Перестройка восприятия при обучении

До сих пор мы обсуждали условия, необходимые для полноценного развития восприятия. Действительно, и ак­тивное взаимодействие с объектом, и наличие обратной связи, и ряд других условий способствуют построению адекватных образов, позволяющих узнавать оригиналы и быстро, и точно, и надежно. Однако не сразу образы достигают такого совершенства. На этом пути выявлен ряд промежуточных этапов. Понимание механизмов этих последовательных этапов позволяет представлять воспри­нимаемый материал оптимальным способом и тем уско­рять и корректировать процесс формирования восприя­тия.

Зрительное наблюдение — целесообразно организо­ванное восприятие, подчиненное стоящей перед челове­ком задаче. Обычно основные задачи наблюдения фор­мулируют как обнаружение, опознавание (узнавание), идентификацию. При обнаружении наблюдатель фикси­рует только наличие объекта (есть он или нет), при опознании он относит его к классу объектов (по обоб­щенным характеристикам класса), а при идентификации производит сличение объекта с конкретным эталоном, хра­нящимся в памяти, и на основании этой информации определяет значимость объекта в данной ситуации и при­нимает соответствующее решение.

Для обнаружения объекта с максимальной скоростью человек должен использовать такие свойства образов, как константность, обобщенность, предметность. Например, только достаточно сформированная константность допус­кает точное определение пространственного положения и ориентации объекта независимо от его расстояния до наблюдателя, ракурса наблюдения, цвета и формы. Опо­знание объекта может быть реализовано достаточно быст­ро и надежно, если человек опирается на эффективную систему признаков.

На основании экспериментального и теоретического анализа механизмов восприятия и узнавания зрительных изображений нами была выдвинута гипотеза о иерархи­ческой структуре процессов восприятия и опознавания [87, 88]. Такая структура развития восприятия позво­ляет понять переход от подробного и последовательного обследования объекта, зависящего только от его конфи­гурации, к активному выдвижению гипотез о возмож­ной его форме на основе информации о классе близких фигур, накопленной в долговременной памяти, и проверке только критических точек этих гипотез.

Каждая зрительная задача содержит ограничения по скорости и точности решения. Они направляют поиск в различные поля долговременной памяти, определяя об­ращение к более или менее обобщенным признакам. Когда человек должен решить задачу достаточно точно, а время решения жестко не ограничено, он, по нашему мнению, прибегает к описанию объекта с помощью рекурсивно-вычисляемых признаков разного уровня обобщенности. Если задача решается в дефиците времени и некритична к точности решения, то используются описания другого типа — целостные представления объектов. Формирование таких представлений связано с разными видами прост­ранственных преобразований всей фигуры в мысленном поле. Предполагается, что признаки первого типа фор-

мируются механизмами левого полушария головного моз­га, а второго — механизмами правого полушария [90].

Процесс формирования «левополушарных» признаков любого уровня включает восприятие отдельных свойств объекта и логические операции, совершаемые над описа­ниями кодов этих свойств во внутреннем поле. Число и состав этих логических операций и определяют отли­чие каждого уровня в иерархии обобщенности призна­ков. Чем выше уровень, тем большая часть операций по вычислению признаков объекта при его анализе про­изводится мысленно, с разрывом во времени между вос­приятием и узнаванием объекта. Движение от низшего уровня иерархии признаков ко все более высоким соот­ветствует постепенному переходу при узнавании от дейст­вий только с объектом через сочетание действий с объ­ектом и информацией, хранящейся в памяти, к дейст­виям главным образом с информацией в памяти. Иными словами, этот процесс сопоставляется с погружением (интериоризацией)—переходом при узнавании от внешних двигательных операций с объектом к замене внешних действий на мыслительные операции обобщения и абстра­гирования. По мере продвижения по этой иерархии более медленные — двигательные — операции вносят все мень­ший вклад в формирование признаков, и, овладевая признаками более высоких уровней обобщенности, чело­век использует при восприятии все более обобщенные оперативные единицы. В связи с тем, что объем крат­ковременной памяти ограничен (об этом более подробно см. в разделе «Память»), при повышении степени обоб­щенности оперативных единиц, используемых в качестве признаков, растет информативный объем оперативного поля.

Первый, низший уровень иерархической системы приз­наков восприятия составляют локальные (первичные) признаки, характеризующие отдельные участки контура объекта, например выпуклость участка, излом, кривизну, длину. Число участков, на которые разбивается контур объекта при его описании с помощью первичных призна­ков (первичный код), сопоставимо со сложностью объек­та: оно тем больше, чем он сложнее. При опознании производится сличение кодов объекта, формируемого при восприятии и хранящегося в памяти. Сравнение первич­ных кодов адекватно наложению контуров объектов друг

на друга и их повороту до совмещения всех одинаковых участков.

