СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПЕРВОГО СКАЧКА ГЛАЗ ЧЕЛОВЕКА НА ОБЛАСТЬ ЗРИТЕЛЬНОГО ИНТЕРЕСА НА ИЗОБРАЖЕНИИ
METHOD OF DETERMINING LOCATION OF FIRST JUMP OF HUMAN EYES ONTO AREA OF VISUAL INTEREST ON IMAGE

Изобретение относится к области медицины, в частности неврологии, психологии, психиатрии, офтальмологии, а также к другим областям, где необходимо выявить область главного зрительного интереса на кратковременно предъявляемом изображении, а именно ту зону, куда на бессознательном уровне непроизвольно происходит первый скачок глаз. В неврологии при обследовании больных с поражениями мозга успешно используются тесты на предъявление изображения предметов на короткое время. Так, известно, что при показе изображений знакомых предметов или лиц больным со зрительной агнозией на очень короткое (300 миллисекунд) время удается приблизительно локализовать область нарушения зрительного узнавания (Кок Е.П. Зрительные агнозии. М.: Наука, 1967, 224 с.). Однако такие методики кратковременного предъявления изображения не позволяют определить, куда направлен первый скачок глаз человека после экспозиции исходного изображения.
Предлагаемый способ опирается на методику кратковременного предъявления тестового изображения, но позволяет определить местоположение первого скачка глаз человека на изображении.
Способ основан на закономерностях физиологии зрения человека, особенностях строения сетчатки глаз и законах движения взгляда по изображению, простой в выполнении и не требует специальной регистрирующей аппаратуры. Когда человек бросает взгляд на новое изображение в виде картины или фотографии, он начинает просматривать изображение с помощью особых движений глаз - скачков, которые обеспечивают перевод проекции зоны зрительного интереса в область сетчатки с максимально плотной упаковкой фоторецепторов (колбочек) -область «центральной ямки». Именно в этой зоне острота зрения человека максимальна. Нормальной остротой считается такая острота зрения, когда человек может различить и прочитать отдельные буквы высотой 5 угловых минут или различает разрывы линий размером 1 угловая минута (эта величина соответствует величине разрыва в 0,17 мм, замечаемой человеком с расстояния 57 см). При смещении по сетчатке в сторону от этой области острота зрения резко ухудшается. (О. Грюссер. Зрение. Гл 11. Физиология человека, т.1, М.: Мир, 1996, 235-276). Важно отметить, что за время первого скачка глаз сознание наблюдателя еще не успевает включиться, чтобы целенаправленно осуществить движение глаз в новые точки изображения. (Д. Нотон и Л. Старк. Движения глаз и зрительное восприятие. В кн. Восприятие. Механизмы и модели. Изд-во Мир, Москва, 1974, с.226-240).
Существуют сложные электронные устройства для регистрации движений глаз человека при рассматривании им неподвижного изображения. Принцип работы этих устройств основан на регистрации отражения пучка инфракрасного излучения от склеры глаза, либо на автоматическом отслеживании смещения зрачка при движениях глаз (Д. Нотон и Л. Старк, там же). Точность регистрации положения глаз, обеспечиваемая этими устройствами, и их чувствительность очень высоки. Однако, как и всякая высокочувствительная аппаратура, эти системы имеют серьезный недостаток - они дают возникновение «артефактов», т.е. ложных точек фиксации. Например, сама неоднородность склеры глаза приводит к разбросу отраженного пучка излучения и к возникновению «визуального шума» в виде подобных «ложных» точек фиксации глаз. Это снижает надежность работы таких устройств. Особенно трудно определить с помощью таких устройств ту зону «интереса» на изображении, которая автоматически (непроизвольно) в первую очередь привлекает внимание человека, поскольку первый скачок глаз обычно происходит уже спустя 200-250 миллисекунд (мсек) после попадания нового изображения на сетчатку глаза человека (см. Ярбус А.Л. «Роль движений глаз в процессе зрения». М. 1965, 166 с.). Указанные системы предназначены для длительной записи движения глаз и не имеют специальных средств, чтобы зарегистрировать только первый скачок.
