Технологии виртуальной реальности: методологические аспекты, достижения и перспективы

Зинченко Юрий Петрович Федеральный научный центр психологических и междисциплинарных исследований, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Меньшикова Галина Яковлевна Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Баяковский Ю.М. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Черноризов Александр Михайлович Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Войскунский Александр Евгеньевич Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Виртуальная реальность как эффективное средство развития инновационного образования

Бурное развитие технологий вирту­альной реальности (ВР) коснулось практически всех сфер деятельности человека. Однако их некоммерческое применение, в частности, в сфере образования весьма ограничено. В на­стоящее время технологии ВР имеют широкое распространение не столько в области собственно образования, сколько в области тренинга опреде­ленных навыков, таких, например, как управление транспортными средства­ми, летательными аппаратами, специ­альным роботом для хирургических операций, военными орудиями и т. д. Первые виртуальные среды, разрабо­танные американским специалистом в области информационных технологий Дж. Ланье, представляли собой симу­ляторы для проведения хирургических операций в режиме реального време­ни (Brockman, 1996; Частиков, 2002). Виртуальные среды моделировалась под конкретные задачи и позволяли отрабатывать необходимые навыки с минимальными рисками для дальней­шей эксплуатации реального оборудования. Однако необходимо различать задачи тренинга и задачи собственно обучения, включающие процесс усво­ения определенного объема знаний.

В сфере среднего, высшего и до­полнительного образования широкое использование ВР-технологий огра­ничивается в основном высокой сто­имостью как самого оборудования, так и программного обеспечения под кон­кретные обучающие программы. Тем не менее, ВР-технологии имеют ряд очевидных преимуществ перед тради­ционными средствами обучения, по­этому перспективы их применения вполне оправданы. Хотя исследований в данной области немного и большин­ство разработок в настоящее время являются экспериментальными, уже выделены ключевые моменты, апел­лируя к которым мы можем говорить о сильных сторонах использования ВР в образовании: мотивация, контроль, взаимодействие, практичность, интерактивность, пространственная ориентация, мультисенсорная активность и др. (Roussou et al., 1999; Kaufmann et al., 2006;).

Экспериментально показано, что:

1. ВР-технологии по сравнению с традиционными формами обуче­ния оказывают более сильное мо­тивирующее воздействие (Bricken, 1991). Это воздействие объясняет­ся эффектами погружения и при­сутствия в происходящем в режи­ме реального времени (Winn, 1993; Slater and Wilbur, 1997);

2. ВР позволяет исследовать такую реальность, которая в иных услови­ях — в силу ее несопоставимости во времени, пространстве, масштабе и т. п. или по причине безопасности — не может быть исследована. Особенно это касается детей с ограниченными возможностями (Cromby et al., 1995);

3. использование технологий ВР на ранних этапах обучения может способствовать одновременно уве­личению объема и качества усвое­ния текущего материала, а также подготовке базы для дальнейшего развития обучающегося (Dede, 1998);

4. дети значительно легче, чем взрос­лые, принимают отвлеченные гра­фические абстракции и овладева­ют ими (например, воспринимают мультфильмы). Они часто имеют больший опыт ориентации в 3D игровом виртуальном простран­стве и использовании возможностей, предоставляемых интерфей­сом (Provenzo, 1991).

Как правило, технологии ВР, ис­пользуемые в образовательных проек­тах, делятся на три класса по степени выраженности эффекта погружения (иммерсивности) в виртуальную сре­ду. К первому классу относятся про­граммы, представленные на мониторе персонального компьютера, требующие использования специальных оч­ков. Степень погружения здесь мини­мальна, занятия возможны лишь в ин­дивидуальном порядке, но стоимость данного оборудования наиболее привлекательна для малобюджетных уч­реждений.

Максимальная степень погруже­ния достигается в системах третьего класса. К ним можно отнести проек­ционные очки (на которых формиру­ется изображение) с дополнительны­ми аксессуарами типа сенсорной пер­чатки для получения тактильных ощу­щений или джойстика для управления собственным движением. Данный ва­риант системы также используется только индивидуально.

Виртуальная комната CAVE® (ис­пользующая проекции на три стены и пол) рассчитана на посещение груп­пой учащихся. Каждый посетитель одевает облегченные полупрозрачные стерео-очки, совмещающие ВР-изображение с реальным видением, и ис­пользует специальный пульт, позволя­ющий ему управлять своим движени­ем в данной виртуальной реальности. Примером промежуточной системы второго класса является более простая и компактная система ImmersaDesk™, представляющая собой большой на­клонный (как мольберт) экран, на ко­торый с обратной стороны проециру­ется изображение. Она также предпо­лагает наличие специальных очков и управляющего пульта.

На сегодняшний день можно выде­лить следующие основные направле­ния использования ВР-технологии в образовании:

• внешкольное (дополнительное) образование;

• специальное обучение;

• школьное образование;

• обучение в высшей школе.

Внешкольное (неформальное, дополнительное) образование (музеи, выставки и т. п.)

