В соответствии с ним, восприятие - это ный она-
"высокоуровневая" обработка информации, которой предшествует этап лиз
идентификации входных стимулов по их более простым деталям. Так,
прежде чем произойдет оценка информации зрительного паттерна "в полном
объеме", осуществляется минимальный анализ его составных частей. На
элементарном визуальном уровне слово - например, слово ARROW
(стрела) - не переводится непосредственно в свою понятийную или
мысленную репрезентацию в нашей памяти (например, "заостренное древко
для стрельбы из лука" или знак "- "). Оно не читается как "arrow", и
его отдельные буквы не воспринимаются как A-R-R-0-W, а вместо этого
обнаруживаются и анализируются детали или компоненты каждой буквы..
Так, буква "А" может быть разложена на две наклонные линии (/ \) и
Распознавание паттернов
87
Рис. 3.5. Уста-
новка для наблю-
дения за нервной
активностью, вы-
зываемой просты-
ми зрительными
стимулами.
одну горизонталь (--), острый угол (Л.), перевернутую емкость (/--\)
и т.д. Если процесс опознания основан на анализе деталей и это найдет
свое подтверждение, то выходит, что ранние этапы обработки информации
более сложны, чем мы предполагали вначале.4
В двух исследовательских направлениях - неврологическом и бихеви-
ористском - были получены данные в пользу гипотезы о подетальном
анализе. Мы сосредоточимся на втором из них, но сначала обратимся к
экспериментам Хьюбеля и Визеля (Hubel and Wiesel, 1959, 1963; Wiesel,
1963), из которых прямо видно, какой тип информации кодируется в зри-
тельной коре мозга. Эти ученые вживляли микроэлектроды в зрительную
кору кошки и обезьяны, находившихся в состоянии легкого наркоза, а
потом изучали нервную активность, возникавшую в результате проекции
простых световых паттернов на экран непосредственно перед глазами жи-
вотного (Рис.3.5).
Регистрируя возбуждение отдельных нервных клеток и усиливая воз-
никающие в них электрические импульсы, они обнаружили, что некото-
рые клетки реагируют только на горизонтальные фигуры, а некоторые -
Чтобы оценить сложность сенсорного, перцептивного и моторного аппара-
тов, обслуживающих "простое" восприятие и ответные реакции, представьте
себе, сколько всего требуется, чтобы отбить ракеткой на лету теннисный мяч.
За долю секунды мы способны оценить его форму, размер, скорость, цвет,
траекторию, вращение и предсказать его положение. Наш мозг должен пере-
вести всю эту информацию (записанную только в двумерном виде на сетчат-
ке) в моторную реакцию, которая в случае успеха позволит нам отразить мяч.
Помимо того, что все это происходит практически мгновенно, значительная
часть информации постоянно меняется (например, относительная величина
мяча, его скорость и траектория).
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
88
с \
W
\
Рис. 3.6. Реакции
клеток зрительной
коры кошки на сти-
муляцию глаза
светлой полосой.
Фрагменты А-Е по-
казывают ориента-
цию светлой поло-
сы (вытянутый пря-
моугольник сплош-
ными линиями/ от-
носительно оси
рецептивного поля
(штриховые пимии].
На фрагменте Е
полоса была ори-
ентирована так
же, как на А и В,
но быстро двига-
лась из стороны в
сторону. Взято из:
Hubel and Wiesel
(1963J.
только на вертикальные. В других экспериментах они обнаружили, что
некоторые клетки чувствительны к краям зрительного стимула, некото-
рые - к линиям, а некоторые - к правым углам. На Рис.3.6 показано,
как усиленная мозговая активность клеток коры у очень молодого (и соот-
ветственно зрительно неопытного) котенка связана с конкретной ориента-
цией освещенной полосы (А-Е), предъявлявшейся на экране в поле зрения
животного. Горизонтальными отрезками над каждой записью активности
обозначены периоды, когда стимул был виден. Хьюбель пришел к выводу,
что формирование этих кортикальных кодов воспринимаемых фигур явля-
ется врожденным и специфичным для каждой клетки:
"Теперь становится понятным значение огромного числа клеток
в зрительной коре. Видимо, каждая клетка имеет свое особое
назначение: она отвечает за одну ограниченную зону сетчатки,
реагируя лучше всего на одну конкретную форму стимула и на
одну конкретную ориентацию. Если посмотреть на эту проблему
с противоположной стороны, то для каждого стимула - каждой
зоны сетчатки, на которую воздействует стимул, каждого типа
линии (край, полоса или отрезок) и каждой ориентации стиму-
ла - существует определенный набор простых кортикальных
клеток, которые на них реагируют: всякое изменение
расположения стимула вызывает ответную реакцию новой группы
клеток. Количество клеточных групп, последовательно
реагирующих по мере того как глаз следит за медленно
вращающимся пропеллером, трудно вообразить" (Hubel, 1963).
