Співвідношення перцепції і семантики

При заміні без проміжку одного стимулу іншим в мозку людини виникає викликаний потенціал, який представляє собою послідовність негативних і позитивних хвиль. При дії невербальних стимулів амплітуда такого викликаного потенціалу прямо пропорційна їх перцептивному відмінності. Чим більше амплітуда викликаного потенціалу, тим більше сприймається відмінність між замінними стимулами. Якщо замінні стимули однакові, то викликаний потенціал відсутній, а відмінність між стимулами не виявляється. Прикладом перцептивного викликаного потенціалу може служити негативний пік з латентністю 87 мс (N87), що виникає при раптової заміни одного колірного стимулу іншим.

При заміні одного вербального стимулу іншим вербальним стимулом викликаний потенціал, виникаючи з латентним періодом 180 мс (N180), ускладнюється і складається з двох накладених один на одного суб: перцептивної і семантичної, поділюваних подальшим аналізом. Прикладом такої суперпозиції перцептивної і власне семантичної компонент може служити викликаний потенціал на заміну одного назви кольору іншим. Перцептивная компонента відображає зміну «оболонки» слова, перш за все різне число букв, що входять в назву кольору. Семантична компонента тим більше, чим більше смислове відмінність колірних назв.

На основі амплітуд викликаних потенціалів на заміну колірних стимулів можна побудувати об`єктивне колірне простір - геометричну модель, в якій відстані між точками-квітами відповідають більш прийнятною колірним відмінностей. Для цього матриця амплітуд компоненти N87 піддається багатовимірного аналізу з метою виділення базисних векторів і розрахунку координат замінних колірних стимулів. Як вже говорилося, багатовимірний аналіз показав, що базис перцептивного колірного простору утворюють чотири типи нейронів - два хроматичних ( «червоно-зелений» і «синьо-жовтий») і два ахроматичних ( «яскравості» і «темнової»). Кожен колірної стимул представлений комбінацією збуджень таких базисних нейронів, що утворюють колірні вектори порушення рівної довжини. Це означає, що все безліч квітів лежить на сферичної поверхні (гіперсфері) в чотиривимірному просторі. Таким чином, кожний колірний стимул представлений вектором, компоненти якого рівні возбуждениям чотирьох базисних нейронів. Багатовимірний аналіз дозволяє отримати координати векторів, що представляють окремі кольору, і розрахувати відстані між кінцями цих векторів, рівні абсолютних величин їх різниць. За цим значенням можна скласти матрицю і зіставити її з вихідною матрицею амплітуд викликаних потенціалів. Збіг цих матриць означає, що обчислення колірних відмінностей в нейронних мережах здійснюється шляхом знаходження абсолютних величин різниць векторів, що представляють замінні кольору.

При заміні одного кольору іншим в фазических нейронах сітківки виникають потенціали дії, кількість яких визначається ступенем зміни збудження в кожному з базисних нейронів. Сумарне порушення фазических нейронів відповідає абсолютній величині різниці векторів збудження, породжуваних змінюють один одного стимулами. Поступаючи в зорову кору, сумарний розряд фазических нейронів призводить до виходу в міжклітинну середу іонів калію, які, впливаючи на гліальні клітини (астроцити), викликають деполяризацію, реєструються в якості негативного піку викликаного потенціалу. Чим більше колірна відмінність, тим більше число потенціалів дії генерують фазіческіе нейрони, тим більше вихід іонів калію і тим вище негативний пік N87 викликаного потенціалу, що визначає колірна відмінність. Виявлення зв`язку амплітуд викликаних потенціалів на зміну стимулів до кількості спайки, що генеруються фазіческой нейронами, відкриває нові можливості діагностичного використання викликаних потенціалів.

