Иконическая память — это регистр визуальной сенсорной памяти, относящийся к зрительной области, и быстро исчезающее хранилище визуальной информации. Это компонент системы зрительной памяти , которая также включает зрительную кратковременную память [1] (VSTM) и долговременную память (LTM). Иконическая память описывается как очень кратковременное (<1 секунды), докатегориальное хранилище памяти большой емкости. [2] [3] Она вносит вклад в VSTM, обеспечивая связное представление всего нашего зрительного восприятия в течение очень короткого периода времени. Иконическая память помогает в учете таких явлений, как слепота к изменениям и непрерывность опыта во время саккад . Иконическая память больше не рассматривается как единое целое, а вместо этого состоит как минимум из двух отличительных компонентов. [4] Классические эксперименты, включая парадигму частичного отчета Сперлинга, а также современные методы продолжают давать представление о природе этого хранилища SM.
Возникновение устойчивого физиологического образа объекта после его физического смещения наблюдалось многими людьми на протяжении всей истории. Одним из самых ранних задокументированных описаний этого явления был Аристотель , который предположил, что остаточные изображения участвуют в опыте сна. [5] Естественное наблюдение за световым следом, создаваемым тлеющим углем на конце быстро движущейся палки, вызвало интерес исследователей в 1700-х и 1800-х годах. Они стали первыми, кто начал эмпирические исследования этого явления [5], которое позже стало известно как видимое постоянство . [4] В 1900-х годах роль видимого постоянства в памяти привлекла значительное внимание из-за его предполагаемой роли в качестве докатегориального представления визуальной информации в зрительной кратковременной памяти (VSTM). В 1960 году Джордж Сперлинг начал свои классические эксперименты с частичным отчетом, чтобы подтвердить существование зрительной сенсорной памяти и некоторых ее характеристик, включая емкость и продолжительность. [2] Только в 1967 году Ульрик Нейссер назвал это быстро разрушающееся хранилище памяти иконической памятью . [6] Примерно через 20 лет после первоначальных экспериментов Сперлинга начали появляться два отдельных компонента зрительной сенсорной памяти: зрительная устойчивость и информационная устойчивость. Эксперименты Сперлинга в основном проверяли информацию, относящуюся к стимулу, тогда как другие, такие как Колтхарт, проводили прямые тесты зрительной устойчивости. [4] В 1978 году Ди Лолло предложил двухуровневую модель зрительной сенсорной памяти. [7] Хотя это обсуждалось на протяжении всей истории, современное понимание иконической памяти проводит четкое различие между зрительной и информационной устойчивостью, которые проверяются по-разному и имеют принципиально разные свойства. Информационная устойчивость, которая является основой иконической памяти, считается ключевым фактором зрительной кратковременной памяти как докатегориального сенсорного хранилища. [4] [8]
Подобная область хранения служит временным складом для звуков. [9]
Два основных компонента иконической памяти — это видимая устойчивость и информационная устойчивость . Первый — это относительно кратковременное (150 мс) докатегориальное визуальное представление физического образа, созданное сенсорной системой. Это будет «моментальный снимок» того, что человек смотрит и воспринимает. Второй компонент — это более долговременное хранилище памяти, которое представляет собой закодированную версию визуального образа в посткатегориальную информацию. Это будут «сырые данные», которые принимаются и обрабатываются мозгом. Также можно рассмотреть третий компонент, который является нейронной устойчивостью : физическая активность и записи зрительной системы . [4] [10] Нейронная устойчивость обычно представлена нейробиологическими методами, такими как ЭЭГ и фМРТ .
