Иконическая память — это регистр зрительной сенсорной памяти , относящийся к зрительной области и быстро истощающийся запас визуальной информации. Это компонент системы зрительной памяти , которая также включает зрительную кратковременную память [1] (VSTM) и долговременную память (LTM). Иконическая память описывается как очень краткая (менее 1 секунды) докатегориальная память большой емкости. [2] [3] Он способствует VSTM, обеспечивая последовательное представление всего нашего зрительного восприятия в течение очень короткого периода времени. Иконическая память помогает объяснить такие явления, как слепота к изменениям и непрерывность опыта во время саккад . Иконическая память больше не рассматривается как единое целое, а состоит как минимум из двух различных компонентов. [4] Классические эксперименты, включая парадигму частичного отчета Сперлинга, а также современные методы продолжают давать представление о природе этого хранилища SM.
Появление устойчивого физиологического образа объекта после его физического смещения наблюдалось многими людьми на протяжении всей истории. Одно из самых ранних задокументированных описаний этого явления принадлежит Аристотелю , который предположил, что в сновидениях участвуют остаточные изображения . [5] Естественные наблюдения за световым следом, оставленным тлеющим углем на конце быстро движущейся палки, вызвали интерес исследователей 1700-х и 1800-х годов. Они стали первыми, кто начал эмпирические исследования этого явления [5] , которое позже стало известно как видимая персистентность . [4] В 1900-х годах роль видимого постоянства в памяти привлекла значительное внимание из-за его предполагаемой роли в качестве предкатегорического 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] Лишь в 1967 году Ульрик Нейссер назвал это быстро разлагающееся хранилище памяти знаковой памятью . [6] Примерно через 20 лет после первоначальных экспериментов Сперлинга начали проявляться 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 на зрительную устойчивость. [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 визуальной и информационной устойчивостью, которые проверяются по-разному и имеют фундаментально разные свойства. Считается, что информационная устойчивость, лежащая в основе образной памяти, является ключевым фактором зрительной кратковременной памяти как докатегорического сенсорного хранилища. [4] [8]
Подобное хранилище служит временным хранилищем звуков. [9]
Двумя основными компонентами иконической памяти являются видимая устойчивость и информационная устойчивость . Первый представляет собой относительно краткое (150 мс) докатегориальное визуальное представление физического образа, создаваемого сенсорной системой. Это будет «моментальный снимок» того, на что человек смотрит и воспринимает. Второй компонент — это долговременное хранилище памяти, которое представляет закодированную версию визуального образа в посткатегорическую информацию. Это будут «необработанные данные», которые принимаются и обрабатываются мозгом. Можно также рассмотреть третий компонент, а именно нейронную устойчивость : физическую активность и записи зрительной системы . [4] [10] Нейронная устойчивость обычно представлена нейробиологическими методами, такими как ЭЭГ и фМРТ .
Видимое постоянство — это феноменальное впечатление, что визуальный образ остается присутствующим даже после его физического смещения. Это можно считать побочным продуктом нейронной устойчивости. Видимая настойчивость более чувствительна к физическим параметрам стимула, чем информационная настойчивость, что отражается в двух ее ключевых свойствах: [4]
Различные методы использовались, чтобы попытаться определить продолжительность видимой стойкости. Техника продолжительности стимула представляет собой методику, при которой зондирующий стимул (слуховой «щелчок») предъявляется одновременно с началом, а в отдельном испытании - со смещением визуального отображения. Разница представляет собой продолжительность видимого сохранения, которая составила примерно 100–200 мс. [11] В качестве альтернативы, метод «Феноменальной непрерывности и движущейся щели» оценил видимую стойкость в 300 мс. [12] В первой парадигме изображение представляется прерывисто с пустыми периодами между презентациями. Если продолжительность достаточно коротка, участник будет воспринимать непрерывное изображение. Аналогичным образом, техника движущейся щели также основана на наблюдении участником непрерывного изображения. Только вместо того, чтобы включать и выключать весь стимул, отображается только очень узкая часть или «щель» изображения. Когда щель колеблется с правильной скоростью, просматривается полное изображение.
