ХАРАКТЕРИСТИКА ВІРУСОПОДІБНИХ БІОПОЛІМЕРІВ ТА ВІРУСІВ 10 страница

Фактор сходства

2. Близость. Из множества элементов в одно целое с большей вероятностью объединяются те, которые пространственно ближе всего расположены друг к другу.

3. "Общая судьба". Если группа точек или каких-либо других элементов движется относительно окружения в одном и том же направлении и с одинаковой скоростью, то возникает тенденция воспринимать эти элементы как самостоятельную фигуру.

Чтобы убедиться в действенности этого фактора, можно поставить следующий простой опыт. На две расположенные друг за другом стеклянные пластинки тушью наносятся в случайном порядке точки. Наблюдение ведется с расстояния около метра. До тех пор, пока пластинки

168

неподвижны или движутся совместно, изображения невозможно разделить, но как только они начинают смещаться относительно друг друга, беспорядочное скопление пятен распадается на два плана, каждый со своим распределением точек.

4. "Вхождение без остатка". Перцептивное объединение элементов осуществляется таким образом, чтобы все они были включены в образующуюся фигуру. На рис. 69 этот фактор противостоит действию фактора близости: если группируются более близкие элементы, то воспринимаются две узкие полосы; если элементы группируются таким образом, чтобы войти в образовавшуюся фигуру без остатка, то воспринимаются три широкие полосы.

Рис. 69. Перцептивная организация

Фактор вхождения без остатка

5. "Хорошая" линия. Этот фактор определяет восприятие пересечений двух или более контуров. Зрительная система в соответствии с действием этого фактора старается сохранить характер кривой до пересечения и после него. Так, например, на рис. 70 (а) наблюдатель чаще всего видит прямую и гнутую линии, хотя в принципе рисунок мог бы состоять из элементов (б) и (в). Действие этого фактора тем сильнее, чем регулярнее кривая.

6. Замкнутость. Когда из двух возможных перцептивных организаций одна ведет к образованию фигуры с замкнутым контуром, а другая — открытым, то воспринимается первая фигура. Особенно сильно влияние этого фактора, если контур обладает к тому же и симметрией (рис. 71).

169

Рис. 70. Перцептивная организация.
Фактор "хорошей" линии.

Рис. 71. Перцептивная организация.
Фактор замкнутости.

Рис. 72. Перцептивная организация. Роль распределения внимания
(по М. Моринага, 1942).

170

7. Установка или поведение наблюдателя. В качестве фигуры легче выступают те элементы, на которые обращено внимание наблюдателя. На рис. 72 этот фактор противостоит действию фактора вхождения без остатка. В зависимости от того, направлено ли внимание наблюдателя на левый или на правый край рисунка, легче воспринимается ряд колонок, соответственно с утолщением или сужением в середине. Под действием этого же фактора, раз увидев одну из возможных фигур, мы часто продолжаем видеть ее и в дальнейшем, даже не подозревая о существовании других.

8. Прошлый опыт. Влияние этого фактора обнаруживается в тех случаях, когда изображение имеет определенный смысл. Например, если без промежутков написать осмысленную фразу, то перцептивно она все же распадается на части, соответствующие отдельным словам: СОБАКАЕСТМЯСО. Другим примером может быть восприятие загадочных картинок. Для неопытного наблюдателя рис. 73 приставляет собой случайное нагромождение линий, однако, как только он узнает, что на рисунке изображены солдат с собакой, проходящие мимо дыры в заборе, линии объединяются в одно осмысленное целое.

Рис. 73. Загадочный рисунок
(по Ч. Осгуду, 1955).

Таким образом, в процессах перцептивной организации участвует большое число более элементарных видов восприятия: от выделения

171

контура и цвета до оценки пространственного положения и движения объектов. Что же определяет эффективность данных, а не каких-либо других факторов?

По мнению гештальтпсихологов, обнаруженные закономерности отражают стремление электрохимических процессов на уровне коры мозга к наиболее простому, устойчивому состоянию. Это общий закон изменения целостных образований они называли принципом прегнантности.

