Новости

1 февраля, 2021 09:28

Человеку не нужно внимание, чтобы разбить объекты на группы

Российские ученые из НИУ ВШЭ изучили гипотезу о способности зрительной системы автоматически, то есть без участия внимания, распределять объекты по категориям. Результаты простого и изящного эксперимента подтвердили это предположение. Статья опубликована в журналe Scientific reports. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
Один из авторов статьи Владислав Хвостов. Источник: пресс-служба ВШЭ
Руководитель исследования Игорь Уточкин. Источник: пресс-служба ВШЭ
3 / 4
Один из авторов статьи Владислав Хвостов. Источник: пресс-служба ВШЭ
Руководитель исследования Игорь Уточкин. Источник: пресс-служба ВШЭ

С помощью зрения человек получает огромное количество информации из окружающего мира. Каждый день мы сталкиваемся с потоком самых разнообразных зрительных стимулов. Однако процесс обработки полученной информации требует затраты когнитивных ресурсов. Как и процессор компьютера, человеческий мозг имеет ограничения по количеству данных, которые он может пропустить через себя и сохранить в памяти. В соответствии с одной из гипотез зрительная система каким-то образом снижает «разрешение файлов», чтобы избежать перегрузки. В итоге такого «сжатия» вместо детального анализа наблюдаемых объектов, зрительная система разбивает их на категории по простым общим признакам, например по размеру. В дальнейшем эти «первичные данные» могут быть использованы для более тщательного анализа.

Исследователи решили ответить на вопрос: может ли зрительная система автоматически (то есть без участия внимания) распределять объекты по категориям. В своей работе ученые также пытались определить условия, при которых подобная автоматическая категоризация работает. В качестве ее индикатора исследователи приняли специфический параметр, измеренный методом электроэнцефалографии (ЭЭГ), — зрительную негативность рассогласования (НР). НР представляет собой разницу в активности мозга в ответ на стандартный (появляющийся часто) и девиантный (редкий) стимулы. Зрительная НР показывает, что зрительная система заметила разницу между стимулами и, что важно, сделала это без участия внимания.

Чтобы изучить особенности автоматического распределения объектов на группы при использовании НР, ученые поставили простой эксперимент с подложным заданием. Участникам исследования предложили наблюдать за фигуркой несимметричного креста в центре поля и нажимать на кнопку каждый раз, когда крест повернется. Таким образом, внимание участников было сосредоточено на положении креста и сфокусировано в центре поля. Вокруг располагались ряды линий различных длины и наклона. В каждом из блоков эксперимента сочетание этих параметров различалось. В то время как внимание участников было сосредоточено на центральной фигуре, ученые с помощью ЭЭГ записывали активность мозга в ответ на фоновую визуальную стимуляцию. В каждом блоке эксперимента испытуемым показали 700 кадров, каждый из которых задерживался на экране на 200 миллисекунд и на 400 сменялся пустым экраном. Большая часть кадров имела фиксированное сочетание длины и наклона палочек (например, длинные палочки — крутые, а короткие — пологие), однако в 10% случаев сочетание параметров было противоположным.

Ученых интересовала реакция мозга на смену частого стимула редким. Если признак имел только два предельных значения (короткий/длинный в случае длины, вертикальный/горизонтальный для наклона палочек), он назывался сегментабельным. Если же у признака были также промежуточные значения, его определяли как несегментабельный.

Ученые выявили заметную негативность рассогласования в ответ на редкий стимул в случаях, когда сегментабельными были либо оба признака, либо только длина. Так как на всех кадрах внутри каждого блока распределение длин и наклона оставалось постоянным, ученые сделали вывод, что категоризация не могла осуществляться по одному простому признаку. То есть зрительная система разделяла палочки на группы по их сочетанию. Таким образом, ученые в своем эксперименте опровергли мнение о том, что зрительная система категоризирует объекты только на основе простых признаков. Она может решать и менее тривиальную версию этой задачи, используя их сочетание.


Пример последовательности кадров в эксперименте. Единственной задачей испытуемых было нажимать на клавишу клавиатуры при повороте центрального креста (третья картинка слева). Размер креста увеличен на данной картинке для иллюстративных целей. Параллельно с крестом испытуемые видели фоновую стимуляцию, состоящую из линий разных длины и наклона. В большинстве случаев (стандартные стимулы) сочетание длины и наклона было одинаковым: длинные палочки были пологими, а короткие – крутыми, однако очень редко (девиантный стимул, седьмая картинка) это сочетание менялось на противоположное: длинные палочки становились крутыми, а короткие – пологими. Испытуемые не догадывались о смене стимула, однако анализ ЭЭГ-показателей выявил то, что зрительная система обнаруживала и эти изменения. Источник: Владислав Хвостов/ВШЭ

«Нас очень интересует и удивляет способность зрительной системы человека к распределению большого количества объектов по категориям. Например, при взгляде на яблоню человек мгновенно отделяет яблоки от листиков. Данное исследование показывает, что процесс быстрой категоризации может осуществляться автоматически на основе информации о различиях между объектами», — комментирует один из авторов статьи Владислав Хвостов, младший научный сотрудник научно-учебной лаборатории когнитивных исследований департамента психологии НИУ ВШЭ.


21 апреля, 2021
Получено точное решение неоднородной задачи теории упругости в «прямоугольнике»
Ученые нашли точное решение для класса сложных инженерных задач, впервые использовав соотношен...
21 апреля, 2021
Принцип «масла в воде» помог сохранить трехмерную структуру ДНК
Российские ученые определили, какие механизмы помогают ядерной ДНК образовывать и сохранять трехмерн...