ЧА) и амплитудно-частотной (АЧ). В ЧА-процедурной форме испытуемый устанавливал по пять верхних (отличие от стационарности) и нижних (стационарность) пороговых амплитуд для каждого значения частоты. Поменяв в этом предложении местами частоту и амплитуду, получим описание АЧ-формыАЧ-форме верхняя установка соответствует стационарности). Значения частот в АЧ-форме (амплитуд) менялись экспериментатором один раз в восходящем и один раз в нисходящем порядке. В сумме получалось по 20 установок на каждую экспериментальную точку. В опытах участвовало двое испытуемых с нормальным зрением. Более подробно описание процедуры дано в работе Джафарова и др. (1981).

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

 

Подробный анализ ЧАП-кривых для СВ- и КВ-колебаний был ранее приведен в работе Джафарова и др. (1981). Поэтому мы лишь коротко резюмируем его, дополнив анализом ТВ-колебаний.

В области низких частот (до 1 Гц) кривая для СВ- и для КВ-колебаний хорошо апроксимируется правилом константной средней скорости: прямая регрессии имеет наклон, близкий к —1 в loglog координатах. Для КВ-колебаний прямолинейная регрессия дает наклон в этой области, близкий к —0,3 ±0,4.

2. В области средних частот (1—7 Гц) кривые для всех трех видов колебаний хорошо описываются правилом константного смещения (наклон линий регрессии близок в этой области к 0). Причем критические величины смещения для СВ- и ТВ-колебаний близки друг к другу, а для КВ-колебаний несколько меньше.

3. В области высоких частот (выше 7 Гц) ЧАП-кривые для всех трех видов колебаний резко поднимаются вверх, продолжаясь точками, полученными в АЧ-форме проведения эксперимента. Эти правые ветви описываются правилом константной частоты, т. е. прямые регрессии почти параллельны оси ординат.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

 

На рис. 1 экспериментальные данные показаны вместе с теоретическими кривыми, рассчитанными по описанной выше модели, с параметрами, подобранными так, чтобы обеспечить наилучшее соответствие с данными по методу наименьших квадратов. Параметры модели, рассчитанные для исп. С. А. (рис. 1А): Т/τ=1,93, τ =565 мс, с=0,433'. Прямые регрессии экспериментальных средних на теоретические значения: 0,98х—0,11. Коэффициент корреляции между экспериментальными средними и теоретическими значениями 0,98. Для исп. Н. Л. (рис. 1В): Т/τ =2,01, τ =517 мс, с=0,557'. Прямые регрессии экспериментальных средних на теоретические значения: 0,98х — 0,11. Коэффициент корреляции между экспериментальными средними и теоретическими значениями 0,99. Для оценки этого соответствия использовались только данные, полученные по ЧА-форме проведения эксперимента, причем три правые точки (7 Гц) по каждой форме колебаний исключались из расчета, поскольку на них предположительно сказывается влияние механизма слияния мельканий (СМ).

Мы видим, что хорошее соответствие для обоих испытуемых обеспечивается при значениях интервала вычисления дисперсии τ, равном 500—600 мс, и критическом значении С, равном 0,4—0,5, если отношение интервала усреднения к интервалу вычисления дисперсии Т/τ имеет значение, близкое к 2. Отметим, что только параметр Т/τ определяет форму теоретических кривых, в то время как т и С влияют только на соответственно горизонтальное и вертикальное положение кривых (в loglog координатах).

Следует отметить, что подбор оптимальных параметров модели осуществлялся одновременно для всех трех исследованных форм колебаний.

Следующий эксперимент был направлен на проверку предположения о том, что повышение порогов в высокочастотной части ЧАП-кривых действительно связано с механизмом СМ и что влияние этого механизма в низко- и среднечастотных областях пренебрежимо мало. Построенный нами тест был основан на хорошо известной закономерности, связывающей зрительную инерцию с величиной интенсивности: чем интенсивность ниже, тем больше величина зрительной инерции, что проявляется в уменьшении критической частоты СМ.

Если высокочастотная ветвь, в отличие от низко- и среднечастотных, главным образом определяется механизмом СМ, то уменьшение яркости движущегося объекта должно привести к сдвигу всей высокочастотной ветви влево в сторону низких частот и не привести к существенному изменению значений порогов для низких и средних частот.

Эксперимент 2

Методика

Для проведения данного эксперимента в выше описанную методику были внесены некоторые изменения. Движущимся объектом в данном эксперименте служила вертикальная светящаяся линия длиной 32,4' и шириной 1,6' (при дистанции наблюдения 106 см).

 

93

 

 

 

94

 

На каждое значение частоты в ЧА-форме эксперимента (или амплитуды в АЧ-форме) получалось по 16 установок. В эксперименте использовалось СВ-движение линии при трех различных уровнях интенсивности. Во всех остальных отношениях процедура эксперимента была такой же, как в эксперименте 1.