Матриці амплітуд семантичних викликаних потенціалів на заміну одного вербального стимулу іншим містять інформацію щодо перцептивної компоненти (відмінності в довжині змінюваних слів) і власне семантичної компоненти (відмінності в смисловому змісті слів). Так, замінюючи колірні назви, можна отримати матрицю амплітуд, що містить дані про відмінності в кількості букв і в смисловому змісті слів. Це досягається застосуванням багатовимірного аналізу. Виявлено, що довжина слова кодується рівними по довжині векторами збудження, що мають дві компоненти, так як слова розміщуються на півкола в порядку збільшення їх довжини. Значення колірних термінів також утворюють двомірне простір, розміщуючись по колу відповідно до позначаються кольорами. Зіставлення колірного кола реальних квітів в перцептивном колірному просторі з розташуванням назв квітів в семантичному колірному просторі виявляє близькезбіг цих просторів. Виникнення семантичного викликаного потенціалу можна пояснити за аналогією з виникненням перцептивних викликаних потенціалів. Але тепер відмінність між колірними термінами обчислюється як різниця слідів колірної пам`яті, активованих при заміні одного слова іншим. Подібність перцептивних і семантичних викликаних потенціалів дає підставу зробити висновок, що нейрони довготривалої колірної пам`яті також активують фазіческіе нейрони, розряди яких і визначають амплітуду семантичного викликаного потенціалу. Чим більше різниця в складі словесно активуються нейронів довготривалої колірної пам`яті, тим більше потенціалів дії генерують фазіческіе нейрони і тим більше амплітуда семантичного викликаного потенціалу. Збіг перцептивних і семантичних траєкторій колірних стимулів пояснюється тим, що сліди довготривалої колірної пам`яті формуються під впливом колірних перцептивних процесів, так що мнестическое колірний простір є реплікою перцептивного.

Щоб пояснити, як «оболонка» слова наповнюється смисловим змістом, доводиться припустити наявність асоціативного процесу між слідами колірної пам`яті і слідами в пам`яті від «оболонки» слова. Ці зв`язки є двосторонніми. При активації сліду колірної пам`яті за схемою «знизу-вгору» включається слід назви кольору. При активації символу, що позначає колір, за схемою «зверху-вниз» включаються відповідні сліди колірної пам`яті. Якщо одна назва кольору замінюється іншим, то на зміну одному комплексу нейронів колірної довготривалої пам`яті приходить інший, приводячи в дію фазіческіе нейрони, що обчислюють відмінність між слідами. Чим більше різниця в складі слідів колірної пам`яті, що включаються колірними символами, тим більше амплітуда семантичного викликаного потенціалу. Якщо два колірних назви активують одні і ті ж сліди колірної пам`яті, то семантична компонента викликаного потенціалу відсутня, хоча перцептивная компонента (відмінність в «оболонці» колірних термінів) зберігається.

Запропонована схема генерації семантичного викликаного потенціалу була піддана експериментальної перевірки. Для цього використовувалися візуально пред`являються трьохбуквені штучні слова (згодна-голосна-приголосна), які змінювали один одного на екрані комп`ютера. Паралельно проводилася реєстрація викликаних потенціалів на заміну одного слова іншим. З амплітуд викликаних потенціалів формувалася матриця, піддана багатовимірного аналізу. Слова були однакової довжини, тому довжина слова не відображалася. Простір цих слів характеризувалося високим рівнем шуму, хоча в ньому можна було виділити внесок представлених в словах голосних. Потім слідувала процедура навчання, в якій різні трьохбуквені слова асоціювалися з різними кольорами. Ефективність навчання перевірялася шляхом пред`явлення реальних кольорів, які слід було називати відповідними штучними колірними назвами. Заключний етап дослідження полягав у вивченні семантичних викликаних потенціалів і побудові на їх основі семантичного колірного простору. Тепер в структурі семантичного простору були виділені дві координати, що визначають положення штучного колірного назви на окружності відповідно до позначається їм кольором. Порівняння з перцептивних колірним простором показало наявність загальних осей: «червоно-зеленої» і «синьо-жовтої». Це дало підставу вважати, що сліди колірної пам`яті впорядковані відповідно до перцептивних колірними характеристиками.

