Мозг и сознание

Технологии, внимательные к вниманию человека,

Как восприятие и зрительная память влияют на взаимодействие человека и современных технических  устройств? Как люди, опираясь на ограниченные ресурсы своего внимания, воспринимают и познают бесконечно сложный  и постоянно меняющийся окружающий мир? Эти несомненно очевидные и невероятные вопросы были подняты в беседе профессора Сергея Петровича Капицы с доктором психологических наук, профессором Борисом Митрофановичем Величковским, возглавляющим Институт психологии Дрезденского университета, экспертом Комиссии Европейского Союза в области новых и зарождающихся наук и технологий (NEST -New and Emerging Sciences and Technologies).

Зрительная  память, узнавание и интерфейс 

Компьютерная  революция последних 15 лет, сделавшая возможным массовое использование информационных технологий, была обусловлена открытиями в области когнитивной психологии конца 70-х - начала 80-х гг. XX в. Тогда в ходе лабораторных исследований зрительной памяти человека было экспериментально установлено, что, в отличие от памяти на последовательности слов и цепочки абстрактных символов, зрительная память практически ничем не ограничена. Наглядным примером стал один из первых экспериментов, проведенный в 1977 г. на факультете психологии МГУ. Испытуемым, которые сразу после предъявления им последовательности из 7-8 цифр с трудом

могли ее воспроизвести, демонстрировали  несколько тысяч цветных видовых  слайдов, а неделю или месяц спустя они успешно узнавали свыше 90% этих изображений.

Эффект  феноменально точного узнавания изображений лег в основу совершенно новых принципов взаимодействия человека и технических устройств. Сегодня трудно поверить, что лет 25 назад вычислительными приборами пользовались только специалисты, вводившие в компьютер соответствующие слова-команды в машинном коде. В наши дни работу на компьютере легко осваивают в игровом варианте даже маленькие дети. Однако сейчас мы все чаще сталкиваемся с ситуациями, когда привычные пользовательские графические интерфейсы оказываются недостаточными для оптимального взаимодействия человека и технических систем. Так, тенденция к уменьшению размеров различных устройств приводит к тому, что на их экранах становится крайне трудно разместить графическую информацию. Существуют критические размеры для таких экранов, скажем, 5-10 см, что слишком мало для отображения даже редуцированного графического интерфейса, а значит, и работы в Интернете или использования современного текстового редактора.

Кроме того, человеко-машинные интерфейсы пока еще совершенно аутистичны - они не учитывают знаний, ситуативных намерений и состояний человека, функционируя по однажды

заложенной  в них жесткой программе. Соответственно, негибкими оказываются и формы  взаимодействия человека с автоматическими  системами. Следствием подобного отсутствия взаимопонимания становятся подчас трагические события. Так, пару лет назад в аэропорту Варшавы при заходе на посадку потерпел аварию немецкий пассажирский самолет. Причиной катастрофы стала, в частности, различная интерпретация пилотом и бортовым компьютером понятия «посадка»: поскольку самолет садился при сильном боковом ветре, пилот несколько накренил машину в сторону ветра, прикоснувшись к посадочной полосе левой группой колес. Когда он затем попытался погасить скорость, бортовой компьютер заявил: «Операция невозможна - мы находимся в воздухе». В дальнейшем расследование показало, что бортовая автоматическая система управления полетом (Flight Management System) интерпретировала посадку иначе, чем когнитивная система пилота, а именно как одновременное касание поверхности земли левой и правой группой колес!

Координация ресурсов внимания

Лет 10 назад  исследователи приступили к поиску альтернативы графическому взаимодействию человека и компьютера, основанной на более глубоком изучении принципов коммуникации и процессов внимания. Как известно, одним из основных условий развития речи и становления интеллекта у ребенка служит его взаимодействие с матерью, необходимое прежде всего для координации ресурсов внимания, овладения и управления им. Все формы практического взаимодействия людей имеют первоначально невербальную основу и связаны с восприятием ситуации «здесь и сейчас». Например, типичный диалог механиков, ремонтирующих автомобиль, не только далек от норм литературного языка, но и постоянно нарушает правила элементарной грамматики. В нем повторяются профессиональные жаргонизмы, он изобилует междометиями и словами-паразитами, в предложениях, которые может начинать один человек, а продолжать другой, часто отсутствуют подлежащее или сказуемое и т.д. Однако все это не мешает взаимопониманию, т.к. в основе совместной работы лежит координация ресурсов внимания. Она вырабатывается еще в первые месяцы жизни человека и основана прежде всего на учете направления взгляда партнера. Еще более сложная задача - совместная работа на расстоянии. Допустим, тем же механикам - эксперту и новичку - предстоит отремонтировать авиационный двигатель, но они находятся в разных городах.

