Теория предвзятой конкуренции отстаивает идею, что каждый объект в поле зрения конкурирует за корковое представление и когнитивную обработку. [1] Эта теория предполагает, что процесс визуальной обработки может быть искажен другими мыслительными процессами, такими как восходящие и нисходящие системы, которые отдают приоритет определенным характеристикам объекта или целым элементам для внимания и дальнейшей обработки. Теория предвзятой конкуренции - это, проще говоря, конкуренция объектов для обработки. Это соревнование может быть смещено, часто в сторону объекта, который в данный момент присутствует в поле зрения, или, наоборот, в отношении объекта, наиболее важного для поведения.
История [ править ]
Исследование механизмов внимания в отношении зрительного восприятия было предпринято как попытка лучше понять функциональные принципы и потенциальные ограничения, окружающие зрительное восприятие [2]. Задачи визуального поиска обычно используются экспериментаторами для помощи в исследовании зрительного восприятия. Классический взгляд на визуальное внимание предполагает, что существует два основных принципа: этап предварительного внимания и этап внимания. [3] На этапе предварительного внимания человек имеет неограниченную способность к восприятию, которая способна одновременно обрабатывать информацию из всего поля зрения. На этапе внимательности происходит обработка визуальной информации, соответствующей локальным пространственным областям. [4]Этот классический взгляд на визуальное внимание предполагает, что в поле зрения нет конкуренции. В рамках этой теории предполагается, что человек способен обрабатывать всю информацию, предоставленную одновременно. До недавнего времени все еще считалось, что у людей есть пре-внимательная стадия. Это уже не так, исследования показали, что предварительная стадия теперь ограничена в своих возможностях. [5] Стадия внимательности при обработке важной информации теперь превратилась в так называемую избирательность. Классический взгляд на внимание заложил основу для недавнего появления двух новых принципов, способствующих пониманию визуального внимания. Первый из них связан с ограниченными возможностями обработки информации.. Это говорит о том, что в любой момент времени только небольшой объем информации может быть фактически сохранен и использован для управления поведением. Принцип избирательности основан на представлении о том, что человек имеет возможность отфильтровывать нежелательную информацию. Кох и Ульман [6] предположили, что внимательный отбор может быть реализован в конкурентных сетях типа «победитель получает все». Роберт Десимоун и Джон Дункан [7] расширили эту идею. Они предположили, что в какой-то момент между визуальным вводом объектов и реакцией на объекты в визуальном поле происходит некоторая конкуренция; конкуренция за представление, анализ и поведение. Это говорит о том, что внимание к стимулам предъявляет больше требований к способности обработки, чем к стимулам, оставленным без внимания. [8]Эта идея конкуренции привело исследователей к разработке новой теории внимания, которое они называют «смещенный теории конкуренции». [9] Попытки теории дать объяснение процессов , приводящих зрительное внимание и их влияние на нейронных систем мозга. [ 10]
Функция [ править ]
Предвзятая конкуренция позволяет расставить приоритеты в релевантной информации, чтобы сделать визуальный поиск более эффективным. [11] Большой объем визуальной информации принимается в любой момент, а возможности для обработки ограничены. Следовательно, зрительной системе нужен способ отбирать релевантную информацию и игнорировать нерелевантные стимулы. Визуальный поиск обычно имеет цель (например, чашку кофе), которую ищут (релевантную задаче) в визуальной среде, и нерелевантная для задачи информация игнорируется. Смещение от нейронных механизмов направляет поиск в логические пространственные местоположения (например, таблицу) и элементы, которые имеют семантические или визуальные характеристики, аналогичные элементу, который ищется. Было высказано предположение, что более 30 областей коры зрительной системыиспользуются для обработки визуальных стимулов, и что существует конкуренция со стороны объектов в визуальном поле, которая имеет место во многих областях этой обширной сети. [12] [13]
Модель предвзятого соревнования [ править ]
Дезимон предположил, что модель предвзятой конкуренции включает пять основных принципов: [14]
- Объекты, представленные одновременно в поле зрения, соревнуются за ответы клеток в зрительной коре. Когда два стимула предъявляются одновременно, они активируют свои нейрональные представления. Ответы будут определяться этими двумя стимулами, взаимодействующими в конкурентной манере.
