Интеллектуальные развлечения. Интересные иллюзии, логические игры и загадки.

В. П. ЗИНЧЕНКО и Н. Ю. ВЕРГИЛЕС
ФОРМИРОВАНИЕ ЗРИТЕЛЬНОГО ОБРАЗА
(исследование деятельности зрительной системы)
ИЗДАТЕЛЬСТВОМОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
1969
2
Печатается по постановлениюРедакционно-издательского советаМосковского университета
1-5-733-693
ПРЕДИСЛОВИЕ
Исследователи онтогенеза человеческого поведения уже давно отмечают, что на ранних стадиях развития ребенка невозможно расчленить перцептивные, мыслительные и исполнительные акты. Со временем восприятие становится относительно независимым от практического, исполнительного действия, а мышление — от того и другого. В силу этого обстоятельства представители общей психологии забывают о генетической связи перцептивных, мыслительных и исполнительных процессов. В результате мышление исследуется без поведения, поведение без мышления, или навыки исследуются без восприятия, а восприятие без действия.
Следует признать, что в ходе развития исследований психики и поведения в экспериментальной психологии накоплен огромный материал и методический опыт. Тем не менее мы ставим вопрос: насколько целесообразно сохранять на нынешнем этапе развития психологической науки традиционно резкие грани между перцептивными, мнемическими, мыслительными и исполнительными актами? Сейчас уже, правда, можно наблюдать постепенное стирание этих граней, идущее одновременно по нескольким линиям. Приведем некоторые иллюстрации, показывающие пользу объединения исследований в области познавательных и практических, исполнительных процессов на одной методологической и экспериментально-методической основе.
Существенное продвижение в разработке проблемы формирования произвольных движений и навыков было достигнуто лишь тогда, когда был преодолен разрыв в изучении построения образа и построения движения. Исследованиями А. В. Запорожца показано, что ключом к проблеме формирования навыков является изучение ориентировочно-исследовательской и перцептивной деятельности, в результате которой формируются перцептивные образы, регулирующие протекание исполнительных актов. Однако тесная связь между
4
перцептивной деятельностью и навыком видна лишь на стадиях его формирования. Когда навыки сформированы, перцептивные акты видимым образом не участвуют в их реализации и конкретные формы осуществления регуляции навыков со стороны образа становятся все менее и менее очевидными.
Аналогичным образом обстоит дело и с разработкой проблемы взаимоотношений и связей между внешней, практической и внутренней, мыслительной деятельностью. Исследованиями П. Я. Гальперина показано, что умственное действие формируется на основе внешних материальных действий с реальными предметами. А. Н. Леонтьев на основании современных психологических и генетико-эпистемологических исследований приводит убедительные доказательства генетической связи внешней и внутренней деятельности. Он особенно подчеркивает значение взаимопереходов и взаимопревращений внешней, материальной, практической деятельности и деятельности внутренней, идеальной, мыслительной. Однако и в сфере мышления развитый акт интеллекта как бы утрачивает непосредственную связь с внешним поведением и в его составе невозможно обнаружить видимые следы ориентировочной или практической деятельности.
Современные исследования восприятия свидетельствуют о том, что формирование перцептивного образа ситуации и тех действий, которые должны быть в ней произведены, не только предваряет выработку двигательных навыков и произвольных движений, но и само осуществляется при непременном участии моторики. Разработке проблемы взаимоотношений между восприятием и действием посвящен обширный цикл исследований А. В. Запорожца, В. П. Зинченко и их сотрудников. Этими исследованиями обоснована правомерность использования понятия «перцептивное действие», однако пока что это относится также лишь к генетически ранним формам восприятия. Вместе с тем другие процессы, такие, как процессы так называемого симультанного опознания, не могут рассматриваться как действия или своеобразные навыки (сколько бы ни говорилось о перцептивном научении), пока не будет обнаружен и изучен моторный алфавит, на базе которого они реализуются.
В приведенных примерах обращает на себя внимание то обстоятельство, что лишь на стадиях формирования отчетливо наблюдается взаимодействие между ориентировочно-исследовательскими, познавательными и исполнительными процессами. В развитых формах это взаимодействие, если и имеется, то происходит в неявном виде. А. Н. Леонтьев отмечал, что характерной чертой многих сложных психических способностей и функций является то, что в ходе формирования их эффекторные звенья редуцируются и что, раз
5
сложившись, они далее функционируют как единое целое и ни в чем не проявляют своей сложной, составной природы. Эти сложные психические процессы имеют характер простых и непосредственных актов.
А. Н. Леонтьев полагает, что сложные психические способности и функции реализуются на базе специальных, прижизненно складывающихся функциональных органов нашего мозга. При этом он использует понятие органа в духе идеи А. А. Ухтомского о «физиологических органах нервной системы». Говоря о формировании функциональных органов, А. Н. Леонтьев отмечает, что их первоначально развернутые эффекторные звенья редуцируются, и образующаяся система выступает как единый интрацентральный мозговой процесс.
Однако можно предположить, что и в сложившемся виде сложные психологические образования сохраняют в своем составе эффекторные звенья, выступающие теперь в сокращенной, редуцированной форме. Возникает вопрос: какую функцию выполняют эти редуцированные звенья и каким образом, с помощью каких методов можно обнаружить их участие в развитых формах восприятия и мышления? Известно, что интрацентральные мозговые процессы пока не поддаются исследованию современными научно-техническими средствами (мы не относим к таковым моделирование высших психических функций). Возникает вопрос: можно ли найти какие-либо другие проявления, которые давали бы возможность обнаружить те или иные формы участия действия в развитом восприятии, восприятия — в развитом мышлении и т. п.? Исчерпаны ли в этом отношении возможности имеющихся в экспериментальной психологии методов исследования? Не следует ли продолжать поиски адекватных методов, пригодных для расщепления интегральных и развитых форм психической деятельности на ее составляющие? Решение последней задачи помогло бы, в частности, лучше понять и морфофизиологическое строение функциональных органов, реализующих высшие психические функции.
