Визуальное пространственное внимание — это форма визуального внимания , которая включает направление внимания на местоположение в пространстве. Подобно своему временному аналогу визуальному временному вниманию , эти модули внимания широко используются в видеоаналитике в компьютерном зрении для обеспечения повышенной производительности и интерпретируемого человеком объяснения [1] [2] [3] моделей глубокого обучения .
Пространственное внимание позволяет людям избирательно обрабатывать визуальную информацию посредством приоритизации области в поле зрения. Область пространства в поле зрения выбирается для внимания, и информация в этой области затем подвергается дальнейшей обработке. Исследования показывают, что когда вызывается пространственное внимание, наблюдатель обычно быстрее и точнее обнаруживает цель, которая появляется в ожидаемом месте, по сравнению с неожиданным местом. [4] Внимание направляется еще быстрее в неожиданные места, когда эти места становятся заметными из-за внешних визуальных входов (например, внезапной вспышки). Согласно гипотезе заметности V1 , первичная зрительная кора человека играет решающую роль в таком экзогенном руководстве вниманием. [5]
Пространственное внимание отличается от других форм визуального внимания, таких как объектно-ориентированное внимание и внимание, основанное на признаках. [6] Эти другие формы визуального внимания выбирают весь объект или определенную черту объекта независимо от его местоположения, тогда как пространственное внимание выбирает определенную область пространства, и объекты и черты в этой области обрабатываются.
Ключевым свойством визуального внимания является то, что внимание может быть выбрано на основе пространственного расположения, и эксперименты с пространственными подсказками использовались для оценки этого типа выбора. В парадигме подсказок Познера [4] задача состояла в том, чтобы обнаружить цель, которая могла быть представлена в одном из двух мест, и отреагировать как можно быстрее. В начале каждого испытания предъявляется подсказка, которая либо указывает на местоположение цели (действительная подсказка), либо указывает на неправильное местоположение, таким образом, сбивая наблюдателя с толку (недействительная подсказка). Кроме того, в некоторых испытаниях не дается никакой информации о местоположении цели, поскольку подсказка не предоставляется (нейтральные испытания). Использовались два различных подсказки; подсказка была либо периферическим «мерцанием» вокруг местоположения цели (периферийная подсказка), либо подсказка отображалась в центре в виде символа, например, стрелки, указывающей на местоположение цели (центральная подсказка). Наблюдатели быстрее и точнее обнаруживают и распознают цель, если местоположение цели известно заранее. [4] [7] Кроме того, дезинформация субъектов о местоположении цели приводит к замедлению времени реакции и снижению точности по сравнению с результатами, когда не предоставляется никакой информации о местоположении цели. [4] [7]
Задания на пространственные подсказки обычно оценивают скрытое пространственное внимание , которое относится к вниманию, которое может изменяться в пространстве без каких-либо сопровождающих движений глаз . Чтобы исследовать скрытое внимание, необходимо убедиться, что глаза наблюдателя остаются зафиксированными в одном месте на протяжении всего задания. В заданиях на пространственные подсказки испытуемым предлагается фиксироваться на центральной точке фиксации. Обычно требуется 200 мс, чтобы сделать саккадическое движение глаз в определенном месте. [8] Таким образом, объединенная продолжительность подсказки и цели обычно составляет менее 200 мс. Это гарантирует, что измеряется скрытое пространственное внимание, и эффекты не вызваны явными движениями глаз. Некоторые исследования специально отслеживают движения глаз, чтобы гарантировать, что глаза наблюдателя постоянно зафиксированы на центральной точке фиксации. [9]
Центральные и периферические сигналы в экспериментах с пространственными сигналами могут оценить ориентацию скрытого пространственного внимания. Эти два сигнала, по-видимому, используют разные механизмы для ориентации пространственного внимания. Периферийные сигналы, как правило, привлекают внимание автоматически, задействуя процессы контроля внимания снизу вверх. Напротив, центральные сигналы, как полагают, находятся под произвольным контролем и, следовательно, используют процессы сверху вниз. [10] Исследования показали, что периферические сигналы трудно игнорировать, поскольку внимание ориентировано на периферический сигнал, даже когда наблюдатель знает, что сигнал не предсказывает местоположение цели. [7] Периферийные сигналы также вызывают распределение внимания гораздо быстрее, чем центральные сигналы, поскольку центральные сигналы требуют большего времени обработки для интерпретации сигнала. [10]
В задачах пространственной подсказки пространственный зонд (сигнал) вызывает распределение внимания на определенное место. Пространственные зонды также часто использовались в других типах задач для оценки того, как распределяется пространственное внимание.