Особый интерес для музеев при использовании ВР-технологий пред­ставляет возможность перенесения посетителей во времени и простран­стве. При этом детально реконструи­руются окружение, события и особен­ности определенной эпохи (Roussou, Efraimoglou, 1999). Одним из после­дних примеров использовании ВР- технологий являются интерактивные иммерсивные (создающие эффект по­гружения за счет использования не только видеоряда, но и запахов, стереозвука и специальных сенсорных тактильных перчаток) технологии для детей и подростков, например, исто­рические проекты Foundation of the Hellenic World (FHW) (культурно-ис­торическая реконструкция централь­ной части древних Афин площадью около 35000 кв. м), Magical World of Byzantine Costume, культурно-истори­ческая реконструкция древнего горо­да Милет (Roussou et al., 1999).

Специальное обучение

В последние годы начата разработ­ка программ на базе технологии ВР, ориентированных на работу с детьми и взрослыми с особенностями разви­тия. Показано, что использование ВР- технологий может служить эффектив­ным дополнением в процессе реаби­литации и обучения пациентов с целым комплексом расстройств. Так, напри­мер, решение слепыми или слабовидящими людьми ряда специфических ориентировочно-исследовательских задач в виртуальной 3D аудио-комна­те способствует лучшему формирова­нию у них системы пространственных представлений (Sanchez, Lumbreras, 2000; Sanchez, Barreiro, Majojo, 2000). Виртуальное пространство в виде иг­рового лабиринта, сконструированное Д. Стентоном с коллегами (Stanton, et al., 2000), позволяет детям с наруше­ниями опорно-двигательного аппара­та компенсировать недостаток актив­ной локомоции, что способствует лучшему формированию у них когни­тивных карт и развитию простран­ственной ориентировки. Расширение игрового пространства и введение в него дополнительных элементов (на­пример, дорожного перехода, ожив­ленной улицы с пешеходами и т. п.) дает таким детям возможность обу­чаться адекватному поведению и при­обретать навыки наиболее безопасным способом. При некоторых видах нарушения моторики (например, при гипо­тонии — ослабленном мышечном тону­се) полезным оказывается использова­ние полупрозрачных очков ВР, не замещающих, а дополняющих существующую реальность виртуальными объектами. Так, виртуальные музы­кальные инструменты позволяют не только обучать детей музыке, но и способствуют повышению контроля над своими движениями при заболевани­ях подобного рода (Chau et al., 2005).

Перспективным является также использование виртуальной среды при обучении детей с аутизмом, синдро­мом дефицита внимания и гиперак­тивности, социальными расстройства­ми, фобиями. Использование в каче­стве «педагога» или соучеников «аватаров» снижает тревожность таких детей. Возможность моделировать внешнее окружение разной степени насыщенности и детализированности способствует лучшей концентрации внимания на предмете изучения. Использование мультимодальной ре­презентации материала повышает спо­собность к его пониманию и запоми­нанию. Вовлечение ребенка в управ­ление самим процессом обучения или решения задачи формирует его соб­ственную познавательную активность и навыки саморегуляции. Наличие об­ратной связи поддерживает интерес ребенка к процессу, что в комплексе позитивно сказывается на конечном результате (Sik Lanyi et al., 2006).

Школьное образование

Следует отметить интересные раз­работки, созданные в лаборатории Виртуальной реальности в Венском технологическом институте, Австрия. Специалисты этой лаборатории созда­ли программные продукты для курса школьной стереометрии (Kaufmann et al., 2005; Kaufmann, Dunser, 2007), ко­торые позволяли улучшать способно­сти пространственного мышления. Они использовали системы «D*STAR» и «Iotraker», реализующие предъявле­ние виртуальных объектов в реальном пространстве. Что видит наблюдатель в очках «аргументированной» вирту­альной реальности? Висящий в возду­хе виртуальный объект, который мож­но обходить со всех сторон и который можно видоизменять по определенной программе. При этом в полупрозрачных очках можно видеть также и ре­альные объекты реального окружения. Для изучения пересечений трехмер­ных объектов с плоскостями (курс сте­реометрии 11 класса) в качестве вир­туального объекта предъявлялась трех­мерная фигура, которую можно было рассекать виртуальными плоскостями.

Использование ВР-технологий в системе образования является пер­спективным направлением развития. Однако их применение сопряжено не только с финансовыми и организаци­онными трудностями. Необходимо учитывать и то, что, помимо техничес­ких особенностей организации про­странства, сами программы должны соответствовать определенным эти­ческим и концептуальным стандартам образования, быть приспособленны­ми к возможностям и потребностям разных групп обучающихся (Roussou et al., 1999).

Во-первых, ВР-технологии долж­ны быть встроенными в контекст, то есть учитывать особенности помеще­ний, возможности преподавателей, а главное, неоднородность группы обу­чающихся (по возрасту, уровню подго­товки, интересам и индивидуальным стратегиям обучения). Программа должна быть рассчитана на интерак­тивную работу нескольких человек сразу, при этом возможности интерак­ций, заложенные в программу, долж­ны являться своего рода подсказками к социальному взаимодействию обуча­ющихся.

Во-вторых, технология не должна являться «предметом внимания» сама по себе. Это всего лишь способ для изучения тех или иных аспектов неко­торого предмета — истории, биологии, географии, физики.

В-третьих, программа должна да­вать немедленную обратную связь и быть «приглашением» к дальнейшему изучению.