В процессе работы над проблемой формирования образа мы выдвинули гипотезу о том, что в ходе развития, совершенствования и усложнения функций зрительной системы осуществляется неоднократная смена не только оперативных единиц восприятия или алфавита образов, но также и алфавита моторных компонент перцепции. Подробное историко-теоретическое и экспериментальное обоснование этой гипотезы можно найти в книге А. В. Запорожца, Л. А. Венгера, В. П. Зинченко, А. Г. Рузской «Восприятие и действие».
Гипотеза о смене перцептивного и моторного алфавитов связана с идеей А. Н. Леонтьева о формировании функциональных органов. Однако центр тяжести исследований, излагаемых в настоящей книге, лежит не в области формирования
6
этих органов и не в области интрацентральных мозговых процессов. Наша главная задача состоит в том, чтобы обнаружить эффекторные звенья или моторный алфавит различных по сложности психических процессов. Мы исходим из того, что определенная система действий, имеющих специфические физические и функциональные характеристики, в равной степени необходима как на стадии формирования, так и при осуществлении развитых форм восприятия, опознания, воспоминания, воспроизведения и решения задач. Редукция эффекторных компонент, наблюдающаяся в развитых психических функциях, никогда не бывает и не может быть полной. Эта редукция может рассматриваться как неоднократная смена моторного алфавита, участвующего и в реализации высших психических функций.
В основе замысла нашего экспериментального исследования лежало предположение о том, что для обнаружения скрытых форм участия действия в сложных психических образованиях необходимо прежде всего отказаться от идеи строго раздельного, пофункционального исследования психики. Это позволит использовать арсенал методов, разработанных, например, для изучения восприятия, при изучении мышления и т. п. Поиски функциональных связей, с нашей точки зрения, должны были обогатить и исследование отдельных психических процессов, помочь проникнуть в структуру развитых форм высших психических функций.
Замысел настоящей книги возник под идейным влиянием моих учителей, развивающих систему взглядов выдающегося советского психолога Л. С. Выготского (1896—1934): А. В. Запорожца, в течение долгих лет руководившего моей научной работой, П. Я. Гальперина, П. И. Зинченко (1903—1969), А. Н. Леонтьева, А. Р. Лурия и Д. Б. Эльконина. Пользуюсь случаем, чтобы выразить им мою глубокую признательность.
Реализации этого замысла в значительной степени способствовала изобретательность Н. Ю. Вергилеса, который разработал новые методики исследования и проявил большую настойчивость и мастерство экспериментатора.
Большой объем экспериментальных работ, изложенных во второй и третьей главах книги, выполнен при участии М. П. Машковой. Четвертая глава книги написана совместно с Е. А. Ретановой. Авторам были очень полезны советы и критические замечания, высказывавшиеся в ходе работы Д. Ю. Пановым, проявлявшим в течение ряда лет большое внимание к работе. За поддержку и помощь в проведении исследований авторы благодарны В. Д. Небылицыну, В. С. Семенихину, А. А. Смирнову, Ф. В. Соркину, а также редактору этой книги А. И. Назарову, который провел большую работу по улучшению рукописи.
В. Зинченко
7
Глава I. Методы исследования деятельностизрительной системы в условияхстабилизации изображений и в условияхсвободного рассматривания
  1.1. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО СЕТЧАТКИ
В настоящее время известно несколько методических приемов, с помощью которых достигается стабилизация изображения относительно сетчатки. Одним из первых был использован способ, при котором небольшое зеркальце укреплялось на контактной линзе, и пучок света, отраженный от этого зеркальца, проходил через систему зеркал и проецировался на экран. При перемещении взгляда по экрану световое пятно соответственно сдвигалось в том же направлении и на тот же угол. Таким образом, световое пятно, или несложное изображение, оставалось неподвижным относительно сетчатки глаза (Ратлифф, Риггс, 1953; Клаус и Дитчборн, 1959).
Другой метод заключался в остановке движений глаз. Известно, что препарат кураре блокирует окончания двигательных нервов, мышцы перестают работать, глаз останавливается. В этом случае достаточно укрепить объект перед глазами, и изображение окажется стабилизированным (Хеккенмюллер, 1965).
Третий метод, примененный Ярбусом (1956) и Причардом (1961), сводится к тому, что изображение помещается на глаз и таким образом движется вместе с ним.
Для исследования процессов восприятия сложных изображений первые два метода оказались малопригодными. При первом способе весьма трудно получить на экране достаточно яркое изображение при углах более 5°; кроме того, чтобы
8
действительно стабилизировать изображение в двух измерениях, надо отражающее зеркало помещать на роговицу глаза перпендикулярно зрительной оси, либо использовать достаточно сложную корректирующую оптику в случае укрепления зеркала на склере. Второй метод также оказывается малопригодным для систематических исследований, так как во время эксперимента необходимо поддерживать дыхание искусственным способом. Кроме этого, нет данных о том, что кураре полностью снимает движения глаза.
Наиболее подходящим для исследования восприятия изображений в условиях стабилизации является третий способ. В этом случае на глаз при помощи контактной линзы или присоски укрепляется оптическая система и тестовое изображение. Объект освещается либо внешним источником рассеянного света, либо источник света укрепляется на этой же присоске или контактной линзе. В случае использования контактной линзы приходится считаться с возможным ее сплывом относительно первоначальной установки, что может привести к артефактам. Сплыв возможен потому, что контактная линза удерживается на глазу только за счет молекулярных сил жидкости между глазом и линзой. Необходимость индивидуальной подгонки внутренней поверхности линзы под глаз также ограничивает область применения этой методики.
