Взаимосвязь статистических характеристик множественных объектов при восприятии зрительных ансамблей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»

Факультет социальных наук

Взаимосвязь статистических характеристик множественных объектов при восприятии зрительных ансамблей

Выпускная квалификационная работа - БАКАЛАВРСКАЯ ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

по направлению подготовки психология

образовательная программа «психология»

Рецензент Белинская Анастасия Андреевна

Научный руководитель

канд. психол. наук, доц.

И.С. Уточкин

Москва 2016

Оглавление

статистический зрительный восприятие ощущение

Введение

Развитие понимания проблемы восприятия множеств: от суммации ощущений до статистических характеристик

Статистическая репрезентация зрительных ансамблей как новый подход к изучению восприятия множественных объектов

Эмпирическое исследование взаимосвязи статистических характеристик при восприятии зрительных ансамблей

Выборка

Аппаратура

Процедура исследования

Основные показатели

Результаты

Обсуждение результатов

Заключение

Список литературы:

Приложения

Введение

Человек живет и действует в информационно насыщенной и даже информационно избыточной среде, которую он способен оценить быстро и достаточно адекватно. Но благодаря каким механизмам это достигается? Ведь окружающий нас мир крайне многообразен, а в каждый отдельный момент времени мы можем воспринять лишь часть информации о нем, - в силу ограниченности не только количества рецепторных клеток нашего организма, но и ресурсов самого процесса восприятия. Исходя из этого логично было бы предположить, что чем сложнее воспринимаемая сцена и чем из большего числа объектов она состоит, тем больше времени и сил человек будет тратить на ориентировку в ней. Парадокс заключается в том, что это умозаключение не находит своего непосредственного эмпирического подтверждения. Естественные сцены намного сложнее лабораторных стимулов, но человек способен быстро и точно в них ориентироваться, без особого снижения точности восприятия. Одним из возможных объяснений данного феномена является идея о том, что мир не состоит из абсолютно уникальных объектов. Часто в нашем повседневном опыте мы имеем дело не с отдельными объектами, а с целыми группами, объединенными каким-то общим признаком. Это касается как естественного мира: травинки на газоне, ягоды на кусту, птицы в небе, так и рукотворного: машины на дороге, книги на полке, стулья в кабинете… Возможно, именно анализ множества в целом, без фиксации на каждом элементе его составляющем, помогает человеку преодолеть ограничения своего восприятия?

В современной когнитивной психологии все больший вес приобретает подход, который ставит своей центральной задачей объяснение этого факта: что человек может относительно легко воспринимать большие множества однотипных объектов, несмотря на известные ограничения когнитивных способностей. Восприятие подобных множеств, объединенных по какому-то одному принципу, называют восприятием ансамблей. Согласно этому подходу, наша зрительная система способна быстро извлекать и кодировать абстрактные статистические свойства ансамблей. Эти свойства сегодня принято называть зрительными статистиками. Как и в математической статистике, предполагается, что на основании каких-то измерений человек пытается вынести суждение сразу о всем множестве. Самые изученные на данный момент зрительные статистики - это среднее значение какого-либо признака по множеству (например, средний размер, средняя скорость, средний цвет множества тех или иных объектов, средняя ориентация в пространстве множественных объектов, или даже средняя эмоция некоего множества лиц и т.п.), а также численность объектов [Haberman, 2007]. Подчеркнем, что при этом предполагается, что данные свойства предшествуют детальному восприятию признаков отдельных объектов.

Мое исследование базируется на данном подходе и посвящено изучению взаимосвязей между различными зрительными статистиками, а именно оценкой численности объектов, а также их среднего размера, с целью выяснения принципа организации восприятия ансамблей в целом. Связанны ли статистики между собой? Считаются ли одни на основе других как в математической статистике?

Данное исследование состояло из двух частей, одна из которых была проведена в прошлом учебном году, а другая в этом. В последующем будем их называть исследование 1 и исследование 2, соответственно.

Важно отметить, что традиционно исследованиями чувства числа и зрительным усреднением занимались разные ученые и разные лаборатории, независимо друг от друга. Следствием этого является то, что глобальная когнитивная архитектура статистического восприятия остается малоизученной. Поэтому данная работа будет посвящена более подробному разбору имеющихся на сегодняшний день исследований статистического восприятия, а также сравнению различных тестов на чувство числа и чувство среднего. Под чувством числа в данной работе понималась способность человека быстро оценивать число объектов в множестве, до фиксации на каждом из них. Под чувством среднего понималась способность к подсчету среднего размера объектов для всего множества, до фиксации на индивидуальных размерах.

Также важно отметить, отдельной проблемой подобных исследований являются методические проблемы. Ведь возможно, что при тестировании испытуемый выносит суждение не на основании изменения целевого стимула, а на основании побочно изменяющегося. Отметим, что существуют различные вариации тестов на зрительные статистики, и многие исследователи задумывались о том, как исключить в них влияние побочных переменных. Более подробный их обзор будет представлен во второй теоретической главе. Так, например, Джастин Халберда после длительного исследования феномена чувства числа пришел к выводу о том, что суммарная площадь всех объектов (желтых и синих кружков) в его тесте, когда испытуемые сравнивают два множества объектов по количеству, должна быть уравнена [Halberda, Mazzocco, Feigenson, 2008]. Понятно, что в такой модификации средний размер объектов становится различным, и испытуемый может ориентироваться на него, а не на целевой стимул, т.е. собственно количество объектов. Но если пытаться избежать этой проблемы при тестировании чувства числа и уравнять средние размеры, то испытуемый сможет ориентироваться на суммарную площадь объектов. Схожая проблема обнаруживалась в одном из тестов Энн Трейсман на зрительное усреднение [Chong, Treisman, 2005]. В нем разница средних диаметров множества кружков достигалась за счет увеличения численности одного из множеств (понятно, что с увеличением численности при примерно равном размере средний диаметр уменьшается). Следовательно, при ответе испытуемый мог ориентироваться на численность объектов, а не на диаметр. Э.Трейсман, как и Дж.Халберда, пыталась решить проблему своего теста путем уравнивания количества объектов в обоих множествах, но таким образом она перестала контролировать суммарную площадь.

