Как зрительная система избавляет нас от перегрузки, показал эксперимент
Российские ученые из НИУ ВШЭ изучили гипотезу о способности зрительной системы автоматически, то есть без участия внимания, распределять объекты по категориям. Результаты простого и изящного эксперимента подтвердили это предположение. Статья опубликована в журналe Scientific reports. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
С помощью зрения человек получает огромное количество информации из окружающего мира. Каждый день мы сталкиваемся с потоком самых разнообразных зрительных стимулов. Однако процесс обработки полученной информации требует затраты когнитивных ресурсов. Как и процессор компьютера, человеческий мозг имеет ограничения по количеству данных, которые он может пропустить через себя и сохранить в памяти. В соответствии с одной из гипотез зрительная система каким-то образом снижает «разрешение файлов», чтобы избежать перегрузки. В итоге такого «сжатия» вместо детального анализа наблюдаемых объектов, зрительная система разбивает их на категории по простым общим признакам, например, по размеру. В дальнейшем эти «первичные данные» могут быть использованы для более тщательного анализа.
Исследователи решили ответить на вопрос: может ли зрительная система автоматически (то есть без участия внимания) распределять объекты по категориям. В своей работе ученые также пытались определить условия, при которых подобная автоматическая категоризация работает. В качестве ее индикатора исследователи приняли специфический параметр, измеренный методом электроэнцефалографии (ЭЭГ), — зрительную негативность рассогласования (НР). НР представляет собой разницу в активности мозга в ответ на стандартный (появляющийся часто) и девиантный (редкий) стимулы. Зрительная НР показывает, что зрительная система заметила разницу между стимулами и, что важно, сделала это без участия внимания.
Владислав Хвостов, младший научный сотрудник научно-учебной лаборатории когнитивных исследований департамента психологии НИУ ВШЭ, один из авторов статьи
Нас очень интересует и удивляет способность зрительной системы человека к распределению большого количества объектов по категориям. Например, при взгляде на яблоню человек мгновенно отделяет яблоки от листиков. Данное исследование показывает, что процесс быстрой категоризации может осуществляться автоматически на основе информации о различиях между объектами.
Чтобы изучить особенности автоматического распределения объектов на группы при использовании НР, ученые поставили простой эксперимент с подложным заданием. Участникам исследования предложили наблюдать за фигуркой несимметричного креста в центре поля и нажимать на кнопку каждый раз, когда крест повернется. Таким образом, внимание участников было сосредоточено на положении креста и сфокусировано в центре поля. Вокруг располагались ряды линий различных длины и наклона. В каждом из блоков эксперимента сочетание этих параметров различалось. В то время как внимание участников было сосредоточено на центральной фигуре, ученые с помощью ЭЭГ записывали активность мозга в ответ на фоновую визуальную стимуляцию. В каждом блоке эксперимента испытуемым показали 700 кадров, каждый из которых задерживался на экране на 200 миллисекунд и на 400 сменялся пустым экраном. Большая часть кадров имела фиксированное сочетание длины и наклона палочек (например, длинные палочки — крутые, а короткие — пологие), однако в 10% случаев сочетание параметров было противоположным.
Пример последовательности кадров в эксперименте
Как рассказал Владислав Хвостов, единственной задачей испытуемых было нажимать на клавишу клавиатуры при повороте центрального креста (третья картинка слева). Размер креста увеличен на данной картинке для иллюстративных целей. Параллельно с крестом испытуемые видели фоновую стимуляцию, состоящую из линий разных длины и наклона. В большинстве случаев (стандартные стимулы) сочетание длины и наклона было одинаковым: длинные палочки были пологими, а короткие – крутыми, однако очень редко (девиантный стимул, седьмая картинка) это сочетание менялось на противоположное: длинные палочки становились крутыми, а короткие – пологими. Испытуемые не догадывались о смене стимула, однако анализ ЭЭГ-показателей выявил то, что зрительная система обнаруживала и эти изменения.
Ученых интересовала реакция мозга на смену частого стимула редким. Если признак имел только два предельных значения (короткий/длинный в случае длины, вертикальный/горизонтальный для наклона палочек), он назывался сегментабельным. Если же у признака были также промежуточные значения, его определяли как несегментабельный.
Ученые выявили заметную негативность рассогласования в ответ на редкий стимул в случаях, когда сегментабельными были либо оба признака, либо только длина. Так как на всех кадрах внутри каждого блока распределение длин и наклона оставалось постоянным, ученые сделали вывод, что категоризация не могла осуществляться по одному простому признаку. То есть зрительная система разделяла палочки на группы по их сочетанию. Таким образом, ученые в своем эксперименте опровергли мнение о том, что зрительная система категоризирует объекты только на основе простых признаков. Она может решать и менее тривиальную версию этой задачи, используя их сочетание.
Хвостов Владислав Александрович