Семинар с Ю.Е. Шелепиным. Часть 1
Алёхин Анатолий Николаевич, доктор
медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой клинической психологии РГПУ
им. А.И. Герцена:
Уважаемые коллеги, я рад Вас приветствовать. Мы продолжаем работу нашего научно-методического семинара на кафедре клинической психологии. Я прошу обратить внимание, что нет среди нас сегодня завсегдатая нашего семинара Бориса Вениаминовича Иовлева. Я хочу, чтобы мы пожелали ему скорейшего выздоровления и продолжения участия в работе семинара.
Сегодня я представляю вам Юрия Евгеньевича Шелепина - доктора медицинских наук, профессора, заведующего лабораторией физиологии зрения отдела физиологии сенсорных систем Института физиологии имени академика Павлова. Название доклада, который он сделает, звучит так: «Нейрофизиологические механизмы принятия решений человеком».
По традиции я скажу несколько вступительных слов. Напомню, что наш семинар это не лекция, не просветительское мероприятие, это скорее попытка осмыслить возможности существующих подходов к описанию поведения человека.
Например, вчера на диссертационном совете у нас состоялась сложная дискуссия о том, стоит ли дробить дальше психологические науки или пора остановиться и подумать о систематизации знаний. Мнения разошлись. Одни говорят, что психологий должно быть много и разных. Я стою на другой позиции, считаю, раз психология занимается человеком, то значит, объект един для всех психологий, просто человек выступает в разных аспектах своей жизнедеятельности. Задача нашего научно-методического семинара, и именно поэтому мы проведем два ближайших семинара по нейро- и психофизиологии, потому что в рамках психологии мы достаточно много проблем обсуждали. Понятно, что языком психологии не ограничивается способ думанья и способ исследовании поведения человека.
Мне бы хотелось, чтобы мы подумали над таким вопросом – являются ли эти системы знаний автономными, независимыми или есть возможность интегрировать, знания, полученные, скажем, в естественнонаучном подходе (это физиология, нейрофизиология, психофизиология) в то знание, которое мы формируем в рамках медицинской психологии, в рамках распознавания пограничных психических расстройств, в рамках разработки методик коррекции, реабилитации наших пациентов. Собственно этим и обусловлен такой переход от гуманитарного означивания проблемы к сугубо естественнонаучному исследованию.
Если у нас сегодня получится дискуссия и мы подумаем о том, как можно навести мосты между двумя и более языками описаниями одного и того же объекта, то мы будем считать наш семинар состоявшимся и успешным. Вот, собственно, что я хотел сказать, как предисловие, теперь я с удовольствием предоставлю слово Юрию Евгеньевичу.
Шелепин Юрий Евгеньевич, доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией физиологии зрения отдела физиологии сенсорных систем Института физиологии им. акад. И.П. Павлова. РАН:
Глубокоуважаемый Анатолий Николаевич, глубокоуважаемые товарищи, во-первых, хочу поблагодарить вас за то, что мне выпала такая удача и честь рассказывать вам о наших исследованиях. Это всегда очень интересно, особенно в таком ВУЗе как ваш – и очень почетно.
Как вы видите [указывает на экран], здесь имеются некоторые отличия от того названия, которое я заранее дал, но принцип не меняется, просто чуть-чуть уточнил его. В заглавии работы я написал только свою фамилию. Работа же эта, на самом деле, сделана большим коллективом и нашего Института, и Военно-медицинской академии, и Государственного оптического института, и факультета психологии из Лондона. То есть перед вами многоплановая работа, многих людей, которые вместе работали, работают, и, я надеюсь, будут продолжать работать.
Анатолий Николаевич очень точно сказал и об очень важном: о связи между фундаментальными исследованиями и клиническими исследованиями, фундаментальными исследованиями и психологией, психологией и клиникой. Это единство всех трёх наук очень тесное, и часто бывает трудно провести грань.
