Функциональная структура и динамика взора человека

Следует отметить также полученный в эксперименте факт отсутствия влияния статического компоненты крена на величину торзии. Взятые в целом, эти результаты следует рассматривать как отражение сложного взаимодействия зрительной, вестибулярной, соматосенсорной и моторной систем в процессе получения достоверной информации о пространственных координатах внешнего мира и положения в нем самого наблюдателя. Суммируя, можно сказать, что испытуемые в условиях качки игнорировали постоянную составляющую крена и оценивали направление субъективной вертикали по усредненной за несколько периодов ориентации лонгитюдной оси туловища (ср. с «идеотропическим вектором» --Mittelstaedt, 1983).

Другой вывод состоит в том, что ТДГ стремятся ориентировать окулоцентрическую систему отсчета в направлении текущей ориентации туловища или, что для наших условий идентично, в направлении кабинных ориентиров вертикальности. Точность стабилизации вертикального меридиана сетчатки уменьшается при добавлении дополнительных степеней свободы из-за подвижности головы и сканирующих движений глаз.

В целом, результаты экспериментов, описанных в главе 3, позволяют расширить представление о пространственной метрике взора человека -- наряду с горизонтальной и вертикальной размерностями следует иметь в виду также параметр удаленности (т.е. смотрим мы на более близкий или далекий объект) и параметр наклона субъективной вертикали относительно гравитационной. Кроме того, были получены убедительные факты, что для управления этими размерностями взора и для формирования соответствующих пространственных переживаний глазодвигательные и познодвигательные механизмы выполняют хотя и важную, но все же вспомогательную роль.

В четвертой главе были проведены измерения динамических характеристик взора (зрительно-пространственного внимания) в условиях неподвижного глаза.

Глава 4. Динамика зрительного пространственного внимания при неподвижном глазе

Существует конфликт между ограниченными возможностями параллельной переработки всей зрительной информации, находящейся в поле зрения, и последовательным выполнением более сложных операций в ограниченных участках пространства (Леонтьев, Гиппенрейтер, 1968). Наиболее изученной формой ориентации зрительной системы является поворот глазного яблока в направлении нового или чем-то выделяющегося стимула (см., например, Гиппенрейтер, 1978; Ярбус, 1965). Значительно меньше известно относительно способности человека к избирательной концентрации перцептивной активности внутри поля зрения, которую обозначают обычно термином «пространственное внимание» или «функциональное поле зрения». В этом, узком смысле, мы рассматриваем данные понятия как синонимы понятия взора, которые, однако, не покрывают его целиком. Согласно наблюдениям старых авторов (Вундт, 1912; Helholtz, 1866; James, 1890), подкрепленных экспериментами современных исследователей (Eriksen, Hoffmann, 1972; Eriksen, Rohrbaugh. 1970; Findley, Gilchrist, 2003; Jonides, 1983; Kahneman, 1973; LaBerge, 1995; Posner et al., 1980; Van der Heijden, 1992), в зоне сфокусированного внимания происходит облегчение перцептивной переработки находящейся там стимульной информации, тогда как за ее пределами перцептивная обработка частично или полностью тормозится. Говоря о зрительном пространственном внимании, обычно подчеркивают его зонный характер. Д. Лаберж (LaBerge, 1995; p. 27-38) выделяет шесть основных свойств зоны внимания: 1) наличие границ; 2) вариативность размера; 3) вариативность интенсивности; 4) единственность и пространственная неразрывность; 5) движение или сдвиг; 6) ритмика. Хотя в литературе, посвященной зрительному вниманию наибольшее распространение имеет метафора, уподобляющая фокус внимания «лучу прожектора», этот механизм не в состоянии объяснить свойства 2 и 3 из вышеприведенного списка. Метафора трансфокатора обладает большей гибкостью, связывая обратной зависимостью размер зоны внимания с его интенсивностью, однако, как и в случае с лучом прожектора, остается открытым вопрос о динамике перехода зоны внимания из одного состояния в другое и из одной пространственной позиции в другую.

В настоящее время накоплено множество экспериментальных подтверждений того факта, что внимание может перераспределяться в пространстве и при неподвижном глазе, хотя взгляды исследователей на связь этой динамики с будущим движением глаз остаются противоречивыми. Одни авторы говорят о тесной связи между смещением зоны внимания на периферический стимул и глазодвигательной реакцией на этот стимул (Белопольский, 1985; Deubel, Schneider, 1996; Henderson, 1992; Rizzolatti et al., 1987), другие же указывают на отсутствие жесткой функциональной связи между вниманием и саккадой (Klein, 1980; Remington, 1980), не давая четких критериев, при которых сдвиг внимания все-таки ведет за собой движение глаз.

Было проведено 3 серии экспериментов, призванных уточнить возможности активной настройки зоны зрительного внимания на отдельные участки поля зрения (симметричные и асимметричные по отношению к фовеальной оси) при наблюдении в условиях неподвижного глаза.

Параграф 4.1 посвящен описанию эксперимента, в котором оценивалась действенность разных форм детерминации распределения внимания в поле зрения. В литературе описаны две основные формы управления вниманием: внешняя, экзогенная, или автоматическая, опирающаяся на визуальный пространственный маркер, и внутренняя, эндогенная, или произвольная, использующая знания о вероятностной структуре предъявления (Jonides, 1983; Norman, Bobrow, 1975; Yantis, 1998). Обе эти формы применяются в разных сочетаниях, что также может отражаться на получаемых результатах и выводах. В нашем эксперименте, проведенном по модифицированной методике «выигрыша -- проигрыша» (Posner et al., 1980), использовали два типа стимулов -- фиксационный и тестовый. Фиксационные стимулы служили для указания локализации тестового стимула и его наиболее или наименее вероятного размера. Тестовые стимулы были выполнены в виде светлых контурных кругов на темном фоне диаметром 8.7° либо 0.65°. Все круги, независимо от их размера, имели разрывы по вертикали или горизонтали. Задача испытуемых состояла в максимально быстром принятии решения об ориентации разрыва в тестовом стимуле безотносительно к тому, предъявлен ли большой или малый стимул (моторная реакция выбора). Валидность предъинформирующего пространственного маркера составляла либо 0.8, либо 0.2, т.е. внешнее управление вниманием действовало либо совместно, либо вразрез с внутренним.