Против такого объяснения говорит существование фактора прошлого опыта, но его влияние гештальтпсихологи считали незначительным. Так, К. Готшальдт — один из видных гештальтпсихологов — экспериментально показал, что если знакомую фигуру поместить в другую регулярную фигуру, естественной частью которой она будет выглядеть, то испытуемые никогда спонтанно не узнают первую фигуру при предъявлении второй. О большей силе чисто фигуративных факторов, по сравнению с фактором прошлого опыта, говорит и тот факт, что на рис. 74 использование "хорошего", симметричного контура позволяет довольно успешно замаскировать написанное слово.

Рис. 74. Замаскированное слово.

Объяснение перцептивной организации, предложенное гештальтпсихологией, подверглось резкой критике. В настоящее время большинство психологов считают, что обнаруженные закономерности отражают, прежде всего, очень общие принципы организации окружающего нас мира. Действительно, в нашем окружении замкнутые симметричные контуры с высокой вероятностью ограничивают предметы. Также предметам соответствуют близкие одинаковые группы элементов, передвигающиеся в пространстве как одно целое. Поэтому

172

выделенные гештальтпсихологами факторы означают, что восприятие даже в искусственной ситуации предъявления изолированных точек и линий дает видимой картине наиболее осмысленное предметное истолкование.

Не могла удовлетворить исследователей и неопределенность многих из использовавшихся гештальтпсихологами терминов, таких, как "простая" и "сложная" форма. Было высказано предположение, что сложность фигуры определяется тем количеством информации, которое должно быть переработано зрительной системой для ее восприятия. В теории информации доказывается, что мерой количества информации, содержащейся в некотором сообщении, служит разность неопределенности ситуации до и после его получения. Поэтому, чем непредсказуемей, неожиданней является восприятие деталей фигуры во время отдельных фиксаций при ее зрительном обследовании, тем больше информации содержится в фигуре и тем более сложной она должна казаться.

Для простоты рассмотрим фигуру, состоящую из отрезков прямых линий. Она полностью описывается информацией о положении и направлении этих прямых. По мере того, как глаза двинутся вдоль одной и той же прямой, каждая фиксация приносит все меньше и меньше новой информации. Так продолжается до тех пор, пока на пути глаза не встретится угол — точка, в которой характер восприятия меняется и резко возрастает получаемая информация. Следовательно, наиболее информативными точками такого изображения будут углы.

Этот вывод важен потому, что большое число изображений может быть представлено в виде фигур, состоящих из отрезков прямых. Например, на рис. 75 при помощи небольшого числа прямых нарисована лежащая кошка. Этот рисунок получен из обычной фотографии путем соединения участков контура с наибольшей кривизной. Так как смысл изображения сохранился, можно считать доказанным, что основная часть информации во время этой процедуры не была утеряна.

Из приведенного рассуждения следует также, что чем больше углов имеет подобная фигура, тем более сложной она должна казаться. Это подтвердилось в опытах по шкалированию

173

воспринимаемой сложности абстрактных форм, типа изображенных на рис. 76. Оказалось, что около 90% оценок сложности определяется числом углов в фигуре.

Рис. 76. Абстрактные формы (по Витцу и Тоду, 1971).

174

Значение этих только начинающихся исследований состоит в количественном описании процессов зрительного восприятия формы, что необходимо для решения технической проблемы автоматического распознавания изображений. Вместе с тем они позволяют дать новое объяснение некоторым старым вопросам психологии восприятия.

Например, на рис. 77 изображены фигуры, каждая из которых представляет собой проекцию куба на плоскость. При этом легкость, с которой воспринимается трехмерный объект, не одинакова для разных фигур: она возрастает в ряду от (а) до (г). По мнению гештальтпсихологов, это объясняется тем, что фигура (а) проще как двумерный, а не трехмерный объект. Проанализировав эти и подобные рисунки, американский психолог Дж. Хохберг пришел к выводу, что можно дать и более точное объяснение. Вместе с увеличением вероятности восприятия трехмерного куба в ряду (а), (б), (в), (г) уменьшается относительное количество элементов: прямых линий различной длины и ориентации, а также разных углов, необходимых для описания данной фигуры, как трехмерного, а не двумерного объекта. Зрительная система, следовательно, и в этом случае дает изображению наиболее вероятное предметное истолкование. Можно дать, впрочем, несколько иное объяснение восприятию фигур на рис. 77, учитывающее роль движений наблюдателя. Реальный куб можно увидеть так, как он изображен на рис. 77(а), только из определенной позиции, одним глазом и при полной неподвижности наблюдателя. Для вариантов (б) и (в) возможны движения вдоль одной из вертикальных осей куба. И лишь для последнего изображения снимаются все ограничения на движения наблюдателя в процессе восприятия. Таким образом, особенности восприятия данных фигур могут быть обусловлены типичными изменениями вида реального куба во время движений наблюдателя.

