О соотношении последовательных и параллельных компонентов в процессе опознания

 в раздел Оглавление

«Когнитивная и прикладная психология»

Раздел 2
ОПОЗНАНИЕ И ПОЗНАНИЕ

Структурно - функциональная характеристика процесса опознания

4. О соотношении последовательных и параллельных компонентов в процессе опознания

Микроструктурный подход к исследованию познавательнойдеятельности позволяет рассматривать преобразование информации между входом и выходом как ряд отдельных подпроцессов. Согласно современным моделям (Дж. Сперлинг, М. Майзнер, У. Нейссер и др.), зрительная Информация сохраняется в центральных отделах зрительного анализатора в виде следа стимула, его копии, или, как говорит У. Нейссер, в виде «иконы» (образа). Хранящаяся в иконической памяти Информация подвергается дальнейшей обработке. Важную роль в этом процессе играет центральный сканирующий механизм. В ряде работ процессы сканирования и кодирования рассматриваются как главные детерминанты скорости переработки информации.

Результаты первых исследований Дж. Сперлинга [80] привели его к предположению, что сканирование информации из иконической памяти осуществляется последовательно, с постоянной скоростью (приблизительно 100 букв в секунду). Однако последующие эксперименты навели автора на мысль, что в действительности ряд из четырех букв, предъявляемых одновременно, обрабатывается не последовательно, а одновременно, параллельно. Ощущение последовательного сканирования - это иллюзия, основанная на разнице скоростей нарастания ощущений яркости в различных точках сетчатки. Проблема последовательных и параллельных компонентов в процессе обработки зрительной информации является одной из центральных в целом ряде экспериментальных исследований.

Многие исследователи считают разграничение последовательных и параллельных способов обработки информации полезным в связи с задачей описания человека как системы, перерабатывающей информацию. Считается [81, 82], что система работает в последовательном режиме (на некотором уровне), если элементарные процессы на этом уровне протекают последовательно, по одному в каждый момент времени; если эти процессы протекают одновременно, то система работает в параллельном режиме. Смешанным называется режим работы системы, который не является полностью последовательным или параллельным. Например, некоторые элементарные процессы могут происходить одновременно или пересекаться в небольшом интервале времени.

Структурно-функциональный анализ опознания также предполагает необходимость дифференциации последовательных и параллельных процессов. Рассматривая проблему соотношения последовательных и параллельных компонентов в процессе опознания, можно выделить три аспекта этой проблемы:

  • о возможности параллельной обработки информации в блоке анализа стимулов, т.е. одновременной обработки нескольких потоков поступающей зрительной информации;
  • о возможности параллельной обработки информации в блоке сличения, т.е. одновременного сличения стимулов с рядом зафиксированных в памяти эталонов;
  • о возможности одновременной и параллельной обработки информации на различных уровнях иерархической структуры преобразований входной информации. 

Предположение о возможности параллельного функционирования различных уровней обработки информации было высказано, в частности, П. Колерсом [21] при интерпретации экспериментальных данных, полученных в исследовании Дж. Сперлинга. Колерс полагает, что сканирование информации может происходить одновременно с процессом построения образа, т.е. человек способен считывать запечатленную в зрительной памяти таблицу в то самое время, когда она подвергается переработке в хорошо оформленный образ.

Указанные три аспекта проблемы необходимо рассматривать при решении вопроса о механизмах опознания многомерных сигналов. При опознании одномерных стимулов человек оперирует лишь одним заданным признаком объекта (формой, размером, яркостью, цветом и т.п.). По этому признаку и осуществляется операция сличения стимула с образом, записанным в памяти. Процесс опознания многомерных стимулов предполагает выполнение операций сличения воспринимаемого стимула с эталоном по нескольким признакам (например, по форме и размеру, по форме, яркости и цвету и т.п.). Иначе говоря, процесс решения о том, является ли сложный стимул членом некоторого класса, определяемого сочетанием тех или иных свойств, можно представить как соответствующий набор более элементарных процессов, каждый из которых связан с выявлением наличия или отсутствия одного из существенных свойств. Данные, полученные разными авторами в связи с вопросом о последовательной или параллельной обработке информации при оперировании многомерными сигналами, в целом представляются спорными и неоднозначными.

