Узнавание и опознание лиц: психологические и психофизиологические механизмы

• Автор: Дубынин, Игнат Анатольевич
• Шифр специальности: 19.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 205 с. : ил.

Обзор литературы
§ 1. Психологическое исследование узнавания и опознания лиц и
других объектов. Механизмы узнавания и опознания
§2. Психофизиологическое исследование узнавания и
опознания лиц и других объектов
Постановка проблемы
Цель и задачи исследования
Методика
§1. Используемые методы
§2. Испытуемые
§3. Экспериментальная процедура
§4. Стимуляция
§5. Схема электроэнцефалографического эксперимента
§6. Обработка данных
Результаты
§1. Результаты психологического исследования
§2. Результаты электроэнцефалографического исследования
§3. Локализация дипольных источников мозговой активности
§4. Результаты сопоставления данных по ВП с данными
субъективной оценки стимулов
§5. Результаты обучения нейросетевого классификатора
Обсуждение
§1. Анализ результатов психологического исследования
§2. Анализ результатов предварительного электроэнцефалографического исследования
§3. Анализ результатов основного электроэнцефалографического
исследования
§4. Анализ распределения источников мозговой активности
§5. Анализ результатов сопоставления данных по ВП с данными
субъективной оценки стимулов
§6. Анализ результатов обучения искусственных нейронных сетей
Выводы
Литература
Приложение
Актуальность проблемы.
Проблема изучения процессов зрительного узнавания и опознания объектов окружающего мира всегда была одной из самых значимых в психологии. Особый интерес вызывает здесь изучение процессов узнавания и опознания лиц, поскольку восприятие данной категории объектов играет важнейшую, биологически и социально значимую роль в жизни человека. Зрительное восприятие объектов, в том числе лиц, может рассматриваться в двух аспектах. В первом случае речь идет об узнавании объектов как таковых среди объектов, относящихся к другим классам. Второй аспект касается восприятия конкретных, знакомых объектов. Этот процесс обозначается термином «опознание». Современный этап исследования этой проблемы характеризуется определенными достижениями в раскрытии многих психологических аспектов и понимании некоторых физиологических механизмов узнавания и опознания. Значительный вклад в изучение данной проблемы внесли К. Коффка, М. Вертгеймер, Р. Солсо, В.М. Кроль, А.Р. Лурия, Р. Причард, Д. Хьюбел, Т. Визель, В. Маунткасл, М.С. Шехтер, Е.Н. Соколов, Е. Тульвинг, А. Раделл, Б. Роушен и многие др.
В настоящее время накоплен богатый экспериментальный материал, который позволил сформулировать ряд принципов обработки информации в процессах узнавания и опознания различных объектов, в том числе, лиц. Так, в психологии было выделено два основных подхода. Первый подход основывается на предположении о приоритете целостного образа перед анализом составляющих элементов. Второй подход базируется на противоположных взглядах: сначала происходит узнавание и опознание отдельных элементов, и лишь затем перцептивной системой выдвигается гипотеза о типе воспринимаемого образа. Существуют также представления, которые так или иначе пытаются объяснить психологические механизмы узнавания и опознания. Так, одна из теоретических концепций предполагает сравнение стимулов с прототипами - некоторыми абстрактными образами воспринимаемых объектов. Другая теория исходит из принципа сопоставления сенсорной информации с некоторыми эталонными мысленными формами; узнавание и опознание, в этом случае, происходят при совпадении стимула с эталоном. В качестве самостоятельного направления можно выделить гештальт-подход, который подчеркивает важность организации элементов зрительного опыта в процессах узнавания и опознания.
Психофизиологические исследования в значительной степени были посвящены поиску мозговых механизмов, которые могут участвовать в обеспечении процессов узнавания и опознания. Применение эффективных методов, в частности, метода вызванных потенциалов (ВП), позволило вплотную подойти к исследованию информационных процессов, происходящих в мозге человека при развертывании процессов узнавания и опознания лиц. Эти исследования позволили сформулировать ряд фундаментальных теоретических представлений относительно принципов работы зрительной системы. Так, одна из теоретических концепций связана с принципом нейронов-детекторов; другая - с концепцией частотной фильтрации.
Вместе с тем, психологические и психофизиологические особенности узнавания и опознания лиц исследованы недостаточно. В психологии отсутствует однозначное понимание работы перцептивной системы при развертывании процессов узнавания и опознания. Нет единого мнения по поводу характера следов памяти на узнаваемые и опознаваемые лица. Наблюдаются также противоречия по вопросу о том, какие мозговые структуры обеспечивают функционирование процессов узнавания и опознания лиц. Не ясен характер взаимодействия мозговых структур при развертывании процессов узнавания и опознания лиц. Так, согласно данным нейрофизиологических и электрофизиологических исследований, наиболее часто процесс распознавания лиц связывают с функционированием различных областей мозга: височными долями [Perrett et al,1984], [Boetzel et al, 1995], [Дудель и др., 1996], затылочно-височной корой [Damasio et al., 1990], [Kanwisher et al., 1997], [Henson et al., 2000], миндалиной [Rolls, 1984], [Baylis et al., 1985], [Leonard et al., 1985], [Morris et al., 1996], npe-фронтальной корой [Courtney et al., 1996], [Seamas et al, 1997]. Существует также другая, подкрепленная экспериментально, позиция, которая утверждает об отсутствии специфичности мозговых структур к лицам [Gauthier, 2000], [Gauthier et al, 2003]. Кроме того, большая часть как психологических, так и психофизиологических экспериментальных исследований посвящена в значительной степени когнитивному аспекту обработки информации в процессах узнавания и опознания лиц, без учета влияния эмоционального компонента.
Таким образом, все вышесказанное и определило выбор нами темы исследования.
Цель и задачи исследования. Целью данного исследования являлось выявление психологических и психофизиологических механизмов процессов узнавания и опознания лиц. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Изучить психологические и психофизические характеристики процессов узнавания и опознания лиц.
2. Провести исследование вызванных потенциалов (ВП) мозга при развертывании процессов узнавания и опознания лиц.
3. На основе параметров ВП мозга и с использованием метода искусственных нейронных сетей разработать и апробировать психофизиологическую методику для идентификации процессов узнавания и опознания лиц.
4. Произвести анализ распределения в мозге дипольных источников ВП, связанных с процессами узнавания и опознания лиц и на основе этого анализа локализовать мозговые структуры, реализующие механизмы процессов узнавания и опознания лиц.

