Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследования перцептивной организации в психологии восприятия 15
1.1. Проблема перцептивной организации: классические представления и современные исследования 15
1.1.1.Основные аспекты перцептивной организации 15
1.1.2. Представления о перцептивной организации в классической психологии и гештальтпсихологии 16
1.1.3. Представления о перцептивной организации в современной когнитивной психологии 1.1.3.1. Современные представления о факторах группировки и сегментации 24
1.1.3.2. Современные представления о факторах различения фигуры и фона
1.1.4. Перцептивная организация через призму проблемы восприятия текстур 33
1.1.5. От элементов к целому и обратно. Роль внимания в перцептивной организации
1.1.5.1. Что происходит раньше: анализ частей или целого? 41
1.1.5.2. Роль процессов предвнимания и внимания 50
Резюме 56
1.2. Перцептивная организация, с точки зрения статистической репрезентации зрительных ансамблей 58
1.2.1. Статистическая репрезентация зрительных ансамблей: феноменология 58
1.2.2. Преимущества статистических репрезентаций в восприятии и памяти 66
1.2.3. Группировка и сегментация с точки зрения сводной статистики ансамблей
1.2.3.1. Субъективная оценка среднего как показатель силы группировки 75
1.2.3.2. Перцептивная организация, основанная на распределении признаков: модель «мгновенной категоризации» множественных объектов 76
1.2.3.3. Вариативность распределения как фактор силы группировки 82
1.2.3.4. Сегментация единичных объектов - статистических выбросов 84
1.2.4. Роль внимания в статистической репрезентации: «целое» или элементы?
1.2.4.1. Параллельное (исчерпывающее) или выборочное усреднение 87
1.2.4.2. Восприятие ансамблей в свете «проблемы связывания» 90
Резюме 93
Глава 2. Эмпирическое исследование перцептивной организации множественных объектов в зависимости от статистических характеристих распределения зрительных признаков 95
2.1 Эффективность обнаружения индивидуальных объектов в зависимости от относительного положения в статистическом распределении признаков элементов фона 95
2.1.1. Эксперимент 1А: Переменное картирование 100
2.1.1.1. Методика 100
2.1.1.2. Результаты эксперимента 1А 104
2.1.2. Эксперимент 1Б: Постоянное картирование 105
2.1.2.1. Методика 105
2.1.2.2. Результаты эксперимента 1Б 106
2.1.3. Обсуждение результатов 107
2.2 Вариативность признаков как фактор перехода от группировки к сегментации 113
2.2.1. Эксперименты 2А и 2Б 115
2.2.1.1 Методика 115
2.2.1.2. Результаты и обсуждение экспериментов 2А и 2Б 119
2.2.2. Эксперимент 2В 123
2.2.2.1. Методика 124
2.2.2.2.Результаты эксперимента 2В 125
2.2.3. Обсуждение результатов 126
2.3 Группировка, основанная на сочетании распределений двух признаков 131
2.3.1. Эксперимент 3А 136
2.3.1.1. Методика 136
2.3.1.2. Результаты эксперимента 3А 139
2.3.2. Эксперимент 3Б 141
2.3.2.1. Методика 141
2.3.2.2. Результаты эксперимента 3Б 143
2.3.3. Обсуждение результатов 145
Глава 3. Общее обсуждение результатов 149
3.1. Перцептивная организация, основанная на сводных статистиках ансамбля 149
3.1.1. Сегментация цели в зрительном поиске 149
3.1.2. Группировка и сегментация в задачах на зрительное усреднение 155
3.2. Целое или части: параллельное исчерпывающее или выборочное кодирование сводных статистик 161
Заключение и выводы 165
Список использованной литературы 168
- Представления о перцептивной организации в классической психологии и гештальтпсихологии
- Перцептивная организация, с точки зрения статистической репрезентации зрительных ансамблей
- Эксперимент 1Б: Постоянное картирование
- Группировка и сегментация в задачах на зрительное усреднение
Введение к работе
Актуальность исследования
На протяжении всей истории психологической науки исследователей
восприятия интересовала проблема перцептивной организации.
Структурирование потока ощущений и переход к восприятию объектов и поверхностей, является одной из фундаментальных проблем, которые решает перцептивная система. Проблема перцептивной организации широко освещена в классических исследованиях в рамках гештальтпсихологии. Классические исследования перцептивной организации фокусировались на изучении факторов группировки и сегментации, и отвечали на вопрос о том, как именно, на основе каких особенностей и отношений между собой отдельные элементы группируются в целостные образования и каким образом возможно отделение одних целостных образований от других [Wagemans et al. 2012]. Также в фокус классических исследований попала проблема отношений фигуры и фона в зрительном поле [Rubin, 1915, 1921]. Современные исследования в рамках гештальт-подхода к восприятию продолжают линию изучения перцептивной организации с точки зрения пространственно-временных особенностей организации зрительной информации [Kimchi et al. 2005; Ghose, Palmer, 2010; Kimchi et al. 2016; Palmer, 1992; Pomerantz, 2003; Pomerant, Portillo, 2011b].