Перцептивні і семантичні викликані потенціали об`єднує загальний принцип їх генерації - зміна одного вектора збудження іншим. Тільки перцептивний потенціал виникає при заміні одного актуального вектора збудження іншим актуальним вектором збудження, а семантичний викликаний потенціал визначається зміною одного вектора слідів пам`яті іншим вектором слідів пам`яті. Вектори слідів пам`яті активуються асоціативними зв`язками вербальних або інших символів з релевантними слідами пам`яті. Спільність механізмів генерації перцептивних і семантичних викликаних потенціалів ілюструє той факт, що при заміні одного символу іншим перцептивний потенціал заміни «оболонки» слова накладається на семантичну компоненту викликаного потенціалу, збігаючись з ним за формою. У той же час багатовимірний аналіз дозволяє розділити перцептивное простір, що представляє «оболонки» замінних слів, і семантичний простір, в якому слова розміщені відповідно до їх значеннями, які визначаються асоційованими з ними слідами пам`яті. Загальною характеристикою перцептивних і семантичних потенціалів є їх форма у вигляді послідовності негативної та позитивної хвиль в певному часовому вікні, відраховується від моменту зміни стимулів. Так, перцептивний колірної негативний пік виникає з латентним періодом 87 мс, а комбінація потенціалів на зміну «оболонок» слів і семантичного змісту має пік з латентністю 180 мс.

Крім семантичного потенціалу на зміну різних за змістом понять, при зміні більш складних семантичних груп виникають пізні семантичні потенціали з латентністю 400 мс (N400). Так, якщо після групи слів, що належать до однієї категорії, слід інша семантична група, то в залежності від їх відмінності виникає N400. Амплітуди N400 визначаються різницею семантичних груп. Якщо замість «семантично контрастним» групи слів слідують слова тієї ж категорії, то N400 не виникають. Можна припустити, що N400 вимірюють відмінності між семантичними категоріями.

Схематично генерацію N400 можна представити таким чином. При повторенні групи семантично близьких слів відбувається сумація пов`язаних з ними слідів пам`яті. При переході до іншої групи семантично різних слів формується інший узагальнений слід пам`яті. Різниця цих слідів і визначає амплітуди пізніх семантичних потенціалів, які є мірою категоріальних відмінностей. Таким чином, в послідовності слів виділяються семантичні групи і встановлюється ступінь відмінності між ними. У механізмі виникнення пізніх семантичних потенціалів імовірно беруть участь також фазіческіе нейрони. Кількість генеруються ними потенціалів дії служить мірою категоріальньного відмінності. Зв`язок числа спайки, що виникають в фазических нейронах, з амплітудою негативного піку семантичного викликаного потенціалу заснована на тих же механізмах, що і механізми перцептивних викликаних потенціалів. Останні включають вихід іонів калію при генерації потенціалів дії і деполяризацію клітин нейроглії. Отже, перцептивний викликаний потенціал при заміні одного стимулу іншим служить мірою сприймається відмінності. Ранній семантичний потенціал визначає семантичне розходження слів. Нарешті, пізній семантичний потенціал є мірою категоріального відмінності.

Виникає питання: як пояснити той факт, що амплітуди перцептивних і семантичних викликаних потенціалів у високому ступені позитивно корелюють з суб`єктивними перцептивних і семантичними відмінностями, представленими вербальними (чисельними) оцінками спостерігача? Для відповіді на це питання згадаємо механізм генерації колірного перцептивного викликаного потенціалу. При заміні одного кольору іншим в фазических нейронах сітківки виникають спайки, частота яких тим більше, чим більше один колір відрізняється від іншого. Цей фазіческой розряд відмінності далі трансформується в мовну реакцію - назва числа. Розглянемо механізм цього перетворення на прикладі кодування інтенсивності світла. В даному випадку працює пара нейронів: «яскравості» і спонтанно активний «темнової». При цьому збудження «яркостного» нейрона віднімається з порушення спонтанно активного «темнового» нейрона таким чином, що сума порушень цих нейронів при всіх значеннях світлового стимулу залишається постійною. За рахунок механізму адаптації довжина вектора, утвореного вкладами «яркостного» і «темнового» нейронів, не змінюється. Вектор, який кодує інтенсивність світла, надходить на безліч селективних детекторів інтенсивності, що володіють різним набором синаптичних ваг. В результаті порушується тільки той детектор інтенсивності, комплект синаптичних ваг якого збігається з вступникам вектором збудження. Окремі детектори в ході навчання асоціюються з окремими командними нейронами мовних реакцій. Таким чином, певна інтенсивність світла включає її релевантну вербальну (чисельну) оцінку.

