Организация движений глаз при восприятии изображений лица

Проблемы исследования

Особенности движений глаз при восприятии изображений лица. Одним из первых, кому удалось с высокой точностью зарегистрировать движения глаз человека при восприя­тии лица, был А. Л. Ярбус (1965). Он показал, что во время продолжительного (в тече­ние нескольких минут) рассматривания фотопортрета взор останавливается на элементах лица, несущих сведения об индивидуальности человека: возраст, пол, национальная при­надлежность, темперамент, привлекательность, эмоциональное состояние, черты харак­тера и др. При экспозиции скульптурного портрета Нефертити глаза наблюдателя как бы «привязываются» к профилю египетской царицы, обеспечивая эффективность восприятия (см. рис. 1).

При экспозиции лица анфас взор останавливается преимущественно на конституи­рующих элементах – глаза, губы и нос, в то время как контур лица, волосы, шея, голов­ной убор фиксируются бегло и нерегулярно (см. рис. 2). Проведенная работа носила де­монстрационный характер и была выполнена на одном-двух испытуемых. По существу А. Л. Ярбус наметил новую область объективного исследования восприятия, которая, одна­ко, не получила систематического развития.

Рис. 1. Запись движений глаз при свободном рассматривании фотографии скульптурного портрета Нефертити в течение двух минут (Ярбус, 1965).

Рис. 2. Запись движений глаз при свободном рассматривании фотографии девочки в течение трех минут (Ярбус, 1965).

Глядя на окулограмму рассматривания фотографии лица девочки (этот снимок вошел во многие отечественные и западные руководства по психологии и психофизиологии восприятия и буквально является хрестоматийным), можно заметить, что число дрейфов и саккад в левом поле зрения наблюдателя (в правой половине лица девочки) выше, чем в правом. Подобная асимметрия просматривается и на других окулограммах. Сказать что-либо об объемах движений глаз в верхней и нижней частях лица весьма затруднительно.

Описанные особенности организации движений глаз соответствуют результатам других исследований. В частности, при шестисекундной записи окуломоторной активности 65–70 % времени рассматривания взор находится в левой половине поля зрения, т. е. на правой стороне воспринимаемого лица (Gr(sser, 1984). Недавние исследования распознавания пола человека по выражению лица показывают, что преимущество левых фиксаций не столь велико: 55 % / 45 % (по числу и длительности в каждой пробе), хотя большинство (75 %) правых саккад ориентировано в левую относительно наблюдателя половину фотопортрета (Butler, Gilchrist, Brut, Perrett, Jones, Yarvey, 2005).

Сказанное выше подводит к гипотезе о доминантности или универсальной значимо­сти сторон лица, которые в широком диапазоне условий больше привлекают к себе вни­мание, чаще и дольше фиксируются наблюдателями, играя особую роль в межличностном восприятии. В теоретическом плане это предположение тесно связано с представлениями о социокультурной детерминации перцептивного процесса.

Функциональная специализация частей лица и их восприятие. Возможность доми­нирования одной из частей лица подтверждается экспериментами иного типа. Наблюдате­ли, воспринимающие лица, составленные из правых отзеркаленных половинок, чаще обна­руживают большее сходство с оригиналом по сравнению с изображениями, составленными из левых половинок (Gilbert, Bakan, 1973). Химерические паттерны одного и того же лица, правая и левая стороны которого представлены разными эмоциональными состояниями, воспринимаются окрашенными экспрессией правой половины (Heller, Levy, 1981). В 63 % случаев пол человека, портрет которого скомпонован из частей мужского и женского лица, обусловливается содержанием его правой половины (Butler, Gilchrist, Brut, Perrett, Jones, Yarvey, 2005).

Каждая из половин лица несет разную функциональную нагрузку в процессах не­посредственного общения. Правая выражает в большей степени социально значимые, ле­вая – индивидуальные черты личности; активность левой половины выше правой (Borod, Haywood, Koff, 1997). Оценки индивидуально-психологических качеств человека по правой и левой сторонам лица в целом не совпадают, но редко противоречат друг другу (Артёмцева, 2003). По-разному проявляются в частях лица естественная и искусственная (намеренная) экспрессия. Например, сверхбыстрые эмоции проявляются только в левой половине, произвольные экспрессии – в правой. Вместе с тем анализ динамики выраже­ния лица в реальном времени показывает, что в какие-то моменты при переживании одного и того же состояния возникают опережающие экспрессии правой стороны лица, в какие-то – левой. Развертывание лицевых актов носит нелинейный диахронический характер (Экман, 1999; Bänninger-Huber, 2005; Bartlett, Littewort, Braather, Sejnowski, Movellan, 2003; Cohn, 2005).

Не менее сложные отношения обнаруживаются при восприятии вертикальной орга­низации лица. Его верхняя часть более информативна и требует при распознавании мень­шего времени (<100 мс), чем нижняя (Панферов, 1974). Особую роль в этих процессах играет контакт глаз (Kleinke, 1986). Впечатление о выражении лица создается формой бро­вей и их динамикой (Eible-Eibesfeld, 1975; Ekman, 2004).

Воспринимаемое взаимоотношение частей лица по вертикали иллюстрируется фено­меном «композиционного лица», верхняя и нижняя половины которого принадлежат разным людям. Хотя сама по себе каждая из половин легко идентифицируется, их узнавание в кон­тексте целого (особенно верхней половины) весьма затруднительно. Объединение половин порождает впечатление нового лица, несводимого к лицам-прототипам. Композиционный эффект снижается или исчезает вовсе, когда изображение переворачивается на 180° (Carey, Diamond, 1994; Young, Hellawell, Hay, 1987).

Окклюзия, или частичное загораживание лица, значимо влияет на оценку индивидуально-психологических особенностей коммуниканта. Адекватность восприятия выражения лица по его правой и левой сторонам совпадает с оценкой выражения лица в целом. Менее адекватно воспринимаются его нижняя и особенно верхняя половины. В по­следнем случае выполняемые оценки зависят от пола коммуниканта: выражение женского лица более точно распознается по нижней половине, мужского – по верхней. Однако экс­прессивный потенциал фрагментарного лица не только достаточен для адекватного вос­приятия личностных черт партнера по общению, но и способен превышать потенциал цело­го (Барабанщиков, 2008).