Возможность параллельной обработки информации в зрительной системе была показана в работах В.Д. Глезера и его сотрудников [10, 84, 85]. Авторами была высказана гипотеза о параллельном протекании различных операций в зрительной системе, выполняемых разными механизмами. К числу таких операций относятся выбор из алфавита образов, т.е. собственно опознание; оценка величины возбуждения нескольких рецептивных полей, т.е. оценка размера объекта; принятие решения о яркости объекта, его цвете и т.п. По В.Д. Глезеру, высшие этажи зрительной системы можно разбить на два отдела. Один из них производит классификацию, присваивает кодовое наименование изображению, производя выбор из набора-словаря зрительных образов. Второй занимается детализацией образов и определением соотношений между ними. Так, оценка величины объекта не связана с выбором из алфавита образов и совершается за счет механизма типа рецептивного поля. Подобного рода механизм, по данным Л.И. Леушиной [84], может работать одновременно и параллельно с процессом опознания, приводя к некоторому увеличению времени опознания. А.А. Невской получены факты [49], свидетельствующие о независимости обработки информации об объектах и их пространственном положении. Факты независимости опознания отдельных свойств изображения рассматриваются В.Д. Глезером и его сотрудниками [86] как результат существования самостоятельных параллельных каналов обработки информации на уровне зрительной системы, причем предполагается врожденность такой организации.

Иджет [28] исследовал идентификацию стимулов по признакам формы, цвета и ориентации. Автор выделяет три основных способа обработки многомерных сигналов: последовательный, параллельный и сличение по «шаблону» (т.е. целостному эталону). Последовательные модели сравнения характеризуются тем, что многомерные стимулы сравниваются друг с другом параметр за параметром, причем процессы сравнения протекают взаимно независимо. В параллельных моделях параметры стимулов сравниваются одновременно и независимо. Под «шаблоном» понимаются копии предъявленных стимулов, т.е. в этом случае происходит сравнение целостных образований. Эксперименты Иджета показали уменьшение времени реакции при возрастании числа параметров, по которым различались стимулы. При объяснении этого факта автор исходит из гештальтистского понятия целостности перцептивной организации у человека. Так как сравнение двух стимулов по всем трем параметрам является сравнением двух целостных фигур, Время реакции при таком сравнении оказывается меньшим, чем при необходимости выделять и анализировать отдельные составляющие целого стимула. На возможность использования целостных эталонов в процессах сличения указывает ряд авторов. Л.Б. Филонов [87] определил, что после многократного предъявления раздражителя с несколькими различительными признаками он превращается из суммарного в комплексный, где тем не менее всегда имеется опорный различительный признак. М.С. Шехтер [88], в отличие от Л.Б. Филонова, называет опознание по комплексным эталонам опознанием по набору признаков, а опознание по целостным эталонам - опознанием по шаблонам, образцам.

Гипотеза о сличении многомерных сигналов по целостным эталонам согласуется с данными психоакустики об оперировании полным описанием сигнала, целостным эталоном в процессе сравнения двух слуховых сигналов [70]. В пользу справедливости параллельных моделей обработки многомерных зрительных сигналов свидетельствуют данные последних исследований А. Трейсман [89] и других авторов [63].

Выводы о наличии того или иного способа обработки многомерных сигналов делаются различными авторами, как правило, на основе сравнительного исследования времени реакции при определении тождества или различия сравниваемых стимулов. Мы полагаем, что поскольку опознавательный процесс является сложным и многоуровневым, удельный вес последовательных и параллельных компонентов на различных его стадиях может быть различным. Для уточнения модели обработки многомерных сигналов нами были предприняты исследования процессов идентификации и опознания одномерных и многомерных зрительных сигналов, различающихся по параметрам формы, размера, цвета и пространственной ориентации, и слуховых сигналов, различающихся по признакам интенсивности, частоты и длительности.