Д. Норманн обозначил четыре принципа понятной и нефрустрирующей информационной среды: нагляд­ность, качественная концептуальная модель, хорошая топография и нали­чие обратной связи (Norman, 1988). Дети, не получая немедленной реакции, как правило, теряют интерес к занятию. В то же время, быстрое и под­робное реагирование на все внешние запросы достаточно громоздко в пла­не программного обеспечения и реа­лизации в реальном времени. Возмож­ным решением данной проблемы слу­жит совмещение принципа быстрой (но не слишком детальной) обратной связи с «приглашением» к более подробному ознакомлению с предметом в дальнейшем для отдельных заинтере­сованных учащихся.

В-четвертых, к созданию ВР-обучающих программ должны привле­каться не только специалисты-про­граммисты и дизайнеры, но и экспер­ты из предметных областей, иначе содержание программы будет серьез­но отставать от возможностей ее технической реализации.

Наконец, ВР-технологии в образо­вании должны быть, прежде всего, удобными для пользователей со всех точек зрения — начиная от размера шлема (он, как правило, велик для дет­ской головы) и правильного располо­жения учеников для наилучшего угла обзора и заканчивая простотой и удобством интерфейса и отсутствием по­бочных эффектов (типа укачивания при виртуальном движении).

Обучение в высшей школе

Выделяют следующие функцио­нальные возможности ВР-технологий, значимые для процесса обучения в высшей школе. Во-первых, объект изучения может быть представлен в пространственных и временных мас­штабах, соотносимых с человеком, что невозможно при других формах пода­чи материала. Так, учащийся может «руками переставлять» атомы и электроны или «перемещаться» из одной галактики в другую в процессе обуче­ния. Во-вторых, виртуальная реаль­ность дает возможность сделать до­ступной для ощущения информацию, обычно сенсорно не воспринимаемую. Например, громкость звука может соответствовать уровню радиации в вир­туальной среде или насыщенность цвета задавать температуру тех или иных областей. Комбинация первой и второй возможности позволяет созда­вать и визуализировать объекты и со­бытия, не имеющие объектной формы существования в природе.

Все это в комплексе предоставляет богатый материал для использования при обучении в высшей школе, где учащимся часто приходится опериро­вать с абстрактными понятиями, не имеющими объектной репрезентации (Fallman et al., 1999). В классическом образовательном процессе студенты получают готовые обобщенные знания из учебников, лекций и специальных пособий. Однако некоторые авторы (Dede et al.,1997) считают, что такое обучение не всегда ведет к лучшим результатам. Учащиеся вынуждены формировать ментальные репрезента­ции абстрактных понятий, которые должны включать в себя часто неоче­видные и неуловимые связи и концеп­ты. В конечном итоге у студента не все­гда складывается точное и ясное пони­мание изучаемого предмета. С другой стороны, в повседневном бытовом по­знании у человека часто формируются некоторые ошибочные представления о законах, действующих в окружающем мире. Преодолеть эти ошибочные представления традиционными мето­дами обучения достаточно сложно, что затрудняет полноценное понимание и использование правильных научных моделей. Технологии виртуальной ре­альности позволяют реализовывать конструктивистский подход в образо­вании. Погружение в соответствую­щую виртуальную среду, визуализация в ней, например, не только физичес­ких тел, но и действующих сил, воз­можность оперировать с ними, актив­но изменять и, таким образом, изучать позволяют преодолеть эти естествен­ные сложности.

Перечислим ближайшие задачи, которые можно решать в инновацион­ном образовании высшей школы с по­мощью технологии виртуальной реаль­ности, в том числе и в инновационном образовании факультета психологии МГУ имени М.В. Ломоносова:

• проведение видеоконференций, дистанционных рабочих совеща­ний и телемостов. Эта возмож­ность, предоставляемая технологи­ей виртуальной реальности, стано­вится особенно актуальной в связи с созданием системы филиалов МГУ имени М.В. Ломоносова в различных странах ближнего зару­бежья: Украина (г. Севастополь); Узбекистан (г. Ташкент); Азербайджан (г. Баку);

• создание банка классических лек­ций для дистанционного обучения бакалавров, магистров, аспирантов и преподавательского состава;

• воссоздание в виртуальной реаль­ности классических эксперимен­тов, ставших золотым фондом за­рубежной и отечественной психо­логии. Примером восстановления таких экспериментов были работы по воссозданию социального экс­перимента Стэнли Милгрема (Slater et al., 2006).

Виртуальная реальность как эффективное средство исследования взаимодействия когнитивных процессов и моторной активности

Указанные выше преимущества технологии ВР позволяют рассматри­вать ее как важный инструмент для по­лучения новых знаний о человеке. Раз­витие и внедрение методов ВР в прак­тику психологического исследования необходимо влечет за собой введение в лабораторный эксперимент такой важной «экологической переменной» (фактора), как «собственная двигательная активность субъекта». А это может привести к концептуальному пересмотру устоявшихся представле­ний о когнитивных процессах челове­ка, в реальной жизни тесно связанных с движением (Грегори, 1970; Гибсон, 1988; Пуанкаре, 1990).

Обратимся к обсуждению возмож­ностей использования технологии ВР для изучения взаимодействия когни­тивных процессов и двигательной активности в процессах зрительного восприятия в рамках подхода, получив­шего название «активное восприятие». Это направление исследований пред­ставляется нам методологически важ­ным для развития и эксперименталь­ной верификации таких международ­но признанных теорий отечественной психологии, как «теория деятельнос­ти» А.Н. Леонтьева (Леонтьев, 1975), «теория векторной психофизиологии» Е.Н. Соколова (Соколов, 2003), «теория функциональных систем» П.К. Анохи­на (Анохин, 1968; Александров, 1998). Каждая из них предлагает свой подход к объяснению высокой степени согласованности между сенсорными и ког­нитивными процессами, с одной сто­роны, и исполнительными механиз­мами поведения, с другой.

Исследования взаимодействия между зрительным восприятием и моторной активностью, основанные на традиционных методах психофизики и нейропсихологии

Исследования, проводящиеся в рамках подхода «активное восприя­тие», нацелены на вскрытие взаимо­действия зрительной информации и двигательной активности наблюдате­ля в процессе решения сложных ког­нитивных задач. Решение этих про­блем является особенно актуальным в связи с появлением в последнее вре­мя таких новых областей прикладной психологии, как: психология безопас­ности, спортивная психология, транспортная психология. Их воз­никновение и развитие влечет за со­бой разработку новых теоретических и методических решений для исследования когнитивных процессов в ус­ловиях, максимально приближенных к условиям реальной исполнительной деятельности.

Идеи тесного взаимодействия ког­нитивных (восприятия, внимания, мышления) и двигательных функций активно разрабатывались в отечествен­ной психологии в работах И.М. Сече­нова, П.К. Анохина, Н.А. Бернштей­на, А.В. Запорожца, А.Н. Леонтьева. В рамках деятельностного подхода (Ле­онтьев, 1975) подчеркивалась важная роль двигательной активности субъекта в процессе формирования адекват­ного зрительного образа. А.Н Леонть­евым был сформулирован один из важных принципов, лежащих в осно­ве восприятия, — принцип уподобле­ния моторных компонентов процесса восприятия свойствам внешнего раз­дражителя (Леонтьев, 2000). Проблемы, поставленные и обсужденные в рамках деятельностного подхода, являются актуальными и сегодня.

В последние 10 лет в области зри­тельного восприятия активно прово­дились исследования, связанные с изучением координации зрительной информации и действий наблюдателя. Этот подход к исследованию был на­зван «активное зрение». В рамках это­го подхода зрение рассматривается как процесс, при помощи которого проис­ходит планирование и контроль собственных действий наблюдателя. Ин­терес к изучению взаимосвязи воспри­ятия и действия вновь возник в связи с большим числом эксперименталь­ных исследований в области нейрофизиологии, когнитивной нейрологии и психофизики, которые показали, что нейрофизиологические процессы пе­реработки информации о восприятии и действии тесно связаны между со­бой. Было выявлено наличие двух раз­личных по своим функциям путей переработки информации в зрительной системе человека. Эти пути были на­званы вентральный (или фокальный) и дорсальный (или амбьентный) (Schneider, 1969; Ungerleider, Mishkin, 1982; Smith, 2000; Nicholls et al., 2001; Norman, 2002).

Процессы переработки информа­ции в вентральном потоке идут от сет­чатки через латеральное коленчатое тело (ЛКТ), первичную зрительную кору VI и доходят до коры височной доли головного мозга. Процессы дор­сальной подсистемы реализуются в том же начальном потоке — сетчатка - ЛКТ — кора V1, а затем уходят в за­тылочные теменные области головного мозга. Анализ различных функций этих проводящих путей позволил Мильнеру и Гудейлу (Milner, Goodale, 1995) сформулировать модель, в кото­рой было предложено разделение зри­тельной системы на две подсистемы, названные «что» и «где» Основная фун­кция системы «что» (вентральный по­ток) состоит в детекции и категориза­ции объектов, а системы «где» (дор­сальный поток) — в зрительном контроле движений наблюдателя в про­цессе действий с объектом. В экспери­ментах, демонстрирующих различия функций вентральной и дорсальной систем, был использован специаль­ный методологический прием — про­изводилось сравнение вербального суждения и моторной (двигательной) реакции испытуемого на предъявле­ние одной и той же зрительной стиму­ляции. При этом предполагалось, что вербальный ответ означает включен­ность в процесс восприятия вентраль­ной подсистемы, а двигательный ответ - дорсальной. Например, нейропсихологические исследования пациен­тов, получивших травмы теменной и средневисочной областей головного мозга (Milner, Goodale, 1995; James et al., 2002) показали, что указанные типы травм приводят к различным на­рушениям зрительного восприятия. Нарушения средневисочного отдела — к зрительным атаксиям, при которых у пациентов наблюдаются трудности в выполнении точных движений при действиях с объектами. Нарушения теменного отдела — к зрительным агнозиям, при которых пациенты с трудом опознают объекты или их от­дельные свойства, однако достаточно точно выполняют задания, связанные с манипуляциями этими «неопознан­ными» объектами.

Подобные различия функций двух потоков были получены и в психофи­зических экспериментах (Bridgeman et al., 1981; Bridgeman et al., 1997; Servos et al., 2000; Lee, Donkelaar van, 2002), показавших различия в восприятии отдельных качеств объектов (направ­ления движения, локализации и раз­мера стимула) при вербальной и дви­гательной реакции наблюдателя. Например, если в качестве стимулов использовались зрительные иллюзии, то вербальная оценка была подверже­на иллюзорному эффекту, а моторная реакция — индифферентна к нему.

Рассмотренные исследования по­казали, что когнитивная и двигатель­ная активность формируются по раз­ным правилам и реализуются различ­ными физиологическими структурами головного мозга. Следует отметить, что разделение процессов переработки информации на две подсистемы является достаточно условным, поскольку в ряде экспериментов было показано, что некоторые функции, свойствен­ные вентральной системе, выполня­ются и дорсальной системой, и наобо­рот (Binsted et al., 2001; Franz et al., 2003). Возможно, функции вентраль­ной и дорсальной систем не строго разделены в соответствии с жесткой схемой «либо вентральная — либо дорсальная». Следует предположить, что процессы, протекающие в зри­тельной системе при обработке информации, не могут быть независи­мыми и жестко фиксированными, они, скорее всего, взаимодействуют, взаимно дополняют друг друга. Эти вопросы требуют дальнейших теоретических разработок и эксперимен­тальных исследований с использова­нием новейших технологий.

Исследования взаимодействия зрительного восприятия и моторной активности при использовании технологии виртуальной реальности: перспективы научных исследований

Новые возможности для исследо­вания взаимодействия восприятия и действия предоставляет технология виртуальной реальности, которая по­зволяет субъекту, с одной стороны, наблюдать сложные виртуальные зри­тельные сцены, а с другой — свободно перемещаться в реальной среде. В по­следнее время появились работы (Chaudhury, et al., 2004), в которых взаимодействия вентральной и дорсаль­ной систем исследуются при помощи технологии виртуальной реальности. Ее использование позволяет расши­рить круг исследовательских задач и активизировать поиск новых методик, позволяющих осуществлять регистра­цию поведенческих, вербальных и физиологических реакций в сложной виртуальной среде. В настоящее вре­мя на факультете психологии МГУ имени М.В. Ломоносова активно раз­рабатывается метод, основанный на комбинации классических методик экспериментальной психологии с со­временными технологиями ВР. В ка­честве классических методик исполь­зовались такие методики, как тахистоскопическое (кратковременное) предъявление стимулов, метод изме­нения соотношения шум/сигнал, ме­тод маскирования и т. д. В результате их использования получали ухудше­ние параметров когнитивных функ­ций (объема памяти, параметров вос­приятия и внимания) в зависимости от «зашумленности» в пространстве или от кратковременности стимуляции.

Традиционно в таких исследова­ниях стимуляция предъявлялась на экране двумерного монитора. Испы­туемый при этом должен был ответить на вопросы: «был стимул или нет», «отличается один стимул от другого или нет» и т. д. К сожалению, ре­зультаты такого типа исследований не позволяют прогнозировать ответы наблюдателя реальных сцен, посколь­ку в реальных ситуациях мы имеем дело с гораздо более сложными сце­нами, в которых требуется решать разнообразные поведенческие зада­ния. Такие задания требуют не про­стых ответов типа вышеназванных, а выполнения определенных действий, согласованных со сложной когнитив­ной задачей (запомнить определен­ные виртуальные объекты на пути следования, обойти все стимулы и найти среди них нужный). Это озна­чает, что помимо классических ког­нитивных задач на опознание в экспериментальную ситуацию надо включать сопутствующие задания на пространственную ориентацию, от­влеченность внимания на нецелевые стимулы, формирование когнитив­ной карты окружающей среды.

Разработка такой методики, при помощи которой можно было бы си­мулировать разнообразные виртуаль­ные сцены, требующие решения ког­нитивных задач, сопровождаемых мо­торной активностью, является актуаль­ной и востребованной. Без этого невозможно, например, нормальное разви­тие таких областей психологической науки, как транспортная психология, спортивная психология. Разработка та­кого типа методик стала реальной бла­годаря появлению новейшей техноло­гии виртуальной реальности, которая позволяет не только формировать бо­лее реалистичные 3D стимулы, но обеспечивает испытуемому большую мобильность для решения задач. В ос­нове предлагаемого метода лежат сле­дующие методические приемы организации стимульного материала и действий испытуемого. Испытуемый инструктирован на выполнение слож­ной когнитивной задачи (например, запоминание «виртуальных» объектов, нахождение «спрятанных» объектов) при прохождении через «eD-виртуаль­ный лабиринт», предъявляемый либо с помощью шлема ВР, либо в комнате виртуальной реальности типа CAVE. Выполнение любой когнитивной зада­чи может усложняться введением ряда стрессообразующих факторов, кото­рые приводят к увеличению времени ее выполнения. Например, в качестве таких факторов могут выступать нали­чие «провала» на пути виртуального следования, появление пугающих виртуальных объектов, включение непри­ятных звуковых сигналов.

Выполнение задачи происходит последовательно в двух разных экспе­риментальных ситуациях пассивного/ активного прохождения через лаби­ринт. В ситуации пассивного прохож­дения (ПП) испытуемый выполняет задачу без каких-либо собственных движений. В ситуации же активного прохождения (АП) решение задачи сопровождается собственной мотор­ной активностью, которая уподобля­ется/не уподобляется зрительной сти­муляции. Например, эксперименталь­ная ситуация для АП случая может моделироваться в двух вариантах: в первом моторные действия испытуемого согласованы с пространственной структурой виртуального лабиринта (его движения повторяют повороты в лабиринте), а во втором — не согласо­ваны (т. е. он должен осуществлять движения, противоположенные пово­ротам лабиринта). В последнем случае испытуемый должен в процессе трени­ровок преодолеть такую «несогласованность» путем формирования соответствующего зрительно-моторного навыка.

В результате прохождения вирту­ального лабиринта могут фиксиро­ваться следующие параметры: про­шел/не прошел лабиринт, общее время его прохождения, время на­хождения испытуемого в каждой ком­нате, паттерн пути прохождения лаби­ринта, регистрация выполнения его действий (кликнул или нет мышкой по нужному объекту). Все виды активно­сти испытуемого в обеих ситуациях (ПН, АП) сопровождаются регистра­цией электроэнцефалограммы, кож­но-гальванической реакции, электро­кардиограммы, фотоплетизмограммы и миограммы. Предполагается, что в ситуации ПП его когнитивные про­цессы (восприятие, память, мышле­ние) доминируют над предельно реду­цированной собственной моторной активностью. В ситуации же АП когнитивная деятельность субъекта до­полняется собственной моторной ак­тивностью в виде целенаправленных двигательных актов, при этом степень взаимодействия когнитивных процес­сов с моторной активностью может регулироваться при помощи «рассо­гласования» зрительного и моторного компонента. Как результат взаимодей­ствие когнитивных процессов и дей­ствий может привести к существенно­му изменению эффективности реше­ния задачи.

Предлагаемый метод позволяет проводить многофакторные психоло­гические и психофизиологические эк­сперименты для исследования:

1. взаимодействия между когнитив­ными процессами (восприятие, па­мять, мышление) и поведенчески­ми актами (действиями);

2. влияния степени и форм двига­тельно-когнитивной коопера­ции на успешность выполнения субъектом различных видов прак­тической деятельности;

3. специфики активности мозга и ве­гетативной нервной системы в условиях реального целенаправ­ленного поведения.

Данный метод может оказаться эффективным для таких областей при­кладной психологии, как спортивная и транспортная психология, инженер­ная психология и психология безопас­ности.

Заключение

1. Технология виртуальной реаль­ности предоставляет уникальные воз­можности для решения новых задач в инновационном образовании высшей школы. На факультете психологии МГУ имени М.В. Ломоносова предпо­лагается развитие таких новых направлений обучения, как организация ви­деоконференций, создание банка лек­ций для дистанционного обучения, создание виртуальных классических экспериментов.

2. Технологии ВР могут быть эффективно использованы для изучения взаимодействия когнитивных процес­сов и двигательной активности в про­цессах зрительного восприятия в рам­ках подхода, называемого «активное восприятие». Разрабатываемый в МГУ имени М.В. Ломоносова метод изуче­ния такого взаимодействия основан на комбинации современных технологий ВР с классическими методиками экс­периментальной психологии. Реали­зация метода позволит исследовать взаимодействия между когнитивными процессами и поведенческими акта­ми, оценивать влияния двигательно-­когнитивной кооперации на успеш­ность выполнения различных задач, а также изучать специфику активности мозга и вегетативной нервной систе­мы в условиях реального целенаправленного поведения.

Список литературы:

1. Александров Ю.И. Системная психофи­зиология // Основы психофизиологии. — М., 1998.

2. Анохин П.К. Биология и нейрофизиоло­гия условного рефлекса. — M., 1968.

3. Гибсон Дж. Экологический подход к зри­тельному восприятию. — М., 1988.

4. Грегори Р. Л. Глаз и мозг. — М., 1970.

5. Леонтьев А.Н. Деятельность, сознание, личность. — М., 1975.

6. Леонтьев А.Н. Лекции по общей психо­логии. - M., 2000.

7. Пицхелаури Д.И., Галатенко В.В., Баяковский Ю.М., Самборский Д.Я. Виртуаль­ные нейрохирургические операции. - 2008.

8. Пуанкаре А. О науке. - М., 1990.

9. Хоффман X. Целительная виртуальная реальность // В мире науки. — 2004. — №11. — С. 36-43.

10. Astur R.S., Germain S.A., Baker E.K., Calhoun V., Pearlson G.D., Constable R.T. fMRI hippocampal activity during a virtualradial arm maze // Applied Psychophysiology and Biofeedback. — 2005. Vol. 30. — Р. 307—317.

11. Baumgartner Th., Speck D., Wettstein D., Masnari O., Beeli G., Jancke L. Feeling present in arousing virtual reality worlds: prefrontal brain regions differentially orchestrate presence experience in adults and children // Frontiers in Human Neuroscien­ce. — 2008. — Vol. 2. — Электронный ресурс. Режим доступа: www.frontiersin.org

12. Bayliss J.D., Ballard D.H. The effects of eye tracking in a VR helmet on EEG recordings. Technical report: TR 685. University of Rochester. — N.Y., USA, 1998.

13. Binsted G., Chua R., Helsen W., Elliott D. Eye-hand coordination in goal-directed aiming // Human Movement Science. — 2001. — Vol. 20. — Р 563—585.

14. Bricken M. Virtual reality learning environments: Potentials and challenges // Computer Graphics. — 1991. — Vol. 25. — №3. Р. 178—184.

15. Bridgeman B., Peery S., Anand S. Interaction of cognitive and sensorimotor maps of visual space // Perception & Psychophysics — 1997. —Vol. 59. — №3. — Р. 456—469.

16. Brockman J.D. Encounters with the cyber elite. — San Francisco: Hardwired Books. — 1996. — Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.edge.org/documents/ digerati/Lanier.html

17. Chastikov A. Arkhitektury komp’yuternogo mira [Architectures of computer world]. — Sankt-Petersburg: BHV-Peterburg, 2002.

18. Chau T., Eaton C., Lamont A., Schwellnus H., Tam C. Augmented environments for paediatric rehabilitation // In: A. Pruski, H. Knops (eds.). Assistive technologies — from virtuality to reality. — IOS Press, 2005 — P. 550—554.

19. Chaudhury S., Eisinger J. M., Hao L., Hicks J., Chivukula R., Turano K.A. Visual illusion in virtual world alters women’s target-directed walking // Exp. Brain Res. — 2004. — Vol. 159. №3. — Р. 360—369.

20. Chernigovskaya T.V. Polifoniya mozga i virtual’naya real’nost’ [Polyphony of brain and virtual reality] // In: Chudova N.V. (ed.). Virtual’naya real’nost’ v psikhologii i iskusstvennom intellekte. — Moskva, 1998.

21. Christensen G.E., Miller M.I., Vannier M.W., Grenander U. Individualizing neuro- anatomical atlases using a massively parallel computer // IEEE Computer. - 1996. - Vol. 29. - №1. - Р. 32-38

22. Costantini M., Haggard P. The rubber hand illusion: Sensitivity and reference frame for body ownership // Consciousness and Cogn­ition. - 2007. Vol.16. - №2. - Р. 229-240.

23. Cote S., Bouchard St. Documenting the efficacy of virtual reality exposure with pchophysiological and information proc­essing measures // Applied Psychophysiology and Biofeedback. - 2005. - Vol. 30. - №3. - Р. 217-232.

24. Cromby J., Standen P., Brown D. Using virtual environments in special education // VR in the Schools. - 1995. - №1. - Р. 1-4.

25. Dede C., Salzman M., Loftin R. B., Ash K. Using virtual reality technology to convey abstract scientific concepts // Jacobson M.J., Kozma R.B. (eds.). Learning the sciences of the 21st Century: Research, design and implementing advanced technology learning environments. - Lawrence Erlbaum, 1997.

26. Dede C. Virtual reality in education: Promise and reality panel statement // In: Proceedings IEEE virtual reality annual international Symposium (VRAIS ’98). - Atlanta, USA, - P. 208.

27. Ehrsson H.H. The Experimental induction of out-of-body experiences // Science. - 2007. - Vol. 317. - Р. 1048

28. Ehrsson H.H. How many arms make a pair? Perceptual illusion of having an additional limb // Perception. - 2009. - Vol. 38. - №2.- Р. 310-312.

29. Ehrsson H.H., Rosen B., Stockselius A., Ragno C., Kohler P., Lundborh G. Upper limb amputees can be induced to experience a rubber hand as their own // Brain. - 2008.Vol. 131. - №12. - Р. 3443-3452. - Электронный ресурс. - Режим доступа: http://brain.oxfordjournals.org/cgi/reprint/ awn297v1.pdf

30. Fallman D., Backman A., Holmlund K. VR in education: An introduction to multisensory constructivist learning environments. universitets pedagogik konferens. - Umea universitet, 18-19 Februari, 1999. - Элект­ронный ресурс. - Режим доступа: daniel.fallman.org/resources/papers/Fallman_VRIE.pdf

31. Franz V. H., Bulthoff H. H., Fahle M. Grasp effects of the Ebbinghaus illusion: Obstacle avoidance is not the explanation // Exp Brain Res. - 2003. - Vol. 149. - Р. 470-477.

32. James T.W., Humphrey G.K., Gati J.S., Menon R.S., Goodale M.A. Differential effects of viewpoint on object-driven activation in dorsal and ventral streams // Neuron. - 2002. - Vbl. 35. - №4. - Р. 793-801.

33. Kaufmann H., Steinbugl K., Dunser A., Gluck J. Improving spatial abilities by geometry education in augmented reality. - Application and Evaluation Design. VRIC Laval Virtual, 2005. Proceedings. - P. 25-34.

34. Kaufmann H., Csisinko M., Totter A. Long distance distribution of educational augmented reality applications eurogr-aphics’06 (Educational Papers). - Vienna, Austria, 2006. - P. 23-33.

35. Kaufmann H., Dunser A. Summary of usability evaluations of an educational augmented reality application // In: Shumaker R. (ed.). Virtual reality, HCI International conference. - HCII 2007. - Vol. 14. - Springer-Verlag Berlin Heidelberg. P. 660-669.

36. Kim Y., Kim H.J., Ko H.D., Kim H.T. Psychophysiological changes by navigation in virtual reality // Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 23rd Annual International Conference of the IEEE. - 2001. - 4. - P. 3773-3776.

37. Lee J.-H., Donkelaar van P. Dorsal and ventral visual stream contributions to perception-action interactions during pointing // Exp. Brain Res. - 2002. - Vol. 143. - Р. 440-446.

38. Muhlberger A., BulthoffH.H., Wiedemann G., Pauli P. Virtual reality for the psychoph- ysiological assessment of phobic fear: Responses during virtual tunnel driving // Psychological Assessment. - 2007. - Vol. 19. Р. 340-346.

39. Milner A. D., GoodaleM. A. The visual brain in action. - Oxford, England UK: Oxford University Press, 1995.

40. Nicholls J.G., Martin A.R., Wallace B.G., Fuchs P.A. From neuron to brain. - Sinauer Assoc., Inc. Publishers. Sunderland, Massachusetts. USA, 2001.

41. Norman D.A. The design of everyday things. N.Y.: Doubleday, 1988.

42. Norman J. Two visual systems and two theories of perception: an attempt to reconcile the constructivist and ecological approaches // Behavioral and brain sciences. - 2002. - Vol. 25. - №1. - Р. 73-96.

43. Parsons T.D., Iye, A., Cosand L., Courtney C., Rizzo A.A. Neurocognitive and psychoph-ysiological analysis of human perfomance within virtual reality environments // In: Westwood J.D. et al. (eds.). Medicine meets virtual reality. - 2009. - P. 247-252.

44. Petkova V.I., Ehrsson H.H. If I Were you: Perceptual illusion of body swapping // PLoS ONE. - 2008. - Vol. 3. - №12. - Элект­ронный ресурс - Режим доступа: http:// www.plosone.org/article/info:doi%2F10. 1371%2Fjournal.pone.0003832

45. Petkova V.I., Ehrsson H.H. When right feels left: Referral of touch and ownership between the hands // PLoS ONE. - 2009. - Vol. 4. - №9. - Электронный ресурс - Режим до­ступа: http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0006933

46. Provenzo E.F. Video Kids: Making sense of Nintendo. - Cambridge, MA: Harvard University Press, 1991.

47. Pugnetti L., Meehan M., Mendozzi M. Psychophysiological correlates of virtual reality: A review // Presence. Teleoperators and Virtual Environments. - 2001. - Vol. 10. №4. - Р. 384-400.

48. Roussou M., Efraimoglou D. High-end interactive media in the museum // In: Computer Graphics, ACM SIGGRAPH, - P. 59-62.

49. Sanchez J., Lumbreras M. Usability and cognitive impact of the interaction with 3D virtual interactive acoustic environments by blind children // In: Proc. 3rd Intl Conf. Disability, Virtual Reality and Assoc. Tech. - Alghero, Italy, 2000. - P. 67-73.

50. Sanchez A., Barreiro J.M., Majojo V. Embodying cognition: a proposal for visualizing mental representations in virtual environments // In: Proc. 3rd Intl Conf. Disability, Virtual Reality and Assoc. Tech. - Alghero, Italy, 2000. - P. 319-326.

51. Schneider G. E. (1969). Two visual systems // Science. - 1969. - Vol. 163. - №3870. - Р. 895-902.

52. Servos P., Carnahan H., Fedwick J. The visuomotor system resists the horizontal- vertical illusion // Journal of Motor Behavior. 2000. - Vol. 32. - Р. 400-404.

53. Sik Lanyi C., Geiszt Z., Karolyi P., Tilingerand A., Magyar V. Virtual reality in special needs early education // The International Journal of Virtual Reality. - 2006. - Vol. 5. - №4. - Р. 55-68.

54. Slater M., Wilbur S. A Framework for immersive virtual environments (FIVE): Speculations on the role of presence in virtual environments // PRESENCE. - 1997. - Vol. 6. - №6. - Р. 603-616.

55. Slater M., Antley A., Davison A., Swapp D., Guger C., Barker C., Pistrang N., Sanchez- Vives M.V. A virtual reprise of the Stanley Milgram obedience experiments // PLoS ONE. - 2006. - Vol. 1. - №1. - P. 39.

56. Smith S.U.M. Biology of Sensory Systems. J. Wiley & Sons, LTD, 2000.

57. Stanton D., Wilson P., Foreman N., Duffy H. Virtual environments as spatial training aids for children and adults with physical disabilities // In: Proc. 3rd Intl Conf. Disability, Virtual Reality and Assoc. Tech. - Alghero, Italy, 2000. - P. 123-128.

58. Ungerleider L.G., Mishkin M. Two cortical visual systems // In: D.J. Ingle, M.A. Goodale (eds.). Mansfield analysis of visual behavior. Cambridge, MA: MIT Press, 1982.

59. Walshe D.G., Lewis E.J., Kim S.I., O’Sallivan K., Wiederhold B.K. Exploring the use of computer games and virtual reality in exposure therapy for fear of driving following a motor vehicle accident // Cyber­Psychology & Behavior. - 2003. - Vol. 6. - №3. - Р. 329-334.

60. Wiederhold B.K., Rizzo A. Virtual reality and applied psychophysiology // Applied Psychophysiology and Biofeedback. - 2005. Vol.30. - №3. - Р. 183-185.

61. Wilhelm F.W., Pfaltz M.C., Gross J.J., Mauss I.B., Kim S.I., Wiederhold B.K. Mechanisms of virtual reality exposure therapy: The role of the behavioral activation and behavioral inhibition systems // Applied Psychophysiology and BiofeedbacK. - 2005. Vol. 30. - Р. 271-284.

62. Zhu Y., Belkasim S. A 3D Reconstruction algorithm based on 3d deformable atlas // Proceedings of the Third International Conference on Information Technology and Applications (ICITA’05), IEEE Computer Society, 2005. - P. 607-612.