[ «ЗРИТЕЛЬНЫЕ ИЛЛЮЗИИ: ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ И МОДЕЛИ ...»
Московский государственный университет
имени М.В.Ломоносова
факультет психологии
На правах рукописи
Меньшикова Галина Яковлевна
ЗРИТЕЛЬНЫЕ ИЛЛЮЗИИ:
ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ И МОДЕЛИ
19.00.02—Психофизиология
(психологические наук
и)
Диссертация на соискание ученой степени доктора психологических наук Москва – 2013
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ВОСПРИЯТИЯ
ЗРИТЕЛЬНЫХ ИЛЛЮЗИЙ§1.1 Проблема восприятия зрительных иллюзий…………..……....... §1.2 Определение феномена зрительных иллюзий………………..…. §1.3 Основные свойства зрительных иллюзий……………………….. §1.4 Представления о причинах возникновения иллюзий….…….… 1.4.1 Движения глаз……………………………………………………… 1.4.2 Оптика глаза………………………………………………………... 1.4.4 Механизмы гештальт-группировки………………………………. 1.4.5 Когнитивные механизмы………………………………………….. Выводы………………………………………………………………….… ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗРИТЕЛЬНЫХ ИЛЛЮЗИЙ…………... §2.1 Проблема классификации зрительных иллюзий………………. §2.2 Классификация по воспринимаемому параметру…..…..…….... §2.3 Классификация по механизмам возникновения иллюзии……. §2.4 Обобщенная классификация……………………………………… §2.5 Классификация по условиям наблюдения………………………. §2.6 Классификация по зрительным признакам о возможных перемещениях наблюдателя…………
Выводы…………………………………………………………………......
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ
ЗРИТЕЛЬНЫХ ИЛЛЮЗИЙ………………………………………………….. §3.1 Функционализм………………………………………..……..…...… §3.2 Конструктивизм…………………………………………………….. §3.3 Трансакционизм………………………………………………..…… §3.4 Гештальт-подход……………………………………………………. §3.5 Когнитивный подход……………………………………………….. §3.6 Экологический подход………………………………….………….. §3.7 Нейрофизиологический подход……………………………….…. §3.8 Информационный подход……………………………………...…. Выводы…………………………..…………………………………….….ГЛАВА 4. МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ЗРИТЕЛЬНЫХ
ИЛЛЮЗИЙ.Ошибка! Закладка не определена. §4.1 Модель формирования зрительных иллюзий………………….. §4.2 Зрительные признаки паттерна иллюзий……..……………...... уровня………………………………………………………………………….. Выводы……………………………………………………………………ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ…
§5.1 Принципы работы технологии виртуальной реальности........ 5.1.1 Устройство системы CAVE……………………………………. 5.1.2 Устройство системы HMD……………………………………… Преимущества использования технологии виртуальной реальности для психологических исследований………………………… Возможности использования технологии виртуальной реальности в психофизиологических исследованиях…………………… §5.4 Применение систем виртуальной реальности для создания новых зрительных иллюзий………………………………………………... §5.5 Исследование иллюзии искажения пространства при помощи HMD системы виртуальной реальности…………………………………... Выводы………………………………………………………………........ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕШТАЛЬТ-МЕХАНИЗМОВ
ФОРМИРОВАНИЯ ИЛЛЮЗИЙ§6.1 Введение: постановка проблемы
§6.2 Исследование влияния геометрии линий на выраженность иллюзий Вазарели и одновременного светлотного контраста.......……. Выводы…………………………………………………………………....
ГЛАВА 7. ИССЛЕДОВАНИЕ КОГНИТИВНЫХ МЕХАНИЗМОВ
ФОРМИРОВАНИЯ ИЛЛЮЗИЙ ПРИ ПОМОЩИ ТЕХНОЛОГИИ
ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ§7.1 Введение: постановка проблемы
§7.2 Перцептивное уравнение, связывающее светлоту поверхности, ее рельеф и воспринимаемую освещенность……………………………... §7.3 Роль зрительного признака глубины при восприятии иллюзии одновременного светлотного контраста…………………………………... §7.4 Эффекты артикуляции в трехмерных зрительных иллюзиях. Выводы………………………………………………………………….... ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………. ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………...
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Проблема восприятия зрительных восприятия как научной дисциплины. Изображения, вызывающие переживание иллюзии, были созданы и обсуждались такими известными исследователями в области психологии восприятия, как Г. Гельмгольц, Э.Геринг, В. Вундт, К. Коффка и многими другими. Как правило, ЗИ использовались в качестве демонстраций для подтверждения таких аспектов зрительного восприятия, как активность, неосознаваемость, парадоксальность. На материале иллюзий рамках многих теоретических подходов тестировались гипотетические предположения о процессах формирования зрительного образа. Были проведены многочисленные экспериментальные исследования зрительных иллюзий, в результате которых были высказаны различные гипотезы о механизмах, лежащих в экспериментальный и теоретический материал, проблема механизмов особенностей.
Во-первых, до сих пор дискутируестя вопрос об определении этого феномена. Анализ современной литературы позволяет выделить два типа определений. Согласно первому, иллюзии определяются как ошибочная оценка какого-либо свойства объекта (Гельмгольц, 1999; Gregory, 1993;
феноменологии их восприятия, рассматривая иллюзии как изменения обычных феноменов восприятии под воздействием необычных условий наблюдения (Mach, 1900; Reynolds, 1988; Da Pos, Zambianchi, 1996;
Kirpichnikov, Rozhkova, 2011). Решение этого вопроса необходимо как для разработки теоретических моделей феномена иллюзий, так и для методологии экспериментальных исследований.
Во-вторых, несмотря на огромное число гипотез, высказанных для объяснения этого феномена, в большинстве работ используется принцип монокаузальности. Подавляющее число современных исследований посвящено изучению отдельной иллюзии и обсуждению конкретного единичного механизма ее формирования. Можно выделить лишь небольшое число работ, в которых феномен иллюзий рассматривается как результат одновременного действия многих причин (S. Coren, J. Girgus, 1978; S.
Grossberg, 1997; E.H. Adelson, 2000; M.A. Changizi et al., 2008; R.L. Gregory, 2009; J.O. Robinson, 2011).
В-третьих, в научной литературе наблюдается недостаток работ, посвященных классификации ЗИ и выделению их специфических признаков. Вопросы объединения различных ЗИ в один класс важны как для лучшей спецификации данного феномена, так и для теоретического анализа причин его возникновения, который невозможен без простейших представлений о его структуре. Разделение иллюзий на классы важно не только с теоретической точки зрения, но и является важной частью планирования экспериментальных исследований.
В-четвертых, практически отсутствуют работы, посвященные моделированию процессов формирования ЗИ. За последнее десятилетие созданы многочисленные новые изображения, вызывающие переживание зрительных иллюзий, изучение которых требует применения междисциплинарного подхода, включающего представления, разработанные в рамках когнитивного, нейрофизиологического, гештальт- и информационного подходов. В ряде современных психофизиологических работ начали активно обсуждаться идеи интеграции различных подходов к изучению процессов зрительного восприятия (J. Norman, 2002; Е.Н.
Соколов, 2003; Ч.А. Измайлов, А.М. Черноризов, 2005) и, в частности, к изучению процессов формирования зрительных иллюзий (D.M. Eagleman, 2001; M.A. Changizi et al., 2008; S. Grossberg, 2009; J.O. Robinson, 2011).
Одной из задач междисциплинарного подхода является создание эффективной комплексной модели, основанной на современных психологических, психофизических и психофизиологических данных, способной объяснить феномен возникновения ЗИ.
В-пятых, актуальность данной работы обусловливается отсутствием системного изучения феномена ЗИ в отечественной психологии. Несмотря на большое число ярких и оригинальных работ, использующих различные иллюзорные эффекты (Б.Н. Компанейский, 1940; А.Л. Ярбус, 1950; Ю.Б.
Гиппенрейтер, 1978; А.Д. Логвиненко, 1976; В.В. Столин, 1976; Г.И.
Рожкова, П.П. Николаев, 2006; В.А. Барабанщиков, 2009; П.Я. Гальперин, 2012), в большинстве из них изображения, вызывающие переживание ЗИ, являлись не предметом исследования, а стимульным материалом, на основе которого изучались различные процессы зрительного восприятия.
В-шестых, проблема восприятия зрительных иллюзий является актуальной и востребованной в связи с тем, что ее решение обогатит фундаментальные знания о процессах формирования зрительного образа.
Для дальнейшего изучения психологических и психофизиологических механизмов зрительного восприятия, представленных в работах выдающихся отечественных психологов (В.П. Зинченко, 1969; А.Н.
Леонтьев, 1975; С.Д. Смирнов, 1985; В.М. Аллахвердов, 2000; Е.Н. Соколов, 2003; Ю.И. Александров, 2003), необходимы новые данные о процессах формирования адекватных и искаженных зрительных образов. Изучение зрительных иллюзий является активно развивающейся тенденцией в мировой науке (Р.Л. Грегори, 1970; И. Рок, 1980; D.M. Eaglman, 2001; A.
Kitaoka, 2003; R.L. Gregory, 2006; F. Kingdom et al., 2007; A. Shapiro, D.
Todorovic, 2013). Несмотря на различия представлений о роли сенсорных и перцептивных составляющих в процессе формирования образа, все исследователи сходятся во мнении о том, что причиной возникновения ЗИ являются те же механизмы, которые опосредуют и формирование неискаженных зрительных образов. Основные представления о процессах формирования ЗИ можно разделить на два больших класса, в первом из которых акцентируется роль восходящих процессов (Bottom-Up Processing) переработки информации (E. Hering, 1874; S. Hubel, T. Wiesel, 1979; S. Zeki, 1993; S. Grossberg, 1997; Е.Н. Соколов, 2003; Ч.А. Измайлов, А.М.
Черноризов, 2005), тогда как во втором подчеркивается роль нисходящих процессов (Top-Down Processing) при формировании ЗИ (H. von Helmholtz, 1862; Р.Л. Грегори, 1970, 1972; И. Рок, 1980; Е.H. Adelson, 2000; A.D.
Logvinenko, J. Kane, 2004; A.D. Logvinenko, D.A. Ross, 2005; Г.Я.
Меньшикова, 2006, 2012). Таким образом, исследования ЗИ позволяют модифицировать и уточнять классические представления о процессах формирования зрительного образа.
необходимостью изучения нейрофизиологических механизмов, опосредующих их формирование. В большом числе работ была показана тесная связь особенностей функционирования мозговых процессов и феноменов зрительного восприятия (R.L. Gregory, 1968; S. Grossberg, 1997;
D.M. Eagleman, 2001; Е.Н. Соколов, 2003). С одной стороны, открытие свойств отдельных нейронов, а также особенностей их взаимодействия, стимулировало нейрофизиологов искать психологические феномены, в которых проявлялись закономерности этих нейронных механизмов. ЗИ привлекали наиболее пристальный интерес, поскольку демонстрировали сильные эффекты искажений для таких простых свойств объектов, как яркость, светлота, ориентация линии. Их изучение позволило уточнить гипотезы о функциональной нейронной архитектуре зрительной системы (S.
