Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ТРИАДА СТРАТЕГИЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ОПОЗНАНИИ НЕПОЛНЫХ ЗРИТЕЛЬНЫХ ОБРАЗОВ

Лавров В.В. 1 Рудинский А.В. 2
1 ФГБУН «Институт физиологии им. И.П. Павлова Российской академии наук»
2 ЦСКО «Synergia»
Достижение принятия решения при опознании неполных зрительных образов обеспечивается благодаря манипуляции фрагментами наличной информации. В процессе манипуляции создается набор гипотетических образов, каждый из которых включает в себя фрагменты, структурируемые в целостное объединение посредством перестройки их пространственных отношений, а также изменения весовых параметров. Эти параметры характеризуются значимостью фрагментов в структуре образов. Чем более значимым аргументом фрагмент выступает при вынесении решения по опознанию образа, тем больше его вес. Выявлены три стратегии обработки информации в процессе принятия решения: конкретизированная, поисковая и образная. Выбор стратегии обусловлен степенью включения подкорковых эмоциогенных образований мозга. Рассматривается коммуникативная система, обеспечивающая передачу информации между нейронами в гетерогенном нейронном модуле. В отличие от распространенного в нейробиологии мнения о вертикальной иерархии структур мозга, обосновывается представление о том, что неокортекс является сервисной структурой, которую эволюция надстроила в мозге для увеличения его функционального информационного ресурса. Обращается внимание на подчиненность коры больших полушарий подкорковому управлению. Три типа управления выделено: регуляция состояния, команда выполнения стандартного действия и постановка задачи для принятия решения.
принятие решений
коммуникативная система
типы управления
фрагментация информации
признак образа
гетерогенный нейронный модуль
1. Винер Н. Кибернетика. – M.: Сов. радио, 1958. – 157 p.
2. Лавров В.В. Мозг и психика. – СПб.: РГППУ, 1996. – 156 с.
3. Лавров В.В., Рудинский А.В. Распознавание фрагментарных изображений // Сенсорные системы. – 2004. – Т. 18, № 4. – С. 317–324.
4. Лавров В.В., Вальцев В.Б. Целесообразное фрагментирование информации на входе в мозг // Информационные технологии. – 2006. – № 2. – С. 8–14.
5. Лавров В.В. Межполушарная асимметрия и опознание неполных изображений при изменении эмоционального состояния // Сенсорные системы, 2010. – Т. 24, № 1. – С. 41–50.
6. Лаврова Н.М., Лавров В.В., Лавров Н.В. Медиация: принятие ответственных решений. – М.: ОППЛ, 2013. – 224 с.
7. Лавров В.В., Рудинский А.В. Нейрофизиологическое обоснование модели управления процессами обработки и регистрации зрительной информации // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 1. – С. 49–54.
8. Хлуновский А.Н., Старченко А.А. Поврежденный мозг. – СПб.: Лань, 1999. – 256 с.
9. Шелепин Ю.Е., Чихман В.Н., Фореман Н., Анализ исследований восприятия фрагментированных изображений – целостное восприятие и восприятие по информативным признакам // Российский физиологический журнал. – 2008. – Т.94, № 7. – С. 758–776.
10. Chihman V., Shelepin Y., Pronin S., Foreman N., Merkuliev A., Krasilnikov N. The Gollin test and the optical properties of incomplete figures at threshold // Perception, 2001. – Vol. 30. – P. 89.
11. Hjelmas E. Face detection: A Survey // Computer vision and image understanding. – 2001. – Vol. 83, № 3. – P. 236–274.

Выделяются два типа обработки информации в процессе принятия поведенческих решений: первый – конкретизированный безэмоциональный (наглядно-действенный и логико-знаковый), второй – отвлеченный, с формированием образов и включением эмоций. Нейробиология предлагает механистичное объяснение различия типов, обращая внимание на асимметричность функциональной организации коры больших полушарий мозга. Предполагается, что функции первого типа имеют левостороннее закрепление, а второго – правое. Обоснованием предположения служат результаты раздельных наблюдений за активностью полушарий (вплоть до полного блока межполушарных связей при разрушении мозолистого тела). Но исследовательская методология с разделением целостного мозга на элементы и раздельным изучением этих элементов не дает понимания целостности мозга. Теоретическая значимость раздельных наблюдений вызывает сомнения еще и потому, что не учитывается важное обстоятельство. Эволюционно кора больших полушарий надстраивалась над подкорковыми образованиями, поэтому именно корково-подкорковые и в особенности таламокортикальные отношения (а не межполушарные) в наибольшей степени определяют функциональную организацию коры больших полушарий. По всей видимости, она представляет собой сервисный аппарат, действующий под управлением подкорковых отделов, определяющих тип обработки информации, а также использование ее сервисного потенциала.