Современный этап развития исследований в области зрительного восприятия охарактеризован появлением еще одного взгляда на проблему глобального и целостного образа, состоящего из множественных элементов, -взгляда, отличного от классической теории перцептивной организации, берущей начало из гештальтпсихологии. Он основан на изучении особой феноменологии – быстром и легком восприятии ансамблей – множественных объектов, которые не образуют «сильных» гештальтов, поскольку каждый элемент является индивидуальным объектом, и эту «объектность» мы ясно осознаем, в отличие, например, от текстурных элементов [Cant, Xu, 2013].
Однако такие ансамбли могут восприниматься одновременно, несмотря на серьезные ограничения со стороны внимания и рабочей памяти на количество одновременно репрезентируемых элементов [Cowan, 2001; Luck, Vogel, 1997] с одной стороны, и отсутствие «хорошей» пространственно-временной организации, с другой.
Благодаря исследованиям зрительных ансамблей появилась идея об
обобщенном кодировании зрительной информации и представления ее в виде
сводной статистики по всему массиву воспринимаемых объектов. Оценка
сводной статистики ансамбля позволяет быстро кодировать информацию и
извлекать обобщенные данные как по простым характеристикам,
описывающим множество объектов (примерное количество [Chong, Evans, 2011; Halberda, Sires, Feigenson, 2006], среднее по разнообразным параметрам [Ariely, 2001; Chong, Treisman, 2003; Parkes et al. 2001]), так и по характеристикам более сложным (например, для оценки средней идентичности лиц или эмоциональной лицевой экспрессии [De Fockert, Wolfenstein, 2009; Haberman, Whitney, 2007] или средней «одушевленности» всех объектов [Yamanashi Leib, Kosovicheva, Whitney, 2016]). Однако, статистическая репрезентация не предполагает полного и исчерпывающего доступа к подробному описанию всех характеристик объекта [Alvarez, 2011].
Существуют исследовательские работы, рассматривающие перцептивную
организацию зрительной информации через призму статистической
репрезентации [например, Rosenholtz, 1999], однако большая часть
исследований затрагивают эту проблематику неявно – как способ
репрезентации множества элементов в форме сводного описания,
характеризующего все множество сразу. Этот аспект восприятия ансамблей рождает параллели с одним из аспектов перцептивной организации – группировкой. Однако, несмотря на существование этой неявной, хотя и довольно прямой параллели с перцептивной организацией, на наш взгляд, связь
этих двух областей исследований нуждается в более явной теоретической и эмпирической разработке. В частности, необходимо в явном виде рассмотреть восприятие ансамблей не только как в аспекте группировки, проявляющемся в способности извлекать сводную статистику по всему набору объектов, но и «обратную сторону» перцептивной организации – сегментацию. При каких условиях объекты ансамбля действительно создают устойчивую группу, которую можно довольно точно описать одним набором сводных статистик, а при каких группировка ослабляется или распадается на несколько ансамблей (т.е. происходит сегментация)? Ответу на этот принципиальный вопрос посвящено настоящее исследование.
Объект исследования – зрительное восприятие множеств объектов.
Предмет исследования – влияние статистических свойств множества на процессы группировки и сегментации, обеспечивающие точное суждение о среднем и эффективное обнаружение уникального объекта в ходе зрительного поиска
Проблема исследования – как стимульные характеристики множества зрительных объектов влияют на перцептивную организацию этого множества.
Цели исследования:
1. Изучить влияние статистических характеристик распределения зрительных признаков (такие как вариативность и форма распределения) на перцептивную организацию (группировку и сегментацию) множественных объектов по одному и двум зрительным сенсорным измерениям, а также рассмотреть влияние относительного положения единичного объекта в распределении зрительных признаков на эффективность его выделения из множества.
Задачи исследования:
1. Проанализировать классические и современные представления о
перцептивной организации, факторах и механизмах.
2. Проанализировать сложившиеся в рамках статистического подхода
представления о механизмах восприятия множественных объектов и
теоретически обосновать связь этих механизмов с перцептивной организацией.
3. Экспериментально показать роль характеристик распределения
(вариативность, форма) и места отдельного признака внутри распределения в
возникновении группировки и сегментации по одному и двум признакам на
материале задач на зрительное усреднение и зрительный поиск
4. Эмпирически проверить гипотезу о том, что за перцептивной
организацией, основанной на статистике зрительных признаков, стоит
параллельный и исчерпывающий анализ всех объектов.
Основные гипотезы исследования:
-
Позиция признака целевого объекта в распределении зрительных признаков относительно среднего признака всех объектов влияет на эффективность обнаружения этого объекта: чем целевой признак дальше от среднего, тем легче он обнаруживается.