Grossberg, 1997; D.M. Eagleman, 2001). С другой стороны, открытие новых иллюзий побуждало психологов обращаться к данным нейрофизиологии для поиска нейронных коррелятов иллюзорных эффектов (R.L. Gregory, 1985, 2009; S. Grossberg, 2009). В ряде теоретических работ интенсивно обсуждались идеи междисциплинарных исследований процессов зрительного восприятия (J. Norman, 2001; Е.Н. Соколов, 2003; R.L. Gregory, 2006), основанных на нейрофизиологических и психофизических данных, в результате которых возможно более эффективное решение проблемы моделирования мозга человека.
Необходимость исследований, посвященных ЗИ, связана с современными задачами моделирования искусственных органов зрения, систем искусственного интеллекта, а также с задачами разработки когнитивных роботов. Развитие когнитивных технологий зависит от того, насколько эффективно можно запрограммировать свойственные человеку системы распознавания, контроля и принятия решения.
Важность изучения процессов восприятия зрительных иллюзий обусловлена задачами, возникающими при внедрении в повседневную жизнь современных технологий стереозрения, одной из которых является технология виртуальной реальности. Все более актуальными становятся вопросы изучения особенностей восприятия трехмерных (3D) виртуальных сцен, наблюдаемых в 3D кино и телевидении. Анализ использования этих технологий в психологических исследованиях показал, что их применение позволяет эффективно решать большое число новых научных и прикладных задач (G. Riva, 2006; Ю.П. Зинченко и др., 2010, 2011). Учитывая выявленные особенности восприятия в виртуальных 3D сценах, возможно создание более качественных и экологически валидных виртуальных сред, широко применяемых в настоящий момент в самых различных областях деятельности человека - производстве, медицине, бизнесе, образовании, индустрии развлечений.
Большой интерес к изучению зрительных иллюзий связан также с практическими задачами, стоящими в области архитектуры, дизайна и живописи. В последнее десятилетие появились новые художественные направления, которые используют особенности зрительного восприятия для создания впечатляющих художественных образов.
Целью диссертационного исследования является теоретический анализ феномена ЗИ, их классификации, причин их возникновения, а также разработка модели формирования ЗИ, основанной на современных психофизических и психофизиологических данных.
Объектом диссертационного исследования выступает феномен ЗИ.
Предметом диссертационного исследования является структура психологических и психофизиологических механизмов, опосредующих феномен ЗИ.
Методологические основания диссертации. В работе реализуются методологии конструктивисткого (Р.Л. Грегори, 1970; И. Рок, 1980), когнитивного (В.П. Зинченко, 1969; У. Найсер, 1981; Дж. Брунер, 1977; Б.М.
Величковский, 2006) и нейрофизиологического (D. Hubel, T. Wiesel, 1979; S.
Zeki, 1993; Е.Н. Соколов, 2003) подходов к исследованию зрительного восприятия. Исследование строится на принципе структурнофункционального анализа.
Гипотезы исследования. Общая гипотеза исследования основана на предположении о том, процесс формирования ЗИ основан на интеграции нескольких гипотетических механизмов переработки зрительной информации, работающих одновременно или последовательно в процессе возникновения иллюзорного эффекта. Разработка модели формирования ЗИ опиралась на ряд частных гипотез:
• в процессах формирования ЗИ задействованы те же механизмы зрительной системы, которые работают при формировании лишенного иллюзорных эффектов образа.
• процесс формирования ЗИ рассматривается как многоуровневая структура, состоящая из гипотетических уровней, условно обозначенных как «низший», «средний» и «высший». Предполагается, что на каждом из выделенных уровней действуют специфические механизмы обработки зрительной информации. На низшем уровне определяющими являются механизмы адаптации, а также выделения яркостного и цветового принадлежности, выделения глобального контура, формирования фигурофоновых отношений; на высшем – когнитивные механизмы, которые, по сути, являются имплицитными знаниями о свойствах объектов внешнего мира, сформированными и закрепленными при взаимодействии субъекта с внешней средой. К ним можно отнести механизмы константности размера, распределенными тенями, а также взаимодействия между светлотой и воспринимаемой освещенностью объекта. Гипотеза многоуровневой структуры согласуется с представлениями многих теоретических подходов к изучению процессов формирования зрительного образа (А.Н. Леонтьев, 1975; D. Hubel, T. Wiesel, 1978; Д. Марр, 1987; S. Zeki, 1993; Е.Н. Соколов, 2003; R.L. Gregory, 2006).
• структура процесса формирования ЗИ является гетерархической. В предложенных ранее моделях предполагалось, что иллюзии формируются на основе иерархического принципа (S. Coren, J. Girgus, 1978; E.H. Adelson, 2000), согласно которому обработка информации отдельных свойств изображения ЗИ идет поэтапно, последовательно, «снизу вверх» (Bottom-Up Processing) и развивается в соответствие с принципом «от простого к сложному». Эти представления были сформированы в соответствии с анатомическими и физиологическими данными о работе зрительного тракта (D. Hubel, T. Wiesel, 1978; M. Mishkin, L.G. Ungerleider, 1982; S. Zeki, 1993).
Однако в ряде современных исследований нейронной активности зрительных зон мозга было показано, что процессы переработки не являются строго иерархическими, а включают обратные взаимодействия между выше- и нижележащими слоями зрительного тракта (S.O. Murray et al., 2004; M.L. Seghier, P. Vuilleumier, 2006; J. Hegde, D.J. Felleman, 2007; X.
Wu et al., 2011). Эти данные позволяют предположить, что формирование ЗИ происходит в соответствии с гетерархическим принципом, согласно которому иллюзорный эффект является результатом одновременного взаимодействия средне- и высокоуровневых механизмов обработки информации.
• в процессах формирования ЗИ доминируют механизмы среднего и высшего уровней обработки зрительной информации. В соответствии с отдельными нейрофизиологическими моделями процессов зрительного восприятия (D. Hubel, T. Wiesel, 1979; Д. Марр, 1987; S. Zeki, 1993; S.
Grossberg, 1993), возникновение иллюзий связывалось с процессами низшего уровня, действие которых локализовано в периферических отделах зрительного тракта. Согласно авторской позиции, основными причинами формирования ЗИ являются не сенсорные, а перцептивные процессы обработки информации, в которых задействованы механизмы среднего и детерминируется наличием зрительных признаков среднего (группировка, принадлежность) и высшего (трехмерность) уровней в изображении, вызывающем переживание ЗИ.
• взаимодействие зрительных признаков изображения, вызывающего ЗИ, приводит к изменению баланса вкладов механизмов среднего и высшего уровней формирования ЗИ.
• особенности восприятия зрительных иллюзий более эффективно могут быть поняты, объяснены и прогнозируемы на основе междисциплинарного направления, основанного на когнитивном, нейрофизиологическом и гештальт-подходах к изучению зрительного восприятия.
Научная новизна исследования.
Систематизированы возможные механизмы восходящих и нисходящих процессов, опосредующих формирование ЗИ.
позволяющий выделить наиболее существенные критерии для разделения их по классам. Показано, что более эффективной является классификация, основанная на выделении механизмов, опосредующих формирование ЗИ.
Предложена структура взаимодействия механизмов, основанная на гетерархическом принципе организации.
Разработана многоуровневая модель формирования ЗИ, согласно которой иллюзорный эффект является результатом одновременного взаимодействия средне- и высокоуровневых механизмов обработки информации.
Проведен анализ проблемы формирования ЗИ в рамках различных (функционализм, когнитивный, нейрофизиологический, информационный и экологический подходы), позволяющий комплексно рассмотреть проблему их восприятия.
Проанализированы и выделены зрительные признаки стимуляции, влияющие на формирование специфических иллюзорных эффектов, а также уменьшении/увеличении интенсивности этих признаков.
экспериментальные методики, позволяющие создавать и контролировать трехмерные ЗИ, при использовании современных HMD и CAVE технологий виртуальной реальности.
подравнивания, констант, прямой оценки величины и равноделения, позволяющие количественно оценить выраженность иллюзорного эффекта.
Получены данные, показывающие важную роль зрительных признаков среднего уровня в процессах формирования двумерных ЗИ. Выявлено, что классические иллюзии светлоты, традиционно объясняемые действием механизмов низшего уровня, не могут рассматриваться как сенсорные иллюзии. Для их объяснения необходимо привлекать механизмы перцептивной группировки и принадлежности, играющие доминирующую роль в процессах формирования двумерных ЗИ. В частности, на материале иллюзий Вазарели и одновременного светлотного контраста показано влияние геометрии линий изображения, вызывающего переживание ЗИ, на их выраженность.
Впервые получены данные, показывающие важную роль зрительных признаков глубины, воспринимаемой освещенности и воспринимаемого рельефа в процессах формирования трехмерных ЗИ.
Впервые созданы и исследованы различные трансформации двумерных (2D) изображений иллюзий в трехмерные (3D), которые включали изменения пространственной локализации как тестовых, так и фоновых поверхностей. Сравнение выраженности 2D и 3D вариантов иллюзий формирования ЗИ.
Впервые исследованы процессы влияния трехмерного фона на сформулировать новое правило артикуляции для оценки выраженности светлоты в 3D иллюзиях. Для трехмерных сцен с артикулированным фоном, где число разноярких участков различно, а число разноокрашенных объектов неизменно, выраженность 3D иллюзии остается неизменной.
перцептивное уравнение (A.D. Logvinenko, G.Ya. Menshikova, 1994; G.Ya.
Menshikova, E.G. Lunjakova, 1994), освещенность и рельеф. Суть взаимодействия указанных параметров состоит в том, что при фиксированной яркости поверхности один и тот же средне-серый участок может выглядеть темно-серым или светло-серым в зависимости от перцептивной гипотезы о его освещенности. Предложенное уравнение позволило объяснить эффекты изменения выраженности иллюзий светлоты при введении в сцену зрительных признаков глубины.
репрезентативностью выборки испытуемых; согласованностью полученных в данном исследовании результатов с результатами, полученными в других отечественных и зарубежных исследованиях.
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что впервые системно исследуется проблема формирования ЗИ.
Впервые рассмотрены и систематизированы различные классификации зрительных иллюзий. Выделены классы иллюзий по воспринимаемому эффекту, по механизмам, опосредующим формирование иллюзии, по условиям наблюдения, по признакам, несущих информацию о возможных перемещениях наблюдателя. Показано, что классификация ЗИ по механизмам формирования, организованным в соответствии с гетерархическим принципом, является более адекватной, поскольку она, вопервых, ориентирована на выявление базовых когнитивных механизмов формирования иллюзий; во-вторых, может более эффективно объяснять изменение выраженности иллюзий; в-третьих, лучше согласована с современными представлениями о нейронных механизмах работы мозга, что позволяет использовать предложенную классификацию для поиска нейронных коррелятов процессов формирования ЗИ.
Впервые проанализированы представления о феномене ЗИ в рамках различных теоретических подходов к изучению зрительного восприятия.