Тем не менее, открытым остается вопрос о том, на основании каких же характеристик зрительного ансамбля мы выносим суждение при решении задач на чувство числа или чувство среднего? В каких ситуациях эта оценка оказывается точнее и дается нам легче?

Таким образом, для дальнейшего изучения этих зрительных статистик необходимо выяснить несколько вопросов, а именно:

на какие статистические характеристики множества испытуемые ориентируются в первую очередь;

- отличается ли эффективность ответа на целевой вопрос в зависимости от побочно меняющегося условия;

- зависит ли связь между статистиками от типов тестов используемых в исследовании;

- возможна ли ориентировка на побочно меняющийся стимул при выполнении тестов.

Так, например, возможно, что подсчет каких-то статистик ведется с помощью разных характеристик множества в зависимости от ситуации (например, средний диаметр объектов можно подсчитывать на основании их общей площади в одной ситуации или на основании их количества - в другой). В исследовании этого года я сосредоточусь на анализе трех характеристик зрительного ансамбля: численности объектов, среднем диаметре объектов и их суммарной площади.

Таким образом, проблема нашего исследования состоит в поиске взаимосвязей между восприятием среднего размера и примерной численности объектов. Быть может, на данный момент существуют неточности в тестировании различных способностей к статистическому восприятию, которые мешают понять их истинную природу. Достаточно очевидным является тот факт, что эти характеристики математически связаны между собой, а именно по формуле - средний диаметр объекта равен общей площади объектов, деленной на их количество. Данный факт не позволяет нам при моделировании экспериментов менять все эти характеристики независимо друг от друга.

Основные гипотезы исследования состояли в предположениях о том, что:

при восприятии множественных объектов возможна ориентировка на побочно изменяющийся стимул, а не на целевой (например, на площадь объектов при оценке их численности);

возможно изменение стратегии статистической оценки множества в зависимости от типа организации теста (например, если в тесте используется лишь один тип контроля побочной переменной, то, например, при сравнении множеств с разной суммарной площадью объектов испытуемый сразу же делает вывод об их численности); данная гипотеза будет операционализирована в сравнении с результатами прошлого года, когда контролировалась лишь одна побочная переменная, и результатов этого года, когда испытуемый не мог выбрать только одну стратегию, так как в каждом тесте существовало два разных условия;

чувство числа связано с чувством среднего, и эта связь не зависит от типов тестов, используемых для их измерения.

Объект исследования - это совокупность феноменов мгновенного перцептивного определения статистических свойств множественных объектов.

Предметом нашей работы являются, во-первых, возможные корреляционные связи между способностями к чувству числа и чувству среднего по размеру, а во-вторых - возможные изменения в эффективности подсчета таких зрительных статистик как чувство числа и чувство среднего в зависимости от контроля тех или иных характеристик ансамбля (суммарной площади объектов, их размера или численности).

Актуальность заявленной темы определяется, прежде всего, с позиции дальнейшего развития когнитивной психологии как области научного знания, - ведь именно изучение того, как человек воспринимает и кодирует информацию об окружающем его мире, является фундаментом для понимания механизмов человеческого познания в целом. Кроме того, восприятие зрительных ансамблей, а также восприятие сцен, включают в себя быстрое восприятие множества объектов. В такой ситуации мы не способны последовательно сфокусироваться на каждом объекте, входящем в множество. Именно тот факт, что мы не полностью контролируем свое восприятие сцен и множеств, делает исследование механизмов статистического восприятия настолько важными, - ведь при статистической оценке множеств возникают когнитивные искажения, неподвластные нам. Наконец, актуальность выбранной темы определяется возможностью изучить в контролируемом лабораторном эксперименте процесс оценки не единичного объекта (как в большинстве экспериментов на зрительное восприятие), а целого множества объектов, - так, как это чаще всего и происходит в реальности. Ведь обычно мы в начале видим сцену или множество объектов, и лишь после этого фокусируемся на отдельных объектах, их составляющих.

Научная новизна работы определяется, прежде всего, самой идеей комплексного изучения статистического восприятия. Ведь чаще всего исследование различных статистик (чувства числа, чувства среднего и т.п.) строится как независимых друг от друга. Помимо этого, новизной данного исследования можно считать идею о влиянии побочно изменяющейся характеристики множества на принятие решения о целевом стимуле.

Данное исследование обладает и определенной практической значимостью. Заметим, что существует уже сложившееся мнение о том, что результаты исследований, так или иначе затрагивающих проблему кодирования информации при восприятии, потенциально вкладываются в будущее - прежде всего, в область робототехники и создания уникальных систем обработки информации. Но для данной работы она, возможно даже в большей степени, связана с перспективами разработки систем обучения, основанных на понимании принципов нашей неосознанной статистической обработки множеств объектов, что, в свою очередь, позволит учитывать индивидуальную специфику развития и организации когнитивных способностей человека. И, наконец, нельзя не отметить потенциальной практической значимости подобных исследований для повседневной жизни современного человека. Сегодня ему приходится жить и действовать в информационно насыщенной, а иногда и перенасыщенной, среде. Даже если говорить только о зрительной информации, то современная городская среда изобилует ею - наружная реклама, различные указатели, дорожная разметка и т.д. Эта информационная перегрузка приводит человека к неизбежным ошибкам в ее анализе (следствием чего могут быть, например, аварии) или же к чрезмерным затратам времени и когнитивного ресурса. Понимание и реорганизация городского пространства в соответствии с принципами работы нашего зрительного восприятия может в будущем помочь в предотвращении данных ситуаций.