Впервые о принятии решений, о возможности количественно точного измерения принятия решений, говорил Бернулли, но это чисто математические проблемы. Даниил Бернулли был одним из руководителей предвестника нашего института. Тогда не было Института физиологии, тогда была кафедра, а называлась она кафедрой анатомии и физиологии Санкт-Петербургской Академии наук, куда входил и Университет составной частью. Бернулли заметил, что принятие решений, участие в играх, заинтересованность в игре это весьма интересная проблема, и он попытался ввести математические критерии, «Санкт-Петербургский парадокс», проблема принятия решений. Сейчас эта проблема является одной из основных среди наук о познании окружающего мира. Проблема принятия решений в условиях неопределенности вынесена целым рядом научных сообществ и в частности Лондонским королевским обществом – это аналог нашей Академии наук – в число самых главных, приоритетных научных проблем настоящего времени. Я расскажу только о маленькой части этой большой важной проблемы, о которой начинал говорить Даниил Бернулли в нашем Институте когда-то в начале XVIII века.
Наиболее интересные, наиболее захватывающие исследования в области принятия решений были сделаны психологом, с одной стороны, очень известным, с другой, мало известным. Это человек, который лично сопровождал Юрия Гагарина в его первый полет, – Дмитрий Горбов. Я посвящаю эту лекцию, как и большую часть работ, которые связаны с исследованием принятия решения, этому человеку.
Дмитрий Горбов – я просто вам напомню – это ученый, который изобрел знаменитый прибор, позволяющий определять, насколько коллектив взаимосогласован. [А.Н. Алёхин: Да, гомеостат]. Да. Я немножко отвлекся. Я боюсь, что если уйду в эту область, то не остановлюсь.
Сегодня лекция о неопределенном и о принятии решения. Когда мы смотрим на случайные структуры, например, на облака, то часто видим какие-то очертания знакомых лиц или знакомые фигуры. Если попытаться это формализовать, то это называется белый гауссовский шум [показывает на экран] Тут нет никаких структур, но если мы будем говорить: «Посмотри, где находится спрятанное лицо», то человек всегда найдет спрятанное лицо. Если мы дадим ему небольшую подсказку, то это лицо сразу проявится из ничего. Там нет никакой структуры, там нет лица, но вы отчетливо видите в этом овале лицо человека. То есть мы настроены на то, чтобы увидеть в совершенном беспорядке некую упорядоченную структуру.
Так сделан мозг. Он ищет
порядок, поскольку это нам выгодно. Нам выгодно, когда мы идем в лесу, среди
листвы – в смысле неупорядоченной структуры – увидеть что-то упорядоченное,
потому что этим определяется наше выживание. Нам важно, идя по лесу, легко
распознать скрывающихся в листве хищников, в зависимости от того, какой лес, в
какой части мира, тигра или медведя или рысь. Важно в беспорядке увидеть
порядок, определить, друг это или недруг, и это делает возможным выживание и
когда-то определяло выживание наших предков, не только человека, а предков в
широком смысле, человека и человекообразных обезьян и других зверей, которые
сейчас живут вместе с нами.
Как в этом беспорядке увидеть порядок, каковы возможности? Если давать случайные две матрицы [показывает на экран], можно два на два элемента, тут и тут, а это – точка-фиксации, три на три элемента, четыре на четыре элемента, пять на пять, и одна матрица будет отличаться от другой на один элемент, на пиксел, то можно получить зависимость: это может быть случайное гадание, а может быть безошибочное принятие решения. И оказывается, что мы один хаос, одну беспорядочную структуру, равную одну пикселю, определяем довольно хорошо, но в определенных пределах, небольших. Это когда до четырех пикселей по сторонам, то есть всего четыре на четыре – шестнадцать.
Георгий Валентинович Иванов, сотрудник кафедры клинической психологии РГПУ им Герцена: А задача, в которой испытуемый должен сказать, одинаковые две матрицы или различаются?