- Два стимула, активирующих клетки в одной и той же области коры, обеспечат сильнейшее конкурентное взаимодействие.
- Конкурентные взаимодействия могут быть предвзятыми в отношении предпочтения одного стимула из-за множества различных нейронных механизмов. Это называется смещением обратной связи. Они могут включать в себя обратную связь сверху вниз (например, один стимул может иметь большую ситуационную релевантность) или влияния снизу вверх (например, один стимул новее другого).
- Смещение обратной связи не является исключительно результатом пространственного положения. Смещение во время обработки может быть вызвано стимулами, обладающими определенными, актуальными характеристиками. Такие особенности могут включать цвет, текстуру и форму.
- Основной источник смещения сверху вниз происходит из структур мозга, связанных с рабочей памятью, в частности, из префронтальной коры .
Нейронные механизмы [ править ]
Есть два основных нейронных пути , обрабатывающих информацию в поле зрения; вентральный поток и спинной поток . Эти два пути идут параллельно и работают одновременно. Вентральный поток важен для распознавания объектов и часто упоминается как система мозга; он проецируется на нижнюю височную кору. [15] Дорсальный поток важен для пространственного восприятия и работы и называется системой «где» [16], которая проецируется на заднюю теменную кору . [17]Согласно теории предвзятой конкуренции, зрительная система человека имеет ограниченную способность обрабатывать информацию о нескольких объектах в любой момент времени. Например, если человеку предъявили два стимула (объекта) и попросили идентифицировать атрибуты каждого объекта одновременно, его производительность была бы хуже по сравнению с тем, если бы объекты были представлены отдельно. Это предполагает, что несколько объектов, представленных одновременно в поле зрения, будут конкурировать за нейронное представление из-за ограниченных ресурсов обработки. Исследования одноклеточной записи, проведенные Кастнером и Унгерлейдером, изучали нейронные механизмы, лежащие в основе теории предвзятой конкуренции. [18] В их эксперименте размер рецептивного поля's (RF) нейронов в пределах зрительной коры были исследованы. Одиночный визуальный стимул предъявлялся отдельно в RF нейрона, а затем другой стимул предъявлялся одновременно в той же RF. [19] Одиночные «эффективные» стимулы производили низкую частоту возбуждения , тогда как два стимула, представленные вместе, производили высокую частоту возбуждения. Ответ на парные раздражители был снижен. Это говорит о том, что когда два стимула представлены вместе в РЧ нейрона, стимулы обрабатываются взаимно подавляющим образом, а не обрабатываются независимо. [20]Этот процесс подавления, согласно Кастнеру и Унгерлейдеру, происходит, когда два стимула предъявляются вместе, потому что они конкурируют за нейронную репрезентацию из-за ограниченной способности когнитивной обработки. [21] Эксперимент RF предполагает, что по мере увеличения количества объектов информация, доступная для каждого объекта, будет уменьшаться из-за увеличения нейронной нагрузки (подавление) и снижения когнитивных способностей. [22]Чтобы объект в поле зрения или RF мог эффективно обрабатываться, должен быть способ смещения этих неврологических ресурсов в сторону объекта. Внимание ставит в приоритет объекты, относящиеся к задаче, искажая этот процесс. Например, это предубеждение может быть направлено на объект, на который в настоящее время обращают внимание в поле зрения или RF, или на объект, который наиболее важен для вашего поведения. Функциональная магнитно-резонансная томография ( фМРТ ) показала, что предвзятая теория конкуренции может объяснить наблюдаемые эффекты внимания на нейрональном уровне. Эффекты внимания смещают внутренний вес (укрепляет связи) важных для задачи функций в сторону объекта наблюдения. Это было показано Редди, Канвишером и ван Рулленом, которые обнаружили увеличение насыщенной кислородом крови к конкретному нейрону после локального сигнала.[23] Дальнейшая неврологическая поддержка исходит из нейрофизиологических исследований, которые показали, что внимание возникает в результате смещения сверху вниз, которое, в свою очередь, влияет на нервные импульсы. [24] В целом, внешние сигналы влияют на управление вниманием «сверху вниз», которое смещает определенные нейроны в головном мозге.