Следующий уровень иерархии составляют обобщен­ные (вторичные) признаки, характеризующие не отдель­ные участки контура объекта, а весь объект в целом, например число углов (ранг), число вогнутостей, степень изрезанности всего контура и др. Логические операции фильтрации, компрессии и суммации, производимые в па­мяти, позволяют из первичного кода объекта получать его обобщенные признаки. Поскольку уже не вся об­работка объекта при его восприятии производится во внешнем поле, а часть операций выполняется мысленно, во внутреннем поле, постольку скорость восприятия по­вышается, но происходит некоторая потеря точности узна­вания объекта из-за обобщенности признаков.

Третий уровень составляют еще более обобщенные — третичные — признаки. Они характеризуют не сам контур воспринимаемого объекта, а его соотношение с контуром другого вспомогательного объекта, который целиком фор­мируется мысленно. К таким признакам можно отнести удлиненность объекта, его компактность, площадь, ориен­тацию. Операции, вычисляющие третичные признаки, соот­носят воспринимаемый объект со вспомогательным, и большая часть операций по обработке сведений об объекте выполняется мысленно, поэтому скорость узна­вания на их основе растет по сравнению с узнаванием при использовании вторичных признаков, но точность его понижается.

Высший уровень иерархии — признаки сходства. Они обозначаются словами: похож, напоминает, близок и со­держат сведения не об одном, а о нескольких объектах в их взаимных отношениях. Определение признаков сход­ства базируется на мысленных операциях — соотнесении отображений объектов с системой абстрактных осей коор­динат. Каждая ось в этой системе — признак, по кото­рому сравниваются объекты. Результаты сравнения поло­жения объектов относительно всех использованных осей (выбранного пространства признаков) и есть признаки сходства. Они хранятся в памяти как сведения о степени качественного и количественного сходства объектов. Та­ким образом, признаки сходства отражают уже инфор­мацию не о свойствах самих объектов, а только об отношениях их свойств.

Если человек владеет указанной левополушарной си­стемой признаков, то последовательность узнавания мо­жет быть представлена таким образом. Вначале устанав­ливается взаимное расположение и обобщенное сходство фигур, затем каждая из них категоризуется с помощью третичных, вторичных или первичных признаков в зави­симости от необходимой скорости и точности опо­знания.

Особенности правосторонних представлений являются следствием иного восприятия объекта и иных форм его мысленного преобразования. Как известно, каждый объект мы характеризуем прежде всего со стороны прак­тической — что мы можем делать с ним. Реализуя спе­цифические для данного объекта действия, мы постепенно формируем его образ, и в дальнейшем, воспроизводя в предельно сокращенном варианте начальные компоненты этой системы действий в виде лишь намека на действия, мы получаем образ объекта. Важно подчеркнуть, что, поскольку правое полушарие ответственно за восприятие пространственных отношений и направления движения, постольку оно и обеспечивает развитие так называемого геометрического мышления, позволяющего, например, вы­делять топологические инварианты еще до созревания логического мышления, классификации и истинных поня­тий. Такие свойства правосторонних преобразований вно­сят весомый вклад в функционирование практического интеллекта, который позволяет осуществить не только вербально-логическое, но и наглядно-действенное выделение признаков. Используя особую логику — пространственно-временную и логику действия, правое полушарие форми­рует те грани образа, в которых может быть отражено не только целостное восприятие объекта, но и синтезиро­вано видение его с нескольких ракурсов одновременно. Если представить себе левосторонний образ как проекцию объекта на плоскость в некоторый единственный момент восприятия, то правосторонний образ — это обобщенный портрет объекта.

Правое полушарие использует другие способы описа­ния конфигурации изображения. В отличие от иерархии левосторонних признаков, они уже на нижнем уровне своей иерархии характеризуют не отдельный участок фи­гуры, а всю ее одновременно, целостно. К таким це­лостным признакам можно отнести симметрию, особым об-

разом утоньшенную исходную фигуру, получившую назва­ние «скелет», и сложность. При этом сложность является весьма обобщенной характеристикой, так как включает в себя меру регулярности свойств объекта, число его элементов и их разнообразие, а также учитывает конк­ретную последовательность анализа данного объекта при его восприятии. Скелет, сохраняя связность, ориентацию и симметрию исходной фигуры, создает возможность не только воспринять пространственную организацию фигу­ры, но и упростить мысленные пространственные пре­образования с ней. Кроме уже упомянутых признаков к правополушарным можно отнести такое целостное пред­ставление, как цвет фигуры. Как известно, восприятие цвета оказывает на человека глубокое и многогранное влияние. В качестве правосторонней характеристики вос­приятие цвета тесно связано с первичными сенсорными процессами, неосознаваемыми душевными состояниями, оказывает мощное воздействие на работоспособность и настроение. В контексте обсуждаемых проблем необхо­димо подчеркнуть, что цвет влияет на восприятие челове­ком веса тела, температуры помещения, оценку удален­ности объекта и различимость предметов.

