Визуальное пространственное внимание - Visual spatial attention

Визуальное пространственное внимание - это форма визуального внимания, которая включает в себя направление внимания на определенное место в пространстве. Подобно своему временному аналогу визуально-временного внимания , эти модули внимания были широко реализованы в видеоаналитике в компьютерном зрении, чтобы обеспечить повышенную производительность и интерпретируемое человеком объяснение моделей глубокого обучения .

Пространственное внимание позволяет людям выборочно обрабатывать визуальную информацию посредством приоритезации области в поле зрения. Область пространства в поле зрения выбирается для внимания, и информация в этой области затем подвергается дальнейшей обработке. Исследования показывают, что при пробуждении пространственного внимания наблюдатель обычно быстрее и точнее обнаруживает цель, которая появляется в ожидаемом месте, по сравнению с неожиданным. Внимание еще быстрее направляется к неожиданным местам, когда эти места выделяются внешними визуальными сигналами (такими как внезапная вспышка). Согласно гипотезе значимости V1 , первичная зрительная кора головного мозга человека играет решающую роль в таком экзогенном руководстве вниманием.

Пространственное внимание отличается от других форм визуального внимания, таких как внимание, основанное на объектах, и внимание, основанное на особенностях. Эти другие формы визуального внимания выбирают весь объект или конкретную особенность объекта независимо от его местоположения, тогда как пространственное внимание выбирает конкретную область пространства, и объекты и особенности в этой области обрабатываются.

Меры визуального пространственного внимания

Пространственные реплики экспериментов

Ключевым свойством визуального внимания является то, что внимание может быть выбрано на основе пространственного положения, и для оценки этого типа выбора использовались эксперименты с пространственными подсказками. В парадигме подсказок Познера задача заключалась в том, чтобы обнаружить цель, которая может быть представлена ​​в одном из двух мест, и отреагировать как можно быстрее. В начале каждого испытания предоставляется реплика, которая либо указывает местоположение цели (действительная реплика), либо указывает неправильное местоположение, таким образом сбивая наблюдателя (недействительная реплика). Кроме того, в некоторых испытаниях отсутствует информация о местонахождении цели, так как отсутствует подсказка (нейтральные испытания). Были использованы две различные реплики; реплика была либо периферийным «мерцанием» вокруг местоположения цели (периферийная реплика), либо реплика отображалась в центре в виде символа, такого как стрелка, указывающая на местоположение цели (центральная реплика). Наблюдатели быстрее и точнее обнаруживают и распознают цель, если местоположение цели известно заранее. Кроме того, дезинформирование субъектов о местоположении цели приводит к более медленной реакции и снижению точности по сравнению с производительностью, когда информация о местоположении цели не предоставляется.

Задачи пространственной подсказки обычно оценивают скрытое пространственное внимание , которое относится к вниманию, которое может изменяться в пространстве без каких-либо сопутствующих движений глаз . Чтобы исследовать скрытое внимание, необходимо следить за тем, чтобы глаза наблюдателя оставались фиксированными в одном месте на протяжении всего задания. В задачах пространственной подсказки испытуемым предлагается зафиксировать центральную точку фиксации. Обычно саккадическое движение глаз к определенному месту занимает 200 мс. Следовательно, общая длительность метки и цели обычно составляет менее 200 мс. Это гарантирует, что скрытое пространственное внимание измеряется, и эффекты не связаны с явными движениями глаз. Некоторые исследования специально отслеживают движения глаз, чтобы убедиться, что глаза наблюдателя постоянно фиксируются на центральной точке фиксации.

Центральные и периферийные реплики в экспериментах с пространственными репликами могут оценивать ориентацию скрытого пространственного внимания. Эти две реплики используют разные механизмы для ориентации пространственного внимания. Периферийные сигналы, как правило, автоматически привлекают внимание, задействуя восходящие процессы контроля внимания. И наоборот, считается, что центральные сигналы находятся под произвольным контролем и поэтому используют процессы сверху вниз. Исследования показали, что периферийные сигналы трудно игнорировать, поскольку внимание направлено на периферийные сигналы, даже если наблюдатель знает, что сигнал не предсказывает местоположение цели. Периферийные реплики также вызывают распределение внимания намного быстрее, чем центральные реплики, поскольку центральные реплики требуют большего времени обработки для интерпретации реплики.