Ю.Е. Шелепин: Да. О, хорошо, Вы правильно сделали. У меня просьба, прерывайте меня по ходу, если что-то не понятно, потому что я могу говорить на языке, который мне близок, а это немножко не язык психологов, поэтому прерывайте меня по ходу. Когда матрица – четыре на четыре, ошибок нет, когда матрица двенадцать на двенадцать, это уже совершенно случайное гадание. Оказывается, что в таких условиях мы различим один беспорядок от другого, отличающегося всего по одному пикселю. Точность потрясающая. Но размерность этих матриц невелика. И это связано с вполне определенными свойствами.
Этот рисунок вы все знаете [показывает на экран]. Он во всех учебниках психологии опубликован – это далматинец, собака, которая сидит среди какой-то листвы и камней, и чтобы ее увидеть, надо как-то объединить все элементы. В предыдущей задаче, где надо было сравнить матрицы, не надо было объединять элементы, надо было ухватить разницу, а что сделать, чтобы здесь из такого полуслучайного скопления точек определить фигуру? Для этого мы предложили следующий режим. Вот некое контурное изображение, но оно может быть неконтурным (потом вам покажу аналогичное неконтурное изображение), и вот это контурное изображение прикрывалось маской. Статистические структуры этой маски менялись, и возникало контурное изображение. И, если менять закономерность этой маски, ее статистику, силу зашумления, то вероятность увидеть эту контурную картинку будет являться функцией вот этой сложности, вот этой структуры маски. Хотя маски – ее как бы и нет.
Вот когда вы смотрите на контурную картинку, как и в
случае на предыдущем рисунке, где был далматинец, там есть пустые места и фрагменты контура. Обычно исследователи пытаются изучить механизм,
который связывает отдельные фрагменты контура в единое целое. А мы попытались,
с помощью такого подхода, показать, что эти пустые места, это не просто пустые
места, а это невидимая маска. Мы задали ей структуру и начали менять процесс
заполнения контура от небольшого до максимального и определять порог. Это
известный тест, используемый большое количество лет. Наиболее популярная его
версия была предложена еще в 1956 году Голиным (Golin), затем нашим соавтором Найджелом Фореманом она была
превращена в компьютеризированную версию. Позже исследовали более сложную
версию, и теперь она широко стала применяться в самых разных исследованиях, в
том числе в клинике. Что удалось показать? Что действительно эти пустые места –
это та маска, которую мозг рассчитывает. Он не просто объединяет эти фрагменты,
он рассчитывает статистику этих пустых мест.
В знаменитой работе Эйтнива (Attneave) в 1952 году упоминается, что кота мы всегда определим по кончику ушей и кончику хвоста: если три треугольника есть в поле зрения, значит, это кот. Но это не совсем так. Оказалось, что это правильный подход, когда мы заведомо знаем, что мы увидим. Когда мы не знаем, когда у нас неопределенность (опять возвращаясь к проблеме неопределенности), мы не можем по этим трем треугольникам предугадать, что это кот. Это может быть что угодно. В частности, если взять заварной чайник. Там есть такой специфический элемент как ручка крышки. Она может выводиться, а может и не выводиться. И при случайном выведении ты смотришь, меняется ли порог в зависимости от того, появляется ли этот характерный признак. И оказывается, что пороги одни и те же, и это удивительно. Но статистика одна и та же должна быть, то есть количество черно-белых элементов и их распределение по полю зрения.