Ясно, что  одних только телефонных переговоров  для успешного решения этой задачи будет недостаточно, поскольку требуется не только передать вербальную информацию, но и указать, какой предметный референт имеется в виду в данный момент. Для этого необходимо, во-первых, создать некое единое пространство (например, при помощи Интернета), т.е. дать возможность механикам видеть одну и ту же рабочую обстановку, правда, в одном случае она будет реальной, а в другом виртуальной. Вторым важнейшим условием является поддержание состояния совместного внимания, которое может достигаться высвечиванием локуса внимания каждого из партнеров в рабочем пространстве. Иными словами, системы взаимодействия между человеком и техническими средствами должны научиться распознавать и учитывать психофизиологические характеристики человека, формы его внимания и направленность интересов на данном отрезке времени. Когда эти элементы игнорируется, даже новейшие достижения современной технической мысли оказываются бессильными. Примером могут служить видеоконференции,

используемые  транснациональными корпорациями для  проведения оперативных совещаний сотрудников, работающих в разных частях света. Характерная для графических интерфейсов технология «окон» не дает возможности отслеживать социальную динамику общения, кроме того, «говорящие головы» практически не могут взаимодействовать.  

Эволюционные  формы и уровни внимания

Что же такое внимание с точки зрения когнитивных исследований? В классической психологии внимание определяется как  состояние моноидеизма сознания, когда некая идея полностью овладевает человеком и определяет его действия. Кроме координации ресурсов внимания существуют другие способы управления вниманием, основанные на привлечении или захвате внимания, позволяющем манипулировать человеком. Такими приемами пользуются фокусники, специалисты по рекламе, продавцы и... мелкие жулики. Для этого в процесс взаимодействия вводится какой-либо движущийся объект (так действуют наперсточники) или человек вовлекается в процесс коммуникации (всевозможные уличные лотереи). Внимание может привлекаться внешними раздражителями, что говорит о наличии в человеческом сознании механизмов, автоматически реагирующих на движение, перепады света и тени, смену цветов и звуков. Интенсивное внимание может, однако, иметь и совершенно иные проявления, например, когда мы перестаем замечать окружающее, погрузившись в решение важной научной или житейской проблемы.

На разных этапах эволюционного развития превалировал тот или иной тип внимания. Наиболее примитивной формой считается амбьентное (пространственное) внимание, которое, как известно из палеоневрологии, впервые возникло у древнейших рептилий, динозавров, и связано с локализацией объектов в пространстве. Оно работает в динамических условиях: чем больше движущихся объектов, тем больше вероятность того, что будет доминировать именно эта форма внимания. Соответствующие механизмы с близкими функциями сохранились и у Homo sapiens sapiens. Возьмем, к примеру, спорт. При игре в теннис игрок мгновенно реагирует на мяч, движущийся со скоростью порядка 200 км/ч (т.е. около 60 м/сек.), причем делается это именно благодаря возможностям связанного с глобальной пространственной ориентацией и локализацией объектов амбьентного внимания. Однако, действуя автоматически, теннисист вряд ли сможет что-нибудь сказать о характеристиках мяча, т.к. он не идентифицируется, а воспринимается как нечто движущееся. В этом и заключается секрет столь быстрой реакции, которая сопоставима со скоростью реакции насекомых. Напрашивается вывод, что в организме человека есть потенциал восприятия, заложенный еще на заре эволюции.