При интерпретации результатов исследований мы исходили из следующих положений. Для операции идентификации предположение о последовательном способе обработки приводит к предсказанию, что Время реакции положительной идентификации должно быть линейной функцией от числа параметров (поскольку для вынесения решения о тождестве стимула эталону необходимо установление их идентичности по всем параметрам).

Для описания отрицательной идентификации при допущении о последовательном способе обработки возможны две модели: 1) самоограничивающееся сличение и 2) исчерпывающее сличение. В первом случае решение об отличии стимула от эталона выносится, как только устанавливается их различие по одному какому-либо параметру. При этом Время реакции отрицательной идентификации должно быть обратно пропорционально числу параметров стимула: чем больше число параметров, по которым стимул отличается от эталона, тем быстрее должно быть обнаружно это различие. Во втором случае - модель исчерпывающего сличения - каждый существенный параметр стимула сличается с эталоном вне зависимости от результатов сличения на предыдущем шаге. При этом Время реакции отрицательной идентификации, как и время положительной идентификации, должно быть пропорционально числу существенных параметров стимула. С другой стороны, в этом случае Время реакции отрицательной идентификации не должно зависеть от числа параметров, отличающих стимул от эталона. Так, при идентификации двумерного стимула с эталоном Время реакции должно быть одинаковым для случаев, когда стимул отличается от эталона по одному или двум параметрам.

Параллельный способ обработки предполагает, что несколько процессов сличения могут осуществляться одновременно и параллельно. При этом также возможны две модели параллельного сличения: самоограничивающееся и исчерпывающее. В первом случае Время реакции отрицательной идентификации должно быть меньше времени реакции положительной идентификации и не превосходить латентного периода реакции при оперировании «наилучшим» параметром стимула (минимального времени сличения). В случае исчерпывающей модели сличения для любого заданного числа существенных параметров Время реакции как положительной, так и отрицательной идентификации должно быть равно времени идентификации для одномерных стимулов, различающихся по «наихудшему» параметру (максимальному времени сличения).

При сличении по «шаблону» (или целостному эталону) Время реакции идентификации также не должно зависеть от числа параметров стимула. Таким образом, «шаблонное» сличение, очевидно, сходно с параллельным.

Каковы возможные закономерности динамики времени опознания многомерных стимулов при том или ином характере протекания процессов опознания? При наличии последовательных компонентов в процессе опознания время опознания должно возрастать по мере увеличения числа существенных параметров стимулов, являясь линейной функцией от числа значимых параметров. Если исходить из предположения о взаимной независимости протекающих последовательно процессов сличения отдельных параметров, то следует ожидать, что характер различий во времени опознания вариантов признака должен сохраниться для каждого значимого параметра таким же, каким он был при опознании одномерных стимулов по тем же параметрам. При параллельном протекании процессов опознания многомерных стимулов может сохраниться характер различий во времени опознания вариантов признака только по одному параметру при нивелировании различий по другим параметрам. Время опознания многомерных стимулов по сравнению со временем опознания одномерных не должно значимо возрастать. Однако процесс опознания многомерных стимулов, помимо идентификации, включает вербализацию - называние характеристик отдельных параметров стимула во внутренней, а затем и во внешней речи. Последнее (а именно называние) ввиду функциональных особенностей речевого аппарата осуществляется последовательно. Поэтому в процессе опознания может реализоваться наряду с параллельным и последовательный способ обработки информации, т.е. параллельно-последовательный. Вариант параллельной обработки информации в зрительной системе и последовательной - в системе подготовки ответной реакции должен вызвать увеличение времени опознания многомерных стимулов при сохранении различий во времени опознания для вариантов лишь одного признака.

Исследование процесса идентификации одномерных и многомерных зрительных стимулов проводилось в условиях их кратковременного предъявления (время экспозиции составляло 50мс). Испытуемые выполняли задачу сличения предъявляемых по одному стимулов с эталоном, записанным в памяти. В случае тождества стимула с эталоном по заданному признаку или комплексу признаков давался утвердительный ответ, в случае их различия - отрицательный. Анализ полученных данных показал, что с увеличением мерности стимулов точность идентификации сохраняется на стабильном уровне (табл.9).