С этим связана и другая удивительная проблема. Если мы не можем объединить разрозненные элементы, мы начинаем выполнять прослеживающие движения глаз, мы соединяем мысленно взором вот эти пустые места, чтобы их заполнить, от одного видимого пикселя до другого. Вот будильник перед вами. [показывает на экран] Тут уже его надпороговое изображение, то есть легко определить, что это будильник старого образца. Если мы будем контролировать прослеживающие движения глаз в этот момент, мы вспомним все хорошо знаменитые рисунки в книжке Ярбуса, где он показывает, как человек прослеживает контур портрета Нефертити. Однако обычно не обращают внимания на то, что Ярбус сделал, перед тем как сделать эту запись. А делал он следующее – он давал инструкцию испытуемому: «Изучи этот портрет, посмотри на профиль, просмотри все детали». То есть он давал четкую инструкцию, что надо делать. Если же не давать такую инструкцию, а давать инструкцию фиксировать взор по центру или просто «Жди, что появится и скажи, что это будет», то оказывается... Видите это изображение, напоминающее пламя? [показывает на экран] Это как раз то, куда чаще всего смотрит человек. Это уже результат обработки многих-многих движений глаз в тот момент, когда один пиксель контура этого будильника появился, второй, третий, четвертый, пятый, шестой. И наконец, испытуемый сказал: «А! Это будильник» и нажал кнопку, то есть распознал объект. И тогда вопрос: а где же были глаза? А глаза были по центру экрана, потому что он не знал, что появится. А какое самое выгодное состояние, когда ты не знаешь, что и где в поле зрении появится? Это замереть и ждать. Что мы делаем в лесу, когда услышали непонятный шорох? Мы замерли. Точно так же и здесь, неизвестно, где появится следующий пиксель, и взор замер. Это наиболее выгодное положение. За счет периферии происходит схватывание.
Г.В. Иванов: Угловые размеры этого будильника, насколько я понимаю, больше одного градуса?
Ю.Е. Шелепин: Да, конечно, чтобы были движения глаз. Это около десяти градусов.
Мы пользовались такой традиционной моделью для того, чтобы определить, где находится центр принятия решения. Это Николай Николаевич Красильников, один из выдающихся людей, которые связали технические проблемы с проблемами восприятия. Он очень долго заведовал кафедрой телевидения в ЛИАПе, теперь он занимается информационными технологиями. Выйдя на пенсию, он, чтобы войти в совершенно новую область, перешёл на кафедру информационных технологий, но продолжает всю жизнь развивать свою модель работы зрительной системы. По этой модели построено множество систем, которые должны распознать свой/чужой, системы наведения, системы распознавания. Очень много всего было построено на основании этой модели Николая Николаевича Красильникова, который предложил её в 1959 году. Модель согласованной фильтрации. В это же время на Западе были другие люди, которых вы хорошо знаете, а Николая Николаевича мало знаете, может, и вообще не знаете.
На Западе это Тэннер и Светс (Tanner W., Swets J.). Они аналогичную модель предложили, но позже. Эта модель состоит из следующих этапов. Первичная фильтрация – это то, что делают глаза, рецептивные поля сетчатки, которые идут в зрительную кору. Потом согласованная фильтрация. Это что такое? Это, говоря уже биологическим языком, сравнение теста с образцом. Потом некое пороговое устройство и принятие решения. Это модель работы зрительной системы принята у нас и на Западе для того, и она такая наиболее адекватная. В соответствии с этой моделью было проведено очень много исследований и на Западе, и у нас. Она была создана в 1950-е годы одновременно и у нас в стране, и в Соединенных Штатах и продолжает развиваться до сих пор. Что она позволяет? Во-первых, сопоставить, на каком этапе должно приниматься решение. Позволяет воспроизвести всю модель зрительной системы «в железе», сопоставить психологические показатели с теми или иными характеристиками, моделирующими её.
За эти годы оказалось, что первичная фильтрация – это не один канал, а их много. И сейчас я вам расскажу об этом. А результат нашей работы последних лет привёл к тому, что и центр принятия решения тоже не один в мозге. И вот это, на первый взгляд, парадокс, это казус, но именно об этом я сегодня буду вам рассказывать и показывать те предварительные данные, которые позволяют предположить, что как на «входе» зрительной системы существует много параллельных каналов, фильтров, которые определяют разные свойства окружающего мира, точно так же и на «выходе» её существует много центров принятия решения. Вот это такой парадоксальный взгляд, но он объясняет нам, почему принятие решения для нас напоминает некие весы, почему именно весы – символ юриспруденции, где всё время приходится принимать очень ответственные решения. Но решения, конечно, всюду. Нам надо очень ответственное решение принять, когда мы переходим улицу. Повседневно.
