Восприятие формы и его механизмы

В настоящее время принято выделять в про­цессе распознавания объектов несколько эта­пов, одни из которых предварительные, дру­гие — завершающие. На предварительных этапах перцептивная система использует информацию с сетчатки глаза и описывает объект на языке элементарных составляющих, таких как линии, края и углы. На завершающих этапах система сравнивает это описание с описаниями форм разного рода объектов, хранящихся в зритель­ной памяти, и выбирает наилучшее ему соответ­ствие. Причем при распознавании большая часть обработки информации как на предваритель­ных, так и на завершающих этапах распознава­ния недоступна сознанию.

Рассмотрим предва­рительные этапы, на которых составляется опи­сание формы объекта.

Многое из того,что на сегодня известно обэлементарных признаках объекта восприятия, было получено в биологических экспериментах над животными с применением регистрации ак­тивности отдельных клеток зрительной коры. В этих исследованиях изучалась чувствитель­ность специфических нейронов коры во время предъявления различных стимулов на те участки сетчатки глаза, которые связаны с этими нейронами; такой участок сетчатки принято называть рецептивным полем кортикального нейрона.

Первые исследования с регистрацией актив­ности отдельных клеток зрительной коры были проведены Хьюбелем и Визелем в 1968 г. Они выделили в зрительной коре три типа клеток, различающихся по признакам, на которые они реагируют. Простые клетки реагируют, когда глазу предъявляют стимул в виде линии (тонкой полоски или прямой грани между темным и светлым участками), имеющей определенную ориентацию и положение в рецептивном поле. Другие простые клетки настроены на другие ориентации и положения. Сложные клетки тоже реагируют на полос­ку или край определенной ориентации, но для них не обязательно, чтобы стимул находился в определенном месте рецептивного поля. Они реагируют на стимул, находящийся в любом месте их рецептивного поля, и реагируют не­прерывно, пока стимул перемещается по их ре­цептивному полю. Сверхсложные клетки реагируют на стимул не только определенной ориентации, но и опре­деленной длины. Если длина стимула выходит за пределы оптимальной, реакция ослабляется и может совсем прекратиться. Позднее были об­наружены клетки, реагирующие на другие фор­мы стимулов, помимо полосок и краев. Напри­мер, были обнаружены сверхсложные клетки, реагирующие на углы и кривые линии опреде­ленной длины.

Все вышеописанные типы клеток называют­ся детекторами признаков. Поскольку края, по­лоски, углы и изломы, на которые реагируют эти детекторы, могут использоваться для ап­проксимации множества форм, есть основание рассматривать детекторы признаков как кирпи­чики, из которых строится воспринимаемая форма.

Однако получаемая детекторами информа­ция в дальнейшем проходит сложную систему. В настоящее время нет единой точ­ки зрения на то, как это происходит. Одна из гипотез основывается на предположении о том, что данные клетки образуют целые сети. Каж­дый элемент этой сети отражает какую-то опре­деленную характеристику воспринимаемого объекта (линию, кривую, угол и т. д.). В ре­зультате возникает целостный образ объекта. Вместе с тем имеющиеся экспериментальные данные позволяют говорить о том, что форма естественных объектов (например, лицо человека) состоит из более сложных признаков, чем линии и кривые, и скорее напоминает простые геометрические фигуры. Эти признаки таковы, что их комбинация позволяет создать форму любого узнаваемого объекта

Одно из предположений заключалось в том, что в состав признаков объектов входят неко­торые геометрические фигуры, такие как ци­линдры, конусы, параллелепипеды и клинья. Такие признаки можно назвать геонами (неологизм от «геометрические ионы»). Это предположение было высказано Бидерманом в 1987 г. Он считает, что набора из 36 геонов в сочетании с небольшим набором пространственных отношений будет достаточно для описания формы всех объектов, которые человек способен опознать. Заметьте, что всего из двух геонов можно составить 36 х 36 различных объектов (сформировать объект можно из любых двух геонов, а из трех геонов — 36 х 36 х 36 объек­тов. Эти числа дают в сумме уже около 30 000, а еще надо учесть возможные объекты из четырех и более геонов. Кроме того, геоны, показанные на рис. 1, различаются только своими простейшими признаками. Например, геон 2 (куб) отличается от геона 3 (цилиндра) тем, что у куба прямые края, а у цилиндра — изогнутые; прямые и изогнутые линии являются простыми признаками.

То, что геоны являются опознавательными признаками объектов, подтвердилось в экспериментах, в которых испытуемым предлагали распознать нарисованные объекты, предъявля­емые на короткое время. Общий результат был таков, что объект распознается настолько хорошо, насколько хорошо воспринимаются его геоны.

Имеется значительно больше информации о принципах осуществления процесса распо­знавания. В частности, известно, что распознавание естественных объектов осуществляется по принципу «сверху-вниз», а также известно, что контекст, в котором мы воспринимаем объект, существенно влияет на характер его распознания. Почему это происходит именно так?

Дело в том, что в восприятии есть принципиальное различие между процессами обработки, протекающими «снизу—вверх» или «сверху-вниз». Процессы «снизу-вверх» управляются только входными сигналами, а процессы «сверху—вниз»— знаниямии ожиданиями человека. Например, когда на основе только геонного описания объекта последний узнается как лампа, то здесь участвуют только процессы «снизу—вверх»; все начинается с появления на входе простых признаков этого объекта, далее определяется геонная конфигурация входных данных, и затем это описание сравнивается с хранящимися в памяти описаниями форм. Наоборот, если мы узнаем в некотором объекте лампу отчасти потому, что она находится на ночном столике рядом с кроватью, то в этом участвуют процессы «сверху—вниз»; здесь привлекается не только та информация, которая поступила на сенсорный вход, но и контекст, в котором воспринимается тот или иной объект.

Именно принцип обработки «сверху—вниз обусловливает сильное влияние контекста на наше восприятие предметов и людей.