Видимая персистенция — это феноменальное впечатление, что зрительный образ остается после его физического смещения. Это можно считать побочным продуктом нейронной персистентности. Видимая персистенция более чувствительна к физическим параметрам стимула, чем информационная персистенция, что отражено в ее двух ключевых свойствах.: [4]
Для определения длительности видимого постоянства использовались различные методы. Метод длительности стимула заключается в том, что зондирующий стимул (слуховой «щелчок») предъявляется одновременно с началом и в отдельной попытке со смещением визуального отображения. Разница представляет собой длительность видимого хранилища, которая, как было установлено, составляет приблизительно 100–200 мс. [11] В качестве альтернативы, метод феноменальной непрерывности и движущейся щели оценил видимую постоянство в 300 мс. [12] В первой парадигме изображение предъявляется прерывисто с пустыми периодами между предъявлениями. Если продолжительность достаточно коротка, участник будет воспринимать непрерывное изображение. Аналогично, метод движущейся щели также основан на наблюдении участником непрерывного изображения. Только вместо того, чтобы мигать всем стимулом и выключать его, отображается только очень узкая часть или «щель» изображения. Когда щель колеблется с правильной скоростью, можно увидеть полное изображение.
В основе видимой персистенции лежит нейронная персистенция зрительного сенсорного пути. Длительное визуальное представление начинается с активации фоторецепторов в сетчатке . Хотя было обнаружено, что активация как палочек , так и колбочек сохраняется после физического смещения стимула, система палочек сохраняется дольше, чем колбочек. [13] Другие клетки, участвующие в устойчивом видимом изображении, включают M и P ганглиозные клетки сетчатки . M клетки (транзиторные клетки) активны только во время начала и окончания стимула. P клетки (устойчивые клетки) проявляют непрерывную активность во время начала, продолжительности и окончания стимула. [13] [14] Кортикальная персистенция зрительного изображения была обнаружена в первичной зрительной коре (V1) в затылочной доле , которая отвечает за обработку зрительной информации. [13] [15]
Информационная устойчивость представляет собой информацию о стимуле, которая сохраняется после его физического смещения. Она визуальна по своей природе, но не видна. [8] Эксперименты Сперлинга были проверкой информационной устойчивости. [4] Длительность стимула является ключевым фактором, влияющим на длительность информационной устойчивости. По мере увеличения длительности стимула увеличивается и длительность визуального кода. [16] Невизуальные компоненты, представленные информационной устойчивостью, включают абстрактные характеристики изображения, а также его пространственное расположение. Из-за природы информационной устойчивости, в отличие от видимой устойчивости, она невосприимчива к эффектам маскировки. [11] Характеристики этого компонента иконической памяти предполагают, что он играет ключевую роль в представлении посткатегориального хранилища памяти, к которому VSTM может получить доступ к информации для консолидации. [8]
Хотя существует меньше исследований относительно нейронного представления информационной устойчивости по сравнению с видимой устойчивостью, новые электрофизиологические методы начали выявлять вовлеченные корковые области. В отличие от видимой устойчивости, информационная устойчивость, как полагают, опирается на более высокие визуальные области за пределами зрительной коры. Было обнаружено, что передняя верхняя височная борозда (STS), часть вентрального потока , активна у макак во время задач на иконическую память. [ необходима цитата ] Эта область мозга связана с распознаванием объектов и идентификацией объектов. Роль иконической памяти в обнаружении изменений была связана с активацией в средней затылочной извилине (MOG). Было обнаружено, что активация MOG сохраняется в течение приблизительно 2000 мс, что предполагает возможность того, что иконическая память имеет более длительную продолжительность, чем считалось в настоящее время. На иконическую память также влияют генетика и белки, вырабатываемые в мозге. Нейротрофический фактор мозга (BDNF) является частью семейства нейротрофинов факторов роста нервов. Было показано, что у людей с мутациями в гене BDNF, который кодирует BDNF, наблюдается укороченная и менее стабильная информационная устойчивость. [17]
Иконическая память обеспечивает плавный поток визуальной информации в мозг, который может быть извлечен в течение длительного периода времени с помощью VSTM для консолидации в более стабильные формы. Одна из ключевых ролей иконической памяти связана с обнаружением изменений в нашей визуальной среде, что помогает в восприятии движения. [18]
Иконическая память позволяет интегрировать визуальную информацию в непрерывный поток изображений, например, при просмотре фильма. В первичной зрительной коре новые стимулы не стирают информацию о предыдущих стимулах. Вместо этого ответы на самый последний стимул содержат примерно одинаковое количество информации как об этом, так и о предыдущем стимуле. [15] Эта односторонняя память может быть основным субстратом как для процессов интеграции в иконической памяти, так и для эффектов маскировки. Конкретный результат зависит от того, являются ли два последующих компонентных изображения (т. е. «иконки») значимыми только при изоляции (маскировке) или только при наложении (интеграции).