Таким образом, цель исследования состояла в том, чтобы исследовать взаимосвязи между различными зрительными статистиками при оценке множественных объектов, а также описать статистическое восприятие как комплексный процесс и проверить, насколько наши представления о восприятии ансамблей верны и возможна ли ориентировка на побочный стимул для оценки целевого в тесте на чувство числа и чувство среднего, а также выбор различных стратегий данной оценки в зависимости от типа организации воспринимаемого множества.

Эта цель конкретизировалась в следующих задачах исследования:

найти, проанализировать и обобщить существующие на данный момент теории, связанные с проблемой восприятия множеств, и эмпирические исследования, релевантные выбранной теме;

модифицировать и запрограммировать тест на измерение чувства числа таким образом, чтобы контролировать в одном случае суммарную площадь объектов при подсчете их численности, а в другом случае - их средний размер при подсчете численности;

модифицировать и запрограммировать тест на измерение чувства среднего таким образом, чтобы контролировать, в одном случае, численность объектов при подсчете среднего, а в другом - суммарную площадь объектов;

разработать и запрограммировать тест на измерение когнитивной способности, не имеющей общей природы со способностью к статистической обработке множеств;

собрать необходимые эмпирические данные на максимально доступной выборке испытуемых;

6) провести статистическую обработку полученных данных, проанализировать связи как между тестами, так и между субтестами;

7) проинтерпретировать и обобщить полученные результаты.

Тем самым структура нашей работы, помимо введения, включает в себя теоретическую часть, состоящую из двух параграфов, и эмпирическую часть, включающую в себя описание методики проведения исследования, описание и анализ основных результатов, а также заключение. Работа снабжена списком использованной литературы и приложениями.

Развитие понимания проблемы восприятия множеств: от суммации ощущений до статистических характеристик

Изучение любой научной проблемы всегда предполагает обращение к истории ее становления. Проблема восприятия множеств не является исключением. Общим ее источником является объективное противоречие между ограниченностью наших сенсорных ощущений и полнотой зрительного восприятия. На сегодняшний день в исследованиях процессов зрительного восприятия, за более чем полувековую историю их изучения в рамках когнитивной психологии, уже сложились определенные традиции понимания того, как организовано наше зрительное поле. Иными словами, если в классических психофизических экспериментах исследователь стремится к упрощению стимуляции, то в естественной среде содержится заведомо больше объектов, чем в психофизическом стимуле, что делает естественную среду всегда информационно избыточной для решения перцептивных задач. Эта избыточность, например, может заключаться в неоднократном повторении в среде схожих стимулов.

Это можно проиллюстрировать многими примерами. Так, очевидно, что объекты окружающего нас мира схожи между собой по целому спектру признаков. Мы можем это наблюдать как в природном мире (сходство листьев на дереве, травинок на земле, ягод на кусте и т.п.), так и в антропогенной реальности (машины на улице, книги на полках, люди в метро и т.п.). В связи с этим становится интересным понять, воспринимаем ли мы каждый из этих схожих, но все-таки не идентичных объектов как уникальный или нет? Логично предположить, что воспринять как нечто индивидуальное мы можем лишь ограниченное количество объектов. Существует общеизвестное число психологии, равное 7 ± 2 [по: Романов, 2002], называемое также числом Миллера, обозначающее приблизительное количество объектов, которое люди могут удержать в вербальной кратковременной памяти. Но для нас возможно важнее данные другого и более позднего исследования, свидетельствующего о том, что в поле нашего восприятия мы способны одновременно удерживать около трех-четырех объектов [Luck, Vogel, 1997].

В этой ситуации очевидным становится факт, что мы не воспринимаем окружающую нас среду как абсолютно хаотичную, - человек способен объединять те или иные ее элементы в некоторое целое. Заметим, что идея первичности восприятия глобальных признаков по отношению к локальным довольно стара. Эта идея принадлежала еще гештальт-психологии, которая впервые обратилась к изучению закономерностей перцептивной организации. Разумеется, не только представители гештальт-психологии ставили вопрос о целостности восприятия как результирующей сумме ощущений. Еще в Древней Греции философы задавались вопросом: как организовано наше познание? Как единичные образы нашего восприятия складываются в целостное представление о мире? Аристотель был одним из первых, кто заявил, что человеческое восприятие есть среднее от внешних (сенсорных) входов. Пока проблема познания развивалась в рамках философии, она сохраняла в себе противоречие между ограниченностью нашего сенсорного опыта и полнотой восприятия мира. Но с течением времени, когда психология выделялась из философии в самостоятельную область научного знания, ученые в попытках операционализировать понятие познания стали выделять мельчайшие его единицы - ощущения. В то же время произошло и фактическое разведение этих двух проблем - механизмов познания и закономерностей восприятия. Во многом поэтому дальнейшее развитие проблематики восприятия шло по пути все более детального анализа структурных составляющих восприятия. Вследствие этого фокус исследовательского внимания все более направлялся на классификацию ощущений и их связь с рецепторами человеческого организма. Для психологов стало важным в экспериментальных условиях максимально отделить одни ощущения от других, а основной задачей становилась все более точная их фиксация. Здесь нельзя не упомянуть имя Э. Титченера, экспериментального психолога, который первым ввел термин структурализм и настолько был увлечен идеей разложения сознания на независимые элементы, что в процессе своей работы методом аналитической интроспекции выделил более 30 тысяч ощущений. Целостность восприятия в данном подходе понималась как простая сумма многочисленных ощущений, никак не влияющих друг на друга и легко разделимых на индивидуальные свойства объектов.

