Современные представления о механизмах зрительного внимания

С помощью экспериментов, использующих первую парадигму, было обнаружено явление, которое оказало большое влияние как на понимание природы внимания человека, так и на многие другие сферы, например, на развитие технических систем, взаимодействующих с человеком. Это явление получило название «Inattentional Blindness» (Rock, Gutman, 1981; Simons, Chabris, 1999; Most at al., 2001), что можно перевести как «ослепление в отсутствие внимания». Первые работы, продемонстрировавшие этот феномен, показали, что нетренированный человек может обращать внимание избирательно на один объект из двух, находящихся в одном и том же месте в поле зрения (Rock, Guttman, 1981). В эксперименте испытуемые осматривали объекты разной формы, наложенные друг на друга; объекты могли быть красного и зеленого цвета, и половина испытуемых должна была описать красные объекты, а половина – зеленые. Затем испытуемые проходили тест на узнавание этих объектов, который показал, что формы, соответствующие цвету целевых объектов предыдущего теста, распознаются гораздо лучше, чем формы другого цвета. Подобный эксперимент был в дальнейшем повторен и модифицирован многими учеными, которые показали, что это явление гораздо шире распространено, чем ранее считалось. Требовались экспериментальные парадигмы, более приближенные к реальным условиям, и Simons & Chabris (1999) сделали видеоролик, в котором группа людей перекидывает мяч, а в это время человек в костюме гориллы проходит через все игровое поле. В некоторых роликах вместо «гориллы» появлялась девушка с зонтиком. Испытуемых просили считать количество бросков мяча и, выполняя это задание, в 75 % случаев они не замечали присутствия нового объекта во время игры в мяч. Эта и последующие подобные работы позволили прийти к выводу о том, что внимание может быть направлено на определенный объект, и тогда остальные объекты в этой области не находятся в фокусе внимания, несмотря на совпадающее местоположение.

Существует конфликт между ограничением в способности к параллельной обработке информации, получаемой из поля зрения, и последовательным выполнением более сложных видов обработки зрительной информации, полученной из разных частей поля зрения (Treisman, Geffen, 1967; Rayner, 1978; Pannasch et al., 2011). Однако распределение внимания и избирательность обработки зрительных стимулов внутри части поля зрения, которую называют иногда «функциональным полем зрения», сложно оценивать, даже зная позиции всех фиксаций взгляда. В области фокусировки внимания обработка зрительной информации осуществляется с большей эффективностью, а возможные механизмы подавления обработки информации за пределами фокуса внимания были описаны в предыдущем параграфе.

Д. Лаберж (описано в работе Rayner, 1978) выделял шесть основных свойств области фокусировки внимания: 1) наличие границ; 2) вариативность размера; 3) вариативность интенсивности; 4) единственность и пространственная непрерывность; 5) движение или сдвиг; 6) ритмика. Лаберж предлагает заменить метафору «луч прожектора» метафорой трансфокатора, мотивируя тем, что «луч внимания» не объясняет вариабельности размера и интенсивности фокуса внимания. Кроме того, обратные взаимоотношения размера и интенсивности фокуса внимания также хорошо иллюстрируются этой моделью. При этом вопрос о динамике смещения области внимания, как и вопрос об изменении интенсивности (или качества обработки информации), оставался открытым.

Одни авторы (Treisman, Gellade, 1980; Tse, 2005) указывают на наличие связи между смещением области фокуса внимания на периферический стимул и движением глаз в направлении этого стимула, другие не находят жесткой функциональной связи фокуса внимания с последующим саккадическим движением глаза (Henderson, 2003, Hafed, Clark, 2002). Существует большое количество работ, содержащих экспериментальные подтверждения того, что возможно перераспределение внимания в пространстве даже при фиксации взора на одной точке в поле зрения. Связь такого перераспределения внимания с положением будущих точек фиксации была исследована в работах Henderson, Pierce (2008), а динамика изменения размера области сфокусированного внимания изучалась В. И. Белопольским (Белопольский, 2008).

Результаты, полученные Белопольским, показывают возможность пространственной настройки зоны внимания, которая не ограничивается положением взгляда и только отчасти ограничивается структурой зрительных стимулов. Зона внимания может произвольно «накладываться» на один объект или на целую группу, причем фиксируемый объект может занимать не только центральное, но и асимметричное положение, при этом степень асимметрии может быть весьма высока. Смещение положения зоны внимания в пространстве происходит плавно, при этом скорость смещения ее центра может варьироваться достаточно широко. Это подтверждает гипотезу о том, что динамика смещения области внимания соответствует по пространственным и временным параметрам динамике области получения релевантной зрительной информации.

В эксперименте, проведенном с помощью несколько измененной методики «выигрыш – проигрыш» (Egeth, Yantis, 1997; Fisher, Ramsperger, 1984), были применены стимулы двух видов – фиксационный и целевой. Фиксационные стимулы использовались для указания будущего положения целевого стимула, а также его наиболее или наименее вероятного размера. Целевыми стимулами служили светлые контурные круги на темном фоне двух диаметров (8,7° или 0,65°). Оба целевые стимула имели разрыв по горизонтали либо по вертикали. Испытуемые должны были в ходе эксперимента максимально быстро определить ориентацию разрыва в целевом стимуле вне зависимости от того, предъявлен ли маленький или большой круг, и сообщить о своем решении при помощи нажатия кнопки. Результаты подтверждают одно из основных следствий модели внимания как трансфокатора: способность к идентификации фовеальной цели уменьшается при увеличении зоны внимания. Это выражается в значительном росте временных затрат на обработку изображения целевого стимула. Параллельное увеличение частоты ошибок можно расценить как повышение трудности задачи идентификации при расфокусированном внимании.