-
Вариативность (стандартное отклонение) и форма распределения («гладкое» или выраженное бимодальное с двумя экстремальными пиками) влияют на силу группировки, выражающуюся в точности оценки среднего признака (размера) множества: большое стандартное отклонение и бимодальное распределение способствуют ослаблению группировки и переходу к сегментации отдельных подмножеств.
3. Перцептивная организация может управляться характеристиками
статистических распределений двух физически независимых признаков –
углового размера и бинокулярной глубины множественных объектов: совместное варьирование этих признаков у одних и тех же объектов может увеличивать или уменьшать вариативность кажущихся размеров, что приводит, соответственно, к увеличению или уменьшению точности оценки общего среднего.
4. Оценка обобщенных статистических характеристик множественных объектов (среднего размера) происходит параллельно и исчерпывающе, т.е. признаки всех объектов оцениваются одновременно и вносят одинаковый вклад в вычисление среднего признака по ансамблю.
Теоретико-методологические основы: Проблема перцептивной
организации рассматривается нами с точки зрения классического (М. Вертгаймер, К. Коффка, Э. Рубин) и современного (С. Палмер, Дж. Померанц) гештальт-подхода к зрительному восприятию; информационно-статистического подхода к восприятию текстур (Б. Юлеш, Р. Розенхольц); теории статистической репрезентации зрительных ансамблей, сформулированных в рамках современной когнитивной психологии (Д. Ариэли, Э. Трейсман, Дж. Альварес, Д. Уитни, И.С. Уточкин). Проблема роли внимания в перцептивной организации рассматривается с точки зрения иерархической модели Д. Навона, теории интеграции зрительных признаков Э. Трейсман, теории сходства зрительных признаков Дж. Данкана и Г. Хамфриса. Представления о процессе формирования перцептивного образа рассматриваются с точки зрения исследований В.П. Зинченко и Б.Ф. Ломова. Представления о сукцессивном и симультанном восприятии в опознании представлены исследованиями М. С. Шехтера и Т. П. Зинченко.
Методы исследования: Лабораторные психофизические эксперименты с ипользованием модифицированных под исследовательские задачи методики зрительного усреднения размера множественных объектов [Ariely, 2001; Chong
& Treisman, 2003, 2005 a,b et al.] с четырех альтернативным вынужденным выбором и подравниванием, а также методики зрительного поиска уникальных объектов в множестве [Treisman & Gelade, 1980; Wolfe, 1994].
Достоверность и надежность: Достоверность и надежность результатов
исследования обеспечивается соблюдением правил планирования и проведения
экспериментальных исследований, точностью исследовательских процедур, а
также глубокой теоретической проработкой основных исследуемых
конструктов. Обработка данных осуществлена с применением релевантных методов анализа данных, соответствующим типу полученных данных и заявленным гипотезам. Важным доказательством достоверности является количество экспериментальных проб, пройденных каждым участником экспериментов (всего во всех экспериментальных исследованиях все испытуемые (203 участника) прошли суммарно 61 578 проб. Количество экспериментальных проб и испытуемых обеспечивают надежность полученных данных.
Научная новизна исследования: В данной работе впервые в явном виде
показано, что статистические свойства распределений признаков
множественных объектов (среднее, вариативность, форма распределения) могут приводить к усилению или ослаблению группировки или сегментации множества, по аналогии с тем, как классические пространственно-временные стимульные факторы влияют на перцептивную организацию элементов изображения. Также на примере признаков размера и глубины нами впервые показано, что на перцептивную организацию ансамбля могут одновременно влиять распределения сразу двух признаков (углового размера и кажущейся удаленности). Кроме того, в результате нашего исследования мы добавили еще одно доказательство в пользу гипотезы о параллельном и исчерпывающем характере процессов построения репрезентации ансамблей [Ariely, 2008], которое имеет важное теоретическое значение в контексте активно ведущейся в
научном сообществе дискуссии о природе механизма статистической репрезентации [Allik et al. 2013; Ariely, 2008; Myczek, Simons, 2008; Simons, Myczek, 2008]. Этот факт также служит доказательством того, что статистическая репрезентация действительно представляет собой способ построения целостной репрезентации («гештальта»).
Теоретическая значимость исследования: Осуществленный в диссертации систематический анализ опубликованных работ, посвященных как развитию представлений о факторах и механизмах классической (пространственно-временной) перцептивной организации, так и развитию представлений о статистической репрезентации зрительных ансамблей, позволил соединить в рамках работы два этих подхода и выдвинуть предположение о содержании перцептивной организации как механизме, позволяющем преодолевать серьезные ограничения зрительной системы, накладываемые со стороны зрительного внимания и рабочей памяти. Результаты данного исследования вносят вклад в понимание процессов группировки и сегментации: предлагают рассматривать их осуществление через призму статистической обработки зрительной информации и репрезентации зрительных ансамблей. В диссертационном исследовании экспериментально обосновывается новый фактор перцептивной организации, основанный на статистической обработке информации о распределении зрительных признаков в наборе объектов. Описываемые в работе с позиций статистического подхода механизмы группировки и сегментации позволяют продвинуться в понимании психологических законов перцептивной организации. Полученное в работе новое доказательство параллельного и исчерпывающего характера обработки множественных объектов при построении статистической репрезентации вносит важный вклад в ведущуюся дискуссию об исчерпывающем или выборочном оценивании зрительных статистик и о роли параллельных и последовательных процессов в восприятии.