Таким образом, лицо человека можно представить как некую систему, каждый эле­мент которой тесно связан с другими, и направленность взора и динамика движений глаз, включенные в межличностное восприятие, являются функциями многих переменных, ана­лиз которых только предстоит выполнить. Вопрос о доминировании той или иной стороны лица остается открытым.

Маршруты движений глаз при восприятии изображений лица. Еще одна проблема, которая вытекает из работ Ярбуса, касается маршрутов осмотра изображения лица. Соглас­но представленным окулограммам, движения глаз носят цикличный характер. Взор пере­мещается по одним и тем же деталям изображения в одной и той же последовательности. Это могут быть, например, периодический осмотр лица сверху вниз, многократный пере­ход от правого глаза к левому и наоборот или регулярное смещение взора по «треуголь­нику»: правый глаз → левый глаз → рот. Окуломоторные циклы были зарегистрированы и другими авторами (Gr(sser, 1984) и стали предметом специального исследования в работах Л. Старка и его коллег (Нотон, Старк, 1974; Stark, Ellis, 1981). Демонстрируя испытуемым контурные изображения предметов (автомобилей, композиций из геометрических фигур) и человеческого лица (величина изображений – около 20°), они подтвердили наличие регулярных маршрутов обзора (scan path), которые, по их данным, занимают 25-35% всего времени восприятия. При этом циклические движения совершаются не непрерывно, а чере­дуются с неупорядоченными или менее регулярными структурами окуломоторной актив­ности. На рис. 3 представлены маршруты движений глаз при рассматривании изображения полупрофиля лица разными испытуемыми. Нетрудно заметить, что они существенно от­личаются друг от друга и предполагают локализацию точек фиксации вне основных черт лица. Например, правый глаз натурщика почти никогда не фиксируется, что противоречит данным других авторов (Ярбус, 1965; Grusser, 1984); редко попадают фиксации в контуры носа, рта или уха.

Рис. 3. Обобщенные маршруты обзора стилизованного лица у трех испытуемых. Буквы указывают на последовательность фиксаций (Нотон, Старк, 1974).

Анализ особенностей организации движений глаз в описанных условиях позволяет сделать следующие выводы.

Во-первых, маршруты обзора лица не подчиняются (по крайней мере, прямо) одной-единственной детерминанте в виде структуры устойчивых элементов лица или навыков чтения и письма. Они построены на индивидуальном опыте, личных предпочтениях наблю­дателя и зависят от содержания решаемой задачи.

Во-вторых, регулярные маршруты обзора инвариантны по отношению к конкретным изображениям. Согласно выполненным исследованиям, они имеют место не только на эта­пе ознакомлений с объектом, но и при его узнавании во время повторных экспозиций. Этот результат частично соответствует гипотезе о «кольце признаков» – циклической схеме ви­зуальной презентации объекта наблюдателю. По мнению Д. Нотона и Л. Старка, подобное образование развертывается последовательно и состоит из следов сенсорной памяти, несу­щих информацию об основных признаках объекта, и следов двигательной памяти, содержа­щих информацию о перемещениях глаз от одного признака к другому. В других терминах, речь идет о психофизиологическом обеспечении перцептивных событий, необходимыми компонентами которых являются схема и план; пространственно-временная организация дрейфов и саккад характеризует окуломоторную структуру восприятия изображения лица (Барабанщиков, 2002; 2006).

В-третьих, в метрическом отношении регулярные маршруты обзора изображения лица у одного и того же испытуемого никогда не повторяются. Воспроизводится лишь их смысловая структура. Более того, при повторных экспозициях лица в каждом третьем слу­чае регулярные маршруты отсутствуют. Последнее указывает на процесс научения, в ходе которого совершается укрупнение единиц восприятия и, как следствие, свертывание оку­ломоторной активности.

Наконец, в-четвертых, выделение наблюдателем элементов изображения лица носит зональный характер. Это означает, что при обращении внимания, например, на рот натур­щика точка фиксации может не совпадать с поверхностью губ, но располагаться рядом с ней в соседней части лица. Исследования показывают, что адекватное восприятие изобра­жения комплексного предмета обеспечивается установкой глаз в одну из позиций опера­тивной зоны фиксации. Она имеет неоднородное строение и включает: а) ядро, или «центр тяжести», – наиболее часто фиксируемые области предмета; б) область менее интенсивных фоновых фиксаций, ограниченную поверхностью предмета; в) область разряженных фик­саций вне поверхности предмета (периферию). В общем случае фиксационный «центр тя­жести» не совпадает с геометрическим центром поверхности предмета, а его профиль (ло­кализация, интенсивность и фронт) зависит от конфигурации поверхности, расположения предмета и его элементов в поле зрения, содержания зрительной задачи, социокультурных навыков наблюдателя и других обстоятельств (Барабанщиков, 1997; 2002).

Несмотря на важность полученных результатов, стилизованное изображение челове­ка, использованное в экспериментах Л. Старка, не позволяет непосредственно переносить их на восприятие реального лица. Во всяком случае, подобный перенос нуждается в допол­нительном, в том числе экспериментальном, обосновании. Насколько регулярны маршру­ты обзора целостного лица, представленного наблюдателю анфас? Какова их траектория? От каких обстоятельств они зависят?

Ответы на эти и ранее поставленные вопросы потребовали специальных исследова­ний. На материале идентификации расового типа лица и распознавания экспрессий мы провели два цикла экспериментов, посвященных анализу доминантности сторон лица и за­кономерностей организации маршрутов движений глаз при восприятии фотопортретов. В экспериментах использовалась одна и та же методика регистрации окуломоторной актив­ности наблюдателей.

Методика регистрации движений глаз

Запись и анализ окуломоторной активности испытуемых осуществлялись с помощью видеорегистрирующей установки Eyegaze Analysis System, разработанной LC Technologies, Inc. (США). Айтрекер (видеорегистратор глаз) – обобщенное название систем подобно­го типа – предназначен для определения позиции взора на экране монитора, измерений движений глаз и величины раскрытия зрачка наблюдателя. Оценка направленности взора опирается на видеоинформацию об относительном расположении центров зрачка глаза и роговичного блика (Pupil-Center/Corneal-Reflection method).