Присоска представляет собой усеченный конус, либо полную полусферу и удерживается на глазу за счет разницы давлений внутри нее и окружающим воздухом и менее подвержена сплывам. Различные типы присосок, используемые для стабилизации изображений, были введены Ярбусом (1965). Их конструкция позволяет исключить относительные сдвиги объекта и сетчатки. Использование присосок дает возможность сравнительно простым способом осуществлять исследования восприятия в условиях стабилизации, в широких пределах изменяя яркость и угловые размеры тестового изображения.
К недостаткам методики следует отнести ограниченное несколькими минутами время эксперимента. Однако для большинства экспериментов (при условии предварительной адаптации) этого времени оказывается достаточно.
Исследования восприятий изображений, стабилизированных относительно сетчатки, выявили, что неподвижное изображение, не меняющееся по яркости и цвету, не воспринимается уже спустя 1—3 сек после начала предъявления. Таким образом, если на рецептор действует неизменный во времени свет, информация о последнем не передается в центральные отделы. Это положение подтверждается также рядом электрофизиологических исследований (Эдриан, 1928; Гранит, 1957; Юнг, 1952). Вместе с тем для исследования многих проблем психологии восприятия очень важно, сохраняя
9
преимущества методики с присоской, получать более длинное время восприятия стабилизированного изображения. Такая задача неоднократно ставилась исследователями.
1.2. СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ВРЕМЕНИ ВОСПРИЯТИЯИЗОБРАЖЕНИЙ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ОТНОСИТЕЛЬНО СЕТЧАТКИ
Исчезновение образа при стабилизации позволяет предположить, что непроизвольные микродвижения глаза создают условия для модуляции света, попадающего на сетчатку. Поэтому некоторые авторы пытались найти оптимальные частоты прерывания света для проявления и длительного наблюдения стабилизированного изображения. При низких частотах мельканий света, когда зрительная система работает в переходном режиме, имеются паузы, в течение которых никакая информация не поступает наблюдателю. Эти перерывы существенно влияют на ход эксперимента: испытуемый теряет нить зрительной задачи и т. п. В случае увеличения частоты световых вспышек, когда исчезают мелькания, изображение также перестает «проявляться» в силу того, что при частотах выше критических освещение импульсным светом становится эквивалентным постоянному освещению. Не случайно поэтому многие авторы подвергли сомнению действенность этого приема для длительного наблюдения стабилизированного изображения.
А. Л. Ярбусом (1965) были получены зависимости, связывающие скорость изменения яркости света с яркостью тестового поля, при которой «проявлялось» изображение. Эти эксперименты могли бы послужить автору доводом в пользу возможности получения неисчезающего изображения в условиях стабилизации. Однако А. Л. Ярбус (1965) категорически утверждает, что «для удовлетворительных условий работы зрительного анализатора человека необходимо некоторое постоянное (прерывистое или непрерывное) движение сетчаточного изображения, чего нельзя добиться никакими способами освещения изображений, неподвижных относительно сетчатки» (стр. 55).
Мы, напротив, поставили перед собой задачу найти такие условия, при которых изображение будет неподвижным и видимым, и выяснить, возможна ли в этих условиях удовлетворительная работа зрительной системы. Из экспериментов А. Л. Ярбуса можно заключить, что для проявления изображения требуется изменение яркости, но в то же время субъективно заметное изменение не соответствует условиям нормального восприятия, когда период увеличения яркости сменяется периодом ее уменьшения. Мы стали искать метод
10
увеличения времени восприятия, стабилизированного изображения, идя в ином направлении.
Время затухания последовательного образа для различных цветов (в том числе и для белого света) примерно одинаково; критические частоты слияния мельканий также близки для этих условий, поэтому явления, имеющие место при предъявлении белого света, должны сохраняться при предъявлении составляющих его цветов.
Рассмотрим вначале следующий эксперимент. На присоску помещается цветной объект, пропускающий только цвет определенной длины волны, расположенный на неизменно белом фоне. После того, как объект перестает быть виден, т. е. после появления «пустого поля», переместим его немного в сторону. На том месте сетчатки, где прежде находилось изображение объекта, появится его последовательный образ, окрашенный в дополнительный цвет. В то же время на участке сетчатки, который не откроется при перемещении объекта, сохранится пустое поле. Значит, в начале эксперимента работала только часть элементов сетчатки, чувствительная к определенному цвету. Когда изображение сдвинули, на этот участок стал падать белый свет, но реагировать на него могли только неработавшие ранее элементы, поскольку для первых элементов изменений, видимо, не произошло. Этот эксперимент говорит в пользу существования элементов, каждый из которых реагирует на свой цвет.
Таким образом, поочередное включение источников света различного цвета позволяет добиться того, чтобы изображение, стабилизированное относительно сетчатки, наблюдалось постоянно и без световых перерывов. Этот способ использовался нами для изучения восприятия изображений, стабилизированных относительно сетчатки.
Более подробное описание механизма длительного восприятия стабилизированного образа будет дано в V главе.
1.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗОВАВШИЕСЯ В ИССЛЕДОВАНИИ
1.3.1. Методика стабилизации изображений с внешним источником света
Стабилизация объекта относительно глаза достигалась при помощи присоски. Корпус присоски изготовлен из дюралюминия и обеспечивает необходимую жесткость и легкость конструкции. У нижнего края, соприкасающегося со склерой, сделана насечка в виде небольших зубчиков, исключающая вращательные сдвиги присоски. Ось оптической системы сдвинута относительно оси корпуса на угол 4,5° и при центральной постановке присоски совпадает со зрительной осью глаза.