Показано, что причины возникновения ЗИ описываются на языке тех теоретических конструктов и методических приемов, которые свойственны выбранному подходу. Сравнение представлений когнитивного, нейрофизиологического, информационного и других подходов показало, что они являются не взаимоисключающими, а, скорее, взаимодополняющими языками описания феномена ЗИ. Это, в свою очередь, позволяет сделать вывод о том, что более эффективным является междисциплинарное направление, основанное на идеях и экспериментальных данных, полученных в рамках различных теоретических подходов.
Предложено новое решение проблемы возникновения иллюзорного эффекта в контексте представлений о многоуровневости процесса формирования зрительного образа. Особенность этого решения состоит в том, что иллюзорный эффект может формироваться не как результат последовательного воздействия механизмов восходящих процессов переработки информации, а как результат взаимодействия механизмов нисходящих и восходящих процессов.
Изучены закономерности изменения выраженности иллюзорных эффектов при изменении зрительных признаков изображений, вызывающих переживание ЗИ. Выделены зрительные признаки низшего, среднего и высшего уровней обработки информации. Показано, что признаки среднего уровня (группировка и принадлежность) доминируют при формировании 2D иллюзий, тогда как признаки высшего уровня (трехмерность) играют определяющую роль при формировании 3D иллюзий. Целенаправленное изменение этих признаков может приводить к перераспределению влияния механизмов среднего и высшего уровней, что, в свою очередь, может отразиться на выраженности иллюзорного эффекта.
теоретические представления о различии процессов зрительного восприятия при наблюдении 2D и 3D изображений. Предложен модифицированный вариант определения эффекта артикуляции, сформулированного Д. Кацем (D. Katz, 1935) для описания влияния контекста на выраженность иллюзии в 2D изображениях, вызывающих переживание ЗИ. Вместо классической формулировки, утверждающей, что эффект артикуляции усиливается, если в изображении появляется больше элементов разной яркости, предлагается авторская формулировка - «эффект артикуляции не изменяется, если при увеличении числа элементов разной яркости число объектов одинакового ахроматического цвета остается постоянным».
В ходе исследований разработаны новые методические приемы для изучения процессов формирования зрительного образа, позволяющие изменять зрительные признаки глубины при сохранении всех других зрительной признаков сцены неизменными.
Практическая значимость.
Апробированы и применены HMD и CAVE системы виртуальной реальности для изучения феноменов восприятия ЗИ. Разработанные методы оценки параметров трехмерных виртуальных сцен дают возможность исследовать роль отдельных зрительных признаков, а также взаимодействие нескольких зрительных признаков в процессе построения зрительного образа. Знание минимального количества зрительных признаков, необходимых для процесса опознания и различения, может помочь в создании интерфейсов нового поколения 3D дисплеев, а также создания иллюзорных эффектов в индустрии 3D компьютерных игр, 3D кино и телевидения.
Разработанные сложные трехмерные виртуальные сцены и методы регистрации ответов наблюдателя могут применяться для разработки психодиагностических методов тестирования познавательных процессов человека.
Выявленные механизмы и закономерности формирования зрительного образа могут использоваться для задач создания искусственного интеллекта, а также проектирования роботов, наделенных человекоподобными когнитивными способностями.
проектировании средств отображения информации и для оптимизации деятельности операторов.
использоваться в разработке инновационных программ образования, в частности для создания 3D компьютерных развивающих игр и программ.
В соответствие с целями и задачами данного диссертационного исследования на защиту выносятся следующие положения:
междисциплинарного направления, основанного на положениях различных теоретических подходов к исследованию зрительного восприятия.
2. Процесс формирования ЗИ может быть описан при помощи модели, включающей гипотетические уровни обработки информации, обозначенные как низший, средний и высший.
3. Для каждого уровня характерны гипотетические механизмы обработки информации, опосредующие процессы формирования ЗИ.
Соотношение вкладов каждого уровня в процесс формирования ЗИ не является жестко детерминированным, а может меняться в зависимости от зрительных признаков, присутствующих в изображении, вызывающем переживание ЗИ. Соответственно, эффекты выраженности иллюзии могут уменьшения/увеличения выраженности определенных зрительных признаков изображения.
4. Изменение зрительных признаков среднего уровня при сохранении локальных признаков низшего уровня может приводить к изменению выраженности ЗИ.
5. Введение зрительных признаков высшего уровня в изображение, вызывающее переживание ЗИ, может приводить к инициации когнитивных механизмов взаимодействия воспринимаемых параметров зрительного образа.
6. Для исследования роли различных зрительных признаков необходима разработка новых оригинальных экспериментальных методик, применяемых в HMD и CAVE системах виртуальной реальности. К преимуществам их использования можно отнести экологическую валидность виртуальной среды, активность наблюдателя, трехмерность стимуляции, контролируемость параметров сцены ЗИ.
7. При помощи технологии виртуальной реальности возможно создание новых видов иллюзий, например, сенсорных искажений, приводящих к нарушению целостности воспринимающей системы «глаз-голова-тело».
8. Изменение выраженности 3D иллюзий светлоты может объясняться при помощи перцептивного уравнения, связывающего такие субъективные параметры образа, как светлота поверхности, ее воспринимаемые освещенность и рельеф. Взаимодействие указанных параметров проявляется в изменении оценки светлоты поверхности при изменении гипотезы о ее освещенности, возникающей в условиях изменения рельефа.
9. Эффект артикуляции, сформулированный Д. Кацем (D. Katz, 1935) для описания влияния контекста в двумерных изображениях ЗИ, может меняться для трехмерных вариантов тех же иллюзий. Классическая формулировка, постулирующая усиление эффекта артикуляции при увеличении числа элементов разной яркости, модифицируется следующим образом: для трехмерных сцен ЗИ эффект артикуляции определяется не числом элементов разной яркости, а числом объектов, имеющих одинаковый ахроматический цвет.
Апробация результатов исследования.
По теме диссертации опубликовано 56 печатных работ (общим объемом 45,55 п.л.; авторский вклад 30,24 п.л.), из них 2 монографии, статей в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ для публикации результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (общим объемом 17,12 п.л.; авторский вклад 10,97 п.л.), 38 статей в других научных изданиях. Основные теоретические положения диссертации, а также экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на 35 международных и 11 российских конференциях, в том числе на:
- Международных конгрессах по психологии (Берлин, 2008; Кейптаун, 2012);
- Европейском конгрессе по психологии (Стамбул, 2011);
- Европейских конференциях по зрительному восприятию ECVP (Эдингург, 1993; Эйндховен, 1994; Страсбург, 1996; Хельсинки, 1997; Санк-Петербург, 2006; Ареззо, 2007; Регенсбург, 2009; Лозанна, 2010; Тулуза, 2011; Альгеро, 2012; Бремен, 2013);
- Российско-китайском научном семинаре «Методология исследований в психофизиологии в России и Китае: теоретические и прикладные аспекты»
(Москва, 2009);
- Международных конференциях по когнитивной науке (Москва, 2008;
Томск, 2010; Калининград, 2012);
- Всероссийской научной конференции «Экспериментальная психология в России: традиции и перспективы» (Москва, 2010);
- Китайско-германо-российских симпозиумах «Cognitive Neuroscience and Psychology» (Пекин, 2011; Гамбург, 2013);
- Международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2011);
- Международной конференции по компьютерной графике и зрению GraphiCon (Москва, 2012);
- Всероссийской научной конференции «Экспериментальный метод в структуре психологического знания» (Москва, 2012);
Работы по теме диссертации были поддержаны грантами:
ФЦП Министерства образования и науки РФ «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России», Государственное соглашение № 8011 «Применение технологий виртуальной реальности в разработке инновационных методов изучения когнитивных процессов человека» (исполнитель, 2012-2013);
РФФИ № 06-06-80390а «Исследование влияния иерархической структуры зрительных признаков на процесс восприятия цвета поверхности» (научный руководитель, 2006-2008);
РФФИ № 09-07-00512а «Моделирование процессов восприятия цвета и анализа изображений» (научный руководитель, 2009-2011);
РФФИ № 12-07-00146а «Разработка и исследование моделей восприятия видеоинформации при помощи технологии регистрации движения глаз и методов фрактальной обработки изображений» (научный руководитель, 2012-2014).
Внедрение результатов исследований проводилось на факультете психологии МГУ имени М.В.Ломоносова, а также в филиале МГУ в г.
Ташкент на лекционных и семинарских занятиях по курсу «Ощущение и восприятие»; на авторских спецкурсах «Зрительные иллюзии и их психологических и психофизиологических исследованиях», «Парадоксы зрительного восприятия», «Современные методы психофизики», а также на занятиях практикума «Движения глаз и когнитивные процессы», читаемых автором для студентов 3-5 курсов кафедры общей психологии и кафедры психофизиологии факультета психологии МГУ.
Структура и содержание диссертации.
Работа состоит из введения, 7 глав, заключения и библиографического списка. Основной текст диссертации изложен на 301 страницах. Список литературы содержит 402 наименования, из них 319 на иностранном языке.
Текст рукописи иллюстрирован 74 рисунками и 2 таблицами.
ГЛАВА ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ
ВОСПРИЯТИЯ ЗРИТЕЛЬНЫХ ИЛЛЮЗИЙ
§1.1. Проблема восприятия зрительных иллюзий Мы твердо убеждены в том, что наше восприятие адекватно отображает свойства объектов реального мира. Однако, существуют феномены зрительного восприятия, которые показывают, что наше восприятие часто является ошибочным. К таким феноменам относятся зрительные иллюзии. Наблюдая различные зрительные иллюзии, мы с удивлением обнаруживаем, что реальность и наши представления о ней существенно не совпадают. На сайтах системы Интернет, посвященных http://www.michaelbach.de/ot/), иллюзий. Беглый просмотр показывает, что большинство из них представляет собой плоские изображения, состоящие из линий, кружочков, цветовых пятен и т. д. Казалось бы, какие могут возникать ошибки и искажения при наблюдении таких простых рисунков? Классическим примером такой «простой» иллюзии является иллюзия Мюллера-Лайера (рис.1), в которой две физически одинаковые вертикальные линии воспринимаются разными по размеру в зависимости Рисунок 1. Иллюзия Мюллера-Лайера (Mller-Lyer illusion, 1889).от пространственного расположения окружающих стрелочек (Mller-Lyer, 1889). Хотя причины возникновения этой иллюзии обсуждаются в течение более, чем 150 лет, проблема ее восприятия до сих пор остается нерешенной.
В настоящее время проблема восприятия зрительных иллюзий считается одной из наиболее интересных и интригующих проблем психологии восприятия. В течение последних 50 лет интерес к феномену зрительных иллюзий стабильно растет: возникли специализированные научные лаборатории, появились научные сообщества, для которых основной задачей является создание новых иллюзорных паттернов (http://illusionoftheyear.com), направления исследований, в которых зрительные иллюзии становятся основным методическим материалом, в системе Интернет созданы Webстраницы, посвященные зрительным иллюзиям (www.psy.msu.ru/illusion, www.moillusions.com, www.michaelbach.de/ot/).