Установка включает две видеокамеры, снимающие каждый глаз в отдельности, 19-ЖК цветной монитор, персональный компьютер, монитор оперативного контроля за состояни­ем глаз и пакет программного обеспечения. Видеокамеры расположены под ЖК монито­ром, отслеживая поверхность глаз наблюдателя (см. рис. 4).

В центре объективов видеокамер установлены точечные диоды, излучающие слабый инфракрасный свет. Освещение глаз инфракрасным светом ведет к появлению: а) рого­вичного блика в виде маленького светящегося пятна и б) эффекта «яркого зрачка», по­добного эффекту «красных глаз» при фотографировании лица с использованием вспышки (см. рис. 5).

Рис. 4. Принципиальная схема регистрации направленности взора испытуемого.

Рис. 5. Видеоизображение глаза с «ярким зрачком» и роговичным бликом.

Когда взор наблюдателя направлен на светоизлучающие диоды, т. е. в центр объекти­вов снимающих камер, блик локализуется в центре роговицы, совпадая с центром зрачка. Во время поворота глаз блик смещается по роговице, при этом амплитуда и направление смещения коррелируют с направленностью взора. Диапазон обзора регистрирующей систе­мы достигает 40° от центра объектива видеокамеры и зависит от конфигурации и размера роговицы; за ее границами блик пропадает.

С помощью специальной программы компьютер обрабатывает изображение глаз, идентифицирует и локализует центры зрачка и роговичного блика и путем вычислений определяет расположение линии взора на ЖК экране монитора, экспонирующего стимуль­ный материал. Данные о координатах линии взора (кадры видеосъемки поверхности глаз) генерируются системой с частотой 60 Гц (при бинокулярной регистрации) либо 120 Гц (при монокулярной регистрации). Точность оценки позиции глаз – 0,5°. Калибровка дви­жений производится автоматически и занимает около 15 с. В большинстве (90 %) случаев допускаются использование испытуемыми корректирующей оптики (очков, контактных линз), а также небольшие смещения головы, сохраняющие возможность видеосъемки глаз. Система работает в условиях естественного и искусственного освещения (с минимальной долей инфракрасного света) лабораторного помещения и в темноте. Главное требование к ее функционированию – отчетливое, устойчивое изображение глаз испытуемого, контроль за которым осуществляется экспериментатором с помощью дополнительного монитора. Прилагающийся пакет программ обеспечивает эффективную обработку и при необходимо­сти коррекцию видеоизображений, учет анатомо-физиологических особенностей глаз ис­пытуемых, адаптивную настройку системы, линейность измерений, обнаружение в массиве распределения точек взора (первичных данных) устойчивых фиксаций и саккад, определе­ние их продолжительности, радиуса зрачка, маршрутов внимания как в реальном времени, так и после завершения процедур регистрации (Eyegaze Analysis System, 2004).

Методика. Для проверки гипотезы о существовании универсально значимых сторон лица и выявления природы доминантности была разработана следующая процедура.

После завершения калибровки движений глаз (использовалась бинокулярная регистра­ция с частотой кадров 120 Гц) испытуемым на ЖК экране предъявлялись цветные фотопор­треты мужчин и женщин разной расовой принадлежности. Требовалось определить, к какому расовому типу – северорусскому или южноазиатскому – относится то или иное лицо.

Стимульный материал состоял из фотографий двух мужчин и двух женщин северо­русского и южноазиатского расового типа 25–27 лет и восьми искусственно сгенерирован­ных изображений лиц, в разной степени обладающих признаками обеих расовых групп (рис. 6). Искусственные изображения построены с помощью техники пространственного морфинга (Барабанщиков, Жегалло, Хрисанфова, 2007) и представляют собой переходные ряды между фотопортретами реальных мужчин и женщин. Расовая дифференциация тесто­вых фотоизображений выполнена на основе антропологических таблиц по следующим па­раметрам: индексы широты и высоты головы, глазничный индекс, лицевой и головной ука­затели, особенности формы, цвета и расположения глаз, носа, рта и др. (Хомутов, 2004).

Рис. 6. Стимульный материал исследования. Лица крайние слева представляют северорусский ра­совый тип, крайние справа – южноазиатский. Лица переходных рядов отличаются соотношением расовых признаков. В числителе указан процент выраженности северорусского, в знаменателе – южноазиатского типов.

В каждой пробе на экране монитора последовательно демонстрировались: фиксаци­онная точка (время экспозиции 1000 мс), расположенная в центре экрана, фотоизображение лица (7°х 9° при расстоянии до монитора 50 см, время экспозиции 3000 мс) и шумовой фон (сохранялся до тех пор, пока испытуемый не давал ответ). Изображение лица появлялось на экране в псевдослучайном порядке. Ответы испытуемых («европеец»/«азиат») отмеча­лись экспериментатором на бланке. Данные о направленности глаз, количестве и времени фиксаций сохранялись отдельными файлами в программе NYAN (Германия).

Анализировались адекватность идентификации фотоизображений реальных и ис­кусственно сгенерированных (морфированных) лиц, количество, длительность фиксаций, а также радиус раскрытия зрачка при рассматривании лица в целом, его сторон (правой, левой, нижней, верхней) и зон интереса (правый глаз, левый глаз, переносица, нос, рот) в отдельности. В тех случаях когда длительность и количество фиксаций значимо отлича­лись от нормального (критерий Колмогорова–Смирнова < 0,05), проверка статистических гипотез опиралась на Т-критерий Вилкоксона. В остальных случаях использовался одно­факторный дисперсионный анализ (ANOVA). Большинство описанных эффектов фикси­ровалось на уровне значимости р < 0,01.

Результаты эксперимента 1 и их обсуждение

Функциональная доминантность сторон лица. Согласно полученным данным, клас­сификация лиц реальных людей по их расовой принадлежности выполняется почти безоши­бочно (в 97–100 % случаев). Эффективность классификации искусственно сгенерированных лиц зависит от соотношения расовых признаков: с увеличением принадлежащих к опреде­ленной расе черт лица вероятность отнесения к ней натурщика увеличивается (рис.7).

Рис. 7. Эффективность идентификации расовых типов по фотоизображениям реальных и искусственно сгенерированных лиц: А – фотопортреты женщин, Б – фотопортреты мужчин.