11
Фокусные расстояния линз, используемых в данной присоске, равны 9 и 4,5 мм. В первом случае угол поля зрения составляет 30x30°, во втором — 60x60°. Линзы представляет собой клеенные ахроматы диаметром 4 мм. Для увеличения глубины резкости применялись диафрагмы с диаметром отверстия от 0,8 до 1,5 мм. В качестве объектов в основном применялись черно-белые или цветные фотонегативы. На тубусе между матовым экраном и негативом укреплено поворотное зеркало под углом 45° к оптической оси. Это усложнение необходимо для исключения постороннего засвета глаза Установка состояла из внешнего источника света, который через собирательную линзу освещал матовый экран на присоске. Между объективом осветителя и собирательной линзой помещался обтюратор, позволяющий менять освещенность матового экрана или его цвет в ходе эксперимента. Обтюратор представляет собой полый прозрачный цилиндр, на поверхность которого были наклеены пленочные светофильтры. Плотность цветных светофильтров была подобрана так, чтобы яркость всех цветов воспринималась одинаковой. Полосы пропускания фильтров были подобраны в оранжевой, зеленой и синей областях спектра. В центре вращающегося цилиндра под углом 45° к его оси находится зеркало, отражающее пучок света на собирательную линзу. Во время эксперимента система настраивается таким образом, чтобы освещенный экран присоски находился несколько ближе фокуса линзы. Такое положение позволяет исключить соскальзывания луча с экрана при любых поворотах глаза.
Число оборотов цилиндра со светофильтрами могло изменяться от 0,3 до 1,5 в сек, что обеспечивало смену от 1 до 5 цветов в сек. В наших опытах скорость смены цветов несколько варьировала от опыта к опыту, незначительно отклоняясь от 1 оборота в секунду.
При наблюдении каждый цвет смешивается с цветом последовательного образа предшествующего цвета, т. е. воспринимаемый цвет зависит от интенсивности обеих компонент и направления вращения цветного обтюратора. Поскольку яркость последовательного образа меньше яркости прямого изображения и быстрее достигает порогового значения. Цвет изображения непрерывно меняется, на что влияет разная скорость угасания последовательных образов различных цветов. Увеличение скорости вращения обтюратора приводит к исчезновению изображения, поскольку при скоростях, близких к скорости слияния мельканий, последовательность различных цветов воспринимается как непрерывный суммарный (близкий к белому) свет.
Этот метод увеличения времени наблюдения стабилизированного изображения использовался нами для исследования различных процессов зрительного восприятия — построения
12
образа, опознания, зрительного поиска заданных объектов, прохождения лабиринта и т. п.
1.3.2. Методика стабилизации, обеспечивающая смену предъявляемых изображений
Исследование зрительного восприятия в условиях стабилизации должно быть сопоставимо с возможно большим числом фактов, полученных при исследовании в условиях свободного рассматривания. В частности, большой интерес представляет возможность смены изображений, подаваемых либо на одно и то же, либо на разные места сетчатки, возможность предъявления трехмерных тест-объектов, возможность тахистоскопического предъявления изображений и т. п. Этим требованиям в некоторой степени удовлетворяет присоска № 3, в конструкции которой использованы безынерционные электролюминесцентные (ЭЛ) излучатели.


Рис. 1.1. Схема присоски № 3.1 — полупрозрачное зеркало; 2 — кассета с негативами; 3 — электролюминесцентные пластинкиПрисоска № 3 показана на рис. 1.1. ЭЛ-пластинки расположены на тубусе перпендикулярно одна относительно другой, а на месте пересечения их нормалей помещено полупрозрачное зеркало с коэффициентом отражения около 50%. Плоскость зеркала ориентирована под углом 45° к оптической оси присоски.
Когда зажигается центральный излучатель, часть света от него проходит через полупрозрачное зеркало и попадает в объектив, другая часть отражается под углом 90°. То же происходит и при зажигании бокового излучателя, но в этом случае в объектив попадает отраженный луч. Для экспериментов, не требующих наложения изображений, один из излучателей вынимается, а на его место ставится заслонка. Вместо одного из излучателей может быть применен и внешний источник света. Комбинации ЭЛ-излучателей различного
13
цвета, а также возможность управления яркостью отдельных участков излучателя делают методику достаточно гибкой.
Преимуществами ЭЛ-излучателей перед другими типами источников света можно считать наряду с безынерционностью постоянство яркости по полю, возможность переключения частей тестового поля и легкость управления режимами работы. Ниже будет дана подробная характеристика ЭЛ-излучателей и способ их использования для изучения восприятия.
1.4. МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗ, ПРИМЕНЯВШИЕСЯ В ИССЛЕДОВАНИИ
При исследовании восприятия сложных изображений, предъявляющихся описанными выше способами стабилизации, для сопоставления процесса свободного рассматривания и рассматривания в условиях стабилизации необходимо было иметь возможность регистрировать движения глаз наблюдателей. Ниже описаны методики, с помощью которых осуществлялась такая регистрация.
1.4.1. Методика оптической записи макродвижений глаз в условиях стабилизации и в условиях свободного рассматривания
Оптическая запись макродвижений осуществлялась, как показано на рис. 1.2. При регистрации движений глаз в условиях стабилизации объекта зеркало располагалось перпендикулярно к оптической оси системы на той же присоске, на которой было тестовое изображение.
Запись макродвижений глаз в условиях стабилизации осуществлялась в опытах с присосками № 1, 2, 3.
При свободном рассматривании объекта присоска с зеркалом ставилась на другой глаз, движения которого регистрировались. Такой прием возможен, поскольку макродвижения глаз являются содружественными. В этом случае в работе, как и в условиях стабилизации, участвовал один глаз. Траектория движения отраженного от зеркала пучка света регистрировалась фотоаппаратом, расположенным за экраном из пергамина. Время экспозиции было равно времени решения задачи.
1.4.2. Методика регистрации движений глаз при помощи электромагнитного датчика
Метод регистрации движений глаз с помощью отраженного пучка света от зеркала, укрепленного на присоске, имеет некоторые неудобства, ограничивающие возможности экспериментатора.