конференции по зрительному восприятию ECVP (Europe Conference on Visual Perception) организована секция «Зрительные иллюзии».
Большой интерес к иллюзиям обусловлен многими причинами.
Перечислим кратко некоторые:
• Иллюзии – это неадекватные феномены восприятия, которые изменяют наши представления о восприятии внешнего мира.
• Они важны для понимания возможностей и особенностей процессов познания внешнего мира. Изучая зрительные иллюзии, мы можем лучше понять, по каким законам формируется образ восприятия, и какие этапы являются составляющими его формирования.
• Изучение зрительных иллюзий позволяет не только качественно исследовать процесс формирования образа восприятия, но и проводить количественный анализ его отдельных этапов.
• Особенности изменения иллюзий при изменении физических параметров стимуляции позволяют моделировать работу зрительной системы: изучать нейрофизиологические и когнитивные законы формирования зрительного образа.
• На основе данных по зрительным иллюзиям можно изучать не только отдельные гипотетические механизмы их формирования, но исследовать структурную организацию этих механизмов: их взаимодействие и иерархию.
• Их действие нужно учитывать при создании любых визуальных информации и мониторинга, для того, чтобы иллюзорные паттерны, возникающие на экранах мониторов, не приводили к ошибочным решениям операторов.
• Художники, фотографы, дизайнеры, архитекторы часто используют иллюзии восприятия для создания впечатляющих произведений искусства. Такие мастера как С. Дали, М. Эшер, В. Вазарели использовали уникальную способность зрительной системы «творить ошибки» для создания своих ярких картин.
• Исследование зрительных иллюзий является междисциплинарной областью исследований, требующей профессиональных знаний в таких дисциплинах как оптика, физиология, информационные процессы, вероятностные процессы, влияние культуры, проблемы принятия решения, мотивация, личностные особенности воспринимающего субъекта.
• Особый интерес к зрительным иллюзиям проявляется в нейронауках (Eagleman, 2001), поскольку на основе их изучения можно высказать гипотезы о специфических механизмах работы отдельных нейронов, а также нейронных ансамблей мозга человека.
• Знания о закономерностях зрительного восприятия востребованы в новом междисциплинарном направлении исследований, связанном с созданием «умных» роботов (Minsky, 2006). Предполагается, что взаимодействие между пользователем и электронным устройством (компьютером, мобильным роботом) будут осуществляться более эффективно, если удастся наделить эти устройства свойствами человеческого восприятия, внимания, мышления (Velichkovsky, 1995).
Одним из критериев схожести человеческой и искусственной зрительной систем может являться способность и тех и других «видеть» зрительные иллюзии.
• Это интересно! Зрительные иллюзии «потрясают» наше воображение, поскольку наша глубокая и искренняя вера в реальность того, что мы видим, нарушается. Эта вера имеет важное адаптивное значение, так как способствует более активному, быстрому, не скованному выполнению действий в режиме реального времени. Она настолько сильна, что многие, смотря на зрительные иллюзии, пытаются найти «подвохи» в самом изображении, а не в особенностях собственного восприятия.
Видим ли мы иллюзии в повседневной жизни? Да, видим и достаточно часто. Одна из величайших зрительных иллюзий – это кино. Смотря фильмы, реально нам предъявляется последовательность плоских статичных картинок, сменяющих одна другую с частотой 24 кадра в секунду. Однако при этом мы испытываем иллюзию того, что объекты на экране трехмерны и плавно (а не скачками от кадра к кадру) передвигаются из одного положения в другое. Иллюзорным является и наше представление о том, что апельсин имеет оранжевый, а огурец – зеленый цвет. Физические объекты не окрашены в различные цвета, они всего лишь отражают световые волны различной длины волны. Еще одной замечательной иллюзией является представление о том, что объекты, которые мы видим периферическим полем зрения, обладают четким границами и насыщенным цветом. Исследования разрешающей способности зрительной системы показали, что острота периферического зрения, а также его цветоразличение значительно снижены относительно центрального (фовеального) зрения (Chapanis, 1949; Кравков, 1945), в результате чего объекты, расположенные на периферии, должны были бы выглядеть сильно размытыми по контуру и малонасыщенными по цвету. Однако, благодаря способности зрительной системы «творить» образ не в точном соответствии с физиологическими свойствами сетчатки глаза, мы переживаем иллюзию «четкости контуров и насыщенности цвета» этих объектов. Если рассуждать в этом направлении, можно упомянуть о еще двух более «сильных» иллюзиях: во-первых, о восприятии тех объектов, которые находятся вне поля зрения и, во-вторых, о представлении восприятия как простого и ясного процесса. Психофизиологические исследования показали, что зрительное восприятие является сложным процессом, начинающимся на уровне возбуждения рецепторов, на которые воздействует свет, отраженный от внешнего объекта, и заканчивающимся переживанием образа этого объекта. Эта кажущаяся простота обусловлена быстротечностью процессов зрительного восприятия (100-300 мс), а также тем фактом, что в сознании представлен лишь конечный продукт этого сложного процесса – переживаемый образ, тогда как все промежуточные этапы его формирования скрыты от нашего сознания. Все приведенные примеры показывают, насколько полезной для нашей жизнедеятельности оказывается способность воспринимать зрительные иллюзии.
§1.2. Определение феномена зрительных иллюзий Для того, чтобы выделить зрительные иллюзии, как предмет исследования, необходимо их определить. Слово «иллюзия» образовано от латинского слова "illudere", которое переводится как «заблуждение, ошибка». Суть феномена зрительных иллюзий состоит в том, что, глядя на некоторые изображения, у нас возникает ошибочное восприятие его отдельных элементов. Простейшими зрительными параметрами элементов изображения являются длина, наклон, форма, текстура, цвет и светлота.
Физические значения указанных параметров можно оценить при помощи различных измерительных приборов. Длину можно померить линейкой, светлоту поверхности – люксметром, наклон линии – транспортиром и т.д.
Особенностью зрительных иллюзий является сильное несоответствие физических и воспринимаемых значений одного из этих параметров, при его зрительной оценке. Например, в классической иллюзии Эббингауза (Ebbinghaus, 1897), физически равные центральные диски выглядят различными в зависимости от того, окружены они дисками меньших (слева) или больших (справа) размеров (рис. 2). Приложив к центральным дискам линейку, можно убедиться, что они совершенно одинаковы по размерам.
Однако, при оценке размеров центральных кружков, величина рассогласования может достигать 15-20%.
Рисунок 2. Иллюзия Эббингауза (Ebbinghaus illusion, 1897).
Можно ли свойство «рассогласование между воспринимаемой и физической величиной» использовать в качестве определения понятия «зрительные иллюзии»? Скорее всего, нужно дать отрицательный ответ, поскольку можно выделить феномены восприятия, в которых существует такое рассогласование, но которые не могут рассматриваться как зрительные иллюзии.
Во-первых, само понятие «рассогласование» достаточно условно и трудно для определения. Очевидно, что различия между свойствами образа принципиальный характер. Еще в 17 веке английским философом Дж.
Локком была высказана мысль о том, что физический мир не является таким, каким мы его воспринимаем. Причиной этого является анатомическое и физиологическое устройство наших органов чувств, имеющее ряд ограничений и специфических особенностей. Свои идеи Дж.
Локк пояснил на примере восприятия цвета поверхности. Хотя все объекты кажутся нам окрашенными, физически они бесцветны. Основным свойством поверхности является ее отражательная способность – одни лучи света (например, длинноволновые) она отражает лучше, чем другие (коротковолновые).
характеристиках отраженного света, субъективный образ поверхности «окрашивается» в определенный оттенок. Говоря другими словами, мы как бы проецируем цвета, созданные нашим мозгом, в физический мир бесцветных объектов. Идеи Дж. Локка были развиты И. Ньютоном (Newton, 1704), который отмечал, что нет красного света, а есть свет с длиной волны 600-650 нм, вызывающий ощущение красного цвета. Эти особенности и являются источником появления рассогласований между физической и воспринимаемой величинами стимуляции. Идеи Дж. Локка нашли подтверждение в середине 19 века, когда были получены многочисленные психофизические данные о наших ощущениях. Некоторые из них показали чисто субъективную природу наших переживаний, например, таких как ощущение цвета, глубины, звука, тепла и др. Они продемонстрировали, что воспринимаются не электромагнитные волны различной частоты, а цвета поверхности; не изменение давления воздуха, а звуки. Также следует упомянуть и о демонстрациях, предложенных в школе гештальтпсихологии. Было неоднократно показано, что в физической стимуляции не присутствуют такие важные составляющие образа восприятия, как завершенность контура, прегнантность, эффекты группировки и т.д. Тогда, с формальной точки зрения, наше восприятие всегда является в той или иной степени иллюзией, поскольку переживание любого сенсорного качества, в силу физиологических особенностей функционирования мозга, может сильно не совпадать с физическим свойством внешнего объекта.
Во-вторых, рассогласования между объектом и его образом может быть связано со статистическими отклонениями оценок, даваемых субъектом при восприятии некоторого параметра стимула. Нервные возбуждения наших органов чувств подчиняются вероятностным законам: сенсорные переживания постоянно колеблются в зависимости от большого числа переменных – группировки зрительной сцены, усталости наблюдателя, его мотивации и т.д. Эти факторы могут приводить как к недооценкам, так и к переоценкам свойств объектов внешнего мира. Для нивелирования такого типа ошибок как статистические отклонения, в психофизических экспериментах рассчитываются оценки, усредненные по большому числу повторов, а также по большой выборке испытуемых.
В-третьих, различия в свойствах физического объекта и его образа могут быть связаны с искажениями свойств объектов, которые не имеют чувственного содержания. Например, мы воспринимаем нейтральное лицо человека как враждебное, если оно имеет определенную конфигурацию информацию о неблаговидных поступках этого человека.
Кроме того, в научной литературе все образы, возникающие без физического воздействия на рецепторную поверхность (миражи, галлюцинации, фантомные образы), а также образные явления, связанные с патологическими отклонениями психики или дисфункций мозга, также не рассматриваются как зрительные иллюзии.
Для преодоления вышеописанных проблем были предложены несколько решений. Во-первых, для решения проблемы определения зрительных иллюзий было предложено рассматривать иллюзии в широком и узком смысле этого слова (Gregory, 1968). К иллюзиям в широком смысле относят все описанные выше несоответствия, тогда как к иллюзиям в узком смысле изображений. Характерными внешними свойствами этих изображений являются 1) двумерность, 2) небольшие угловые размеры, а также 3) элементарность состава: паттерны иллюзий, как правило, состоят из простых элементов – линий, контуров, пятен различной яркости и цвета.
Именно второй тип иллюзий и является предметом нашего исследования.
В научной литературе были даны многочисленные определения понятия «зрительные иллюзии», которые можно разделить на две большие категории.