Но такие исследователи как М. Вертгеймер, В. Келер, К. Коффка были против данной точки зрения, обращая внимание на демонстрации, доказывающие, что не все свойства образов можно вывести из свойств объектов, их составляющих. Классическими примерами, иллюстрирующими это утверждение, являются иллюзия Мюллера-Лайера и треугольник Каниссы [по: Гусев, 2006]. Именно гештальт-психологи постулировали, что восприятие есть синергия частных наблюдений, которые в итоге становятся чем-то большим, нежели исходные. Тем самым на первый план выдвинулась идея целостности восприятия. Закономерно, что в итоге гештальтисты считали важной единицей анализа восприятия группы объектов. Именно это позволило сформулировать известные законы перцептивной организации, где одним из основных был закон сходства. Но подчеркнем, что для гештальт-психологии основным параметром сравнения схожих объектов была их пространственная организация. Когнитивная психология, унаследовав в дальнейшем эту идею, поставила одной из своих задач ее строгую эмпирическую проверку, и последняя доказала первичность восприятия целого по отношению к восприятию суммы частей [по: Романов, 2002]. И заметим, что в определенной степени это отражало торжество холистического принципа в понимании мира, свойственного гносеологии нашего времени в целом [Марцинковская, 2014].

Однако постулирование несводимости образа к сумме элементов поставило новые вопросы. Например, вопрос о том, по каким основаниям (кроме пространственной близости) происходит объединение отдельных элементов образа - ведь нельзя же отрицать тот факт, что довольно часто окружающий нас мир не имеет четкой пространственной или временной организации. Далее, оставалось непонятным, на каком этапе зрительного восприятия происходит объединение признаков: как именно они связываются между собой в нашем сознании. Одним из распространенных на сегодняшний день объяснений того, как перцептивная система решает эти проблемы, является теория интеграции признаков Э. Трейсман. Данная концепция, по сути, и является теоретическим фундаментом данной дипломной работы [Treisman, Gelade, 1980].

Согласно точке зрения Э. Трейсман, признаки объектов не локализированы в пространстве, а как бы «свободно плавают». Иными словами, информация о них закодирована, и потому на ранних стадиях восприятия сложно извлечь информацию для построения репрезентации объекта. Э. Трейсман называет данный уровень предвнимательным уровнем восприятия [Treisman, Gelade, 1980; Treisman, 2006]. После параллельного анализа признаков следует вторая стадия - собственно сфокусированного внимания, при котором происходит зрительная фокусировка на позицию отдельного зрительного объекта. Именно в этот момент и происходит интеграция «свободно плавающих» признаков в единый образ и правильная локализация этого образа в зрительном поле, с чем дальше и будет работать наше сознание. В контексте нашей работы важно подчеркнуть, что благодаря данной теории становится понятным, как за относительно короткое время мы можем категоризовать, то есть объединить ряд пространственно разнесенных объектов в одну группу - это происходит за счет того, что на предвнимательном уровне пространственное расположение объектов не играет особого значения, а общие признаки помогают отделить одно множество объектов от другого.

Развитие идей Э. Трейсман для объяснения человеческой способности эффективно ориентироваться в сложно организованном зрительном мире позволило в дальнейшем выдвинуть предположение о том, что мы можем использовать и другие принципы зрительной организации объектов. Одним из них является принцип, который условно можно назвать «статистический». Для объяснения его возможного действия обратимся к математической статистике.

Как известно, согласно правилам статистики, проводится множество единичных измерений, описываются, а потом выделяются свойства, общие для всей группы полученных данных (например, среднее арифметическое, стандартное отклонение и т.д.). Эти вычисления помогают впоследствии оперировать этими полученными величинами, а не всем исходным массивом данных, что существенно сокращает время и силы, затрачиваемые на работу с ними. Соответственно, можно предположить, что и в процессе зрительного восприятия человеком множественных объектов происходит нечто подобное.

Перенесение данного принципа в когнитивную психологию получило название статистической репрезентации зрительных ансамблей. Под зрительным ансамблем понимают множественные объекты, объединенные общими признаками, но не обязательно имеющие четкую пространственную группировку [Уточкин, 2012]. На первый взгляд может показаться, что это не что иное, как замена новым термином старого понятия гештальт-психологии, а именно понятия группировки. Но подчеркнем, что это не так: как известно, в группировке целое сильно доминирует над частями, его составляющими, в то время как в зрительном ансамбле человек способен воспринять каждый из объектов как отдельный и уникальный. Иными словами, объекты в зрительном ансамбле не подавляются группой.

Исследования в данной области начались сравнительно недавно, но уже накопили определенное количество эмпирических данных. Так, основными двумя характеристиками зрительного ансамбля признаются его примерная численность [Burr, Ross, 2008; Halberda, Sires, Feigenson, 2006] и среднее значение содержащихся в нем объектов по какому-либо признаку. Исследования среднего значения крайне разнообразны. На данный момент существуют данные по разным показателям: одним из самых популярных признаков для усреднения по сей день остается средний размер элементов [Ariely, 2001; Chong, Treisman, 2003], а также скорость [Watamaniuk, Duchon, 1992], ориентация [Dakin, Watt, 1997; Parkes, Lund, Angelucci, Solomon, Morgan, 2001], яркость [Bauer, 2009] и пространственное расположение [Alvarez, Oliva, 2008]. Заметим, что в некоторых исследованиях изучены и более сложные признаки, - так, интересными представляются результаты анализа среднего значения по такому комплексному признаку как средняя эмоция множества лиц [Fischer, Whitney, 2011; Haberman, Whitney, 2007]. На сегодняшний день восприятие ансамблей стало столь популярным предметом изучения, что исследуется даже средняя привлекательность группы людей и влияние среднего значения на оценку индивидуального объекта [Walker, Vul, 2013]. Более подробное описание этих исследований мы дадим во второй главе работы.

