С.А. ПОЛЕВАЯ , С.Б. ПАРИН , А.В. ЗЕЛИНСКАЯ ,
advertisement
ISBN 5-7262-0634-7. НЕЙРОИНФОРМАТИКА – 2006. Часть 1 С.А. ПОЛЕВАЯ1, С.Б. ПАРИН2, А.В. ЗЕЛИНСКАЯ2, М.С. ДОРМИДОНТОВА2, Е.В. ЕРЕМИН3 1Государственная медицинская академия, Нижний Новгород vostokov@appl.sci-nnov.ru 2Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского parins@mail.ru 3Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород medlab@appl.sci-nnov.ru РАСПОЗНАВАНИЕ ЦВЕТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ КАК ФУНКЦИЯ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА Аннотация Исследована зависимость структуры субъективного цветового пространства от типа высшей нервной деятельности и уровня тревожности. Показано, что при увеличении тревожности дифференциальные пороги по оттенку увеличиваются, закономерно изменяется структура цветоразличения. Тип ВНД достоверно влияет на цветовую чувствительность человека: самая высокая чувствительность к оттенку у сангвиников, ниже у флегматиков, холериков и самая низкая у меланхоликов. Увеличение тревожности соответствует повышению возбудимости, которая положительно влияет на распознавание цветовой информации у меланхоликов отрицательно у холериков и не влияет на флегматиков и сангвиников. Дана количественная оценка влиянию психофизиологических характеристик субъекта на структуру индивидуального цветового пространства. Тип высшей нервной деятельности и уровень тревожности можно рассматривать как аргументы психофизической функции цветового зрения. Цвет объекта является результатом обработки электрических сигналов от четырех популяций приемников ЭМИ – фоторецепторов («красные» колбочки, (λmax = 560 нм); «зеленые» колбочки, (λmax = 530 нм); «синие» колбочки, (λmax = 420 нм); палочки (345 до 575 нм)) в системе цветооппонентных рецептивных полей (красно-зеленые, сине-желтые, черно-белые). Таким образом, цветовой образ всегда является реконструкцией спектральных характеристик зрительной сцены по разностным сигналам в сложной нейронной сети [1]. Известны нейрофизиологические механизмы, обеспечивающие однозначное преобразование света в цвет, но так же хорошо известно разнообразие УДК 004.032.26(06) Нейронные сети 123 ISBN 5-7262-0634-7. НЕЙРОИНФОРМАТИКА – 2006. Часть 1 субъективных отражений одного и того же объекта под влиянием когнитивной, эмоциональной или мотивационной преднастройки (тест Люшера). Мы рассматриваем такую трансформацию сенсорного образа как способ оптимизации распознавания для формирования адаптивного поведения в реальной среде для реального психофизиологического состояния. Встает вопрос, какие свойства информационной системы субъекта влияют на характеристики образа. Мы исследовали зависимость структуры субъективного цветового пространства от типа высшей нервной деятельности и уровня тревожности. Для измерения субъективного цветового пространства разработана новая компьютерная технология кампиметрии, обеспечивающая регистрацию спектра цветоразличения в виртуальном цветовом пространстве [2]. Использовалась наиболее близкая к восприятию человека цветовая система HSL (насыщенность, яркость, оттенок). При регистрации цветовой чувствительности по оттенку виртуальные яркость и насыщенность стимула оставались постоянными на протяжении всего эксперимента, в то время как оттенок изменялся в диапазоне от 0 до 250 условных единиц. Множество стимулов состояло из 25 цветовых образцов и воспроизводило цветовой спектр от красного до фиолетового. Цветовые эталоны предъявлялись в случайном порядке. Процедура тестирования выглядит следующим образом. Испытуемому давалась установка определить форму пятна - стимула, вписанного в цветовой квадрат на экране - фон. Изначально оттенок фона и пятна были одинаковыми. Испытуемый с помощью клавиатуры получал возможность управлять цветом пятна. В качестве порога цветоразличения мы рассматривали такую разницу между оттенком фона и пятна, при котором испытуемый правильно определял форму пятна. Результаты представлялись в форме спектра цветоразличения (рис. 1). УДК 004.032.26(06) Нейронные