Среди многочисленных определений зрительных иллюзий можно выделить два типа. Для первого типа иллюзии определяются как процессы восприятия, в результате которых возникает ошибочная оценка какого-либо физического свойства объекта. Выраженность ошибки характеризует меру рассогласованности между физическим свойством объекта и его внутренним ментальным отображением. К этому типу определений можно отнести определение Г. Гельмгольца (Helmholtz, 1866/1962), который рассматривал зрительные иллюзии как ошибки процессов интерпретации, протекающих неосознанно и, в силу этого, не поддающихся произвольной коррекции. Аналогично рассматривал иллюзии Р. Грегори (Gregory, 1993), определяя их как систематические отклонения от объективных параметров стимуляции, измеренные линейкой, фотометром, часами и прочими измерительными приборами. В.В. Любимов (Любимов, 2007) определял зрительные иллюзии как перцептивные образы объекта, неадекватно отображающие какое-либо свойство этого объекта. В большом психологическом словаре иллюзии определяются как искаженное восприятие реальных предметов (Большой психологический словарь под ред. Б.Г. Мещерякова и В.П. Зинченко, 2003). Этот тип определения имеет одно важное преимущество, состоящее в том, что на его основе легко операционализировать выраженность иллюзии как разницу между двумя физическими параметрами объектов, которые вызывают искаженное и неискаженное восприятие.
Второй тип определений акцентирует внимание на феноменологии восприятия, рассматривая иллюзии как изменения обычных феноменов восприятии под воздействием необычных условий наблюдения (Mach, 1900). К этому типу относится определение, данное О. Да Пос (Da Pos, Zambianchi, 1996), согласно которому иллюзия – это перцептивное переживание, конфликтующее с другим перцептивным переживанием при восприятии того же объекта. Рейнольдс (Reynolds, 1988) определяет зрительные иллюзии как рассогласование восприятий одного и того же объекта, наблюдаемого в разных условиях. Подобной точки зрения придерживаются А. Кирпичников и Г.И. Рожкова (Kirpichnikov, Rozhkova, 2011).
Два типа определений существенно различаются: во-первых, для первого типа восприятие делится на «истинное» (адекватно отражающее реальный мир) и «ошибочное» (возникающее при наблюдении зрительных иллюзий), тогда как для второго – неискаженное и искаженное восприятие «одинаково истинно» и различается лишь условиями наблюдения; вовторых, для первого типа сравниваются физический объект и его перцептивный образ, тогда как для второго - два различных образа, возникающих в различных условиях наблюдения; в-третьих, по-разному понимается предмет исследования: для первого типа предметом являются когнитивные и нейрофизиологические механизмы формирования иллюзии, тогда как для второго – особенности условий наблюдения.
Мы определяем зрительные иллюзии как значимые, устойчивые и осознаваемые феномены восприятия, возникающие в результате особой пространственной и временной организации стимуляции.
Учитывая введенное определение, проблема оценки выраженности иллюзии решается следующим образом: «сила» иллюзорного эффекта оценивается как сравнение ощущений при одних условиях наблюдения с ощущениями в других условиях наблюдения, которые могут измеряться при помощи классических психофизических и психофизиологический методов оценки ощущений.
§1.3. Основные свойства зрительных иллюзий Введенное определение зрительных иллюзий позволяет выделить их основные свойства:
абстрактных) элементов. Основными параметрами элементов являются ориентация, яркость, цвет, светлота и т.д.
• Большинство иллюзий имеют небольшие угловые размеры (20°х15°), что подразумевает включенность только центрального поля зрения в процесс формирования иллюзий.
• Паттерны зрительных иллюзий, как правило, состоят из оппонентных элементов или элементов, которые двузначно интерпретируются.
Например, для возникновения феномена иллюзорного контура (Kanizsa, 1976) необходимо наличие фигуры и фона, которые имеют текстуры с оппонентными характеристиками (рис. 3). Текстура фона состоит из толстых линий одной ориентации, тогда как текстура фигуры из тонких линий противоположенной ориентации. Другими словами, для возникновения данной иллюзии необходима инициация сенсорного конфликта в зрительной системе, возникающего между сенсорными каналами ориентации и толщины линии.
Рисунок 3. Иллюзия субъективного контура.
Возникновение иллюзии может происходить и при наличии перцептивного конфликта. Примером таких иллюзий являются двойственные изображения, в которых одни и те же элементы интерпретируются различно в зависимости от смыслового содержания общей сцены. Одна из них иллюзия “Berggeist”, представлена на рис. 4. Она была создана художником Сандро дель Прете (www.sandrodelprete.com), создавшим художественный стиль, называемый «иллюзоризм».
Рисунок 4. Иллюзия “Berggeist”.
На этом рисунке мы можем увидеть либо лицо бородатого мужчины, либо пейзаж с женской фигурой, сидящей под деревом. В зависимости от общей интерпретации сцены (лицо или пейзаж) одни и те же элементы картины приобретают различное предметное содержание (нос превращается в женскую фигуру, брови становятся холмами и т.д.). Если несколько минут просто рассматривать эту картинку, можно заметить, что смена ее содержания происходит непроизвольно с определенной временной частотой: то воспринимается лицо, то пейзаж, и вновь лицо и т.д. В двойственных изображениях одна и та же физическая стимуляция порождает различные образы восприятия в зависимости от наших мотивов и ожиданий. Подобное свойство восприятия показывает динамичность процессов интерпретации, настроенных на поиск новых вариантов.
• Иллюзорный эффект всегда осознается или начинает осознаваться при фиксации внимания на иллюзорном эффекте.
• Возникший иллюзорный эффект устойчив и не изменяется в ситуации, когда при помощи измерителя (линейки, транспортира ит.д.) можно убедиться в ошибочности восприятия. На рис. 5 (а) изображена воспринимаются как Рисунок 5. Иллюзия Шепарда (Shepard illusion, 1990).
карлик и гигант. Можно произвести специальные действия, которые убедительно доказывают равенство их физических размеров: например, измерить их рост при помощи линейки или удалить элементы фона (рис.
5б), которые инициируют возникновение иллюзии. Однако, эти действия не уменьшают иллюзорный эффект – при взгляде на рис. 5а он остается столь же сильным. Это свойство позволяет предположить, что формирование зрительных иллюзий является неосознаваемым процессом.
• Зрительные иллюзии вызывают стабильные однонаправленные ошибки восприятия у большинства наблюдателей. Известны данные о том, что на одних людей иллюзии воздействуют сильнее, чем на других, при этом вариабельность их выраженности меняется в пределах от 5% до 40% (Matthews, Welch, 1997; Logvinenko, Tokunaga, 2011; Menshikova et al., 2012). Однако, следует отметить, что по всей выборке испытуемых эти изменения всегда направлены в одну сторону.
§1.4. Представления о причинах возникновения иллюзий Возникает вопрос, как зрительная система, которая, согласно нашему повседневному опыту, точно и адекватно оценивает параметры объектов внешнего мира, совершает такие грубые ошибки восприятия? Какие механизмы задействованы при формировании зрительных иллюзий?
Являются ли эти механизмы специальными или они подобны механизмам, работающим при восприятии изображений, не вызывающих иллюзорное восприятие? Можно ли классифицировать эти механизмы? Действуют ли они независимо или взаимодействуют между собой? Эти и многие другие вопросы обсуждаются учеными более 150 лет, и на многие из них нет однозначного ответа.
В настоящее время одним из доминирующих подходов к изучению зрительных иллюзий является когнитивный подход, в рамках которого зрительное восприятие рассматривается как сложный поэтапный процесс переработки поступающей извне информации. В этом процессе можно выделить многочисленные оптические, физиологические, а также когнитивные механизмы, которые обеспечиваются соответствующими нейронными структурами. Особенности переработки информации оптическими структурами глаза, рецепторами сетчатки, целостными структурами мозга, а также специфика влияния когнитивных правил интерпретации сенсорных данных могут приводить к неадекватному восприятию. Подобный комплексный подход позволяет объяснить многообразие зрительных иллюзий, а также их индивидуальную вариативность.
пониманию специфичности механизмов, лежащих в основе формирования зрительных иллюзий. Один утверждает, что их восприятие является результатом необычного состояния процесса восприятия, что порождает появление специальных механизмов формирования зрительных образов.
Задача исследователей, принимающих этот подход, состоит в поиске этих специальных механизмов, возникающих при неадекватном процессе восприятия. Однако, при такой постановке задачи достаточно трудно ответить на вопрос о том, почему простейшие изображения, состоящие из нескольких пересекающихся линий или нескольких различных по яркости пятен, порождают специальные механизмы обработки информации в зрительной системе. Кроме того, остается открытым вопрос о том, почему одни изображения инициируют некие специальные механизмы переработки информации, тогда как другие изображения (которые могут лишь слегка отличаться от первых) воспринимаются посредством обычных механизмов.
Приведем пример того, насколько незначительно нужно изменить изображение для того, чтобы иллюзорный эффект полностью исчез. В иллюзии мерцающей решетки (рис. 6 а) в центре белых кружков, расположенных на пересечении прямых серых линий, появляются и исчезают иллюзорные черные точки.
Рисунок 6. Иллюзия мерцающей решетки (Scintillating Grid illusion, 1990):
а) классический вариант; б) модифицированный вариант с искривленными линиями.
Однако, было показано, что при замене прямых серых линий чуть искривленными (рис. 6 б) иллюзия полностью исчезает (Geier et al., 2004).
Более вероятно предположить, что в обоих случаях действует единый механизм, чувствительный к ориентации линий, нежели рассматривать отдельные механизмы для каждого изображения.
предполагается, что механизмы восприятия зрительных иллюзий ничем не отличаются от механизмов обычного восприятия, не вызывающего иллюзорных эффектов (Gregory, 1968; Грегори, 1970). В рамках этого подхода предполагается, что в рисунках, вызывающих иллюзорное восприятие, внесены некоторые зрительные признаки, интерпретация которых приводит к неадекватному восприятию рисунка или его отдельных элементов. Например, одним из признаков, приводящих к восприятию оптико-геометрических иллюзий, является перспектива. Этот признак является наиболее значимым среди всех других признаков, поскольку процесс восприятия, по своей сути, является процессом «конструирования»
трехмерных (3D) образов на основе двумерных (2D) сетчаточных изображений. Генетически важное свойство зрительной системы «искать и находить» признаки «трехмерности» в 2D изображении может приводить к систематическим ошибкам восприятия. Одно из важных следствий второго подхода состоит в том, что зрительные иллюзии являются результатом работы тех же самых механизмов, которые обеспечивают нормальное, адекватное восприятие, а значит никаких специальных механизмов, обеспечивающих возникновение иллюзий, не существует.
В настоящее время большинство исследователей, занимающихся проблемами зрительного восприятия, считают, что в основе восприятия зрительных иллюзий лежат базовые механизмы работы зрительной системы. Некоторые свойства зрительных иллюзий (например, свойство неизменности их восприятия в ситуации, когда наблюдатель осознает ошибочность своего восприятия) демонстрируют, что эти базовые механизмы носят неосознаваемый характер. Именно эта гипотеза и порождает такой огромный интерес к изучению феномена зрительных иллюзий, поскольку зрительные иллюзии позволяют исследовать глубинные, не подверженные влиянию сознания, механизмы переработки зрительной информации. Кроме того, многочисленность и разнообразие зрительных иллюзий позволяет надеяться, что можно исследовать как разнообразные механизмы переработки информации в зрительной системе, так и процессы их взаимодействия в ситуации сенсорного или перцептивного конфликта, представленного в изображении иллюзий.
