Современные представления о механизмах зрительного внимания

Коллектив авторов

Предложенный Awh et al. (2012) подход предполагает использование трех факторов для определения формы внимания:

1. Цели осмотра. Эта категория предполагает влияние целенаправленного поиска на смещение фокуса внимания; при этом изменение цели в процессе осмотра вызовет изменения и в смещении селективного внимания.

2. История отбора стимулов. Эта категория объединяет оба типа влияющих факторов – как предыдущие поощрения, полученные испытуемым, так и предыдущие стимулы, их пространственные и ассоциативные взаимоотношения. Авторы указывают на очень широкий круг связей и ассоциаций, которые могут воздействовать на селекцию стимулов и определяют их основную общую черту: в каждом случае прошлые эпизоды отбора воспроизводятся в последующих пробах, когда соответствующий контекст встречается снова.

3. Физические

признаки. Эта категория отражает известные данные о том, что селективное внимание иногда смещается из-за влияния физических свойств изображения, а не из-за внутренних особенностей состояния наблюдателя. Примеры таких признаков – явное выделение цветом, (например, красный объект в поле множества зеленых), формой, неожиданное движение в зрительном поле, до этого не изменявшемся, громкий звуковой раздражитель и т. д. (Egeth,Yantis, 1997; Itti, Koch, 2000).

Кроме того, известны исследования, результаты которых указывают на то, что некоторые стимулы, например, эмоционально значимые изображения (Hodsoll et al., 2011), захватывают внимание независимо от физических признаков, истории осмотра или цели. Более подробно проблема приоритета эмоционально значимых изображений будет рассмотрена в обзоре соответствующего раздела.

1.1.2. Механизмы явного и скрытого зрительного внимания

Фокус внимания может быть локализован по направлению движений глаз и положениям точек фиксации взгляда в случае, если явное (overt) зрительное внимание сопровождает осмотр. Процессы скрытого (covert) зрительного внимания исследуются с помощью различных методов, основной особенностью которых является оценка восприятия объектов в поле зрения, которая не сопровождается смещением взгляда и новыми фиксациями. Скрытое внимание улучшает выполнение многих зрительных задач, но механизмы, ответственные за его функционирование, а также уровни обработки, на которой регулируется его активность, пока недостаточно изучены (Carrasco, 2011).

Повышение сенсорной чувствительности, подавление нерелевантной информации и эффективные критерии выбора могут быть реализованы одновременно, в рамках одной системы внимания (Eckstein et al., 2002; Lu, Dosher, 1998, 2000; Tse, 2005; Pestilli, Carrasco, 2005). По-видимому, внимание отражает комбинацию таких механизмов, как усиление сигнала, подавление нерелевантной информации и факторы, связанные с выбором критериев для поиска специфических черт стимула. Гипотеза об усилении сигнала предполагает, что внимание напрямую изменяет представление стимула, увеличивая коэффициент усиления для сигнала в пределах локуса селективного внимания (Bashinski, Bacharach, 1980; Cameron, et al., 2002; Carrasco et al., 2000; Carrasco et al., 2002; Dosher, Lu, 2000).

Гипотеза подавления нерелевантной информации имеет несколько формулировок. В частности, внимание может изменить свойства фильтров восприятия, увеличивая долю сигнала и уменьшая долю нерелевантной информации (Dosher, Lu, 2000; Lu, Dosher, 1998; Lu et al., 2002). В этом случае внимание работает как фильтр в определенном положении, пропускающий только часть информации; в других местах поля зрения могут применяться другие фильтры. Другой аспект состоит в подавлении нецелевых стимулов за счет игнорирования информации вне фокуса внимания. Модели подавления дистракторов обычно содержат внутреннюю неопределенность, появляющуюся из-за трудности в различении дистракторов и целевых стимулов. Результаты некоторых исследований свидетельствуют о том, что внимание может содействовать подавлению внешнего шума в двух случаях: 1) когда единственный целевой стимул имеет низкую интенсивность первичных признаков и в силу этого может быть перепутан с пустым местом (пространственная неопределенность); 2) когда сверхпороговый целевой стимул может быть перепутан cо сверхпороговыми дистракторами. Согласно этим представлениям, качество восприятия ухудшается, когда пространственная неопределенность возрастает и количество дистракторов увеличивается, потому что шум, который они создают, может быть перепутан с целевым сигналом (Baldassi, Burr, 2000; Cameron et al., 2002; Kinchla et al., 1995; Morgan, et al., 1998; Shiu, Pashler, 1994; Solomon et al., 1997). Можно предположить, что предварительные подсказки позволяют испытуемым следить только за релевантным местоположением, в котором возможно появление целевых стимулов, вместо всех возможных местоположений (Davis et al., 1983; Eckstein et al., 2002; Kinchla et al., 1995; Nachmias, 2002).