По всей совокупности данных на левую половину фотоизображения (правая сторо­на лица натурщика) затрачивается 55 % времени рассматривания и количества фиксаций (рис. 8). Более тщательный анализ этой половины лица подтвержден статистически (F = 10,784, p = 0,001 и Z = 3,165, p = 0,002). Необходимо отметить, что доминантность левой об­ласти фотоизображения не является столь внушительной, как это представлено в других литературных источниках, например, О. Грюссером (Gr(sser, 1984). Полученные нами ре­зультаты указывают на тесную зависимость асимметрии фиксаций от содержания задачи, которую выполняли испытуемые (у О. Грюссера они просто рассматривали изображение лица, наши – классифицировали лица по расовой принадлежности), времени ее выполнения (шесть секунд у О. Грюссера, три секунды – в наших экспериментах), размера лица (умень­шенный размер изображений в нашем исследовании приводил к скоплению точек фиксации в середине лица, обеспечивая эффективное восприятие любой его части), а также от гендер­ных и расовых различий натурщиков и индивидуальных особенностей наблюдателей.

Различий во времени рассматривания и количестве фиксаций в верхней и нижней половинах фотоизображения лица, по всей совокупности данных, обнаружено не было (Z = 0,699, p = 0,485 и Z = 00583, p = 0,560 соответственно).

Рис. 8. Распределение времени рассматривания (А) и количества фиксаций (Б) по правой и левой сторонам фотоизображения лица

При восприятии женских лиц эффект левосторонней доминантности выше средне­го (56,6 %). При восприятии мужчин распределение точек фиксации по правой и левой сторонам происходит более или менее равномерно. Больше времени рассматривания при восприятии женщин затрачивается и на верхнюю часть лица (57,7 %, р = 0,025). Для изобра­жений натурщиков-мужчин статистически значимые различия движений глаз в верхней и нижней половинах лица не зарегистрированы (Z = 1,318, p = 0,188).

При восприятии лиц северорусского типа статистически значимые различия (право/ лево) продолжительности рассматривания и количества фиксаций отсутствуют. Они рас­пределяются по поверхности изображения более или менее симметрично. Напротив, при восприятии людей южноазиатского типа имеет место выраженное доминирование левой части фотоизображения (около 60 % времени рассматривания и количества фиксаций) (рис. 9). Однако и здесь статистически значимые различия характеристик движений глаз в верхней и нижней половинах лица отсутствуют.

Рис. 9. Распределение времени рассматривания (А) и количества фиксаций (Б) при восприятии южноазиатского типа лица.

При восприятии искусственно сгенерированных лиц, независимо от соотношения ра­совых признаков (20–80 % морфинг), имеют место следующие особенности:

во-первых, так же как и при восприятии реальных лиц, сохраняется доминирование левой стороны фотоизображения лица (F = 12,746, p < 0,001; Z = 2,827, p = 0,005 – для 20 % и 80 % морфинга; F = 7,976, p = 0,005; Z = 2,789, p = 0,005 –для 40 % и 60 % морфинга);

во-вторых, как и в случае восприятия реальных людей, доминантность более выраже­на при рассматривании лиц южноазиатского типа (рис. 10).

Рис. 10. Распределение времени рассматривания и количества фиксаций по левой и правой сторонам искусственно сгенерированных лиц: А, Б – длительность фиксаций, В, Г – количество фиксаций.

Совокупность данных, полученных при восприятии морфированных лиц, указыва­ет на то, что усложнение основной задачи (классификация изображений лиц по расовому типу) не ведет к радикальным изменениям общего характера окуломоторной активности. Тенденции распределения времени рассматривания и количества фиксаций, обнаруженные при восприятии изображений реальных людей, сохраняются. На этом фоне проявляется небольшая левосторонняя доминантность мужского искусственно сгенерированного лица и усиливается внимание к его нижней части. Прямая связь между преимущественным рас­пределением движений глаз в той или иной половине изображенного лица и эффективно­стью его распознавания по расовым признакам отсутствует.

Соотнесение полученных данных с индивидуальными особенностями наблюдателей убеждает в том, что навыки взаимодействия человека с информационной средой, выраба­тываемые при чтении и письме, при восприятии лица не являются определяющими. В на­шем исследовании выделились две группы испытуемых, использовавших диаметрально противоположные стратегии. Одна, большая, рассматривала фотоизображения слева на­право, т. е. в соответствии с социокультурным навыком (68 % испытуемых), другая – справа налево (32 % испытуемых). Однако в обоих случаях эффективность классификации лиц по их расовой принадлежности оказывается примерно одинаковой.

Несмотря на высокий уровень статистической значимости, эффект левосторонней доминантности изображения лица не является абсолютным. Он наблюдается только у 32 % испытуемых. У 16 % зарегистрирован противоположный эффект – правосторонняя доми­нантность, у остальных испытуемых (52 %) значимых различий в распределении движений глаз по поверхности правой и левой стороны лица не обнаружено.

Сходные отношения имеют место при вертикальном распределении движений глаз. Верхняя область лица более значима для 32 % наблюдателей, нижняя – для 29 %; в боль­шинстве случаев (39 % испытуемых) различия отсутствуют. Это равновесие и отразилось в полученных данных. При другом контингенте испытуемых проявление эффектов доми­нантности верхней либо нижней частей изображения лица вполне вероятно.

Таким образом, вопрос о преимущественном распределении времени рассматривания и точек фиксации в той или иной половине изображения лица не является, как это может показаться, простым и однозначным. Выполненное исследование говорит о том, что эффект доминантности действительно имеет место, но его конкретное проявление зависит от ряда обстоятельств. Во-первых, у разных людей доминантной может оказаться любая сторона лица (правая/левая, верхняя/нижняя). Во-вторых, наиболее часто скопление фиксаций глаз локализуется в левой (от наблюдателя) половине фотоизображения. В-третьих, обстоятель­ствами, усиливающими либо ослабляющими данный эффект, являются пол натурщика и осо­бенно его расовая принадлежность, отличная от расовой группы наблюдателя. В-четвертых, доминантность частей лица зависит также от содержания решаемой наблюдателем задачи, размера изображения лица, продолжительности его экспозиции и социокультурных навы­ков. Все эти обстоятельства увязаны в систему и выступают как разные моменты одного и того же функционального целого. Поэтому, говоря о доминантности восприятия сторон лица, исследователь имеет дело с системным эффектом, подчиненным собственным законо­мерностям порождения, динамики и развития. Преимущественное распределение движений глаз в той или иной половине изображения лица содействует выполнению перцептивных задач, однако не связано (по крайней мере, прямо) с эффективностью их решения.

