Вполне вероятно, что в ДВП хранятся не конкретные эталоны и
тем более не детальные признаки многочисленных паттернов, которые нам
приходится опознавать, а своеобразная абстракция паттернов, которая и
служит в качестве прототипа. Паттерн сопоставляется с прототипом и
при наличии сходства происходит его опознание. Применительно к чело-
веку, гипотеза прототипного сравнения более отвечает принципу невроло-
гической экономичности и процессам поиска в памяти, чем гипотеза о
сравнении с эталоном; она позволяет также опознавать "необычные" пат-
терны, которые, тем не менее, как-либо связаны с прототипом. В такой
системе можно, например, сформировать прототип идеализированной бук-
вы "А", относительно которого все остальные "А" будут оцениваться по
принципу сходства. Если расхождение велико (например, если это не "А",
а другая буква), то мы отмечаем отсутствие "совпадения" и отвергаем
предъявленную букву как не "А"; затем можно искать прототип, который
лучше подходит для этой буквы. Свидетельства в пользу прототипного
сравнения - повсюду вокруг нас, и интуитивно эта гипотеза выглядит
весьма достоверной. Мы узнаем машину марки Фольксваген, даже если у
нее другие цвет и форма или она облеплена всякими безделушками, кото-
очнее, биофизиком.- Прим. ред.
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
90






Рис. 3.7. Записи
движений глаз у
испытуемого при
разглядываний
картины (слева
вверху]. Траекто-
рия 1 получена,
когда испытуемый
рассматривал
картину произ-
вольно. Последу-
ющие траектории
получены после
того, как испытуе-
мого просили оце-
нить экономичес-
кую состоятель-
ность изображен-
ных людей траек-
тория 2), их воз-
раст (3J; предпо-
ложить, что они
делали, перед тем
как пришел "посе-
титель (Д), запом-
нить их одежду (5J;
запомнить поло-
жение людей и
объектов в комна-
те (6); и оценить,
как долго "посети-
тель" не видел эту
"семью" f7j. Взято
из: Yarbus I1967J.
Распознавание паттернов
91
рые никак не сходятся с идеализированной моделью в нашей голове. В
этом смысле прототип - это не только абстракция из набора стимулов,
но и "краткий конспект", наилучшая репрезентация данного паттерна6.
Хотя приведенные аргументы говорят в пользу сравнения с прототи-
пом, можно задать вопрос: Необходимо ли точное соответствие между
ЇВ цивилизации, где физическое очарование вознаграждается, прототипами
женственности и мужественности могут стать победительница пышного пред-
ставления "Мисс Америка" и исполнитель главной мужской роли в кассовом
фильме, и тогда оценка нами человека может оказаться связанной с тем,
насколько он соответствует этому идеальному прототипу.


Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
92
образом и прототипам? Может быть эталоны - это некоторое приближе-
ние к образу, нужное, чтобы открыть ячейку памяти? Однако, если бы это
было так, то разве могли бы мы делать тонкие дифференцировки, необхо-
димые для обычного зрительного восприятия? Возьмем, например, сход-
ство деталей в буквах О и Q или В, Р и R. Хотя эти зрительные паттерны
похожи друг на друга, мы редко их путаем. Значит, эталоны не могут быть
"приблизительными" или "размытыми"- иначе мы слишком часто оши-
бались бы при распознавании образов, что очевидно не так.
Таким образом, сравнение с эталоном как принцип распознавания об-
разов полезно для компьютерных программ (чтение кодов на чеках и т.п.),
но в своей жестой форме оно не может адекватно объяснить разнообра-
зие, точность и экономичность распознавания образов человеком. Подво-
дя итог, скажем, что распознавание образов предполагает проведение опе-
раций с памятью. В простейшем случае можно полагать, что при распоз-
навании образа происходит сопоставление сенсорной информации с неко-
торым следом, хранящимся в памяти.
Абстрагирование зрительной информации. Как мы
предположили, на одном уровне зрительного опознания может происходить
сравнение с эталоном, но на другом уровне могут использоваться прототипы.
Предполагается, что прототип - это абстракция набора стимулов,
воплощающая множество сходных форм одного и того же паттерна.
Прототип позволяет нам распознавать образ, даже если он не идентичен
прототипу, а только похож на него. Так, мы распознаем различные
написания буквы "А" не потому, что они точно подходят к некоторой
ячейке памяти, а потому, что члены класса "А" обладают некоторыми
общими чертами.
Экспериментальные исследования, направленные на подтверждение те-
ории прототипов как средства распознавания образов, часто обращались к
вопросу о том, как формируются прототипы и как обеспечивается быстрая
классификация новых паттернов. Этот вопрос не нов; он беспокоил епис-
копа Беркли (Berkeley) еще много лет назад:
"Перед его мысленным, взором все изображения треугольников
обладали весьма конкретными свойствами. Они были или
равносторонними, или равнобедренными, или прямоугольными.
треугольниками, и он напрасно искал мысленный образ
"универсального треугольника". Хотя то, что мы имеем в виду
под треугольником, легко определяется вербально, совсем не ясно,
как выглядит "совершенный" треугольник. Мы видим множество
самых разнообразных треугольников: что же из всего этого
множества мы создаем в своих мыслях как основу для опознания
треугольника?" (Цит по: Calfee, 1975, р.222).
Воображаемая Одиссея Беркли о "совершенном" треугольнике
растянулась на несколько столетий и, наконец, стала предметом
эмпирического исследования в эксперименте, который сам стал для многих
прототипом (Posner, Goldsmith, and Welton, 1967). Эти ученые нашли
прототип треугольника (и других фигур), а затем измеряли время реакции
испытуемых на другие фигуры, в чем-то подобные прототипу. В первой
части эксперимента они разработали серию прототипов (Рис.3.8) путем
Распознавание паттернов
93