жество проблем, к решению которых нужно подойти, прежде чем их использовать. Одна из таких проблем заключается в анализе комплексного пространственно-временного распределения ВП.
Проблема комплексного анализа ВП
При анализе ВП необходимо не только проанализировать параметры компонентов (амплитуды, латентности) отдельно взятого электродного отведения, но и определить их пространственно-временную характеристику. Дело в том, что оптимальной является запись ВП с максимальной выраженностью того или иного компонента. Поскольку запись ВП обычно производится с нескольких электродных отведений, например, по схеме 10-20% [Jasper, 1958], а распределение компонентов по электродам может быть неоднородным, то никакое отдельное отведение не будет оптимальным для всех анализируемых компонентов. Следовательно, необходимо вести анализ сразу нескольких отведений, с целью определения наиболее выраженных пиков в каждом из них. Несмотря на некоторые предложенные оригинальные способы обработки данных [Remond, 1964], проблема комплексного анализа ВП до сих пор не имеет решения.
Проблема межиндивидуальной и внутрииндивидуальной
вариативности ВП
Еще одной проблемой, существенно осложняющей анализ ВП, является значительная изменчивость кривых ВП как для одних и тех же испытуемых, у которых записывались ВП одного и того же типа, с определенным временным промежутком, так и для разных испытуемых, при тех же условиях [Шагас, 1975]. Эта проблема затрудняет выделение общих параметров ВП по групповым данным.
* * *
Применение метода вызванных потенциалов (ВП), позволило по-настоящему приблизиться к исследованию информационных процессов, происходящих в мозге человека при развертывании процессов узнавания и опознания. Метод ВП является эффективным неинвазивным способом исследования процессов узнавания и опознания. Существенным положительным моментом метода ВП является его высокое временное разрешение. При частоте дискретизации, равной 250 Гц, точность оценки исследуемых процессов по времени составляет 4 мс. Эффективность использования метода ВП обусловлена тем, что его помощью можно получить пространственно-временную картину процессов, протекающих в мозге, в связи с каким-то определенным событием. На основе полученных данных, используя в качестве дополнительного инструмента метод локализации источников мозговой электрической активности, можно попытаться отождествить зарегистрированный ВП с теми или иными мозговыми структурами, которые приводят к его генерации. При этом, метод ВП позволяет обнаружить очень слабые источники мозговой активности, которые практически невозможно выделить в исходной записи ЭЭГ. Кроме того, ВП может обеспечить оценку протекания информационных процессов, не обращаясь к поведенческим реакциям испытуемого [Наатанен, 1998].