Согласно альтернативному объяснению [5, 6], основанному на системно-информационной парадигме, а также представлениях о целостности деятельности мозга и полифункциональности его структур, переход от одного типа принятия решений к другому обусловлен сменой стратегий обработки доступной информации и перестройкой управления нейрональными модулями. Оценка справедливости предлагаемых объяснений связана с выяснением особенностей стратегий, используемых при обработке информации в процессе принятия решений в условиях неопределенности, когда преодоление дефицита полезной информации обеспечивается построением набора гипотез и выбором одного варианта из созданного набора.

Задача данной работы состояла в выяснении и сопоставлении стратегий, используемых для преодоления неопределенности. Решая задачу, исследовали особенности манипуляции наличной информацией испытуемыми при опознании неполных фрагментированных изображений. Отмечали эмоциональные ощущения, возникавшие во время принятия решений.

Материалы и методы исследования

В экспериментах участвовали 37 здоровых испытуемых, не имевших дефектов зрения. Для зрительной стимуляции применяли метод формирования на темном экране монитора светлых неполных контурных изображений из фрагментов размером 7 пикселей [10]. Фрагменты предъявлялись в случайном порядке, чтобы уравнять их значимость. Голова испытуемого находилась в неподвижном положении, сагиттальная проекция головы перпендикулярна к центру экрана, расстояние от плоскости глаз до экрана равнялось 150 см.

Исследования проводились только в бинокулярных условиях предъявления зрительных стимулов. Величину порога опознания вычисляли по формуле:

Thr = (Vfr/Vtot)×100 %,

где Vfr – число фрагментов контура, при котором произошло узнавание, а Vtot – число фрагментов в полном контуре объекта.

В начале эксперимента испытуемый получал инструкцию самостоятельно планировать свои действия, направленные, с одной стороны, на повышение достоверности опознания, а с другой – на ускорение опознания. Поведение выстраивается на основе актуальных мотиваций, поэтому инструкция предусматривала мобилизацию мотивации. Каждому испытуемому предписывалось признать ответственность за принимаемое решение, имея в виду возможные штрафные санкции за ошибку и поощрение за успешные действия. По завершении эксперимента испытуемый давал определение стратегии, которую использовал на каждом этапе эксперимента.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенные эксперименты, как и наблюдения авторов [9, 11], показывают, что испытуемые используют различные стратегии опознания неполных изображений. В данной работе обозначены 3 стратегии опознания неполных изображений, когда испытуемым не известны весовые параметры фрагментов.

Первая стратегия (конкретизированная) характеризовалась тем, что решения принимались после накопления информации до уровня, достаточного для полного представления о предмете, изображаемом на экране. Испытуемые признавали, что при такой стратегии они ждали, когда на экране выстроится изображение, у них не возникали отчетливые позитивные или негативные эмоциональные ощущения ни во время ожидания, ни в момент изложения решения.

Вторая (поисковая) стратегия – накопление фрагментов до того уровня, когда за счет связывания наличных фрагментов воображаемой линией удается получить целостное изображение. В момент, когда принималось решение, испытуемые отмечали позитивное ощущение, аналогичное тому, которое возникает при нахождении потерянной ранее вещи.

Третья стратегия (образная) определялась стремлением максимально быстро опознать изображение и превзойти результаты других испытуемых. Испытуемые предполагали, что наличные фрагменты обладают высокими весовыми параметрами, что их можно считать признаками образа, и они являются значимыми для опознания. На основе наличных фрагментов выстраивались гипотезы и производилось их сопоставление. Испытуемые стремились оценить вероятность правильности каждой гипотезы, однако из-за ограниченности времени они не производили детального анализа и основывались на эмоциональном предпочтении. Имеется в виду, что в качестве решения выбирался тот вариант, который вызывал наиболее позитивное эмоциональное ощущение. Испытуемые отмечали не только позитивные эмоции, но и негативные, обусловленные опасениями ошибки и промедления в принятии решения. На графике (рис. 1) представлены средние пороговые величины опознания неполных изображений с использованием трех стратегий. Обращается внимание на существенное влияние выбранной стратегии на принятие решения в условиях дефицита полезной информации. Кроме того, было показано, что при наличии трех стратегий переход от одной стратегии обработки фрагментированной информации к другой связан с изменением эмоций. То есть выбор стратегии, а также управление использованием наличной информации находились в зависимости от влияний эмоциогенных образований, расположенных в подкорковых структурах мозга. Отмеченный факт указывает на подчиненное положение коры больших полушарий по отношению к подкорковому управлению. Аналогичный факт влияния эмоций на обработку получаемой информации был отмечен при анализе обстоятельств взаимопонимания партнеров по переговорам. Именно эмоциональная составляющая влияла на возникновение и преодоление барьеров в коммуникативной системе, которая складывалась при переговорах [6].