Краткая репрезентация в иконической памяти, как полагают, играет ключевую роль в способности обнаруживать изменения в визуальной сцене. Феномен слепоты к изменениям дал представление о природе хранилища иконической памяти и его роли в зрении. Слепота к изменениям относится к неспособности обнаруживать различия в двух последовательных сценах, разделенных очень коротким пустым интервалом или межстимульным интервалом (ISI). [19] Как таковая слепота к изменениям может быть определена как небольшой провал в иконической памяти. [20] Когда сцены представляются без ISI, изменение легко обнаружить. Считается, что подробное хранилище памяти сцены в иконической памяти стирается каждым ISI, что делает память недоступной. Это снижает способность проводить сравнения между последовательными сценами. [19]
Было высказано предположение, что иконическая память играет роль в обеспечении непрерывности опыта во время саккадических движений глаз . [21] Эти быстрые движения глаз происходят примерно за 30 мс, а каждая фиксация длится примерно 300 мс. Однако исследования показывают, что память на информацию между саккадами в значительной степени зависит от VSTM, а не от иконической памяти. Вместо того, чтобы способствовать транссаккадической памяти, информация, хранящаяся в иконической памяти, как полагают, фактически стирается во время саккад. Аналогичное явление происходит во время моргания глаз, когда как автоматическое, так и намеренное моргание нарушает информацию, хранящуюся в иконической памяти. [22]
Развитие иконической памяти начинается с рождения и продолжается по мере развития первичной и вторичной зрительной системы . К 6 месяцам объем иконической памяти младенцев приближается к объему памяти взрослых. [23] К 5 годам дети развивают такую же неограниченную емкость иконической памяти, как и взрослые. [ требуется ссылка ] Однако продолжительность информационной устойчивости увеличивается примерно с 200 мс в возрасте 5 лет до асимптотического уровня 1000 мс у взрослых (>11 лет). С возрастом происходит небольшое снижение визуальной устойчивости. Уменьшение примерно на 20 мс наблюдалось при сравнении людей в возрасте около 20 лет с людьми в возрасте около 60 лет. [24] На протяжении всей жизни могут развиваться легкие когнитивные нарушения (MCIs), такие как ошибки в эпизодической памяти (автобиографическая память о людях, местах и их контексте) и рабочей памяти (активный компонент обработки STM) из-за повреждения в гиппокампальных и ассоциативных корковых областях. Эпизодические воспоминания — это автобиографические события, которые человек может обсуждать. Было обнаружено, что у людей с MCIs снижена емкость и продолжительность иконической памяти. Нарушение иконической памяти у людей с MCIs может использоваться в качестве предиктора развития более серьезных нарушений, таких как болезнь Альцгеймера и деменция в более позднем возрасте. Предыдущие исследования показали, что глюкокортикоиды тесно связаны с влиянием на более высокие когнитивные функции. Воздействие глюкокортикоидов вызывает серьезные нарушения извлечения памяти, явно ускоряя ухудшение иконической памяти. Оно снижает активное поддержание и хранение сенсорной информации, изменяя временные нейронные реакции на начальных этапах обработки стимулов. [25] Повышенные уровни кортизола также связаны с более быстрым ухудшением иконической памяти и нарушением нисходящей обработки, что повышает риск развития деменции и болезни Альцгеймера. [26]
Формирование иконической памяти ранее описывалось как не требующее внимания и мимолетное, однако более новые исследования показали, что на самом деле оно требует внимания. Показано, что ИМ распадается быстрее, если фокус внимания не соответствует нагрузке внимания. Это позволяет более точно сохранять информацию, которая переносится в рабочую память. [27] Было обнаружено, что распад иконической памяти происходит с большой скоростью после того, как визуальный стимул больше не присутствует. Без активного извлечения иконическая память в среднем исчезает в течение половины секунды. Теория постепенного распада в визуальной рабочей памяти утверждает, что точность, с которой стимул запоминается в иконической памяти, со временем ухудшается. Однако считается, что информация, хранящаяся в сенсорной памяти, способствует экспоненциальному распаду. [28] [29]
В 1960 году Джордж Сперлинг стал первым, кто использовал парадигму частичного отчета для исследования двухчастной модели VSTM. [2] В первых экспериментах Сперлинга в 1960 году наблюдателям на короткий период времени (50 мс) предъявлялся тахистоскопический визуальный стимул, состоящий из массива 3x3 или 3x4 буквенно-цифровых символов, таких как:
Воспоминание основывалось на сигнале, который следовал за смещением стимула и направлял субъекта на припоминание определенной строки букв из первоначального отображения. Производительность памяти сравнивалась при двух условиях: полный отчет и частичный отчет.
