СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ИНСАЙТНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ МЫШЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к оптике, стереоскопии, физиологии, психологии, экспериментальной психологии, квантовой психологии и может применяться в области образования, нейронауке, когнитивной науке, нейрофизиологии, психофизиологии, использоваться для изучения процессов инсайтных механизмов мышления.

Известно, в современной компьютеризованной среде обитания происходит изменение восприятия плоскостных изображений [1]. Зрительная система приобретает способность воспринимать образы плоскостных изображений с эффектами глубины, объема, пространственной перспективой [2-4]. Ощущение восприятия глубины на плоскостных изображениях (ПИ) не меньше, чем при наблюдении 3D-растровых изображений, стереоскопической глубины стереограмм [5]. В условиях восприятия глубины плоскостных изображений фокусировка правого и левого глаза (плоскости воспринимаемых изображений - ПВИ) осуществляется вне плоскости расположения стимульного изображения. В зависимости от типа изображения ПВИ могут располагаться в метрах за плоскостью ПИ. Фокусировка глаз вне плоскости ПИ приводит к тому, что непосредственно на плоскости ПИ возникает разность Х-координат направления взора правого и левого глаза [6].

Известно, что фокусировка глаз вне плоскости изображения используется в областях стереоиндустрии: изготовление стереограмм, стереопар и т.д. [7]. Для получения глубины при построении стереограмм (и др.) применяется естественно природный принцип зрительного восприятия - бинокулярная диспарантность. Стереоиндустрия основана на получении как минимум двух изображений, на которых проведено смещение одних образов относительно других. Именно бинокулярная диспарантность позволяет воспринимать стереоскопическую глубину стереограмм в условиях наложения стереопроекций [8].

Развитие способности воспринимать образы плоскостных изображений с эффектами глубины, объема, пространственной перспективой включает тренинг наблюдения стереоскопической глубины стереограмм (обобщенных стереоскопических проекций, идентично-подобных структур) [2, 4]. Тренинг проводится в условиях восприятия статического и динамического изменения направления вектора стереоскопической глубины. Стереоскопическую глубину стереограмм можно наблюдать двумя способами: при фокусировке глаз «до» или «за» плоскостью стереограммы. Процесс наблюдения стереоглубины стереограмм состоит как минимум из двух этапов - подбор способа фокусировки глаз и распознавание различных составляющих глубины. В процессе тренинга (т.е. обучения) возможно появление третьего этапа, когда формируются дополнительные эффекты объема, глубины, не «закладываемые» в принципы построения стереограмм. Для таких эффектов не вносились компоненты смещения, т.е. элементы бинокулярного смещения. Структуризация способности воспринимать плоскостные изображения с эффектами глубины, объема не относится к логическому результату проведения тренинга на стереограммах. Она возникает внезапно. Сначала на единичных образах (как цветовой палитре изображения) и отдельных типах изображений. Затем распространяется на любые плоскостные изображения. Формируются и стабилизируются условия пространственной перспективы образов [5].

Известно, что для тренинга по приобретению способности воспринимать плоскостные изображения как трехмерные объекты можно использовать и 3D-растровые изображения [9, 10]. Принцип их построения аналогичен построению стереограмм. Наблюдать глубину таких изображений проще. Техника построения позволяет воспринимать эффекты глубины с регулируемым направлением вектора пространственного построения. Экспериментально показано, что при восприятии глубины растра на плоскости пластины фиксируется разность Х-координат правого и левого глаза. Особенностью 3D- растровых изображений является возможность ощущать глубину образов значительно большей величины по сравнению с техническими характеристиками возможностей построения изображений. Иными словами, на стереограммах, 3D-растровых изображениях и любых плоскостных изображениях возможно возникновение пространства образов, не «закладываемых» в технологию их построения. Пространственные эффекты зависят исключительно от подготовки человека, его способности и желания увидеть новые пространственные конструкции.

Известно, что в психологии сложились два основных подхода к определению творчества: по его продукту или результату, с одной стороны, и по особенностям протекания его процесса - с другой. В рамках первого подхода творчеством признается любая активность, которая приводит к созданию субъективно или объективно нового. В рамках второго подхода при характеристике творчества отмечается невозможность алгоритмизировать его процесс; неразделимое сосуществование и тесное переплетение в нем осознаваемых и неосознаваемых компонентов; внезапное нахождение решения, т.е. инсайтная стратегия [11]. Такие этапы наблюдаются и для плоскостных изображений, когда возникают эффекты глубины, объема плоскостного построения. Или для завершающих процессов тренинга наблюдения пространственных построений стереограмм, 3D-растровых изображений.

