101

 

ДИНАМИКА ВЕЛИЧИНЫ ПОЛЯ ЗРЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

 

В. И. КАПРАН

 

Исследования фрагментации стабилизированного стимула показали, что в связи с особенностями стоящих перед субъектом задач, структуры предъявляемого материала видимые части изображений существенно различаются между собой [3], [4], [6]. Стабилизированное изображение пульсирует. Эта пульсация, как установлено, связана с работой функциональной фовеа [2]. Термин «функциональная фовеа» был предложен для обозначения механизма компенсирующего восприятия участков стабилизированного изображения за пределами анатомической фовеа [11]. Предполагается, что посредством викарных перцептивных действий, осуществляющихся посредством малоамплитудных скачков глаза и дрейфа, отдельные участки стабилизированного изображения становятся центром внимания наблюдателя и выделяются из всего изображения. Физиологическим механизмом переключения внимания является избирательное изменение чувствительности отдельных участков сетчатки. Эта гипотеза обосновывается изменением порогов чувствительности как на уровне нейрона, так и на уровне восприятия стимулов в период саккады [5], [9], [10], [11], [13]. Однако остается неясной особенность работы функциональной фовеа, провоцируемой викарными перцептивными действиями. Полем восприятия функциональной фовеа будем называть участок поля зрения, в котором в те или иные моменты времени возможно отчетливое и осознанное восприятие. Целью настоящей работы является определение величины этого поля восприятия. Размер поля, воспринимаемого с помощью функциональной фовеа, можно оценивать по величине проявляющихся в различные моменты времени фрагментов стабилизированного изображения.

Фактически задача настоящего исследования состоит из двух подзадач: во-первых, разработки экспериментальной методики для определения размера фрагментов; во-вторых, исследования

 

102

 

зависимости величины фрагментов от неоднородности структуры и чувствительности сетчатки глаза в пределах фовеальной зоны и на периферии, от типа задачи, стоящей перед наблюдателем, и структурных особенностей тест-объекта.

Решение этих задач заключалось в разработке специальной методики, обеспечивающей оценку величины фрагментов и моделирующей процесс решения таких познавательных задач, как опознание, идентификация и рассматривание изображений. При этом в условиях стабилизации должна быть обеспечена возможность предъявления различных по величине и сложности стимулов.

 

МЕТОДИКА

 

Трудность решения первой подзадачи связана со сложностью измерения величины фрагментов. Совмещение метрической шкалы и стабилизированного изображения в одной плоскости не ведет к желаемому результату, так как шкала подвергается фрагментации одновременно с изображением. Кроме того, как показали проведенные ранее исследования [2], [12], величина фрагментов не является постоянной. Поэтому в специальной подготовительной серии испытуемые обучались определять размер стабилизированных изображений. Для этого им предъявлялись калиброванные стабилизированные изображения отрезков прямых линий и дуг с указанием их размера. Кроме того, испытуемый имел возможность сравнивать размер видимого в данный момент фрагмента с набором калиброванных тест-объектов, нарисованных на специальной карточке, которая помещалась в 30 см перед свободным от присоски глазом. Задача испытуемых облегчалась еще тем, что они оценивали и запоминали размер только минимального и максимального фрагментов. В основной серии после эксперимента испытуемые рисовали форму и указывали размер самого малого и самого большого фрагментов. Экспериментатор по известным. угловым размерам всего тестового изображения и с помощью указанной выше карточки уточнял величину фрагментов.

Для решения второй подзадачи было разработано специальное устройство, включающее приспособление стабилизации и накопитель энергии. Стабилизация достигается присоской, прототип которой предложен А.Л. Ярбусом [7]. Для улучшения фиксации на глазном яблоке конструкция присоски изменена. С целью исключения засвета глаза через склеру, что может повлиять на процесс фрагментации [8], источник света помещен в тубус присоски. Четкость изображения достигается перемещением тубуса относительно линзы. В качестве тест-объектов применяются контурные черно-белые изображения, помещенные в кассету. Устройство позволяет предъявлять различные по величине и сложности тест-объекты.

Исследование поля функциональной фовеа в задачах опознавания изображений, их идентификации по заранее заданным признакам производилось в условиях подпорогового накопления энергии стимула. На основании проведенного ранее, исследования времени адаптации зрительной системы при изменении уровня яркости стимула и размеров тест-объекта был определен оптимальный режим предъявления изображений. Накопитель энергии медленно повышал яркость изображения от 0 до 75 кд/м². Соблюдался режим, при котором время адаптации зрительной системы меньше времени набора яркости. При этом стимул с яркостью, в несколько раз превышающей пороговую, субъективно воспринимался как «пустое» поле серого цвета. Метод подпорогового накопления энергии позволил процесс формирования образа объекта «растянуть» до нескольких десятков секунд. Внешне фрагментация после периода подпорогового повышения яркости напоминает процесс «вычерпывания» элементов изображения. Испытуемые фрагментами как бы вычерпывают из стабилизированного изображения отдельные структурные элементы и формируют образ. В задачах опознания и идентификации изображения предложенный метод позволил замедлить процесс фрагментации, что создало благоприятные условия для точной оценки величины отдельных структурных элементов изображения (фрагментов).

