Узнавание – механизмы процесса узнавания

Содержание

Взгляд подобен электронному лучу

В уличной сутолоке мелькнул перед глазами знакомый профиль. Мгновение — и мы окликаем товарища. Неуловимый процесс опознания свершился.

Знатоки живописи уверенно утверждают: «Это Дейнека, а это Пластов». Как же происходит этот элементарнейший, с точки зрения психики, и в то же время очень сложный, подсознательно протекающий процесс узнавания?

Пластов Аркадий Александрович (1893 — 1972)

Процесс узнавания

Кадр хроники на экране телевизора, фотография знакомого лица, неуклюжие люди на детском рисунке — любой объект может быть оценен с точки зрения информации, которую он несет.

Представим себе плоский экран, состоящий из мелких зерен. Если спроектировать на такой экран изображение, то оно окажется расчлененным на отдельные элементы, образующие своеобразное мозаичное панно.

Каждый из элементов «мозаики» будет наделен определенным тоном — от черного до белого. Значения яркости отдельных элементов не изменяются хаотически, а связаны друг с другом.

Зная оттенки соседних элементов, в большинстве случаев мы можем правильно предсказать оттенок элемента, который мы еще не видели. Некоторые очень редкие элементы, на которые падает граница между двумя разными по тону участками изображения, значительно отличаются по яркости от своих соседей.

Эти элементы образуют контурные линии, и именно с ними связана наибольшая часть информации. В этом легко убедиться, если вспомнить, что, хотя контурный набросок человеческого лица или фигуры дает далеко не полное представление об оригинале, мы тем не менее безошибочно узнаем по этому рисунку знакомого.

Наличие связей между элементами изображения определяет избыточность изображения, необязательность большого количества элементов, имеющих малую информационную ценность.

Если бы зрительный анализатор человека был подобен телевизионной системе, не извлекающей информации из изображения, а лишь переносящей изображение из одного места в другое, то все многообразие впечатлений окружающего мира быстро переполнило бы отделы нашего мозга.

Действительно, зрительный нерв имеет около 1 млн. волокон. С сетчатки глаза по этим «каналам связи» за 0,1 сек. может поступить в наш мозг примерно такое же количество сведений об элементах изображения.

То есть уже за несколько минут эта цифра .возрастет до десятка миллиардов и превысит общее число нейронов в коре больших полушарий головного мозга.

Таким образом, емкость всего мозга, а не только его зрительных отделов будет израсходована в течение нескольких минут.

Выделить главное в изображении, устранить избыточность изображения можно как путем кодирования, так и исключением сигналов от многократно повторяющейся «статической» информации.

Свойство сетчатки реагировать не на постоянный световой поток, а на его изменения позволяет видеть меняющиеся по яркости или движущиеся детали изображения. Почему же человек в отличии, скажем, от лягушки видит неподвижные, не меняющиеся по яркости предметы?

Оказывается, ему в этом помогают постоянные скачкообразные перемещения глаза.

Глаз совершает в среднем около 3 — 5 небольших скачков в секунду, даже если мы постараемся остановить взгляд на каком-нибудь предмете. Кроме скачков, глаз совершает и некоторые другие движения, но, по-видимому, их роль значительно меньше. Движения глаза участвуют в процессе выделения контуров изображений.

Существуют и другие, более сложные механизмы, с помощью которых контуры не только выделяются, но и подчеркиваются. Все эти механизмы, вероятно, частично дублируют, а частично дополняют друг друга.

Механизм узнавания

Так движется глаз при свободном рассматривании скульптуры египетской царицы Нефертити, жившей в XV—XIV веках до н. э. (рис. 1).

Рис.1

На рис. 2 красными линиями показано, как движется глаз, когда мы хотим по картине И. Е. Репина «Не ждали» определить возраст персонажей, а синими — когда хотим оценить материальное положение семьи.

Рис.2

На рис. 3 — схема строения сетчатки глаза, увеличенная примерно в 600 раз. По мере продвижения от светочувствительных элементов сетчатки (палочек и колбочек) к зрительным отделам головного мозга число нервных волокон уменьшается.