Еще один эксперимент, целью которого было изучение пространственных и временных стратегий расширения и сжатия зоны внимания, проводился в условиях фиксации неподвижной центральной точки. Он заключался в том, что подсказывающий стимул (серая рамка на светло-сером фоне) создавал ожидание появления стимула определенного размера. В 20 % случаев размер целевого стимула был больше или меньше подсказывающей рамки. Задачей испытуемого было определить ориентацию элементов изображения – направление вершины угла или же положение разъема кольца; в другом варианте эксперимента использовались разные сочетания пары цифр – 66, 69, 96 и 99. Между исчезновением рамки и появлением стимула иногда добавлялась задержка длительностью 200 мс. Во всех случаях результаты показали, что неоптимальная пространственная преднастройка внимания значительно увеличивает время, необходимое для идентификации стимула. Кроме того, в исследованном диапазоне отклонений (до 15° в диаметре) величина задержки идентификации коррелировала с величиной различий между размером подсказки и предъявленным стимулом (Белопольский, 2008).

Автор отдельно проанализировал два варианта подсказок: когда небольшого размера стимул появляется после предъявления крупной подсказывающей рамки и когда большой стимул появляется после подсказки меньшего размера. В первом случае сужение зоны внимания происходит с постоянной радиальной скоростью, составляющей порядка 50°/с. При существенном уменьшении размера целевого стимула скорость сужения области внимания замедляется примерно до 10–15°/с – по-видимому, это отражает возрастающую сложность фокусировки на наиболее узкой локальной области. При идентификации более простых стимулов отклонения во времени были немного меньше при тех же отношениях размеров области преднастройки и целевого стимула.

В другой группе случаев – при крупном стимуле, следующем за небольшой подсказывающей рамкой, время идентификации целевых стимулов также зависит от степени неоптимальности пространственной преднастройки зоны внимания, однако она имеет более сложную природу. Во-первых, длительность задержки в этом случае не превышала 50–60 мс, т. е. процесс дефокусировки внимания происходил явно быстрее, чем процесс фокусирования на меньшей цели. Автор предполагает, что фокусирование внимания может быть плавным процессом, в то время как дефокусирование – дискретным, одномоментным переключением. Эта стратегия представляется более эффективной, поскольку широкая зона внимания наверняка захватывает целевой стимул, а затем уже происходит его локализация и фокусировка, более затратная по времени. В то же время тренированность испытуемых никак не влияла на динамику фокусировки и дефокусировки внимания, а некоторое уменьшение времени реакции выбора объяснялось сокращением времени, требующегося на перцептивную обработку.

1.1.4. Типы зрительного внимания

Нервные центры, отвечающие за внимание, рассматриваются в основном в терминах большой распределенной нервной сети, относящейся к тем областям, которые активируются при выполнении задач, требующих концентрации внимания, а также к тем, которые при повреждениях приводят к появлению дефицита внимания (Posner et al., 2007; Mesulam, 1981). Posner, Petersen (1990) утверждают, что функции разных областей мозга следует рассматривать раздельно для областей, ассоциированных с источником внимания, и для областей, на которые внимание воздействует для активации специфических форм обработки информации. Например, внимание может оказывать влияние на первичные зрительные области, но источник этого воздействия может лежать в другом месте (Martinez et al., 1999; Posner, Gilbert, 1999). В то же время есть свидетельства того, что внимание может быть результатом конфликта между отдельными областями мозга (Desimone, Duncan, 1995), а некоторые исследования указывают на активацию нисходящей системы управления вниманием даже до появления фиксационных стимулов (Corbetta et al., 2008; Kastner et al., 1999).

Важную роль в развитии представлений о механизмах, реализующих высшие функции нервной системы, сыграла теория Д. Хэбба (D. Hebb, «The Organization of Behavior», 1949). Внимание как механизм, сложнее всего отделяемый от других когнитивных функций, оказалось хорошо объяснимым с точки зрения сетевой организации. В то время, когда Д. Хэбб писал монографию, о структуре и организации нервных центров, контролирующих основные сенсорные и моторные функции, было известно относительно мало. Это заставило его руководствоваться идеями, полученными при наблюдении и анализе психологических экспериментов, а также говорить скорее о концепциях, которые могут объяснять наблюдаемые феномены, чем о детальном описании возможных закономерностей функционирования мозга. Данные, которые были доступны Хэббу, в основном состояли из результатов исследования животных и поведенческих экспериментов с людьми. Пространственной точности ЭЭГ было недостаточно для связывания определенных функций с точным местоположением контролирующих их нервных центров в мозге, но достаточно для понимания того, что существует определенная, достаточно стабильная пространственная организация.