Пространственные зондовые эксперименты

В задачах пространственной подсказки пространственный зонд (реплика) вызывает выделение внимания к определенному месту. Пространственные зонды также часто используются в других типах задач для оценки распределения пространственного внимания.

Пространственные зонды использовались для оценки пространственного внимания при визуальном поиске. Задачи визуального поиска включают обнаружение цели среди множества отвлекающих факторов. Внимание к расположению элементов в поиске может быть использовано для визуального поиска. Это было продемонстрировано достоверными сигналами, улучшающими идентификацию целей относительно недействительных и нейтральных условий. Отображение визуального поиска также может влиять на то, как быстро наблюдатель реагирует на пространственный зонд. В задаче визуального поиска маленькая точка появлялась после визуального отображения, и было обнаружено, что наблюдатели быстрее обнаруживали точку, когда она находилась в том же месте, что и цель. Это продемонстрировало, что пространственное внимание было уделено целевому местоположению.

Использование нескольких задач одновременно в эксперименте также может продемонстрировать универсальность пространственного внимания, поскольку распределение внимания одной задаче может повлиять на выполнение других задач. Например, было обнаружено, что когда внимание уделялось обнаружению мерцающей точки (пространственный зонд), это увеличивало вероятность идентификации соседних букв.

Распределение пространственного внимания

Распределение пространственного внимания стало предметом серьезных исследований. Следовательно, это привело к развитию различных метафор и моделей, которые представляют предлагаемое пространственное распределение внимания.

Метафора в центре внимания

Согласно метафоре «прожектора», фокус внимания аналогичен лучу прожектора. Подвижный прожектор направлен в одно место, и все, что находится в его луче, обслуживается и обрабатывается преимущественно, в то время как информация за пределами луча остается без внимания. Это говорит о том, что фокус зрительного внимания ограничен в пространственном размере и перемещается для обработки других областей в поле зрения.

Метафора с зум-объективом

Исследования показали, что фокус внимания может быть разным по размеру. Эриксен и Сент-Джеймс предложили метафору «зум-линзы», которая является альтернативой метафоре прожектора и учитывает переменную природу внимания. В этом описании распределение внимания уподобляется зум-объективу, который может сузить или расширить фокус внимания. Это подтверждает результаты, которые показывают, что внимание может быть распределено как по большой области поля зрения, так и функционировать в сфокусированном режиме. В поддержку этой аналогии исследования показали, что существует обратная зависимость между размером фокуса внимания и эффективностью обработки в пределах зум-объектива.

Градиентная модель

Модель градиента - это альтернативная теория распределения пространственного внимания. Эта модель предлагает, чтобы ресурсы внимания распределялись по градиентной схеме, с концентрированными ресурсами в центре фокуса и непрерывным уменьшением ресурсов по мере удаления от центра. Даунинг провел исследование, используя адаптацию парадигмы подсказок Познера, которая поддерживала эту модель. Цель может появиться в 12 возможных местах, отмеченных прямоугольниками. Результаты показали, что фасилитация внимания была наиболее сильной в месте, которому была дана подсказка, и постепенно уменьшалась по мере удаления от места, где была указана подсказка. Однако не все исследования подтвердили градиентную модель. Например, Хьюз и Зимба провели аналогичный эксперимент, используя сильно распределенный визуальный массив и не использовали прямоугольники для отметки потенциальных местоположений цели. Не было доказательств градиентного эффекта, так как более быстрые ответы были, когда сигнал и цель находились в одном и том же полуполе, и более медленные ответы, когда они находились в разных полушариях. Ящики сыграли важную роль в привлечении внимания, поскольку в более позднем эксперименте использовались ящики и, следовательно, был обнаружен градиентный узор. Поэтому считается, что размер градиента можно регулировать в зависимости от обстоятельств. Более широкий градиент может быть принят, когда есть пустой дисплей, так как внимание может распространяться и ограничено только границами полутонов.

