Wzrokowa uwaga przestrzenna - Visual spatial attention

Wzrokowa uwaga przestrzenna to forma uwagi wizualnej polegająca na skierowaniu uwagi na lokalizację w przestrzeni. Podobnie jak jego czasowy odpowiednik wzrokowo-czasowa uwaga , te moduły uwagi zostały szeroko zaimplementowane w analityce wideo w wizji komputerowej, aby zapewnić lepszą wydajność i zrozumiałe dla człowieka wyjaśnienie modeli głębokiego uczenia się .

Uwaga przestrzenna pozwala ludziom na selektywne przetwarzanie informacji wizualnych poprzez priorytetyzację obszaru w polu widzenia. Obszar przestrzeni w polu widzenia jest wybierany do uwagi, a informacje w tym obszarze są następnie poddawane dalszemu przetwarzaniu. Badania pokazują, że gdy wywołana jest uwaga przestrzenna, obserwator jest zazwyczaj szybszy i dokładniejszy w wykrywaniu celu, który pojawia się w oczekiwanym miejscu, w porównaniu z nieoczekiwaną lokalizacją. Uwaga jest kierowana jeszcze szybciej do nieoczekiwanych lokalizacji, gdy te lokalizacje są wyeksponowane przez zewnętrzne sygnały wizualne (takie jak nagły błysk). Zgodnie z Hipotezą Saliency V1 pierwotna kora wzrokowa człowieka odgrywa kluczową rolę w takim egzogennym kierowaniu uwagą.

Uwaga przestrzenna różni się od innych form uwagi wizualnej, takich jak uwaga oparta na obiekcie i uwaga oparta na cechach. Te inne formy uwagi wzrokowej wybierają cały obiekt lub określoną cechę obiektu niezależnie od jego lokalizacji, podczas gdy uwaga przestrzenna wybiera określony obszar przestrzeni, a obiekty i cechy w tym regionie są przetwarzane.

Miary wzrokowej uwagi przestrzennej

Eksperymenty ze wskazówkami przestrzennymi

Kluczową właściwością uwagi wzrokowej jest to, że uwagę można wybrać na podstawie lokalizacji przestrzennej, a do oceny tego typu selekcji wykorzystano eksperymenty z sygnałami przestrzennymi. W paradygmacie cueing Posnera zadaniem było wykrycie celu, który mógłby zostać zaprezentowany w jednej z dwóch lokalizacji i zareagować tak szybko, jak to możliwe. Na początku każdej próby prezentowana jest wskazówka, która albo wskazuje lokalizację celu (prawidłowa wskazówka), albo wskazuje nieprawidłową lokalizację, tym samym wprowadzając w błąd obserwatora (nieprawidłowa wskazówka). Ponadto w niektórych próbach nie podano informacji o lokalizacji celu, ponieważ nie przedstawiono żadnej wskazówki (próby neutralne). Użyto dwóch różnych wskazówek; wskazówka była albo peryferyjnym „migotaniem” wokół lokalizacji celu (wskazówka peryferyjna), albo była wyświetlana centralnie jako symbol, taki jak strzałka wskazująca lokalizację celu (centralna wskazówka). Obserwatorzy szybciej i dokładniej wykrywają i rozpoznają cel, jeśli lokalizacja celu jest znana z góry. Co więcej, błędne informowanie badanych o lokalizacji celu prowadzi do wolniejszych czasów reakcji i gorszej dokładności w stosunku do wydajności, gdy nie podaje się żadnych informacji o lokalizacji celu.

Zadania przekazywania informacji przestrzennych zazwyczaj oceniają ukrytą uwagę przestrzenną , która odnosi się do uwagi , która może zmieniać się przestrzennie bez towarzyszących mu ruchów gałek ocznych . Aby zbadać ukrytą uwagę, konieczne jest upewnienie się, że oczy obserwatora pozostają skupione w jednym miejscu podczas całego zadania. W zadaniach z sygnalizacją przestrzenną, badani są instruowani, aby fiksowali się na centralnym punkcie fiksacyjnym. Zwykle wykonanie sakkadowego ruchu gałek ocznych do miejsca zajmuje 200 ms. Dlatego łączny czas trwania wskazówki i celu jest zwykle przedstawiany w mniej niż 200 ms. Gwarantuje to, że mierzona jest ukryta uwaga przestrzenna, a efekty nie są spowodowane jawnymi ruchami oczu. Niektóre badania w szczególności monitorują ruchy gałek ocznych, aby zapewnić, że oczy obserwatora są stale fiksowane w centralnym punkcie fiksacji.