На более поздних этапах развития возникло так называемое фокальное (предметное) внимание, связанное с идентификацией отдельных предметов, что предполагает использование памяти и постепенно вовлекает более сложные формы социального познания. В конечном счете происходит формирование высшей формы внимания, чувствительной к вниманию другого человека (нечто подобное наблюдается у наших ближайших филогенетических «родственников» шимпанзе подвида Pan Paniscus). Основное значение при этом имеет направление линии взгляда. Не случайно в кинематографе, например, есть такой прием: для того чтобы дать зрителю возможность выделить человека из толпы, все актеры должны смотреть мимо камеры, а герой - прямо в нее. И тогда наше внимание автоматически выделяет его среди множества статистов. Нечувствительность к вниманию другого и неспособность к столь естественному и очень важному для общения контакту «глава в глаза», кстати, является одним из клиниче 
 

расстройство  социального интеллекта получило широкую  известность после фильма Дастина Хоффмана «Человек дождя»).

Следует подчеркнуть, что за каждую форму  внимания отвечает своя группа мозговых механизмов. Так, амбьентное внимание связано с подкорковыми структурами  и заднетеменной частью коры, а  фокальное - с ее нижневисочными и  лобными областями (рис. 1). Современные нейропсихологические исследования показывают, что в височных долях мозга находятся нейроны, воспринимающие направление взгляда другого человека. Это проявляется уже в конце первого месяца жизни, когда младенца начинают привлекать в лицах окружающих прежде всего глаза. При этом для ребенка поначалу не имеет значения, сколько глаз у находящегося рядом существа и как они расположены - это доказали эксперименты, проводившиеся

с муляжами деформированных лиц. Таким образом, глаза являются как бы , безусловным врожденным раздражителем, который в первую очередь выделяется и идентифицируется филогенетически новой подсистемой нашего фокального внимания.

Однако  локализация объектов происходит значительно  быстрее, чем их идентификация, т.е. амбьентное внимание функционирует значительно быстрее, чем фокальное. Так, если для того, чтобы локализовать движущийся объект, мозгу требуется менее 1/10 сек, то для простейшей идентификации и семантической классификации необходимо минимум 1/4 секунды. Различить фазы амбьентной и фокальной обработки информации можно на основании объективных признаков в характеристиках движений глаз. Это, в частности, позволило современной психологии с помощью приборов наглядно показать, как конкретный

ских  симптомов аутизма (это тяжелое человек воспринимает увиденное. Дело в том, что одно и то же изображение может восприниматься десятками различных способов, что создает ряд диагностических проблем в медицине. Кроме того, учет параметров движений глаз, характерных для амбьентной и фокальной обработки информации, важен для повышения безопасности транспорта.

Скрытый «фактор-убийца» 

Было  бы ошибкой считать, что наличие  двух механизмов, определяющих различные  формы внимания, представляет лишь академический интерес. С этим связаны чрезвычайно важные явления, от которых в буквальном смысле зависит жизнь и смерть сотен тысяч людей. Так, на дорогах развитых государств ежегодно гибнет столько же людей, сколько в самых кровопролитных войнах. Очень важную роль при этом играет уровень освещенности: в сумерках жертв автокатастроф в четыре раза больше, чем при дневном свете. Однако ни одними правилами дорожного движения не предписывается сбрасывать скорость при снижении уровня освещенности.

Дело  в том, что снижение уровня освещенности, стремительно ухудшая работу фокальной системы, практически не сказывается на возможностях амбьентного зрения. Поскольку именно последнее отвечает за сенсорномоторную координацию и ориентацию в пространстве, у человека совершенно не возникает ощущения, что в сумерках функциональные возможности управления автомобилем снижаются. Однако идентификация объектов при этом резко затрудняется, не случайно свыше 25% водителей, совершивших в сумерках наезд на пешехода, утверждают, что на дороге вообще никого не было. Несколько меньшую роль в подобных ситуациях играют два других фактора: утомление водителя и лучшая адаптация к освещению пешехода по сравнению с водителем. Итак, существование двух форм внимания и зрительной обработки информации оказывается, как отметил еще в 80-х годах прошлого века известный американский исследователь зрительного восприятия Гершель Лейбовиц, настоящим «фактором-убийцей», и задача состоит в объективном и оперативном отслеживании переходов от фокального к амбьентному восприятию ситуации и обратно. Осуществить это можно либо анализируя работу мозга, либо регистрируя движения глаз - например, признаком амбьентного внимания являются высокоамплитудные саккады зрачка (исключительно быстрые баллистические скачки), сопровождаемые относительно непродолжительными зрительными фиксациями. Второе решение, значительно более технологичное, может быть реализовано уже сегодня и находит целый ряд самых неожиданных применений.