Условие полного отчета требовало от участников вспомнить как можно больше элементов из исходного дисплея в их правильных пространственных положениях. Участники обычно могли вспомнить от трех до пяти символов из двенадцатисимвольного дисплея (~35%). [2] Это говорит о том, что полный отчет ограничен системой памяти с емкостью от четырех до пяти элементов.
Условие частичного отчета требовало от участников идентифицировать подмножество символов с визуального дисплея с помощью подсказки для отзыва . Подсказкой был тон, который звучал с различными временными интервалами (~50 мс) после смещения стимула. Частота тона (высокая, средняя или низкая) указывала, какой набор символов на дисплее должен был быть сообщен. В связи с тем, что участники не знали, какая строка будет подсказкой для отзыва, выполнение в условии частичного отчета можно рассматривать как случайную выборку памяти наблюдателя для всего дисплея. Этот тип выборки показал, что сразу после смещения стимула участники могли вспомнить заданную строку (из сетки 3x3 из 9 букв) в 75% испытаний, предполагая, что 75% всего визуального дисплея (75% из 9 букв) были доступны для памяти. [2] Это резкое увеличение гипотетической емкости иконической памяти, полученной из испытаний с полным отчетом.
Небольшой вариацией процедуры частичного отчета Сперлинга, которая дала схожие результаты, было использование визуального маркера полосы вместо слухового тона в качестве подсказки для поиска. В этой модификации участникам был представлен визуальный дисплей из 2 рядов по 8 букв в течение 50 мс. Зондом была визуальная полоса, размещенная выше или ниже позиции буквы одновременно со смещением массива. Участники показали среднюю точность 65%, когда их попросили вспомнить обозначенную букву. [30]
Изменение времени между смещением дисплея и слуховым сигналом позволило Сперлингу оценить временной ход сенсорной памяти. Сперлинг отклонился от первоначальной процедуры, изменив подачу тона от непосредственно после смещения стимула до 150, 500 или 1000 мс. Используя эту технику, было обнаружено, что начальная память для отображения стимула быстро затухает после смещения дисплея. Примерно через 1000 мс после смещения стимула не было никакой разницы в припоминании между условиями частичного отчета и полного отчета. В целом, эксперименты с использованием частичного отчета предоставили доказательства быстро затухающего сенсорного следа, длящегося примерно 1000 мс после смещения дисплея [2] [30] [31]
Эффекты маскировки были выявлены с помощью использования круга, представленного вокруг буквы, в качестве сигнала для припоминания. [32] Когда круг был представлен до начала визуального стимула или одновременно со смещением стимула, припоминание соответствовало тому, что было обнаружено при использовании полосы или тона. Однако, если круг использовался в качестве сигнала через 100 мс после смещения стимула, наблюдалось снижение точности припоминания. По мере увеличения задержки представления круга точность снова улучшалась. Это явление было примером маскировки метаконтраста. Маскировка также наблюдалась, когда изображения, такие как случайные линии, были представлены сразу после смещения стимула. [33]