Известен «Способ психологического тестирования человека» (Патент №2216272 от 05.08.2002), в котором создают базу данных семантических стимулов, включающую зрительные и звуковые образы. Предъявляют их в неосознаваемом режиме с адаптивно изменяемым временем экспозиции. На стимул накладывают маску, которая представляет собой регулярное и иррегулярное изображение с изменением поля по контрасту, яркости и цвету. Регистрируют сенсомоторную реакцию на предъявляемый стимул и осуществляют обработку полученных результатов. Способ позволяет повысить эффективность выявления неосознаваемой информации. В данном способе не предъявляли изображения и не ставили задачу определения местоположения первого скачка глаз человека на область зрительного интереса на изображении.
Известна тахистоскопическая методика кратковременного предъявления изображения. Такую методику начали использовать примерно 100 лет назад психологи-гештальтисты, а потом и клиницисты. (Кок Е.П. Зрительные агнозии. М. Наука, 1967, 224 с). Суть методики состояла в том, что на экран с помощью двух проекторов с фотозатворами предъявляли сначала исходную точку фиксации (например, крестик) для привлечения внимания наблюдателя и создания одинаковых начальных условий в процессе всего эксперимента, а потом первый проектор отключали и включали второй с тестовым изображением. Время экспозиции тестового изображения регулировали с помощью фотозатвора. Как выяснили гештальт-психологи, экспозиции в 200 мсек было достаточно, чтобы здоровый человек без нарушений зрительного восприятия мог опознать изображение любого одиночного предмета. Однако данный способ усложнен наличием двух проекторов с фотозатворами, наличием экрана, на который проецируют изображение, а главное - он не позволяет определить, какая область изображения является наиболее интересной для данного человека и куда, соответственно, будет направлен первый скачок глаз. Данный источник информации принят нами за ближайший аналог.
В заявке предложен простой способ определения местоположения первого скачка глаз человека на изображении. Т.е. той области, куда бессознательно направляется внимание в первые 200-300 мсек. и в которой располагается наиболее интересный для испытуемого фрагмент изображения.
Технический результат заявляемого способа определения местоположения первого скачка глаз на область зрительного интереса на изображении заключается в высокой надежности и точности определения местоположения зоны зрительного интереса при простоте его исполнения.
Технический результат достигается тем, что после стандартизации начальных условий проведения испытания испытуемому предъявляют на экране монитора на время 300-500 мсек тестируемое изображение, на котором испытуемый неосознанно выделяет зону интереса, и сразу после него - постэкспозиционную матрицу, повторяющую в точности форму и размер тестируемого изображения и разбитую на 9 одинаковых прямоугольных секторов, каждый из которых имеет определенный цвет и цифру от 1 до 9. Размер каждой цифры составляет 6-8 угловых секунд, так что испытуемый может видеть только одну цифру. Испытуемый называет цифру и соответствующий цвет сектора постэкспозиционной матрицы, по которым определяют местоположение первого скачка глаз на область зрительного интереса на изображении.
Способ осуществляется следующим образом.