В полученных результатах находит подтверждение одно из основных следствий модели трансфокатора, а именно: зрительная способность к идентификации фовеальной цели уменьшается при предварительной расфокусировке зоны внимания. Это выражается в значительных дополнительных временных затратах на переработку, достигавших 143 мс. Параллельное увеличение частоты ошибок можно расценить как повышение трудности задачи идентификации при расфокусированном внимании. Однако данные, относящиеся к идентификации больших по размеру целей, критические элементы которых были симметрично удалены от фовеа, показывают ограниченность модели трансфокатора. Речь идет о возможности управления размером зоны фокального внимания при условии выполнения принципа «все или ничего» (Broadbent, 1958), согласно которому симультанная переработка не распространяется за пределы четко очерченного участка пространства. Понятно, что, строго говоря, этому принципу должна подчиняться и работа трансфокатора. Однако при оптимальной настройке внимания на фовеальную цель временной проигрыш для идентификации периферической цели составлял всего лишь 42 мс. Поэтому вслед за В. Джемсом (James, 1890) можно, по-видимому, предположить, что фокус внимания не имеет резких границ и за его пределами существует переходная область, которую иногда обозначают как область «предвнимания» (Egeth, 1977; Neisser, 1967). Оптимум фокусировки внимания на зонах разного размера достигается за счет совместного внешнего и внутреннего управления, использующего, соответственно, визуальный фиксационный стимул и вероятностную информацию. При конфликте этих детерминант пространственного внимания они оказывают аддитивное влияние на результирующее состояние системы внимания. Вместе с тем, успешность идентификации фовеальных целей в большей степени зависела от пространственной валидности фиксационного стимула, чем от вероятности предъявления тестового стимула, тогда для периферических целей доминировала ориентировка именно на вероятность предъявления

В параграфе 4.2 изложены эксперименты, целью которых являлось изучение пространственно­временных стратегий расширения-сжатия зоны зрительного внимания в условиях, не предполагающих движений глаз.

В эксперименте 1 целевые стимулы -- кольца с узким разрывом по горизонтали или вертикали (трудное задание) или, в другой серии, углы с вершиной, обращенной вверх или вниз (легкое задание) -- экспонировались без задержки на время 200 мс. Размеры рамки и стимула совпадали в 80% случаев (валидные пробы); в оставшихся пробах стимул был либо больше, либо меньше фиксационной рамки (невалидные пробы). Эффект внимания оценивали по разнице между средним временем реакции в валидных пробах, когда ожидаемый и фактический размеры стимула совпадали, и в невалидных пробах, при диссоциации размера ожидаемого и предъявленного стимулов.

В эксперименте 2 темно-серая рамка предъявлялась на экране компьютера на светло-сером фоне. Рамка представляла собой прямоугольник, вытянутый по горизонтали. Стимулами являлись пары цифр: 66, 69, 96 или 99, расстояние между которыми варьировали. В валидных пробах цифры экспонировались на концах рамки, в невалидных -- внутри нее или за ее пределами, симметрично относительно центра. Задача испытуемых состояла в определении «сходства» или «различия» предъявляемых цифр. Эксперимент 3 был проведен по той же схеме и с теми же стимулами, что и эксперимент 2, только был добавлен еще один параметр: стимул предъявляли или сразу же после выключения рамки, или с задержкой на 200 мс.

Во всех проведенных нами экспериментах при разных конфигурациях и размерах стимулов и разной перцептивной трудности задания был подтвержден тот факт, что неоптимальная пространственная преднастройка внимания увеличивает время, необходимое на перцептивную обработку предъявленного объекта. Результаты показали, что когда ожидался стимул большего или меньшего размера, чем реально предъявленный, время на его идентификацию возрастало по сравнению с условиями, когда зона внимания совпадала с очертаниями стимульного объекта. Более того, в тестированном нами диапазоне (до 15° в диаметре) величина временного проигрыша зависела от степени пространственного несоответствия между размером зоны внимания и размером предъявленного стимула.

Рассмотрим раздельно две смоделированные в наших экспериментах ситуации: 1) небольшой стимульный объект предъявляется в центре объемлющей, более широкой зоны внимания и 2) стимульный объект выходит за пределы узкого центрального поля внимания.

В первой ситуации фокусировка зоны внимания происходит плавно с постоянной радиальной скоростью, составляющей порядка 50°/с. Однако при приближении к околопороговому диапазону скорость сжатия зоны внимания замедляется до 10-15 °/с, что отражает определенные трудности, связанные с необходимостью максимально узкой фокусировки зоны внимания.

С более легкими для идентификации стимулами были получены меньшие временные проигрыши при тех же пространственных соотношениях зоны преднастройки внимания и стимула, особенно на начальных этапах фокусировки. Это может означать, что для легко различимых стимулов процесс идентификации может начинаться несколько раньше, еще до того момента, когда зона внимания сузится до размеров целевого стимула.

Во второй ситуации также установлена зависимость временного проигрыша от неоптимальной пространственной настройки зоны внимания, хотя она имела более сложный характер. Прежде всего, надо отметить, что по абсолютной величине этот проигрыш, как правило, не превышал 50-60 мс, т.е. процесс дефокусировки занимал меньше времени, чем процесс фокусировки.