Несмотря на популярность исследования восприятия множественных объектов и сцен, по сей день ведутся споры, насколько данная проблематика имеет право на существование и может быть выделена как самостоятельная. Можно ли говорить, что это принципиально иной механизм, нежели восприятие единичных объектов? Существует несколько доказательств того, что восприятие сцен и множественных объектов суть реально существующий феномен, не сводящийся только к последовательной фиксации на единичных объектах.

Два первых доказательства скорее относятся к формально-логическим, основывающимся на внешне наблюдаемых характеристиках анализа сцен и множеств.

Так, во-первых, время, необходимое для идентификации единичного объекта составляет примерно 50 мс; если мы считаем, что восприятие сцен и множеств основано на единичных наблюдениях, то исходя из этого показателя можно предположить, что восприятие сложной сцены, состоящей из множества объектов, должно занимать намного больше времени, нежели опознание единичного объекта, а на восприятие множеств должно уходить приблизительно столько же времени, сколько в нем объектов умножить на время просмотра одного объекта. Но факты опровергают данные расчеты. Например, восприятие горного ландшафта происходит примерно за 20 мс, а восприятие множества до 60 однотипных объектов за 300-400 мс. Следовательно, человек просто не успел бы за данное время опознать каждый объект в отдельности.

Во-вторых, после сенсорной обработки множества в нашей памяти скорее остается информация о множестве целиком, а не об отдельных его элементах; то есть, наша память скорее оперирует статистической информацией о множестве, а не всем массивом увиденных данных. Эмпирическим доказательством данного утверждения является эксперимент Т. Брейди и Дж. Альвареса [Brady, Alvarez, 2011], целью которого было определить, какая именно информация о множестве остается в памяти испытуемых. После просмотра множества кругов испытуемых просили подровнять зондовый стимул под эталон. Испытуемые были склонны устанавливать размер круга, приближенный к среднему размеру по множеству, т.е. они преувеличивали размеры маленьких и приуменьшали размеры больших кругов. Таким образом, не только теоретически время на восприятие множеств слишком короткое, чтобы дать возможность человеку опознать каждый объект в отдельности, но и даже если предположить, что наши расчеты не верны, то в памяти должны были бы остаться данные об индивидуальных объектах, а этого не происходит.

Следующие два доказательства, скорее, направлены на объяснения фундаментальности механизма статистического восприятия. Первым из них является тезис о том, что мы не можем сознательно контролировать процесс статистического восприятия, так как оно (как и все базовые процессы) происходит неосознанно. Эмпирическим подтверждением этого тезиса является эксперимент, где испытуемым на периферии зрения показывался объект, окруженный другими схожими с ним объектами, но отличающимися от него выраженностью какого-то признака, и просилось оценить только центральный объект без учета его окружения. В итоге, испытуемые опять же давали оценку с сильным сдвигом в сторону среднего значения для всего множества, не в силах сепарировать центральный объект от всего множества [Parkes et al., 2001]. Второй аргумент заключается в том, что существуют нейропсихологические основания предполагать, что механизм восприятия множеств является базовым и имеет под собой определенную нейрофизиологическую основу. Данное утверждение косвенно подтверждается тем фактом, что люди, больные прозопагнозией и не способные к распознаванию отдельных лиц людей, даже хорошо им знакомым, или в течение длительного времени предъявления, могут вполне успешно выполнять задание на определение средней эмоции группы лиц [Leib et al.,2012]. Это свидетельствует о том, что, судя по всему, статистическая репрезентация множества появляется в сознании не только раньше репрезентации отдельных элементов, но и при отсутствии доступа к ним [см. также Ariely, 2001].

Тем не менее, можно заметить, что при всей убедительности данных аргументов они лишь доказывают существование феномена статистического восприятия, но мало что дают в плане понимания его механизма. Одно из возможных объяснений принципа действия восприятия ансамблей звучит следующим образом: хранить в памяти точную информацию про характеристики каждого объекта в множестве не «экономично» и требует много времени для восприятия; поэтому, возможно, более выгодно сделать быструю и не очень точную оценку всех объектов, суммировать из этих оценок общую информацию о множестве и дальше работать уже с ней. Но здесь сразу может возникнуть два вопроса. Во-первых, ранее отмечалось, что важной характеристикой статистического восприятия является то, что оно происходит раньше фиксации на отдельных объектах, а теперь утверждается, что все же производится быстрая приблизительная оценка признака каждого объекта. Это не является логическим противоречием, так как приблизительная оценка может производиться при распределенном внимании, и тогда объект оценивается, не будучи представлен в фокусе внимания. Во-вторых, если механизм статистического восприятия основывается на неточных индивидуальных замерах, значит, и характеристики по множеству в целом должны быть не точными. Но как уже неоднократно говорилось, человек способен довольно точно определять статистические свойства множества. Как же происходит так, что индивидуальные оценки неточные, а общая оказывается точной?