Испытуемому на экране монитора предъявляют изображение «крестика» в центре экрана и просят зафиксировать на нем свое внимание в течение 2 сек. для стандартизации начальных условий проведения испытания. Затем предъявляют тестовое изображение в интервале 300-500 мсек. в зависимости от возраста и состояния испытуемого. Если испытуемый при показе тестового изображения в течение 300 мсек не успевает рассмотреть изображение или неправильно определяет характер изображения (например, не видит, что это пейзаж, интерьер, сцена с людьми), то время экспозиции увеличивается до 400 или 500 мсек. Замедленное восприятие наблюдается у детей младшего школьного возраста, у пожилых людей и у некоторых неврологических больных. Выбирают минимальное время экспозиции, при котором испытуемый успевает увидеть (но не распознать) изображение. Обычно это 300 мсек. Сразу после изображения на том же месте экрана и с теми же размерами предъявляют постэкспозиционную матрицу. Эта матрица повторяет в точности форму и размер исходного изображения, т.е. обычно это квадрат или прямоугольник. Матрица разбита на 9 одинаковых прямоугольных секторов, каждый из которых имеет свой цвет и цифру от 1 до 9. Они расположены по порядку в направлении слева направо и сверху вниз, то есть от 1 в левом верхнем углу до 9 в правом нижнем углу. Задача испытуемого - назвать ту цифру, которую он видел и соответствующий цвет сектора, в котором она была видна. Зная эти данные, можно с достаточной точностью определить положение первого «фокуса» внимания испытуемого. Действительно, за время экспозиции тестового изображения мозг испытуемого успевает запрограммировать только один скачок глаз на наиболее информативное место изображения (время программирования, как указано выше, 200-250 мсек, а время скачка - 50-80 мсек). После скачка глаза останавливаются и производят фиксацию длительностью не менее 200 мсек. Таким образом, следующий скачок глаз может быть произведен не ранее, чем через 450-530 мсек. Это гарантирует, что по отчету испытуемого можно с достаточной точностью определить местоположения первого скачка глаз на область зрительного интереса на изображении и тем самым определить наиболее значимую для данного испытуемого зону интереса на изображении.
Методика определения местоположения первого скачка глаз на область зрительного интереса на изображении состоит в следующем:
1. В центре экрана монитора экспонируют на 2 сек. точку фиксации в виде крестика для стандартизации начальных условий наблюдения. Испытуемый должен зафиксировать на нем свое зрительное внимание.
2. Крестик исчезает и на экране появляется неподвижное тестируемое изображение с экспозицией в интервале 300-500 мсек. Испытуемому подбирают время экспозиции, предъявляя на экране монитора изображение первоначально на 300 мсек. Если за это время испытуемый успевает увидеть изображение, то это время фиксируют для дальнейшего использования. Если испытуемый не видит изображение, время экспозиции увеличивают последовательно до 400 мсек или 500 мсек в зависимости от ситуации и состояния испытуемого. За такое короткое время испытуемый не успевает понять смысл и содержание всего изображения, но его мозг успевает выделить главную зону интереса и программирует скачок глаз в это место изображения, чтобы лучше его рассмотреть. Подготовка и проведение скачка занимает примерно 250-300 мсек. После скачка глаза останавливаются на выбранном участке изображения и начинается фиксация глаз, которая длится не менее 200 мсек.
3. К этому моменту тестовое изображение уже исчезает и на его месте экспонируют на выбранное время специальную постэкспозиционную матрицу, разбитую на 9 прямоугольных одинаковых секторов, каждый из которых имеет свой цвет. Эти цвета не являются чистыми (спектральными). Выбраны следующие цвета: светло-серый, темно-серый, синий, бирюзовый, желтый, коричневый, красный, фиолетовый, зеленый. Каждому сектору соответствует одна цифра от 1 до 9. Они расположены в строгом порядке в направлении слева направо и сверху вниз, то есть от 1 в левом верхнем углу до 9 в правом нижнем углу. Размер каждой цифры составляет 6-8 угловых минут. Такой размер выбран для того, чтобы глаз видел только ту цифру, проекция которой на сетчатку глаза попадает в зону наиболее ясного зрения - в окрестность центральной ямки. В этом случае испытуемый может различить только одну цифру, расположенную в определенном цветном секторе, поскольку острота зрения человека не позволяет фиксировать соседние цифры в силу их малого размера.
4. Испытуемый сообщает экспериментатору цвет и цифру, соответствующие области зрительного интереса на предъявляемом ранее изображении. По ответу испытуемого восстанавливают местоположения первого скачка глаз на область зрительного интереса на изображении, так как цветовые сектора и цифры внутри них на постэкспозиционной матрице, как уже отмечалось выше, расположены в строгом порядке.