Рис.3

Это наглядно свидетельствует о преобразовании информации — укрупнении элементов зрительных образов. Упавшее на сетчатку изображение неподвижного предмета делит ее на освещенные и затемненные участки.

При треморе граница между темным и светлым перемещается. Освещенность элементов сетчатки, лежащих в зоне перемещения контурной линии, меняется. Именно с этих участков подаются сигналы в мозг. Вне этой зоны освещенность не изменяется, и сигналы будут отсутствовать.

Выделение контуров происходит по всем направлениям, так как тремор имеет вертикальную, горизонтальную и даже вращательную компоненты.

Если спросить вас, что показано на рис. 4,

Рис.4

то ответ, по-видимому, будет таким:

«Это изображения кошек». Почему мы узнали эти изображения? По усам?

Нет, некоторые кошки, изображенные здесь, усов не имеют. По ушам, по мягким, круглым линиям, по хвосту? Скорее всего по совокупности этих признаков, из которых наше сознание сформировало абстрактный зрительный образ кошки.

На рис. 5 показана укрепленная на глазном яблоке присоска с зеркальцем, с помощью которого записываются движения глаза.

Рис.5

Предмет присоска, осветитель и зеркальце.

Глаз выбирает главное

Из многообразного и сложного мира, окружающего нас, в наше сознание перекинуты сравнительно узкие «мостики» — тоненькие ниточки нервных волокон.

Переправить скопление несчетного числа впечатлений по этим путям ограниченного объема — чрезвычайно сложная задача. К ее оптимальному выполнению привлечен комплекс движений различных мышц.

Большой интерес представляют движения глаз, связанные с рассматриванием различных предметов внешнего мира. При этом резкие скачки глазных яблок чередуются с остановками, во время которых и происходит рассматривание отдельных деталей предмета.

Изучение распределения точек фиксации показало, что с передачей обширной информации по каналам ограниченного объема в возможно более короткий срок зрение справляется со сноровкой опытного командира, переправляющего под обстрелом большое подразделение через узкий мост.

Вначале проходит все самое ценное и существенное. Второстепенное можно оставить «на потом» или вовсе не брать.

Таким образом, зрительная система не просто переносит в наш мозг сведения о распределении яркости на отдельных участках предмета, а уже с самого начала, когда изображение только попадает на сетчатку, выявляет характерные элементы изображения, не реагируя на те его участки, которые мало служат целям передачи информации об увиденном.

По мере продвижения в глубь сетчатки происходит объединение элементов в группы. Они укрупняются и усложняются с приближением к зрительным отделам головного мозга. Здесь группы составляют уже зрительные образы.

Существует предположение, что механизмы опознания элементов образов наследственны. Например, у кошки обнаружены некоторые клетки, реагирующие на направление движения объектов. Эти клетки возбуждаются, когда предмет движется слева направо, но не справа налево, другие наоборот.

На помощь приходит компьютер

Сама операция узнавания, происходящая в нашем мозгу, идет подсознательно, ускользая от нашего понимания. Поэтому на нашу долю оставалось только строить гипотезы и искать их подтверждение в психологии и физиологии. Теперь правдоподобие гипотез можно проверить на электронно-вычислительных мощностях.

Если гипотеза верна, то в компьютер, в которую заложена программа, должен уметь узнавать предметы. Правда, это еще не значит, что человек узнает точно так же. Ведь самолет и ракета летают отнюдь не потому, что в них скопирован принцип полета птиц.

Основную роль играет обучение, накопленный опыт. Мы узнаем людей, отличаем кошку от собаки независимо от того, под каким ракурсом и при каком освещении их видим. Следовательно, в нашей памяти есть нечто, не зависящее от условий наблюдения.

Это «нечто» и есть так называемое абстрактное понятие о классе предметов, их зрительный образ. Как же возникает абстрактный зрительный образ?

Зрительный образ

Он формируется в нашем сознании опытом. Мы с детства наблюдаем предметы под различными ракурсами и выделяем те признаки, которые остаются постоянными, не зависят от условий наблюдения. Из них наше сознание и формирует зрительный образ для данного класса предметов.