В эксперименте участвовало двое испытуемых с нормальным зрением. Значения интенсивности для исп. А. С. были 0,9; 6,3 и 25 нт; для исп. Н. Л.— 0,9; 1,7 и 12,5 нт.

Результаты и обсуждение

Результаты представлены на рис. 2. Легко видеть, что уменьшение яркости движущейся линии приводит к систематическому сдвигу всех высокочастотных точек влево, в то же время как никаких систематических изменений в низко- и среднечастотных областях не наблюдается.

Формальный анализ низко- и среднечастотных областей (до 7 Гц) по схеме двухфакторного дисперсионного анализа (частота X — величина яркости) показывает, однако, хотя и слабо, статистически значимое влияние второго фактора (F (2; 405) =20,6, р<0,01 для исп. С. А. и (F (2; 405) =7,3, р<0,01 для исп. Н. Л. Поскольку каждое значение интенсивности в описанном эксперименте исследовалось в отдельном опыте, то это слабое влияние можно интерпретировать не только как влияние фактора яркости, но и как влияние фактора экспериментального дня.

Для выяснения того, что именно имело место, был проведен контрольный эксперимент с меньшим количеством исследованных частот, но с блочной рандомизацией по фактору яркости.

 

ПРОЦЕДУРА КОНТРОЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

 

Эксперимент проводился только в ЧА-форме и был разбит на блоки, каждый из которых проводился в отдельный экспериментальный день. Блок делился на 3 серии, следовавших друг за другом без перерыва, порядок проведения серий внутри каждого блока был разным. В каждой серии использовался стимул одного определенного уровня яркости, и получалось по 8 установок на частоту: (по 4 в нисходящем порядке предъявления частот и по 4 в восходящем). После объединения результатов по 6 блокам на каждую частоту в сумме приходилось по 24 установки амплитуды. В этом эксперименте использовалось ТВ-движение линии. Уровни яркости были выбраны одинаковыми для обоих исследуемых и равнялись 0,9; 5 и 28 нт. Во всех остальных отношениях процедура совпадала с процедурой основного эксперимента.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

 

Дисперсионный анализ результатов не позволяет отвергнуть нулевую гипотезу об отсутствии влияния фактора яркости F (2; 345) = 3,47, р>0,01 (для исп. А. С.) и F (2; 345) =2,94, р>0,01 (для исп. Н. Д.).

Результаты эксперимента 2 и контрольного к нему находятся в полном согласии с предсказаниями, вытекающими из предположения об определяющем влиянии механизма СМ в области высоких частот и о незначительном его влиянии в области более низких частот. Слабая статистическая значимость, полученная в эксперименте 2, по-видимому, должна быть отнесена за счет разных экспериментальных дней, а не за счет собственно фактора интенсивности. Заметим, что почти полная вертикальность правых ветвей полученных ЧАП-кривых говорит о том, что СМ осуществляются в каждой точке независимо от другой. В частности, эффект пространственного слияния, за исключением, возможно, лишь малой переходной зоны, на данных не сказывается.

Целью следующего эксперимента являлась дальнейшая экспериментальная проверка области приложимости кинематической модели обнаружения движения. Модель может быть применена непосредственно к физической форме движения Х(t) только в тех случаях, когда определение пространственного положения объекта не осложнено яркостными факторами типа механизма слияния мельканий (СМ). Как показано в предыдущих экспериментах, влияние такого фактора является существенным для высокочастотных колебательных движений и приводит к тому, что амплитудные пороги начинают резко расти с увеличением частоты колебаний в этой области.

Яркостные эффекты включаются и в восприятие апериодических движений типа однократных пробежек. Это проявляется в «размазывании» объекта вдоль траектории движения, в образовании характерного яркостного «хвоста». Как показывают исследования Scobey & Johnson (1981), в случае апериодического движения никакого повышения амплитудных порогов с уменьшением времени пробежки не наблюдается сначала пороги понижаются с наклоном— 1, потом остаются на константном уровне, показывая очень небольшую монотонную тенденцию к уменьшению. Последнее находится в полном согласии с предсказаниями общей кинематической модели, как это показано в работе Dzhafarov, 1981.

Таким образом, указанная модель оказывается приложимой к амплитудным порогам для однократных пробежек во всех точках, в то время как приложимость ее к колебательным движениям ограничена сверху диапазоном высоких частот. Следовательно, включение яркостных факторов в обнаружение этих двух видов движения имеет различную структуру. Выяснению этого различия посвящена работа Scobey & Johnson (1981), в которой показано, что существенным для кинематических порогов является не само «размазывание» стимула, а собственно механизм слияния мельканий, связанный с возвратом движущейся точки в одно и то же положение. В случае апериодических пробежек влияние «размазывания» не затрагивает переднего края движущегося объекта. Именно это обстоятельство, по-видимому, определяет полную приложимость к этому случаю общей кинематической модели.

Если само по себе «размазывание» движущегося объекта не влияет на пороги до тех пор, пока положение переднего края объекта может определяться достаточно точно, то и физическое увеличение ширины движущегося объекта вдоль траектории движения не должно привести ни к каким изменениям порогов. В противном случае связь повышения порогов в области высоких частот только с механизмом временного слияния мельканий будет поставлена под сомнение.