Практическая значимость исследования: Исследования в области
зрительных статистик предлагают новый взгляд на различные практические
задачи, связанные с представлением статистических данных. Современные
исследования показывают, что статистические данные могут быть эффективно
(быстро и точно) восприняты, когда они представлены в графической форме.
Исследования в области зрительных статистик предлагают посмотреть новым
взглядом на различные задачи, связанные с представлением данных. Например,
на задачи отбора специфической группы данных - абсолютных относительных
показателей и статистических выбросов; задачи оценки сводных
статистических показателей - среднего, вариативности, стандартного отклонения, численности; задачи определения структуры данных – сегментации (кластеризации) наблюдений, определения ведущих связей между массивами данных и построения линии тренда.
Статистических подход к восприятию может стать основой для построения новых образовательных методик и технологий, которые могут быть внедрены в процесс обучения математической статистике. Кроме того, материалы диссертационного исследования могут быть использованы в преподавании общей психологии и спецкурсов по психологии восприятия и психологии внимания для специализаций «Психология».
Положения, выносимые на защиту:
-
Репрезентация множественных объектов (ансамблей) в форме сводных статистик (например, среднего признака по набору объектов) представляет собой одну из разновидностей перцептивной организации, что проявляется в высокой точности и скорости оценки этих статистик, даже когда доступ к признакам отдельных объектов ограничен.
-
Место признака объекта в общем распределении всех присутствующих признаков влияет на эффективность его сегментации от остальных объектов,
что выражается в эффективности его зрительного поиска. Объекты, занимающие крайние положения в распределении (т.е. обладающие минимальным или максимальным значением признака из всех остальных объектов) будут обнаруживаться быстрее, чем объекты, находящиеся внутри распределения.
3. Вариативность и форма распределения зрительных признаков являются
важными детерминантами перцептивной организации:
- увеличение вариативности признаков объектов приводит к увеличению
ошибки в оценке среднего, что может свидетельствовать об ослаблении
процессов группировки;
- переход от гладкого распределения (в котором интервал между
максимальным и минимальным значением заполнен промежуточными
значениями) к бимодальному (в котором представлены только крайние
значения) ведет к дальнейшему росту ошибки в оценке общего среднего, что
может свидетельствовать о переходе к сегментации объектов, чьи признаки
относятся к разным пикам.
4. Перцептивная организация возможна на основе распределений двух
признаков – углового размера и глубины. Независимое варьирование этих
признаков у одних и тех же объектов приводит к изменению в интегральном
распределении кажущихся размеров, которое, в свою очередь, ведет к
соответствующим изменениям в точности оценки среднего.
5. Оценка среднего признака в множестве происходит на основе
параллельного и исчерпывающего анализа всех объектов. Это говорит о том,
что статистическая репрезентация ансамблей действительно отражает
организацию множественных объектов в целостный образ (гештальт).
Апробация результатов работы
Основные результаты диссертационного исследования были представлены
на трех международных конференциях Общества наук о зрении «Vision
Sciences Society Annual Meeting» (Нэйплс, США, 13-ая встреча: 10.05.2013-
15.05.2013; Сент-Пит Бич, США, 16-ая встреча: 13.05.2016-18.05.2016; 14-ая
встреча: 16.05.2014-21.05.2014); на Всероссийской конференции с
международным участием «Когнитивная наука в Москве: новые исследования» (Москва, Россия, 16.06.2015); на шестой и седьмой международных конференциях по когнитивной науке (Калининград, 23.06.2014-27.06.2014; 13.05.2016-18.05.2016 (заочное участие). Также результаты диссертационного исследования были представлены на научном семинаре «Великая иллюзия сознания-3: феномены, эксперименты, модели» (19.09.2013-20.09.2013), на заседании аспирантской школы по психологии в Департаменте психологии НИУ ВШЭ (02.03.2016), и на заседании Научно-учебной лаборатории когнитивных исследований НИУ ВШЭ (14.06.2016).
Структура и объем диссертации: Объем текста диссертационной
работы (без списка литературы) составляет 167 страницу. Диссертация состоит
из введения, трех глав, заключения, списка литературы. Список
использованной литературы включает 234 источников, из них 220 на иностранных языках. Диссертация содержит 17 рисунков и 4 таблицы. Объем текста в целом 187 страницу.