Структура доминантности. Функциональная доминант­ность сторон лица является результатом интеграции движений глаз (прежде всего фиксаций), центрирующихся в локальных «зонах интереса» (рис. 11). Их расположение и взаимосвязи, образующие структуру доминантности, стали предметом спе­циального анализа.

По всей совокупности данных имеют место значимые различия по количеству фиксаций в различных зонах лица (χ² = 40,762, p < 0,001). Наибольшее число фиксаций прихо­дится на зону левого глаза и носа натурщика, наименьшее – на область переносицы и рта (рис. 12).

Рис. 12. Распределение количества фиксаций по «зонам интереса» лица.

При восприятии мужчин и женщин могут доминировать разные области лица (рис. 13).

Если при рассматривании мужчин большее число фиксаций приходится на левый глаз и нос, то при рассматривании женщин – на зону глаз ( χ² _{лица женщин} = 33,148, p < 0,001; χ ² _{лица мужчин} = 24,350, p < 0,001). Значимых различий количества фиксаций по зонам лица в зависимости от пола натурщиков не наблюдается ( χ² = 0,295, р = 0,99).

При восприятии разной расовой принадлежности распределение точек фиксации по поверхности изображения лица имеет сходную структуру (χ² _{лица северорусского типа} = 24,989, p < 0,001; χ² _{лица южноазиатского типа} = 18,386, p = 0,001). Большее количество фиксаций приходится на зону левого газа натурщиков, менее тщательно фиксируются нос, переносица и правый глаз, а наименьшее количество фиксаций приходится на зону рта (рис. 14). Значимых раз­личий распределения фиксаций по зонам лица в зависимости от расовой принадлежности натурщиков не обнаружено (χ² = 0,236, p = 0,89).

Анализ динамики раскрытия зрачка показал, что по всей совокупности данных наи­большее внимание привлекает зона рта (рис. 15). Раскрытие зрачка в данной области значи­мо превосходит величину его раскрытия в области переносицы и носа (t = 8,235, p < 0,001 и t = 4,777, p < 0,001 соответственно), а также зон правого и левого глаза, в которых значимых различий раскрытия зрачка не обнаружено (t = 0,268, p = 0,789). Влияния пола натурщиков и их расовой принадлежности на описанный результат не зарегистрировано (t < 1, p > 0,05).

Рис. 15. Величина раскрытия зрачка в зависимости от зон лица.

Вместе с тем пол и расовый тип натурщиков могут оказывать влияние на структуру рассматривания фотопортрета, акцентируя то левую, то правую сторону. При определении расовой принадлежности более значимыми оказываются не отдельные черты лица, а их со­вокупность, или система.

Для проверки полученных результатов и более детального изучения закономерностей окуломоторной активности человека при восприятии фотопортретов была разработана еще одна методика. В ее основе лежит процедура идентификации эмоциональных состояний натурщика по выражению лица.

Эксперимент 2. Движения глаз при распознавании экспрессий лица

Методика. Испытуемым предлагалось распознать состояние человека по изображе­нию его лица. Демонстрировались основные эмоциональные состояния: радость, грусть, страх, гнев, удивление, отвращение, спокойствие (Ekman, Friezen, 1975). Фотоизображения предъявлялись в случайном порядке по одному на экране ЖК монитора (размер 30°х 37,6° на расстоянии 0,5 м). Использовалась монокулярная видеорегистрация движений глаз (ча­стота кадров 120 Гц).

В каждой пробе появлению тестовых изображений предшествовало предэкзамена­ционное поле (светло-серого цвета) с центральной точкой фиксации (время экспозиции 1000 мс), которое сменялось фотографией лица со слабо либо сильно выраженными экс­прессиями (время экспозиции 3000 мс). Проба завершалась высвечиванием пронумерован­ного списка категорий основных эмоций. От испытуемого требовалось выбрать и назвать одну или несколько категорий (по номерам), которые наиболее соответствовали увиденно­му состоянию лица. Время выбора не ограничивалось. Ответ фиксировался эксперимента­тором на специальном бланке. Проба начиналась и завершалась нажатием испытуемым на клавишу «пробел» клавиатуры видеорегистратора движений глаз.

Стимульным материалом служили черно-белые фотоизображения сильно (натур­щик – Джон) и слабо (натурщица – Ева) выраженных эмоций (Ekman, Friezen, 1975; Ekman, 2004). В первом случае экспрессивные признаки проявлялись ярко и затрагивали все зоны лица, во втором – имели низкую интенсивность и/или частичную локализацию. Угловой размер фотографий составил 23°х 16° и 23°х 14° (см. рис. 16). Каждому испытуемому де­монстрировались четыре фотографии Джона (предварительная серия) и семь фотографий Евы (основная серия).

Для дифференциации областей локального скопления фиксаций была проведена раз­метка фотопортретов по пяти «зонам интереса»: левого и правого глаза, переносицы, носа и рта (см. рис. 16). Величина и конфигурация зон устанавливались опытным путем и опира­лись на результаты предшествующего исследования.

В качестве испытуемых выступили студенты московских вузов (18 женщин и 3 муж­чины) в возрасте 17–39 лет.

Полученные данные экспортировались из внутреннего формата программы NYAN в текстовый CSV-файл. По результатам их обработки в специально написанной программе Eyetracever 0.10 (разработчик – А. В. Жегалло) формировались таблицы, включавшие дан­ные, сгруппированные по испытуемым и соответствующим условиям восприятия.

Статистическая обработка данных проводилась с использованием пакета SPSS 15.0. Анализировались такие параметры, как точность распознавания эмоциональных состоя­ний человека, распределение точек фиксации, время рассматривания отдельных частей и зон лица, маршруты перемещений взора и др. Поскольку распределение времени рассма­тривания и числа фиксаций в зонах интереса значимо отличалось от нормального (кри­терий Колмогорова–Смирнова < 0,05), проверка статистических гипотез проводилась по Т-критерию Вилкоксона.

Рис. 16. Примеры стимульного материала. Вверху: слева – сильно выраженные, справа – слабо выраженные экспрессии. Внизу: разметка «зон интереса» на фотоизображениях лица.

