Пространственная навигация в виртуальной среде : школьники в лабиринтах Duke Nukem
Воронков Д.Н.* Купцов П.А.** * -МБФ РГМУ, **-Биофак МГУ, + - Школа-интернат "Интеллектуал" Ни один школьник не только не пострадал, а двое из них еще и получили за проект "Ориентирование человека в виртуальном лабиринте" 3 место на конференции школьников "IV Колмогоровские чтения" в секции Биология. В первую очередь спасибо Андреичу (Амосов Л.А.) за неоценимую помощь в модификации игры Duke Nukem, так, чтобы программа выдавала координаты положения игрока в отдельный файл, а мы уж потом его анализировали. Введение. Основная масса работ, посвященных навигации, проводится на животных. Чаще всего в поле зрения экспериментаторов попадают грызуны – мыши и крысы, как наиболее распространенный и изученный объект исследований. Для этих видов и были созданы пространственные тесты – лабиринты различной структуры (например, 8-лучевой радиальный лабиринт).  1. Тезей тащит поверженного Минотавра из лабиринта В начале 80-х Р.Моррис предложил использовать метод, названный «водным тестом Морриса»: животное помещают в круглый бассейн с замутненной водой, в котором имеется, находящаяся несколько ниже уровня воды, невидимая для животного платформа. Животное помещается в воду и вынуждено обнаружить платформу. Отыскав ее, оно отдыхает от плавания и через некоторое время вынимается экспериментатором из установки. В течение нескольких попыток время поиска платформы уменьшается, а траектория оптимизируется – у животного формируется представление о расположении платформы. Компьютерные методы анализа изображений позволяют записывать движение животного в удобной для математической обработки форме. Метод Морриса позволяет оценивать стратегии поведения в ходе опыта, динамику формирования навыка, обнаруживать слабые отличия в поведении. Из-за простоты реализации и широких возможностей метод стал очень популярным. Существуют реализации метода для человека. В пространственном тесте, предложенном Барнс (Barnes et al.,1980) крысы обучались находить выход с ярко освещенной круглой платформы, c 18-ю отверстиями расположенными по периметру, из которых лишь одно было открыто и вело в затемненную камеру. Обучение проводили в течении 12 последовательных дней (по одной попытке в день), после этого отверстие выхода перемещали и проводили еще 6 попыток. Перед каждой попыткой платформу поворачивали, чтобы исключить ориентацию по обонятельным стимулам. В свой работе Барнс сравнивала обучение молодых и старых крыс. Результаты исследования показали, что старые животные (29-месячного возраста) обучаются достоверно хуже. Применение общепринятых и хорошо разработанных пространственных методик, таких как лабиринт Морриса, к человеку позволит облегчить не только изучение механизмов навигации, но и сравнение результатов изучения памяти, структур мозга, действия лекарственных препаратов, нейрогенетических исследований, полученных на лабораторных животных. Но, подобные эксперименты на человеке осложнены размерами установок и необходимостью модификации методик, а имеющиеся «настольные» варианты пространственных тестов не создают достаточного «ощущения присутствия», тогда как развитие компьютерных технологий «виртуальной реальности» дает возможность создать модели окружающего пространства, используя только дисплей или шлем «виртуальной реальности». Создание таких моделей позволяет изучать когнитивные процессы человека при навигации с использованием современных методов нейровизуалиции или регистрации электрических потенциалов мозга. Комбинация этих методов может использоваться в клинической неврологии для анализа нарушений, изучения динамики лечения. Одним из интересных аспектов проблемы ориентирования в виртуальной реальности являются также влияние компьютерных игр на способность к навигации. Но, большая часть работ, выполненных с использованием компьютерной модели пространства, посвящена изучению нейрофизиологических механизмов ориентирования в структурированной среде (модель «города»). Остается открытым вопрос о соответствии механизмов навигации в реальном и модельном пространстве. Нами планировалось проанализировать поведенческие стратегии поиска в неструктурированной среде, а так же сравнить стратегии поиска в «виртуальных» и натуральных условиях, сравнить способность к навигации у людей, регулярно играющих в трехмерные компьютерные игры и не имеющих такого опыта. Для этого была разработана модельная арена (модификация теста Барнс) и способ записи траекторий движения в «виртуальной реальности» на основе популярной компьютерной игры Duke Nukem 3D. Предлагается и вариант этого теста, легко воспроизводимый в реальных условиях, регистрацию поведения в котором планируется вести с помощью видеосъемки или GPS для проведения дальнейшего анализа на компьютере. Виртуальный вариант теста Барнс. Наш вариант теста представляет собой виртуальную круглую арену с 24-мя кнопками по периметру, находящуюся в четырехугольной «комнате» с различными изображениями, размещенными на стенах. При нажатии целевой кнопки происходит подъем арены. Процедура тестирования
Часть арены Барнс, как ее видит испытуемый Испытуемые получали минимальные инструкции : «сделайте как можно быстрее с помощью кнопок так, чтобы платформа поднялась». Эксперимент проводился в четыре попытки – положение целевой кнопки не менялось, но «лицом» виртуальный герой был направлен каждый раз в разные стороны арены. Интервалы между попытками составляли незначительное время (менее одной минуты) Результаты Нами было произведено пробное тестирование группы школьников одного возраста. На полученных данных показано достоверное изменение времени и длины пути от первой к четвертой попытке. Ребята в своем докладе говорили и о найденных различиях по полу.  Пример записаной траектории перемещения (1-4 попытка)  Зависимость затраченного на решение задачи времени от номера попытки. (Пробная группа из 11 школьников) Опробованная нами методика позволяет ставить силами учеников различные эксперименты по пространственной навигации человека. Возможны модификации компьютерной "карты" пространства (был, например, создан и опробован вариант с 8-лучевым лабиринтом). Школьникам на этом примере удобно объяснять планирование поведенческого эксперимента, значение и применение математических методов и т.д. Контактная информация:
|