Ответ на этот вопрос пытается дать Дж. Альварес [Alvarez, 2011]. Дж. Альварес апеллирует к статистическому эффекту «мудрости толпы», который был описан еще в 1906 британским ученым Френсисом Гальтоном. Гальтон предлагал фермерам на ярмарке задание оценить вес быка и был уверен, что средняя оценка восьмисот случайных людей будет очень далека от истины. Но к его удивлению она оказалась достаточно точной за счет того, что индивидуальные ошибки в оценке одних людей фактически аннулировались за счет противоположных ошибок других людей (если одни переоценили, а другие недооценили, то среднее остается точным). Возможно, нечто подобное происходит и при нашем восприятии множества и так как оно фактически не осознаваемо, то при этом не наблюдается никаких систематических ошибок, соответственно - результат будет достаточно точным.

Но подчеркнем, что это только предположение, и конкретный механизм точной статистической оценки множеств остается неизвестным. Именно поэтому я ставлю своей целью как в работе этого года, так и прошлого, выяснение связей между различными зрительными статистиками. Ведь если для объяснения механизмов восприятия ансамблей верны наши знания из математической статистики, то тогда различные зрительные характеристики должны быть не только связаны между собой, но и иерархически соподчинены друг другу.

Прежде чем обратиться к эмпирической части нашей работы, остановимся на описании уже имеющихся на сегодняшний день исследованиях основных зрительных статистик.

Статистическая репрезентация зрительных ансамблей как новый подход к изучению восприятия множественных объектов

Помимо исторических предпосылок становления проблемы зрительных ансамблей и доказательств фундаментальности статистического принципа в нашем восприятии, представляется важным рассказать подробнее о ключевых исследованиях в рамках данного подхода. Это поможет нам не только лучше понять исследовательские традиции, существующие на сегодняшний день в изучении статистических характеристик множественных объектов, но и определить, какие закономерности и характеристики ансамблей уже известны. Как уже неоднократно говорилось, одна из проблем исследований в данной области это малое количество работ, центрированных на изучении глобальной когнитивной архитектуры статистического восприятия. Поэтому эта глава будет построена следующим образом: вначале будут даны описания основных исследований в области зрительного усреднения и вариативности, затем - исследования чувства числа, а в завершение - комплексные исследования.

Первой работой, посвященной изучению зрительного усреднения как статистической оценки множества, принято считать работу Дэна Ариели 2001 года. Именно в ней Д.Ариэли сосредоточился на изучении способности к мгновенному и точному подсчёту среднего значения размера по множеству однотипных объектов, распределенных по всему зрительному полю [Ariely, 2001].

Эксперимент Ариэли состоял из двух частей. В каждой из них испытуемым демонстрировались в течение короткого времени (500мс) множества кругов, хаотично разбросанных по экрану компьютера. Размер кругов варьировался как в узком, так и в широком диапазоне в обеих частях эксперимента. Численность кругов в обеих частях была от 4 до 16 штук; сразу напомним, что в фокусе внимания мы способны одновременно удерживать 3 объекта [по: Гусев, 2007]. Таким образом, эксперимент был спланирован так, чтобы время предъявления было заведомо меньше необходимого для последовательной фокусировки на каждом объекте. Задачи испытуемых были следующие. В первой части им демонстрировали один круг после основного множества и спрашивали, был ли точно такой же круг в только что представленном множестве. Во второй части после основного множества им показывали два круга, и нужно было выбрать тот, который больше похож на размер среднего кружка в только что представленном множестве. Основным результатом данного эксперимента стал тот факт, что точность оценок испытуемых была значимо выше во второй части. Иными словами, это стало экспериментальным подтверждением того, что оценка среднего размера точнее, нежели индивидуальных при восприятии зрительных ансамблей.

Помимо этого, был получен ряд интересных результатов относительно связи точности усреднения с количеством объектов и вариативностью признака (диапазона изменения размеров). Оказалось, что количество объектов в множестве не влияет на нашу способность усреднять, а вариативность, наоборот, имеет обратную связь с точностью усреднения, т.е. чем меньше диапазон индивидуальных размеров, тем выше точность [Corbett et al., 2012; Im, Halberda, 2013; Utochkin, Tiurina, 2014]. Из этого можно сделать вывод, что в какой-то степени мы все же используем индивидуальные размеры объектов, но лишь приблизительные и не сохраняем информацию о них после подсчета среднего.

После данного эксперимента было проведено множество схожих с ним по дизайну исследований, но в которых уделялось больше внимания контролю различных переменных. Так, например, С.Чонг и А.Трейсман провели похожее на эксперимент Д.Ариэли исследование в 2003 году. Процедура была такой же, но время предъявления и диапазон размеров были иными. Так, если в эксперименте Ариэли время предъявления всегда было 500 мс, то в данном исследовании оно варьировалось от 50 мс до 2 сек. Это было сделано для того, чтобы посмотреть, будет ли увеличиваться точность усреднения при более длительном предъявлении. Вариаций распределения размеров в данном исследовании было четыре вида. В первом случае круги всех размеров были представлены в равных пропорциях. Во втором случае все круги были одинакового размера. В третьем случае статистическое распределение размеров кругов было нормальным, то есть кругов среднего размера было больше, чем маленьких и больших. И, наконец, в четвертом зрительный ансамбль имел бимодальное распределение, т.е. в него входили только большие и только маленькие круги, без средних значений признака [Chong, Treisman, 2003]. Результаты данного исследования подтвердили предположения, выдвинутые Ариэли о том, что подсчет среднего происходит очень быстро и связан с характером распределения, так как зависимости точности оценки среднего от времени предъявления фактически не было обнаружено, и испытуемые успевали воспринять множество даже за 50 мс. Из чего можно сделать вывод о том, что процесс статистического восприятия происходит на предвнимательной стадии, и именно этим объясняется его скорость и независимость от пространственной организации объектов. Что касается связи точности усреднения и характера распределения индивидуальных размеров, то снижение точности было обнаружено только для условия с бимодальным распределением, что можно объяснить тем фактом, что такое множество было категоризировано как два разных, а не как одно, имеющее одно среднее значение.