Известно, что в процессе решения инсайтных (творческих) задач, на завершающей стадии внезапного возникновения решения, происходит расширение зрачка глаза [12].

Задачей изобретения является получение экспериментального доказательства процесса возникновения творческих, инсайтных решений при наблюдении стереограмм, растровых 3D-изображений, для способности воспринимать плоскостные изображения с феноменами глубины, объема, пространственной перспективой образов.

Задача достигается на первом этапе на плоскости стимульных изображений определением разности X-координат Δ_{вз_г}=Х_{пр_г}-Х_{лев_г} при восприятии стереоскопической глубины стереограмм (СТг), глубины растровых изображений (РИ) и на образах плоскостного изображения (ПИ), во-вторых, если для ПИ Δ_{вз_г}≠0, то фиксацией величины раскрытия зрачка и нахождением, что разность Х-координат коррелирует с величиной раскрытия зрачка с коэффициентами корреляции Спирмана r=0,24-0.61, р<.001 для СТг; r=0,45-0,7, р<.001 для РИ и r=0,39-0,75, р<.001 для ПИ.

На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая принцип проведения экспериментов. На схеме показаны местоположения правого и левого глаза, поверхность экрана, на котором экспонируются стимульные изображения. Две черные точки в нижней части - местоположение глаз с межзрачковым расстоянием Δ_мз. Расстояние до экрана от глаз - Δ_экр. Точки расположения глаз, их фокусировка образуют треугольники. Угол вергенции α - это угол в вершине треугольника. При фокусировке глаз на поверхности экрана X координаты правого и левого глаза совпадают. Если фокусировка осуществляется за плоскостью экрана, возникает разность X координат Δ_{вз_г}, а расстояние до точки фокусировки глаз Н>Δ_экр. На схеме показано расположение поверхности экрана, на котором экспонируются стимульные изображения. На фиг. 2 - фиг. 4 показаны три стереограммы с различным вариантом построения и наблюдения. На фиг. 2 представлена стереограмма CTг1, на которой проведено бинокулярное смещение для 17 уровней наблюдения стереоскопической глубины. На фиг. 3 показана вторая, усложненная стереограмма СТг2 с двумя наборами периодики: высокочастотная и низкочастотная. Первая образует фон, состоящий из 26 изображений вертикальных рядов. Низкочастотная периодика образована наборами из трех изображений. На фиг. 4 показано два набора стереопроекций, полученных по картине «Голгофа». Их расположение получено так, что требует длительного навыка наблюдения. Задачей является воспринимать глубину проекций и их пространственное построение относительно друг друга. Такое условие требует состояния повышенного напряжения глаз. В верхнем ряду располагается три проекции, в нижнем - 2. При наблюдении стереоскопической глубины следует сконцентрировать взгляд вне плоскости расположения стереограмм, получить двоение и последующее наложение такое, чтобы в горизонтальных рядах стало на одно изображение больше. Если наблюдать глубину на СТг 2, то вертикально сформируется слово РОССИЯ. При фокусировке глаз перед фиг. 4 в каждом ряду должно быть на одну проекцию больше. На средних проекциях воспринимается прозрачность образов и их объемности. На фиг. 5 показано изображение, на базе которого было получено первое 3D-растровое изображение. В изображение выделено 18 слоев глубины по методике изготовителя. На фиг. 6 показаны стереоизображения, которые были использованы при получении второго растрового изображения. Стереоизображения были получены с нарушений рекомендаций разработчиков. Для того чтобы увидеть глубину растрового изображения, необходимо проводить настройку ориентации глаз с возникновением повышенного напряжения.