сети 124 ISBN 5-7262-0634-7. НЕЙРОИНФОРМАТИКА – 2006. Часть 1 2.03.02 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 Рис. 1. Спектры цветоразличения по оси X – оттенок фона H, по оси Y – дифференциальный порог Психофизиологическое состояние человека описывалось 2 характеристиками: уровнем тревожности и типом высшей нервной деятельности. Ситуативная тревожность оценивалась по вопроснику СпилбергераХанина, содержащему 57 тест-вопросов относительно субъективно переживаемых состояний напряженности психологического и соматического характера. Уровень тревожности отражает уровень фоновой активности и возбудимость корковых нейронов. Предполагают, что тревожность определяется увеличением функциональной активности симпато-адреналовой системы и типом ВНД [3]. Типы ВНД определялся по вопроснику Айзенга, содержащему 50 вопросов, направленных на выявление обычного способа поведения. Тип ВНД характеризует статус нервной системы. Характеристики нервных процессов Тип ВНД Сила Уравновешенность Подвижность Холерик Сильный Неуравновешенный, В>Т «быстрый» Сангвиник Сильный Уравновешенный, В=Т «быстрый» Флегматик Сильный Уравновешенный, В=Т «медленный» УДК 004.032.26(06) Нейронные сети 125 ISBN 5-7262-0634-7. НЕЙРОИНФОРМАТИКА – 2006. Часть 1 Меланхолик Слабый Неуравновешенный, В<Т «медленный» Сила возбудительных и тормозных процессов определяет работоспособность нервной клетки (чувствительность). При анализе уравновешенности нервных процессов производится сравнение силы процессов возбуждения и торможения. Если оба процесса являются сильными и взаимно компенсируют друг друга, то речь идет об уравновешенности этих процессов. Когда переход от возбуждения к торможению и наоборот осуществляется быстро, когда одна реакция фактически не изменяет протекание другой, можно говорить о высокой подвижности нервных процессов [4, 5]. Айзенк [7] связывает экстраверсию с сильной и возбудимой нервной системой, а интроверсию со слабой и тормозной нервной системой. Индивидуальные спектры цветоразличения в широком диапазоне стационарных (тип ВНД) и динамических (ситутивная тревожность) показателей состояния информационной системы человека имеет при L = 100 S = 220 максимумы в трех оттенках: для «красного» (при H = 0), «зеленого» (при H = 80) и «синего» (при H = 170) цветов (рис. 1). Оттенки, для которых в виртуальном цветовом пространстве характерны максимумы, соответствуют «чистым» спектральным цветам. Подобные данные были получены Райтом и Питтом в условиях стимуляции реальными монохроматическими электромагнитными волнами светового диапазона. Спектр цветоразличения в физическом цветовом пространстве имел три максимума: 440-450 нм, 480-500 нм, 580-600 нм [8]. Таким образом, психофизические функции цветового зрения в виртуальном и реальном цветовом пространстве совпадают, что позволяет утверждать, что измерение цветового зрения с помощью компьютерной технологии выявляет свойства системы распознавания цветового образа вне контекста стимуляции. Для оценки влияния уровня тревожности на распознавание цветовой информации измерялись дифференциальные пороги цветоразличения и величина ситуативной тревожности (СТ) у 43 студентов-психологов. Установлено, что при увеличении уровня СТ пороги цветоразличения увеличиваются и субъективное цветовое пространство существенно обедняется, при этом наибольший рост дифференциального порога происходит для синего оттенка. Наблюдается перераспределение в УДК 004.032.26(06) Нейронные сети 126 ISBN 5-7262-0634-7. НЕЙРОИНФОРМАТИКА – 2006. Часть 1 структуре спектра: при низкой тревожности у 85 % испытуемых максимум соответствует зеленому оттенку, при высокой тревожности резко усиливается константность образа в «синем» и «красном» диапазонах, у 75 % испытуемых максимум соответствует синему оттенку, красному – 23 %, зеленому – 23 % (рис. 2, А, Б, В). Мониторинг 10 студентов показал, что при изменении уровня тревожности могут проявляться разнонаправленные трансформации цветовой функции. Очевидно, что на зависимость цветоразличения от тревожности влияет типология субъекта. Влияние типа высшей нервной деятельности на зависимость цветоразличения от тревожности исследована на 82 испытуемыхдобровольцах в возрасте от 15 до 45 лет (рис. 3). = R АБ B R R G B G УДК 004.032.26(06) Нейронные сети G 127 ISBN 5-7262-0634-7. НЕЙРОИНФОРМАТИКА – 2006. Часть 1 В Рис.2. Влияние уровня тревожности на структуру спектра цветоразличения – А (Rмаксимальный диф.