pic_52.tif

Рис. 1. Пороги опознания фрагментированных изображений при использовании трех стратегий (описание в тексте). По горизонтали – номера стратегий, по вертикали – заполнение контура в %

Можно полагать, что в отсутствие такой системы нарушается любой обмен информацией, в том числе при взаимодействии нейронов. Если источник сигналов превосходит приемник по уровню иерархии, то он исполняет управляющую роль в отношениях с приемником. К управлению зачастую относят регуляцию процессов, происходящих в нервных сетях, и регуляцию состояния нейронов, составляющих сети. Но управление не исчерпывается регуляцией. Если сочетать представления теории управления, которые ранее были предложены кибернетикой [1], а затем были дополнены результатами междисциплинарных исследований, то в широком смысле под управлением понимается передача информационных посылок, при получении которых целенаправленно перестраивается деятельность того нервного образования, которому отправлена посылка. Направленность и степень перестройки зависят как от характера управляющего сигнала, так и от готовности реагировать на сигнал, то есть от состояния коммуникативной системы. Управляющая посылка имеет форму команды, если выражается в смене одной стандартной деятельности другой стандартной, закрепленной в приемнике генетически или отработанной в ходе обучения. В условиях, когда приемник не обладает стандартной программой реагирования на руководящий сигнал, этот сигнал служит заданием для принятия решения о том, как реагировать на возникшую ситуацию. Подчеркивается принципиальный момент принятия решений в условиях внешнего и внутреннего управления – исполнитель находится в неопределенной ситуации, обрабатывая наличную информацию согласно выбранной стратегии. Решение принимается после накопления полезной информации, снимающей неопределенность, или выбора одного варианта из набора гипотез, которые удается создать на основе наличной информации. Отличие внешнего управления от внутреннего состоит не только в расположении руководителя, но и в характере целеполагании. Внешний руководитель имеет в виду поведенческие цели, которые достигаются мобилизацией комплекса исполнительных нервных образований, в то время как цели отдельной сети и нейронального модуля определяются самоорганизацией. Например, самоорганизация выражается в поддержании гомеостаза и равновесного деятельного состояния или в удовлетворении актуальной потребности посредством действий, снижающих потребностное напряжение [2]. При дефиците полезной информации общность внешнего и внутреннего управления состоит в том, что исполнитель, преодолевая неопределенность, самостоятельно выбирает стратегию манипуляции информацией. Он или накапливает ее или ограничивается манипуляцией наличной информации, выстраивая гипотетические образы. В предыдущих работах, посвященных проблемам внешнего управления и самоорганизации нейронов, было обращено внимание на то обстоятельство, что обработка информации в процессе принятия решения выполняется гетерогенным нейрональным модулем [3, 4, 7]. В его состав входят специфические нейроны, обеспечивающие обработку полученной информации и ее регистрацию в памяти, а также неспецифические нейроны, включающие их в целостную целенаправленную деятельность под внешним управлением. Только благодаря совмещению в одном модуле двух типов нейронов появляется возможность, во-первых, контроля над массой информационных фрагментов, распределенных в пространстве нервной сети, и, во-вторых, целесообразного манипулирования наличной информацией при сочетании получаемой извне и той, что хранится в памяти. То есть именно модуль является элементарным исполнительным нейросетевым образованием, в котором сочетается внешнее и внутреннее управление. Модуль может иметь единичный результирующий выход по аксону одного из главенствующих нейронов модуля [4], но при этом эфферентный нейрон, от которого исходит результирующий сигнал, неверно считать «центром принятия решения», поскольку результат отражает работу системного нервного образования.

pic_53.wmf

Рис. 2. Этапы обработки воспринимаемой информации в процессе принятия решения: а – на уровне рецепторов, б – на уровне нейронных модулей