Таким образом, мы установили наличие гистерезиса в динамике фокусировки и дефокусировки внимания -- сжатие зоны внимания в направлении находящегося внутри нее небольшого целевого стимула происходит достаточно плавно и занимает больше времени, чем процесс расширения зоны внимания на объект, контуры которого находятся за ее пределами. Этот факт противоречит предположениям некоторых авторов, что как сжатие, так и расширение зоны внимания связано со стратегиями аналогового типа. Такого рода стратегия достаточно хорошо описывает фокусировку, т.е. сжатие зоны внимания, но никак не подходит для объяснения данных, полученных в условиях, где моделировали процесс дефокусировки, или расширения зоны внимания. Поэтому более вероятной выглядит гипотеза, что переход от сфокусированного внимания к дефокусированному происходит по типу дискретного переключения, практически одномоментно. Образно говоря, после пристальной фиксации мы как бы закрываем глаза и открываем их вновь, охватывая вниманием широкую сцену. Эффективность подобного механизма в том, что широкая зона внимания сразу захватывает целевой стимул, и уже затем плавно фокусируется на нем. Схематически эта гипотеза о двух разных стратегиях пространственного внимания отображена на рисунке 2.

Рис.2. Схема, иллюстрирующая гипотезу о двух стратегиях пространственного внимания

Следует остановиться еще на одном результате, полученном в наших экспериментах. Оказалось, что приобретаемый в ходе выполнения экспериментальных заданий навык не затрагивал общей динамики фокусировки и дефокусировки внимания. Следовательно, стратегии пространственного внимания являются более ригидными, чем механизмы собственно перцептивной обработки набора предъявляемых стимулов, за счет автоматизации которых и происходит ускорение реакции выбора.

В параграфе 3.3 приведены эксперименты, в которых изучали эффекты предупреждающего сигнала в задаче обнаружения в зависимости от типа предупреждающего сигнала, а также временной и пространственной неопределенности целевого стимула.

Задача эксперимента 1 состояла в том, чтобы прояснить взаимосвязь между предупреждающим сигналом и сигналом предъинформирования (cueing). О последнем обычно говорят в контексте экспериментальной парадигмы «выигрыша-проигрыша» (Posner, 1980), когда подаваемый после начала пробы вспомогательный сигнал указывает наиболее вероятное местоположение целевого стимула. Высказывается мнение, что предъинформирующий сигнал работает также и как сигнал предупреждения, оказывая таким образом дополнительное влияние на скорость обнаружения. Однако Д. Фернандес-Дюк и М. Познер (Fernandez-Duque, Posner, 1997) получили данные, которые поддерживают идею о раздельных механизмах для управления такими компонентами внимания как активация (alerting) и ориентировка (orienting). Активация характеризуется ими как общая, неспецифическая готовность к совершению действия, тогда как ориентировка повышает чувствительность сенсорной системы на появление стимула в определенной пространственной зоне.

Временную динамику эффекта предупреждающего сигнала изучали на интервалах периода упреждения (ПУ) 100-1600 мс, комбинируя процедуру фиксированного и переменного ПУ. Диапазон вариативности ПУ оставался постоянным (3 сигнала, ±250 мс), тогда как среднее значение ПУ менялось в разных блоках проб с шагом 250 мс. Использовали предупреждающие сигналы разной модальности -- слуховой и зрительный. Зрительные предупреждающие сигналы были 2 типов, предполагающие узкую или более широкую фокусировку пространственного внимания. В серии проб целевой стимул появлялся либо в неизменной пространственной позиции, либо равновероятно в 1 из 5 возможных позиций.

Было установлено, что фактор пространственной локализации предъявляемого стимула тесно связан как с типом предупреждающего сигнала, так и с временной позицией ПУ. Зрительный сигнал производил значимый предупреждающий эффект (ВР меньше, чем в ситуации без предупреждающего сигнала) только тогда, когда целевой стимул постоянно появлялся в центральной позиции. При этом центральный зрительный предупреждающий сигнал обеспечивал более быстрое обнаружение, чем периферический. Оба зрительных предупреждающих сигнала оказались мало эффективны, когда местоположение стимула варьировало случайным образом, т.е. когда они не обладали качеством предъинформирования (валидность центральной и 4 других пространственных позиций равнялась 20%).

Если сравнить между собой эффективность зрительных и акустического предупреждающего сигнала, то следует отметить, что последний обеспечивал более существенное снижение ВР в задаче обнаружения, и этот выигрыш во времени не зависел от средней величины ПУ и от степени неопределенности пространственной локализации стимула. Это означает, что акустический предупреждающий сигнал связан прежде всего с механизмами общей активации и менее специфичен в отношении механизма пространственной локализации стимула. «Вспыхивающий» периферический или центральный зрительный стимул не только является сигналом готовности, причем энергетически более слабым по сравнению с акустическим сигналом, но и запускает процессы, связанные с избирательной настройкой зрительного пространственного внимания на основе текущей и ранее воспринятой информации.

Говоря о динамике зрительного пространственного внимания, часто выделяют следующие фазы, или этапы этого процесса: 1) отстройка от объекта предыдущей фиксации (disengagement); 2) движение или изменение размера поля внимания; 3) захват новой цели (engagement) (Fisher, Weber, 1993; Posner, 1980). Каждый этап отрабатывается в автоматическом режиме и занимает определенное время, которое, тем не менее, не является строго фиксированным и зависит от целого ряда факторов, как внешних, так и внутренних.

Таким образом, можно предположить, что в задаче обнаружения, которая не предъявляет сколько-нибудь высоких требований к разрешающей способность зрительной системы, полученные нами в различия во ВР для стимулов в ожидаемой и случайных пространственных локализациях при зрительных предупреждающих сигналах и отсутствие таких различий при акустических предупреждающих сигналах связаны главным образом с первым этапом пространственной ориентировки внимания, а именно, с этапом отстройки от фиксации. Акустический сигнал автоматически отстраивал внимание от фиксационной рамки, тогда как зрительный, напротив, притягивал его, соответственно, к большой или малой рамке. Положительный эффект такого зрительного предъинформирования достигался только в случае, когда оно было релевантно позиции предъявляемого стимула, тогда как неопределенность в локализации стимула заново запускала цикл настройки пространственного внимания, что влекло к проигрышу во ВР даже по сравнению с условиями без предупреждающего сигнала. Интересно, что длительность этапа отстройки от фиксации обычно оценивают в 50 мс, что совпадает с наивысшей величиной эффекта предупреждающего сигнала.