Centralne i peryferyjne wskazówki w eksperymentach z sygnalizacją przestrzenną pozwalają ocenić orientację ukrytej uwagi przestrzennej. Wydaje się, że te dwie wskazówki wykorzystują różne mechanizmy orientowania uwagi przestrzennej. Sygnały peryferyjne mają tendencję do automatycznego przyciągania uwagi, rekrutując oddolne procesy kontroli uwagi. Odwrotnie, uważa się, że centralne sygnały są pod dobrowolną kontrolą i dlatego wykorzystują procesy odgórne. Badania wykazały, że sygnały peryferyjne są trudne do zignorowania, ponieważ uwaga jest skierowana na wskazówkę peryferyjną, nawet jeśli obserwator wie, że wskazówka nie przewiduje lokalizacji celu. Sygnały peryferyjne również powodują alokację uwagi znacznie szybciej niż sygnały centralne, ponieważ sygnały centralne wymagają dłuższego czasu przetwarzania, aby zinterpretować wskazówkę.

Eksperymenty z sondą przestrzenną

W zadaniach ze wskazówkami przestrzennymi sonda przestrzenna (cue) powoduje przydzielenie uwagi do określonej lokalizacji. Sondy przestrzenne były również często wykorzystywane w innych rodzajach zadań do oceny, w jaki sposób przydzielana jest uwaga przestrzenna.

Sondy przestrzenne zostały wykorzystane do oceny uwagi przestrzennej w poszukiwaniach wizualnych. Zadania wyszukiwania wizualnego obejmują wykrywanie celu z zestawu rozpraszaczy. Zwracanie uwagi na położenie przedmiotów w wyszukiwaniu może być wykorzystane do kierowania wyszukiwaniami wizualnymi. Zostało to zademonstrowane przez ważne wskazówki poprawiające identyfikację celów w odniesieniu do warunków nieważnych i neutralnych. Wizualny wyświetlacz wyszukiwania może również wpływać na szybkość reakcji obserwatora na sondę przestrzenną. W zadaniu wyszukiwania wizualnego po wizualizacji pojawiła się mała kropka i stwierdzono, że obserwatorzy szybciej wykrywali kropkę, gdy znajdowała się ona w tym samym miejscu co cel. Świadczy to o tym, że uwagę przestrzenną przypisano lokalizacji docelowej.

Użycie wielu zadań jednocześnie w eksperymencie może również wykazać ogólność uwagi przestrzennej, ponieważ przydział uwagi do jednego zadania może wpływać na wykonywanie innych zadań. Na przykład stwierdzono, że gdy uwaga została poświęcona wykryciu migoczącej kropki (sonda przestrzenna), zwiększało to prawdopodobieństwo zidentyfikowania pobliskich liter.

Rozkład uwagi przestrzennej

Rozkład uwagi przestrzennej był przedmiotem wielu badań. W konsekwencji doprowadziło to do rozwoju różnych metafor i modeli reprezentujących proponowany przestrzenny rozkład uwagi.

Metafora reflektorów

Zgodnie z metaforą „reflektora”, skupienie uwagi jest analogiczne do wiązki reflektora. Ruchomy reflektor skierowany jest w jedno miejsce, a wszystko w jego wiązce jest obserwowane i przetwarzane w sposób preferencyjny, podczas gdy informacje poza wiązką pozostają bezobsługowe. Sugeruje to, że skupienie uwagi wzrokowej jest ograniczone w rozmiarze przestrzennym i porusza się w celu przetwarzania innych obszarów w polu widzenia.