Эмпирические доказательства необъективной теории конкуренции [ править ]
С момента развития теории предвзятой конкуренции было проведено много исследований для подтверждения идей теории. [25] [13] Исследования сформулировали прогнозы на основе теоретической модели, которая будет проверена в экспериментальных условиях. Смещения сверху вниз и снизу вверх были протестированы, чтобы убедиться в законности их влияния на визуальное восприятие и конкуренцию, как описано в Теории предвзятой конкуренции. Эти эксперименты подтверждают идею смещения обратной связи, описанную в пяти основных принципах Дезимона. [26]
Доказательства восходящего процесса [ править ]
Процессы снизу вверх характеризуются отсутствием направления более высокого уровня в сенсорной обработке. Он в первую очередь полагается на сенсорную информацию, а входящая сенсорная информация является отправной точкой для всей восходящей обработки. Снизу вверх - это когда функция выделяется при визуальном поиске. Это обычно называется эффектом «всплывающего окна». [27] Такие характерные черты, как яркие цвета, движение и большие объекты, делают объект «выскакивающим» из визуального поиска. «Всплывающие» функции часто могут привлечь внимание без сознательной обработки. Выделяющиеся объекты часто получают приоритет (смещение) при обработке. Обработка снизу вверх управляется данными, и в соответствии с этим стимулы воспринимаются на основе данных, которые воспринимаются через органы чувств. [28]Данные свидетельствуют о том, что одновременно предъявляемые стимулы действительно конкурируют за то, чтобы быть представленными в зрительной коре , причем стимулы взаимно подавляют друг друга, чтобы получить это представление. [29] Это было исследовано Рейнольдсом и его коллегами, которые изучали размер рецептивных полей нейронов в зрительной коре. Было обнаружено, что предъявление одного стимула приводило к низкой скорости возбуждения, в то время как два стимула, предъявляемые вместе, приводили к более высокой скорости возбуждения. [30]Рейнольдс и его коллеги также обнаружили, что при сравнении нервной реакции на индивидуально предъявленный визуальный стимул с ответами, полученными от одновременно предъявляемых стимулов, ответы на одновременно предъявляемые стимулы были меньше, чем сумма ответов, собранных при предъявлении каждого стимула отдельно. [31] Это говорит о том, что два стимула, представленные вместе, увеличивают нагрузку на нервную систему, необходимую для внимания. Эта повышенная нервная нагрузка создает подавляющие процессы и заставляет стимулы конкурировать за нейронную репрезентацию в мозгу. Пру и Эгет предсказали, что более яркие объекты смещают внимание в пользу этого объекта. Другое предсказание состоит в том, что более крупные объекты смещают внимание в пользу этого объекта. [32]Эксперимент представлял собой компьютерную задачу визуального поиска, в которой участники искали цель среди отвлекающих факторов. Результаты исследования показали, что, когда нерелевантные стимулы были большими или яркими, внимание было смещено на нерелевантные объекты, отдавая им приоритет для когнитивной обработки. [33] Это исследование показывает влияние восходящей (управляемой стимулами) обработки на предвзятую теорию конкуренции.