Перечисление гипотетических механизмов, объясняющих возникновение зрительных иллюзий, может занять многие страницы текста.
Мы остановимся лишь на некоторых гипотезах, которые наиболее часто обсуждаются в литературе, посвященной исследованию зрительных иллюзий (Грегори, 1970; Рок, 1980; Gregory, 2009; Шиффман, 2003).
1.4.1. Движения глаз Гипотеза о влиянии движения глаз предполагает, что восприятие длины/формы объекта тесно связано с траекторией движения глаз. В процессе исследования объекта глаза как бы «ощупывают» внешний объект, повторяя в траектории движения его форму или длину линии (Леонтьев, 2000; Ярбус, 1965). Если тестовый объект окружен какими-либо фоновыми объектами, траектория движения глаз может изменяться – глаза будут совершать движения большие или меньшие по амплитуде в зависимости от взаимного пространственного расположения тестового и фонового объектов. Изменения паттерна движения глаз могут приводить к иллюзорному восприятию размера, формы или кривизны контура объектов.
Рассмотрим, например, вертикально-горизонтальную иллюзию (Fick, 1851).
В этой иллюзии (рис. 7) одинаковые по размеру вертикальная и горизонтальная линии воспринимаются как более длинная (вертикальная) и менее длинная (горизонтальная). В ряде исследований были получены данные о том, что характеристики движении глаз по вертикали и горизонтали различны: в задачах сканирования глаза движутся с большим ускорением по вертикали (Rottach et al, 1996). На основании этих данных было выдвинуто предположение о том, что увеличение мышечных усилий при сканировании вертикальной линии и является причиной возникновения этой иллюзии. Еще одна гипотеза была Рисунок 7. Вертикально-горизонтальная иллюзия (Fick illusion, 1851).
высказана для объяснения иллюзии Мюллера-Лайера (см. рис. 1). При сканировании линии со стрелочками наружу глаза движутся с большим размахом, чем в случае сканирования линии со стрелочками внутрь, что и приводит к переоценке длины линии со стрелочками наружу. Эта гипотеза была подтверждена в экспериментах, проведенных Г. Бинстед и соавторами (Binsted et al., 2001). В них испытуемых просили оценить длину тестовых линий двумя способами - вербально или отслеживая линии при помощи движения глаз. Оказалось, что и вербальная оценка и прослеживающие движения глаз одинаково подвержены иллюзорному эффекту. В других исследованиях, однако, были показаны противоположные результаты (Грегори, 1970; Ognivov et al., 2009). Основная идея этих исследований состояла в том, что иллюзия предъявлялась на короткое (200 мс) время, в течение которого глаза не успевали переместиться по рисунку. При этом иллюзорный эффект продолжал сохраняться. В пользу независимости процессов формирования иллюзий и движения глаз свидетельствуют и осуществлялась относительная стабилизация изображения иллюзии на сетчатке. Для этого испытуемого просили смотреть на изображение иллюзии в течение 50 с., не двигая глазами или головой, а затем, при наблюдении ее послеобраза, оценивать наличие/отсутствие иллюзорного эффекта. Было обнаружено, что в этих условиях иллюзорный эффект продолжал восприниматься.
1.4.2. Оптика глаза Согласно этой гипотезе, причиной возникновения иллюзий могут быть анатомические особенности оптического устройства глаза. Световые лучи по-разному рассеиваются в центре и на периферии хрусталика глаза, что приводит к тому, что на сетчатке формируется нечеткое и искривленное изображение. Кроме того, искривления изображения могут возникать в силу того, что сетчатка является сферической поверхностью, на которой проекции реально прямых линий трансформируются в выпуклые линии.
Изящная демонстрация, созданная Г. Гельмгольцем (рис. 8) показала, что искажения такого типа действительно формируются на сетчатке.
Рисунок 8. Субъективная кривизна линии (Гельмгольц, 1866).
Он создал изображение шахматной доски с линиями, выгнутыми относительно центральной точки изображения. Если рассматривать рис.8 с обычного расстояния в 40-50 см, он проецируется на центральную часть сетчатки, где кривизна сферической поверхности незначительна. В этом случае линии не трансформируются и воспринимаются такими, как и нарисованы - выгнутыми. Если же рассматривать рисунок одним глазом с расстояния в 1-2 см, выгнутые линии будут проецироваться на периферию сетчатки, где они сильно трансформируются из-за сферичности поверхности сетчатки. Эти трансформации будут направлены в «обратную воспринимаются прямыми.
1.4.3. Нейронные механизмы сетчатки и мозга Гипотеза о влиянии нейронных механизмов сетчатки. Локальные взаимодействия нейронов сетчатки также могут приводить к возникновению зрительных иллюзий. Например, горизонтальные и амакриновые клетки сетчатки латерально тормозят активность ганглиозных клеток в пределах области пространства, названной рецептивным полем (РП) ганглиозных клеток (Хьюбел, 1990). Пространственная конфигурация стимула, попадающего в пределы РП, влияет на отклик ганглиозной клетки.
Если стимул имеет резкое изменение яркости, взаимодействия между центром и периферией РП приводит к усилению реакции ганглиозной клетки в области перепада яркости. Предполагается, что усиление активности этих клеток является нейронным коррелятом перцептивного переживания субъективно более яркого контраста стимула. Эта гипотеза была предложена для объяснения иллюзии «полосы Маха» (Ratliff, 1965), представленной на рис. 9. В этой иллюзии, созданной Э. Махом (Mach, 1865), можно наблюдать усиление субъективного контраста на границах перепадов яркости: на границе перехода от черного к темно-серому оттенку видна иллюзорная полоса «чернее черного», тогда как на границе перехода от светло-серого к белому воспринимается иллюзорная полоса «белее белого».
Рисунок 9. Иллюзия «полосы Маха» (Mach band illusion, 1865).
зрительной коры. Были получены данные о том, что механизм латерального торможения действует и на более высоком уровне зрительного тракта, например, на уровне первичной зрительной коры (Хьюбел, 1990). Действие этого механизма для нейронов, селективно настроенных на ориентацию линий, может приводить к возникновению ряда иллюзий наклона (http://www.michaelbach.de/ot/). На одной из них (The tilt illusion), представленной на рис. 10, расположенные в центре вертикальные линии воспринимаются как чуть наклоненные влево под влиянием окружения – линий, имеющих правый наклон. Было предложено объяснение этой иллюзии (Solomon et al., 2004) состоящее в том, что некоторый участок первичной зрительной коры головного мозга (A1) активизируется под действием центральной части паттерна (линий вертикальной ориентации), а соседние с ним участки коры (А2) активируются под действием периферической части паттерна (линий, наклоненных вправо). Предполагалось, что в соответствии с механизмом латерального торможения высокая активность области А2 может подавлять активность области А1, что, в свою очередь, приводит к Рисунок 10. Иллюзия наклона (The tilt illusion).
смещению центра общей активности в сторону нейронных структур, ответственных за восприятие линий, наклоненных влево. Более высокая активность областей, отвечающих за наклоненные влево линии, и переживается субъективно как иллюзия наклона физически вертикальных линий.
Гипотеза влияния нейронных процессов «утомлениявосстановления». На двумерных картинках зрительные признаки глубины представлены неоднозначно: один и тот же элемент изображения может восприниматься как выходящий вперед, либо как углубленный элемент.
Продолжительное наблюдение такого неоднозначного рисунка может привести к альтернативным вариантам восприятия глубины, которые флуктуируют во времени: сначала воспринимается один вариант, за ним другой, затем снова первый и т.д. Предполагается, что в основе такого восприятия лежат процессы «утомления и восстановления» (Long et al., 1983; Long, Olszweski, 1999). Рисунки, которые порождают флуктуации нескольких вариантов восприятия, называются мультистабильными иллюзиями. Одним из наиболее показательных примеров является куб Неккера (Necker, 1832), показанный на рис.11а. Пространственное положение куба можно воспринимать либо в варианте рис.11б, либо в варианте рис.11в. Согласно гипотезе «утомления - восстановления» в Рисунок 11. а) куб Неккера (Necker cube, 1832); б) и в) варианты восприятия его пространственного положения.
зрительной системе существуют нейрофизиологические каналы, которые селективно обрабатывают информацию о глубине. Эти каналы работают по принципу взаимного дополнения – либо активизируется один и подавляется второй, либо наоборот. Среднее время смены альтернативных вариантов составляет, в среднем, 2-3 секунды. Эта гипотеза также может объяснить феномен более частой смены вариантов при продолжительном наблюдении.
Предполагается, что в этом случае процессы восстановления не успевают пройти полностью и смена одного варианта на другой происходит быстрее.
В качестве примеров мультистабильных по глубине изображений можно также упомянуть иллюзию кафеля, лестницу Шредера и много других иллюзий (http://www.psy.msu.ru/illusion).
модальности, состоящая в том, что взаимодействие различных нейронных каналов, обрабатывающих информацию о простых зрительных признаках, может приводить к усилению или ослаблению иллюзорного эффекта.
Примером усиления иллюзорного эффекта при взаимодействии двух нейронных каналов – цвета и ориентации линий - является иллюзия Макколлоф (McCollough effect, 1965). Стимульный паттерн представлял собой две решетки, одна из которых (рис. 12, а) состояла из вертикальных черных полос на зеленом фоне, а другая (рис. 12,б) – из горизонтальных черных полос на красном фоне. Испытуемого адаптировали в течение нескольких минут одновременно к обеим решеткам, прося смотреть попеременно в течение нескольких секунд в центр одной или другой решетки. Затем ему предлагали посмотреть на тестовый стимул (рис. 12, в), состоящий из горизонтальных и вертикальных черных полос на белом фоне и оценить цвет фона. Все испытуемые сообщали о возникновении послеэффекта цвета. Белый фон воспринимался подкрашенным в оппонентные цвета: в красноватый оттенок – для вертикальных полосок и в зеленоватый – для горизонтальных. В классической иллюзии последействия цвета (Hering, 1872/1964), где стимулами служили однородно окрашенные участки поверхности, иллюзорные оппонентные цвета воспринимаются непродолжительное время Рисунок 12. Иллюзия Макколлоф (McCollough effect, 1965): а, б – адаптационные решетки; в – тестовые решетки.
не более 3 секунд. Однако, для иллюзии Макколлоф, где при адаптации присутствуют два зрительных признака (цвет и ориентация), послеэффект восприятия оппонентных оттенков длился значительно дольше – в течение 2-3 дней и даже месяцев. Например, в работе П. Джонса и Д. Холдинга (Jones, Holding, 1975) было показано, что адаптация к дисплею Макколлоф в течении 15 минут приводит к стойкому послеэффекту, длящемуся в течение 3 месяцев. Кроме того, было обнаружено, что поворот головы на 90° приводит к изменению иллюзорного цвета на оппонентный, а также, что адаптация одного глаза не приводит к индукции иллюзорного цвета на другой глаз. Феномен объяснялся процессами адаптации нейроновдетекторов края (McCollough, 1965) или детекторов первичной зрительной коры (в пределах зон V1- 4B), реагирующих на наличие в поле зрения одновременно двух зрительных признаков - цвета и ориентации полосок (Allan et al., 1991). Эти результаты позволили сделать вывод о том, что эффект опосредуется не центральными, а периферическими сенсорными механизмами. Таким образом, информация о цвете хранится в памяти значительно дольше, если адаптация происходит в условиях «взаимодействия» цвета и пространственной формы.