Metafora obiektywu zmiennoogniskowego

Badania sugerują, że skupienie uwagi ma zmienny rozmiar. Eriksen i St James zaproponowali metaforę „soczewki powiększającej”, która jest alternatywą dla metafory reflektora i uwzględnia zmienny charakter uwagi. Ta relacja porównuje rozkład uwagi do obiektywu zmiennoogniskowego, który może zawęzić lub poszerzyć skupienie uwagi. Wspiera to ustalenia, które pokazują, że uwaga może być rozłożona zarówno na dużym obszarze pola widzenia, jak i funkcjonować w trybie skupionym. Na poparcie tej analogii badania wykazały, że istnieje odwrotna zależność między wielkością skupienia uwagi a wydajnością przetwarzania w granicach soczewki zmiennoogniskowej.

Model gradientowy

Model gradientowy to alternatywna teoria rozkładu uwagi przestrzennej. Model ten sugeruje, że zasoby uwagi są alokowane w sposób gradientowy, ze skoncentrowanymi zasobami w centrum uwagi, a zasoby zmniejszają się w sposób ciągły z dala od centrum. Downing przeprowadził badania przy użyciu adaptacji paradygmatu cueing Posnera, który wspierał ten model. Cel mógł pojawić się w 12 potencjalnych lokalizacjach, oznaczonych kwadratami. Wyniki pokazały, że facylitacja uwagi była najsilniejsza w wskazywanej lokalizacji i stopniowo malała wraz z odległością od wskazywanej lokalizacji. Jednak nie wszystkie badania wspierały model gradientowy. Na przykład Hughes i Zimba przeprowadzili podobny eksperyment, wykorzystując wysoce rozproszoną tablicę wizualną i nie używali pudełek do zaznaczania potencjalnych lokalizacji celu. Nie było dowodów na efekt gradientu, ponieważ szybsze reakcje były, gdy wskazówka i cel znajdowały się w tym samym półpolu, a wolniejsze, gdy znajdowały się w różnych półpolach. Pudełka odegrały ważną rolę w późniejszym eksperymencie, użyły pudełek i w konsekwencji znalazły wzór gradientu. Dlatego uważa się, że wielkość gradientu można dostosować w zależności od okoliczności. Szerszy gradient można przyjąć, gdy wyświetlacz jest pusty, ponieważ uwaga może się rozprzestrzeniać i jest ograniczona jedynie granicami półpola.

Dzielenie uwagi przestrzennej

W badaniach nad wzrokowo-przestrzenną uwagą dyskutuje się, czy możliwe jest rozdzielenie uwagi na różne obszary pola widzenia. Relacje „reflektor” i „soczewka powiększająca” postulują, że uwaga używa pojedynczego, jednolitego punktu skupienia. Dlatego uwagę przestrzenną można przydzielić tylko do sąsiednich obszarów w polu widzenia i w konsekwencji nie można jej podzielić. Zostało to poparte eksperymentem, który zmienił paradygmat sygnałów przestrzennych poprzez użycie dwóch wskazówek, podstawowej i drugorzędnej. Stwierdzono, że drugorzędna wskazówka była skuteczna w skupianiu uwagi tylko wtedy, gdy jej lokalizacja sąsiadowała ze wskazówką podstawową. Ponadto wykazano, że obserwatorzy nie są w stanie zignorować bodźców prezentowanych w obszarach położonych pomiędzy dwoma wskazywanymi lokalizacjami. Odkrycia te sugerują, że uwagi nie można podzielić na dwa nieprzylegające do siebie regiony. Jednak inne badania wykazały, że uwagę przestrzenną można podzielić na dwie lokalizacje. Na przykład obserwatorzy byli w stanie obserwować jednocześnie dwa różne cele znajdujące się na przeciwległych półpolach. Badania sugerują nawet, że ludzie są w stanie skupić uwagę na dwóch do czterech miejscach w polu widzenia. Inną perspektywą jest to, że uwagę przestrzenną można podzielić tylko pod pewnymi warunkami. Ta perspektywa sugeruje, że podział uwagi przestrzennej jest elastyczny. Badania wykazały, że to, czy uwaga przestrzenna jest jednolita, czy podzielona, ​​zależy od celów zadania. Dlatego też, jeśli dzielenie uwagi jest korzystne dla obserwatora, wówczas wykorzystane zostanie podzielone skupienie uwagi.