В эксперименте 2 уточнялись особенности временной динамики эффекта предупреждающего сигнала в зависимости от того, задается ли предупреждение включением или выключением соответствующего сигнала. О возможной разнице между этими двумя ситуациями говорит тот факт, что короткий темновой интервал между выключением фиксационной точки и предъявлением стимула ведет к укорочению времени саккадической и мануальной реакции, по сравнению с условиями, когда фиксационная точка экспонируется постоянно (Fisher, Weber, 1993).

Результаты показывают, что когда отстройка от фиксационных зрительных стимулов -- и периферического, и центрального -- осуществлялась автоматически, за счет гашения этих стимулов, то легче было отстроиться от центрального фиксационного стимула, чем от периферического, что выражалось в показателях ВР обнаружения. Можно предположить, что при выключении периферического фиксационного стимула внимание продолжало удерживаться в той же пространственной зоне, поскольку именно там ожидалось появление целевых стимулов, тогда как выключение центрального фиксационного стимула приводило систему пространственного внимания в состояние полной готовности к захвату нового стимула. Выключение центрального фиксационного стимула производит эффект, подобный эффекту акустического предупредительного сигнала.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о том, динамические преобразования пространственной зоны внимания (взора), модулированные собственно перцептивной активностью наблюдателя, могут протекать настолько быстро, что времени межсаккадической паузы (около 250-300 мс) вполне достаточно не только для уверенного опознания объекта, но и на поиск и обнаружение нового объекта фиксации, в сторону которого затем и поворачивается глаз. Тем самым, процессы опознания и локализации, разведенные в традиционном описании структуры перцептивного акта, могут быть рассмотрены как единый, целостный, слитный воедино процесс, разворачивающийся в пространстве и во времени.

В пятой главе описываются исследования, в которых развивается новый взгляд на природу позиционного чувства взора и на механизм пространственной ориентации человека.

Глава 5. Движения взора и стабильность видимого мира

Экологию человеческого существования составляет неподвижная среда, которая должна восприниматься и воспринимается таковой вне зависимости от способа поведенческой активности наблюдателя, а обнаруженное внутри неподвижной среды движение служит сигналом об изменениях, имеющих приоритетную биологическую значимость для наблюдателя.

Классическая конкретно-научная постановка проблемы стабильности видимого мира (см. Грегори, 1970; Луук и др., 1977; Bridgeman et al., 1994; Stability and constancy in visual perception , 1977; Wertheim, 1994) связана с признанием факта недостаточности чисто зрительного, сетчаточного сигнала как единственного источника информации о движении воспринимаемых объектов. Действительно, при восприятии движущихся объектов неподвижным глазом результирующий сетчаточный сигнал напоминает тот, который возникает при движении глаза, головы или тела наблюдателя относительно неподвижного зрительного окружения, но если в первом случае воспринимается перемещение объектов, то во втором -- их неподвижность.

В рамках классического подхода эти факты ведут к постановке вопроса о дополнительном, «экстраретинальном» источнике пространственно_динамической информации, связанной с собственными перемещениями наблюдателя, приводящими к изменению сетчаточной проекции внешних объектов. Другой вопрос состоит в том, каким образом перцептивная система учитывает оба позиционных сигнала (сетчаточный и экстраретинальный) для достижения адекватного восприятия внешней среды. Здесь наибольшее распространение получили модели, использующие идею «компенсации», «вычитания» или «принятия в расчет» сетчаточного сигнала о перемещении экстраретинальным сигналом, связанным с произвольными движениями глаз. Хотя сенсомоторные схемы типа предложенной Э. фон Хольстом и Х. Миттельштадтом (Holst, Mittelstaedt, 1950) неплохо объясняют основные феномены зрительной стабильности, они неоднократно подвергались критике по целому ряду позиций.

Во-первых, природа «экстраретинального» сигнала остается до сих пор неясной; варианты ответов включают, с одной стороны, гипотетические «волевое усилие» (Helmholtz, 1866), «чувство иннервации» (Мах, 1903), «эфферентную копию» (Holst, Mittelstaedt, 1950), «побочный разряд» (Sperry, 1950), объединяемые часто термином эфферентный (outflow) сигнал, а, с другой, проприоцептивные сигналы от внешних глазных мышц (Сеченов, 1952; Гуревич, 1971; Шеррингтон, 1969; Ludwigh, 1952), или афферентный (inflow) сигнал, существование которого оспаривается в ряде прямых экспериментов (Brindley, Merton, 1960).

Во-вторых, существует временное рассогласование между генерацией гипотетического эфферентного сигнала, предшествующего повороту глаз, и соответствующего реафферентного сетчаточного сигнала, величину которого можно оценить только после завершения этого поворота. Что же касается проприоцептивного позиционного сигнала, то его учет возможен только с определенной задержкой относительно конца поворота глаз, тогда как феноменальная стабильность не допускает каких-либо пауз или разрывов. В-третьих, метрика и система отсчета зрительного и незрительного сигналов, подлежащих алгебраическому сложению или другого рода сопоставлению, исходно не совпадают и должны быть перекодированы (как?) в общую для них (какую?) шкалу измерений (см. Belopolsky, 1994) В-четвертых, такого рода компенсационная модель выдвигает очень жесткие требования к точности обоих сигналов, учитывая высокую чувствительность зрительной системы к обнаружению пространственного смещения воспринимаемых объектов.