Распознавание паттернов
89
Следовательно, сложный и громоздкий механизм разложения паттерна на
простые детали - не только возможность, имеющая отношение к невро-
логии, но действительно неврологическая необходимость, т.е. подеталь-
ный анализ может оказаться таким этапом, через который информация
должна пройти, прежде чем анализ паттерна сможет начаться на высшем
уровне.
Движения глаз и восприятие паттерна. Непосредственное от-
ношение к подетальному анализу имеют наблюдения за движениями глаз
и зрительными фиксациями. Можно предположить, что если вы относи-
тельно долго смотрите на некоторую деталь паттерна, то вы извлекаете из
нее больше информации, чем при мимолетном взгляде. Этим подходом
заинтересовались Макворт и Ярбус (Mackworth, 1965; Yarbus, 1967). Ре-
зультаты экспериментов с фиксацией, проведенных русским психологом5
Ярбусом, показаны на Рис.3.7. Ярбус предположил, что чем больше ин-
формации содержит некоторая деталь (например, глаза, уши или рот ре-
бенка на указанной иллюстрации), тем дольше на ней фиксируется взгляд.
Он также заключил, что распределение точек фиксации зависит от целей
наблюдателя. В одной серии экспериментов испытуемых просили при раз-
глядывании сложного изображения сделать некоторые оценки (оценить,
например, каковы материальные условия членов семьи, сколько им лет).
При этом взгляд останавливается на тех деталях, которые наиболее важ-
ны для целей испытуемого. Таким образом, восприятие деталей сложного
паттерна зависит не только от физических свойств стимула, но и от рабо-
ты высокоуровневых когнитивных процессов, таких как внимание и моти-
вация.
Прототипное
сравнение
Альтернативой сравнению с эталоном и подетальному анализу как сред-
ствам распознавания паттернов является теория формирования прото-
типов. Вполне вероятно, что в ДВП хранятся не конкретные эталоны и
тем более не детальные признаки многочисленных паттернов, которые нам
приходится опознавать, а своеобразная абстракция паттернов, которая и
служит в качестве прототипа.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200
"высокоуровневая" обработка информации, которой предшествует этап лиз
идентификации входных стимулов по их более простым деталям. Так,
прежде чем произойдет оценка информации зрительного паттерна "в полном
объеме", осуществляется минимальный анализ его составных частей. На
элементарном визуальном уровне слово - например, слово ARROW
(стрела) - не переводится непосредственно в свою понятийную или
мысленную репрезентацию в нашей памяти (например, "заостренное древко
для стрельбы из лука" или знак "- "). Оно не читается как "arrow", и
его отдельные буквы не воспринимаются как A-R-R-0-W, а вместо этого
обнаруживаются и анализируются детали или компоненты каждой буквы..
Так, буква "А" может быть разложена на две наклонные линии (/ \) и
Распознавание паттернов
87
Рис. 3.5. Уста-
новка для наблю-
дения за нервной
активностью, вы-
зываемой просты-
ми зрительными
стимулами.
одну горизонталь (--), острый угол (Л.), перевернутую емкость (/--\)
и т.д. Если процесс опознания основан на анализе деталей и это найдет
свое подтверждение, то выходит, что ранние этапы обработки информации
более сложны, чем мы предполагали вначале.4
В двух исследовательских направлениях - неврологическом и бихеви-
ористском - были получены данные в пользу гипотезы о подетальном
анализе. Мы сосредоточимся на втором из них, но сначала обратимся к
экспериментам Хьюбеля и Визеля (Hubel and Wiesel, 1959, 1963; Wiesel,
1963), из которых прямо видно, какой тип информации кодируется в зри-
тельной коре мозга. Эти ученые вживляли микроэлектроды в зрительную
кору кошки и обезьяны, находившихся в состоянии легкого наркоза, а
потом изучали нервную активность, возникавшую в результате проекции
простых световых паттернов на экран непосредственно перед глазами жи-
вотного (Рис.3.5).
Регистрируя возбуждение отдельных нервных клеток и усиливая воз-
никающие в них электрические импульсы, они обнаружили, что некото-
рые клетки реагируют только на горизонтальные фигуры, а некоторые -
Чтобы оценить сложность сенсорного, перцептивного и моторного аппара-
тов, обслуживающих "простое" восприятие и ответные реакции, представьте
себе, сколько всего требуется, чтобы отбить ракеткой на лету теннисный мяч.