Последний результат заставил задуматься: а возможен ли одновременный подсчет двух средних для двух разных множеств? Ответом на этот вопрос стало исследование Чонга и Трейсман, в котором испытуемым нужно было сравнить средние двух одновременно предъявляемых множеств и ответить, какое среднее было больше. Множества отличались друг от друга цветом, и каждое содержало более 4-х объектов; объекты разных множеств были пространственно перемешаны между собой, а время предъявления составляло 500 мс [Chong, Treisman, 2005]. Оказалось, что даже в такой ситуации мы способны точно оценить и сравнить два средних между собой. Важно отметить, что это было первое исследование зрительного усреднения с подобным дизайном, но впоследствии он получил достаточно широкое распространение. И в частности, в нашем исследовании использован именно он.

Постулирование предвнимательной природы статистического восприятия дало возможное объяснение столь высокой эффективности данного процесса. На стадии предвнимания, с точки зрения теории интеграции признаков Э. Трейсман, может происходить так называемый феномен «выскакивания» объекта с наиболее выраженным признаком [Treisman, Gelade, 1980]. Так, например, мы сразу увидим ярко-красную ягоду среди множества зеленых или линию, наклонённую влево среди множества наклоненных вправо. Возникло предположение, что при восприятии ансамбля происходит «выскакивание» объектов с крайними значениями, и усреднение происходит уже между ними (только между самым большим и самым маленьким) [Brady, Alvarez, 2011]. Так как в естественном мире признаки различных объектов в основном распределены согласно нормальному распределению, то такая оценка будет достаточно точной. Но сразу оговоримся, что это предположение не нашло своего эмпирического подтверждения. Его косвенным опровержением можно считать уже упоминавшееся исследование Т. Брэйди и Дж. Альвареса, где испытуемым нужно было изобразить либо самый маленький, либо самый большой круг из множества, а они были склонны скорее изображать средние значения при обоих вариантах инструкции [Brady, Alvarez, 2011].

Также важным в данном контексте будет упомянуть исследование Дж. Альвареса и О.Оливы, в котором изучалось, какие изменения мы лучше замечаем - изменения в среднем значении или в индивидуальных [Alvarez, Oliva, 2009]. В данном эксперименте испытуемые следили за движущимся по текстуре объектом и должны были фиксировать момент изменения текстуры. Изначальная текстура состояла из равного количества пространственно перемешанных паттернов Габора с левым и правым углами наклона. Изменения фона были двух видов. В одном случае все линии меняли свой угол наклона на противоположный. Логично, что при этом средняя ориентация всего фона (то есть суммарный угол наклона всех прямых, разделенный на их количество) не менялся. Во втором случае углы наклона всех прямых изменялись таким образом, что средняя ориентация всего фона изменялась. В итоге оказалось, что изменения среднего заметнее для испытуемых, нежели изменения всех объектов, в сумме не влияющие на средний угол наклона.

Другое возможное объяснение точности зрительного усреднения уже упоминалось в первой главе. Оно состоит в перенесении феномена «мудрости толпы» в область статистического восприятия. Наиболее полно эту идею раскрыл в 2011 году Дж. Альварес в своем обзоре, в котором он объясняет преимущества приблизительной оценки каждого объекта за счет компенсации погрешностей разных измерений при подсчете суммарного среднего (один переоценённый объект в сумме с недооценённым дают нулевую погрешность) [Alvarez, 2011]. Но как мы знаем из статистики, такой принцип будет приводить к точным ответам относительно среднего только при большой численности объектов, более того - в этом случае точность должна возрастать с увеличением численности. Данный тезис был доказан лишь частично: действительно, точность усреднения возрастает с числом предъявляемых объектов, но при определенном количестве объектов останавливается и перестает возрастать [Alvarez, 2011].

Как можно заметить, в перечисленных выше исследованиях изучалась только возможность влияния численности на усреднение. Нас же больше интересовало, существует ли связь между способностью к чувству числа и к чувству среднего, так как, по нашему мнению, это могло бы внести вклад в создание альтернативного объяснения механизма статистического восприятия. Поэтому далее мы более подробно остановимся на основных исследованиях чувства числа.

Чувство числа определяется как способность к мгновенной оценке численности множества объектов до их точного подсчета. Эта способность является в чем-то более интуитивно понятной, чем подсчет среднего значения какого-либо признака. Возможно, поэтому она является более изученной. Исследователем, внесшим заметный вклад в изучение данной способности, безусловно можно назвать Джастина Халберду. В его исследованиях приняло участие более 10000 человек, от 11 до 85 лет, эти исследования не только внесли эмпирическую ясность в понимание феноменологии чувства числа, но и в развитие способности к чувству числа в зависимости от возраста [Halberda, Sires, Feigenson, 2006; Halberda, Feigenson, 2008; Halberda, Mazzocco, Feigenson, 2008].

Изначально Дж.Халберда больше интересовало, насколько человек может абсолютно точно оценить некоторое количество объектов, и что может на это повлиять. В его экспериментах 2006 года испытуемым нужно было за короткое время оценить количество точек определенного цвета из шести возможных цветов. При этом варьировалось не только само количество точек, но и время предъявления подсказки (какой именно цвет следует считать), причем сама подсказка могла быть дана как до, так и после предъявления точек [Halberda, Sires, Feigenson, 2006]. Согласно полученным результатам, оказалось, что при наличии подсказки испытуемые примерно с одинаковой эффективностью справлялись с задачей, но при ее отсутствии средняя точность сильно падала (при условии трех одновременно предъявляемых цветов).