Критические по отношению к классическим теориям стабильности факты и наблюдения, были получены в наших экспериментах, проведенных с использованием техники варьирования величины оптической обратной связи в глазодвигательной системе (см. главу 2). При увеличении или уменьшении коэффициента зрительной обратной связи глазодвигательная система работала с систематической позиционной ошибкой, что, по прогнозу теории компенсации, должно было бы привести к визуальной нестабильности внешних объектов. На самом же деле этот прогноз был полностью опровергнут.

Резюмируя, нужно подчеркнуть, что а) даже выраженный дисбаланс в окуломоторной координации не связан жестким образом с появлением ощущения зрительной нестабильности; б) предъявление целостной зрительной сцены облегчает восприятие ее стабильности.

Анализ феноменологии зрительного пространственного восприятия привел нас к заключению, что любая теория стабильности должна учитывать, что в результате поворота глаз видимый мир не просто остается стабильным -- меняется относительная позиция зрительного эгоцентра в неподвижной внешней системе отсчета. В терминах теории компенсации это ведет к логическому нонсенсу: экстраретинальный (т.е. незрительный, безотносительно к его природе -- Matin, 1972) сигнал о перемещении глаз должен учитываться зрительной системой дважды, один раз -- для компенсации сетчаточной реафферентации, а другой раз -- информируя об изменении позиции взора относительно неподвижного окружения (см. рисунок 3).

Рис. 3. Схема, иллюстрирующая идею Э. фон Хольста о механизме зрительной стабильности как вычитании «эфферентной копии» из входящих в глаз зрительных сигналов (по Holst, 1957). Добавленная нами жирная стрелка демонстрирует необходимость двойного учета эфферентного сигнала для объяснения феноменального сдвига позиции взора относительно стабильных объектов

В двух сериях экспериментов, изложенных в этой главе, проверяли гипотезу, согласно которой наблюдатель интерпретирует динамику стимульных событий, происходящих до, во время и после движения глаз, в соответствии с принципом относительности: воспринимается либо движение субъективно представленного эгоцентра (взора) относительно стабильной окружающей среды, либо движение заполняющего все поле зрения визуальной структуры относительно неподвижного взора. Понятно, что такой механизм не требует компенсации сетчаточных последствий собственных движений наблюдателя.

В параграфе 5.1 приведены эксперименты, посвященные изучению механизмов зрительной стабильности в условиях искусственного ограничения поля зрения. В ряде работ было показано (Андреева и др, 1972; Magnuski, Lai, 1975), что ограничение поля зрения ведет к искажению пространственных пропорций сканируемого изображения, которое не может быть сведено к работе механизма компенсации. Однако высказанное в этих работах предположение о снижении точности эфферентного сигнала при сужении поля зрения основано на косвенных оценках и нуждается в дополнительной проверке. Возможно и другое объяснение данных иллюзий. Оно базируется на том, что иллюзии сжатия возникают только при развернутой моторной активности, как феномен интеграции многократно повторяющихся эфферентных посылок, и отсутствуют при единичной глазодвигательной реакции, т.е. после саккады, соизмеримой с размерами цели.

Таким образом, условия искусственного ограничения размеров поля зрения создают ситуацию, которая позволяет проверить некоторые следствия теории компенсации. Критическим для этой теории явился бы сам факт нарушения стабильности восприятия при произвольных поворотах взора, сопровождающихся саккадами, тогда как сохранение стабильности в данных условиях переносило бы центр проблемы на процесс пространственно-временной интеграции отдельных актов сенсомоторного взаимодействия.

В экспериментах ограничение поля зрения достигалось при помощи центральной глазной присоски, на которой крепился цилиндрический тубус с отверстиями в обеих торцевых заслонках. Диаметр видимого участка поля зрения не менялся в экспериментах и был равен 5°. Процедура эксперимента 1 включала последовательную фиксацию двух неподвижных черных точек, расположенные на экране. Расстояние между точками варьировали от 1° до 2.5° ступенями через 0.5°. Вопреки ожиданиям, впечатление, о котором сообщали испытуемые, не всегда было одним и тем же и находилось в тесной зависимости от расстояния между точками. При малых расстояниях (1.0°-1.5°) испытуемые обычно воспринимали точки как неподвижные, при этом ясно ощущалось перемещение взора с одной точки на другую. Когда же это расстояние было больше (2.0°-2.5°), наблюдалось резкое смещение изображения двух точек. Парадоксальность такого впечатления состоит в том, что испытуемые, отдавая себе отчет о направлении, в котором они хотели перевести взор, субъективно не ощущали реального перемещения глаз в пространстве.

Таким образом, результаты эксперимента 1 показывают, что изменение сетчаточной проекции объекта, вызванное движением глаз, может быть интерпретировано зрительной системой в двух различных системах координат: в координатах сетчатки, если эти изменения соизмеримы с величиной поля зрения, или в координатах внешнего пространства, если эти изменения малы.

В дополнительном эксперименте проверяли идею, что если «опредметить» изображения, воспринимаемые узким полем, ввести в них дополнительные пространственные, структурные и смысловые ориентиры, то можно получить стабильное восприятие даже при максимальных скачках глаз. Испытуемые рассматривали оптический паттерн, заполняющий контурное изображение, стилизованный рисунок лица и предметное изображение, части которого были пространственно и семантически связаны между собой. Все тестовые изображения имели размер около 20°, т.е. значительно превосходили по величине видимый участок поля зрения. Результаты показали, что тенденция к нестабильному восприятию, существующая при максимально возможных (в условиях ограниченного поля зрения) скачках глаз и обедненной визуальной стимуляции (2 точки), может быть преодолена введением дополнительных визуальных ориентиров, пространственные связи между которыми имеют не просто структурный, а содержательно-смысловой характер. При этом возникает ощущение движения взора по неподвижному изображению, в противовес ощущению движения элементов изображения относительно неподвижной точки взора, существующему при нестабильном восприятии. Таким образом, можно сделать вывод, что основное содержание перцептивного по своей природе механизма стабильности сводится к постоянной проверке того, можно ли отнести данное изменение сетчаточной проекции к движению взора относительно объектов внешнего мира, неподвижность и предметность которых является «нулевой гипотезой» (MacKay, 1983) или «экологическим постулатом» (Gibson, 1973) деятельности зрительной системы.