В основе видимой персистенции лежит нейронная персистенция зрительно-сенсорного пути. Длительное зрительное представление начинается с активации фоторецепторов сетчатки . Хотя было обнаружено, что активация как палочек , так и колбочек сохраняется за пределами физического смещения раздражителя, система палочек сохраняется дольше, чем колбочек. [13] Другие клетки, участвующие в создании устойчивого видимого изображения, включают ганглиозные клетки сетчатки M и P. М-клетки (переходные клетки) активны только во время начала и прекращения стимула. P-клетки (устойчивые клетки) демонстрируют непрерывную активность во время начала, продолжительности и завершения стимула. [13] [14] Кортикальная устойчивость зрительного образа была обнаружена в первичной зрительной коре (V1) в затылочной доле , которая отвечает за обработку зрительной информации. [13] [15]
Постоянство информации представляет собой информацию о стимуле, которая сохраняется после его физического устранения. Оно носит визуальный характер, но не видимо. [8] Эксперименты Сперлинга были проверкой информационной устойчивости. [4] Продолжительность стимула является ключевым фактором, влияющим на продолжительность информационной устойчивости. По мере увеличения продолжительности стимула увеличивается и продолжительность зрительного кода. [16] Невизуальные компоненты, представленные информационной устойчивостью, включают абстрактные характеристики изображения, а также его пространственное положение. Благодаря природе информационной персистенции, в отличие от видимой персистенции, она невосприимчива к маскирующим эффектам. [11] Характеристики этого компонента иконической памяти позволяют предположить, что он играет ключевую роль в представлении хранилища посткатегорической памяти, для которого 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 задействованные области коры. В отличие от видимой устойчивости, информационная устойчивость, как полагают, зависит от зрительных областей более высокого уровня за пределами зрительной коры. Было обнаружено , что передняя верхняя височная борозда (STS), часть вентрального потока , активна у макак во время задач на знаковую память. [ нужна цитация ] Эта область мозга связана с распознаванием объектов и идентичностью объектов. Роль иконической памяти в обнаружении изменений связана с активацией средней затылочной извилины (MOG). Было обнаружено, что активация MOG сохраняется примерно 2000 мс, что позволяет предположить, что знаковая память имеет более длительную продолжительность, чем считалось в настоящее время. На образную память также влияют генетика и белки, вырабатываемые в мозге. Нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) является частью семейства нейротрофинов факторов роста нервов. Было показано, что люди с мутациями гена BDNF, который кодирует BDNF, имеют более короткую и менее стабильную информационную 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 знаковой памяти связана с обнаружением изменений нашей визуальной среды, что способствует восприятию 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 обратная память может быть основным субстратом как для процессов интеграции в иконической памяти, так и для эффектов маскировки. Конкретный результат зависит от того, имеют ли два последующих составных изображения (т. е. «значки») смысл только тогда, когда они изолированы (маскирование) или только когда наложены друг на друга (интеграция).
Считается, что краткое представление в иконической памяти играет ключевую роль в способности обнаруживать изменения в визуальной сцене. Феномен слепоты к изменениям позволил понять природу знакового хранилища воспоминаний и его роль в зрении. Слепота к изменениям означает неспособность обнаружить различия в двух последовательных сценах, разделенных очень коротким пустым интервалом или межстимульным интервалом (ISI). [19] Таким образом, слепоту к изменениям можно определить как небольшой провал в образной памяти. [20] Когда сцены представлены без ISI, изменение легко обнаружить. Считается, что детальное хранилище сцены в знаковой памяти стирается каждым ISI, что делает память недоступной. Это уменьшает возможность сравнения последовательных сцен. [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 во многом зависит от VSTM, а не от знаковой памяти. Считается, что вместо того, чтобы способствовать транссаккадической памяти, информация, хранящаяся в иконической памяти, фактически стирается во время саккад. Аналогичное явление происходит во время моргания, когда как автоматическое, так и намеренное моргание нарушает информацию, хранящуюся в образной памяти. [22]
Развитие иконической памяти начинается с рождения и продолжается по мере развития первичной и вторичной зрительной системы . К 6 месяцам объем памяти младенцев приближается к уровню взрослых. [23] К 5 годам у детей развиваются такие же неограниченные возможности образной памяти, которыми обладают взрослые. [ нужна цитация ] Однако продолжительность информационной устойчивости увеличивается примерно с 200 мс в возрасте 5 лет до асимптотического уровня 1000 мс во взрослом возрасте (> 11 лет). С возрастом происходит небольшое снижение зрительной устойчивости. Снижение примерно на 20 мс наблюдалось при сравнении людей в возрасте от 20 до 60 лет. [24] На протяжении всей жизни могут развиваться легкие когнитивные нарушения (MCI), такие как ошибки в эпизодической памяти (автобиографическая память о людях, местах и их контексте) и рабочей памяти (активный компонент