1.4.4. Механизмы гештальт-группировки Гипотеза о влиянии конфигурации элементов изображения была предложена гештальт-психологами и подробно описана в работах М.
Вертгаймера (Wertheimer, 1923) и К. Коффки (Koffka, 1935). Описывая процесс восприятия, они предположили, что отдельные элементы изображения всегда образуют конфигурацию на основе законов сходства по качеству, хорошего продолжения, близости по пространству и времени, симметричности и т.д. Механизмы объединения сходных элементов являются неотъемлемым свойством восприятия – они необходимы для выделения фигуры на окружающем фоне. Процессы объединения отдельных элементов в единую фигуру могут приводить к возникновению иллюзорных эффектов. Например, те элементы изображения, которые объединяются в фигуру, могут восприниматься расположенными ближе друг к другу, относительно тех элементов, которые не включаются в конфигурацию. Подтверждением этой гипотезы является эксперимент, проведенный В. Келлером и Г. Валлахом (Kohler, Wallach, 1944), в котором исследовались эффекты группировки в ситуации последействия формы.
Идея эксперимента состояла в следующем: наблюдателя сначала адаптировали к изображению с 3-мя черными прямоугольниками (рис. а).
Рисунок 13. а) адаптационное изображение; б) изображение для исследования эффекта конфигурации в ситуации последействия формы (по:
Kohler, Wallach, 1944).
Его просили фиксировать взор на центральном кресте в течение 60 секунд, а затем быстро меняли это изображение на второе (рис. 13 б), на котором находились 4 контурных квадрата, расположенных по вертикали на равном расстоянии друг относительно друга. Глядя на второе изображение в течение короткого времени, он воспринимал послеобразы первого изображения, а именно иллюзорные фигуры белого цвета в местах, где находились черные прямоугольники адаптационного изображения. Задачей испытуемого было сравнить расстояние между левой парой квадратов с расстоянием между правой парой. Полученные результаты показали, что левая пара квадратов не связывались в единый гештальт: они казались более удаленными друг относительно друга, поскольку их разъединял послеобраз прямоугольника, локализованный в пространстве между ними.
Напротив, правые квадраты казались менее удаленными друг относительно друга, поскольку послеобразы прямоугольников воспринимались локализованными во внешнем по отношению к квадратам пространстве.
§1.4.5. Когнитивные механизмы.
Гипотеза о неправильной трактовке параметров двумерных изображений. Основная идея этой гипотезы состоит в том, что наше зрение развивается и функционирует в трехмерном мире, а значит, оно должно быть приспособлено для восприятия трехмерных стимулов. В любой зрительной стимуляции, в том числе и в двумерной стимуляции, зрительная система ищет зрительные признаки для реконструкции трехмерного образа.
Однако, этот процесс может приводить к ошибкам восприятия в связи с тем, что двумерные признаки многозначны. Например, один и тот же по яркости участок поверхности может восприниматься как светло-серый или как темно-серый участок в зависимости от того, насколько наклоненным воспринимается участок поверхности по отношению к источнику освещения (Gilchrist, 1977; Menshikova, Nechaeva, 2011; Menshikova et al., 2012) или в зависимости от того, насколько сильно/слабо освещенной использовалась Г. Гельмгольцем для объяснения классической иллюзии одновременного светлотного контраста (см. рис.20).
Гипотеза об ошибочном применении механизма константности.
Эта теория была предложена Р. Грегори (Gregory, 1963) для объяснения оптико-геометрических иллюзий Мюллера-Лайера (рис. 1) и Понцо (рис.
14а). Предполагается, что в этих рисунках присутствуют признаки перспективы, которые приводят к тому, что одни части рисунка воспринимаются более близкими, а другие более далекими. Например, паттерн иллюзии Понцо (Ponzo, 1911) может восприниматься как двумерная проекция трехмерной сцены, в которой наклонные линии восприниматься как направляющие шоссейной дороги, уходящей к горизонту (рис. 14б). Именно поэтому иллюзию Понцо часто называют иллюзией железнодорожных путей. При такой интерпретации верхняя горизонтальная линия воспринимается Рисунок 14. Иллюзия Понцо (Ponzo illusion, 1911); а) классический перспективы (http://www.moillusions.com).
локализованной дальше от наблюдателя, чем нижняя. Для оценки размера горизонтальных линий в зрительной системе «включается» механизм константности размера. Согласно ему, если проекции двух объектов на сетчатке одинаковы, а воспринимаемая удаленность объектов различается, то воспринимаемый размер дальнего объекта больше воспринимаемого размера ближнего.
Такое восприятие основано на опыте взаимодействия наблюдателя с объектами естественной трехмерной среды. Если в рисунок внесены признаки перспективы (сходящиеся линии), то это приводит к ошибочной оценке расстояния до горизонтальных линий, что в свою очередь ведет к ошибочной оценке их размера. Этот механизм работает всегда, даже в тех случаях, когда нет необходимости в его применении: ведь рассматривая плоский рисунок, мы воспринимаем его двояко: не только как проекцию гипотетической трехмерной сцены, но и как плоское изображение с линиями, локализованными относительно нас на одинаковом расстоянии.
Гипотеза об ошибочном применении механизма константности была успешно применена для объяснения иллюзии Поггендорфа (Gillam, 1971), Мюллера-Лайера (Gregory, 1968), а также Понцо (Leibowitz et al., 1969).
Гипотеза оценки по контрасту, согласно которой зрительная система оценивает параметры объектов (размер, кривизну, форму) не по абсолютной величине, а в сравнении с аналогичными параметрами других объектов, находящихся в данный момент в поле зрения. Различия в оценках сильно зависят от того, насколько сильно отличаются параметры сравниваемых объектов, т.е. от их контраста. Правило контраста применялось для объяснения иллюзии Эббингауза (Coren, Miller, 1974), а также для иллюзии Дельбефа (Delboeuf, 1892), представленной на рис. 15.
Рисунок 15. Иллюзия Дельбефа (Delboeuf illusion, 1892).
Левый центральный диск воспринимается меньшим по размеру, чем правый, поскольку контрастирует с большим по размеру окружающим диском. Механизм оценки по контрасту работает не только при восприятии размеров объектов, но и при восприятии других параметров, таких, например, как кривизна контура (рис. 16). В данной иллюзии центральная Рисунок 16. Иллюзия кривизны контура.
линия слева воспринимается менее выпуклой, чем центральная линия справа, поскольку работает правило оценки по контрасту с кривизной окружающих их снизу и сверху выпуклых линий.
Гипотеза о влиянии степени заполнения пространства, предполагающая, что те промежутки пространства, которые не заполнены какими-либо элементами, воспринимаются менее протяженными, чем равные им заполненные промежутки пространства. Примером этого правила является иллюзия Оппеля-Кундта (Kundt, 1863), которая показана на рис. 17.
Рисунок 17. Иллюзия Оппеля-Кундта (Oppel-Kundt illusion, 1863).
Такого же типа закономерности были обнаружены и для восприятия заполненных / незаполненных временных интервалов (Рубинштейн, 1989).
Гипотеза ошибочного сравнения. Основное предположение этой теории состоит в том, что наблюдатель непроизвольно выполняет не то задание, которое от него требуется выполнить. Это предположение было высказано в работе (Erlebacher, Seculer, 1969) для объяснения иллюзии Мюллера-Лайера: испытуемый сравнивает не линии без стрелочек, а обе фигуры в целом. В подтверждение выдвинутого предположения были проведены эксперименты, в которых выраженность иллюзии МюллераЛайера исследовалась в условиях, которые способствовали раздельному восприятию линий и окружающих стрелочек. Например, в одном исследовании окружающие стрелочки окрашивались в другой цвет (Sadza, de Weert, 1984), в другом - испытуемому было предложено сосредоточить свое внимание только на линиях, мысленно игнорируя при этом окружающие стрелочки (Coren, Girgus, 1973). Поскольку оба условия приводили к тому, что испытуемому легче было выделить и оценить требуемый параметр – длину линий, оценки испытуемых осуществлялись более корректно, и сила иллюзии уменьшалась.
Гипотеза о влиянии научения. Длительное наблюдение зрительных иллюзий может привести к тому, что их выраженность постепенно может снижаться. Так, например, было показано, что выраженность иллюзии Мюллера-Лайера уменьшается вдвое при наблюдении этой иллюзии по минут ежедневно в течение недели (Girgus et al., 1975). Уменьшение иллюзорного эффекта при длительном наблюдении было получено для иллюзий Мюллера-Лайера в форме Брентано (Predebon, 1998; Watson et al., 1991), а также для иллюзий Поггендорфа, Цольнера и Геринга (Coren, Girgus, 1972b). Следует отметить, что, хотя при длительном наблюдении иллюзии воспринимались менее выраженными, они никогда не исчезали полностью.
Гипотеза о влиянии распределения внимания. Процессы распределения внимания при рассматривании рисунка также могут оказывать влияние на формирование иллюзии. Внимание может перераспределяться по паттерну рисунка произвольно или непроизвольно.
Рисунок 18. Изменение видимого размера окружностей из-за процесса смещение внимания в сторону, указанную стрелочками.
Например, глядя на рис. 18, можно заметить, что левая окружность выглядит немного сжатой по размеру относительно правой. Причиной такого изменения может быть смещение непроизвольного внимания, которое происходит в сторону направления стрелочек: при смещении внимания в центр окружности ее размер воспринимается меньшим, при смещении на периферию – большим. Одной из недавно созданных иллюзий этого типа является иллюзия Тзе (Tse, 2005), в которой наблюдается иллюзорное изменение яркости фигуры при сдвиге произвольного внимания (рис. 19). Если фиксировать взор на белой точке в центре рисунка и направить свое внимание на один из трех дисков, то он будет восприниматься более темным по сравнению с двумя другими дисками.
Этот эффект объясняется Рисунок 19. Иллюзия Тзе (Tze’s illusion, 2005).
тем, что в двумерной картинке информация о том, какой из трех пересекающихся полупрозрачных дисков находится ближе/дальше от наблюдателя, не определена. Сдвиг внимания на один из дисков снимает эту неопределенность – более близким кажется тот, на который направлено внимание. Для расчета его светлоты зрительная система использует следующее правило: светлота определяется как среднее по сумме более светлых не перекрытых и двух более темных перекрытых участков диска, что приводит, в целом, к его потемнению. Условия частичной стабилизации взора позволяют легче управлять процессом концентрации произвольного внимания.
Гипотеза о взаимодействии признаков разной модальности.
