Фи-феномен

Классические эксперименты Вертхаймера использовали две световые линии или кривые, которые многократно предъявлялись одна за другой с помощью тахистоскопа^[4]. Если использовались определённые, относительно короткие интервалы между стимулами, а расстояние между стимулами было подходящим, то его испытуемые (которыми были его коллеги Вольфганг Кёлер и Курт Коффка^[5]) сообщали о восприятии чистого «безобъектного» движения^[4].

Однако оказывается, что продемонстрировать фи-феномен стабильно и убедительно довольно сложно. Для облегчения демонстрации явления психологи XXI века разработали более наглядную экспериментальную установку с использованием более чем двух стимулов. В этой демонстрации, называемой «Магни-фи», идентичные диски располагаются по кругу, и в быстрой последовательности один из дисков скрывается по часовой стрелке или против неё. Это облегчает наблюдение того самого тенеподобного движения, которое обнаружил Вертхаймер. Демонстрация Magni-phi устойчива к изменениям параметров, таких как время, размер, интенсивность, количество дисков и расстояние до наблюдателя^[4].

Кроме того, явление может наблюдаться более надёжно даже при двух элементах, если используется отрицательный межстимульный интервал (ISI), то есть если периоды видимости двух элементов слегка перекрываются. В этом случае наблюдатель может воспринимать два объекта как неподвижные и бессознательно предполагать, что повторное появление стимула с одной стороны означает, что объект, ранее показанный в этой позиции, снова появился, а не то, что объект с противоположной стороны переместился на новое место, как это наблюдается при бета-движении. Ключевым фактором для такого восприятия является краткость разрыва стимула с каждой стороны. Это подтверждается наблюдением, что для получения чистого фи-феномена необходимо правильно выбрать два параметра: во-первых, абсолютная длительность разрыва с каждой стороны не должна превышать примерно 150 мс, а во-вторых, длительность разрыва не должна превышать 40% периода стимула.^[1]

Поскольку фи-движение воспринимается зрительной системой человека при предъявлении двух неподвижных и похожих оптических стимулов, расположенных рядом и предъявляемых последовательно с высокой частотой, существует и обратная версия этого движения — обратная фи-иллюзия.^[6] Обратная фи-иллюзия — это разновидность фи-феномена, при которой движение исчезает или растворяется из положительного направления в смещённое отрицательное, так что воспринимаемое движение противоположно фактическому физическому смещению. Обратная фи-иллюзия часто сопровождается чёрно-белыми узорами.

Обратная фи-иллюзия связана с эффектами яркости и возникает, когда изображение с инверсией яркости движется по сетчатке^[6][7]. Это можно объяснить механизмами модели зрительного рецептивного поля, где зрительные стимулы суммируются пространственно (процесс, обратный пространственной дифференциации). Такая пространственная суммация слегка размывает контур и, таким образом, изменяет воспринимаемую яркость. Из этой модели рецептивного поля подтверждены четыре предсказания. Во-первых, фовеальная обратная фи-иллюзия должна исчезать, если смещение превышает ширину фовеальных рецептивных полей. Во-вторых, обратная фи-иллюзия существует на периферии сетчатки при больших смещениях, чем в фовеа, поскольку рецептивные поля на периферии больше. В-третьих, пространственная суммация рецептивных полей может быть увеличена визуальным размытием обратной фи-иллюзии, проецируемой на экран с помощью дефокусирующей линзы. В-четвёртых, величина обратной фи-иллюзии должна увеличиваться с уменьшением смещения между положительным и отрицательным изображениями.

Зрительная система воспринимает фи-феномен между отдельными точками соответствующей яркости в последовательных кадрах, и фи-движение определяется локально, по точкам, на основе яркости, а не глобально^[7].

• Клетки-детекторы движения T4 и T5 необходимы и достаточны для обратного фи-поведения, и других путей для генерации поворота при обратном фи-движении не существует.
• Тангенциальные клетки показывают частичный вольтажный ответ при стимуляции обратным фи-движением.
• Модель детектора Хассенштейна—Рейхардта.
• В дендритах T4 наблюдаются значительные ответы на обратное фи-движение, а в дендритах T5 — незначительные.

Фи-феномен долгое время путали с бета-движением; однако основатель гештальтпсихологии Макс Вертхаймер различал их ещё в 1912 году. Хотя фи-феномен и бета-движение можно рассматривать в одной категории в широком смысле, на самом деле они существенно различаются.

Во-первых, различие проявляется на нейроанатомическом уровне. Визуальная информация обрабатывается по двум путям: один отвечает за положение и движение, другой — за форму и цвет. Если объект движется или меняет положение, вероятно, будут возбуждены оба пути, что приведёт к восприятию бета-движения. Если же объект меняет положение слишком быстро, это может привести к восприятию чистого движения, такого как фи-феномен.

Во-вторых, фи-феномен и бета-движение различаются и по восприятию. Для фи-феномена два стимула A и B предъявляются последовательно, и воспринимается некое движение, проходящее над A и B; для бета-движения, также при последовательном предъявлении A и B, воспринимается объект, действительно перемещающийся из положения A в положение B.

Различие также проявляется на когнитивном уровне, в том, как наша зрительная система интерпретирует движение, исходя из предположения, что зрительная система решает обратную задачу перцептивной интерпретации. Для соседних стимулов, создаваемых объектом, зрительная система должна сделать вывод об объекте, поскольку соседние стимулы не дают полной картины реальности. Существует несколько способов интерпретации, поэтому зрительная система должна наложить ограничения на множество интерпретаций, чтобы получить единственную и достоверную. Принципы, используемые зрительной системой для наложения ограничений, часто связаны с простотой и вероятностью^[8].

Модель детектора Хассенштейна—Рейхардта считается первой математической моделью, предложившей, что наша зрительная система оценивает движение, обнаруживая временную кросс-корреляцию световых интенсивностей от двух соседних точек, то есть теоретическую нейронную схему отслеживания движения. Эта модель может объяснить и предсказать фи-феномен и его обратную версию^[9][10]. Эта модель включает две локации и два зрительных входа: если на одной локации обнаруживается вход, сигнал передаётся на другую локацию. Два зрительных входа асимметрично фильтруются по времени, затем контраст на одной локации умножается на задержанный по времени контраст с другой локации. В итоге результат умножения вычитается для получения выхода.

Таким образом, два положительных или два отрицательных сигнала дадут положительный выход; если же входы — один положительный и один отрицательный, выход будет отрицательным. Это соответствует правилу умножения в математике.

Для фи-феномена детектор движения будет реагировать на изменение световой интенсивности в одной точке сетчатки, после чего зрительная система вычисляет корреляцию этого изменения с изменением интенсивности света в соседней точке сетчатки с небольшой задержкой^[11].

Модель Рейхардта^[10] — более сложная форма простейшей модели детектора Хассенштейна—Рейхардта, которая считается попарной моделью с общей квадратичной нелинейностью. Поскольку метод Фурье считается линейным, модель Рейхардта вводит мультипликативную нелинейность при объединении зрительных реакций на изменения яркости в разных точках^[12]. В этой модели один вход от фоторецептора задерживается фильтром для сравнения с умножением на другой вход с соседней локации. Вход фильтруется дважды зеркально-симметрично: один раз до умножения и один раз после, что даёт оценку движения второго порядка^[10][13]. Обобщённая модель Рейхардта допускает произвольные фильтры до мультипликативной нелинейности, а также фильтры после неё^[10]. Фи-феномен часто рассматривается как движение первого порядка, но обратная фи-иллюзия может быть как первого, так и второго порядка согласно этой модели.^[14]