14
К его недостаткам относятся искажения, связанные с тем, что регистрация производится на плоский экран, и при больших угловых размерах предъявляемого изображения требуется соответствующий пересчет. Подробно эта сторона вопроса изложена Ярбусом (1965). Кроме этого, дополнительные искажения, которые не могут быть исправлены расчетом, вносятся вращательными движениями глаза,


Рис. 1.2. Установка для оптической записи макродвижений глаз. 1 — присоска с зеркалом; 2 — осветитель; 3 — экран регистрации; 4 — фотоаппарат; 5 — тестовый экран; 6 — проектор
15
регистрирующимися как линейные перемещения. Это связано с тем, что зеркало на присоске не может быть установлено строго перпендикулярно зрительной оси глаза. Необходимость проведения работы в затемненном помещении также накладывает свои ограничения. По ходу проведения исследования нами была разработана новая методика, свободная от перечисленных недостатков.
В основе лежит принцип изменения напряженности электромагнитного поля в зависимости от расстояния между излучателем и приемником. Излучатель, укрепленный на присоске, создает переменное электромагнитное поле у приемных катушек, соединенных с предварительными усилителями. После детекторов и сглаживающих фильтров сигнал усиливается усилителями постоянного тока и подается на отклоняющие пластины электроннолучевой трубки. Регистрация, производится фотографированием изображения или его перечерчиванием. Блок-схема установки показана на рис. 1.3. Излучателем служила катушка диаметром 6 мм, состоящая из; 5 витков тонкого провода, укрепленная на присоске на расстоянии 10 мм от глаза. Катушка соединялась тонкими свитыми (для исключения паразитного излучения) проводами с генератором низкой частоты, который использовался в качестве источника питания катушки. Выбор частоты 8 кгц определялся возможностью использования стандартных усилителей и возможностью работы всей системы в диапазоне ниже радиочастот. Вместе с тем для точной передачи сигналов о движениях глаза частота несущей должна была превышать частоту сигнала в 10—15 раз (максимальная частота микродвижений глаза составляет 150—200 гц).
Приемные катушки расположены на расстоянии 10 см от излучающей, что при максимальных ее перемещениях величиной до 2 см обеспечивает достаточную линейность системы. Линейность обеспечивалась также взаимно перпендикулярным расположением плоскостей излучающей и приемной катушек. Расстояние между плоскостью крепления приемных катушек и излучающей равнялось примерно 3 см.
Для каждой пары катушек (вертикальных и горизонтальных) используются два несимметричных резонансных усилителя, настроенных на частоту излучения. Использование избирательных усилителей позволяет обойтись без экранировки помещения. Нами были использованы дифференциальные усилители типа УБП1-02 с некоторыми изменениями, которые заключались в разделении дифференциального предусилителя переменного тока на два самостоятельных несимметричных усилителя, включение амплитудного детектора и включение на входах избирательных фильтров.
16
Регистрация производилась на осциллографе с памятью, позволяющем длительное время сохранять изображение, а использование внутренней развертки осциллографа позволяло получить изображение одной из составляющих во времени.


Рис. 1.3. Блок-схема электромагнитной установки. 1 — присоска с излучателем; 2 — приемные катушки; 3 — генератор; 4,5 — усилители; 6 — осциллограф; 7 — тестовый экран
Возможности методики могут быть несколько расширены применением двухканального магнитофона, что позволит вести процесс регистрации непрерывно, а при обработке выделять как отдельные составляющие, так и траекторию движений глаз. Воспроизведение на пониженных, по сравнению с записью, скоростях может дать более наглядную картину работы глаза в динамике.
17
Поскольку любое положение глаза определяется величинами напряжений на выходе усилителей, эти напряжения могут быть использованы для запуска вспомогательных устройств, срабатывающих при определенных положениях глаз.
Простота обращения и настройки в момент эксперимента позволяет легко производить регистрацию с двух глаз.
Одной из важных возможностей является быстрый переход с одного масштаба регистрации к другому (как при энцефалографии и пр.) и одновременная регистрация в разных масштабах. Описанная методика обеспечивала точность регистрации, равную 0,5 угловой минуты. Эта методика освобождает экспериментатора от юстировки оптики в каждом опыте и тем самым существенно экономит полезное время эксперимента, что особенно важно при работе с присосками.
Настоящая методика использовалась для изучения восприятия в условиях стабилизации и в условиях свободного рассматривания.
1.4.3. Методика записи микродвижений глаза в условиях стабилизации и в условиях свободного рассматривания
По данным ряда авторов, тремор имеет амплитуду порядка 25 угловых секунд и частоту до 150 гц. В этом случае линейное перемещение глаза равно примерно 1,5 мк. Однако эти данные относятся лишь к диапазонам изменения тремора. Детальный анализ затруднен из-за малых величин, требующих для регистрации весьма чувствительной аппаратуры. Оптическая методика (запись светового пучка, отраженного от зеркала, укрепленного на присоске) не позволяет регистрировать смещение меньшее, чем 1?. Дальнейшее увеличение чувствительности ограничено тем, что при больших расстояниях присоски от регистрирующего прибора из-за дифракции получается низкое качество изображения, а следовательно, и малая точность обработки данных.
При использовании электрооптической методики, где пучок света отражается от точки перехода склеры в роговицу, можно получить (при соответствующей аппаратуре) высокую чувствительность, но повторимость количественных измерений амплитуды при этой методике будет зависеть от того, на какую точку глаза проецируется пучок света в каждом опыте.
Нами совместно с Л. П. Щедровицким была разработана электромеханическая методика регистрации тремора. В отличие от других методов, где регистрируется первая производная перемещения по времени, в ее основу положен принцип регистрации ускорений систем, связанных с датчиком. Прибор представляет собой акселерометр, укрепляемый на склере глаза с помощью присоски. Сигнал усиливается усилителем переменного тока с полосой пропускания 10—1000 гц и
18
чувствительностью порядка 106. Считая, что тремор может быть аппроксимирован линейной комбинацией гармонических колебаний, приводим выражение для отклонения пластинки пьезокристалла, совершающей вынужденные колебания при гармоническом внешнем воздействии a sin ? t:


где ?0 — собственная частота колебаний датчика,
? — показатель затухания собственных колебаний системы.