Предполагается, что взаимодействие признаков зрительной и слуховой или зрительной и тактильной модальностей может приводить к возникновению иллюзорных эффектов. Наиболее известным примером межмодальных взаимодействий является эффект ак-Гурка (McGurk, MacDonald, 1976).
Если испытуемый слышит одну фонему, но при этом видит по движениям губ, что произносится другая, то признаки «видимой речи» начинают взаимодействовать с признаками «слышимой» речи. Это взаимодействие приводит к тому, что начинает слышаться третья фонема, которая является комбинацией акустических и зрительных признаков. Так, если акустически предъявляется слог «ба», а движения губ соответствуют слогу «га», то слышится звук «да». Если исключить зрительные признаки, например, закрыть глаза, то иллюзия исчезает - слышится тот слог, который произносится. Эффект Мак-Гурка сохраняется и в ситуациях, когда слышимая и видимая информации противоречивы по смыслу: например, испытуемый видит изображение женщины, произносящей слог «ба»
мужским голосом.
воспринимающей системы к изменениям среды. Предполагается, что многие иллюзии можно объяснить, используя идеи статистической теории принятия решения Байеса (Geisler, Kersten, 2002). Согласно этой теории перцептивная система выбирает наиболее оптимальное решение, максимально согласованное с физическими и статистическими свойствами окружающей среды. Идеи теории Байеса тесно связаны с гипотезой о «бессознательных Согласно ей, зрительная система использует имплицитные знания о свойствах среды (образы представления) для интерпретации многозначной информации, представленной на сетчатке. Многозначность сетчаточного образа связана с постоянными перемещениями наблюдателя в среде, а также с изменениями интенсивности и цветности источников освещения.
Это приводит к изменениям сетчаточных проекций размера, формы, светлоты, внешних объектов. Эта многозначность проявляется в том, что различные по свойствам объекты могут иметь одинаковый сетчаточный образ и, наоборот, одинаковые по свойствам объекты по-разному отображаться на сетчатке. Для решения этой проблемы предлагается использовать статистическую теорию принятия решения, которая выбирает из всех возможных вариантов оптимальные решения, т.е. максимально согласованные со свойствами окружающей среды, а также учитывающие надежность источника информации. В качестве основных источников информации рассматриваются свойства сетчаточного образа и образа представления, комбинация которых зависит от их надежности. Если, например, контраст сетчаточного образа низкий, то этот источник информации считается ненадежным. В этом случае зрительная система с большей вероятностью полагается на имплицитные знания о возможных контрастах данного объекта. Вероятностные соотношения зрительных признаков о свойствах объектов приводят к изменению вероятностей принятия того или иного решения, что и является причиной появления зрительных иллюзий (Weiss at al., 2002).
Выдвигались также другие гипотетические механизмы, действие которых могло вызвать ошибки восприятия. Т. Липе была предложена теория сопереживания, согласно которой наблюдатель, глядя на объекты, переоценкам/недооценкам отдельных параметров объектов. Согласно этой теории, фигуры Атлантов, установленных у здания Эрмитажа, должны восприниматься укороченными по росту потому, что, эмоционально сопереживая Атлантам, мы как бы сжимаемся под тяжестью воображаемого небесного свода.
К причинам возникновения иллюзий относили также рассеянное внимание, плохие условия наблюдения, состояния повышенной тревожности и т.д. Однако многочисленные исследования показали, что все вышеперечисленные факторы незначительно влияют на выраженность иллюзии и носят, скорее, случайный характер: для некоторых наблюдателей они приводят к усилению иллюзорного эффекта, а для других – к его уменьшению.
На основе материала, изложенного выше, можно сделать следующие выводы:
1. Анализ возможных механизмов, лежащих в основе формирования зрительных иллюзий, показывает, что их много и все они разнородны по своей природе.
2. Большое число причин возникновения иллюзий можно подразделить на несколько классов, которые в данном обзоре были обозначены как движения глаз, оптика, нейронные механизмы сетчатки и мозга, гештальтгруппировка, а также когнитивные механизмы.
3. В большинстве экспериментальных работ в качестве объяснительного механизма рассматривается только одна причина формирования иллюзии.
4. Одной из проблем объяснения феномена зрительных иллюзий является малочисленность работ, посвященных систематизации механизмов их возникновения, а также обсуждению вопросов иерархии этих механизмов и их взаимодействия в процессе формирования образа иллюзии.
немногочисленным работам, в которых были предложены различные классификации зрительных иллюзий.
ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗРИТЕЛЬНЫХ ИЛЛЮЗИЙ
§2.1. Проблемы классификации зрительных иллюзий Классификация каких-либо феноменов или свойств является важной частью начального этапа исследований. Она позволяет, во-первых, отделить исследуемый класс феноменов от всех других, а во-вторых, лучше специфицировать данный феномен. Необходимость классификации диктуется также и необходимостью высказывать теоретические гипотезы о свойствах феномена и причинах его возникновения, которые невозможны без простейших представлений о его структуре. Разделение иллюзий на классы важно не только с теоретической точки зрения, но и является важной частью планирования экспериментальных исследований.За время развития психологии восприятия как научной дисциплины было открыто большое число зрительных иллюзий, однако до сих пор не существует их общепринятой классификации. Проблемы объединения иллюзий в отдельные классы связаны с несколькими причинами.
Во-первых, как было отмечено в Главе 1, достаточно сложно дать определение понятию «зрительные иллюзии», что влечет за собой трудности классификации.
Во-вторых, на настоящий момент не существует единой теории, способной объяснить многочисленные феномены зрительного восприятия, в том числе и феномен зрительных иллюзий. В современной научной литературе наиболее часто обсуждаются несколько теоретических подходов к исследованию зрительного восприятия, к которым можно отнести конструктивисткий подход, предложенный в работах Г. Гельмгольца (Helmholtz, 1866/1962) и развитый в работах Р. Грегори (Грегори, 1970) и И.
Рока (Рок, 1980), экологический подход, предложенный Дж. Гибсоном (Гибсон, 1988), информационный подход Д. Марра (Марр, 1987), нейрофизиологический подход, представленный в работах Д. Хьюбела и Т.
Визеля (Хьюбел, 1990) и Е.Н. Соколова (Соколов, 2003), а также гештальтподход, развитый в работах М. Вертгаймера (Wertheimer, 1923) Ф. Коффки (Koffka, 1935), Д. Каца (Katz, 1935) и многих других исследователей.
Анализ различных представлений о формировании ЗИ будет представлен в Главе 3. В каждом из упомянутых теоретических подходов были предложены свои гипотезы процесса формирования зрительных иллюзий.
В-третьих, процесс восприятия зрительных иллюзий является настолько сложным, что современная наука еще «не готова» сформировать общепринятую классификацию этого феномена. Анализ современных работ по изучению зрительных иллюзий показывает, что большинство из них посвящено исследованию выраженности какой-либо одной иллюзии в зависимости от параметров стимуляции (например, от яркости фона, величины контраста, группировки отдельных элементов и т.д.), а также обсуждению возможного механизма, лежащего в основе наблюдаемых изменений. Значительно меньшее число работ посвящено изучению не одной, а группы иллюзий, которые объясняются действием единого для всех механизма. Еще меньшее число работ посвящено анализу механизмов, лежащих в основе формирования различных зрительных иллюзий (Coren, Girgus, 1978; Gregory, 2009). В этих работах предпринимались попытки проанализировать структуру этих механизмов, выделить основные и побочные механизмы, рассмотреть их взаимодействие.
Несмотря на трудности, отмеченные выше, в современной научной литературе были предложены несколько видов классификаций зрительных иллюзий. Рассмотрим некоторые из них.
§2.2. Классификация по воспринимаемому параметру Согласно ей, иллюзии объединяются по тому зрительному параметру (движение, цвет, светлота, форма и т.д.), который воспринимается иллюзорно. В рамках этой классификации обычно выделяют следующие виды иллюзий:
иллюзии светлоты: рисунки, в которых одинаково серые фигуры воспринимаются как разные по оттенку серого цвета. Примеры иллюзий светлоты показаны на рис. 20, 21. Классическая иллюзия одновременного светлотного контраста (Chevreul, 1839), состоит в том, что два одинаковых серых квадрата, расположенных на черном и белом фоне, воспринимаются как более светлый и менее светлый соответственно (рис.20). В иллюзии Уайта (White, 1979) серые прямоугольники, расположенные на черных горизонтальных полосах, воспринимаются более светлыми, чем физически такие же прямоугольники, расположенные на белых полосах (рис. 21).
Удивительно, что в этих иллюзиях эффект влияния фона носит противоположенный характер. Серый квадрат воспринимается более темным в окружении белого фона (рис. 20, справа), в отличие от серого прямоугольника, который воспринимается более светлым, хотя он также, по большей части, окружен белым фоном (рис.21, слева). Было предложено несколько объяснений возникновения этих иллюзий. Например, гипотетическими механизмами, участвующими в формировании иллюзии одновременного светлотного контраста предполагались а) локальный Рисунок 20. Иллюзия одновременного светлотного контраста (The simultaneous lightness contrast illusion, 1839) контраст границ (Hering, 1874/1964), б) гипотеза о различной освещенности тестовых квадратов (Helmholtz, 1866/1962) и с) гипотеза копланарных отношений (Gilchrist et al., 1999). Однако, ни одна из предложенных гипотез не могла объяснить эффект в иллюзии Уайта. Для ее объяснения были предложены совсем другие гипотетические механизмы: одновременное действие законов контраста и ассимиляции (White, 1979), геометрия сочленений участков различной яркости (Todorovic, 1997), зрительное расслоение серых тестовых и фоновых прямоугольников (Anderson, 1997).
Рисунок 21. Иллюзия Уайта (White’s illusion, 1979).
Таким образом, в классификации по воспринимаемому иллюзорно параметру в один класс могли попадать иллюзии, в формировании которых участвуют различные гипотетические механизмы.
иллюзии движения: из множества разнообразных иллюзий движения можно выделить несколько различных типов. Например, к первому типу можно отнести стационарные изображения, наблюдая которые возникает иллюзия движения отдельных элементов. Ярким примером является всемирно известная иллюзия, созданная А. Китаоке (Kitaoka, Ashida, 2003), которая называется «Забавная змея» (The Rotsnake illusion, 2003). Если переводить взор по паттерну (рис.22), то возникает впечатление вращения пятнистых окружностей как по часовой, так и против часовой стрелки.
Формирование этой иллюзии связывают со спецификой детекции контрастов в центральных и периферических областях сетчатки (Conway et al., 2005). Ко второму типу можно отнести иллюзии движения, возникающие при предъявлении стационарных мелькающих стимулов.
Классической иллюзией этого типа является иллюзия Фи-феномен, в которой два световых стимула, вспыхивающих на короткое время один за другим в двух разных точках пространства, воспринимаются как один стимул, движущийся из одной точки в другую. На основе этого феномена был сформулирован основной принцип гештальт-подхода – принцип изоморфизма (Wertheimer, 1912).
Рисунок 22. Иллюзия «Забавная змея» (The Rotsnake illusion, 2003).
«