В настоящее время, несмотря на онтогенетические и филогенетические сведения о том, что кора больших полушарий возникает как элемент, добавляемый к подкорковым образованиям (прежде всего, таламическим), именно коре отводится роль руководящего органа поведения, а не исполнительного, как это было бы логически оправдано. Причем вопреки исследованиям, показавшим полифункциональность мозговых структур, возможность перестроек мозговой организации и наличие индивидуальных особенностей организации мозга, доминирует гипотеза о жестком распределении кортикальных функций, что вызывает возражения у специалистов, занимающихся проблемами поврежденного мозга [8]. В данной работе обращается внимание на важность преодоления инерции механистичного подхода к изучению природы восприятия сенсорной информации. Приверженцы этого подхода не учитывают факта целесообразности и избирательной настроенности восприятия. Имеется в виду, что рецепторы, составляя рецептивные поля, разделяют потоки раздражителей на фрагменты и выделяют те фрагменты, на восприятие которых настраиваются под влиянием центрального управления. Детализация целостных образов, размер выделенных фрагментов и их весовые параметры отражают значимость информации для принятия решений при опознании образов. Рис. 2 иллюстрирует последовательность событий, начиная от момента разложения потоков раздражителей на фрагменты. Разложение регулируется запросом на получение недостающей полезной информации. Степень выраженности запроса и весовые параметры фрагментов обусловлены поведенческой актуальностью принимаемого решения [3, 4, 7]. Манипуляция наличными фрагментами, а также их весовыми параметрами обеспечивает монтаж набора гипотетических образов. Выбор предпочтительного варианта завершает процесс принятия решения.

Отказ от механистичных представлений о жестком распределении функций по структурам мозга вместе с преодолением ограниченного истолкования роли коры больших полушарий в качестве высшего управляющего звена (в то время как она в силу своего эволюционного положения является исполнительным сервисным аппаратом) сопряжено с выяснением принципов целостного управления мозговыми процессами. Методология, основанная на познании объекта посредством его расчленения и определения характеристик деталей, не ведет к пониманию целостной природы любого объекта, а мозга – в особенности, из-за сложности и целесообразности его функций. Смешение точек зрения при рассмотрении так называемой структурно-функциональной организации мозга препятствует пониманию целесообразности мозговой деятельности. Перспектива целостного изучения мозга открывается только в аспекте управления его функциями. Рис. 3 содержит схему, иллюстрирующую место, которое занимает аспект управления среди других подходов, ориентированных на расчленение объекта при изучении. Определение стратегий управления – это один из шагов на пути, ведущему к пониманию нервной организации в рамках целостного целенаправленного поведения.

pic_54.tif

Рис. 3. Подходы к изучению принципов организации нервной системы в процессе передачи и обработки информации

Как уже было отмечено выше, управление не ограничивается регуляцией уровня активности и переключением работы нейронных модулей от выполнения одной стандартной задачи к другой. Оно выражается в мобилизации на достижение актуальной цели и связано с формулированием задач в соответствии с изменяющимися целями и ситуацией. Совпадение формулировок задач у руководителя и исполнителя обеспечивается коммуникативной системой. Еще раз подчеркивается, что механизмы передачи управляющих посылок, вовлекающих нервные сети в новую деятельность, можно разглядеть только с точки зрения управления гетерогенными нейронными модулями. В таких модулях специфические нейроны совмещены с неспецифическими, выступающими в качестве представителей управляющих систем мозга, контролирующих формирование коммуникативной системы [6, 7].

Заключение

Отмечаются следующие результаты проведенной работы:

  1. Определены три вида стратегий управления обработкой информацией, используемой для принятия решения в условиях ее дефицита – конкретизированная, поисковая и образная.
  2. Изучение принципов управления выделено в качестве главного аспекта, позволяющего рассматривать целостную организацию деятельности мозга.
  3. Отмечено, что манипуляция фрагментами доступной информации, выражаемая изменением их весовых параметров вплоть до перевода в разряд признаков образа, осуществляется в соответствии с запросом на восполнение информации, достаточной для принятия поведенческого решения.
  4. Обозначены следующие типы управления, обеспечиваемого коммуникативной системой, передающей информацию от нейрона-руководителя нейрону-исполнителю – во-первых, регуляция состояния, во-вторых, команда на выполнение стандартного действия и, в-третьих, формулирование задания для принятия решения.
  5. Асимметричность кортикальных отделов, включаемых при выполнении конкретизированной обработки информации и при отвлеченном (образном) типе обработки, объясняется различием стратегий управления работой мозга.

Рецензенты:

Галушкин А.И., д.т.н., профессор, начальник лаборатории, ФГАНУ Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти, г. Москва;

Машарова Т.В., д.п.н., профессор, ректор Института развития образования Кировской обл. КОГОАУ ДПО, г. Киров.

Работа поступила в редакцию 11.04.2014.


Библиографическая ссылка

Лавров В.В., Рудинский А.В. ТРИАДА СТРАТЕГИЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ОПОЗНАНИИ НЕПОЛНЫХ ЗРИТЕЛЬНЫХ ОБРАЗОВ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6-2. – С. 375-380;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34168 (дата обращения: 18.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074