Для узнавания достаточно сравнить признаки изображения конкретного предмета с этими эталонными признаками. Набор этих признаков и составит зрительный образ.

Взгляд подобен электронному лучу

Одним из самых чудесных чувств, которыми обладает человек, является зрение. С помощью наших глаз мы видим спокойную и гордую красоту лесов, рек и горных вершин и яростную пляску бушующего моря.

Мы замечаем птиц в стремительном полете и мгновенный разряд молнии. Зрение помогает нам постигать все накопленное тысячелетиями богатство человеческих знаний и перестраивать мир.

С помощью зрения мы изучили даже само зрение, проникли в тайны работы человеческих глаз. Но до конца ли эти тайны раскрыты? Не поворачивая головы, мы можем следить за всем, что попадает в широкое поле зрения глаз. Но как в это время движутся глаза, следуя за предметом наблюдения?

Внешне их движение кажется очень простым. Как будто не стоит даже уделять этому вопросу внимания.

Но, оказывается, знать тончайшие особенности движения глаз чрезвычайно важно для медицины, усовершенствования кино и телевидения, при конструировании приборов и сложных станков, при размещении приборов в самолетах, особенно скоростных, и даже при установке светофоров и других дорожных знаков.

Бывает так, что незнание одной из особенностей глаз может быть гибельным для многих людей, особенно в наш век высоких скоростей. Поэтому очень важно раскрыть и секреты движения глазного яблока в его орбите.

Если человек смотрит на предмет, находящийся прямо перед ним, глаза могут быть почти неподвижны либо двигаться оба одновременно, короткими, почти незаметными «скачками».

Слева на рисунке показаны геометрические фигуры и линии, по которым скользил глаз. Справа — запись движения глаза.

Удалось подсчитать, что 97% времени своей работы глаза практически неподвижны и лишь 3% уходит на «скачки». Однако в среднем глаз каждую минуту 120 раз меняет точки, на которых останавливается взгляд.

Продолжительность «скачков» глаза очень мала. Например, при «скачке» на угол в 1° продолжительность перемещения взгляда равна 0,02 сек., а при «скачке» на 20° — не больше 0,07 сек.

Любопытно, что у всех людей продолжительность «скачков» для одних и тех же углов одинакова. Она не зависит от желания наблюдателя совершать «скачки» взгляда быстрей или медленней. Продолжительность «скачка» у любого человека зависит только от величины угла, на который отклоняется взгляд.

При попытке плавно обвести глазами какой-либо неподвижный предмет человеку кажется, что глаза его движутся равномерно и непрерывно.

В действительности движение взгляда происходит скачкообразно, хотя величина скачков очень мала и не ощущается человеком.

Если с чрезвычайно большой точностью изучить неподвижное положение смотрящего глаза в промежутке между двумя «скачками», то окажется, что и в этом случае глаз не остается неподвижным.

Изображение неподвижной точки все время перемещается по сетчатке глаза на ничтожные расстояния в среднем со скоростью шести угловых минут в одну секунду.

Кроме того, глаза человека совершают еще непроизвольные колебания, вызванные дрожанием глазных мышц. Под действием этих колебаний ось глаза описывает конусы. Каждый такой оборот продолжается около 0,012 сек.

Если объекты нашего наблюдения расположены на разных расстояниях от наблюдателя, то при этом движения глаз становятся более сложными. Происходит сведение и разведение зрительных осей, что необходимо для восприятия пространственных отношений предметов.

Время смены точек остановки взгляда значительно увеличивается, и на его долю в процессе зрения приходится уже значительно больше 3% всего времени.

Исследования показали, что если бы наши глаза остановились, то уже через несколько секунд изображение исчезло бы. Это происходит потому, что прекратились бы нервные импульсы, идущие от сетчатки в мозг, которые возникают лишь при постоянной смене освещения отдельных элементов в сетчатке.

Современная техника помогает изучать самые сокровенные тайны зрения, и одну из этих тайн раскрыл прибор, изображенный.

На рисунках цветной вкладке помещены репродукция картины художника Шишкина и даны записи движения глаза.