Если считать, что собственная частота колебаний датчика много больше частоты вынужденных колебаний, можно приближенно принять:


где A=??a — амплитуда ускорения внешнего воздействия.
Амплитуда и фаза ускорения регистрируются с малыми искажениями только при малом отношении ?/?0. С другой стороны, увеличение собственной частоты ?0 уменьшает чувствительность акселерометра. Практически приходится идти на компромисс между чувствительностью и искажениями. При этом следует учесть, что сдвиг по фазе при частотно-амплитудном анализе не имеет значения, а искажения по амплитуде легко учитываются калибровкой системы.
Один из вариантов системы, где в качестве датчика используется пластинка титаната бария, имеет следующие параметры:
собственная частота колебаний:


добротность системы:


Выбор таких параметров позволяет перекрыть исследуемый диапазон частот и увеличить чувствительность за счет большого подъема в области высоких частот.
Анализ записей, полученных с помощью электромеханической методики, показал, что она обладает высокой разрешающей способностью. Так, на записях отчетливо наблюдаются частоты до 200 гц, хотя, по литературным данным, максимальная частота тремора равна 150 гц. Что касается амплитуд,
19
то разработанная аппаратура позволяет вести запись микродвижений глаза величиной порядка 5 угловых секунд.
Чувствительность системы возрастает, если в качестве датчиков использовать кристаллы сегнетовой соли, дающие выходной сигнал на порядок выше, чем датчики из титаната бария. Эти датчики целесообразно применять, когда нужно получить общую картину распределения амплитуд тремора и желательно наименьшую частотно-амплитудную зависимость регистрирующей установки в исследуемом диапазоне частот. Высокая чувствительность датчика позволяет отодвинуть резонанс в область высоких частот (около 4000 гц) и работать при малых значениях ?/?0.
В работе использовались как одиночные датчики для регистрации одной составляющей, так и два датчика, укрепленные на присоске так, что плоскости их были ориентированы перпендикулярно друг к другу. В последнем случае регистрировались вертикальная и горизонтальная составляющие сигнала. В качестве регистрирующей аппаратуры использовались шлейфный осциллограф, двухканальный магнитофон и электроннолучевой осциллограф.
Преимущества этого метода состоят в следующем: независимость показаний прибора от первоначальной установки акселерометра, высокая чувствительность, возможность обработки большого количества материала с помощью анализатора частот.
1.5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ
Электролюминесценция возникает при подведении переменного (импульсного) электрического поля к порошку фосфора, заключенного в изолирующую среду. Излучение наблюдается и при воздействии единичных импульсов напряжения (длительностью 1—10 мксек и более) достаточной амплитуды, причем инерционность процесса высвечивания настолько мала, что при постановке психофизиологических экспериментов ею можно пренебречь.
Для исследования удобно использовать люминофоры разного цвета свечения: зеленого (люминофор ЭЛ510М, ?=510 ммк), желтого (люминофор ЭЛ580М, ?=580 ммк), красного (люминофор ЭЛ680М, ?=680 ммк) и голубого (люминофор ЭЛ450М, ?=450 ммк). Цвет свечения элемента определяется химическим составом электролюминофора и условиями (частотой) возбуждения. При увеличении частоты возбуждающего напряжения спектральная характеристика излучения сдвигается в сторону более коротких волн, однако цветовые сдвиги невелики. Так, при изменении частоты питающего
20
синусоидального напряжения в диапазоне 50?20000 гц максимальное изменение цветности составляет для люминофоров зеленого цвета свечения 3—4 цветовых порога. У люминофоров голубого, желтого, красного цветов свечения изменения цветности незначительны.
Диапазон изменения яркости свечения ЭЛ-излучателей (от 0 до 1000 нит) определяется величиной и частотой возбуждающего переменного напряжения. Величина потребляемой мощности зависит от площади возбуждаемой поверхности электролюминофора (Соркин, 1965).
В качестве питающих устройств для управления режимами работы ЭЛ-излучателей могут быть использованы генераторы звуковых частот, работающие в диапазоне 1—10 000 гц. Изменение частоты питающего напряжения меняет оттенок цветности, что, видимо, удобно для многих случаев эксперимента. Для управления длительностью вспышек и их последовательностью наряду с электронными модуляторами могут быть использованы релейные схемы, однако время срабатывания или переключения релейной схемы в большинстве случаев лежит в пределах 50—500 мсек. Использование поляризованных реле в простых схемах позволяет сократить время срабатывания до 10—20 мсек. Однако большая электрическая емкость между разорванными контактами реле, в основном за счет малого расстояния между ними, не обеспечивает полного гашения ЭЛ-излучателей. Особенно это проявляется при небольших размерах излучателей, где емкостное сопротивление ЭЛ-излучателя сравнимо с емкостным сопротивлением контактной группы. Частично (во времени) это явление можно устранить, включив дополнительные контактные группы, закорачивающие неработающий элемент на себя. Для безынерционного управления можно использовать электронные схемы, свободные от недостатков реле. Одним из вариантов управления ЭЛ-излучателем может быть установка с электронным модуляторным блоком. Такая схема позволяет управлять не только длительностью и последовательностью вспышек экрана, но и управлять характером нарастания яркости, что в случае релейных схем весьма затруднительно. В качестве управляющего устройства были использованы как генераторы периодических или одиночных колебаний, так и программные устройства. Конкретные схемы блоков могут быть весьма разнообразны и останавливаться на них не имеет смысла, так как они достаточно подробно освещены в радиотехнической аппаратуре.