В качестве тест-объектов предъявлялись геометрические фигуры, монограммы из букв, отдельные буквы и цифры. Угловые размеры видимого поля присоски 30x30°, тест-объектов 24x12°, 12x6°, 4x2° для букв и цифр и 24x24°, 12x12°, 2x2° для геометрических фигур и монограмм. Опыты проводились в затемненном помещении при достаточно высоком уровне звукоизоляции, так как существует мнение, что посторонние звуки могут влиять на процесс фрагментации [4].

В опытах принимали участие шесть испытуемых в возрасте от 20 до 35 лет. Все они ранее участвовали в опытах с присосками и в подготовительных экспериментах оценки угловых размеров стабилизированного изображения и величины фрагментов.

Одновременно с предъявлением стабилизированного изображения с помощью электромагнитного датчика регистрировалась двигательная активность глаз. Регистрация движений глаз служит для контроля за выполнением инструкции — удержания взора на фиксационном стимуле в период нарастания яркости. Невыполнение этого условия ведет к появлению небольших, с амплитудой от 0,5 до 4°, скачков глаза и дрейфа. Они, как было показано в проведенных ранее экспериментах [2], вызывают процесс фрагментации. В этом случае процесс решения начнется еще на этапе увеличения, яркости.

Кроме того, полученные в опытах данные о глазодвигательной активности в процессе решения задач использовались для анализа работы механизма функциональной фовеа. Предварительная калибровка движений глаз давала экспериментатору возможность контроля за осуществлением сплава присоски в случае удара о веки.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

 

Оценка величины поля функциональной фовеа осуществлялась по видимой величине фрагментов. В задачах опознания геометрических фигур, контуры которых включают дуги (круг, эллипс и др.), минимальная величина фрагментов 0;25° при угловых размерах фигур 12x12° (таблица). Для угловатых фигур (квадрат, треугольник,

 

103

 

Таблица

 

ВЕЛИЧИНА ПОЛЯ ВОСПРИЯТИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ФОВЕА ДЛЯ РАЗНЫХ ТИПОВ ЗАДАЧ, РАЗМЕРА И СТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ

ТЕСТ-ОБЪЕКТА*

 

 

куб) минимальная величина фрагментов равна 1,5°, а для букв и цифр примерно 2°. Но если из букв, например Н и В, составлена монограмма, минимальней размер фрагментов 0,25°. Максимальный размер фрагментов 12°. В этих случаях фрагмент равен величине фигуры, причем в начале процесса опознания наблюдается неструктурированное размытое пятно, размер которого равен тест-объекту. Минимальные по величине фрагменты появляются после исчезновения неструктурированного фрагмента. Затем в процессе опознания величина фрагментов увеличивается и может достигать размеров изображения.

В задачах идентификации минимальная величина фрагментов составляет примерно 2° для округлых геометрических фигур и монограмм и 3° для угловых геометрических фигур, букв и цифр. Максимальный размер фрагментов при тех же размерах тест-объектов равен 12°. Величина неструктурированных фрагментов в начале решения задач несколько меньше, чем в задачах опознания. Максимальная величина фрагментов наблюдается в конце процесса решения.

При рассмотрении ранее опознанных изображений минимальный размер фрагментов равен 2,5° для монограмм, 3° для округлых геометрических фигур, 3,5° для угловатых, 4° для букв и цифр. Максимальный их размер 12°.

Если в первых двух типах задач величина фрагментов непрерывно увеличивается в процессе решения, то в задачах третьего типа мелкие фрагменты чередуются с крупными и не обязательно, как в предыдущих задачах, появляются в начале процесса решения.

Ранее при исследовании суммарного времени фрагментации стабилизированных фигур отмечалось, что оно зависит от их размера [4]. В связи с этим нам кажется естественным интерес к исследованию размера поля функциональной фовеа различных по величине объектов.

С уменьшением видимых размеров геометрических фигур и монограмм до 2x2°, а букв и цифр до 2x1° минимальные размеры фрагментов изменяются незначительно. В задачах опознания минимальная величина фрагментов, равная 0,25°, сохраняется для округлых геометрических фигур и монограмм. Фрагменты величиной 1° устанавливаются для угловатых геометрических фигур, букв и цифр.

Увеличение тест-объектов до 24° ведет к значительному изменению величины фрагментов в сравнении с 2° и 12° изображений. В задачах опознания до 1,5° увеличивается минимальная величина фрагментов округлых геометрических фигур и до 2—2,5° всех остальных. При идентификации изображений размеры фрагментов в сравнении с задачей опознания увеличиваются до 2,5—3,5°. Еще более крупными фрагментами осуществляется процесс рассматривания. Их минимальная величина для всех тест-объектов равна 4—5°. При этом выяснилось, что максимальная величина фрагментов никогда не достигает

 

104

 

 

Рис. 1. Стабилизированные стимулы после периода подпорогового повышения яркости появляются частями, как показано на этом рисунке

 

размеров всего объекта и ограничивается зоной в 17°.