Но более известные работы Дж.Халберда связаны уже с принципиально другими стимульными ситуациями и суждениями. В них речь шла уже об относительных прикидочных суждениях о возможной численности объектов, а не об абсолютных (напомним, что абсолютные суждения - это числовая оценка объектов, а относительная - это сравнение двух ансамблей по количеству двух объектов, содержащихся в них). Соответственно, в этих исследованиях испытуемые должны были сравнивать подмножества перемешанных между собой точек разных цветов. Здесь стоит подчеркнуть, что, как уже говорилось, еще в исследованиях Чонга и Трейсман было показано, что испытуемые способны разделять один зрительный ансамбль по признаку цвета на два подмножества и производить независимое усреднение внутри каждого [по: Уточкин, 2012].

Однако возникает еще один вопрос: а каким может быть количество объектов в зрительном ансамбле, чтобы мы могли быстро и достаточно адекватно определить их численность? Очевидно, что при относительно малом их количестве и при большом в подобной оценке могут быть задействованы разные когнитивные процессы и механизмы. Так как Дж. Халберда интересовал численный диапазон, превышающий 4 - 5 объектов, которые еще возможны для так называемого «мгновенного схватывания» [по: Уточкин, 2012], то в его исследованиях в разных сериях количество точек в подмножествах возрастало. Оказалось, что порог восприятия различий между ансамблями различной численности увеличивается с увеличением количества объектов в них, и, соответственно, для прикидочных суждений обнаруживается подтверждение закона Вебера [Halberda, Feigenson, 2008].

Подчеркнем, что сегодня развитие исследований чувства числа во многом подчинено довольно важной практико-ориентированной задаче, а именно - поиску когнитивных процессов, лежащих в основе успешности решения математических задач и, соответственно, в целом математических способностей человека. При этом чувство числа остается наименее изученным предиктором математических способностей (в отличие от, к примеру, пространственной памяти). Неминуемо встает вопрос о соотношении наследственных и средовых факторов в их формировании и здесь важно отметить, что чувство числа является врожденным и в некоторой мере проявляется у младенцев, а также существует не только у человека, но и у зверей. При этом, по данным последних психогенетических исследований, чувство числа имеет меньший коэффициент наследования, нежели математические способности. Следовательно, мы не можем говорить о решающем значении чувства числа при формировании математических способностей [Greven, Kovas, Chamorro-Premuzic, Plomin, 2009]. Также интересным представляется факт, что точность чувства числа улучшается на протяжении школьного обучения и достигает максимума в возрасте около 30 лет [Halberda, Feigenson, 2008]. Это весьма неожиданный результат, так как большинство других когнитивных способностей человека достигают своего пика намного раньше.

Но, как уже говорилось, несмотря на такую изученность двух данных статистик, глобальная когнитивная архитектура процесса статистического восприятия изучена мало. В исследовании прошлого года мы ставили своей целью изучение связи индивидуальной способности к чувству числа со способностью к зрительному усреднению. Мы исходили из предположения, что если статистическое восприятие представляет собой конгломерат соподчиненных между собой статистик, то они будут коррелировать друг с другом. Также выяснялось, базируются ли эти способности на способности точно определять индивидуальные размеры или нет. Исследование этого года может помочь нам, во-первых, проверить надежность прошлогодних результатов, а также посмотреть, влияет ли на стратегию подсчета среднего побочно меняющийся признак или нет. Таким признаком для нашего исследования выступает суммарная площадь всех объектов, которая редко оценивается в исследованиях статистической репрезентации ансамблей, но возможно является важной статистической характеристикой множества.

Перед тем как переходить к методическому описанию нашего исследования, коротко опишем несколько работ, которые также ставили своей целью изучение процесса статистического восприятия в целом, а не отдельных статистик.

Важно понимать, что проведение аналогий между восприятием ансамблей и математической статистикой скорее имеет метафорический смысл, нежели является строго научно обоснованными. В недавнем обзоре И.С. Уточкина наглядно описано, как мы можем применять понятия из статистического анализа для описания процесса зрительной категоризации [Utochkin, 2015]. Категоризация объектов, понимаемая как способность относить объекты к разным множествам, по сути также является частью статистического восприятия ансамблей, но как именно она происходит, остается вопросом. Для данной статистики актуальны все проблемы, перечисленные выше для среднего и численности: влияет ли количество объектов, их пространственная ориентация или характер распределения признаков на эффективность категоризации, или какую роль играет категоризация индивидуальных объектов на категоризацию множества в целом? Оказывается, многие закономерности эффективности категоризации схожи с результатами, полученными для зрительного усреднения; так, на эффективность категоризации не влияет пространственная организация объектов, а влияние численности объектов весьма незначительно. Ключевой характеристикой множества для данной статистики, как и для чувства среднего, является подобность распределения признака нормальному, т.е. множество в котором существует одна вершина будет категорировано как единое, а множество с двумя пиками, как два разных. Этот факт интересен для нас, так как является косвенным свидетельством того, что в сводной информации по множеству мы используем скорее самое частое значение, а не среднеарифметическое. В противном случае, мы бы суммировали два пика распределения признака и получали среднее значение, неверное для обоих множеств. Но как мы знаем, для нормального распределения показатель медианы и моды фактически одинаков, что ставит под вопрос правомерно ли наше понимание чувства среднего для процессов происходящих в нашем зрительном восприятии.