Пространственные зонды использовались для оценки пространственного внимания при визуальном поиске. Задачи визуального поиска включают обнаружение цели среди набора отвлекающих факторов. Внимание к расположению предметов в поиске может использоваться для руководства визуальным поиском. Это было продемонстрировано с помощью действительных сигналов, улучшающих идентификацию целей относительно недействительных и нейтральных условий. [11] Визуальное отображение поиска также может влиять на то, как быстро наблюдатель реагирует на пространственное зондирование. В задаче визуального поиска небольшая точка появлялась после визуального отображения, и было обнаружено, что наблюдатели быстрее обнаруживали точку, когда она находилась в том же месте, что и цель. [12] Это показало, что пространственное внимание было направлено на местоположение цели.
Использование нескольких задач одновременно в эксперименте также может продемонстрировать общность пространственного внимания, поскольку распределение внимания на одну задачу может влиять на выполнение других задач. [13] [14] Например, было обнаружено, что когда внимание было направлено на обнаружение мерцающей точки (пространственный зонд), это увеличивало вероятность идентификации близлежащих букв. [14]
Распределение пространственного внимания стало предметом значительных исследований. В результате этого были разработаны различные метафоры и модели, которые представляют предполагаемое пространственное распределение внимания.
Согласно метафоре «прожектора», фокус внимания аналогичен лучу прожектора. [15] Подвижный прожектор направлен в одно место, и все, что находится в пределах его луча, обрабатывается и обрабатывается в первую очередь, в то время как информация за пределами луча остается без внимания. Это говорит о том, что фокус визуального внимания ограничен в пространственном размере и перемещается для обработки других областей в поле зрения.
Исследования показали, что фокус внимания имеет переменный размер. [16] Эриксен и Сент-Джеймс [17] предложили метафору «зум-линзы», которая является альтернативой метафоре прожектора и учитывает переменную природу внимания. Этот отчет сравнивает распределение внимания с зум-линзой, которая может сужать или расширять фокус внимания. Это подтверждает выводы, которые показывают, что внимание может быть распределено как по большой области поля зрения, так и функционировать в сфокусированном режиме. [18] В поддержку этой аналогии исследования показали, что существует обратная зависимость между размером фокуса внимания и эффективностью обработки в пределах зум-линзы. [19]
Модель градиента — это альтернативная теория распределения пространственного внимания. Эта модель предполагает, что ресурсы внимания распределяются по градиентной схеме, с концентрированными ресурсами в центре фокуса и ресурсами, уменьшающимися непрерывно от центра. [20] Даунинг [9] провел исследование, используя адаптацию парадигмы подсказок Познера, которая поддержала эту модель. Цель могла появиться в 12 потенциальных местах, отмеченных квадратами. Результаты показали, что облегчение внимания было сильнее всего в месте подсказки и постепенно уменьшалось с расстоянием от места подсказки. Однако не все исследования поддержали модель градиента. Например, Хьюз и Зимба [21] провели аналогичный эксперимент, используя сильно распределенный визуальный массив и не использовали квадраты для обозначения потенциальных мест цели. Не было никаких доказательств эффекта градиента, поскольку более быстрые ответы были, когда подсказка и цель находились в одном и том же полушарии, и более медленные ответы, когда они находились в разных полушариях. Ящики играли важную роль во внимании, поскольку более поздний эксперимент использовал ящики и, следовательно, обнаружил градиентный паттерн. [22] Поэтому считается, что размер градиента может регулироваться в зависимости от обстоятельств. Более широкий градиент может быть принят, когда есть пустой дисплей, поскольку внимание может распространяться и ограничивается только границами полуполя.