порог в красном, R-максимальный диф.порог в красном; Gмаксимальный диф.порог в зеленом; В-максимальный диф.порог в синем); на диф.пороги по основным оттенкам – Б; данные мониторинга 3 студентов – В (черные столбики-уровень СТ, белые-диф.порог в красном, заштрихованныедиф.порог в зеленом, серые-диф.порог в синем). 30 B=T ô ë åãì àòè êè BT ì åë àí õî ë è êè B=T ñàí ãâè í è êè BT õî ë åðè êè 25 ï î ðî ãè 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 Уровень í î ì åð ситуативной è ñï û òóåì î ãî тревожности УДК 004.032.26(06) Нейронные сети 70 80 128 ISBN 5-7262-0634-7. НЕЙРОИНФОРМАТИКА – 2006. Часть 1 Рис. 3. Изменение порога цветоразличения в зависимости от типа высшей нервной деятельности, при увеличении уровня тревожности Тип ВНД достоверно влияет на цветовую чувствительность человека: самая высокая чувствительность к оттенку у сангвиников, ниже у флегматиков, холериков и самая низкая у меланхоликов. При увеличении уровня тревожности пороги цветоразличения у меланхоликов уменьшаются (обратная корреляция R = -97 %), у холериков увеличиваются (прямая корреляция R = 87 %). У уравновешенных типов нет корреляции порогов и уровня тревожности: флегматики (4 %) и сангвиники (7 %). При низкой тревожности у меланхоликов высокие пороги, при увеличении уровня тревожности возрастает тонус симпатической нервной системы и спонтанная возбудимость нейронов зрительной коры приближается к оптимуму, в результате пороги уменьшаются. У холериков высокая спонтанная активность нейронов зрительной коры, при увеличении тревожности пороги увеличиваются, так как нервная система нестабильна, возбуждение больше торможения, разница еще больше увеличивается, тормозные процессы не успевают за возбудительными. Если предположить, что дифференциальные пороги пропорциональны разнице между оптимумом и текущим состоянием, то возникает возможность сопоставления пороговых характеристик цветового зрения со статусом нервной системы (возбудимостью, уравновешенностью, подвижностью). Анализ полученных данных показывает, что уровень тревожности отражает степень возбудимости нейронных ансамблей, обрабатывающих цветовую информацию. Увеличение тревожности соответствует повышению возбудимости, которая положительно влияет на распознавание цветовой информации у меланхоликов, отрицательно у холериков и не влияет на флегматиков и сангвиников. Таким образом, в результате исследования дана количественная оценка влиянию психофизиологических характеристик субъекта на структуру индивидуального цветового пространства. Тип высшей нервной деятельности и уровень тревожности можно рассматривать как аргументы психофизической функции цветового зрения. Список литературы 1. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение. М.: Мир, 1990. 240 с. УДК 004.032.26(06) Нейронные сети 129 ISBN 5-7262-0634-7. НЕЙРОИНФОРМАТИКА – 2006. Часть 1 2. Полевая С.А., Еремин Е.В. Компьютерные технологии для исследования структуры субъективного сенсорного пространства человека. // Нижегородский медицинский журнал, 2003, т. 1, с. 17-24. 3. Фрайман Е. А. Изменения зрительно-пространственного восприятия при стойких изменениях эмоционального состояния // Сенсорные системы. 2000. Т. 14. №1. С. 88 - 93. 4. Павлов И.П. Полное собрание сочинений. М.;Л: АН СССР, 1952. 600 с. 5. Прибрам К. Языки мозга. М., 1975. 176 с. 6. Симонов П.В. Эмоциональный мозг. М., 1981. 191 с. 7. Gray W. Emotional-cognitive structuring: A new theory of mind. FORUM for Correspondence and Contact. 1973. V 5. P. 1-6. 8. Измайлов Ч.А., Соколов Е.Н., Черноризов А.М. Психофизиология цветового зрения. М.: Издательство МГУ, 1989. 206 с. УДК 004.032.26(06) Нейронные сети 130