Проверке этого вывода были посвящены эксперименты, изложенные в параграфе 5.2. Предметом исследования служил один из центральных феноменов стабильности зрительного восприятия, а именно, переживание движения неподвижного относительно сетчатки глаза изображения, связанное с движениями глаз. Цель исследования состояла в сравнении пространственной динамики средового последовательного образа (СПО) с динамикой локального последовательного образа (ЛПО) в процессе движений глаз и головы. Кроме того, оценивалось поведение самосветящихся неподвижных точек на фоне СПО и их влияние на динамику СПО и движений глаз. Наложение (суперпозиция) элементов зрительного поля с разными параметрами зрительной обратной связи создает ситуацию, при которой можно изучать феномены стабильности раздельно на сенсомоторном и перцептивном уровнях (см. Барабанщиков, Зубко, 1980). Наконец, изучались феномены стабильности при рассматривании ПО частей тела наблюдателя, а именно, его ладони. Последняя экспериментальная процедура применялась для проверки гипотезы, что ЛПО внешних объектов и частей собственного тела должны вести себя различным образом в процессе движений глаз, поскольку они принадлежат разным (экзоцентрической или эгоцентрической) системам отсчета.

Результаты показали, что хотя для контура управления движениями глаз условия СПО и ЛПО являются идентичными, они принципиально различны с точки зрения феноменальной стабильности этих образов во время движений глаз. Реалистичный СПО доминирует как стабильная зрительная пространственная система отсчета, а удержание внимания на том или ином его элементе позволяет перцептивной системе, вопреки окуломоторной нестабильности этого состояния, интерпретировать его как одноактный перевод взора. В этой системе отсчета воспринимается перемещение объективно неподвижных объектов вместе с движениями глаз, что вполне согласуется с принципом относительности в восприятии движения (Dunker, 1929; Johansson, 1950). Условием стабильного восприятия неподвижных объектов на фоне СПО является пристальная фокусировка внимания на этих объектах в процессе их рефиксации, что удается только при их близком взаимном расположении. Можно предположить, что такая фокусировка позволяет отстроиться от СПО и воспринять сами неподвижные объекты как систему отсчета. Когда же такие объекты разнесены достаточно далеко и их рефиксация невозможна без внимания к СПО (что отражается, в частности, в усилении постсаккадического дрейфа), то саккадические движения глаз сопровождаются парадоксальным ощущением неподвижности взора, стабильности зрительного окружения и кажущегося смещения объективно неподвижных объектов, что очень напоминает феноменологию начального этапа рассматривания структурного изображения в условиях редукции поля зрения (Белопольский, 1978). Что же касается воспринимаемого движения ЛПО при поворотах глаз, то логично предположить, что фиксируемый объект меняет свою локализацию относительно какой-то неподвижной пространственной системы отсчета. При рассматривании ЛПО в полной темноте ею может быть эгоцентрическая система координат («схема тела»), а при рассматривании ЛПО на свету -- координаты внешнего пространства.

Интересно, что при пассивных (механических) перемещениях глаз различия в пространственной динамике СПО и ЛПО отсутствуют и оба они воспринимаются стабильно. В контексте развиваемого нами подхода это означает, что такое экологически невалидное воздействие не изменяет позиции визуального эгоцентра. Соответственно, в этих условиях стабилизированное сетчаточное изображение воспринимается как неподвижное, а все трансформации сетчаточного изображения, сопровождающие восприятие неподвижных объектов, переживаются как движение.

Следовательно, объяснение феномена стабильности зрительного восприятия действительно не может быть сведено к механизмам сенсомоторного управления взором, а представляет собой, на наш взгляд, проблему визуальной экологии и может быть переформулировано как решение задачи на включение воспринимающего субъекта в зрительный образ окружающего мира.

В главе шесть сформулированное в предыдущих главах представление о функциональной структуре и динамике взора человека уточняется и проверяется в контексте изучения такой автоматизированной познавательной деятельности как чтение.

Глава 6. Управление взором в процессе чтения

Исходя из традиционного понимания структуры и динамики взора, считается, что вся информация в процессе чтения воспринимается в моменты времени, когда глаза находятся в относительном покое. Эти состояния, называемые фиксациями, перемежаются быстрыми движениями глаз, или саккадами. Исходя из специфики чтения, наибольшее значение придают следующим параметрам движений глаз -- длительности межсаккадических пауз (т.н. «фиксаций») и амплитуды саккад в сопоставлении с пространственным положением точки «фиксации» относительно текстовых единиц и направлением движения.

Однако проведенный нами в параграфе 6.1 анализ показывает, что разнообразные модели процесса чтения, опирающиеся на методологию «фовеального взора», не в состоянии объяснить ряд фундаментальных экспериментальных фактов. В частности, это относится к интерпретации последовательности остановок взора на текстовом пространстве, которую связывают с объемом информации, обрабатываемым за одну фиксацию, и обычно обозначают как «объем восприятия», или «функциональное поле зрения». Показано, что эффективный размер ФПЗ при чтении превышает возможности опознания слов при неподвижном взоре и среднюю величину амплитуды саккад. Кроме того, было установлено, что в процессе чтения функциональное поле зрения занимает асимметричную относительно точки фиксации позицию с очень сильным эксцентриситетом в сторону направления чтения (McConkie, Rayner, 1975). Сюда же можно отнести факты, что некоторый процент слов опознается без остановки на них глаз, а также укорочение (вместо ожидаемого удлинения), времени межсаккадических пауз по ходу становления навыка чтения.

