Нейрофізіологічні механізми прийняття рішень при розпізнаванні патернів невербальної комунікації

Мета роботи - вивчити механізми розпізнавання образів і механізми прийняття рішень при сприйнятті патернів невербальної комунікації на межі дозволу в фовеолярном зорі. Патерни невербальної комунікації є особливим класом тестових зображень. Їх смисловий зміст в різній мірі містять інваріантну просторову конфігурацію і варіації інформативних ознак цієї конфігурації містять емоційний компонент. В основі роботи теорія статистичних рішень і модель зорової системи на основі узгодженої фільтрації. Для вирішення поставлених завдань нами створено апаратно-програмний комплекс, що забезпечує поєднання електрофізіологічних, психофізичних вимірювань, фМРТ, трактографію і АМРТ і методу математичного моделювання і цифрову обробку зображень. Енцефалограф "Міцар" (СПб) з`єднаний з установками для контролю рухів очей фірми SMI Berlin, Germany і фірми Jan Ober, Poznan, Poland і пультом відповідей випробуваного.

У даній роботі задача зведена до опису локалізації механізмів прийняття рішень про інваріантному описі образу і варіативних ознаках патернів невербальної комунікації при сприйнятті їх на межі дозволу. Дослідження механізмів розпізнавання на межі дозволу є традиційним для нас прийомом, який дозволяє мінімізувати число значень контрасту і число відліків в зоровій системі на одне зображення. Такий прийом дозволяє апелювати вибірково до фовеолярному зору (функціонально до першого шару пірамідальної обробки зображень в зоровому аналізаторі). Активація інших верств практично мінімальна, так як тільки фовеальній шар піраміди забезпечує максимальний дозвіл. В результаті руху очей мінімізовані. Центральна частина фовеоли в діаметрі до 0,5 кут. град, найдрібніший шар пірамідальної обробки інформації, це механізм призначений для сприйняття форми об`єкта (Campbell, Shelepin, 1989).

Для опису паттернів невербальної комунікації методами цифрової обробки зображень ми застосували вейвлетного аналіз. Для вейвлетного перетворень можна знайти фізіологічні аналогії у вигляді алгоритмів роботи "коркових модулів" систем рецептивних полів нейронів зорової кори (Glezer, 1995). На основі вейвлетного перетворень нами створено метод пред`явлення стимулів за фрагментами. Вікно для виведення фрагмента відповідає елементу розкладання в вейвлетного описі.

У наших дослідженнях моделювання обробки інформації в зоровій системі є ключовим фактором. Відповідно до моделі зорової системи вхідний сигнал, що пред`являються зображення, зазнає ряд перетворень. Спочатку відбувається первинна фільтрація. Потім відбувається узгоджена фільтрація, т. Е. Порівняння даного зображення з вченням "динамічним шаблоном", що зберігається в пам`яті. Кінцевий етап обробки сигналу - прийняття рішень.

Дослідження механізмів забезпечують цей етап і становить мета нашої роботи. Прийняття рішень - найважливіший етап обробки інформації залежить від багатьох умов проведення вимірювань, від контексту, від інструкції і т. Д. Це вирішальний етап в організації поведінки людини. Просторово-часова локалізація механізмів, що визначають розрізнення обраних нами стимулів в головному мозку людини, вивчена за допомогою методу викликаних потенціалів і зміни локального кровотоку методом функціональної магнітно-резонансної томографії (фМРТ) в процесі психофізичних вимірювань реакцій випробуваного на запропоновані стимули. Метод фМРТ забезпечує високу просторову роздільну і відносно низьке тимчасовий дозвіл. На відміну від фМРТ, когнітивні (що вимагають відповідної реакції) викликані потенціали дають мале просторове дозвіл, але дозволяють забезпечити високу тимчасовий дозвіл. Дослідження часових характеристик діяльності різних відділів мозку проведено за допомогою реєстрації поточної ЕЕГ в момент прийняття рішення про зображення в різних частотних діапазонах, включаючи гамма діапазон. Для уточнення процесів, що відбуваються до, під час і після прийняття рішення про відповідь застосований частотно-часовий аналіз електроенцефалограми.