Jedną z głównych trudności w ustaleniu, czy można podzielić uwagę przestrzenną, jest to, że model jednolitego skupienia uwagi może również wyjaśnić szereg ustaleń. Na przykład, gdy zwraca się uwagę na dwie nieciągłe lokalizacje, może nie być tak, że uwaga została podzielona między te dwie lokalizacje, ale może być tak, że rozszerzyło się jednolite skupienie uwagi. Alternatywnie, te dwie lokalizacje mogą nie być obserwowane jednocześnie, a zamiast tego obszar ostrości szybko przemieszcza się z jednego miejsca do drugiego. W związku z tym bardzo trudno jest bez wątpienia udowodnić, że uwagę przestrzenną można podzielić.

Deficyty wzrokowej uwagi przestrzennej

Hemineglet

Hemineglect [1] , znany również jako jednostronne zaniedbanie wzrokowe, zaniedbanie uwagi, zaniedbanie połowiczne lub zaniedbanie przestrzenne, jest zaburzeniem obejmującym znaczny deficyt uwagi wzrokowo-przestrzennej. Hemineglet odnosi się do niezdolności pacjentów z jednostronnym uszkodzeniem mózgu do wykrywania obiektów po stronie przestrzeni przeciwległej do zmiany (przeciwnarządowej); tj. uszkodzenie prawej półkuli mózgu skutkujące zaniedbaniem obiektów po lewej stronie przestrzeni i charakteryzuje się asymetrią półkuli. Wydajność jest na ogół zachowana po stronie ipsilateralnej od zmiany (ipsilesionional). Zaniedbanie połowicze jest częstsze i prawdopodobnie poważniejsze po uszkodzeniu prawej półkuli mózgowej osób praworęcznych. Zaproponowano, że prawe płaty ciemieniowe są stosunkowo bardziej odpowiedzialne za alokację uwagi przestrzennej, dlatego uszkodzenie tej półkuli często powoduje poważniejsze skutki. Dodatkowo trudno jest dokładnie odwzorować wzrokowe deficyty czuciowe w zaniedbanym półpolu.

Zaniedbanie diagnozuje się za pomocą różnych zadań związanych z papierem i ołówkiem. Powszechną metodą jest Test Złożonych Figur (CFT). CFT wymaga od pacjentów skopiowania skomplikowanego rysunku linii, a następnie odtworzenia go z pamięci. Często pacjenci zaniedbują cechy obecne po przeciwnej stronie przestrzeni i przedmiotów. Pacjenci z zaniedbaniem zachowają się podobnie, odtwarzając mentalne obrazy znajomych miejsc i przedmiotów. Częstym błędem jest nieuwzględnienie cyfr po lewej stronie obrazu podczas rysowania zegara analogowego z pamięci, na przykład wszystkie cyfry mogą znajdować się po prawej stronie tarczy zegara.

Innym zadaniem typu papier i ołówek jest zadanie przecięcia linii. W tym ćwiczeniu pacjenci muszą podzielić linię poziomą w połowie. Zaniedbani pacjenci często przecinają linię na dwie części na prawo od prawdziwego środka, pozostawiając lewą część linii bez opieki.

Zadania anulowania obiektu służą również do określenia zakresu potencjalnego deficytu. Podczas tego zadania pacjenci są zobowiązani do wykreślenia (przekreślenia) wszystkich obiektów na zaśmieconym wyświetlaczu (np. linie, kształty geometryczne, litery itp.). Pacjenci z uszkodzeniami przede wszystkim prawej okolicy ciemieniowej nie potrafią wykryć obiektów w lewym polu wzrokowo-przestrzennym, a te często nie są przez pacjenta skreślane. Ponadto pacjenci, którzy mogą być poważnie dotknięci chorobą, zwykle nie wykrywają swoich błędów podczas oględzin.

Wygaśnięcie

Wygaszanie jest zjawiskiem obserwowalnym podczas podwójnej jednoczesnej stymulacji lewego i prawego pola widzenia. Pacjenci z wygaszeniem nie będą postrzegać bodźca w przeciwległym polu widzenia w połączeniu z bodźcem w polu ipsilesyjnym. Jednak w przypadku samodzielnego przedstawienia pacjenci mogą prawidłowo postrzegać bodziec kontralezyjny. Tak więc pacjenci z zaniedbaniem nie zgłaszają bodźców obecnych w nieprawidłowym polu, podczas gdy pacjenci z wygaszeniem nie zgłaszają bodźców w nieprawidłowym polu tylko wtedy, gdy podwójne jednoczesne prezentacje występują w obu półpolach. Analogicznie do zaniedbania, wygaszenie wpływa na pole wzrokowo-przestrzenne przeciwogniskowe u większości pacjentów z jednostronnym uszkodzeniem. Anatomiczne korelaty zaniedbania wzrokowo-przestrzennego i wygaszania nie pokrywają się całkowicie, przy czym wygaszanie sugeruje się jako związane ze zmianami podkorowymi.