Нами были проведены эксперименты, где на материале процесса считывания текстовой информации проверялась гипотеза об отсутствии жесткой пространственно-временной привязки локуса сфокусированной перцептивной обработки (взора) и направления фовеальной зрительной оси.

В эксперименте, изложенном в параграфе 6.2, использовали методику «движущейся строки», или «одномерного» предъявления текста, в отличие от обычного, 2-мерного предъявления текста на странице. Эти условия, с одной стороны, снижают уровень произвольности перевода взора, а с другой позволяют раздельно манипулировать отдельными перцептивными факторами, оказывающими влияние на скорость и эффективность чтения. Особенностью такого режима предъявления является нистагмоидный характер глазодвигательной активности, медленные фазы которой соответствует межсаккадическим паузам при обычных условиях чтения.

Независимыми переменными были: размер букв -- от 0.1 до 4.0° и размер «окна», варьируемый от 1 до 80 знаков. Зависимыми переменными являлись: угловая скорость движения текста и соответствующая ей скорость чтения, а также параметры движений глаз.

Оказалось, что скорость чтения движущегося текста почти не меняется для размеров букв в диапазоне от 0.25 до 1.0°, при увеличении числа одновременно экспонируемых букв начиная с 10-20 знакомест и при увеличении угловой скорости текста в диапазоне от 0 до 30°/с. Были получены данные о параметрах движений глаз при чтении движущегося текста, которые свидетельствуют подчиненности этих параметров не только перцептивным условиям считывания, но и возможностям смысловой обработки текста. Установлен факт уменьшения коэффициента усиления медленной фазы нистагма при чтении движущегося текста в диапазоне инвариантности. Этот показатель может быть предложен как диагностический для оценки степени эффективности навыка чтения в данных конкретных условиях.

Предложенное объяснение этого эффекта состоит в том, что для задачи чтения медленную фазу нистагма следует рассматривать не просто как динамическую фиксацию глаза на одном и том же месте движущегося текста, а как этап активного перемещения взора по тексту, отражаемый в торможении скорости медленной фазы нистагма. Отсюда можно сформулировать предположение о принципиальной возможности расширения функционального поля зрения за счет осуществления нескольких циклов считывания информации на протяжении одной межсаккадической паузы.

Дополнительные эмпирические данные в пользу высказанной выше гипотезы были получены в другом эксперименте (параграф 6.3), где сравнивали эффективность считывания текстовой информации при разных динамических режимах предъявления: «движущаяся строка» и скроллинг (вертикальное движение колонки текста), по сравнению со статическим режимом предъявления. Показатели скорости и точности считывания были дополнены здесь субъективным шкалированием комфорности восприятия и уровня уверенности в правильности ответов.

Результаты исследования возрастных этапов развития пространственных стратегий взора при чтении описаны в параграфе 6.4. Испытуемыми были школьники 2-11 классов, которые читали вслух и про себя научно-популярные тексты, предъявляемые в статическом и динамическом режиме. Было установлено, что в развитии навыка чтения существенная роль принадлежит управлению траекторией взора относительно пространства текстового поля. Уменьшение нагрузки на этот компонент за счет предъявления текста в виде «бегущей строки» дает начинающим чтецам возможность показать более высокую скорость чтения, по сравнению с чтением обычного 2-мерного текста. Продвинутые же чтецы, наоборот, способны использовать вертикальную размерность текстового поля при чтении про себя статического текста, по сравнению с чтением движущегося текста.

В параграфе 6.5 описан эксперимент, который был посвящен изучению электрофизиологических и глазодвигательных коррелятов фиксационной нагрузки при считывании лексической информации в условиях подвижного взора.

Показано, что компонент P2 и коэффициент усиления глазодвигательной системы одинаково чувствительны к когнитивным и сенсорным нагрузкам, из чего можно предположить важную роль пространственного внимания в контроле над длительностью фиксаций.

Наконец, серия экспериментов, описанных в параграфе 6.6, была предпринята для оценки пространственных стратегий взора при нормальной и высокой скорости чтения. Варьировали такие типографические параметры плоскопечатного текста как ширина строки, расстояние между строками и степень сформированности навыка чтения.

Главный из полученных нами результатов состоял в том, что совершенствование навыка чтения, заключающееся в ускорении чтения без потери в уровне усвоения прочитанного, сужает диапазон инвариантных изменений текста, не влияющих на его читаемость. Если до обучения мы не обнаружили различий между группами испытуемых, читающих один и тот же текст в разных форматах, то после обучения текст с длиной строки 40 или 80 знакомест читался быстрее, чем тот же текст с длиной строки 20 и 120 знакомест.

Другой важный факт служит дополнительным подтверждением этого вывода. При чтении текста с оптимальной шириной строки (80 знакомест) увеличение межстрочного интервала с 2 до 3 пунктов вызвало значительно меньший прирост скорости чтения после прохождения курса обучения, по сравнению с тем, что было до его начала. Взятые вместе, эти результаты свидетельствуют о том, что существенными условиями убыстрения процесса чтения являются более высокие требования к пространственному расположению текста.

Регистрация движений глаз у быстро и средне читающих испытуемых позволила выделить следующие особенности пространственных стратегий быстрого чтения по сравнению с обычным чтением:

1) тенденцию к отклонениям от привычной траектории движения взора в процессе чтения за счет широкого использования вертикальных и левосторонних направлений движения взора;

2) повышенную вариативность и увеличение средних значений стандартных параметров движений глаз -- длительности межсаккадических пауз и амплитуд саккад;

3) большую зависимость параметров саккадических движений глаз от ширины строки;

4) увеличение интра- и интериндивидуальной гибкости пространственных стратегий чтения в зависимости от типографических особенностей текста, его содержания и, вероятно, индивидуального когнитивного стиля.