Рис. 3.8. Четыре паттерна-прототипа и четыре искаженных паттерна треугольника, использо-
ванные в эксперименте Познеро и др. Адаптировано из: Posner, Goldsmith, and Welton (1967J.
расстановки 9 точек в матрице 30х30 (стандартный лист в клеточку, 20
квадратов на дюйм) так, чтобы получились треугольник, буква или
случайная фигура. Путем сдвига этих точек с их исходных позиций были
получены по четыре искаженных фигуры для каждого оригинала. (На
Рис.3.8 показаны также искаженные треугольные паттерны.) Испытуемым
показывали по одному каждый из четырех искаженных паттернов и просили
классифицировать их по прототипам. После того как испытуемые
классифицировали каждый паттерн (они делали это нажатием
соответствующей кнопки), им сообщали, какой из их выборов был верен;
прототип не предъявлялся.
Из этого первого эксперимента стало очевидно, что испытуемые на-
учались относить искаженные паттерны конкретного прототипа к некото-
рой общей категории, тогда как другие паттерны, полученные из другого
прототипа, были отнесены к другой общей категории. За первоначальной
задачей шла задача на перенос, в которой испытуемых просили рассорти-
ровать ряд паттернов по трем предыдущим категориям. Новые наборы
паттернов состояли из: (Остарых искаженных паттернов, (2)новых иска-
женных паттернов (основанных на тех же исходных прототипах) и (3)са-
мих прототипов. Старые искаженные паттерны были классифицированы
правильно и легко - с точностью около 87%, но что более важно, прото-
типы (которых испытуемые никогда не видели и не классифицировали)
были "правильно" классифицированы примерно с тем же успехом. Новые
искаженные паттерны были классифицированы менее удачно, чем другие
два типа. Поскольку прототипы были столь же точно классифицированы,
как и старые искаженные паттерны, это означало, что испытуемые дей-
ствительно что-то узнали о прототипах,- хотя они видели только их
искаженные изображения.
Отличительной чертой этого эксперимента было то, что прототип или
схема классифицировались правильно примерно с той же частотой, что и
первоначально выученные искаженные паттерны и более часто, чем новые
(контрольные) искаженные паттерны. Познер и др. утверждали, что ин-
формация о прототипах была очень эффективно абстрагирована из со-
храненной информации (основанной на искаженных паттернах). Имело
Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
94
место не только абстрагирование прототипов из искаженных паттернов; в
самом процессе заучивания паттернов содержалось также знание об их
изменчивости. Возможность того, что верная классификация прототипов
основана на их знакомости (треугольник, буквы F и М) для большинства
людей, была исследована в эксперименте Петерсона, Мегера, Чейта и
Джилли (Peterson, Meagher, Chait, and Gillie, 1973). Их результаты пока-
зали, что прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны наибо-
лее значащих конфигураций легче идентифицируются, чем бессмыслен-
ные прототипы и минимально искаженные тестовые паттерны. Однако,
там, где степень искажения была велика, оказалось верным противопо-
ложное, т.е. наиболее значимые прототипы опознавались реже, чем мало-
значащие. Такие результаты не противоречат Познеру, но бросают вызов
идее Беркли о взаимодействии между "универсальным треугольником" и
его искаженным паттерном. Видимо, мы абстрагируем прототипы на осно-
ве сохраненной в памяти информации. Очевидно, хорошо знакомые фор-
мы будут подходить к менее широкому диапазону искаженных форм, чем
формы относительно малознакомые. Поиски епископом Беркли "совер-
шенного треугольника" привели к выводу, что все треугольники равны, но
некоторые равнее!
Наши поиски прототипов и наша способность к их абстрагированию,
даже когда мы не воспринимаем их непосредственно, была хорошо проил-
люстрирована в эксперименте Франкса и Брансфорда (Franks and Bransford,
1971). Они составили серию карточек 5х8, которые содержали пары цвет-
ных геометрических фигур, причем на одной карточке был прототип, а на
остальных - его "преобразования". Прототипом, или "базой", служил
маленький треугольник в большом квадрате слева и маленький ромб в
большом круге справа. Испытуемых просили воспроизвести эту фигуру во
время тренировочной фазы эксперимента, но им не говорили, что позднее
их попросят опознать эту фигуру. Преобразования проводились по прави-
Рис. 3.9. Уверенность испы-
туемого в верности опо-
знания базовой фигуры и ее
преобразований. Адап-
тировано из: Franks and
Bransford (] 971 ].