Гипотеза уменьшения внешнего шума имеет две отдельные формулировки: исключение шума и подавление дистракторов. Эти формулировки предполагают существование разных механизмов. Исключение шума может быть основано на возможности внимания исключить влияние

внешнего шума, совпадающего с интересующим сигналом. В частности, внимание может изменить свойства фильтров восприятия, увеличивая долю сигнала и уменьшая долю шума (Dosher, Lu, 2000; Lu, Dosher, 1998; Lu et al., 2002). В этом случае внимание работает как фильтр в определенном положении, пропускающий только часть информации; в других местах поля зрения могут применяться другие фильтры (например, для торможения репрезентации других дистракторов).

Согласно гипотезе подавления дистракторов для уменьшения уровня шума, внимание влияет на обработку в выбранной области с помощью активного торможения представительства тех частей поля зрения, которые находятся за пределами фокуса внимания. Некоторые исследования показывают, что эффект внимания появляется, когда целевой стимул представлен вместе с дистрактором (для исключения дистрактора), но не тогда, когда целевой стимул является единственным стимулом; кроме того, он становится более заметен с ростом числа дистракторов (Cameron et al., 2002; Eckstein et al., 2002; Foley et al., 1998). В некоторых работах высказывается предположение о том, что внимание позволяет исключать дистракторы, которые слишком отличаются от релевантных стимулов при помощи сужения фильтров, которые обрабатывают стимулы (Baldassi, Burr, 2000, Solomon et al., 1997). В целом эта гипотеза, основанная на принятии решений о выборе критериев отбора, подразумевает, что внимание позволяет наблюдателю следить за полезными фильтрами и основываться на них при принятии решений о новых критериях.

Было предложено несколько механизмов, способных объяснить, как внимание воздействует на восприятие, многие из которых могут быть отнесены к уже описанной выше модели шаблонов восприятия. Эта модель дает теоретические и практические обоснования для оценки механизмов внимания при помощи регуляции интенсивности и характеристик внешних сигналов, присутствующих одновременно с релевантными стимулами, Согласно модели шаблонов восприятия, сигнал анализируется при помощи сравнения с шаблоном восприятия. Внимание может взаимодействовать с шаблоном восприятия для улучшения качества обработки несколькими способами, описанными в работе Lu et al. (2009).

Модель шаблонов восприятия основана на более старой модели, описанной в ранних работах (Burgess, et al., 1981; Pelli, Farell, 1999). Она включает в себя известные характеристики зрительной системы человека. Точность и качество восприятия ограничены естественными причинами, такими как погрешность выборки рецепторов, шум в ответах нейронов на стимул, возможные потери части информации при передаче, а также внешним шумом, сопровождающим стимулы. Производительность (или качество распознавания, процент корректных ответов) рассчитывается в этой модели как функция, зависящая от задачи, внимания, внешнего шума и уровня контраста. Параметры модели были установлены с учетом результатов психофизиологических экспериментов (Dosher, Lu, 2000; Lu, Dosher, 2004). При использовании экспериментальной парадигмы с внешним шумом, подсказки для направления внимания к определенному месту в пространстве позволяли как усиливать информацию о релевантном стимуле, так и минимизировать внешний шум, что соответствует работе первого и второго механизмов, описанных в модели. Другие работы также подтверждают, что одна из основных функций внимания – исключение внешнего шума в местоположении целевого стимула (Dosher, Lu, 2000; Lu, Dosher, 2000; Lu et al., 2002). Переходящий фокус внимания увеличивает контрастную чувствительность в условиях невысокого уровня шума, демонстрируя работу механизма усиления сигнала, а также улучшает качество и производительность восприятия в условиях высокого уровня шума, указывая на работу второго механизма. (Lu, Dosher, 1998, 2000).

Эксперименты с добавлением внешнего шума были широко распространены при изучении разных уровней зрительной обработки и свойств механизмов выделения и различения объектов. Эти парадигмы предполагают, что обработка входной информации, основанная на шаблонах восприятия, не влияет на свойства фильтра при изменении уровня внешнего шума (Carrasco, 2011). Вместе с тем в ряде работ получены данные, указывающие на наличие зависимости шаблонов восприятия от внешнего шума. В частности, при использовании методики, связанной с классификацией изображений, шаблоны восприятия настраиваются на более низкие пространственные частоты при возрастании внешнего шума (Abbey, Eckstein, 2009). Кроме того, в экспериментах по детектированию объектов показано, что эффект скученности (усложнение распознавания перифовеальной цели в присутствии находящихся рядом с ней дистракторов) обычно не наблюдается, но при некоторых типах зашумления изображений этот эффект начинает сказываться на качестве детектирования целевых стимулов, но только в случае высокого уровня шума (Allard, Cavanagh, 2011).