 

95

 

 

 

96

 

Эксперимент 3

Методика

В этом эксперименте использовался треугольно-волновой тип движения. Стимулы создавались с помощью генератора Г6-28, с которого на осциллограф подавался сигнал частотой 250 Гц треугольно-волновой или квадратно-волновой формы и соответствующей амплитуды (амплитуда варьировалась на двух уровнях). При отсутствии этого сигнала на экране предъявлялся узкий прямоугольник высотой 32,4' и шириной 1,6' (при дистанции наблюдения 106 см) с интенсивностью 8,5 нт. При подаче треугольно-волнового сигнала эта полоса «размазывалась» в более широкий светлый прямоугольник, а при подаче прямоугольно-волнового преобразовывалась в пару узких полос. Ширина прямоугольника (расстояние между полосами) варьировала на 2 уровнях: 24,6' и 71,4'.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

 

Результаты, полученные в эксперименте, представлены на рис. 3. Результаты эксперимента согласуются с предсказаниями, следующими из гипотезы о механизме СМ как о единственном ограничителе приложимости общей кинематической модели: форма стимула не оказывает какого-либо систематического влияния на амплитудные пороги вплоть до частоты 7 Гц. Однако двухфакторный дисперсионный анализ, проведенный с результатами основного эксперимента, выявил слабое влияние фактора формы стимула F (4; 720) =7,2, р<0,01 для исп. С. А. и F (4; 720) =4,7, р<0,01 для исп. Н. Л., которое может быть отнесено и за счет фактора экспериментального дня, поскольку серия с каждой формой проводилась в отдельный день. Для выяснения этого вопроса была проведена контрольная экспериментальная серия с меньшим количеством исследованных частот, но с блочной раномизацией по фактору формы.

 

ПРОЦЕДУРА КОНТРОЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

 

Контрольный эксперимент был разбит на 4 блока, каждый из которых проводился в отдельный экспериментальный день. Блок делился на 5 серий, порядок проведения серий внутри каждого блока менялся каждый день. Каждая серия соответствовала одной из 5 форм стимула. В каждой серии испытуемый устанавливал по 4 пороговых значения амплитуды (2 верхних и 2 нижних на одно значение частоты).

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

 

Двухфакторный дисперсионный анализ, проведенный по результатам контрольной серии, не позволяет отвергнуть гипотезу об отсутствии влияния исследованных форм стимула на пороги обнаружения движения на уровне значимости 0,01 (F (4; 375) =2,6 для исп. С. А. и F (4; 375) = 1,3 для исп. Н. Л.), что согласуется со сказанным выше о механизме СМ как единственном ограничителе приложимости общей кинематической модели.

Включение в эксперимент помимо полос различной ширины двойных тонких полос требует специального объяснения. Дело в том, что если бы влияние ширины было обнаружено, то сопоставление кривых для сплошных и для двойных полос позволило бы выделить существенные факторы, определяющие это влияние, и протестировать простейшие теоретические схемы типа вычисления кросс-корреляции между распределениями интенсивности, соответствующими последовательным положениям движущегося объекта. Разумеется, нет смысла обсуждать это подробнее.

 

1. Джафаров Э. Н., Аллик Ю. К., Линде Н. Д., Пястолов В. К. Сравнение частотно-амплитудных пороговых кривых для реального и стробоскопического движения. — Психологический журнал, 1981, т. 2, 2, с. 73—78.

2. Dzhafarov Е. N. General model for motion detection. — Paper submitted at the V International meeting of Danube countries psychologists. October 1981.

3. Dzhafarov E. N., Allik J. K. General model for absolute motion detection. Psychological Review, in press.

4. Johansson G., Backlund F., Bergstrom S. S. Shortest perceptible length of motion track as a function of stimulus velocity. — In: Contemporary research in psychology of perception, ed. Herbert Pick, p. 71—86. — Helsinki, 1969.

5. Johnson C. A., Leibowitz H. W. Velocitytime reciprocity in the perception of motion: Foveal and peripheral determinations. — Vision Res., 1976, v. 16, p. 177—180.

6. Johnson C. A., Scobey R. P. Foveal and peripheral displacement thresholds as a function of stimulus luminance, line length and duration of movement. — Vision Res., 1980, v. 20, p. 709—716.

7. Na-Kayama K., Tyler C. W. Relative motion induced between stationary lines. — Vision Res., 1978, v. 18, p. 1663—1668.

8. Scobey R. P., Johnson С A. Displacement thresholds for unidirectional and oscillatory movement. — Vision Res., 1981, v. 21, p. 1297— 1302.

9. Tyler С W., Torres J. Frequency response characteristics for sinusoidal movement in the fovea and periphery. — Perception and Psycho-physics, 1972, v. 12, p. 232—236.

 

Поступила в редакцию 14.VI.1982 г.