Время реакции идентификации не обнаруживает тенденции к возрастанию с увеличением мерности стимулов. Отмечаются различия во времени реакции положительной и отрицательной идентификации. Если при идентификации одномерных сигналов нет значимых различий во времени реакции положительной и отрицательной идентификации, то при оперировании двумерными стимулами эти различия значимы на 5%-ном уровне, а при сличении трехмерных стимулов - на 1%-ном. Наконец, Время реакции отрицательной идентификации многомерных сигналов не превышает латентного периода реакции при оперировании «наилучшим» признаком стимула, а именно формой. Эти данные свидетельствуют в пользу самоограничивающейся модели сличения при условии параллельной обработки признаков многомерного зрительного сигнала в режиме идентификации.

Таблица 9. Эффективность идентификации одномерных и многомерных зрительных стимулов.

Признаки стимула Точность, % Латентный период реакции, с
положит. идент. отрицат. идент.  М 
 Форма 98,9 0,67 0,65 0,66
 Размер 89,2 0,91 0,94 0,92
 Ориентация 98,9 0,78 0,72 0,76
 Форма + размер 98,3 0,76 0,62 0,69
 Форма + ориентация 99,8 0,67 0,56 0,62
 Размер + ориентация 93,7 1,08 0,87 0,97
 Форма + размер + ориентация 91,1 0,83 0,54 0,68

Рассматривая результаты исследования идентификации одномерных и многомерных слуховых сигналов в разделе 2 настоящей главы, мы высказывали предположение о том, что при идентификации слуховых стимулов наиболее вероятным способом сличения является сличение по целостному эталону. Для проверки этого предположения был проведен уточняющий эксперимент.

Испытуемым последовательно предъявлялись пары слуховых сигналов различной мерности. При этом использовались все возможные комбинации параметров двумерных и трехмерных стимулов. Предполагалось, что данные относительно динамики точности и времени реакции идентификации для стимулов одинаковой мерности, но с различным числом меняющихся параметров позволят решить вопрос о способе обработки информации при идентификации слуховых сигналов.

Зависимость латентного периода реакции положительной  (пунктирная линия) и отрицательной (сплошная) идентификации  от мерности слуховых стимулов и числа изменяющихся параметров
Рис.17 Зависимость латентного периода реакции положительной (пунктирная линия) и отрицательной (сплошная) идентификации от мерности слуховых стимулов и числа изменяющихся параметров.

Анализ полученных данных показывает, что с увеличением числа изменяющихся параметров в стимуле растет точность идентификации (табл.10) и сокращается Время реакции (рис.17). Различия в значениях латентного периода реакции идентификации в зависимости от числа изменяющихся параметров стимулов достоверны по t-критерию на уровне 0,995. Эти данные свидетельствуют в пользу модели сличения по целостному эталону.

Таблица 10. Зависимость точности идентификации (%) слуховых сигналов от числа изменяющихся параметров

Мерность стимула Положительная идент. Отрицательная идентификация с числом изменяющихся параметров
1 2 3
1-мерные 93,3 93,3
2-мерные 92,0 91,5 100
3-мерные 89,5 90,2 91,3 100

В случае параллельного и независимого протекания процессов сравнения различных параметров эффективность идентификации не должна зависеть от числа различающихся параметров в паре стимулов. В нашем эксперименте наблюдалось взаимодействие параметров в структуре многомерного сигнала. Эффективность идентификации по одному и тому же параметру или сочетанию параметров зависит от структуры сигнала, в который они входят. Например, точность отрицательной идентификации для параметра длительности в структуре одномерного алфавита составила 83,2, а в структуре трехмерного - 88,5%. При этом отмечалось и сокращение латентного периода реакции с 0,60 с для одномерного алфавита до 0,53 с - для трехмерного. Очевидно, что решающее влияние на идентификацию того или иного параметра оказывает структура целого.