Представления о перцептивной организации в классической психологии и гештальтпсихологии
Перцептивная группировка – процесс определения того, какие области и части зрительной сцены будут восприниматься вместе, как части перцептивных единиц более высокого порядка. В начале 20-го века гештальтпсихологи предложили набор классических принципов группировки, определяющих, как некоторые особенности изображения приводят к группировке между его элементами. Современные исследования в области психологии восприятия расширили этот список, чтобы описать широкий спектр особенностей изображения, а также выявить правила, по которым различные принципы группировки взаимодействуют, чтобы сформировать окончательный образ объекта.
Сегментация изображения также является важной проблемой, с которой мы регулярно сталкиваемся в нашем восприятии. Как мы организуем воспринимаемую информацию, чтобы не только эффективно группировать ее в образы объектов, но и эффективно отделять один объект от другого? Особым аспектом перцептивной организации, который имеет непосредственное отношение к сегментации, является отделение фигуры от фона. Проблема сегментации волновала ученых на заре психологической науки, и продолжает вдохновлять в настоящий момент.
В этой главе дается обзор классических принципов перцептивной организации, их дополнения и переосмысления с точки зрения современных исследований, а также новые принципы и доказательства для них; нами также будут обсуждаться вопросы, касающиеся теоретических механизмов перцептивной организации, роли внимания в процессах перцептивной группировки и сегментации.
Представления о перцептивной организации в классической психологии и гештальтпсихологии Одна из первых концептуальных идей, описывающих перцептивную организацию, предложена в рамках структурализма [Титченер, 1898]. Структуралисты выдвинули два принципа, лежащих в основе процесса формирования целостного образа: суммации (перцептивный эффект от суммы ощущений равен эффекту от всех ее составляющих, связь между некоторым стимулом и некоторым вызываем им ощущением постоянна) и ассоциации (ассоциация наличных ощущений с образами памяти: если ощущения повторялись совместно много раз, то появление в сознании одного его элемента — ощущения, влечет за собой появление и другого элемента — образа памяти). Таким образом, в структурализме выстраивается строго детерминистическое и естественно-научное понимание механизмов формирования образов восприятия: стимульная энергия однозначно преобразуется в специфическую энергию органов чувств, отображается в сознании в виде ощущения, а затем различные ощущения структурируются с помощью механизма суммации [Гусев, 2007].
Однако, подобное представление оказывается весьма уязвимым, и не дает однозначного ответа на некоторые вопросы. Почему новые, не увиденные никогда ранее объекты успешно определяются и отделяются от фона и друг от друга, а не предстают перед наблюдателем в виде разрозненной «мозаики» из зрительных стимулов? Какой процесс отвечает за первичное опознание объекта, как именно объекты распознаются впервые, попадают в память и становятся частью опыта? Как именно сегментируются фигура и фон, если и то, и другое является частью прошлого опыта [Wagemans et al. 2012]?
Идея суммации и ассоциации не могла объяснить некоторые феномены восприятия, в частности, кажущееся движение. Фи-феномен является частным случаем кажущегося движения, когда наблюдатель видит статичные стимулы на нескольких последовательно предъявляемых пространственных позициях, но вместо последовательности статичных стимулов, субъективно воспринимает один движущийся стимул [Wagemans, 2012]. Если два стимула появляются на разных позициях в соответствующие моменты времени, в восприятии человека это создает парадоксальную картину: хотя нет никакого движения, восприятие объединяет отдельные объекты в некий целостный образ, отличающийся от суммы своих частей, и кажется, что это один объект перемещается в пространстве. Фи-феномен является демонстрацией того, как проходит процесс восприятия, где целое не сводится только лишь к сумме частей его составляющих.
Дополнительно активно критиковался основной исследовательский метод – метод аналитической интроспекции: данная исследовательская процедура могла привести к «ошибке стимула», когда испытуемый мог сообщать не о собственных ощущениях, а о заранее установленном знании определенных комбинаций ощущений [Гусев, 2007].
Гештальтпсихологи вступают в полемику со структуралистами, утверждая, что перцептивный опыт является внутренне целостным и организованным, отвергают предположение о конструирования восприятия из «атомов» локальных ощущений, не связанных между собой, но объединенных ассоциациями по пространственной и временной смежности. Основная формула традиционной гештальтпсихологии может быть описана таким утверждением: «Есть целостности, поведение которых не определяется теми элементами, из которых они состоят, но где частные процессы сами по себе определяются внутренней природой целого. Конкретное сенсорное качественно отличается от того, что можно было бы предсказать, рассматривая только отдельные его части, а качество частей зависит от целого, в котором каждая их частей заложена» [Кёлер В., Адамс П. ,1958, цит. по Гиппенрейтер, Романов, 2001].
Перцептивная организация, с точки зрения статистической репрезентации зрительных ансамблей
Естественная среда обладает высокой избыточностью [Attneave, 1954]. Окружающий мир хорошо прогнозируем, во многом он сформирован повторяющимися объектами. Рассмотрим взаимодействие с прогнозируемой средой с точки зрения гипотезы эффективного кодирования [Barlow, 2001]. Данная гипотеза утверждает, что группа нейронов кодирует в информацию в наиболее компактном виде, для того, чтобы наиболее эффективно использовать имеющиеся вычислительные ресурсы и максимизировать количество информации, извлекаемой из внешней среды [Simoncelli, 2003]. Другими словами, это означает, что кодирование происходит с учетом вероятностной структуры (избыточности) входящего сообщения. Информация, передаваемая каждым нейроном, не должна быть избыточной по отношению к той, которую переносят другие. Работа с избыточностью позволяет расходовать ресурсы системы более эффективно и увеличивать тем самым пропускную способность канала.
Подобная логика экономии ресурсов может быть применена к работе перцептивной системы. Вместо того чтобы подвергать весь поток входящей информации глубокой обработке, зрительная система использует статистические (вероятностные) закономерности в элементах видимого мира. Вместо полной и глубокой обработки каждого элемента изображения (на которую заведомо не хватит ресурса), восприятие переходит к обобщенному описанию всех объектов. При этом некоторые индивидуальные особенности (отклонения от обобщенной меры) каждого из элементов могут быть утрачены, «проигнорированы» в пользу краткого обобщенного статистического представления [Alvarez, 2011].
Основной психологический смысл идеи усреднения состоит в том, что данный механизм позволяет нам справляться со значительными ограничениями внимания. Представление объектов в виде ансамбля и его сводной статистике – это всегда представление всех тех же самых объектов в «свернутом» виде – основанное на обобщении качественных и количественных характеристик представленных во множестве единиц. Сводная статистика обобщает все характеристики исходных объектов, из индивидуальных измерений выводится общее, характеризующее совокупность объектов как целое.
Как мы уже упомянули выше, для точного усреднения достаточно небольшого времени экспозиции ансамбля [Whiting, Oriet, 2011; Chong, Treisman, 2003a]. Это может указывать на то, что вычисление зрительных статистик не требует фокусировки и проходит на ранней стадии обработки информации. Усреднение, по мнению С. Чонга и Э. Трейсман, является предвнимательным процессом, поддерживая гипотезу Ариэли о параллельности процесса усреднения. Однако, последующие исследования несколько уточняют эту идею: усреднение проходит «не преднамеренно», «интуитивно», а не «без внимания» [Chong, Treisman, 2005].
В пользу идеи о том, что статистическая репрезентация ансамбля требует распределенного внимания, говорят и результаты, полученные Н. Робитель и И. Харрис: увеличение количества элементов в ансамбле увеличивает скорость и точность усреднения, что никак невозможно в условиях последовательной фокусировки внимания на каждом объекте. Испытуемый получал двойную задачу: определить среднюю ориентацию множества (множество скорее «вертикально ориентировано» или «горизонтально ориентировано»), и одновременно с этим должен был дать ответ на вопрос: был или не был предъявлен в наборе целевой стимул. Результаты показали, что с увеличением количества элементов точность и скорость реакции на цель падали, а скорость и точность усреднения – наоборот, возрастали. Эти результаты хорошо иллюстрируют, что извлечение сводной статистики требует распределенного внимания, которое работает по всему набору сразу, и является более эффективным для наборов из большего количества элементов [Robitaille, Harris, 2011].
Сила усреднения велика: ведь усреднение множества неточных показаний может быть точнее каждого отдельного измерения. Этот принцип может быть проиллюстрирован на примере эффекта «мудрости толпы», описанного еще Ф. Гальтоном (по: [Alvarez, 2011]). Гальтон описывает игру, которую он проводил на фермерской ярмарке: каждый человек предполагает вес быка, и среднее значение ближе к правильному ответу, чем случайно взятое индивидуальное. Данные преимущества проявляются потому, что при усреднении значений случайная ошибка в каждом индивидуальном измерении будет стремиться к отмене случайной ошибки в другом измерении. Таким образом, преимущества усреднения основываются на том, что ошибка (шум, погрешность) индивидуальных измерений не скоррелирована (меньше коррелирует, больше преимущество) и количество индивидуальных измерений усреднено (больше измерений, больше преимущество) [Alvarez, Franconeri, 2007, с. 201].
Статистическая репрезентация работает в условиях загрузки внимания [Alvarez, Oliva, 2009]. Дж. Альварес и О. Олива проверяли точность усреднения в условиях загрузки внимания: задача на оценку среднего скомбинирована с задачей на слежение за несколькими объектами. Испытуемые отслеживали движения целевого стимула на фоне неподвижных объектов в определенной пространственной ориентации. Фон представлял собой множество элементов Габора, имеющих различную пространственную ориентацию по измерению «право-лево», образуя небольшие чередующиеся колонки (за колонкой элементов с правой ориентацией шла колонка с левой ориентацией и т.д.). Кроме того, ориентации элементов различались по измерению крутизны, и по этому признаку они были сгруппированы в более глобальные образования (например, в верхней половине изображения все элементы имели крутую ориентацию (больше 45 градусов), а в нижней части – пологую, т.е. меньше 45 градусов).
Эксперимент 1Б: Постоянное картирование
В отличие от локального сходства, глобальное сходство не зависит от того, насколько конкретные элементы похожи друг на друга и как похожие и непохожие элементы расположены друг относительно друга в пространстве. Напротив, оно зависит от сводной статистики стимула.
Р. Розенхольц предлагает количественную модель, основанную на идее глобального сходства, согласно которой степень обнаружимости целевого стимула зависит от степени его статистической удаленности (в единицах стандартного отклонения) от среднего значения целевого признака для ансамбля [Rosenholtz, 1999b]. Эта модель работает для ансамблей, в которых сходство или различие объектов задается одним признаком, например, цветовым оттенком или пространственной ориентацией [Avraham, Yeshurun, Lindenbaum, 2008].
В рамках научной дискуссии о роли глобальных или локальных репрезентаций элементов в обеспечении более или менее легкого обнаружения цели, представляется важным провести исследование, в котором локальные и глобальные характеристики варьировались бы как независимые факторы. Дело в том, что в большинстве предыдущих исследований эти два вида факторов разделяются недостаточно. Целевой признак либо значительно отличается от признаков дистракторов в наборе, либо просто занимает крайнее значение на шкале вариаций данного признака во множестве. Таким образом, неясно, какое сходство является решающим для сегментации: локальное – с ближайшими соседями по шкале, или глобальное – со средним для всех объектов в наборе (они изменяются совместно). В тех же случаях, когда признак целевого объекта занимает промежуточное положение между значениями признака у дистракторов, общей вариации признаков также недостаточно для обоснованного суждения о локальном или глобальном сходстве. Как правило, в таких экспериментах используются два значения дистрактора – больше и меньше целевого значения. Для оценки возможной роли глобальных факторов необходима большая вариативность дистракторов, причем контролируемая таким образом, чтобы глобальные отношения (например, расстояние между целью и средним признаком) менялись независимо от локальных характеристик (например, расстояние между целью и наиболее схожими с целью дистракторами).
В нашем исследовании мы попытались преодолеть вышеназванные недостатки предыдущих экспериментов для более точной проверки гипотезы о роли глобальных статистических репрезентаций ансамблей в сегментации уникального объекта, с использованием методики зрительного поиска.
В качестве релевантного признака, по которому осуществляется поиск, в соответствии с традицией, сложившейся в исследованиях восприятия ансамблей, выбран размер объектов. Для задачи зрительного поиска были использованы наборы объектов, включающие дистракторы четырех размеров вместо стандартных двух. Варьируя размер цели в широком диапазоне, мы градуально варьировали сходство цели со средним размером ансамбля.
В соответствии с гипотезой глобального сходства, чем ближе размер целевого объекта к среднему размеру по множеству, тем больше времени понадобится на его обнаружение. При этом, каков бы ни был размер целевого стимула, у него всегда были локальные соседи, отношение размеров которых к размеру цели было постоянным, что обеспечивало постоянный уровень локального сходства. В нашей методике размер целевого круга варьировался в широком диапазоне, что позволяло ему занимать разные положения в распределении признака: оказываться как внутри, так и на краях распределения. Это позволило реализовать еще одну важную манипуляцию: в крайнем положении повышалась вероятность того, что цель окажется в роли «статистического выброса» (см. раздел 1.2.3.4.), что также могло повлиять на успешность его сегментации.
Дополнительно мы контролировали форму распределения признака среди дистракторов, что позволило дополнительно проверить гипотезу о локальном сходстве, и установить, что именно локальное сходство играет роль в сегментации, независимо от формы распределения. Мы использовали две формы распределения – распределение с одним выраженным пиком (условно «нормальное») и с двумя пиками (условно «бимодальное»). При «нормальном» распределении признака количество объектов с размером, близким к среднему, преобладает над количеством объектов крайних (далеких от среднего) размеров, а при «бимодальном» распределении – наоборот. Следовательно, при «нормальном» распределении признака, больше всего «соседей» будет у целевого объекта, находящегося в середине распределения, одновременно соответствующего среднему для ансамбля. В «бимодальном» распределении большее количество локальных соседей будет у целей, находящихся по краям распределения, и менее похожих на среднее. Если эффективность поиска при этом будет меняться, то это также будет свидетельствовать о локальном характере поиска объекта.
Если и в «нормальном» распределении более эффективно будет сегментироваться цель, находящаяся на краях распределения, а в «бимодальном» распределении наиболее эффективно сегментироваться цель, находящаяся внутри распределения, это будет свидетельствовать в пользу идеи о влиянии локального сходства фигуры и фона на сегментацию
Группировка и сегментация в задачах на зрительное усреднение
Результаты экспериментов 3А и 3Б показывают, что такие характеристики ансамбля, как угловой размер и удаленность не являются полностью независимыми и несвязанными.
Значимый эффект, полученный нами в эксперименте 3А, – переоценка среднего размера множества в условии «Задняя плоскость» по сравнению с «Контрольным условием» - говорит о том, что наблюдатель ориентируется на кажущееся изображение и оценивает средний размер по множеству, учитывая удаленность его элементов. В соответствии с законами константности восприятия, наблюдатель оценивает набор элементов, изображенный на заднем плане, как состоящий из более крупных объектов, находящихся вдалеке, поэтому и переоценивает средний размер объектов в наборе.
Проявление эффекта в условии «Задняя плоскость» и отсутствие значимых различий между условиями «Передняя плоскость» и «Контрольное условие» может быть связано с тем, что одна и та же величина диспаратности сообщает меньшую удаленность для объектов на переднем плане и большую удаленность для объектов на заднем плане. Иными словами, разница между кажущимися размерами объектов в передней и средней плоскостях была недостаточной для статистически достоверного различия в их средних размерах. Поскольку оценка среднего является менее точной, чем оценки индивидуальных размеров, в силу эффекта вариативности ансамбля, то уровень демонстрируемой испытуемыми погрешности мог «поглотить» небольшие различия в оценках кажущегося среднего размера.
Результаты эксперимента 3А демонстрируют, что оценка среднего размера основывается не на угловой величине, а учитывает видимое расстояние. Данные результаты согласуются с результатами предыдущих исследований связи удаленности и перцептивной группировки [Palmer, 2002; Rock, Brosgole, 1964].
Эксперимент 3Б также усиливает эти результаты. Во-первых, влияние кажущейся вариативности, заложенный в главном эффекте фактора «Размер-Удаленность» значим. Данный результат показывает, что наблюдатель в оценке среднего параметра по набору основывается на кажущемся изображении, для которого и варьируется вариативность.
Важным результатом эксперимента 3Б в свете проверяемой нами гипотезы является то, что зрительная система, по-видимому, корректно соотносит индивидуальные измерения угловых размеров и кажущихся удаленностей для того, чтобы получить интегральное измерение кажущихся размеров с характеризующей его вариативностью. Так, в условии «Отрицательная связь удаленности и размера» испытуемые демонстрируют значимо более низкую величину ошибки среднего, чем в других условиях. Значимое различие между условиями «Отрицательная связь размера и удаленности» - с более низкой вариативностью размеров объектов внутри пробы – и «Положительная связь размера и удаленности» и «Контрольным условием» - с более высокой вариативностью размеров – указывает на то, что наблюдатель учитывает удаленность при оценке среднего размера объектов для каждого элемента стимуляции. В противном случае, условие «Отрицательная связь размера и удаленности» не отличалось бы от остальных условий.
Отметим, что «Контрольное условие» и условие «Положительная связь размера и удаленности» значимо не отличаются друг от друга. Отсутствие ожидаемых различий между этими условиями, вероятно, объясняется тем, что положительная корреляция не дает столь ощутимого прироста в вариативности ансамбля, чтобы это привело к значимому увеличению ошибки среднего.
Во-вторых, значимые различия между условиями «Широкий диапазон» и «Узкий диапазон» демонстрируют мощное влияние вариативности объектов во множестве на точность определения среднего, что воспроизводит результаты нашего предыдущего исследования (глава 2, раздел 2.2). Этот результат указывает на то, что ансамбль, построенный на сочетании двух признаков, подчиняется тем же законам, что и ансамбль, основанный на одном признаке. Кроме того, значимое снижение ошибки среднего в условии «Отрицательная связь размера и удаленности», является демонстрацией того, что наблюдатель действительно оценивал более вариативное множество. Наблюдатель дифференцированно учитывает удаленность для каждого объекта в множестве – «приписывание» каждому уникальному размеру своей уникальной удаленности было успешно осуществлено за короткое время предъявления стимульного материала.
Этот результат позволяет по-новому взглянуть также на проблему связывания признаков в ансамбле. Наблюдатели оказываются способны к точному и быстрому извлечению сводной статистики по ансамблю, при этом, изменение ошибки среднего в связи со снижением воспринимаемой вариативности в множестве, указывает на возможность связывания двух признаков в ансамбле. Эти процессы происходят одновременно, и это может указывать на то, что связывание признаков (по крайней мере – углового размера и удаленности) может идти по параллельному пути.
Методика этого исследования сконструирована в той же логике, что и большинство методик, применяемых для изучения процесса оценки среднего размера объектов в множестве, однако, содержит в себе важную модификацию. Мы предприняли попытку приблизить экспериментальные условия исследования зрительного восприятия ансамблей к условиям «реального восприятия», в некотором смысле, повысить «экологическую валидность» экспериментов. Наши результаты показывают, что наблюдатель способен точно и быстро оценивать среднее для объектов, как и в «классической» экспериментальной методике (в нашем эксперименте это пробы контрольных условий), так и в условиях, приближенным к реальному восприятию.