Значение активных движений для восприятия формы предмета подчеркивается в теории перцептивных действий (см. главу 1, раздел 3). Содержание образа восприятия определяется, с этой точки зрения, не только видом предметов в данный момент, но и

175

176

его предшествовавшими трансформациями. Образ формируется также под влиянием прогноза потенциальных изменений зрительной информации в будущем. Особую роль играют при этом изменения, связанные с активными движениями наблюдателя. Подобная временная протяженность процессов восприятия позволяет учитывать проекционные изменения формы, возникающие при изменениях ориентации предмета.

Например, если предъявить наблюдателю круг под углом к оси зрения, он все же воспринимает его как круг, а не как эллипс. Эксперименты, проведенные А. А. Смирновым, показали, что зрительная система способна обеспечивать высокую степень константности формы вплоть до углов наклона 40°^х).

В пользу представления об активной деятельностной природе процесса восприятия формы говорят также данные об его онтогенетическом развитии. Адекватное восприятие формы предметов становится возможным лишь в связи с формированием их развернутого моторного обследования. В дальнейшем эфферентные звенья восприятия сокращаются, и оно осуществляется с помощью викарных перцептивных действий, в результате чего сам процесс внешне приобретает симультанную форму (см. стр. 25 и д.).

177

СЛУХОВАЯ СИСТЕМА

Слуховая система развивается в филогенезе на базе более древней вестибулярной системы. В качестве дистантного вида чувствительности, позволяющего на большом расстоянии узнавать потенциальную опасность или пищу, слух играет ведущую роль в восприятии низших млекопитающих. Постепенно, однако, он уступает это место зрению.

В структуре перцептивных процессов человека слуховая система вновь начинает играть совершенно особую роль. Это связано с тем, что слух делает возможным важнейший вид социальной коммуникации — речевое общение между людьми.

1. Физиологические основы слуха

Адекватным раздражителем слуховой системы служат распространяющиеся в воздухе (или воде) периодические изменения давления — звуковые колебания.

Ухо является усилителем и преобразователем звуковых колебаний. Через барабанную перепонку, представляющую собой эластичную мембрану, и систему передаточных косточек — молоточек, наковальню и стремечко — звуковая волна доходит до внутреннего уха и приводит в движение заполняющую его жидкость (рис. 78). При этом амплитуда колебаний уменьшается, а звуковое давление увеличивается примерно в 16 раз. Внутреннее ухо, или улитка, представляет собой спиралевидный ход, состоящий из двух с половиной витков. Заполняющая улитку жидкость —пери — и эндолимфа — практически несжимаема, поэтому при смещении стремечка вправо мембрана круглого окна прогибается влево, а возникающие колебания эндолимфы передаются

178

179

волокнам расположенной вдоль улитки базилярной или основной мембраны и возбуждают специализированные механорецепторы — волосковые клетки (рис. 98).

Волосковые клетки улитки являются основными аппаратами слуховой рецепции. Реагируя на колебания эндолимфы, они превращают улавливаемые звуковые колебания в нервные импульсы, передающие акустическую информацию по волокнам слухового нерва.

Рис. 79. Афферентные пути слуховой системы
(по С. Дейчу, 1970)

180

Возбуждение, возникающее в волокнах слухового нерва, направляется к центральным отделам нервной системы (рис. 79). Первым центром обработки акустической информации являются расположенные на уровне Варошевого моста ядра слухового нерва, после чего она поступает к так называемым верхним оливам. Здесь происходит объединение сигналов, поступающих от левой и правой улитки. Затем афферентные пути слуха направляются к нижним буграм четверохолмия, которые представляют собой элементарный рефлекторный центр слуховой системы. Именно здесь осуществляется передача слуховых импульсов на двигательные пути, в результате чего возникают такие реакции, как двигательное настораживание или сокращение зрачка в ответ на внезапный звук.