Результаты эксперимента 2 и их обсуждение

Эффект доминантности. Зависимость точности распознавания экспрессии от ее вы­раженности представлена на рис. 17.

Нетрудно заметить, что сильная экспрессия распознается лучше, чем слабая. Этот результат вполне ожидаем и соответствует ранее полученным данным (Барабанщиков, 2002; Ekman, 2004). Впечатляет высокий уровень ошибок распознавания слабо вы­раженных эмоций. Если их среднее число в каждой пробе при восприятии лица с вы­раженной экспрессией составляет М = 0,62 (SD = 1,203), то при восприятии слабо вы­раженной экспрессии оно увеличивается в 4,5 раза (M = 2,76; SD = 1,411). При рас­познавании сильной экспрессии, незави­симо от правильности ответов, чаще всего называются «отвращение» и «удивление», при распознавании слабых экспрессий – «спокойствие» и «отвращение». Нередко называются эмоции, отсутствующие в сти­мульном ряду.

Рис. 17. Зависимость точности распознавания экспрессии лица от ее выраженности.

На поверхности изображения ли­ца в среднем располагается около 90 % всего объема движений глаз. Из них в левой половине 55 %, в правой – 45 % (рис. 18). Различия во времени рассматривания (слева: M = 1149 мс, SD = 738 мс; справа: M = 922 мс, SD = 678 мс) и числе фиксаций (слева: M = 5,39, SD = 2,98; справа: M = 4,15, SD =2,66) статистически значимы (F = 11,322, p = 0,001; Z = 3,845, p < 0,001). По существу здесь воспроизведен основной результат эксперимента 1, в котором испытуемые решали другую зрительную задачу и использовался другой стимульный материал (как по содержа­нию, так и по угловым размерам).

Рис. 18. Распределение времени рассматривания (А) и количество фиксаций (Б) на левой и правой сторонах лица.

Согласно полученным данным, левосторонняя доминантность чувствительна к сте­пени выраженности экспрессий. При восприятии сильных экспрессий эффект доминант­ности пропадает (F = 0,149, p = 0,7; Z = 1,031, p = 0,3), при восприятии слабых – возрастает (Z =3,849, p < 0,001; Z = 4,482, p < 0,001).

В отличие от результатов эксперимента 1 эффект доминантности проявляется и в вер­тикальном измерении: время рассматривания (M = 1247 мс, SD = 741 мс) и количество фиксаций (M = 5,90, SD = 3,261) в верхней половине лица намного превышают время рассма­тривания (M = 825 мс, SD = 644 мс) и количество фиксаций (M = 3,25, SD = 2,499) в нижней (Z = 5,463, p < 0,001; Z = 6,2327, p < 0,001) (рис. 19). При восприятии сильных экспрессий величина эффекта увеличивается, при восприятии слабых экспрессий – уменьшается, что полностью соответствует представлениям о доминантности сторон лица как функциональ­ном образовании.

Рис. 19. Распределение времени рассматривания (А) и количества фиксации (Б) в верхней и нижней частях лица.

Рис. 20. Распределение времени рассматривания по зонам интереса лица.

Функциональность проявляется и в локальном распределении движений глаз по по­верхности изображения лица. На пять выделенных зон интереса (левый глаз, правый глаз, переносица, нос, рот) затрачивается свыше 70 % всего времени рассматривания. Максимум времени рассматривания (около 24 %) соответствует зоне левого глаза натурщика (нахо­дится справа от наблюдателя), времена остальных зон рассматривания распределились почти поровну (около 19 %) (рис. 20). С учетом левосторонней доминантности этот резуль­тат указывает на гиперкомпенсирующую роль движений в левой нижней части лица, осо­бенно в зонах рта и носа.

Рис. 22. Движения глаз и динамика раскрытия зрачка при трехсекундной экспозиции экспрессии лица.

Маршруты перемещений взора. Первое, что замечается при анализе окулограмм, по­лученных в обоих экспериментах, – компактное расположение точек фиксации и соразмер­ность саккад локализации основных черт лица. Точки фиксации стянуты к его центральной части и ограничены сверху линией бровей, снизу – нижней губы. Редко фиксируются воло­сы, лоб, щеки и подбородок. Отсутствуют движения, сканирующие контур лица (особенно наглядно продемонстрированные А. Л. Ярбусом), и размашистые крупноамплитудные сак­кады, как бы случайно пересекающие его поверхность. Маршруты взора носят циклический характер, объединяя в треугольник глаза и рот или глаза и нос, либо совершая колебания от одного глаза к другому.

Рис. 23. Типы движений глаз при рассматривании лица.

Паттерны движений глаз меняются от испытуемого к испытуемому, напоминая о дан­ных, полученных Л. Старком и его коллегами. По-видимому, можно говорить об индивиду­альном стиле восприятия лица и соответствующем ему стиле окуломоторной активности. Последний проявляется в локализации на поверхности лица первой фиксации (правый/ левый глаз либо нос) и направлении первой саккады, в структуре регулярных маршрутов обзора асимметрии локализации движений, продолжительности фиксаций на различных элементах лица и др. (рис. 23). Принятый стиль движений воспроизводится при восприятии любых состояний лица и наиболее ярко выражен во время экспозиции слабых экспрессий.

Способы восприятия лица. Ранее, изучая закономерности организации окуломотор­ных структур, мы дифференцировали два способа восприятия и организации глазодвига­тельной активности: охватывающий и сканирующий (Барабанщиков, 2002).

При охватывающем, или, по другой терминологии, амбъентном (Величковский, 2006), способе восприятия точки фиксации скапливаются в области носа и переносицы, т. е. в гео­метрическом центре тяжести поверхности лица. Поскольку сам по себе нос не несет экс­прессивных признаков (за исключением паттерна отвращения), его фиксация указывает на использование наблюдателем широкого функционального поля зрения. По отчетам испы­туемых, в этот момент они воспринимают выражение лица в целом, пытаясь «поймать» взор изображенного натурщика. Геометрический и смысловой центры лица оказываются отно­сительно независимыми. Данный способ восприятия допускает отдельные смещения глаз как в сторону губ, так и в направлении каждого из глаз, которые не обязательно достигают их поверхности. Нижняя часть лица иногда вообще лишается фиксаций, хотя именно с ней связана наибольшая критериальная нагрузка при распознавании эмоции. Область глаз, на­против, фиксируется очень часто, хотя при данном времени экспозиции (3000 мс) ведущие признаки экспрессии здесь отсутствуют (Барабанщиков, 2002). Охватывающее восприятие способно обеспечить распознавание базисных эмоций в течение одной зрительной фикса­ции (200-300 мс).