В исследованиях визуального пространственного внимания обсуждается, возможно ли разделить внимание между различными областями в поле зрения. Описания «прожектора» и «зум-линзы» постулируют, что внимание использует один 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 подсказки с помощью двух подсказок, первичной и вторичной. Было обнаружено, что вторичная подсказка была эффективна для фокусировки внимания только тогда, когда ее местоположение было смежным с первичной подсказкой. [15] Кроме того, было продемонстрировано, что наблюдатели не могут игнорировать стимулы, представленные в областях, расположенных между двумя подсказанными локациями. [23] Эти результаты предполагают, что внимание не может быть разделено между двумя несмежными областями. Однако другие исследования продемонстрировали, что пространственное внимание может быть разделено между двумя локациями. Например, наблюдатели могли одновременно уделять внимание двум разным целям, расположенным в противоположных полуполях. [19] Исследования даже предположили, что люди способны концентрировать внимание на двух-четырех точках в поле зрения. [24] Другая точка зрения заключается в том, что пространственное внимание может быть разделено только при определенных условиях. Эта точка зрения предполагает, что разделение пространственного внимания является гибким. Исследования показали, что то, является ли пространственное внимание единым или разделенным, зависит от целей задачи. [25] Следовательно, если разделение внимания выгодно для наблюдателя, то будет использоваться разделенный фокус внимания.
Одной из главных трудностей в установлении того, можно ли разделить пространственное внимание, является то, что модель единого фокуса внимания также может объяснить ряд результатов. Например, когда внимание уделяется двум несмежным локациям, может оказаться, что внимание не было разделено между этими двумя локациями, а, наоборот, единый фокус внимания расширился. [24] В качестве альтернативы, внимание к двум локациям может не быть обращено одновременно, и вместо этого область фокуса быстро перемещается из одной локации в другую. [26] Следовательно, кажется очень сложным доказать, несомненно, что пространственное внимание может быть разделено.
Геминеглект [1], также известный как одностороннее зрительное игнорирование, игнорирование внимания, гемиспространственное игнорирование или пространственное игнорирование, является расстройством, включающим значительный дефицит зрительно-пространственного внимания. Геминеглект относится к неспособности пациентов с односторонним повреждением мозга обнаруживать объекты на стороне пространства, контралатеральной поражению (контралезиональной); т. е. повреждение правого полушария головного мозга, приводящее к игнорированию объектов на левой стороне пространства, [27] и характеризуется полушарной асимметрией. Производительность, как правило, сохраняется на стороне, ипсилатеральной поражению (ипсилезионной). [27] Геминеглект встречается чаще и, возможно, более серьезно после повреждения правого полушария головного мозга у правшей. [27] Было высказано предположение, что правая теменная доля сравнительно больше отвечает за распределение пространственного внимания, поэтому повреждение этого полушария часто вызывает более серьезные последствия. [28] Кроме того, сложно точно отобразить дефицит зрительной чувствительности в игнорируемом полушарии.
