Коллектив авторов - Современные представления о механизмах зрительного внимания

Таким образом, несмотря на большое количество исследований движений глаз на современном этапе невозможно однозначно определить степень связи положения взгляда с фокусом внимания (Белопольский, 1989, 2007; Smith, Ratcliff, 2009; Belopolsky, 2015). Сложность решения этой задачи обусловлена в первую очередь одновременным участием механизмов разного уровня (от первичных сенсорных до когнитивных), взаимодействующих между собой и находящихся под воздействием многих факторов. По-видимому, один из подходов к решению ключевых проблем в этой области состоит в разработке новых методических приемов проведения эксперимента и анализа данных, которые дадут возможность количественно оценить вклад различных механизмов зрительного внимания (Ярбус, 1965; Подладчикова и др., 2011; Carrasco, 2011; Graupner et al., 2007; Henderson, Pierce, 2008; Lavie, 2006; Reingold E. M., Stampe, 2002).

Рис. 1.Динамика цитирования книги А. Ярбуса Eye Movements and Vision на момент выхода статьи (Fig. 14 из статьи Tatler et al. 2010)

Одним из методов, который может применяться для провокации смены типа зрительного внимания, является использование неожиданных кратковременных стимулов – дистракторов. До настоящего времени механизмы дистрактор-эффекта остаются предметом дискуссий (Corneil, Munoz, 1996; Foley, Schwarz, 1998; Graupner et al., 2007; 2011; Hodsoll et al., 20011; Miles et al., 2009; Tandonnet et al., 2012). В частности, некоторые авторы указывают на фазическую природу эффекта дистрактора, тогда как другие указывают на зависимость длительности дистрактор-эффекта от характеристик стимулов. Если длительность дистрактор-эффекта не изменяется, это может говорить о его независимости от процессов, происходящих во время осмотра, а задержка фиксации может объясняться только временем, которое необходимо для оценки новой информации и генерации саккады. Если же длительность эффекта зависит от параметров зрительных стимулов, то это дает возможность количественного измерения влияния тех факторов, которые не влияют напрямую на длительность фиксаций, но отражают особенности протекания процессов внимания.

Другим методом, позволяющим направленно воздействовать на внимание, является использование разных уровней перцептивной нагрузки. Исследования в этом направлении проведены в основном с помощью метода изменения количества простых стимулов разного типа в поле зрения. Они позволили объяснить, почему в разных случаях информация о нерелевантных стимулах может обрабатываться на ранних или поздних этапах восприятия. Было показано, что эффективность и скорость обработки зрительной информации о целевых стимулах может зависеть от количества одинаковых нецелевых стимулов, предъявляемых одновременно, а также что их меньшее количество более вероятно вызовет смещение внимания от решения задачи, связанной с целевым стимулом (Lavie, Fox, 2000; Lavie, 1995, 2006; Wei, Zhou, 2006; Cartwright-Finch, 2007; Di Stasi et al., 2010). Однако в этих работах не оценивалось воздействие зрительной нагрузки при усложнении стимулов, а также ее влияние на характеристики движений глаз.

Исследование динамики зрительного внимания не только важно для поиска механизмов, лежащих в основе системы позиционирования и перевода взгляда, но и представляет интерес в прикладном отношении. В частности, разработка эффективных средств контроля зрительного внимания человека-оператора остается актуальной задачей, поскольку до настоящего времени отсутствуют широко внедренные в практику тесты, не препятствующие основной деятельности (Бурдин и др., 2013; Кирой и др., 2014; Ahlstroma., Friedman-Bergb, 2006; Mathan et al., 2010) и использующие параметры глазных движений. Известны лишь единичные примеры такого рода, такие как Index of Cognitive Workload (http://www.eyetracking.com) и Index of Cognitive Efficacy, основанных на оценке динамики диаметра зрачка и временных параметрах морганий и отчасти – ЭЭГ активности.

Таким образом, выбор областей интереса для переключения внимания и фиксации взгляда при осмотре изображений и сцен зависит от множества факторов и определяется перцептуальными и когнитивными механизмами, взаимодействующими между собой (Ярбус, 1965; Unema et al., 2005; Podladchikova et al., 2009; Velichkovsky et al., 2005 и многие другие). Несмотря на значительный прогресс в изучении механизмов зрительного внимания, достигнутый за последние 25 лет, многие аспекты этой проблемы далеки от полного понимания до настоящего времени (Carrasco, 2011). Неполнота имеющихся данных и в ряде случаев их противоречивость (Pastukhov et al., 2009), а также отсутствие стандартизации экспериментальных условий затрудняют возможность обобщения и формализации результатов, полученных в различных психофизических исследованиях. В силу этого математические модели, имитирующие нейробиологические феномены, рассматриваются как важный инструмент при исследовании механизмов зрительного внимания (Ho-Phuoc, 2012; Tandonnet et al., 2011; Tatler et al., 2011; Wang et al., 2011; Judd et al., 2010; Henderson et al., 2007; Li, Gilbert, 2002; Lowe, 2004; Navalpakkam, Itti, 2005; Podladchikova et al., 2009; Priviterra, Stark, 2005; Rao et al., 1997–2008; Rybak et al., 1998–2005; Samarin et al., 2015; Saykol et al., 2004; Simion et al., 2001; Wolfe, 1997–2005; Trappenberg et al., 2001; Brockmann, Geisel, 2000). Подчеркивается (Nuthmann et al., 2010; Walther, Koch, 2007), что создание реалистичной модели зрительного внимания позволит анализировать вклад факторов различного типа и механизмов разного уровня при формировании траектории осмотра и формулировать предположения, доступные экспериментальной проверке.

В настоящее время складывается понимание необходимости пересмотра подходов к моделированию управления глазными движениями (Tatler et al., 2011). В частности, большинство известных моделей формирования траекторий осмотра изображений, вслед за работой Koch, Ullman (1985), основано на обработке первичных признаков изображений, получении карт выделенности (saliency maps) и анализе пространственного распределения точек фиксации взгляда при осмотре изображений человеком. Имеются лишь единичные работы, в которых рассматриваются возможные подходы к моделированию длительности фиксаций (Nuthmann et al., 2010; Sutcliffe, Namoune, 2008) и когнитивных механизмов (Judd et al., 2009; Wang et al., 2011), основанные на эвристических алгоритмах.

В свою очередь для разработки реалистических моделей осмотра изображений необходимо получение детальных количественных оценок вклада различных факторов в экспериментальные исследования. На получение такого рода оценок и направлены наши психофизические исследования. Результаты этих исследований, полученные в последние годы с помощью разработанных специальных методов проведения эксперимента и анализа данных, представлены в соответствующих разделах монографии.