Важная роль сложности как более обобщенного опи­сания конфигурации изображения, чем сходство, прояви­лась в наших экспериментах, когда испытуемым предъяв­ляли наборы несмысловых фигур и их просили разложить эти фигуры на две группы по сложности или по сход­ству. В каждом наборе фигуры были либо одного цвета, либо пяти различных цветов. Эксперименты показали, что стратегия испытуемых при классификации по слож­ности не зависела от цвета (была стандартной при всех цветах), а опиралась только на форму фигур. Что касает­ся другого критерия — сходства, то действия испытуемых явно зависели от цвета. Таким образом, сложность, соот­носимая с иерархией правосторонних описаний конфигу­рации изображения, проявила себя как более обобщен­ное описание, чем признак сходства, соотносимый с выс­шим уровнем иерархии левосторонних описаний. Исполь­зование оптимальных композиций право- и левополушарных признаков позволяет моделировать процесс узнавания для таких сложных объектов, как рукописные буквы, разрушенные, дефокусированные изображения и фотогра­фические портреты [87, 88, 349].

Автоматическое распознавание рукописных знаков— букв и цифр — приобретает особую актуальность в связи с компьютеризацией. Этого требуют задачи обработки и редактирования рукописных текстов, обработки инфор­мации в банках и ряд других. Традиционные методы ре­шения этой задачи основаны на анализе всех точек кон­тура буквы, при этом каждый дискретный элемент ее конфигурации рассматривается несколько раз (минимум дважды), что приводит к большой затрате времени на перебор и замедляет узнавание. Разработанные нами алго­ритмы распознавания на основе сбалансированного ис­пользования право- и левополушарных признаков позво­ляют радикально сократить перебор информативных точек изображения буквы и тем самым ускорить и упростить процесс распознавания. Существо использованного подхо­да состоит в том, что процесс анализа начинается с формирования обобщенного правополушарного представ­ления буквы в виде ее каркаса — скелета. При построении каркаса используется менее десяти точек контура буквы, и многие буквы отличаются уже по каркасу. Для раз­личения знаков с тождественными каркасами требуется следующий этап — применение левополушарных призна­ков, характеризующих форму отдельных коротких участ­ков буквы. Программная реализация алгоритмов позволи­ла сократить в 2—3 раза перебор при распознавании букв различных алфавитов — русского, английского, гру­зинского, армянского, хинди, урду.

Идея начинать анализ с обобщенного представления изображения применялась также для автоматического распознавания многотоновых фигур, разрушенных (дефокусированных) в такой степени, что невозможно было выделить их контуры. В этом случае опознание тоже начиналось с построения каркаса. Однако если каркас буквы представлял собой ее внешнюю оболочку, то здесь он формировался как структура из двух или четырех зондирующих линий, пересекавших фигуру. В качестве левосторонних различительных признаков использовались соотношения следов фигуры на линиях каркаса. Алго­ритм оказался эффективным при распознавании несколь­ких десятков классов фигур, дефокусированных в разной степени, вплоть до такой, когда человек не различал уже никаких характерных особенностей фигур.

Аналогичный подход использовался и при обработке

реальных многотоновых фотопортретов. Для автомати­ческого выделения контуров на них формировался каркас как структура зондирующих линий, но теперь уже с учетом предынформации о типовом строении лица (нап­ример, о том, что оба глаза не могут находиться по одну сторону от носа). При решении этой задачи также удалось достичь существенного ускорения обработки за счет сокращения перебора точек на входном фотопортрете. Упомянутые исследования подтвердили перспективность последовательного всключения правосторонних и лево­сторонних признаков на разных этапах распознавания. Это и неудивительно. В главе «Психические процессы и асимметрия полушарий» будет показано, что такая стратегия является магистральной при решении человеком зрительной задачи, поскольку доминирование правого и левого полушарий, сменяя друг друга последовательно, включают разные способы обработки информации.

Итак, в процессе восприятия человек накапливает сведения о предметах и явлениях не как сумму отдель­ных ощущений, а усваивает отношения между предмета­ми и их свойствами. Восполнение наличных сведений следами прошлого опыта создает возможность предсказа­ния и тем самым не только существенно ускоряет про­цесс узнавания, но и более успешно адаптирует че­ловека к среде. Как психическая функция, восприя­тие обладает такими характеристиками, как констан­тность, предметность, целостность и обобщенность. Они делают его относительно независимым от постоянно из­меняющейся внешней среды.

Образ воспринимаемого объекта возникает, если чело­век так или иначе активен по отношению к объекту, т. е. если имеет место активная предметная деятель­ность. Система действий, посредством которой создавался образ, свертывается, погружается, и каждый раз, когда человек обращается к этому образу, он воспроизводит соответствующую, хотя и преобразованную, систему дей­ствий.

Адекватность образа поддерживается и корректирует­ся правильно функционирующей обратной связью при до­статочном объеме поступающей внешней и внутренней информации. Внешняя информация регулирует оптималь­ный уровень чувствительности восприятия, совокупность поступающей извне и изнутри информации создает воз­можность правильного восприятия своего положения во времени и пространстве, и, наконец, привычная структу­рированность внешней информации в сочетании с инди­видуальным опытом человека обеспечивает закономерную работу его психики.

ВНИМАНИЕ

Вот какой рассеянный С улицы Бассейной!

С. Маршак.