Сделан вывод, что при реконструкции динамики перцептивного процесса считывания текстовой информации по записям движений глаз наиболее перспективным подходом является не анализ отдельных саккад и межсаккадических интервалов, а выделение паттернов саккад, которые представляют собой целостный перцептивный акт. Некоторые авторы считают, что для анализа психических операций, обеспечивающих процесс чтения следует учитывать поступательный или возвратно-поступательный характер двух и более последовательных саккад, а также локус их окончания относительно слов текста. Наши данные дополняют эту классификацию, вводя в нее вертикальную размерность саккад (вверх и вниз), а также динамику дрейфа в моменты межсаккадических пауз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В Заключении подводятся итоги работы и формулируется общее представление о строении, механизмах и функциях взора человека.

Суммируя проведенный теоретический анализ и полученные данные можно сказать, что традиционное представление о взоре как пространственной точке на конце центральной зрительной оси глаза, перемещаемой посредством координированной системы моторных механизмов глаз, головы и туловища, не позволяет построить целостную систему представлений, которая бы адекватно описывала бы все накопленные к настоящему времени экспериментальные факты и феноменологические наблюдения.

Частично такая работа была проделана в цикле исследований, изложенных в диссертационной работе. Центральным понятием, которое позволило нам связать воедино сенсорные, двигательные и когнитивные компоненты зрительной деятельности, явилось понятие взора, которое получило здесь новую трактовку. Постулату «фовеального взора», было противопоставлено представление о взоре как функциональном органе восприятия (по А.А. Ухтомскому, ср. Бернштейн, 1947; Зинченко, 1995; Леонтьев, 1965). Взор как перцептивно­моторный функциональный орган обладает, в отличие от глаза, позиционным чувством, источником которого является проприоцепция «в широком смысле». Другими словами, взор включен в схему тела в качестве зрительного эгоцентра.

Результаты проведенного нами цикла работ подтвердили идею о том, что открывающаяся наблюдателю зрительная картина мира всегда включает в себя в качестве неотъемлемого компонента и самого наблюдателя, причем не только его рук, ног и туловища, не только краев глазных орбит и бровей, ограничивающих поле зрения (Гибсон, 1988), но и местоположение взора внутри воспринимаемого пространства. При таком подходе проблема сохранения стабильности видимого мира, или константности восприятия в условиях мобильного наблюдателя, переформулируется в проблему управления взором в условиях априори неподвижного внешнего окружения, и при ее решении используются экологические критерии.

Субъективно взор находится там, куда мы смотрим, он может смещаться по сторонам и по глубине и имеет определенную ориентацию по вертикали, т.е. верх и низ. Между тем, полученные нами результаты показывают, что субъективная динамика смещения взора не всегда совпадает с динамикой саккадических и плавных движений глаз и даже с самим фактом таких движений, что глубина взора не связана напрямую вергентными движениями глаз, что ориентация взора относительно субъективной вертикали не обеспечивается полностью компенсационными движениями глаз, головы и туловища.

В понятии взор зафиксирована такая важная характеристика работы зрительной системы как пространственная селективность, избирательность в приеме и переработке визуальной информации, которая имеет несколько параметров -- кроме локуса пространственной настройки (куда человек смотрит) это и ширина настройки (размер зоны перцептивной обработки), и напряженность фиксации (глубина переработки). Эти параметры взора часто описывают в терминах пространственного внимания. (LaBerge, 1995; Pashler, 1998).

Селективность взора как функционального органа подразумевает гибкую возможность изменения его пространственной настройки, причем очень быстро, даже в интервалы между саккадами, которые традиционно интерпретируются как моменты фиксации взора. Поэтому будет справедливо говорить и о таком параметре взора как временная ритмика.

Поскольку взор включен в схему тела, то им можно управлять и в полной темноте, ориентируясь на эгоцентрические пространственные координаты или следуя за частями собственного тела, причем двигательная система глаза обладает способностью достаточно точно отслеживать эти перемещения. Амодальность пространственной картины мира обеспечивает и слежение взором за пространственными сигналами, поступающими по незрительным сенсорным каналам, например, слуховым или тактильным. Тем самым обеспечивается тонкое координированное взаимодействие зрительных и общедвигательных механизмов.

Так называемые «моторные теории восприятия» приписывают движениям глаз самые разнообразные гностические функции -- сравнение, измерение, формирование образа, опознание и т.д. С нашей точки зрения, ни движения глаз, ни сами по себе движения взора не способны выполнить эти функции. Основной функцией взора человека является настройка зрительного канала на тот или иной объект или зону пространства с целью сохранения ориентировки в пространстве, а также получения более детальной информации о качестве рассматриваемого объекта или сцены.

В представленных в диссертационной работе экспериментах было показано, что именно пространственная динамика локуса зрительной активности, оперирующая внутри визуального пространства, опосредует структурно-энергетические характеристики стимуляции, проецирующейся на сетчатку глаза, и запускает двигательные автоматизмы, отслеживающие задаваемую взором цель, описываемую в единой с ними системе координат. Динамику взора могут задавать как биологически значимые стимулы (вспышка, движение, структура, перепад освещенности), так и цели, определяемыми ситуацией и решаемой человеком задачей. В последнем случае взор локализует в пространстве явно или неявно заданные цели и обеспечивает содержательную и пространственно­временную преемственность в рассматривании объектов и пространственных зон, тогда как собственно перцептивные и когнитивные процессы обеспечивают выбор стратегии движения взора и интеграцию получаемой перцептивной информации. При этом управляющие воздействия со стороны познавательных процессов, а также произвольные команды, адресуются не непосредственно моторной системе глаз, а взору, который способен не только найти цель, но и обеспечить ей оптимальные условия рассматривания. Приведенные исследования пространственных стратегий взора при чтении неподвижного и движущегося текста показали, что именно таким образом обеспечивается тесная связь динамики взора с ходом переработки лингвистической информации. В свою очередь, динамика взора наиболее адекватно отражается не в отдельных глазодвигательных реакциях, а в целостных паттернах движений глаз.