Программа спецпрактикума
Психофизиологические методы исследования зрительного восприятия

Введение. В исследованиях по измерению цветовых различий между стимулами, меняющимися по яркости, насыщенности и цветовому тону, используется метод многомерного шкалирования. В результате этих исследований была разработана геометрическая модель цветоразличения в виде сферической поверхности в четырехмерном евклидовом пространстве. Множество цветов, определяемых базисными психофизическими характеристиками - цветовой тон, насыщенность, яркость (светлота) - задаются точками на сферической поверхности так, что каждой психофизической характеристике соответствует одна из трех сферических (угловых) координат цветовой точки. В то же время четыре декартовы координаты цветовой точки представляют нейрофизиологические механизмы, кодирующие цветовую информацию в зрительной системе человека. Важнейшая особенность этой модели состоит в том, что нейрофизиологические механизмы (каналы) сгруппированы попарно: два канала (красно-зеленый и сине-желтый) для передачи хроматической информации, которая извлекается путем анализа спектрального состава светового излучения, и два (световой и темновой каналы) для передачи ахроматической информации, которую дает анализ интенсивности излучения. Каждая пара каналов образует сеть - взаимосвязанную систему, так что увеличение активности нейронов одного канала сопровождается угнетением активности нейронов второго канала, и наоборот. При этом общая активность каналов в сети всегда остается постоянной и равной сумме квадратов величин активности отдельных каналов, что математически выражается уравнением сферы.

Цель работы: освоение методов многомерного шкалирования в исследованиях зрительного восприятия. Построение геометрической модели различения зрительных стимулов.

Методика.

Стимуляция. В экспериментах используется набор из цветов от 425 до 625 нм и ахроматических цветов одинаковой яркости, цветовых названий, или цветовых паттернов, генерируемых на компьютерной установке.Наблюдение ведется фовеальным зрением, угловая величина стимула равняется 20, светлота всех стимулов выравнивается на уровне примерно 20 кд/м2. Длительность предъявления - 1 с.

Инструкция. Испытуемому последовательно предъявляется пара стимулов - он должен оценить степень субъективного различия между ними в баллах от 0 (максимальное сходство) до 9 (максимальное различие). Каждая пара предъявляется испытуемому несколько раз. Порядок предъявления стимулов в паре и самих пар варьируется случайным образом.

Задачи:

1. Построение геометрической модели различения зрительных стимулов методом многомерного шкалирования. Студенты должны освоить метод многомерного шкалирования для построения геометрической модели субъективного пространства и интерпретации характеристик модели в терминах нейрофизиологических механизмов, связывая их с субъективными характеристиками зрительного восприятия.

2. Изучение влияния цветового контраста на феномен яркостной ассимиляции. Студенты должны научиться воспроизводить на экране монитора феномены контраста и ассимиляции и уметь измерять эти феномены методом многомерного шкалирования субъективных феноменов.

3. Построение семантического пространства когнитивных стимулов.Студенты должны сопоставить семантическое пространство с моделью мозговой карты (перцептивной, семантической или мнемической).

Обработка результатов. В результате опытов для каждого испытуемого получается матрица попарных различий, элементом которой служит среднее арифметическое по предъявлениям пары. Каждая матрица анализируется методом многомерного шкалирования по алгоритму Торгерсона или Шепарда. В результате анализа матриц различия для каждого испытуемого получаются:

а) координаты точек-стимулов в субъективном пространстве различения;

б) собственные значения осей, позволяющие оценить значимость каждой из полученных осей и размерность субъективного пространства;

в) показатели сферичности полученной конфигурации точек.

Сферичность цветового пространства выявляется путем нахождения геометрического центра для полученной конфигурации точек, т.е. ищется такая точка, которая равноудалена от экспериментальных точек. Для нахождения центра используется итеративная процедура поиска, в которой на первом шаге определяется центр тяжести полученных точек; он принимается за центр сферы. Далее на каждом шаге вычисляются расстояния (радиусы) от искомого центра до всех экспериментальных точек. Теоретически все радиусы должны быть равны, однако вследствие случайных ошибок в экспериментальных данных радиусы могут иметь некоторый разброс. Положение центра сдвигается таким образом, чтобы минимизировать разброс радиусов. Разброс оценивается как стандартное отклонение от среднего радиуса. После нахождения центра с минимальным разбросом оси координат смещают так, чтобы искомый центр находился в начале осей координат. Для перцептивного цветового пространства разброс радиусов имеет величину примерно 5-10 % от среднего радиуса. Это так называемый коэффициент вариации, который определяется как отношение стандартного отклонения к среднему.

Анализ и обсуждение результатов. В обсуждении результатов необходимо затронуть следующие проблемы:

1. Представление данных в виде геометрической модели.

2. Обсуждение метрических и пространственных характеристик модели.

3. Возможности нейрофизиологической интерпретации осей координат.

4. Соответствие полученных данных уже известным в литературе данным и согласованность психофизической и нейрофизиологической интерпретации результатов.

Анализ результатов должен отражать итоги сопоставления поставленной в работе задачи с полученным решением этой задачи, а также соотношение полученных результатов с имеющимися в литературе данными.

Контрольные вопросы

1. Критерии оценки размерности субъективного пространства.
2. Соотношение метрических и пространственных характеристик в модели различения сигналов.
3. Психофизиологическая интепретация осей субъективных пространств.

Литература

• Измайлов Ч.А.,Соколов Е.Н.,Черноризов А.М. Психофизиология цветового зрения М.: Изд-во Моск. ун-та,1989. 204 с.
• Соколов Е.Н.,Измайлов Ч.А. Цветовое зрение М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. 170 с.
• Фомин С.В., Соколов Е.Н.,Вайткявичус Г.Г. Искусственные органы чувств М.: Наука, 1979. 190 с.
• Izmailov Ch.A. Multidimensional Scaling of Line and Angle Discrimination // Toronto; N.-Y.: Hogrete and Huer publish., 1990. P. 181-189.
• Izmailov Ch.A., Sokolov E.N. Spherical model of color and brightness discrimination // Psychological Science. 1991. Vol. 2. P. 249-259.

Программу составил
Ч.А.Измайлов,
доктор психологических наук