Разделение пространственного внимания

В исследованиях визуального пространственного внимания обсуждается вопрос о том, возможно ли разделить внимание на разные области визуального поля. Счета «прожектора» и «зум-линзы» постулируют, что внимание использует единый единый фокус. Следовательно, пространственное внимание может быть распределено только на смежные области в поле зрения и, следовательно, не может быть разделено. Это было подтверждено экспериментом, который изменил парадигму пространственной реплики с использованием двух реплик, первичной и вторичной. Было обнаружено, что вторичный сигнал был эффективен для концентрации внимания только тогда, когда его местоположение было рядом с первичным сигналом. Кроме того, было продемонстрировано, что наблюдатели не могут игнорировать стимулы, представленные в областях, расположенных между двумя указанными точками. Эти результаты показали, что нельзя разделить внимание на два несмежных региона. Однако другие исследования показали, что пространственное внимание можно разделить на два места. Например, наблюдатели могли одновременно наблюдать за двумя разными целями, расположенными в противоположных полушариях. Исследования даже показали, что люди способны фокусировать внимание на двух-четырех точках поля зрения. Другая точка зрения состоит в том, что пространственное внимание можно разделить только при определенных условиях. Эта точка зрения предполагает гибкость разделения пространственного внимания. Исследования показали, что то, является ли пространственное внимание единым или разделенным, зависит от целей задачи. Следовательно, если разделение внимания полезно для наблюдателя, тогда будет использоваться разделенный фокус внимания.

Одна из основных трудностей в установлении того, можно ли разделить пространственное внимание, заключается в том, что модель унитарного фокуса внимания также может объяснить ряд результатов. Например, когда уделяется внимание двум несмежным местоположениям, может быть не так, что внимание было разделено между этими двумя местоположениями, а вместо этого может быть, что единый фокус внимания расширился. В качестве альтернативы, два места могут не посещаться одновременно, и вместо этого область фокусировки быстро перемещается из одного места в другое. Следовательно, очень трудно без сомнения доказать, что пространственное внимание может быть разделено.

Дефицит визуального пространственного внимания

Hemineglect

Hemineglect [1] , также известный как одностороннее игнорирование зрения, пренебрежение вниманием, пренебрежение полушарием или пренебрежение пространством, представляет собой расстройство, включающее значительный дефицит зрительно-пространственного внимания. Геминеглект относится к неспособности пациентов с односторонним поражением головного мозга обнаруживать объекты на стороне пространства, противоположной поражению (контралатеральной); т.е. повреждение правого полушария головного мозга, приводящее к пренебрежению объектами в левой части пространства, и характеризуется полушарной асимметрией. Работа обычно сохраняется на ипсилатеральной стороне поражения (ипсилезии). Геминеглект встречается чаще и, возможно, более серьезен после повреждения правого полушария головного мозга у субъектов-правшей. Было высказано предположение, что правые теменные доли сравнительно более ответственны за распределение пространственного внимания, поэтому повреждение этого полушария часто приводит к более серьезным последствиям. Кроме того, трудно точно отобразить зрительные сенсорные дефициты в запущенном полуполе.

Пренебрежение диагностируется с помощью различных задач с бумагой и карандашом. Распространенным методом является Тест на сложную фигуру (CFT). CFT требует, чтобы пациенты скопировали сложный рисунок линии, а затем воспроизвели его по памяти. Часто пациенты пренебрегают особенностями, присутствующими на противоположной стороне пространства и предметов. Пациенты с пренебрежением будут действовать аналогичным образом при воспроизведении мысленных образов знакомых мест и предметов. Распространенной ошибкой является отсутствие чисел в левой части изображения при отрисовке аналоговых часов из памяти, например, все числа могут быть расположены на правой стороне циферблата.

Еще одно задание с бумагой и карандашом - это задание на деление линии пополам. В этом упражнении пациенты должны разделить горизонтальную линию на полпути. Пациенты с пренебрежением часто делят линию пополам справа от истинного центра, оставляя левую часть линии без присмотра.

Задачи аннулирования объекта также используются для определения степени потенциального дефицита. Во время выполнения этой задачи пациенты должны вычеркнуть (зачеркнуть) все объекты на загроможденном дисплее (например, линии, геометрические фигуры, буквы и т. Д.). Пациенты с повреждением в основном правой теменной области не могут обнаружить объекты в левом зрительно-пространственном поле, и они часто не вычеркиваются пациентом. Кроме того, пациенты, которые могут быть серьезно затронуты, обычно не могут обнаружить свои ошибки при визуальном осмотре.

Вымирание

Угасание - это явление, наблюдаемое при одновременной двойной стимуляции левого и правого полей зрения. Пациенты с угасанием не будут воспринимать стимул в поле зрения контратезии, когда его предъявляют в сочетании со стимулом в поле ипсилезии. Однако при самостоятельном представлении пациенты могут правильно воспринимать противоположный стимул. Таким образом, пациенты с пренебрежением не могут сообщать о стимулах, присутствующих в аберрантном поле, тогда как пациенты с угасанием не могут сообщать о стимулах в аберрантном поле только тогда, когда двойное одновременное предъявление происходит в обоих полушариях. Аналогично пренебрежению, угасание влияет на контрастное визуально-пространственное поле у ​​большинства пациентов с односторонним повреждением. Анатомические корреляты зрительно-пространственного пренебрежения и угасания не пересекаются абсолютно, при этом угасание предположительно связано с подкорковыми поражениями.

Распространенным методом быстрого обнаружения зрительно-пространственного исчезновения является модель конфронтации пальцев. Используемая как стандартная прикроватная оценка, задача требует, чтобы пациент указал (устно или указав), в каком поле зрения движется рука или палец врача, в то время как врач делает движение указательным пальцем. Это позволяет врачу различать дефициты, напоминающие пренебрежение, и те, которые могут указывать на исчезновение, путем предъявления либо одного стимула в поле контрацептивов, либо двух одновременных стимулов как в полях, пораженных очагом поражения, так и в полях зрения. Этот быстрый тест можно использовать сразу же в условиях больницы для быстрой диагностики и может быть особенно полезен после инсультов и судорог.

Области, связанные с нарушением зрительно-пространственного внимания

Париетальное повреждение

Задняя теменная область, вероятно, наиболее изучена в отношении зрительно-пространственного внимания. Пациенты с повреждением теменной доли чаще всего не обращают внимания на стимулы, расположенные в противоположном полушарии, как это наблюдается у пациентов с геминеглектом / односторонним игнорированием зрения. Таким образом, они могут не заметить человека, сидящего слева от них, они могут пренебречь едой, расположенной слева от них, или делать движения головой или глазами влево. Исследования компьютерной томографии (КТ) показали, что нижняя теменная долька в правом полушарии наиболее часто повреждается у пациентов с тяжелым пренебрежением.

Повреждение теменной поверхности может снизить способность снижать шум принятия решений. Пространственные подсказки, кажется, уменьшают неопределенность зрительно-пространственного решения. Нарушение пространственной ориентации, как видно из геминеглекта, предполагает, что пациенты с повреждением теменной области могут испытывать повышенные трудности в принятии решений относительно целей, расположенных в противоположном поле поражения.