Свидетельства нисходящих процессов [ править ]
Процесс «сверху вниз» характеризуется высоким уровнем направленности сенсорной обработки за счет большего познания; При интерпретации сенсорной информации обработка сверху вниз основана на уже имеющихся знаниях. [34] [13] Нисходящее управление вниманием относится к тому, когда свойства объекта (например, цвет, форма) активируются и сохраняются в рабочей памяти для облегчения визуального поиска этого объекта. [35]Это контролирует визуальный поиск, направляя внимание только на объекты, которые могут быть целью, и избегая внимания на нерелевантных объектах. Нисходящие процессы не являются полным представлением объекта, но являются грубыми, поэтому объекты, похожие по цвету, форме или значению, часто рассматриваются в процессе различения нерелевантных объектов. Есть свидетельства того, что наблюдатели имеют контроль сверху вниз над местами, которые выиграют от предвзятой конкуренции в визуальных задачах пространственного выбора. Имеющиеся данные подтверждают, что наблюдатели могут принимать добровольное решение о том, какие места выбраны [36] или какие функции привлекают внимание в зависимости от стимулов. [37]Нейрофизиологические исследования показали, что нейронные механизмы нисходящей обработки также проявляются во внимании и рабочей памяти, предполагая, что нисходящие процессы также играют важную роль в этих функциях. [38] Кроме того, процессы «сверху вниз» могут модулировать процессы «снизу вверх», подавляя «всплывающие» функции обработки снизу вверх, чтобы они не отвлекали от визуального поиска. Исследования фМРТ исследовали процессы «сверху вниз» и «снизу вверх», связанные с предвзятой теорией конкуренции. [39] Результаты фМРТ показывают, что процессы «снизу вверх» и «сверху вниз» работают параллельно с предвзятой конкуренцией. [40]Многочисленные исследования показали, что стимулы в поле зрения подавляют друг друга, когда предъявляются вместе, но не когда каждый стимул предъявляется отдельно. Кастнер и его коллеги также обнаружили, что направление внимания на конкретное место стимула снижает подавляющий эффект. Также наблюдалась повышенная активность зрительной коры; это было результатом смещения сверху вниз из-за предпочтения посещаемого места. [41]
Дополнительные доказательства [ править ]
Другое предположение теории предвзятой конкуренции, что конкуренция интегрирована во многие системы мозга (например, зрительную систему и рабочую память), наименее изучено. [42] Тем не менее, были предприняты эмпирические доказательства, чтобы подтвердить подлинность этого утверждения. Исследования показали эту интеграцию различных систем мозга с помощью нейровизуализационных исследований. Активация средней височной области, а также веретенообразной области лица была замечена, когда испытуемых просили обратить внимание на движущееся лицо. [43] Средняя височная область участвует в восприятии движения, в то время как веретенообразная область лица участвует в распознавании лиц, демонстрируя интегрированные системы мозга в теории предвзятой конкуренции. Феррера и Лисбергер[44] представили доказательства конкурентного взаимодействия при выборе целей для плавного движения глаз преследования.
Ссылки [ править ]
- ^ Десимоун, R., & Duncan, J. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
- Перейти ↑ Rolls, ET (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
- Перейти ↑ Rolls, ET (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
- Перейти ↑ Rolls, ET (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
- Перейти ↑ Rolls, ET (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
- ^ Koch C, & Ullman S (1985) Сдвиги в избирательном визуальном внимании: в сторону основных нейронных цепей. Нейробиология человека 4: 219-227.
- ^ Десимоун, R., & Duncan, J. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
- ^ Десимоун, R., & Duncan, J. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
- ^ Десимоун, R., & Duncan, J. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
- Перейти ↑ Rolls, ET (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
- ^ Десимоун, R., & Duncan, J. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
- ^ Desimone R, Унгерлейдер LG. (1989). Нейронные механизмы обработки изображений у обезьян. В Справочнике по нейропсихологии, Vol. 2, изд. Ф. Боллер, Дж. Графман, стр. 267-99. Нью-Йорк: Эльзевир.
- ^ Б с Балдауф D, Десаймон R (март 2014). «Нейронные механизмы объектного внимания». Наука . 344 (6182): 424–427. Bibcode : 2014Sci ... 344..424B . DOI : 10.1126 / science.1247003 . PMID 24763592 . S2CID 34728448 .
- ^ 4. Desimone, R. (1998). Визуальное внимание, опосредованное предвзятой конкуренцией в экстрастриальной зрительной коре. ''Фил. Пер. R. Soc. Лондон. В, 353 '', 1245-1255.
- ^ Ungerleider, LG, и Хэксби, СП (1994). «Что» и «где» в человеческом мозгу. Текущее мнение в нейробиологии, 4, 157-165.
- ^ Ungerleider, LG, и Хэксби, СП (1994). «Что» и «где» в человеческом мозгу. Текущее мнение в нейробиологии, 4, 157-165.