Распознавание паттернов
95
лам, содержащимся в самом рисунке: большая перестановка включала
смену левой и правой фигур; при малой перестановке менялись внешний
и внутренний элементы и т.д. После того, как испытуемым показывали
только преобразованные фигуры, различающиеся по их расхождению с
прототипом, им давали задачу на опознание; при этом испытуемые сами
оценивали степень своей уверенности в ответе. Задача на опознание вклю-
чала предъявление прототипа (не виденного ранее) и преобразованных
фигур. Результаты (Рис.3.9) показали, что испытуемые опознавали прото-
тип с, большей вероятностью, чем его преобразования (хотя они их уже
видели), и с большей уверенностью. Было также обнаружено, что оценка
уверенности опознания связана со степенью преобразования, с наиболее
часто опознаваемым прототипом, с преобразованиями, включающими одну
перестановку и т.д.
В еще одном примере распознавания, основанном на фигурах из "ре-
альной жизни", Рид (Reed, 1972) конструировал "лица" с малозаметными
отличиями по нескольким признакам, например - по расположению глаз,
длине и положению носа, высоте лба. Каждый признак имел один из трех
вариантов (например, глаза и рот имели три положения относительно кон-
тура "лица", а нос имел три возможных длины). В типичной задаче испы-
туемых просили рассортировать эти схематические лица (Рис.3.10) в пер-
вый или второй из двух рядов лиц (Рис.3.11). Рид обнаружил, что испыту-
Рис. З.П. Два
ряда лиц, к. одно-
му из которых ис-
пытуемый должен
был отнести лица,
показанные на
Рис.3.10. Адапти-
ровано из: Reed,
1972.


Обнаружение и интерпретация сенсорных сигналов
96
емые - студенты из его коллед- жа - абстрагировали прототип из каж-
дого ряда как основу для сравнения с образцами (три лица на Рис.3.10).
Наиболее часто используемая стратегия заключалась в абстрагировании
прототипа и сравнении "расстояния"7 между ними и паттернами. Рид зак-
лючил, что "преимущественная стратегия заключалась в формировании
абстрактного образа или прототипа, представляющего каждую категорию
и классификации тестовых паттернов по принципу их сходства с этими
двумя прототипами" (Reed, 1972, р.401).
Псевдо-память. В эксперименте с формированием прототипа Солсо и
Маккарти (Solso and McCarthy, 198 la), используя процедуру Франкса и
Брансфорда, обнаружили, что испытуемые неверно опознают прототип
как ранее виденную фигуру и делают это с большей уверенностью, чем
при опознании ранее виденных фигур. Это явление называется псевдо-
памятью. Они предположили, что прототип формируется на основе часто
встречающихся признаков. Такие признаки, например индивидуальные для
данной фигуры контуры или части лица человека, хранятся в памяти. Общий
показатель прочности запоминания можно определить по частоте появления
признака: как правило, чаще воспринимаемые признаки имеют больше
шансов сохраниться в памяти, чем редко воспринимаемые. Более того,
возможно, что правила, по которым соотносятся признаки в паттерне, не
так хорошо удерживаются в памяти, как сами признаки. Таким образом,
можно представить, что процесс приобретения знания о паттерне состоит
из двух этапов: получения информации о признаках паттерна и об
отношениях между признаками. Пожалуй, наиболее интригующим в загадке
формирования прототипов является то, что эти два этапа протекают с
разной скоростью в процессе приобретения нами знания о паттерне.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97