Рис. 24. Примеры окулограмм разных испытуемых при восприятии экспрессий лица.

Указанные способы восприятия могут легко переходить друг в друга. Обращение к лицу как целому (фиксации носа и переносицы) сменяется поиском отличительных при­знаков экспонируемого выражения (фиксации рта и каждого из глаз) и наоборот. В ходе этого процесса актуализируется категориальное поле экспрессий, дифференцируется его ядро (наиболее часто встречающиеся категории). В зависимости от модальности эмо­ций перцептогенез совершается различными путями, допуская постепенное выделение и усиление ядра, его расщепление, смену ядерных образований и другие линии развития (Барабанщиков, 2002). Сочетание амбъентного и фокального способов восприятия позво­ляет наблюдателю эффективно формировать и перестраивать впечатление о состоянии на­турщика, как бы заглядывая в его внутренний мир, соотнося с ним собственные знания, переживания и формы активности.

Общее обсуждение результатов исследований

Систематический анализ распределения точек фиксаций относительно поверх­ности изображения лица подтверждает наличие феномена доминантности, отмеченного А. Л. Ярбусом и другими исследователями. Предлагая испытуемым идентифицировать ра­совый тип лица, мы нашли, что левосторонняя доминантность более выражена при рассма­тривании лиц южноазиатского типа, а также натурщиц-женщин; в последнем случае имеет место слабая доминантность верхней части лица. Во всех случаях эффект доминантности (разности количества фиксаций в парных половинах лица) не превышает 20 % и воспроиз­водится в длительностях рассматривания частей лица.

Обнаруженные тенденции сохраняются при восприятии искусственно сгенерирован­ных изображений, содержащих признаки обоих расовых типов. Новыми феноменами яв­ляются слабая левосторонняя доминантность мужского лица и усиление внимания к его нижней части.

Полученный материал в целом соответствует представлениям о функциональной неоднородности частей лица и доминировании его правой стороны, которая выражает со­циально значимые черты личности коммуниканта, более постоянные в своей активности и являющиеся источником произвольных экспрессий и т. п. Эта особенность зависит от социокультурных навыков наблюдателя, выполняемой им задачи, пола (в наших экспери­ментах преобладали испытуемые-женщины), типа лица натурщика и др. На уровне инди­видуальных данных левосторонняя доминантность зарегистрирована только у 32 % наблю­дателей, у 16 % доминантность носила правосторонний характер; у более чем половины на­блюдателей ожидаемый эффект отсутствует. Две трети испытуемых начинают рассматри­вать фотоизображения слева направо, реализуя социокультурный навык; оставшаяся треть использует диаметрально противоположную стратегию. Верхняя часть лица доминирует у 32 % наблюдателей, нижняя – у 29 %; в большинстве случаев эффект не регистрируется. Это означает, что в зависимости от конкретной ситуации асимметрия распределения точек фиксации по поверхности лица может проявиться либо не проявиться и иметь любую лока­лизацию (справа/слева, вверху/внизу). Доминантность восприятия сторон лица является системным эффектом, обусловленным совокупным действием различных детерминант.

Прямая связь между скоплением (длительностью) фиксаций в какой-либо половине лица и продуктивностью его распознавания по расовым признакам отсутствует. Этот ре­зультат подводит к выводу, что расположение (длительность) фиксаций не влияет на пер­цептивный процесс данного типа. Между тем движения глаз совершаются систематически, а распределение точек фиксации не является случайным. По-видимому, глазодвигательная активность необходима для того, чтобы обеспечить оперативность поиска расовых при­знаков (разреза глаз, ширины и формы носа, контура лица, расстояния между скулами и т. п.), их сопоставление, установление различий, соотнесение с целым изображением и др.

Более дифференцированный анализ распределений направленности взора наблю­дателя позволяет охарактеризовать структуру доминантности лица натурщика. По всем наблюдателям наибольшее количество фиксаций приходится на зону левого глаза и носа, наименьшее – в область переносицы и рта. У натурщиков-мужчин чаще фиксируются ле­вый глаз и нос, у натурщиц – глаза. Выявленные тенденции не зависят от расовой принад­лежности натурщиков.

Учитывая весомый вклад, который вносит в формирование выражения лица состоя­ние его нижней части (Барабанщиков, 2002; Ekman, Friezen, 1975), полученный результат выглядит неожиданным. Положение исправляет увеличенный радиус зрачка при рассма­тривании нижней части лица, косвенно подтверждающий особый интерес наблюдателя к этой области. Существенно, что данный индикатор чувствителен и к восприятию каждого из глаз, центральная роль которых не вызывает сомнений.

В методическом плане сочетание различных показателей окуломоторики – локализа­ции и длительности фиксаций, с одной стороны, и величины раскрытия зрачка – с другой, представляется весьма перспективным. Оно позволяет более определенно говорить о субъ­ективной значимости лица натурщика и его элементов.

Верификация и развитие полученных результатов проводились на материале иденти­фикации наблюдателями сильно и слабо выраженных экспрессий лица, угловые размеры которого были увеличены более чем в два раза. Полученные зависимости напоминают ре­зультаты предшествующих экспериментов. Обнаружена небольшая левосторонняя доми­нантность (55/45 %), чувствительная к степени выраженности экспрессий лица. При экс­позиции сильных экспрессий эффект доминантности пропадает, при экспозиции слабых – возрастает. Наиболее ярко доминантность выражена в вертикальном измерении: количество фиксаций и их продолжительность в верхней половине лица в полтора раза превышает со­ответствующие показатели в нижней части. При экспозиции сильных эмоций величина эф­фекта увеличивается, при экспозиции слабых уменьшается. Таким образом, для слабых и сильных выражений лица эффекты доминантности проявляются в разных измерениях и связаны обратной зависимостью. Представление о доминантности как функциональном (системном) образовании находит еще одно подтверждение.