На фиг. 7 - фиг. 9 показаны плоскостные изображения, на которых испытуемый наблюдает глубину, объемность с различным уровнем состояния глубины. На фиг. 7 показан фотофрагмент каменной плитки, на которой воспринимается объемность цветовой палитры. На фиг. 8 представлен фрагмент картины Д. Поллока «Лавандовый туман». На фиг. 9 размещены два изображения картины «Голгофа». На изображениях фиг. 7 – фиг. 9 испытуемый наблюдает глубину, объемность отдельных элементов цветовой палитры. Более того, на фиг. 9 все трехмерные атрибуты идентичны наблюдаемой стереоскопической глубине фиг. 4.

Способ работает следующим образом. Обучают испытуемого наблюдать стереоскопическую глубину стереограмм, 3D-растровых изображений, доводят зрительное восприятие испытуемого до уровня наблюдения глубины, объема плоскостных изображений. В циклах обучения используется тренинг наблюдения стереоскопической глубины с постоянным изменением угла вергенции глаз. Проверяют способность наблюдения глубины на бинокулярном айтрекере. В том случае, если при наблюдении плоскостного изображения (ПИ) регистрируется значение разности , проводят комплексные исследования на бинокулярном айтрекере при регистрации направления взора глаз на стимульных изображениях и фиксацией величины раскрытия зрачков глаз.

Регистрация движений глаз выполнялась с помощью установки SMI HiSpeed в бинокулярном режиме (Частота регистрации 500 Гц). Первичная запись движений глаз содержит координаты взора (на поверхности экрана монитора) и величину раскрытия зрачка по отдельности для левого и правого глаза.

Изображения экспонируются на 19'' ЭЛТ мониторе ViewSonic 90Gf, расположенном на расстоянии 58 см от глаз наблюдателя (разрешение 1280×1024 пикселей; 38 пикселей/см). Время экспозиции составляет 30-150 с. При записи движений глаз во время рассматривания растрового стереоизображения последнее устанавливается непосредственно перед экраном монитора.

По значениям горизонтальных координат взора левого и правого глаза X_{лев_г} и X_{пр_г} вычислялась разность координат Δ_{вз_г}=X_{пр_г}-X_{лев_г}. Для случая рассматривания экспонируемого на мониторе плоского изображения (фиг. 1) расстояние до плоскости воспринимаемого изображения H равно расстоянию до поверхности экрана Δ_экр, а горизонтальные координаты взора левого и правого глаза совпадают, соответственно Δ_{вз_г}=0.

При рассматривании стереограммы неперекрещенными глазами (или при фокусировке глаз за плоскостью расположения стимульного изображения) (фиг. 1) горизонтальная координата взора левого глаза меньше, чем горизонтальная координата взора правого глаза, и соответственно Δ_{вз_г}>0.

При рассматривании стереограммы перекрещенными глазами (фокусировка глаз перед плоскостью стимульного изображения) горизонтальная координата взора левого глаза больше, чем горизонтальная координата взора правого глаза, и соответственно формально можно принять Δ_{вз_г}<0.

На основании вышеизложенного получаем следующую схему расчетов. Сначала на основании первичных данных (горизонтальные координаты левого и правого глаза) для данной экспериментальной ситуации рассчитываются медианное значение Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г}) (или статистическое значение Δ_{вз_г}) и 90% межквантильный размах RQ₉₀(Δ_{вз_г}) - интервал, в который попадают 90% значений Δ_{вз_г}. Затем для каждой экспериментальной ситуации рассчитывался коэффициент корреляции Спирмена между разностью горизонтальных координат Δ_{вз_г} и величиной раскрытия зрачка (средней для левого и правого глаза).

При рассматривании автостереограммы фиг. 2 медианное значение разности горизонтальных координат Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=-43.3 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|-35.4 мм, -49.2 мм|. Знак «минус» здесь означает, что позиция левого глаза в плоскости экрана находилась правее, чем позиция правого глаза, т.е. рассматривание выполнялось «перекрещенными» глазами. По отчету испытуемого выполнялась концентрация взгляда в точку перед экраном. При этом наблюдалось до 17 уровней глубины стереограммы. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.4; р<.001.

При рассматривании автостереограммы фиг. 3 Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=-59.9 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|-54 мм, -65.5 мм|. Знак «минус» здесь означает, что позиция левого глаза в плоскости экрана находилась правее, чем позиция правого глаза, т.е. рассматривание выполнялось «перекрещенными» глазами. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.37; р<.001. На общем фоне можно прочитать вертикальное слово «Россия».