Далее мощный пучок волокон идет к внутренним коленчатым телам, от которых начинается последняя часть слухового нерва. Его волокна направляются к поперечной извилине височной области коры или извилине Гешля, представляющей собой корковый конец слухового анализатора.

По своему строению извилина Гешля (поля 41-oe и 42-ое по Бродману) очень близка к проекционной зрительной коре. Основное место в ней занимает 4-ый афферентный слой, в котором и кончаются волокна слухового нерва. Характерно, что, как и зрительная проекционная область, извилина Гешля обнаруживает признаки сомато-топического строения. При этом волокна, несущие информацию о высоких тонах, заканчиваются в медиальных, а волокна, несущие информацию о низких тонах, — в латеральных участках этой извилины. Существенным отличием корковых отделов слухового анализатора является тот факт, что в отличие от зрительного анализатора здесь нет изолированного представительства каждого уха или его части в противоположном полушарии. Моноуральные волокна направляются к обоим полушариям, и поэтому повреждение одной (например, правой) извилины Гешля приводит лишь к незначительному снижению слуха, в несколько большей степени проявляющемуся в противоположном (левом) ухе.

Слуховая первичная кора является аппаратом, содействующим продлению слуховых воздействий. Поэтому, как было показано Г. В. Гершуни, поражение первичных отделов слуховой коры, не отражаясь на остроте слышания

181

продолжительных звуков, приводило к тому, что в ухе, противоположном пораженному полушарию, повышались пороги слышания ультра-коротких звуков продолжительностью от 4 до 10 мсек (см. рис. 80). Этот факт имеет большое значение как для понимания центральных механизмов слуха, так и для диагностики поражений височной области мозга.

Над первичными отделами слуховой коры, расположенными в извилине Гешля, надстроены вторичные отделы слуховой коры. Они находятся на наружной поверхности височной области, в пределах верхней височной извилины (поле 22 Бродмана). В их составе преобладают клетки верхних, ассоциативных слоев коры.

182

В отличие от первичной слуховой коры, ее вторичные отделы не имеют сомато-топического строения и представляют собой сложный интегрирующий аппарат, который обеспечивает сложные формы анализа и синтеза звуковой информации, делая возможными сложные музыкальные и речевые восприятия. Поэтому поражения вторичных отделов слуховой коры, не приводя к снижению остроты слуха и выпадению восприятия простых звуков вызывает нарушение различения мелодий в одних случаях или сложно построенных звуков речи в других.

Слуховые ощущения

В зависимости от сложности акустического сигнала воспринимаемые звуки могут быть простыми или сложными. Простые звуки возникают в ответ на синусоидальное колебание воздуха, физическими параметрами которого являются число колебаний в секунду или частота в герцах и амплитуда или интенсивность, измеряемая в децибелах (см. стр. 77).

Человек способен воспринимать звуковые колебания, частота которых находится в пределах от 20 до 20 000 герц (рис. 81). Колебания с частотой ниже 16—20 герц называются инфразвуком. Ранее уже отмечалось, что они воспринимаются не ухом, а костью, как вибрационные ощущения (см. стр. 54). В случае колебаний, частота которых превышает 20 000 герц, говорят об ультразвуке. Внутри зоны подлинных ощущений акустическая частота определяет прежде всего высоту воспринимаемого звука: чем больше частота, тем более высоким кажется нам воспринимаемый сигнал. На высоту звука влияет также и интенсивность раздражителя (см. стр. 181).