Powszechną metodą szybkiego wykrywania wygaszania wzrokowo-przestrzennego jest model konfrontacji palców. Wykorzystywane jako standardowa ocena przyłóżkowa, zadanie wymaga od pacjenta wskazania (werbalnie lub poprzez wskazanie), w którym polu widzenia porusza się ręka lub palec lekarza, podczas gdy lekarz wykonuje ruch kołyszący wskaźnikiem. Dzięki temu lekarz może odróżnić deficyty przypominające zaniedbanie od tych, które mogą wskazywać na wygaśnięcie, prezentując albo pojedynczy bodziec w polu przeciwogniskowym, albo dwa równoczesne bodźce w polu widzenia zarówno przeciwogniskowym, jak i przynasadowym. Ten szybki test może być użyty natychmiast w warunkach szpitalnych w celu szybkiej diagnozy i może być szczególnie przydatny w przypadku udarów i napadów padaczkowych.

Regiony związane z upośledzeniem uwagi wzrokowo-przestrzennej

Uszkodzenie ciemieniowe

Tylny region ciemieniowy jest prawdopodobnie najdokładniej zbadanym pod kątem uwagi wzrokowo-przestrzennej. Pacjenci z uszkodzeniem płata ciemieniowego najczęściej nie zwracają uwagi na bodźce zlokalizowane na przeciwogniskowej półkuli, co obserwuje się u pacjentów z zaniechaniem połowiczym/jednostronnym zaniedbaniem widzenia. W związku z tym mogą nie rozpoznać osoby siedzącej po ich lewej stronie, mogą zaniedbywać jedzenie jedzenia po lewej stronie lub wykonywać ruchy głową lub oczami w lewo. Badania tomografii komputerowej (CT) wykazały, że u pacjentów z poważnym zaniedbaniem najczęściej uszkadzany jest płatek ciemieniowy dolny w prawej półkuli.

Uszkodzenie ciemieni może zmniejszyć zdolność do redukcji szumu decyzyjnego. Wydaje się, że wskazówki przestrzenne zmniejszają niepewność decyzji wzrokowo-przestrzennej. Zakłócenie orientacji przestrzennej, obserwowane w przypadku połowicznego zaniedbania, sugeruje, że pacjenci z uszkodzeniem okolicy ciemieniowej mogą doświadczać zwiększonej trudności w podejmowaniu decyzji dotyczących celów zlokalizowanych w polu przeciwuszkodzonym.

Uszkodzenie okolicy ciemieniowej może również nasilać iluzoryczne połączenia cech. Iluzoryczne spójniki występują, gdy ludzie zgłaszają kombinacje cech, które nie wystąpiły. Na przykład, gdy zostanie przedstawiony pomarańczowy kwadrat i fioletowe kółko, uczestnik może zgłosić fioletowy kwadrat lub pomarańczowe kółko. Chociaż wytworzenie iluzorycznego połączenia przez osobę nieuszkodzoną zwykle wymagałoby szczególnych okoliczności, wydaje się, że niektórzy pacjenci z uszkodzeniem kory ciemieniowej mogą wykazywać podatność na takie zaburzenia wzrokowo-przestrzenne. Wyniki badań pacjentów ciemieniowych sugerują, że kora ciemieniowa, a tym samym uwaga przestrzenna, może być zaangażowana w rozwiązanie tego problemu cech wiążących.

Uszkodzenie płata czołowego

Od dawna wiadomo, że zmiany w korze czołowej poprzedzają zaniedbanie przestrzenne i inne deficyty wzrokowo-przestrzenne. W szczególności uszkodzenie płata czołowego jest związane z deficytem kontroli nad uwagą (produkcja ruchów gałek ocznych). Zmiany w obszarach górnego płata czołowego, które obejmują przednie pola oczu, wydają się zakłócać niektóre formy jawnych ruchów gałek ocznych. Guitton, Buchtel i Douglas zademonstrowali, że ruch gałek ocznych skierowany od nagle pojawiającego się celu wzrokowego („antysakada”) jest znacznie zaburzony u pacjentów z uszkodzeniem przednich pól oczu, którzy często wykonywali odruchowe ruchy gałek ocznych w kierunku celu. Kiedy pacjenci w przednim polu oka wykonali antysakkady, mieli zwiększone opóźnienie ruchów gałek ocznych w porównaniu z grupą kontrolną. Sugeruje to, że płaty czołowe, w szczególności obszar grzbietowo-boczny zawierający przednie pola oczu, odgrywają hamującą rolę w zapobieganiu odruchowym ruchom gałek ocznych przy otwartej kontroli uwagi. Co więcej, przednie pola oczu lub otaczające obszary mogą być krytycznie związane z zaniedbaniem po grzbietowo-bocznych zmianach czołowych.

Zmiany w płacie czołowym wydają się również powodować deficyty uwagi wzrokowo-przestrzennej związane z ukrytą uwagą (orientacja uwagi bez konieczności ruchu gałek ocznych). Używając Spatial Cueing Task Posnera , Alivesatos i Milner (1989; patrz) stwierdzili, że uczestnicy z uszkodzeniem płata czołowego wykazywali porównywalnie mniejszą korzyść uwagi z ważnych wskazówek niż uczestnicy kontrolni lub uczestnicy z uszkodzeniem płata skroniowego. Wydaje się, że dobrowolna orientacja pacjentów z płatem czołowym jest zaburzona.

W badaniu przeprowadzonym przez Husaina i Kennarda stwierdzono również związek prawego bocznego płata czołowego z lewostronnym zaniedbaniem wzrokowym. Obszar nakładania się został znaleziony w lokalizacji zmian u czterech z pięciu pacjentów z lewostronnym zaniedbaniem widzenia, w szczególności w części grzbietowej dolnego zakrętu czołowego i leżącej poniżej istoty białej. Dodatkowo, nakładanie się obszarów uszkodzeń wykryto również w obszarze grzbietowym obszaru 44 Brodmanna (przed korą przedruchową). Wyniki te dodatkowo implikują, że płat czołowy kieruje uwagę w przestrzeni wzrokowej.

Uszkodzenie jąder wzgórza (jądro płucne)

Spekuluje się, że jądra wzgórza biorą udział w kierowaniu uwagi na miejsca w przestrzeni wzrokowej. W szczególności wydaje się, że w podkorowej kontroli uwagi przestrzennej bierze udział jądro miażdżycowe, a zmiany w tym obszarze mogą powodować zaniedbanie. Dowody sugerują, że jądro pulvinarne wzgórza może być odpowiedzialne za zaangażowanie uwagi przestrzennej we wcześniej wskazanym miejscu. Badanie przeprowadzone przez Rafała i Posnera wykazało, że pacjenci z ostrymi zmianami pulvinarnymi wolniej wykrywali cel, który pojawiał się w polu wzrokowo-przestrzennym w kontrze, w porównaniu z pojawieniem się celu w polu ipsilesyjnym podczas zadania wskazywania przestrzennego. Sugeruje to deficyt zdolności wykorzystania uwagi do poprawy wydajności w wykrywaniu i przetwarzaniu celów wizualnych w obszarze kontr-zmiany.

Użyj w kamuflażu

Kamuflaż polega na zwodzeniu zdolności poznawczych obserwatora, np . drapieżnika . Niektóre mechanizmy kamuflażu, takie jak znaki rozpraszające, prawdopodobnie działają poprzez rywalizację o uwagę wzrokową z bodźcami, które zdradzałyby obecność zakamuflowanego obiektu (takiego jak zwierzę drapieżne). Takie oznaczenia muszą być rzucające się w oczy i umieszczone z dala od konturu, aby nie zwracać na niego uwagi, w przeciwieństwie do oznaczeń zakłócających, które najlepiej sprawdzają się w kontakcie z konturem.

Zobacz też

Bibliografia