Игнорирование диагностируется с помощью различных заданий с бумагой и карандашом. Распространенным методом является сложный тест на фигуру (CFT). CFT требует от пациентов скопировать сложный линейный рисунок, а затем воспроизвести его по памяти. Часто пациенты игнорируют особенности, присутствующие на противоположной стороне пространства и объектов. Пациенты с игнорированием ведут себя аналогичным образом при воспроизведении мысленных образов знакомых мест и объектов. Распространенной ошибкой является невключение цифр на левой стороне рисунка при рисовании аналоговых часов по памяти, например, все цифры могут быть расположены на правой стороне циферблата. [10]
Еще одно задание с бумагой и карандашом — это задание на деление линии пополам. В этом упражнении пациентам предлагается разделить горизонтальную линию пополам. Пациенты с игнорированием часто делят линию пополам справа от истинного центра, оставляя левую часть линии без внимания. [27]
Задания на вычеркивание объектов также используются для определения степени потенциального дефицита. Во время этого задания пациентам предлагается вычеркнуть (зачеркнуть) все объекты на загроможденном дисплее (например, линии, геометрические фигуры, буквы и т. д.). [10] Пациенты с повреждением в первую очередь правой теменной области не могут обнаружить объекты в левом зрительно-пространственном поле, и они часто не вычеркиваются пациентом. Кроме того, те пациенты, которые могут быть серьезно затронуты, как правило, не могут обнаружить свои ошибки при визуальном осмотре.
Угасание — это явление, наблюдаемое при двойной одновременной стимуляции как левого, так и правого полей зрения. Пациенты с угасанием не смогут воспринять стимул в контралезионном поле зрения, если он будет предъявлен вместе со стимулом в ипсилезионном поле. [10] Однако, если он предъявлен сам по себе, пациенты могут правильно воспринять контралезионный стимул. Таким образом, пациенты с игнорированием не сообщают о стимулах, присутствующих в аберрантном поле, тогда как пациенты с угасанием не сообщают о стимулах в аберрантном поле только тогда, когда двойные одновременные предъявления происходят в обоих полуполях. [10] Аналогично игнорированию, угасание влияет на контралезионное зрительно-пространственное поле у большинства пациентов с односторонним повреждением. [27] Анатомические корреляты зрительно-пространственного игнорирования и угасания не совпадают абсолютно, при этом угасание предположительно связано с подкорковыми поражениями. [27]
Распространенным методом быстрого обнаружения визуально-пространственного угасания является модель конфронтации пальцев. Используемая в качестве стандартной оценки у постели больного, задача требует от пациента указать (словесно или указывая), в каком поле зрения движется рука или палец врача, в то время как врач совершает покачивающее движение своим указательным пальцем. [10] Это позволяет врачу различать дефициты, напоминающие игнорирование, и те, которые могут указывать на угасание, представляя либо один стимул в контралезиональном поле, либо два одновременных стимула как в контралезиональном, так и в ипсилезиональном полях зрения. Этот быстрый тест можно использовать немедленно в условиях больницы для быстрой диагностики, и он может быть особенно полезен после инсультов и припадков.
Задняя теменная область, возможно, наиболее подробно изучена в отношении зрительно-пространственного внимания. Пациенты с повреждением теменной доли чаще всего не обращают внимания на стимулы, расположенные в контралезиональном полушарии, как это наблюдается у пациентов с геминеглектом/односторонним зрительным игнорированием. [10] Таким образом, они могут не распознать человека, сидящего слева от них, они могут пренебречь приемом пищи, расположенной слева от них, или сделать движения головой или глазами влево. [10] Исследования с помощью компьютерной томографии (КТ) показали, что нижняя теменная долька в правом полушарии чаще всего повреждается у пациентов с тяжелым игнорированием. [29]
Повреждение теменной области может снизить способность уменьшать шум принятия решений. [10] Пространственные подсказки, по-видимому, снижают неопределенность зрительно-пространственного решения. Нарушение пространственной ориентации, как это наблюдается при геминеглекте, предполагает, что пациенты с повреждением теменной области могут испытывать повышенные трудности в принятии решений относительно целей, расположенных в контралезиональном поле. [10]