Из классических теорий восприятия высота звука наиболее известна резонансная теория Г. Гельмгольца. Согласно этой теории отдельные волокна основной мембраны представляют собой физические резонаторы, каждый из которых настроен на определенную частоту звукового колебания. Высокочастотные раздражители вызывают колебания участков мембраны вблизи овального окошка, где она наиболее узка (0,08 мм), а низкочастотные —

183

в области верхушки улитки, на участках с максимальной шириной основной мембраны (0,4 мм). Волосковые клетки и связанные с ними нервные волокна передают в мозг информацию о том, какой участок основной мембраны возбужден, а следовательно, и о частоте звукового колебания. В пользу этой гипотезы говорят факты о возможности путем хирургического удаления отдельных участков основной мембраны вызывать избирательную глухоту на определенные частоты. Однако эти же эксперименты показали, что практически невозможно найти участок мембраны, связанный с восприятием низких тонов.

Теория Г. Гельмгольца была поставлена под сомнение венгерским физиком Г. Бекеши, который показал, что

184

основная мембрана не натянута и ее волокна не могут резонировать на подобие струн. По Бекеши, колебания перепонки овального окна передаются эндолимфе и распространяются на основной мембране в виде бегущей волны, вызывая ее максимальное смещение на большем или меньшем расстоянии от верхушки улитки в зависимости от частоты. Таким образом, было предложено новое объяснение активации различных по положению рецепторных элементов, но принцип связи высоты звука и акустической частоты через место раздражения сохранился.

На ином принципе кодирования частоты колебания в высоту звука основана теория американского физиолога Э. Уивера. В его экспериментах непосредственно от слухового нерва кошки отводились потенциалы действия и через усилитель подавались на телефонную аппаратуру. Оказалось, что в диапазоне от 20 до 1000 герц рисунок нервной активности полностью воспроизводит частоту раздражителя, так что по телефону можно было слышать произносимые в помещении фразы. В последствии были найдены и другие доказательства в пользу предположения, что кодирование высоты звука осуществляется по принципу частоты. В настоящее время большинство исследователей считает, что высокочастотные колебания воспринимаются по принципу места, а низкочастотные — по принципу частоты. В среднем диапазоне частот от 400 до 4000 герц работают оба механизма (П. Линдсей и Д. Н. Норман, 1972).

В определении воспринимаемой громкости звука главную роль играет интенсивность звукового колебания. Важной, однако, является и его частота, что сказывается уже на порогах слышимости: если для частоты 1000 герц нижний абсолютный порог равен 0 дб, то для частоты 400 герц он поднимается до 25 дб (рис. 81). Верхний абсолютный порог или болевой порог громкости лежит в области 120—140 дб.

Кодирование интенсивности звуковых сигналов осуществляется в улитке за счет активации различных по своему положению и порогам наружных и внутренних волосковых клеток (рис. 78). Важные преобразования информации

185

о громкости осуществляются на более высоких уровнях слуховой системы. Об этом свидетельствуют сильное сжатие шкалы громкостей (экспонента соответствующей степенной функции равна 0,6), а также феномен константности воспринимаемой громкости. Последний заключается в том, что громкость звукового сигнала не меняется или меняется очень слабо от того, подается ли он на одно или на оба уха (по Е. Н. Соколову).

Иногда, помимо высоты и громкости, выделяют еще два качества простых звуков, определяемые частотой и интенсивностью акустического сигнала. Это синестезические ощущения объемности и плотности звука. Объемностью называется ощущение полноты звука, в большей или меньшей степени "заполняющего" окружающее пространство. Так, низкие звуки кажутся более объемными, чем высокие. Под плотностью понимают качество звука, позволяющее различить "плотный" и рассеянный диффузный звук. Звук кажется тем плотнее, чем он выше; плотность возрастает также с увеличением громкости. Связь всех четырех качество простых звуков с частотой и интенсивностью видна из рис. 82. Каждая кривая показывает, каким образом надо менять физические параметры чистого тона, чтобы его высота, громкость, плотность или объемность остались неизменными.

Чистые тона или простые синусоидальное колебания, при всем их значении для лабораторных исследований звуковых ощущений, практически отсутствуют в повседневном жизни. Естественные звуковые раздражители имеют значительно более сложную структуру, отличаясь друг от друга по десяткам параметров. Это и делает возможным столь широкое использование акустических сигналов в деятельности, включая восприятие музыки и речи.

Сложность состава звукового колебания выражается прежде всего в той, что к основной или ведущей частоте, обладающей амплитудой, привешиваются дополнительные колебания, имеющие меньшую амплитуду. Дополнительные колебания, частота которых превышает частоту основного колебания в кратное число раз, называются гармониками. Типичным примером слухового восприятия акустического сигнала, все дополнительные колебания которого представляют собой гармоники ведущей частоты, является

186

музыкальный тон. В зависимости от доли отдельных гармоник одного и того же ведущего колебания в звуковом разделителе он приобретает различный акустический оттенок или тембр. Одинаковые по высоте и интенсивности звуки скрипки, виолончели и фортепиано отличаются друг от друга своим тембром. К группе тембральных тонов относятся также и гласные звуки языка (рис. 83).

187

От тембральных тонов отличаются звуки, называемые шумами. Это очень важный класс звуков. Примерами шума могут быть уличные шумы, шум машины, листвы и, наконец, согласные звуки языка. Энергия более или менее равномерно распределена между колебаниями, приводящими к восприятию шума, а их частоты находятся в нерегулярных отношениях друг к другу. Вследствие этого шум не имеет выраженной высоты. В акустике часто употребляется термин "белый шум" для обозначения шума, состоящего, подобно белому свету, из всего спектра слышимых частот.

Особый класс звуков образуют щелчки, продолжающиеся иногда всего лишь тысячные доли секунды. Щелчки близки к шумам

188

по невозможности выделить в них ведущую частоту.

Воспринимаемые нами звуки не всегда бывают единичными. Часто они объединяются в одновременные или последовательные группы. В музыке одновременный комплекс звуков называетсяаккордом. Если частоты колебаний, составляющих акустический сигнал, находятся в кратных отношениях друг к другу, то аккорд воспринимается как благозвучный или консонантный. В противном случае аккорд теряет свою благозвучность, и говорят о диссонансе.

Звуки могут объединяться не только в одновременные комплексы, но и в последовательные серии или ряды. Типичным примером этого служат ритмические структуры. В такой простой ритмической структуре, как азбука Морзе, звуки отличаются только длительностью. В более сложных ритмических структурах еще одной варьируемой переменной оказывается интенсивность. К ним относятся, например, прозодические структуры: ямб, хорей, дактиль, — применяемые в стихосложении. Наиболее сложны музыкальные мелодии, в которых ритмические структуры звуков разной продолжительности имеют также и различную высоту.

Сложные акустические эффекты возникают, когда частоты раздражителей одновременно действующих на слуховую систему, оказываются различными. Если это различие невелико, то слушатель воспринимает единый звук, громкость которого меняется с частотой, равной разности частот акустических сигналов. Эти изменения громкости называют биениями. При увеличении различий до 30 герц и выше появляются разнообразные комбинационные тона, частота которых равна сумме или разности частот раздражителей.

Одновременное присутствие одного звука оказывает влияние на пороги обнаружения другого. Как правило, они возрастают. Вследствие этого говорят о маскировке одного звука другим. Эффект маскировки тем выраженнее, чем ближе физические характеристики двух сигналов.

Слуховые ощущения, подобно зрительным, сопровождаются слуховыми последовательными образами. Высота и длительность слухового последовательного образа соответствует частоте и длительности раздражителя

189

(И. С. Балонов, 1972).

Слуховое восприятии пространства

Звуки воспринимаются локализованными в пространстве, что достигается благодаря содружественной работе многих перцептивных систем и, прежде всего, зрения. Но слуховая система способна самостоятельно обеспечить довольно точную оценку направления, в котором находится источник звука. В полной темноте положение звучащих объектов вблизи медианной плоскости тела оценивается с точностью 1,5—3°, а вблизи сагиттальной — 12—18°.

Основой слухового восприятия направления служит биноуральный параллакс — различие в физических параметрах акустических сигналов, достигающих правого и левого уха. Эти различия для чистых тонов связаны, во-первых, со временем прихода одинаковых участков волны в оба уха и, во-вторых, с их сравнительной интенсивностью, которая слабее на стороне, повернутой от источника звука, так как звуковая волна попадает здесь в акустическую "тень" головы (рис. 84).