Такий механізм переходу від сприйняття інтенсивності світла до чисельної його оцінкою аналогічний механізму чисельної оцінки будь-яких перцептивних відмінностей. Фазіческой розряд відмінності віднімається з активності фоновоактівних нейрона, приводячи до появи вектора збудження, що складається з двох компонентів: фазіческой розряду і розряду фоновоактівних нейрона, з якого цей фазіческой розряд віднімається. Виникає в результаті цього вектор збудження постійної довжини адресується до селективним детекторів відмінностей, активуючи один з них. Оскільки кожен детектор величини відмінності пов`язаний зі «своїм» командним нейроном, детектіруемих відмінність вклю- чає відповідні артикуляції. Важливим елементом цієї схеми є нейрони, детектирующие чисельні значення збуджень. Такі детектори, селективні, зокрема, до числа об`єктів в полі зору, виявлені в скроневій корі мавп (Николлс і ін., 2003). Таким чином, амплітуди перцептивних і семантичних потенціалів визначаються спайковую розрядом відмінності, який ініціює виборчу активність командних нейронів. Це в свою чергу призводить до адекватної чисельної оцінки даних відмінностей.

Які функції перцептивного і семантичного потенціалів? Розглянемо три операції: злиття мигтіння, диференційний поріг і сегментацію мови.

Світлові спалахи, що випливають із частотою вище 50 Гц, зливаються в безперервне світлове відчуття. Окрема спалах складається з світлового імпульсу і подальшого темнового проміжку. Зміна світлового імпульсу темновим проміжком викликає сигнал відмінності, що перешкоджає злиттю мигтіння. Зі зменшенням темнового проміжку при зростанні частоти проходження світлових імпульсів сигнал відмінності зменшується і перестає розділяти світлові спалахи, які зливаються в безперервному відчутті.

Диференціальний поріг характеризується величиною відмінності двох змінюють один одного стимулів. Якщо при заміні одного стимулу іншим сигнал відмінності не виникає, то відмінність стимулів виявляється підпороговим. Можна припустити, що диференційний поріг визначається сигналом відмінності, який дорівнює абсолютній величині різниці векторів збудження. Коли ця величина перестає викликати сигнал відмінності, стимули не розрізняються. Це має місце в разі, коли порушення не переходить на інший детектор.

Реакція детекторів визначається внеском предетекторов. Найпростішим випадком є детектор з двома предетекторов, що мають синусно-косинусні характеристики. Такі детектори утворюють двомірне простір у формі кола. Інший набір детекторів з двома іншими предетекторов утворює інше двомірний простір. Обидва набори предетекторов, підсумовуючись на детекторах більш високого рівня, утворюють чотиривимірний простір детекторів, що реагують на складні стимули.

Миттєва заміна одного стимулу іншим викликає реакцію на їх відмінність, що виражається групою спайки і подальшої гальмівний паузою в нейронах-детекторах кори. За частотою спайки цей розряд у високому ступені позитивно корелює з негативним піком раннього викликаного потенціалу. Можна припустити, що нейрональне відповідь на заміну стимулів визначає перцептивную сегментацію, а семантичний сигнал відмінності виконує функцію семантичної сегментації.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!