Сокращение времени реакции положительной идентификации с увеличением мерности стимулов (рис.17) показывает, что и в этом случае имеют место не последовательные процессы, а процессы сравнения целостных слуховых образов. Однако рост эффективности положительной идентификации с увеличением мерности сигналов не столь значителен по сравнению с отрицательной идентификацией, что подтверждает предположение о большей сложности операции установления тождества по сравнению с операцией установления различия стимулов.

Исследование процесса опознания одномерных и многомерных зрительных стимулов проводилось при двух экспериментальных условиях: 1) при неограниченном времени экспозиции стимулов; при этом в момент начала вербальной реакции испытуемого стимульное поле заменялось темным послеэкспозиционным полем; 2) при времени предъявления стимулов, равном 50 мс. В первом случае регистрировался латентный период сенсоречевой реакции испытуемых, во втором - полное время опознания, включающее латентный период реакции, время речевой реакции и длительность пауз между последовательными реакциями при опознании многомерных стимулов.

Рассматривая данные, полученные при первом экспериментальном условии, необходимо отметить главный, с нашей точки зрения, экспериментальный факт, полученный у всех испытуемых в процессе опознания одномерных стимулов и позволяющий при анализе опознания многомерных стимулов подойти к решению вопроса о наличии и месте последовательно-параллельных компонентов в процессе опознания. Речь идет о том, что у всех испытуемых обнаружены значимые различия во времени опознания различных вариантов рассматриваемых признаков. Так, например, среди четырех вариантов фигур, использованных в нашем эксперименте, предпочтение по легкости опознания можно отдать треугольнику и квадрату, труднее опознаются пятиугольник и шестиугольник. Различия во времени опознания между парами этих фигур являются статистически значимыми.

Анализ данных, полученных при опознании многомерных стимулов, позволил установить следующие два факта:

  1. сохраняется характер различий во времени опознания вариантов только по одному признаку;
  2. время опознания многомерных стимулов статистически значимо больше времени опознания соответствующих одномерных стимулов.

Так, при опознании двумерных стимулов по признакам формы и цвета у одних испытуемых сохраняется характер распределения времени опознания по вариантам формы, аналогичный полученному при опознании одномерных стимулов; у других испытуемых нивелируются различия во времени опознания в зависимости от формы стимула и сохраняются различия во времени опознания для разных вариантов цвета стимулов (табл. 11).

Исходя из этого факта, можно сделать вывод о наличии параллельной переработки информации о форме и цвете в зрительной системе. Причем если у испытуемых при опознании двумерных стимулов по признакам формы и цвета характер распределения времени опознания по признаку формы остается аналогичным характеру распределения времени опознания одномерных стимулов по этому же признаку, а характер распределения времени опознания по признаку цвета нарушается, то естественно предположить, что цвет является для них более «легким» опознавательным признаком. В противоположном случае более «легким» признаком является форма стимула.

Таблица 11. Эффективность опознания двумерных стимулов по признакам формы (Ф) и цвета (Ц)

Опознаваемый стимул ЛП реакции, с Точность, %
 Треугольник +Ц 0,80 100
 Квадрат +Ц 0,77 100
 Пятиугольник +Ц 0,84 100
 Шестиугольник +Ц 0,83 100
 Красный +Ф 0,79 100
 Желтый +Ф 0,79 100
 Зеленый +Ф 0,84 100
 Синий +Ф 0,82 100

Второй экспериментальный факт, а именно возрастание времени опознания с увеличением числа значимых параметров стимула, - свидетельство наличия последовательной обработки информации в системе подготовки ответной реакции.

Итак, полученные в эксперименте данные показывают, что Информация об опознаваемых признаках стимулов в зрительной системе обрабатывается параллельно, а в системе формирования ответной реакции - последовательно.

При сравнении показателей эффективности опознания стимулов различной мерности в условиях ограничения времени их предъявления отмечается в среднем равномерное снижение точности опознания с увеличением мерности алфавита (табл.12). При этом точность опознания отдельных признаков в структуре многомерных алфавитов остается на том же уровне, что и одномерных стимулов (табл.13). Эти данные могут быть интерпретированы как проявление независимой обработки информации об отдельных параметрах в структуре многомерного кода.