Цей метод обробки поточної ЕЕГ дозволяє за допомогою вейвлетних перетворень з високою точністю оцінити активацію різних ритмів головного мозку в певні моменти часу після пред`явлення стимулу. Метод незалежних компонент дозволив лінійно розділити вихідну ЕЕГ на кілька максимально незалежних складових, кожна з яких має різне, фіксований розподіл по скальпу і свого часу активації після кожного пред`явлення стимулу.

Таким чином, відфільтровані з вихідної ЕЕГ ритми, не пов`язані зі стимулом, і виділені "чисті" відповіді зорової кори з "шуму". Спостерігачеві на межі дозволу одночасно були пред`явлені пари зображень облич різних людей, але з одним емоційним виразом обличчя і пари осіб одного і того ж людини, але з різним виразом обличчя. Випробуваний повинен був прийняти рішення про відмінність зображень на прикладі відмінностей в їх формі (особи різних людей) і встановити відмінності емоційних характеристик (прояв різних емоцій у одного і того ж людини). Дослідження проведені методом "примусового" вибору. Одночасно проведено функціональне картування мозку методом фМРТ. Ці дослідження дозволили локалізувати ділянки фронтальної кори, які беруть участь в прийнятті рішень про інваріантних особливості форми обличчя і прийняття рішень про варіації при різних емоційних висловах осіб.

У другій серії досліджень спостерігачеві були пред`явлені ці ж зображення, але після вейвлетного фільтрації. Просторово-частотний спектр тестових зображень пов`язаний з кількістю переданої інформації. Тому цей прийом побічно дозволив визначити інформаційну пропускну здатність фовеолярного зору. У третій серії досліджень спостерігачеві були представлені неповні зображення особи і рук людини після вейвлетного фільтрації при частковому пред`явленні. Методом меж виміряні пороги розпізнавання неповних патернів невербальної комунікації. За допомогою методу фМРТ, що забезпечує просторове картування мозку, встановлена локалізація механізму прийняття рішень про форму і про емоційно значущих ознаках патернів невербальної комунікації. Були локалізовані ділянки фронтальної кори, які беруть участь в прийнятті рішень про інваріантних властивостях образу і прийняття рішень про варіації образу.

За даними аналізу ЕЕГ і когнітивних викликаних потенціалів встановили розгортання в часі процесів прийняття рішень про інваріантних властивостях образу і прийняття рішень про варіації образу. На закінчення зазначимо, що найважливіший результат, локалізація областей у фронтальній корі головного мозку, котрі приймають рішення про форму та про емоційні варіаціях форми продемонстрував множинну локалізацію областей фронтальної кори приймають участь в прийнятті рішень. Можна стверджувати, що різні завдання викликають активацію різного паттерна активності різних областей фронтальної кори.

Нам вперше вдалося показати, що у фронтальній корі існують множинні області, які беруть участь в ухваленнях рішень про різні властивості об`єкта, що спостерігається. Ми застосували новий метод - трактографію провідних шляхів в головному мозку людини. Попередні дані дозволяють встановити, які ділянки фронтальної кори, які приймають рішення за даними фМРТ пов`язані (за даними трактографіі виконаної за допомогою спеціальної анатомічної МРТ) з областями V1, V2, V3, V4, V5 потиличної кори здійснюють за даними фМРТ первинну обробку зображень.

Таким чином, ми знаємо не тільки, де відбувається в мозку прийняття рішень про спосіб, але і які області мозку посилають туди інформацію після попередньої обробки. Створена нами модель обробки інформації в зоровій системі виявилася не тільки корисною для вирішення прикладних завдань, а й корисною для простеження всіх етапів опису сигналу в "зоровому" мозку. Показано, що конструкція "зорового" мозку така, що його робота спрямована на пошук і аналіз знаків. Мозок здійснює опис, як простих знаків - слідів, так і складних знаків - символів і понять. Одні нейронні мережі здійснюють аналіз об`єктів і сцен, відносини між знаками і системами знаків, інші нейронні мережі - значення знаків і їх систем в конкретній ситуації. Особливий інтерес представляє ефективність використання одержуваної спостерігачем інформації, аналіз відносин між знаками і обліку цінності знаків для людини-спостерігача в певних умовах.

Таким чином, локалізована механізм прийняття рішень про просторових елементах, що забезпечують інваріантне сприйняття форми патернів невербальної комунікації і варіації патернів зміною в них емоційно значущих ознак.

Шелепін Ю. Є., Фокін В. А., Защірінская О. В., Хараузов А.К., Пронін С.В.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!