Повреждение теменной области также может усилить иллюзорное соединение черт лица. Иллюзорные соединения возникают, когда люди сообщают о комбинациях признаков, которых не было. Например, при представлении оранжевого квадрата и фиолетового круга участник может сообщить о фиолетовом квадрате или оранжевом круге. Хотя обычно для создания иллюзорного соединения у здорового человека требуются особые обстоятельства, похоже, что некоторые пациенты с повреждением теменной коры могут демонстрировать уязвимость к таким зрительно-пространственным нарушениям. Результаты исследований париетальных пациентов предполагают, что теменная кора и, следовательно, пространственное внимание могут быть вовлечены в решение этой проблемы связывающих свойств.

Повреждение лобной доли

Давно известно, что повреждения лобной коры предшествуют пространственному пренебрежению и другим зрительно-пространственным нарушениям. В частности, повреждение лобной доли связано с дефицитом контроля над чрезмерным вниманием (движением глаз). Поражения областей верхней лобной доли, включая лобные поля глаз, по-видимому, нарушают некоторые формы явных движений глаз. Guitton, Buchtel и Douglas продемонстрировали, что движение глаз, направленное от внезапно появляющейся визуальной цели («антисаккад»), заметно ухудшается у пациентов с повреждением лобных полей глаза, которые часто совершают рефлекторные движения глаз к цели. Когда пациенты с фронтальным полем глаза действительно делали антисаккады, у них увеличивалась латентность движений глаз по сравнению с контрольной группой. Это говорит о том, что лобные доли, особенно дорсолатеральная область, содержащая лобные глазные поля, играют тормозящую роль в предотвращении рефлекторных движений глаз при явном контроле внимания. Кроме того, лобные поля глаза или окружающие области могут быть критически связаны с пренебрежением после дорсолатеральных лобных поражений.

Поражения лобных долей также, по-видимому, вызывают дефицит зрительно-пространственного внимания, связанный со скрытым вниманием (ориентация внимания без движения глаз). Используя задачу «Пространственные подсказки» Познера , Аливесатос и Милнер (1989; см.) Обнаружили, что участники с повреждением лобной доли продемонстрировали сравнительно меньший эффект внимания от действительных сигналов, чем контрольные участники или участники с повреждением височной доли. Произвольная ориентация больных лобной долей нарушена.

В исследовании, проведенном Husain & Kennard, также было обнаружено, что правая латеральная область лобной доли связана с левосторонним игнорированием зрения. Область перекрытия была обнаружена в месте поражения у четырех из пяти пациентов с левосторонним игнорированием зрения, особенно в дорсальной части нижней лобной извилины и нижележащего белого вещества. Кроме того, перекрытие участков поражения также было обнаружено в дорсальной области зоны Бродмана 44 (перед премоторной корой). Эти результаты также предполагают участие лобной доли в направлении внимания в визуальном пространстве.

Повреждение ядер таламуса (пульвинарное ядро)

Предполагается, что ядра таламуса участвуют в направлении внимания к точкам зрения в визуальном пространстве. В частности, ядро ​​пульвинара, по-видимому, участвует в подкорковом контроле пространственного внимания, и поражения в этой области могут вызывать пренебрежение. Данные свидетельствуют о том, что пульвинарное ядро ​​таламуса может быть ответственным за участие в пространственном внимании в ранее указанном месте. Исследование, проведенное Рафалом и Познером, показало, что пациенты с острым поражением легочной артерии медленнее обнаруживали цель, которая появлялась в контрастном визуально-пространственном поле, по сравнению с появлением цели в ипсилезионном поле во время задания пространственной привязки. Это говорит о недостатке способности использовать внимание для улучшения работы при обнаружении и обработке визуальных целей в области контрацепции.

Использование в камуфляже

Камуфляж основан на обмане восприятия наблюдателя, например, хищника . Некоторые механизмы маскировки, такие как отвлекающие отметки, вероятно, действуют, конкурируя за визуальное внимание со стимулами, которые выдавали бы присутствие замаскированного объекта (например, животного-жертвы). Такие отметки должны быть заметными и располагаться в стороне от контура, чтобы не привлекать к нему внимание, в отличие от разрушающих отметок, которые лучше всего работают при контакте с контуром.

Смотрите также

использованная литература