Увеличение алфавита признаков в эксперименте привело к некоторому возрастанию латентного периода реакции опознания (табл.12). При этом важно отметить, что латентный период реакции опознания многомерных сигналов не превышает (или незначимо превышает) время опознания одномерных стимулов при оперировании «наихудшим» перцептивным признаком - размером (0,97с). Вариативность данных по времени опознания невысока и существенно не изменяется с увеличением мерности стимулов.

Таблица 12. Зависимость эффективности опознания стимулов от их мерности.

Мерность стимулов Количество правильных ответов, % Латентный период реакции, с Время опознания, с σ, с Коэффициент вариативности, %
Одномерные 92,0 0,76 0,76 0,20 25
Двумерные 86,2 0,84 0,96 0,26 31
Трехмерные 78,3 1,03 1,27 0,28 28
Четырехмерные 72,4 1,11 1,58 0,31 28

Большой удельный вес латентного периода реакции в общем времени опознания многомерных стимулов свидетельствует о том, что основная обработка информации совершается во время латентного периода реакции. Можно предположить, что именно в течение латентного периода реакции осуществляется сличение стимула с актуализированными эталонами. В пользу этого предположения свидетельствует незначительное (на 2,3%) снижение точности опознания по параметру размера для четырехмерных стимулов, когда этот признак назывался последним, и в целом стабильная точность опознания данного параметра при различной мерности стимулов. Если учесть данные о динамичности эталона размера, о трудности удержания его в кратковременной памяти, то следует допустить, что обработка информации по данному параметру (включая сличение с заданными эталонами и принятие решения) должна осуществляться во время хранения информации в зрительной памяти, т.е. одновременно с обработкой других параметров. В противном случае можно было бы ожидать либо резкого снижения точности опознания по параметру размера, когда он называется в последнюю очередь при работе с многомерными стимулами, либо изменения стратегии опознания, а именно называния в первую очередь размера стимула.

Таблица 13. Зависимость точности опознания (%) параметров стимулов от их мерности

Мерность стимулов Признаки
 Форма    Цвет    Размер  Ориентация
Одномерные 99,0 96,0 74,0 99,0
Двумерные 99,0 98,4 75,3 99,1
Трехмерные 99,3 98,0 74,7 98,9
Четырехмерные 99,3 98,5 75,6 99,0

Вместе с тем факты незначительного возрастания латентного периода реакции опознания многомерных стимулов (0,84с - для двумерных, 1,03с - для трехмерных и 1,11с - для четырехмерных) по сравнению с временем реакции опознания одномерных стимулов по «наихудшему» из параметров - размеру (0,97с) позволяют высказать допущение о возможности параллельного сличения признаков многомерного стимула с актуализированными эталонами.

Анализ динамики полного времени опознания (включающего латентный период реакции, время речевой реакции и длительность пауз) показывает, что с увеличением мерности стимула все больший удельный вес во времени опознания занимает система вербализации (называние признаков стимулов).

Данные регистрации длительности пауз в речевом ответе при опознании многомерных стимулов позволили высказать некоторые предположения относительно механизмов опознания. Длительность пауз служит индикатором сложности и последовательности обработки информации в системе вербализации. Обнаружены изменения в длительности пауз в зависимости от места паузы в ответе (см. рис.6). Так, наименьшую длительность имеют первые по порядку следования паузы. Можно предположить, что минимальное время первой паузы свидетельствует о том, что выбор эталона и подготовка вербальной реакции по второму опознаваемому параметру осуществляется во время латентного периода реакции. Обработка (выбор вербального эталона и подготовка вербальной реакции) для третьего и четвертого признаков отставляется во времени. Выбор вербального эталона может происходить и во время называния предшествующего признака и паузы. Таким образом, эти результаты могут быть интерпретированы как свидетельство возможности одновременной обработки информации в блоке выбора эталона и системе подготовки и реализации речевого ответа. Тем самым подтверждается гипотеза П. Колерса о параллельном функционировании различных уровней обработки информации.