- ^ Десимоун, R., & Duncan, J. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
- ^ Кастнер, S., L, G., Ungerleider. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
- ^ Кастнер, S., L, G., Ungerleider. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
- ^ Кастнер, S., L, G., Ungerleider. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
- ^ Кастнер, S., L, G., Ungerleider. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
- ^ Кастнер, S., L, G., Ungerleider. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
- ^ Reddy, Л., Kanwisher, NG, и VanRullen, R. (2009). Внимание и предвзятая конкуренция в представлении нескольких воксельных объектов. Слушания Национальной академии наук, 106, 50, 21447-21452.
- Перейти ↑ Deco, G., & Rolls, ET (2005). Нейродинамика предвзятого соревнования и сотрудничества за внимание: модель с шипами нейронов. Журнал нейрофизиологии, 94, 295-313.
- Перейти ↑ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). Механизмы «сверху-вниз» и «снизу-вверх» в смещении конкуренции в человеческом мозгу. "Vision Research, 49", 1154-1165.
- ^ Десимоун, R., & Duncan, J. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
- ^ Gleitman, H., & Jonides, J. (1978). Влияние набора на категоризацию в визуальном поиске. Восприятие и психофизика, 24 (4), 361-368.
- ^ https://web.archive.org/web/20190911071717/http://www.psychologyconcepts.com/bottom-up-and-top-down-processing/
- Перейти ↑ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). Нисходящие и восходящие механизмы смещения конкуренции в человеческом мозгу. "Vision Research, 49", 1154-1165.
- ^ Рейнольдс, JH, Chelazzi, Л., & Десаймон, Р. (1999). Соревновательные механизмы заслуживают внимания в областях макак V2 и V4. Journal of Neuroscience, 19, 1736–1753.
- ^ Рейнольдс, JH, Chelazzi, Л., & Десаймон, Р. (1999). Соревновательные механизмы заслуживают внимания в областях макак V2 и V4. Journal of Neuroscience, 19, 1736–1753.
- ^ Пра, MJ, и Egeth, HE (2008). Предвзятая конкуренция и визуальный поиск: роль яркости и размерного контраста. Психологические исследования, 72, 106-113.
- ^ Пра, MJ, и Egeth, HE (2008). Предвзятая конкуренция и визуальный поиск: роль яркости и размерного контраста. Психологические исследования, 72, 106-113.
- ^ http://www.psychologyconcepts.com/bottom-up-and-top-down-processing/ .
- ^ Hollingworth, A., & Luck, SJ (2009). Роль зрительной рабочей памяти (VWM) в управлении взглядом во время визуального поиска. Внимание, восприятие и психофизика, 71, 4, 936-949.
- ^ Jonides, J. (1980). К модели движения мысленного взора. Канадский журнал психологии, 34, 103–112.
- ^ Gazzaley, A., & Нобре, AC (2012). Модуляция сверху вниз: соединение избирательного внимания и рабочей памяти. Тенденции в когнитивных науках, 16, 2, 129-135.
- ^ Hollingworth, A., & Luck, SJ (2009). Роль зрительной рабочей памяти (VWM) в управлении взглядом во время визуального поиска. Внимание, восприятие и психофизика, 71, 4, 936-949.
- Перейти ↑ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). Механизмы «сверху-вниз» и «снизу-вверх» в смещении конкуренции в человеческом мозгу. "Vision Research, 49", 1154-1165.
- Перейти ↑ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). Нисходящие и восходящие механизмы смещения конкуренции в человеческом мозгу. "Vision Research, 49", 1154-1165.
- ^ O'Craven, К., Даунинг, П., & Kanwisher, Н. (1999). Свидетельство фМРТ для объектов как единиц выбора внимания. Природа, 401, 584–587.
- Перейти ↑ Beck, DM, & Kastner, S. (2009). Нисходящие и восходящие механизмы смещения конкуренции в человеческом мозгу. "Vision Research, 49", 1154-1165.
- ^ Кастнер, С., Пинск, М., Де Веерд, П., Десаймон, Р., & Ungerleider, Л. (1999). Повышенная активность зрительной коры головного мозга человека во время направленного внимания в отсутствие зрительной стимуляции. Нейрон. 22, 751-761.
- ^ Феррера В.П. и Лисбергер С.Г. (1995) Внимание и выбор цели для плавных движений глаз преследования. Журнал неврологии 15 (11); 7472-7484.