Указанные свойства ЭЛ-излучателей позволяют использовать их при проведении ряда психологических экспериментов как в условиях свободного рассматривания, так и в условиях стабилизации.
1. Для определения частоты слияния мельканий как световых
21
вспышек, так и сложных образов, состоящих из нескольких ламелей, возбуждающихся отдельно.
2. Для задач слежения и уравнивания по яркости, по частоте мельканий и т. п.
3. Для тахистоскопических исследований. Это достигается сочетанием лентопротяжного механизма с ЭЛ-излучателем. В качестве тестовых изображений используются фотонегативы. Выдержка дозируется электронным реле времени.
4. Для исследования кажущегося движения (фи-движения). Управление двумя ЭЛ-излучателями осуществляется электронным коммутатором на два выхода. Возможна коммутация большего числа излучателей. Так, для коммутации четырех полей может использоваться механический коммутатор, позволяющий регулировать скорость переключения полей, а также временной интервал от момента погасания одного поля до момента зажигания другого поля. Яркость каждого из полей может задаваться различной. В такой комбинации возможно одновременное исследование кажущегося движения на двух парах линий. На ЭЛ-излучатели накладываются фотонегативы, что позволяет легко варьировать длину, толщину линий и расстояние между ними. Различные цветовые поля ЭЛ-излучателей также могут быть использованы для изучения кажущегося движения.
5. Для исследования формирования установки и установочных иллюзий в условиях стабилизации. В этих опытах установочные объекты предъявляются при включении одного излучателя, а контрольные — другого. Такая система гарантирует проекцию изображения только на заданные участки сетчатки и позволяет в любой последовательности или одновременно предъявлять два различных изображения на одно и то же место сетчатки.
6. Для исследования в условиях стабилизации послеобразов, формирующихся без восприятия (осознанного) прямого изображения. Это возможно в тех случаях, когда постепенное повышение яркости ЭЛ-излучателя осуществляется медленнее, чем скорость адаптации глаза к стабилизированному изображению.
Описанные методики применялись в экспериментах как отдельно, так и в различных сочетаниях.
1.6. МЕТОДИКА ИСКУССТВЕННОГО ОГРАНИЧЕНИЯ ПОЛЯ ЗРЕНИЯ
Ограничение поля зрения до 3,5—4° достигалось при помощи центральной присоски, в тубусе которой находились две заслонки с отверстиями в центре каждой. Во время опытов
22
производилась электромагнитная регистрация движений глаз, позволяющая записывать как траекторию движений, так и длительность зрительных фиксаций. Присоска помещалась на один глаз. Перед вторым глазом помещалась ширма.
Данная методика может быть использована для выявления характерных опознавательных признаков, для исследования стратегии ознакомления и опознания и ряда других психологических проблем.
Это возможно благодаря следующим особенностям зрительного восприятия в условиях искусственного ограничения поля зрения.
Субъективно поле зрения воспринималось подобно полю зрения без ограничения, т. е. испытуемый видел отчетливо центр и расплывчато — периферию. Последнее связано с дифракцией света. Благодаря этому наблюдался плавный переход зоны отчетливого видения в пустое поле, характерное для экспериментов со стабилизацией изображения относительно сетчатки.
Опознание объектов меньших, чем исследовавшееся поле зрения, проходило как и в условиях свободного рассматривания. Для опознания знакомых предметов больших, чем поле зрения, требовались движения глаза по контуру и поиск характерных опознавательных признаков. Глаз движется строго по контуру и не выходит за пределы или внутрь фигуры. Формирование образа незнакомых, криволинейных фигур с помощью узкого поля оказывалось либо чрезвычайно трудным, либо невозможным, что свидетельствует о трудности запоминания проприоцептивных сигналов, поступающих от мышц глаза. Чрезвычайно затруднены операции поиска и пересчета объектов (точек, цифр и т. п.), находящихся вне узкого поля зрения. Наблюдатели испытывают трудности в переводе глаза с одного объекта на другой, особенно в тех случаях, когда в поле зрения находится лишь один объект. Амплитуда поисковых движений равна половине диаметра узкого поля, иногда достигает величины диаметра, но, как правило, не превышает эту величину.
Во время фиксации взглядом точки наблюдаются быстрый дрейф и возвратные скачки. При наблюдении безориентирного поля быстрый дрейф глаза происходит в значительно большей области по сравнению со свободным рассматриванием (5—6° по сравнению с 40?). При пересчете ряда вертикальных линий, расстояние между которыми превышает размеры узкого поля, длительность фиксации на линиях равна 800—1500 мсек, а в промежутках между ними — 200—350 мсек.
При предъявлении трехмерных объектов, находящихся на разных расстояниях, они воспринимаются плоскими и находящимися рядом. Восприятие при узком поле аконстантно.
23
1.7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Несмотря на то что явление стабилизации и методика стабилизации изображения относительно сетчатки известны уже около 20 лет, им не придавалось до сего времени сколько-нибудь существенного значения. Стабилизация использовалась скорее как методический прием для решения частных вопросов психофизики. Это, например, вопрос о возможной связи остроты зрения и движений глаз, для решения которого тесты предъявлялись стабилизированными; вопрос о связи КЧМ и исчезновения изображения. Очень много исследований, выполненных в условиях стабилизации, производят впечатление некоторой новой феноменологии зрения. Авторы описывают факты, возникающие в необычных условиях, созданных для зрительной системы. Эти факты касаются восприятия объектов постоянной и переменной яркости, восприятия мелькающих объектов, восприятия объектов, изменяющихся по цвету и т. д. (Хеккенмюллер, 1965 и Ярбус, 1965).