обработки STM) из-за повреждения гиппокампа. и ассоциативные области коры. Эпизодические воспоминания – это автобиографические события, которые человек может обсуждать. Было обнаружено, что у людей с MCI снижается объем и продолжительность знаковой памяти. Характерные нарушения памяти у людей с MCI могут 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 воздействием на когнитивные функции. Воздействие глюкокортикоидов вызывает серьезные нарушения памяти, явно ускоряя знаковое ухудшение памяти. Он уменьшает активное поддержание и хранение сенсорной информации за счет изменения временных нейронных реакций на начальных этапах обработки стимула. [25] Повышенные уровни кортизола также связаны с более быстрым ухудшением памяти и нисходящим нарушением обработки информации, что подвергает людей более высокому риску развития деменции и AD. [26]
Формирование иконической памяти ранее описывалось как не требующее внимания и мимолетное, однако новые исследования показали, что на самом деле оно требует внимания. Показано, что IM распадается быстрее, если фокус внимания не соответствует нагрузке внимания. Это позволяет более точно сохранить информацию, транспортируемую в рабочую память. [27] Было обнаружено, что разрушение иконической памяти происходит с быстрой скоростью после того, как зрительный стимул больше не присутствует. Без активного извлечения образные воспоминания в среднем исчезают в течение полсекунды. Теория постепенного угасания зрительной рабочей памяти утверждает, что точность запоминания стимула в образной памяти со временем ухудшается. Однако считается, что информация, хранящаяся в сенсорной памяти, способствует экспоненциальному затуханию. [28] [29]
В 1960 году Джордж Сперлинг стал первым, кто использовал парадигму частичного отчета для исследования двусторонней модели VSTM. [2] В первых экспериментах Сперлинга в 1960 году наблюдателям на короткий период времени (50 мс) предъявлялся тахистоскопический визуальный стимул, состоящий из массива буквенно-цифровых символов 3x3 или 3x4, таких как:
Воспоминание основывалось на сигнале, который следовал за смещением стимула и побуждал испытуемого вспомнить определенную строку букв из первоначального дисплея. Производительность памяти сравнивалась в двух условиях: весь отчет и частичный отчет.
Условия всего отчета требовали от участников вспомнить как можно больше элементов исходного дисплея в их соответствующих пространственных местоположениях. Участники обычно могли вспомнить от трех до пяти символов из двенадцати символов (~ 35%). [2] Это говорит о том, что весь отчет ограничен системой памяти емкостью от четырех до пяти элементов.
Условие частичного отчета требовало от участников идентифицировать подмножество символов на визуальном дисплее с использованием подсказок . Сигналом служил тон, который звучал через различные промежутки времени (~50 мс) после смещения стимула. Частота тона (высокая, средняя или низкая) указывала, о каком наборе символов на дисплее следует сообщить. Из-за того, что участники не знали, какая строка будет подана для вызова, производительность в условиях частичного отчета можно рассматривать как случайную выборку памяти наблюдателя для всего дисплея. Этот тип выборки показал, что сразу после смещения стимула участники могли вспомнить данную строку (из сетки 3x3 из 9 букв) в 75% испытаний, что позволяет предположить, что 75% всего визуального отображения (75% 9-буквенных букв) было доступны памяти. [2] Это резкое увеличение предполагаемой емкости образной памяти, полученное в результате полных отчетов испытаний.
Небольшим изменением процедуры частичного отчета Сперлинга, которое дало аналогичные результаты, было использование визуального маркера вместо слухового тона в качестве сигнала поиска. В этой модификации участникам было представлено визуальное отображение 2 рядов по 8 букв в течение 50 мс. Зонд представлял собой визуальную полосу, размещаемую выше или ниже позиции буквы одновременно со смещением массива. Когда участников попросили вспомнить обозначенную букву, их средняя точность составила 65%. [30]
Изменение времени между смещением дисплея и слуховым сигналом позволило Сперлингу оценить временной ход сенсорной памяти. Сперлинг отклонился от первоначальной процедуры, изменив длительность тона от сразу после смещения стимула до 150, 500 или 1000 мс. При использовании этого метода было обнаружено, что первоначальная память для отображения стимула быстро затухает после смещения отображения. Примерно через 1000 мс после смещения стимула не было никакой разницы в воспроизведении между условиями частичного отчета и полного отчета. В целом, эксперименты с использованием частичного отчета предоставили доказательства быстрого затухания сенсорного следа, продолжающегося примерно 1000 мс после смещения дисплея [2] [30] [31]
Эффект маскировки определялся с помощью круга, окружающего букву, в качестве сигнала к запоминанию. [32] Когда кружок был представлен до появления зрительного стимула или одновременно с его устранением, припоминание соответствовало тому, что было обнаружено при использовании полосы или тона. Однако если круг использовался в качестве подсказки через 100 мс после смещения стимула, точность воспроизведения снижалась. По мере увеличения задержки представления круга точность снова улучшалась. Это явление было примером метаконтрастной маскировки. Маскирование также наблюдалось, когда изображения, такие как случайные линии, предъявлялись сразу после смещения стимула. [33]