При рассматривании набора стереопроекций картины Флавинской «Голгофа» (фиг. 4) (верхний ряд, три стереопроекции) перекрещенными глазами по отчету наблюдателя наблюдалась стереоглубина. Для анализа использовался фрагмент записи продолжительностью 14 с, на котором устойчиво наблюдалась глубина изображения.

Медианная разность горизонтальных координат левого и правого глаза Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=-101.3 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|-95 мм, -109.7 мм|. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.61; р<.001.

При рассматривании набора стереопроекций картины «Голгофа» (фиг. 4) (нижний ряд, две стереопроекции) перекрещенными глазами по отчету наблюдателя наблюдалась стереоглубина. Для анализа использовался фрагмент записи продолжительностью 13.5 с, на котором устойчиво наблюдалась глубина изображения. Медианная разность горизонтальных координат левого и правого глаза Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=-158.2 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|-153.2 мм, -162.4 мм|. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.24; р<.001.

При рассматривании растрового стереоизображения «Мехмату 50» (фиг. 5), установленного непосредственно перед ЭЛТ монитором, Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=18.4 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|7.4 мм, 31.3 мм|. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.45; р<.001. По отчету испытуемого без особых усилий наблюдаются эффекты глубины. Однако они изменяются при сканировании взгляда по растру.

При рассматривании сложного для восприятия растрового 3D-изображения (созданного на основе картины Бориса Валледжо), (фиг. 6), составленного из трех стереопроекций (не оптимальные условия изготовления растровых изображений), для того, чтобы увидеть объем, испытуемому потребовалось подобрать область концентрации взгляда. Медианная разность горизонтальных координат левого и правого глаза Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=24.9 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|14.2 мм, 35.2 мм|. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.7; р<.001.

При рассматривании фотоизображения каменной плитки (фиг. 7) медианное значение разности горизонтальных координат Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=30.5 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|22.7 мм, 39.3 мм|. По отчету испытуемого во время всей экспозиции сохранялось восприятие глубины и объема изображения. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.54; р<.001.

При рассматривании фрагмента картины Поллока (фиг. 8) медианное значение разности горизонтальных координат Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=21 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|12.3 мм, 28.6 мм|. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.39; р<.001.

При рассматривании изображения картины «Голгофа» (фиг. 9, верхняя) по отчету наблюдателя возникает состояние как бы проникновения за плоскость изображения. Наблюдаются эффекты глубины некоторых образов. Изображение становится прозрачным. Медианная разность горизонтальных координат левого и правого глаза Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=7.6 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|-0.8 мм, -13.4 мм|. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.75; р<.001.

При рассматривании изображения картины «Голгофа» (фиг. 9, нижняя) по отчету наблюдателя возникает состояние как бы проникновения за плоскость изображения. Наблюдаются эффекты глубины некоторых образов. Изображение становится прозрачным. Медианная разность горизонтальных координат левого и правого глаза Δ_{вз_г} М(Δ_{вз_г})=13.4 мм, RQ₉₀(Δ_{вз_г})=|6.6 мм, -20.5 мм|. Величина Δ_{вз_г} положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка: коэффициент корреляции Спирмена r=0.46; р<.001.

Представленные экспериментальные данные показывают: при наблюдении стереоскопический глубины стереограмм, восприятии глубины растровых и плоскостных изображений параметр разности координат Δ_{вз_г} на плоскости стимульных изображений положительно коррелирует с величиной раскрытия зрачка.

Аналогичного типа изображения используются в системе обучения развития способности воспринимать плоскостные изображения с эффектами глубины, объема, пространственной перспективы. В процессе обучения происходит непрерывный тренинг восприятия стереоскопической глубины при фокусировке глаз вне плоскости расположения обучающих пособий (т.е. изменение угла вергенции). Для определенного типа стереограмм, растровых изображений в процессе проведения обучения и тренинга возникают элементы глубины, для которых не было проведено смещение образов. Иными словами, в отсутствие бинокулярного смещения образуются неожиданные решения восприятия пространства. Аналогично и для структуризации способности воспринимать плоскостные изображения с атрибутами пространственных эффектов. Сначала возникают отдельные элементы глубины, объема на некоторых изображениях. Затем процесс распространяется на любые плоскостные изображения. Возникают эффекты восприятия пространства. Представленный материал показывает, что перечисленные способности восприятия образов плоскостных изображений сопровождаются расширением зрачков глаз. Аналогичные характерные элементы фиксируются и при решении инсайтных умственных задач.