Значение методики стабилизации для решения традиционных психологических проблем, таких, как взаимоотношение фигуры и фона, целого и части, ассоциативности или «гештальтности» образа, было оценено Хеббом (1963) и рядом его сотрудников (Причард, 1965 и др.). Указанные авторы, однако, использовали явление стабилизации лишь как некоторый экзотический прием исследования и не уделяли особого внимания разработке и усовершенствованию техники эксперимента. По существу единственным предметом детального изучения служило явление фрагментации. Речь идет о том, как и на какое время происходит исчезновение образа при стабилизации.
Достоинства и преимущества метода стабилизации, которые, с нашей точки зрения, делают его достаточно универсальным, состоят в следующем.
Метод позволяет предъявлять изображение на одно и то же место сетчатки, чего нельзя достичь никакими другими методами.
Метод позволяет исключить движения глаз наблюдателя и исследовать закономерности работы зрительной системы, очищенные от «двигательных шумов» глаза, и вместе с тем он может помочь определению функций глазодвигательной системы.
Метод стабилизации изображения может успешно сочетаться с различными способами регистрации макро- и микро-движений глаза.
Метод стабилизации может успешно сочетаться с регистрацией электрофизиологических показателей деятельности зрительной системы.
Метод стабилизации позволяет предъявлять наблюдателю
24
практически любые тесты, используемые в психологических исследованиях зрения. Ограничения касаются лишь трехмерных и движущихся объектов.
Метод стабилизации допускает варьирование в широких пределах любых светотехнических и временных характеристик стимулов, включая мелькания, цвет, яркость, контраст, угловые размеры изображений и пр.
Таким образом, метод стабилизации дает большие возможности по сравнению с известными методами исследования зрения в условиях свободного рассматривания. Важнейшее его достоинство состоит в разделении глазодвигательных и сенсорных функций зрительной системы. Именно такого разделения старались достичь в тахистоскопических исследованиях. Но тахистоскопия справедливо оценивается как методика истощения стимула из-за краткого времени предъявления.
25
Глава II. НОВЫЕ ДАННЫЕ О ВОСПРИЯТИИВ УСЛОВИЯХ СТАБИЛИЗАЦИИ
  2.1. ПЕРЦЕПТИВНЫЕ ДЕЙСТВИЯ И ПРОБЛЕМА СУКЦЕССИВНОСТИ И СИМУЛЬТАННОСТИ ВОСПРИЯТИЯ
Восприятие обслуживает продуктивную деятельность субъекта, формируется вместе с ней и несет на себе печать этой деятельности. Еще в 30-е годы Б. Г. Ананьев, А. В. Запорожец, А. Н. Леонтьев, Б. М. Теплов и другие начали систематические исследования генетических и функциональных связей между восприятием и деятельностью. Позднее подобные исследования проводились Ж. Пиаже и его сотрудниками. По мере расширения и углубления этого цикла работ исследователи постепенно переходили от установления общих зависимостей между восприятием и деятельностью к детальному исследованию эффекторных компонент перцепции, т. е. к изучению движений, вплетенных в процесс восприятия и осуществляемых рецепторными аппаратами.
Анализ этих движений позволил А. Н. Леонтьеву предположить, что механизм чувственного отражения состоит в уподоблении эффекторных компонент перцепции свойствам воздействия (А. Н. Леонтьев, 1959). Дальнейшее исследование особенностей и функций движений рецепторных аппаратов привело к заключению, что восприятие складывается в результате определенным образом организованной системы перцептивных действий, выполняющих ориентировочные или исследовательские функции и обеспечивающих формирование образа и его опознание (Зинченко, 1961).
26
Основные итоги «праксеологической»1, по выражению Ж. Пиаже, концепции восприятия были подведены в специальном симпозиуме XVIII Международного психологического конгресса (Симпозиум № 30. Восприятие и действие). В докладе организатора симпозиума А. В. Запорожца был представлен обширный цикл исследований онтогенеза человеческого восприятия. В этих исследованиях содержатся убедительные доказательства генетической и функциональной связи практической и перцептивной деятельности. Первоначально перцептивные процессы формируются и развиваются как органические компоненты практической деятельности, и выяснение особенностей воспринимаемой ситуации является суммарным эффектом этой деятельности в целом. В практической, предметной деятельности возникают операции выделения и анализа признаков предмета.
Однако по мере того, как деятельность ребенка усложняется и перед ним возникают более трудные познавательные задачи, выясняется ограниченность чисто практического ознакомления с предметом и возникает необходимость в особых ориентировочно-исследовательских перцептивных действиях. Процесс отпочковывания перцептивных действий от практических изучал Поддьяков (1966), который наблюдал превращение практических действий в практически-пробующие и последних — в собственно ориентировочные и перцептивные действия.
На первых порах формирующиеся специальные перцептивные действия внешне похожи на предметные действия с вещами. Это сходство наблюдается даже в тех случаях, когда речь идет о дистантных рецепторах, которые непосредственно не контактируют с вещами. Не случайно многие авторы, начиная с Эвклида, указывают на сходство движений руки и глаза. В дальнейшем мы будем называть эти действия внешними перцептивными действиями.
Исследование становления и развития восприятия позволило выделить относительно самостоятельные процессы, отличающиеся составом входящих в них перцептивных действий, — это процессы формирования образа и процессы опознания уже знакомого, известного. Экспериментальное исследование формирования этих процессов у детей дошкольного возраста проводилось на материале зрительного и осязательного восприятия формы (Запорожец, Зинченко, 1967).
Анализ траектории движений руки и глаза показал, что процесс формирования образа включает следующие перцептивные действия: поиск и обнаружение объекта; выделение в объекте информативного содержания, адекватного задаче;
27
ознакомление с выделенным содержанием. В зависимости от возраста испытуемых перечисленные внешние перцептивные действия характеризуются разной степенью развернутости. Например, дети 3 лет еще не выделяют контур как необходимый информативный признак, ориентируются на другие признаки предмета, что приводит к некачественному ознакомлению и к ошибкам последующего узнавания. Дети 6 лет подробно обследуют контур предметов, форма их де&heip;