В отличие от экспериментов, описанных выше, один из паттернов (сильная экспрес­сия) распознается намного точнее, чем другой (слабая экспрессия), причем количество ошибочных ответов в последнем случае увеличивается в несколько раз. Это указывает на то, что в разных ситуациях наблюдатели используют различные пути решения перцептивно­коммуникативной задачи, проявляющиеся в характерном распределении точек фиксации и их продолжительности. Эффект доминантности является, следовательно, функцией спосо­ба идентификации выражения лица.

Распределение фиксаций по зонам интереса в значительной степени воспроизводит структуру доминантности, описанную при идентификации расовых типов лица. Чаще всего фиксируется левый глаз, чуть реже – правый глаз и нос, редко – переносица и очень ред­ко – рот. При экспозиции сильных экспрессий контраст частоты фиксаций усиливается, при экспозиции слабых экспрессий – ослабляется. Так же как и во время идентификации расовых типов, фиксации скапливаются не столько на поверхности ведущих признаков экс­прессии (нижняя часть лица), сколько в области смыслового (глаза) или геометрического (нос) центров лица. Отмеченные обстоятельства подтверждают обслуживающую роль оку­ломоторной активности в выполнении перцептивно-коммуникативной задачи и указывают на инвариантность ее детерминант. В широком диапазоне значений структура доминант­ности не зависит от выражения лица (европеец/азиат, мужчина/женщина, сильная/слабая экспрессия) и его угловых размеров (при экспозиции экспрессий оно было увеличено более чем в два раза).

Особую роль фиксаций левого глаза натурщика еще только предстоит исследовать. Возможно, они обеспечивают наиболее эффективные условия распознавания выражения лица в целом либо его правой стороны. Возможно, они образуют своеобразную точку от­счета, начало системы координат, вокруг которой выстраивается окуломоторная стратегия решения перцептивно-коммуникативной задачи. Несомненно, что высокая плотность фик­саций в области левого глаза компенсируется избыточными фиксациями нижней правой части лица натурщика; в противном случае левосторонняя доминантность становится не­возможной.

Доминантность восприятия выражения лица проявляется в двух окуломоторных формах: количестве фиксаций и их длительности в соответствующей части лица. Согласно сравнительному анализу, только первая из них обладает высокой чувствительностью к ши­рокому диапазону условий межличностного восприятия и служит эффективным показате­лем локализации зон интереса наблюдателя.

Так же как и фиксации, маршруты обзора пролегают внутри изображения лица, ред­ко соприкасаясь с его контуром. Амплитуды саккад, как правило, соразмерны локализа­ции глаз, носа и губ, а маршруты обзора носят циклический характер, чередующийся с неупорядоченными или менее регулярными окуломоторными структурами. Полученные окулограммы в целом подтверждают данные, приводимые А. Л. Ярбусом, Л. Старком, О. Грюссером и др.

Хотя маршруты обзора являются функциями многих переменных, они достаточно стабильны и воспроизводятся при восприятии различных типов лица, его угловых раз­меров, требований задачи и т. п. Разнообразие зарегистрированных паттернов движений глаз позволяет говорить о стиле окуломоторной активности наблюдателя, обеспечивающем индивидуальное своеобразие выполнения перцептивно-коммуникативных задач. Он вос­производится при экспозиции любых выражений лица, но наиболее ярко проявляется при усложнении задачи (смешение расовых признаков, слабые экспрессии лица).

Как уже отмечалось, восприятие лица в целом и его отдельных элементов носит зо­нальный характер. Это означает, что, например, при обращении внимания на рот натурщи­ка точки фиксации не обязательно совпадают с поверхностью губ, хотя могут располагаться в некоторой области (оперативной зоне фиксации) рядом.

Размер оперативной зоны фиксации зависит от способа восприятия, которым поль­зуется наблюдатель. Охватывающий (амбъентный) способ восприятия позволяет контро­лировать состояние лица в целом. Это предполагает продолжительный дрейф и небольшие скачки глаз в центре тяжести поверхности лица (нос/переносица). За некоторым исклю­чением, эта область лишена экспрессивных признаков и сама по себе не информативна. Сканирующий (фокальный) способ восприятия опирается на использование узкого функ­ционального поля зрения, соотнесенного с расположением отдельного элемента лица. Это создает возможность последовательного рассматривания информативных элементов (глаз, рта) и их соотнесения, что часто проявляется в цикличности маршрутов обзора. При вы­полнении перцептивно-коммуникативной задачи способы восприятия легко сменяют друг друга, а их сочетание позволяет оперативно формировать и перестраивать впечатление о расовой принадлежности либо о состоянии натурщика. Преобладание охватывающего спо­соба позволяет говорить о синтетическом, преобладание сканирующего – об аналитическом типах межличностного восприятия.

Выполненные исследования убедительно доказывают, что важнейшей детерминан­той организации окуломоторной активности при восприятии выражения лица является его структура. При распознавании эмоций свыше двух третей всего объема движений ло­кализуется в зонах глаз, рта, носа и переносицы. Их соотношение очень динамично и в за­висимости от решаемой задачи, модальности, полноты и выраженности экспрессий, опыта наблюдателя и его индивидуально-психологических особенностей может быть изменено. Наиболее частыми предметами фиксации являются левый глаз натурщика (располагается в правой половине поля зрения наблюдателя) и нижняя правая часть его лица (рот и нос). В разных сочетаниях зоны интереса стягиваются саккадами в одно целое, превращаясь в опорные пункты маршрутов обзора. Эффект доминантности той или иной половины лица отражает совокупный результат локальных распределений движений, но с эффективно­стью решения зрительных задач непосредственно не связан.

Выводы

Анализ окуломоторной активности позволяет раскрыть операциональные аспекты межличностного восприятия, в частности, закономерности распределения внимания и пере­мещения взора наблюдателя по поверхности лица натурщика. Согласно выполненным ис­следованиям, эффект доминантности – преимущественное распределение точек фиксации в той или иной половине лица – зависит от ряда обстоятельств. У разных людей доминант­ной может оказаться любая сторона лица (правая/левая, верхняя/нижняя). Наиболее часто скопление фиксаций локализуется в левой (от наблюдателя) половине фотоизображения. К предпосылкам, усиливающим либо ослабляющим данный эффект, относятся пол натур­щика и особенно его расовая принадлежность, отличная от расовой группы наблюдателя.