За долю секунды мы способны оценить его форму, размер, скорость, цвет,
траекторию, вращение и предсказать его положение. Наш мозг должен пере-
вести всю эту информацию (записанную только в двумерном виде на сетчат-
ке) в моторную реакцию, которая в случае успеха позволит нам отразить мяч.
Помимо того, что все это происходит практически мгновенно, значительная
часть информации постоянно меняется (например, относительная величина
мяча, его скорость и траектория).
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
88
с \
W
\
Рис. 3.6. Реакции
клеток зрительной
коры кошки на сти-
муляцию глаза
светлой полосой.
Фрагменты А-Е по-
казывают ориента-
цию светлой поло-
сы (вытянутый пря-
моугольник сплош-
ными линиями/ от-
носительно оси
рецептивного поля
(штриховые пимии].
На фрагменте Е
полоса была ори-
ентирована так
же, как на А и В,
но быстро двига-
лась из стороны в
сторону. Взято из:
Hubel and Wiesel
(1963J.
только на вертикальные. В других экспериментах они обнаружили, что
некоторые клетки чувствительны к краям зрительного стимула, некото-
рые - к линиям, а некоторые - к правым углам. На Рис.3.6 показано,
как усиленная мозговая активность клеток коры у очень молодого (и соот-
ветственно зрительно неопытного) котенка связана с конкретной ориента-
цией освещенной полосы (А-Е), предъявлявшейся на экране в поле зрения
животного. Горизонтальными отрезками над каждой записью активности
обозначены периоды, когда стимул был виден. Хьюбель пришел к выводу,
что формирование этих кортикальных кодов воспринимаемых фигур явля-
ется врожденным и специфичным для каждой клетки:
"Теперь становится понятным значение огромного числа клеток
в зрительной коре. Видимо, каждая клетка имеет свое особое
назначение: она отвечает за одну ограниченную зону сетчатки,
реагируя лучше всего на одну конкретную форму стимула и на
одну конкретную ориентацию. Если посмотреть на эту проблему
с противоположной стороны, то для каждого стимула - каждой
зоны сетчатки, на которую воздействует стимул, каждого типа
линии (край, полоса или отрезок) и каждой ориентации стиму-
ла - существует определенный набор простых кортикальных
клеток, которые на них реагируют: всякое изменение
расположения стимула вызывает ответную реакцию новой группы
клеток. Количество клеточных групп, последовательно
реагирующих по мере того как глаз следит за медленно
вращающимся пропеллером, трудно вообразить" (Hubel, 1963).
Распознавание паттернов
89
Следовательно, сложный и громоздкий механизм разложения паттерна на
простые детали - не только возможность, имеющая отношение к невро-
логии, но действительно неврологическая необходимость, т.е. подеталь-
ный анализ может оказаться таким этапом, через который информация
должна пройти, прежде чем анализ паттерна сможет начаться на высшем
уровне.
Движения глаз и восприятие паттерна. Непосредственное от-
ношение к подетальному анализу имеют наблюдения за движениями глаз
и зрительными фиксациями. Можно предположить, что если вы относи-
тельно долго смотрите на некоторую деталь паттерна, то вы извлекаете из
нее больше информации, чем при мимолетном взгляде. Этим подходом
заинтересовались Макворт и Ярбус (Mackworth, 1965; Yarbus, 1967). Ре-
зультаты экспериментов с фиксацией, проведенных русским психологом5
Ярбусом, показаны на Рис.3.7. Ярбус предположил, что чем больше ин-
формации содержит некоторая деталь (например, глаза, уши или рот ре-
бенка на указанной иллюстрации), тем дольше на ней фиксируется взгляд.
Он также заключил, что распределение точек фиксации зависит от целей
наблюдателя. В одной серии экспериментов испытуемых просили при раз-
глядывании сложного изображения сделать некоторые оценки (оценить,
например, каковы материальные условия членов семьи, сколько им лет).
При этом взгляд останавливается на тех деталях, которые наиболее важ-
ны для целей испытуемого. Таким образом, восприятие деталей сложного
паттерна зависит не только от физических свойств стимула, но и от рабо-
ты высокоуровневых когнитивных процессов, таких как внимание и моти-
вация.
Прототипное
сравнение
Альтернативой сравнению с эталоном и подетальному анализу как сред-
ствам распознавания паттернов является теория формирования прото-
типов. Вполне вероятно, что в ДВП хранятся не конкретные эталоны и
тем более не детальные признаки многочисленных паттернов, которые нам
приходится опознавать, а своеобразная абстракция паттернов, которая и
служит в качестве прототипа.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200