Анализ приведенных в табл. 1 данных свидетельствует о динамическом характере поля восприятия функциональной фовеа. Поле минимально в задачах опознания, увеличивается при идентификации и рассматривании тест-объектов меньше при опознании округлых фигур и монограмм, больше для угловатых фигур, букв и цифр. Минимальные размеры поля функциональной фовеа изменяются в сторону увеличения с увеличением размера тест-объекта всех типов задач.

Размер поля восприятия имеет и верхний предел. Ограничение максимальной величины фрагментов наблюдается во всех типах задач при работе с большими изображениями (12x24° и 24x24 °). Верхний предел поля функциональной фовеа составляет примерно 17° в диаметре и не зависит от пространственных особенностей контура изображения.

Определив минимальные и максимальные размеры фрагментов, наблюдатель часто затрудняется оценить их промежуточные значения, так как фрагменты появляются одновременно в различных участках пустого поля. Эту особенность процесса фрагментации отмечал еще Притчард [6], [12]. Отрезки параллельных прямых, противолежащие углы или их стороны, отдельные элементы геометрических фигур и букв могут появляться и исчезать как одно целое (см. рисунок позиция 1—1, 1—2, 2—4, 4—1, 4—4). В фигурах типа куба Неккера такими элементами являются не только параллельные прямые (3—3, 3—4), но и параллельные плоскости (3—1). Мелкие и крупные фрагменты видны одновременно в различных участках поля зрения (2—2, 2—4, 3—2, 4—1, 4—2, 4—3). При этом соединяющие их структурные элементы часто отсутствуют и входят в состав других фрагментов (2—4, 3—3, 4—2).

Приведенные параметры позволяют подойти к объявлению механизма функциональной фовеа с неожиданной стороны — предположить возможность одновременного включения нескольких пространственно разделенных участков сетчатки, т. е. существование нескольких функциональных фовеа.

Анализ размера зоны, в которой осуществляются небольшие, с амплитудой до 4°, скачки, и дрейф глаза свидетельствуют о ее динамическом характере (см. таблицу). Размер зоны зависит как от величины тест-объекта, так и от типа задачи.

 

1. Зинченко В. П., Вергилес Н. Ю. Формирование зрительного образа.— М., 1969, с. 35—38.

2. Капран В. И. Явление фрагментации и движения глаз. — Вестник Моск. ун-та, 1980, № 3, с. 41—50.

3. Капран В. И. Фрагментация стабилизированного образа как средство изучения микрогенеза восприятия. — В кн.: Исследование функциональной структуры исполнительной деятельности. М., 1980. Труды ВНИИТЭ. Эргономика, вып. 19, с. 122—133.

4. Левенберг З. Структурная информация зрительных фигур. — В кн.: Зрительные образы: феноменология и эксперимент. Ч. II. Душанбе, 1973, с. 172—278, 231—232.

5. Назаров А. И., Гордеева Н. Д., Романюта В. Г. Эфферентные регуляции в зрительном восприятии.— В кн.: Исследование перцептивной и мнемической деятельности. М., 1972. Труды ВНИИТЭ. Эргономика, вып. 3, с. 110—130.

6. Притчард Р. Стабилизированные изображения на сетчатке. — В кн.: Восприятие. М., 1974, с. 194—203.

7. Ярбус А. Л. Роль движений глаз в процессе зрения. — М., 1965, с. 25—27.

8. Evans С. R. Some studies of pattern perception using a stabilized retinal image.— Brit. J. Phychol., 1965, v. 56, N 2—3, p. 121—133.

9. Harlay F., Pellet J., Tardy M. F., Dubrocard S. Activite unitairi corticocerebelleuse et mouvements oculaires; modifications associees aux saccades du sommeil et la viele. — Physiol. and Behav., 1974, v. 12, N 6, p. 939—949.

10. Mateeff St. Perception of direction of brief visual stimulus during voluntary saccadic eye movements. — Activ. Nerv. Super., 1973, v. 15, N 1, p. 48—49.

11. Noonan B. D., Vilkus R. J., Chatrien G. E., Lettich E. The influence of direction of gaze on the human electroretionogram recorded from periorbital electrodes: A study unitizing a summating technique. — Electroencephalogr. and Clin. Neurophysiol., 1973, v. 35, N 5, p. 495—502.

12. Pritchard R. M., Heron W., Hebb D. O. Visual perception approached through the method of stabilized image. — Canad. J. Psychol, 1960, v. 14, p. 67—77.

13. Zuber B. L., Stark L. Saccadic suppression: Elevation of visual threshold associated with saccadic eye movements. — Exp., 1966, v. 16, N 1, p. 65—79.

 

Поступила в редакцию 18.VI 1982 г.