Предлагаемый в заявке способ определения местоположения первого скачка глаз человека на область зрительного интереса на изображении позволяет облегчить диагностику неврологических нарушений, по крайней мере, в двух случаях: 1. В неврологии при некоторых поражениях (обычно затылочных долей коры) возникает нарушение движения глаз - так называемая «атаксия взора» или «психический паралич взора». Больной не в состоянии произвольно направить взор в нужном направлении, фиксировать взором заданную точку. Расстраивается также способность видеть одновременно более одного объекта или детали объекта (Кок Е.П. Зрительные агнозии. М.: Наука, 1967, 224 с). Применение описанного метода фиксации первого скачка глаз позволяет определить, происходит ли у испытуемого скачок глаз сразу после показа тестового изображения (норма) или у него имеется атаксия взора. В последнем случае локализация взора будет совпадать с исходной точкой фиксации и будет отсутствовать скачок глаза на другие зоны изображения. Такая методика является более чувствительной, чем обычно применяемые неврологом при осмотре «ручные» методики. 2. При неврологическом обследовании и выявлении поражений мозга важно выявить локализацию основных систем мозга, в частности, например, локализацию центра речи. Его поражение, как известно, приводит к нарушению речи - афазии. У большинства праворуких людей центр речи расположен в левом полушарии (зоны Брока и Вернике). Однако более 10% популяции являются леворукими. Где расположен у них центр речи априори не известно, поскольку у некоторых из них (примерно у 30%) центр речи располагается в правом полушарии, а у остальных - в левом, как у обычных правшей. (Доброхотова Т.А., Брагина Н.Н. «Левши». М.: Книга, 1994.) Более того, есть так называемые «скрытые левши» и переученные левши, у которых определение локализации центра речи сильно затруднено и требует специальных инвазивных процедур типа пробы Вада - введение в левую или правую сонную артерию анестетика, что приводит к временному угнетению работы соответствующего полушария. Однако определить локализацию центра речи можно неинвазивно. Так экспериментально нами было показано, что явные и скрытые левши (так называемые «сенсорные левши») имеют тенденцию просматривать картины справа-налево (Levashov О., Kobyakova L. "Left-right" and "right-left" observers: Two different styles of picture viewing. Левашов О., Кобякова Л. «Сенсорные левши и правши. Два разных способа просматривания картин», Perception, 1998, v.27, pp.121-122), тогда как правши просматривают картины в направлении слева-направо (Арнхейм Р. Искусство и визуальное восприятие. М.: Мир, 1974, 392 с.). Предлагаемая в заявке методика позволяет определить главную тенденцию смещения взора по картине. Если первый скачок (и, соответственно фиксация взора, которая и регистрируется данной методикой) направлен вправо, то это означает, что данный испытуемый - истинный правша, т.е. центр речи у него локализован в левом полушарии. Если же первый скачок направлен влево, то испытуемый или скрытый или сенсорный левша и центр речи у него расположен в правом полушарии.
Пример.
Мы провели обследование по предложенной методике 16 студентам художественного училища, 6 из которых были леворукими. У всех 16 студентов время экспозиции было взято равным 300 мсек. Для стандартизации условий испытания каждому студенту предъявляли на экране монитора на 2 сек. крестик, расположенный в центре экрана, и просили зафиксировать на нем свой взор. Последовательно на 300 мсек предъявляли тестируемое изображение и постэкспозиционную матрицу, после чего студенты называли цвет сектора и цифру, соответствовающие области зрительного интереса на изображении. Анализ результатов показал, что у всех 10 правшей местоположение первого скачка глаз на зону зрительного интереса оказалось справа от центральной точки фиксации «крестика». Этот результат подтверждает известное представление о том, что взгляд человека (правши) движется преимущественно слева - направо. В то же время 4 из 6 левшей направляли взгляд влево от точки фиксации. Это говорит о том, что у левшей имеется тенденция направлять взгляд влево от точки фиксации, что может отражать у них зеркальное по отношению к правшам расположение основных блоков переработки информации в мозге. Таким образом с помощью предлагаемого способа кратковременного предъявления изображения для определения местоположения области зрительного интереса удалось у всех испытуемых зафиксировать и подтвердить неосознанное смещение взгляда (скачок глаз) направо у правшей и налево у левшей. Экспериментальные данные, полученные нами, показывают, что предложенный способ обладает высокой точностью определения местоположения области зрительного интереса и прост в исполнении.