Список литературы

1. Антипов В.Н., Жегалло А.В. Восприятие объема в техногенной среде // Эволюционная и сравнительная психология в России: традиции и перспективы. / Под ред. А.Н. Харитонова. - М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2013. - С. 333-336.

2. Пат. 2264299 RU. Способ формирования трехмерных изображений (варианты). / В.Н. Антипов. - Опубл. 20.11.05; Бюл. №32.

3. Антипов В.Н., Балтина Т.В., Якушев Р.С., Антипов А.В. Когнитивный контроль зрительного восприятия современного человека как объект изучения биоэкологии // Ученые записки КазГУ. Серия естест. науки. - 2008. – Т. 150, кн. 3. - С. 145-151.

4. Пат. №2493773. Способ развития способности зрительного анализатора к восприятию глубины и объема плоскостного изображения. / В.Н. Антипов, А.В. Антипов. - Опубл. 27.09. 2013. - Бюл. 27.

5. Антипов В.Н., Жегалло А.В. Трехмерное восприятие плоскостных изображений в условиях компьютеризованной среды обитания // Экспериментальная психология. 2014. Т.7. №3. С. 97-111.

6. Антипов В.Н., Жегалло А.В. О возможности тестирования технологии обучения по 3D-восприятию плоских изображений // Образование и саморазвитие. - 2011. - №3(25). - С. 163-169.

7. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга первая (Семнадцатое издание). М., 1965.

8. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение. / Пер.с анг. - М.: Мир, 1990. - 239 с.

9. Пат. №2436139. Способ восприятия плоских изображений. / В.Н. Антипов и др. - Опубл. 10.12.2011. - Бюл. №34.

10. Пат №2484790. Способ развития когнитивного трехмерного восприятия плоскостных изображений. / В.Н. Антипов и др. - Опубл. 20.06.2013 - Бюл. №17.

11. Дикая Л.А., Карпова В.В. Динамика функциональной организации коры головного мозга у испытуемых с профессиональной художественной подготовкой на разных этапах творческого процесса // «Естественно-научный подход в современной психологии». / Отв. ред. В.А. Барабанщиков. - М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2014. С. 254-259.

12. Чистопольская А.В. Показатель ширины зрачка как способ фиксации динамики решения инсайтных задач // «Естественно-научный подход в современной психологии». / Отв. ред. В.А. Барабанщиков. - М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2014. С. 600-603.

Изобретение относится к оптике, стереоскопии, физиологии, психологии, экспериментальной психологии, квантовой психологии и может применяться в области образования, нейронауке, когнитивной науке, нейрофизиологии, психофизиологии, использоваться для изучения процессов инсайтных механизмов мышления. Для выявления инсайтных способностей мышления предлагается использовать стереограммы (СТг), растровые 3D-изображения (РИ), плоскостные изображения (ПИ), проводить на бинокулярном айтрекере регистрацию разности X-координат направления взора правого и левого глаза на плоскости стимульных изображений, определение диаметра зрачков глаз. При наличии корреляции увеличения диаметра зрачка с медианным значением Δ_{вз_г} определяют возникновение инсайтного решения процесса мышления, где Δ_{вз_г}=Х_{пр_г}-Х_{лев_г}. Предлагаемый способ позволяет проводить количественное изучение инсайтной способности при восприятии стереоскопической глубины стереограмм, глубины растровых изображений и глубины образов плоскостных изображений. 9 ил.

Способ идентификации инсайтного процесса мышления, включающий использование зрительной системы, стереограмм, растровых 3D-изображений, демонстрируемых на экране монитора бинокулярного айтрекера, фиксацию направления взора глаз, определение разности (Δ_{вз_г}) координат правого (Х_{пр_г}) и левого (Х_{лев_г}) глаза на экране монитора, определение диаметра зрачков глаз, отличающийся тем, что при наличии корреляции увеличения диаметра зрачка с медианным значением Δ_{вз_г} определяют возникновение инсайтного решения процесса мышления, где

Δ_{вз_г}=Х_{пр_г}-Х_{лев_г}.