Повреждение теменной области также может усилить иллюзорные соединения черт. Иллюзорные соединения возникают, когда люди сообщают о комбинациях черт, которые не произошли. [28] Например, когда участнику показывают оранжевый квадрат и фиолетовый круг, он может сообщить о фиолетовом квадрате или оранжевом круге. Хотя обычно для человека без нарушений требуются особые обстоятельства, чтобы произвести иллюзорное соединение, похоже, что некоторые пациенты с повреждением теменной коры могут демонстрировать уязвимость к таким зрительно-пространственным нарушениям. [27] Результаты, полученные у пациентов с теменной корой, показывают, что теменная кора, а следовательно, и пространственное внимание, могут быть вовлечены в решение этой проблемы связывания черт. [10]
Давно известно, что повреждения лобных долей предшествуют пространственному игнорированию и другим зрительно-пространственным дефицитам. В частности, повреждение лобных долей связано с дефицитом контроля за вниманием (производством движений глаз). Повреждения верхних лобных областей, которые включают лобные поля глаз, по-видимому, нарушают некоторые формы явных движений глаз. [10] Было продемонстрировано Гиттоном, Бухтелем и Дугласом [30], что движение глаз, направленное от внезапно появляющейся визуальной цели («антисаккада»), значительно нарушено у пациентов с повреждением лобных полей глаз, которые часто совершали рефлекторные движения глаз к цели. Когда пациенты с лобными полями глаз совершали антисаккады, у них наблюдалось увеличение латентности движений глаз по сравнению с контрольной группой. Это говорит о том, что лобные доли, в частности дорсолатеральная область, содержащая лобные поля глаз, играют ингибирующую роль в предотвращении рефлекторных движений глаз при явном контроле внимания. [30] Кроме того, лобные поля глаз или окружающие их области могут быть критически связаны с игнорированием вследствие дорсолатеральных лобных поражений. [29]
Повреждения лобной доли также, по-видимому, вызывают дефицит зрительно-пространственного внимания, связанного со скрытым вниманием (ориентация внимания без необходимости движения глаз). Используя задачу пространственной подсказки Познера , Аливесатос и Милнер (1989; см. [10] ) обнаружили, что участники с повреждением лобной доли продемонстрировали сравнительно меньшую пользу внимания от действительных подсказок, чем участники контрольной группы или участники с повреждением височной доли. Произвольная ориентация пациентов с повреждением лобной доли, по-видимому, нарушена.
В исследовании, проведенном Хусейном и Кеннардом, также было обнаружено, что правая латеральная область лобной доли связана с левосторонним зрительным игнорированием. [29] У четырех из пяти пациентов с левосторонним зрительным игнорированием была обнаружена область перекрытия в месте расположения поражений, в частности, дорсальная часть нижней лобной извилины и лежащее под ней белое вещество. Кроме того, перекрытие областей поражения было также обнаружено в дорсальной области поля Бродмана 44 (кпереди от премоторной коры). Эти результаты дополнительно указывают на участие лобной доли в направлении внимания в визуальном пространстве.
Предполагается, что ядра таламуса участвуют в направлении внимания к областям в визуальном пространстве. [31] В частности, ядро подушки, по-видимому, вовлечено в подкорковый контроль пространственного внимания, и поражения в этой области могут вызывать игнорирование. [10] Данные [31] свидетельствуют о том, что ядро подушки таламуса может быть ответственным за привлечение пространственного внимания к ранее обозначенному месту. Исследование Рафала и Познера [31] показало, что пациенты с острыми поражениями подушки медленнее обнаруживали цель, которая появлялась в контралезиональном зрительно-пространственном поле по сравнению с появлением цели в ипсилезиональном поле во время задачи на пространственную подсказку. Это говорит о дефиците способности использовать внимание для улучшения производительности при обнаружении и обработке визуальных целей в контралезиональной области. [31]
Камуфляж основан на обмане сознания наблюдателя, например, хищника . Некоторые механизмы камуфляжа, такие как отвлекающие маркировки, вероятно, работают, конкурируя за визуальное внимание со стимулами, которые выдают присутствие замаскированного объекта (например, жертвы). Такие маркировки должны быть заметными и располагаться вдали от контура, чтобы не привлекать к нему внимания, в отличие от деструктивных маркировок , которые лучше всего работают при контакте с контуром. [32]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )