Три вида внимания в скорочтении и вне его

Фрагмент из книги О.А. Андреева и Л.Н. Хромова “Учитесь быстро читать”

Внимание бывает трех видов: непроизвольное, произвольное и послепроизвольное.

• Непроизвольное внимание характеризуется тем, что направленность и сосредоточенность психической деятельности носят непроизвольный характер, т. е. не ставится цель быть внимательным. Непроизвольное внимание возникает само собой, когда действующие раздражители ярко отличаются от общего монотонного «серого» фона или когда предмет-раздражитель интересен и занимателен. Например, непроизвольное внимание вызывают громкий сигнал сирены на улице, красочная реклама, интересный рассказ или остросюжетная книга. Другой пример: за бортом корабля в открытом море появляется стая резвящихся дельфинов. Моряк, стоящий на вахте, в подробностях может пересказать траекторию прыжков дельфинов из воды, хотя наблюдение за ними и не входило в его обязанности. Его внимание непроизвольно фиксировало необычные факты.

• Произвольное внимание мотивировано и направляется на объект под влиянием принятых решений и поставленных целей. Оно – результат нашего намерения, целевого усилия воли. Произвольное внимание качественно отличается от непроизвольного, что не мешает ему, однако, быть тесно связанным с нашими чувствами, интересами и прежним опытом. Но если интересы при непроизвольном внимании являются интуитивно-непосредственными, то при произвольном они носят в основном характер опосредованный. Это интерес цели, интерес последующего затем результата деятельности. Сама деятельность может не занимать нас, но так как се выполнение необходимо для решения поставленной задачи, она зачастую становится и увлекательной.

• Послепроизвольное внимание также носит целенаправленный характер, но не требует для реализации постоянных волевых усилий. Например, иногда при чтении с трудом удастся удержать внимание на содержании: оно трудно, скучно и даже не особенно для нас важно. Но вот в какой-то момент, незаметно для себя, мы перестаем делать над собой усилие, читаем без напряжения, и предмет чтения увлекает нас. Внимание из произвольного стало послепроизвольным. Из сказанного следует, что обычный процесс чтения сопровождается постоянными колебаниями внимания, которые в значительной степени и определяют темп и качество чтения. При чтении текста непроизвольное внимание зависит главным образом от автора, его мастерства, а произвольное – от самого читателя.

Таким образом, внимание предопределяет психологическую активность читателя – его настроенность и готовность. Вместе с этим оно сильно влияет и на понимание текста, и на точность и глубину усвоения содержания. При чтении очень важно не только направлять внимание, но и поддерживать его длительное время. Высокая степень сосредоточенности внимания называется его концентрацией. От концентрации внимания зависит и успех быстрого чтения. Ей способствуют относительная тишина и отсутствие отвлекающих факторов. Продуктивность внимания определяется общим состоянием человека, его эмоциональной настроенностью: если он утомлен или чем-то расстроен, ему трудно добиться хорошей концентрации внимания. Поэтому рекомендуется читать на свежую голову и под хорошее настроение, а если это невозможно, то предварительно немного отдохнув. Нужно уметь чередовать занятия: чтение, отдых, письмо и т. д. Наконец, внимание зависит и от содержания читаемой книги, статьи, учебного текста. Если они непонятны читателю, внимание падает.

Нежелательно и непроизвольное отвлечение внимания от чрезмерно легкого текста. Необходимо помнить, что любой текст как объект восприятия характеризуется двумя сторонами: содержанием и формой. Каждая из этих сторон может быть объектом внимания.

Исследования, проведенные психологами, показали, что внимание надо рассматривать как отдельную форму психической деятельности. Отсюда следует, что сосредоточению, как и всякому другому действию, надо специально учить.

Особое место при чтении принадлежит так называемому зрительному вниманию. В его основе лежит феномен пульсирующего оперативного поля зрения, совпадающего в основном с зоной ясного видения. Характерная особенность оперативного поля зрения – чрезвычайная подвижность его границ. Чаще всего оно принимает размеры и конфигурацию объекта, воспринимаемого в данный момент. Можно представить себе оперативное поле зрения в виде ситуации, когда луч прожектора как бы шарит по странице текста. Такой луч не только перемещается по странице одновременно с движением глаз, но и изменяет размеры светового пятна, освещающего текст.

Умение расширять размеры светового пятна восприятия текста, пожалуй, является важнейшей характеристикой зрительного внимания человека, умеющего быстро читать. А различная ясность или различная степень осознания того содержания, на которое в данный момент направлен взор, выражается интенсивностью зрительного внимания. Если продолжить аналогию с прожектором, то это свойство аналогично степени яркости пятна прожектора. Во время чтения такое пятно не только перемещается по странице текста, меняя свои размеры, очертания, но и изменяется по яркости, то усиливаясь, то ослабевая, иногда потухая вовсе. Тогда наступает состояние психической слепоты, или невидящего взора, при котором внимание как бы гаснет.

Отсюда следует, что при чтении нужно уметь произвольно управлять вниманием с помощью специальных приемов и волевых усилий. Внимание – своего рода катализатор процесса чтения. Эффективность чтения во многом зависит от того, насколько читающий способен управлять своим вниманием. Оно определяет темп чтения: как очень высокий, так и замедленный темп чтения утомляет, способствует снижению внимания.

Чтение в условиях непроизвольного внимания наиболее эффективно. При освоении метода быстрого чтения необходимо в первую очередь научиться управлять произвольным вниманием, а затем формировать послепроизвольное из устойчивого произвольного.

• ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ НЕВНИМАТЕЛЬНОСТИ.
Многие часто жалуются на рассеянность: «Не обратил внимания», «Отключился и не слышал». Большинство людей относятся к своей невнимательности и рассеянности достаточно снисходительно, не придавая этому серьезного значения.

Но в работе вам бывает известна высокая «цена» такой рассеянности. «Пробежал глазами» – и вот вынужден второй раз перечитывать домашнее задание, снова затрачивать время. А если пропустил важное место в учебнике или опоздал на занятия, пропустил объяснение учителем сложной теоремы, например, то это зачастую значительно усложняет жизнь. Рассеянность можно разделить на подлинную и мнимую. В их основе лежит неравномерность развития отдельных свойств внимания. Дело в том, что различные свойства внимания в значительной степени независимы друг от друга. Внимание, хорошее в одном отношении, может иметь целый ряд недостатков в другом. Подлинную рассеянность характеризует большая переключаемость и низкая устойчивость внимания.

Мнимую рассеянность иногда называют «профессорской». Внешне она может быть похожа на первый вид: человек не сразу отвечает на поставленный вопрос, он его пропускает «мимо ушей», не обращает внимания на людей, на то, что происходит вокруг. Однако внутренние механизмы ее совершенно иные, чем в первом случае. Если подлинная рассеянность – это результат сильной переключаемости и слабой сосредоточенности, то мнимая рассеянность, напротив, связана с чрезмерной сосредоточенностью на своих мыслях, чувствах, переживаниях в сочетании с низкой переключаемостью на другие предметы, мысли, чувства.

Наличие двух противоположных видов рассеянности доказывает, что за внешне похожими проявлениями в поведении человека могут скрываться совершенно различные психологические факторы.

Иногда бывает трудно определить, за счет какого именно свойства внимания достигаются успехи в учебе. Когда о вашем товарище говорят как о внимательном человеке, то имеют в виду не отдельные свойства, а целостную характеристику его личности.

Узнать больше том как развить свои когнитивные навыки и повысить умственные способности вы сможете из материалов, размещенных в разделе “Охотники за поведением”.

Поделиться:

6. Характеристика непроизвольного, произвольного и послепроизвольного внимания

Внимание – состояние психологической концентрации, сосредоточенности на каком – либо объекте. Это процесс сознательного или бессознательного (полусознательного) отбора одной информации, поступающей через органы чувств, и игнорирование другой.

Непроизвольное внимание – это внимание, которое включается, функционирует, переключается с объекта на объект и отключается автоматически, без участия сознания и воли человека. Его вызывают раздражители, соответствующие потребностям индивида, значимые для него. Оно связано и с общей направленностью личности. Непроизвольное внимание возникает независимо от сознательных намерений субъекта, без каких – либо волевых усилий с его стороны. Основная функция НВ заключается в быстрой и правильной ориентации в постоянно меняющихся условиях среды, в выделении тех его объектов, которые могут иметь в данный момент наибольший жизненный смысл.

Произвольное внимание – это внимание, которое, напротив, регулируется волей человека, находится под его сознательным контролем. Оно возникает, если в деятельности человек ставит перед собой определенную задачу и сознательно вырабатывает программу действий. В ПВ проявляется активность личности, при этом внимании интересы носят опосредованный характер (это интересы цели, результата деятельности). Основной функцией ПВ является активное регулирование протекания психических процессов. Именно благодаря наличию ПВ человек способен активно, избирательно «извлекать» из памяти нужные ему сведения, выделять главное, существенное, принимать правильные решения, осуществлять задачи, возникающие в деятельности.

Послепроизвольное внимание. Это понятие было введено Н.Ф.Добрыниным. Если в целенаправленной деятельности для личности интересными и значимыми становятся содержание и сам процесс деятельности, а не только его результат, как при произвольном сосредоточении, то говорят о послепроизвольном внимании. Деятельность так захватывает в этом случае человека, что ему не требуется заметных волевых усилий для поддержания внимания. Послепроизвольное внимание, появляясь вслед за произвольным, не может быть сведено к нему. Так как это внимание связано с сознательно поставленной целью, оно не может быть сведено и к непроизвольному вниманию. Послепроизвольное внимание характеризуется длительной высокой сосредоточенностью, с ним обоснованно связывают наиболее интенсивную и плодотворную умственную деятельность.

свойства внимания:

Устойчивость — проявляется в способности в течение длительного времени сохранять состояние внимания, на каком – либо объекте, предмете деятельности, не отвлекаясь и не ослабляя внимание. Устойчивость внимания может определяться различными причинами. Одни из них связаны с индивидуальными физиологическими особенностями человека, в частности со свойствами его нервной системы, общим состоянием организма в данный момент времени; другие характеризуют психические состояния (возбужденность, заторможенность), третьи соотносятся с мотивацией (наличием или отсутствием интереса к предмету деятельности, его значимостью для личности) четвертые – с внешними обстоятельствами осуществления деятельности.

Люди со слабой нервной системой или перевозбужденные могут быстро утомляться, становиться импульсивными. Человек, который не очень хорошо чувствует себя физически, как правило, характеризуется неустойчивым вниманием. Отсутствие интереса к предмету способствует частому отвлечению внимания от него, и, напротив, наличие интереса сохраняет внимание в повышенном состоянии в течение длительного времени. Если отсутствуют внешне отвлекающие моменты, внимание бывает достаточно устойчивым.

Сосредоточенность – проявляется в различиях, которые имеются в степени концентрированности внимания на одних объектах и его отвлечение от других.

Распределение – оно состоит в способности рассредоточить внимание на значительном пространстве, параллельно выполнять несколько видов деятельности или совершать несколько различных действий. Известно, что память на прерванные действия способна сохраняться в течение определенного времени. В течение этого периода человек может без труда возвратиться к продолжению прерванной деятельности. Так происходит в случаях распределения внимания между несколькими одновременно выполняемыми делами. Распределение внимания зависит от психологического и физиологического состояния человека. При утомлении, в процессе выполнения сложных видов деятельности, требующих повышенной концентрации внимания, область его распределения обычно сужается.

Объем внимания – определяет количество информации, одновременно способной сохраняться в сфере повышенного внимания человека. Численная характеристика среднего объема внимания людей 5-7 единиц информации. Она обычно устанавливается посредством опыта, в ходе которого человеку на очень короткое время предъявляется большое количество информации. То, что он за это время успевает заметить, и характеризует его объем внимания. Основным условием расширения объема внимания является формирование умений группировать, систематизировать, объединять по смыслу воспринимаемый материал.

Переключаемость – понимается как перевод внимания с одного объекта на другой, с одного вида деятельности на иной. Данная характеристика человеческого внимания проявляется в скорости, с которой он может переводить свое внимание с одного объекта на другой, причем такой перевод может быть как не произвольным, так и произвольным. В первом случае индивид невольно переводит свое внимание на что-либо такое, что его случайно заинтересовало, а во втором – сознательно, усилием воли заставляет себя сосредоточиться на каком-нибудь, даже не очень интересном объекте. Переключаемость внимания, если она происходит на непроизвольной основе, может свидетельствовать о его неустойчивости, но такую неустойчивость не всегда есть основание рассматривать как отрицательное качество. Она нередко способствует временному отдыху организма, анализатора, сохранению и восстановлению работоспособности нервной системы и организма в целом.

С переключаемостью внимания функционально связаны два разнонаправленных процесса: включение и отвлечение внимания. Первый характеризуется тем, как человек переключает внимание на нечто и полностью сосредотачивается на нем; второй – тем, как осуществляется процесс отвлечения внимания.

Особенности и условия формирования внимания ребенка раннего, дошкольного и школьного возрастов.

Историю развития внимания пытался проследить Л.С. Выготский в русле своей культурно – исторической концепции. Он писал, что история внимания ребенка есть история развития организованности его поведения, что ключ к генетическому пониманию внимания следует искать не внутри, а вне личности ребенка.

Произвольное внимание возникает из того, что окружающие ребенка люди « начинают при помощи ряда стимулов и средств направлять внимание ребенка, руководить его вниманием, подчинять его своей власти и тем самым дают в руки ребенка те средства, с помощью которых он впоследствии и сам овладевает своим вниманием.» Культурное развитие внимания заключается в том, что при помощи взрослого ребенок усваивает ряд искусственных стимулов – средств (знаков), посредством которых он дальше направляет свое собственное поведение и внимание. Процесс возрастного развития внимания по идеям Выготского Л.С. представил А.С.Леонтьев: с возрастом внимание ребенка улучшается, однако развитие внешне опосредованного внимания идет гораздо быстрее, чем его развитие в целом, тем более натурального внимания. При этом в школьном возрасте наступает перелом в развитии, который характеризуется тем, что первоначально внешне опосредованное внимание постепенно превращается во внутреннее опосредованное, и со временем эта последняя форма внимания занимает, вероятно, основное место среди всех его видов.

Различия в характеристиках произвольного и непроизвольного внимания возрастают, начиная с дошкольного возраста, и достигают максимума в школьном возрасте, а затем вновь обнаруживают тенденцию к уравниванию.

Л.С. Выготский пишет, что с самых первых дней жизни ребенка развитие его внимания происходит в среде, включающий так называемый двойной ряд стимулов, вызывающих внимание. Первый ряд – это сами окружающие предметы, которые своими яркими необычными свойствами приковывают внимание ребенка. С другой стороны, это речь взрослого человека, произносимые им слова, которые первоначально выступают в роли стимулов – указаний, направляющих непроизвольное внимание ребенка. Таким образом, с первых дней жизни ребенка его внимание в значительной его части оказывается направляемым с помощью слов – стимулов.

Вместе с постепенным овладением активной речью ребенок начинает управлять и первичным процессом собственного внимания, причем сначала – в отношении других людей, ориентируя их собственное внимание обращенным к ним словом в нужную сторону, а затем — и в отношении самого себя.

Общая последовательность культурного развития внимания по Л.С.Выготскому состоит в следующем: «Сначала люди действуют по отношению к ребенку, затем он сам вступает во взаимодействие с окружающими, наконец, он начинает действовать на других и только в конце начинает действовать на себя » Вначале взрослый направляет его внимание словами на окружающие его вещи и вырабатывает, таким образом, из слов могущественные стимулы – указания; затем ребенок начинает активно участвовать в этом указании и сам начинает пользоваться словом и звуком как средством указания, т.е. обращать внимание взрослых на интересующий его предмет.

Слово, которым пользуется взрослый, обращаясь к ребенку, появляется первоначально в роли указателя, выделяющего для ребенка те или иные признаки в предмете, обращающего его внимание на эти признаки. При обучении слово все более направляется в сторону выделения абстрактных отношений и приводит к образованию абстрактных понятий. Л.С.Выготский считал, что управление языка как средства направления внимания и указателя к образованию представлений имеет для педагогики огромное значение, поскольку с помощью слов ребенок выходит в сферу межличностного отношения, где открывается простор для личностного развития. Первоначально процессы произвольного внимания, направляемого речью взрослого, являются для ребенка скорее процессами его внешнего дисциплинирования, чем саморегуляции. Постепенно, употребляя то же самое средство овладения вниманием отношению к самому себе, ребенок переходит к самоуправлению поведением, т.е. к произвольному вниманию.

Этапы развития детского внимания:

1. Первые недели – месяцы жизни. Появление ориентировочного рефлекса как объективного, врожденного признака непроизвольного внимания ребенка.

2. Конец первого года жизни. Возникновение ориентировочно – исследовательской деятельности как средства будущего развития произвольного внимания.

3. Начало второго года жизни. Обнаружение зачатков произвольного внимания под влиянием речевых инструкций взрослого, направление взора на названный взрослым предмет.

4. Второй – третий год жизни. Достаточно хорошее развитие указанной выше первоначальной формы произвольного внимания.

5. Четыре с половиной – пять лет. Появление способности направлять внимание под влиянием сложной инструкции взрослого.

6. Пять – шесть лет. Возникновение элементарной формы произвольной внимания под влиянием самоинструкции (с опорой на внешние вспомогательные средства).

7. Школьный возраст. Дальнейшее развитие и совершенствование произвольного внимания, включая волевое.

Теоретическая концепция внимания П.Я.Гальперина. Основные положения:

1. Внимание является одним из моментов ориентировочно – исследовательской деятельности. Оно представляет собой психологическое действие, направленное на содержание образа, мысли, другого феномена, имеющегося в данный момент времени в психике человека.

2. По своей функции внимание представляет собой контроль за этим содержанием. В каждом действии человека есть ориентировочная, исполнительская и контрольная части. Эта последняя и представляется вниманием как таковым.

3. В отличие от других действий, которые производят определенный продукт, деятельность контроля, или внимание, не имеет отдельного, особенного результата.

4. Внимание как самостоятельный, конкретный акт выделяется лишь тогда, когда действие становится не только умственным, но и сокращенным. Не всякий контроль стоит рассматривать как внимание. Контроль лишь оценивает действие, в то время как внимание способствует его улучшению.

5. Во внимании контроль осуществляется при помощи критерия, меры, образа, что создает возможность сравнения результатов действия и его уточнения.

6. Произвольное внимание есть планомерно осуществляемое внимание, т.е. форма контроля, выполняемого по заранее составленному плану, образцу.

7. Для того чтобы сформировать новый прием произвольного внимания, мы должны наряду с основной деятельностью предложить человеку задание проверить ее ход и результаты, разработать и реализовать соответствующий план.

8. Все известные акты внимания, выполняющие функцию контроля как произвольного, так и непроизвольного, являются результатом формирования новых умственных действий.

Методы исследования внимания

Исследование внимания имеет большое значение в работе школьных психологов, в частности при анализе причин неуспеваемости и при выработке индивидуальных психолого-педагогических мероприятий.

При исследовании внимания следует учитывать, что качества внимания у одного и того же человека зависят от многих факторов: возможны колебания внимания в зависимости от утомления и общего состояния организма, отношения человека к тому или иному виду деятельности, его эмоционального состояния. С другой стороны, внимание всегда «включено» в самые разнообразные психические явления, при его исследовании существует необходимость вычленения, «извлечения» его из этих процессов. Большинство разработанных проб на испытание внимания имеют варианты, позволяющие не только выявлять, но и количественно выражать различные свойства внимания: объем, переключаемость, устойчивость, концентрацию, избирательность и другие.

Объем внимания. Все методы для изучения объема внимания можно подразделить на прямые и косвенные. Прямой метод предусматривает предъявление материала (например, слов, букв, изображений предметов) в короткие промежутки времени с помощью тахистоскопа с последующим подсчетом замеченного испытуемым. Индивидуальные оценки результатов сравниваются со среднегрупповыми.

Расстройства внимания выявляются как во время беседы (отвлекается на посторонние раздражители, не может сосредоточиться, быстро утомляется, не может переключиться и т.д.), так и в ходе специального психодиагностического исследования. Из методик исследования внимания наиболее известны и широко применяются: корректурные пробы, счет по Крепелину, отыскивание чисел по таблицам Шульте, поочередное сложение, поочередное вычитание, тест Мюнстерберга и др.

Основные виды и механизмы внимания

По происхождению и способам осуществления специалисты выделяют такие виды внимания – непроизвольное, произвольное и послепроизвольное. Направленность и сосредоточенность психической деятельности в зависимости от участия воли, может носить непроизвольный или произвольный характер. Наиболее простое и генетически исходное непроизвольное внимание называют пассивным, вынужденным, потому что возникает оно независимо от целей, стоящих перед человеком. Направленность и сосредоточенность психических процессов будет носить произвольный характер, если человек знает, что ему необходимо выполнить определенную работу в соответствии с поставленной целью и принятым решением.

Непроизвольное внимание является наиболее древним видом внимания. Его возникновение связано с различными физическими, психофизиологическими и психическими причинами, которые тоже между собой тесно связаны, но их для удобства разделили на категории:

Произвольное внимание

Произвольное внимание отличается от непроизвольного внимания тем, что оно управляется сознательной целью и имеет усилия по активному её поддержанию. Выработан был этот вид внимания в результате трудовых усилий, поэтому его часто называют волевым, активным, преднамеренным.

Например, внимание человека сознательно направляется на решение заняться какой-либо деятельностью, даже если это не интересно. Произвольное внимание в каком-то смысле это подавление, борьба с непроизвольным вниманием.

Активное регулирование протекания психических процессов является основной функцией произвольного внимания, поэтому оно качественно отличается от непроизвольного внимания. Произвольное внимание возникло из непроизвольного в процессе сознательной деятельности человека. С его помощью можно менять эмоциональной состояние.

Произвольное внимание имеет социальные причины своего происхождения, оно не созревает в организме, а формируется при общении ребенка с взрослыми. Выделяя объект из среды, взрослый указывает на него и называет словом. Отвечая на этот сигнал, ребенок слово повторяет или схватывает сам предмет. Получается, что данный предмет для ребенка выделяется из внешнего поля.

Произвольное внимание тесно связано с речью, чувствами, интересами, прежним опытом человека, но влияние их косвенное.

Формирование произвольного внимания связано с формированием сознания. У 2-летнего ребенка сознание еще не сформировано, то и произвольное внимание находится в стадии развития.

Послепроизвольное внимание

Специалисты выделяют еще один вид внимания, которое носит целенаправленный характер и первоначально требует волевых усилий. Позже человек, как бы «входит» в работу, для него значимыми и интересными становятся не только результат, но и содержание, и процесс деятельности.

Такое внимание Н.Ф. Добрынин назвал послепроизвольным. Например, при решении какой-то сложной задачи, ученик решает её только потому, что её надо решить. Когда намечен правильный ход и задача становится понятной, её решение может увлечь. Произвольное внимание стало как бы непроизвольным. Послепроизвольное внимание остается связанным с сознательными целями и поддерживается сознательными интересами, что отличает его от подлинно непроизвольного внимания. Поскольку здесь нет или почти нет волевых усилий, то оно не будет сходно и с произвольным вниманием. Для послепроизвольного внимания характерна длительная сосредоточенность, напряженная умственная деятельность, высокая производительность труда.

Виды внимания показаны на схеме.

Механизмы внимания

В результате исследований советских и зарубежных ученых было получено много новых данных, которые раскрывают нейрофизиологические механизмы протекания явлений внимания. Сущность внимания заключается в селективном отборе воздействий. Согласно полученным данным это возможно на фоне общего бодрствования организма, связанного с активной мозговой деятельностью.

В состоянии бодрствования человека можно выделить целый ряд стадий. Например, постепенно глубокий сон может смениться дремотным состоянием, которое перейдет в состояние спокойного бодрствования. Это состояние называют расслабленным или сенсорным покоем. На смену расслабленному состоянию может прийти высокий уровень бодрствования – активное бодрствование или бодрствование внимания, которое переходит в состояние резкого эмоционального возбуждения, страха, беспокойства – это так называемое чрезмерное бодрствование.

При состоянии повышенного бодрствования активное избирательное внимание возможно, а вот трудности сосредоточения возникают и на фоне расслабленного и на фоне чрезмерного бодрствования. Подобные изменения бодрствования непрерывны и являются функцией уровней активности нервных процессов. Любая нервная активация выражается в усилении бодрствования, а её показателем является изменение электрической активности мозга.

В различных ориентировочных реакциях проявляется переход от спокойного бодрствования к бодрствованию внимания. Реакции эти очень сложны и связаны с активностью значительной части организма. В этот ориентировочный комплекс входят:

• Внешние движения;
• Изменение чувствительности определенных анализаторов;
• Изменение характера обмена веществ;
• Изменение сердечных, сосудистых и кожно-гальванических реакций;
• Изменение электрической активности мозга.

Физиологической основой внимания, таким образом, является общая активация деятельности мозга, но она не объясняет особенностей избирательного протекания процессов внимания.

Для выяснения физиологических основ внимания большое значение имеет принцип доминанты А.А. Ухтомского, согласно которому в мозге всегда есть доминирующий очаг возбуждения. Все возбуждения, которые идут в мозг, он привлекает к себе и доминирует над ними.

Такой очаг возникает не только в результате силы данного раздражителя, но и внутреннего состояния всей нервной системы.

В регуляции высших произвольных форм внимания, как считают многие исследователи, большую роль играют и лобные доли мозга.

Согласно современным данным, таким образом, процессы внимания связаны как с корой, так и подкорковыми образованиями, только роль их в регуляции разных форм внимания различна.

что это такое, характеристики (с примерами)

Наши психические познавательные процессы это то, что делает нас уникальными, отличными от животных. Они всегда работают сообща: наши ощущения позволяют составить впечатление о явлении, восприятие отражает действительность внутри нашего сознания, мышление привлекает к работе другие функции мозга и так далее. В этой статье я дам определение термину произвольное внимание и подробно объясню, что это такое в психологии, как оно влияет на наши представления об окружающем мире и как взаимодействует с психомоторными способностями человека.

 

Описание

Если попытаться обозначить понятие общими словами – эта функция является тем самым механизмом, который запускает познавательную активность мозга в отношении конкретного явления окружающего мира или предмета. Далее, подключаются и другие процессы, решающие самые разные задачи. В конечном итоге мы имеем некое представление обо всем, что существует вокруг нас. 

Я выделю три вида внимательности:

1. Произвольное внимание характеризуется тем, что индивид заранее ставит себе цель – понять и запомнить что-либо.
2. Непроизвольное не требует от человека прикладывания каких-либо стараний.
3. Послепроизвольное является своеобразным продолжением произвольного, но силы уже не затрачиваются, а выполняются в автоматическом режиме.

Необходимость использования усилий к пониманию и запоминанию определяется самим отношением личности к событию, его личным опытом, испытываемым интересом или его отсутствием. Со временем даже самая важная ситуация, требуемая обращения к силе воли, несколько сглаживается и становится безразличной – тогда происходит переход первого вида ко второму.

Особенности произвольного внимания

Отличительных черт у этого типа психических процессов не мало, но главной остается постановка конкретной задачи. Человек сам определяет то, что хочет понять, запомнить, чему желает научиться. Следующим этапом является некая программа, которая реализуется с использованием познавательной функции.

При этом произвольное внимание не обусловлено врожденными навыками и талантами, кроме силы воли. Оно развивается постепенно, шаг за шагом, в конечном итоге переходя в новую форму. Одним людям проще развить его, другим – сложнее. Но главной функцией в любом случае останется активное регулирование всех психических процессов, происходящих в головном мозге, в том числе памяти, мышления.

Отдельно выделю следующие особенности:

1. Опосредованность и осознанность использования. Приложение волевых усилий для сосредоточения происходит в определенной ситуации, выбранной индивидом и всегда контролируемой им.
2. Произвольность. У личности должно существовать намерение сделать или понять что-либо.
3. Возникновение в ходе эволюции и развития человеческого общества. Этот вид внимания недоступен животным.
4. Формирование на протяжении всей жизни, начиная с раннего детства.
5. Прохождение нескольких фаз развития.
6. Зависимость от обучения со взрослыми, особенно если речь идет о школе.

Дополнительно отмечу, с точки зрения физиологии, эта познавательная функция живет в коре больших полушарий. Та же часть мозга отвечает за поведение человека и его деятельность.

Причины возникновения 

Поводом к появлению психического процесса можно назвать взаимосвязь, возникающую между уже полученным ранее опытом и новой поставленной задачей. Как только определяется цель и план, способствующий ее достижению, запускается механизм намеренного сосредоточения. Чем чаще используется функция, тем быстрее происходит переключение, а значит, результат достигается все лучше, стремительнее и эффективнее.

Психолог Дарья Милай

Всю эту работу можно сравнить с выработкой условного рефлекса в практике бихевиоризма. Простой пример произвольного внимания – усвоения ребенком правил дорожного движения: изо дня в день при приближении к пешеходному переходу его учат, что необходимо посмотреть по сторонам, убедиться в безопасности и лишь после этого идти. В конечном итоге напоминание к совершению этих действий перестает требоваться, так как входит в привычку.

Говоря о первопричинах, обязательно следует отметить и важность процесса в контексте защищенности, а возможно, и выживаемости. Механизм не зря формировался на протяжении всего периода эволюции и развитии человека. Чем важнее ситуация для сохранения жизни и здоровья, тем быстрее усвоится процесс – оперативнее перейдет от произвольного к постпроизвольному. Влияет на лучшее освоение программы и собственный интерес индивида.

Виды и характеристики

Принято выделять несколько типов произвольного сосредоточения, каждый из них обладает собственными уникальными чертами. Разделить внимательность можно по общим признакам на следующие формы:

1. Волевая – механизм включается только в конфликтных ситуациях между условиями «мне надо» или «я должен», диктуемыми обществом, родительскими установками, правилами, и индивидуальными «я хочу». При этом переключиться на обязательное выполнение установленных кем-то положений помогает именно сила воли и усилия.
2. Выжидательная – требуется, когда определенная ситуация продолжается длительное время, и на протяжении всего срока от человека требуется проявление бдительности. При этом ошибка может привести к неприятным последствиям. Особенно актуален этот вид сосредоточения во взрослой жизни, например, в трудовой сфере.
3. Сознательная – этот тип уникален вдвойне. С одной стороны, его выполнение всегда намеренно, но с другой – усилия прикладываются незначительные, например, в силу собственного интереса человека, привлекательности ситуации.
4. Спонтанная – такая форма проявляется, если трудно начать новое действие, но после преодоления первого барьера происходит переключение на постпроизвольный тип внимательности, а значит, больше стараний прилагать не нужно или они минимальны.

В раннем и дошкольном возрасте любая из представленных выше разновидностей сосредоточения развита слабо – основной задачей педагогов и родителей становится обучение и тренировка.

Очная консультация

Каковы особенности и преимущества очной консультации?

Консультация по скайпу

Каковы особенности и преимущества консультаций по скайпу?

 

Что такое произвольное внимание у детей

Несмотря на то что длительный интерес не доступен для малышей до их поступления в школу, где начинается серьезная подготовка, уже в младенчестве можно увидеть зачатки познавательного процесса. Например, в тот момент, когда взрослые показывают ребенку яркую игрушку, он внимательно следит за ней взглядом. Этот показатель является одним из ключевых в определении степени психического развития в первые месяцы жизни.

Через пару лет формирование навыка становится более активным, а к 4-5 годам малыш может выполнять инструкции воспитателя или родителя во время обучения. На этом этапе важным остается поддержание интереса ребенка и вовлечение этого процесса в игровую деятельность. К моменту поступления в школу волевые навыки развиваются достаточно для того, чтобы школьник мог самостоятельно определять для себя цель, давать инструкцию к ее достижению и составлять некую программу.

Временной промежуток, на протяжении которого дети способны удерживать сосредоточенность на конкретном деле, гораздо меньше, чем у взрослых. Поэтому крайне важно учитывать возрастные особенности и не предъявлять слишком высокие требования. Даже самая увлекающая игра не заинтересует трехлетку больше, чем на 20 минут, как и занимательный урок не удержит ребенка за партой дольше, чем на 45 минут.

Формирование 

Чтобы научиться сосредотачиваться на чем-либо, недостаточно одних желаний или талантов –  если речь идет о маленьком ребенке. Гораздо более важной оказывается подготовительная работа, проводимая взрослыми. Помочь быстрее освоить новый навык могут несколько ключевых факторов:

1. Умение группировать по виду, цвету, форме, другим показателям (они зависят от возраста).
2. Четкое обозначение правил игр, а также ее начала и завершения.
3. Последовательные инструкции, даваемые воспитателем или родителем.
4. Дозирование нагрузок с учетом возрастных особенностей психики.

Важно также правильно организовать тренировочный процесс, особенно если он строится одновременно с группой детей, как происходит в детском саду. Педагог должен быть не только настойчивым в своем стремлении обучить, но и последовательным, логичным, гибким. Индивидуальный подход – вот залог успешного усвоения предлагаемого материала.

Развитию волевых качеств способствует также физическое воспитание. Именно спортивные занятия и игры впервые учат детей целеустремленности, следованию правилам, воспитывают самостоятельность и активность. При этом не стоит забывать, что ребенок имеет право совершать ошибки, отвлекаться. Процесс должен быть постепенным и аккуратным, а не жестким и агрессивным. Ощутимые плоды приносят регулярные занятия и совместная работа воспитателей и родителей.

Постпроизвольное сосредоточение

Определение послепроизвольного внимания в психологии – это процесс, возникающий, если во время осуществления какой-либо деятельности, значимым и интересным для человека становится не столько результат, сколько сама работа. 

Говоря простым языком, нас настолько захватывает какое-то дело, что прилагать даже самые маленькие волевые усилия для успешного его завершения не требуется. Желание сделать больше, достичь новых результатов, решить задачи – все усиливается.

Обычно об этом виде говорят как о продолжении произвольного. Примером послепроизвольного внимания является обучение в школе – изучая новую тему на уроке, ученикам приходится заставлять себя слушать слова учителя, следовать его инструкциям, но в какой-то момент процесс изучения становится настолько интересным, что прикладывать усилия уже не требуется. Школьник полностью концентрируется на решении задачи не для получения ответа или хорошей оценки, а потому что ему интересен сама мыслительная деятельность.

Задайте вопрос

Все хобби человека с самого первого дня требовали от него намеренного сосредоточения и лишь через какое-то время стали увлекать и захватывать так, что этому делу хотелось уделять все больше своих сил. Музыкант играет на пианино не для того, чтобы собирать концертные залы, а потому что ему нравится сама процедура создания новой музыки своими руками.

Особенности 

Поскольку эта форма сосредоточения буквально вытекает из произвольной, они во многом имеют схожие черты. Но есть и уникальные признаки, характеризующие познавательный процесс:

1. Увлеченность человека выполняемой деятельностью.
2. Отсутствие волевого усилия.
3. Удержание сознания на объекте действия. Все вокруг как будто перестает существовать, кроме единственного предмета.
4. Практически полное отсутствие реакции на внешние раздражители. Это значит, что, взявшись за интересное дело, индивид не отвлекается на посторонние разговоры. Чтобы отвлечь его от занятия, необходимо очень постараться.

Главная черта этого вида кроется в том, что оно исходит из самых глубин личности человека, строится на особенностях характера, предпочтениях, желаниях.

Формирование 

Поскольку оно всегда берет начало в намеренном сосредоточении, можно с уверенностью сказать, что развитие его начинается с тех же самых механизмов, затрагивающих те же физиологические структуры мозга. Но в какой-то момент на первый план выходят другие факторы. Постепенно преодолевая возникшие трудности, заставляя себя и, возможно, переступая через свои желания, индивид фактически привыкает к деятельности.

Появляется некоторый интерес, если его удержать на таком же уровне или даже усилить, он полностью захватит человека. Воля ослабевает, поскольку организму уже не нужно тратить собственные силы на поддержание работы. При этом результат не становится хуже, продуктивность не падает, а, наоборот, возрастает с каждой минутой. Два вида познавательных процессов объединяет полная осознанность своих действий и постоянный их контроль.

Единственное, что может нарушить сформированное постпроизвольное внимание  – это утомление. Уставший индивид не способен поддерживать внутренний интерес, особенно явно это заметно у школьников. Сложная образовательная программа, большое количество предметов и факультативов, недостаток сна и отдыха – все это провоцирует изнеможение, а оно ведет к отказу от использования любых психических навыков.

Заключение

Произвольное и послепроизвольное сосредоточение одинаково важны для человека. Первое служит основой всего обучения, изучения мира, второе – позволяет задействовать максимальный физические и психические ресурсы, а значит достичь лучшего результата за минимально возможный срок.

Задача родителей, воспитателей и педагогов – вовремя развить в ребенке потенциал. При этом делать это нужно таким образом, чтобы не оттолкнуть скучными занятиями, книгами, играми.В этой статье я рассказала о произвольности интереса, описала, что это такое, и объяснила, в каком возрасте у личности начинает складываться произвольное внимание. Если вы не можете найти свое любимое дело, не знаете, что делать дальше, запишитесь на мою консультацию. Вместе мы решим все ваши проблемы. Увлеченный человек становится более успешным в профессиональной деятельности. Если все время приходится прилагать слишком много усилий, наступает усталость, а значит, отрицается сама необходимость что-либо делать.

В сложных жизненные ситуациях, возникает ощущение безысходности и отчаяния. Самым действенным способом является личная консультация.

Часовая встреча по вашему уникальному запросу в Москве.

Записаться на консультацию

Интенсивный ритм жизни?
Получите он-лайн консультацию из любого уголка мира.

Skype, Viber.

Записаться на консультацию

§23. Непроизвольное и произвольное внимание

§23. Непроизвольное и произвольное внимание

Когда человек смотрит в кино интересный фильм, внимание без всяких стараний с его стороны направлено на экран. Когда, идя по улице, он внезапно услышит близко от себя резкий свисток милиционера, он «невольно» обратит на это внимание. Это — непроизвольное внимание, направляющееся на данный объект без нашего сознательного намерения и без всяких усилий с нашей стороны.

При непроизвольном внимании возникновение участка с оптимальной возбудимостью в коре головного мозга обусловлено непосредственно действующими раздражителями.

Но когда человек должен оторваться от интересной книги и заняться нужной, но мало увлекающей его в данный момент работой, например учить иностранные слова, ему приходится сделать над собой усилие, чтобы направить внимание в эту сторону, и, может быть, ещё больше делать усилий для того, чтобы не позволять вниманию отвлекаться, чтобы поддерживать внимание на этой работе. Если я хочу читать серьёзную книгу, а в комнате громкие разговоры и смех, я должен заставлять себя быть внимательным к чтению и не обращать внимания на разговоры. Такое внимание называется произвольным. Оно отличается тем, что человек ставит себе сознательную цель направить внимание на определённый предмет и для осуществления этой цели применяет, когда это нужно, определённые усилия, старания.

При произвольном внимании участок с оптимальной возбудимостью поддерживается сигналами, идущими от второй сигнальной системы. Сознательная цель, намерение всегда выражается в словах, чаще всего произносимых про себя (так называемая «внутренняя речь»). Вследствие образовавшихся в прошлом опыте временных связей эти речевые сигналы могут определять перемещение по коре участка с оптимальной возбудимостью.

Способность произвольно направлять и поддерживать внимание развилась у человека в процессе труда, так как без этой способности невозможно осуществлять длительную и планомерную трудовую деятельность. Во всяком деле, как бы человек ни любил его, всегда имеются такие стороны, такие трудовые операции, которые сами по себе не имеют ничего интересного и не способны привлечь к себе внимание.

Необходимо уметь произвольно сосредоточивать своё внимание и на этих операциях, необходимо уметь заставить себя быть внимательным и к тому, что в данный момент не привлекает к себе. Хороший работник — это тот человек, который всегда может сосредоточить своё внимание на том, что необходимо по ходу работы.

Сила произвольного внимания человека бывает очень велика. Опытные артисты, лекторы, ораторы хорошо знают, как трудно бывает начать играть, говорить речь или читать лекцию при сильной головной боли. Представляется, что при такой боли невозможно будет довести выступление до конца. Однако стоит только усилием воли заставить себя начать и сосредоточиться на содержании лекции, доклада или роли, как боль забывается и снова напоминает о себе только по окончании выступления.

Какие же предметы способны привлекать к себе наше непроизвольное внимание? Иначе говоря: каковы причины непроизвольного внимания?

Причины эти очень многочисленные и разнообразные, можно разделить на две категории: во-первых, внешние особенности самих объектов и, во-вторых, интересность этих объектов для данного человека.

Всякий очень сильный раздражитель обычно привлекает внимание. Сильный удар грома обратит на себя внимание даже очень занятого человека. Решающее значение имеет при этом не столько абсолютная сила раздражителя, сколько его относительная сила по сравнению с другими раздражителями. В шумном цехе завода голос человека может остаться незамеченным, тогда как среди полной тишины ночи даже слабый скрип или шорох могут привлечь внимание.

Внезапное и непривычное изменение также привлекают внимание. Например, если в классе со стены будет снята старая стенгазета, висевшая долгое время и уже переставшая привлекать внимание, то её отсутствие на привычном месте на первых порах будет обращать на себя внимание.

Главную роль в привлечении непроизвольного внимания играет интересность объекта для данного человека. Что же является интересным?

Прежде всего то, что близко связано с жизненной деятельностью человека и стоящими перед ним задачами, с той работой, которой он увлечён, с теми мыслями и заботами, которые эта работа в нём возбуждает. Человек, захваченный каким-нибудь делом или какой-нибудь идеей, интересуется всем тем, что с этим делом или с этой идеей связано, и, следовательно, на всё это обращает внимание. Учёный, работающий над какой-либо проблемой, сразу обратит внимание на, казалось бы, мелкую деталь, которая ускользает от внимания другого человека. Один из крупных советских изобретателей говорит о себе: «Меня интересуют принципы всех машин. Еду на трамвае и смотрю в окно, как идёт автомобиль, как он поворачивается (тогда я думал об управлении для культиватора). Я смотрю на все машины, например на лестницу пожарную, и вижу, что и её можно использовать».

Конечно, люди интересуются и не только тем, что непосредственно связано с главным делом их жизни. Мы читаем книги, слушаем лекции, смотрим спектакли и кинофильмы, которые не имеют прямой связи с нашей работой. Что же требуется для того, чтобы они могли заинтересовать нас?

Во-первых, они должны быть в какой-то мере связаны с уже имеющимися у нас знаниями; предмет их не должен быть для нас совершенно неизвестным. Едва ли человек, никогда не изучавший физики звука и ничего не понимающий в технологии металлов, может заинтересоваться лекцией на тему «Применение ультразвуков в металлургии».

Во-вторых, они должны давать нам какие-либо новые знания, содержать в себе нечто для нас ещё неизвестное. Популярная лекция на только что названную тему не будет интересна для специалиста по ультразвукам, так как содержание её известно ему целиком.

Интересно главным сбразом то, что даёт новые сведения о вещах, с которыми мы уже знакомы, в особенности же то, что даёт ответы на уже имеющиеся у нас вопросы. Интересно то, чего мы ещё не знаем, но что мы уже хотим узнать. На этом принципе построены обыкновенно сюжеты интересных, увлекательных романов. Автор так ведёт рассказ, что перед нами встаёт ряд вопросов (кто совершил такой-то поступок? что случилось с героем?), и мы постоянно ожидаем получить на них ответ. Поэтому внимание наше находится в постоянном напряжении.

Интерес является самым важным источником непроизвольного внимания. Интересное увлекает, захватывает наше внимание. Но было бы совсем неверно думать, что произвольное внимание никак с интересом не связано. Оно тоже руководствуется интересами, но интересами другого рода.

Если увлекательная книга захватывает внимание читателя, то тут имеет место непосредственный интерес, интерес к самой книге, к содержанию её. Но если человек, задавшись целью построить модель какого-нибудь аппарата, производит для этого длинные и сложные вычисления, каким интересом он при этом руководствуется? Непосредственного интереса к самым вычислениям у него нет. Интересует его модель, и вычисления являются лишь средством для того, чтобы её построить. В этом случае человек руководствуется косвенным, или, что то же самое, опосредствованным интересом.

Такого рода косвенный интерес, интерес к результату, имеется почти во всякой работе, которую мы производим сознательно и добровольно; иначе мы не стали бы её производить. Его достаточно, чтобы взяться за работу. Но так как самая работа неинтересна, не увлекает нас, то мы должны употреблять усилие, чтобы сосредоточить на ней своё внимание. Чем меньше самый процесс работы интересует и увлекает нас, тем более необходимо произвольное внимание. Иначе мы никогда не достигнем интересующего нас результата.

Бывает, однако, так, что работа, за которую мы сначала взялись вследствие какого-либо косвенного интереса и на которой мы сначала должны были произвольно, с большим усилием удерживать внимание, постепенно сама начинает интересовать нас. Возникает непосредственный интерес к работе, и внимание начинает уже непроизвольно сосредоточиваться на ней. Это — нормальное течение внимания в трудовом процессе. С помощью одних произвольных усилий, без всякого непосредственного интереса к самой деятельности нельзя успешно работать в течение долгого времени, так же как нельзя вести длительную работу на основе одного лишь непосредственного интереса и непроизвольного внимания; время от времени необходимо вмешательство произвольного внимания, так как в силу усталости, скучного однообразия отдельных этапов, всякого рода отвлекающих впечатлений непроизвольное внимание будет ослабляться. Итак, выполнение всякой работы требует участия и произвольного и непроизвольного внимания, постоянного чередования их.

В итоге мы можем сказать: центральное значение в организации внимания имеют задачи, которые ставят перед нами жизнь и та деятельность, которой мы заняты. Исходя из этих задач, мы сознательно направляем своё произвольное внимание, этими же задачами определяются наши интересы — главные двигатели непроизвольного внимания.

Что такое произвольное внимание и как его тренировать — Советы педагогов — Каталог статей

Что такое произвольное внимание и как его тренировать «Будь внимательнее!» — эта фраза все чаще сопровождает растущего ребенка и дома, и в детском саду, и даже во время прогулок на улице. Взрослый считает ребенка рассеянным и стремится активизировать его внимание. Но если призадуматься, то можно обнаружить в этих же самых высказываниях указание на то, что ребенок очень даже сосредоточен. Просто его внимание направлено не на то, что важно с точки зрения взрослого, а на то, что значимо для него самого. Внимание — психический процесс, который обязательно присутствует при познании ребенком мира и проявляется в направленности и сосредоточенности психики на определенных объектах. Из огромного потока информации, непрерывно идущей из окружающего мира, благодаря работе внимания ребенок выбирает ту, которая наиболее интересна, значима и важна для него. Природа внимания проявляется в том, что выделенный объект, занимая главное, доминирующее положение, создает в коре головного мозга человека наиболее сильный очаг нервного напряжения — доминанту. При этом действие всех остальных раздражителей тормозится. Они не доходят до сознания ребенка, он их не замечает. Выделяют несколько типов внимания:  внешнее внимание, обращенное на предметы и явления окружающего мира, на действия других людей. Данный тип можно замечать уже у младенца. (Поисковые движения глаз, поворот головки в сторону источника света, запаха или звука, замирание и т.д.). У дошкольника можно наблюдать и проявление внутреннего внимания, которое направлено на его собственные мысли и переживания. Самым ярким примером этого является ситуация, когда ребенок, забросив все дела, замирает с отрешенным взглядом. Не стоит принимать подобную отрешенность за рассеянность. Наоборот, это кульминация внутреннего внимания. Сосредоточенность и направленность психики может возникнуть в ответ на какой-либо сильный, необычный, резкий, внезапный раздражитель без каких-либо усилий со стороны человека. Такое внимание называют непроизвольным. Оно появляется вместе с вопросом: «Что это такое?», который возникает, когда мы сталкиваемся с чем-то новым, необычным. Для ребенка пяти — семи лет такой вопрос очень актуален. «Обыкновенные чудеса» поджидают дошкольника в самых разных ситуациях и в самое разное время. Непроизвольное внимание отличается стихийностью возникновения, отсутствием усилий для его появления и сохранения. Случайно возникнув, оно может тут же угаснуть. На шестом году жизни ребенок сам начинает управлять собственным вниманием, заставляя себя сосредоточиваться на чем-либо важном и нужном, жертвуя занимательным и интересным. Вид внимания, при котором человек ставит перед собой сознательную цель сконцентрироваться на чем-либо, называется произвольным. В этом случае постановка и достижение цели требуют затрат физической энергии, которую дают эмоции и воля. Ребенок, проявляя произвольное внимание, расходует не только свое время, но и часть своей энергии. Вот почему важно благодарить ребенка за проявление произвольного внимания. Как развивается произвольное внимание? Средства, с помощью которых ребенок начинает управлять своим вниманием, он получает в процессе взаимодействия с взрослыми. Родители, воспитатели включают ребенка в такие новые виды деятельности, как игры по правилам, конструирование и т. п. Вводя ребенка в эти виды деятельности, взрослые организуют его внимание при помощи словесных указаний. Ребенка направляют на необходимость выполнять заданные действия, учитывая те или иные обстоятельства. Позднее ребенок начинает сам обозначать словами те предметы и явления, на которые необходимо обращать внимание, чтобы добиться нужного результата. Так он овладевает одним из главных средств управления вниманием — умением словесно сформулировать то, на что он будет ориентироваться. На протяжении дошкольного возраста использование ребенком речи для организации собственного внимания резко возрастает. Выполняя задание по инструкции взрослого, дети старшего дошкольного возраста проговаривают инструкцию в 10-12 раз чаще, чем младшие дошкольники. Таким образом, произвольное внимание формируется в дошкольном возрасте в связи с общим возрастанием роли речи в регуляции поведения ребенка. Часто бывает так, что занятия, которые вначале требовали волевых усилий для сосредоточения внимания, становятся затем интересными и увлекают ребенка. Произвольное внимание при этом переходит в послепроизвольное, в котором смешиваются характерные признаки как произвольного, так и непроизвольного внимания. С произвольным послепроизвольное внимание сходно активностью, целенаправленностью, а с непроизвольным — отсутствием усилий для его сохранения. Таким образом, к пяти-шести годам можно наблюдать развитие произвольного и послепроизвольного внимания. Тренировка внимания                                                                                     В 5-7 лет можно заметить, что игры и любая другая деятельность ребенка стали значительно дольше по времени, чем в младшем дошкольном возрасте, это говорит о том, что возрастает устойчивость внимания, которая отвечает за то, как  долго ребенок может поддерживать достаточный уровень сосредоточенности психики на объекте или выполняемой деятельности. Старшие дошкольники способны удерживать внимание на действиях, которые приобретают для них интеллектуально значимый интерес (игры-головоломки, загадки, задания учебного типа). Но существуют особенности устойчивость внимания дошкольника и условия, при соблюдении которых оно только возрастет: Занимайтесь с ребенком без перерыва не больше 35 минут, идеальное время составляет 25 минут. Перерывы между занятиями или какой-то деятельности требующей сильно напряжения внимания не должно быть меньше 20 минут. Идеальный дни для деятельности, требующей усиленного внимания это вторник и среда. Не стоит перегружать его в выходные занятиями в различных кружках, студиях, посещением гостей, театров, музеев, просмотром фильмов, компьютерными играми и так далее. Такое изобилие впечатлений не дает ребенку возможности сосредоточиться на деятельности, предлагаемой ему в рабочие дни, и так же может вызвать сонливость, а нервные клетки могут потерять восприимчивость и перестать отвечать на падающие, на них раздражители. Чтобы избежать этого, важно следить за тем, чтобы ребенок соблюдал режим дня, особенно в выходные дни. Существуют так же и другие свойства внимания: Концентрация внимания определяет, насколько сильно, интенсивно ребенок может сосредоточиться на объекте, а также насколько он способен сопротивляться отвлекающим обстоятельствам, случайным помехам. Чаще всего сила сосредоточения у дошкольников невелика, ее важно развивать. Например, с помощью такого упражнения:       Попробуйте вместе с ребенком разучить какое-нибудь стихотворение при включенном радио или телевизоре. Первое четверостишие учите при очень слабом звуке. Запоминая второе четверостишие, немного увеличьте громкость. Последнее четверостишие разучивайте при достаточно громком звуке. Переключение внимания определяется скоростью преднамеренного перехода ребенка с одного объекта или вида деятельности на другой. При этом перевод внимания всегда сопровождается некоторым нервным напряжением, которое реализуется волевым усилием. Распределение внимания предполагает его рассредоточение в одно и то же время на несколько объектов. Именно это свойство дает возможность совершать сразу несколько действий, сохраняя их в поле внимания. В дошкольном возрасте переключение и распределение внимания развиты слабо и требуют тренировки. Для тренировки переключения и распределения внимания можно использовать такое упражнение:       Ребенку предлагается лист со строчками, состоящими из разных фигур, которые расположены вперемежку: круги, квадраты, прямоугольники, трапеции, овалы и т. п. Дается задание: одну фигуру (например, круг) зачеркивать вертикальной чертой, а другую фигуру (например, треугольник) подчеркивать горизонтальной чертой, все остальные фигуры пропускать.

К вопросу о психологии произвольного внимания Текст научной статьи по специальности «Психологические науки»

5. Woody G. D. Resolving Ethical Concerns in Clinical Practice: Toward a pragmatic Model // Journal of Marital and Family Therapy. -1990. — Vol. 16. — № 2. — p.p. 133-150.

Е. Ю. Бруннер

УДК 159.952

К ВОПРОСУ О ПСИХОЛОГИИ

ПРОИЗВОЛЬНОГО

ВНИМАНИЯ

0 развитием общества, религии и научной мысли происходило формирование представлений о психологических явлениях в целом и о внимании в частности. Одно из первых письменных упоминаний о связи внимания с другими психическими явлениями встречается в 400 г. до н. э. в практическом древнеримском руководстве по тренировке памяти для ораторов: «Первое, что нужно знать: если вы направите внимание на события, проходящие через ваш разум, то вы лучше их воспримете» [43, с. 256]. Выделение же произвольного и непроизвольного видов внимания историки психологии находят уже в работах древнегреческого философа Аристотеля [45, с. 157]. С тех пор были предприняты многочисленные попытки как дать определение понятию «внимание», так и определить его виды, разновидности и формы.

Актуальность данной работы состоит в том, что темы психологии произвольного внимания (ПВ) ученые, по сути, не касались уже достаточно давно. Как следствие, на сегодняшний день накопился достаточно боль-

шой объем материала, требующего переосмысления. В связи с этим предметом нашей работы стало внимание, а объектом — произвольное внимание. Основными целями и задачами стали такие, как определение дефиниции «произвольное внимание» на основе существующих определений, описание его функций, свойств, причин и факторов возникновения, а также факторов поддержания и исчезновения.

Основой методологии данного теоретического исследования стал контент-анализ литературы с применением технологии интеллект-картирования, предложенной Т. Бью-зеном, Б. Бьюзеном [9].

Определение произвольного внимания. На пути от непроизвольного к произвольному внимание в своем развитии не просто теряет частицу «не», радикально реорганизуются едва ли не все его психологические, психофизиологические и физиологические механизмы, что и находит свое отражение в целом ряде синонимов, раскрывающих и уточняющих те или иные его особенности или стороны. Так, некоторые авторы называют ПВ вторичным или целенаправленным [52], искусственным [38], логическим [11], волевым [2; 10; 19; 20; 23; 29; 34; 47; 53], произвольно-интеллектуальным [1], целевым [15], активным [3; 19; 23; 29; 34; 47; 58], преднамеренным [17; 18; 19; 23; 29; 53], насильственным [32], нарочитым [33]. Несмотря на такое разнообразие синонимов к понятию «произвольное внимание», все они подчеркивают, в первую очередь, активную позицию личности при сосредоточении внимания на объекте. Что же касается самого термина «произвольный», он образован от слова «изволение», означающего волю, желание [17; 53]. В англоязычных источниках рассматриваемое понятие (voluntary attention) также употребляется, наряду с ним иногда встречаются такие равнозначные по своему психологическому смыслу термины как направленное, эндогенное, контролируемое или исполнительное внимание [60; 62; 63; 65].

Для того, чтобы всесторонне рассмотреть вопрос о том, что такое ПВ, мы разобрали 44 его определения и описания, которые даются в словарях и энциклопедиях [3; 4, с. 178; 5, с. 470; 7, с. 408; 21, с. 100; 28, с. 124; 37, с. 68; 39, с. 54; 40, с. 196; 44, с. 74; 46, с. 109; 54; 56, с. 61-62; 57, с. 552; 64, с. 146], научной [2, с. 204; 10, с. 25; 19, с. 54; 25, с. 5; 60] и учебной литературе [8, с. 139; 13; 17, с. 143-156; 18, с. 31; 20; 23, с. 365; 26, с. 27-45; 27, с. 208; 29, с. 191, 192; 31; 30; 34, с. 27-29; 38, с. 53; 41, с. 80-84; 47, с. 161; 51, с. 122; 53; 58, с. 129], начиная еще с работ Т. Рибо [38,

с. 316-317, 323] У. Джемса [38, с. 238], А. Ф. Ла-зурского [38, с. 90], а также включая труды таких классиков как С. Л. Рубинштейн [42, с. 424], Н. Ф. Добрынин [6, с. 162], Л. С. Выготский [11, с. 270; 38, с. 479], А. Р. Лурия [22, с. 180-181], В. И. Страхов [50, с. 11], П. Я. Гальперин и С. Л. Кабыльницкая [12, с. 137]. Все эти определения были разобраны нами с применением технологии интеллект картирования, после чего на основе контент анализа полученной интеллект-карты, мы составили резюмирующую интеллект-карту, которая представлена на рис. 1.

Рис. 1. Интеллект-карта дефиниции «произвольное внимание».

Анализ определений показал, что, по мнению большинства авторов, ПВ свойственно только человеку. С точки зрения онто- и филогенеза такое внимание непосредственно связано с трудовой деятельностью человека, о чем писали еще Т. Рибо, У. Джемс, А. Ф. Ла-зурский [38, с. 90-91], К. Маркс [24, с. 189], а впоследствии и другие известные учёные [2, с. 204; 4; 17, с. 143-156; 20; 23, с. 365; 29, с. 191, 192; 30; 37, с. 68; 39, с. 54; 44, с. 74; 47, с. 161; 57, с. 61-62; 54 и др.]. При этом, как указывал Б. Г. Ананьев, важной особенностью ПВ является «сознательное переключение внимания с одного объекта на другой и концентрация внимания на этом новом объекте» [1, с. 16]. В целом же, основными признаками ПВ являются опосредованность, осознанность, произвольность, прижизненное стадиальное формирование [10, с. 24]; оно всегда сопровождается внутренними умственными [61] и волевыми усилиями, которые направлены на поддержание определенной интенсивности сосредоточения вопреки посторонним воздействиям [20].

Онто- и филогенетически ПВ представляет собой новый относительно непроизвольного этап в становлении сложных актов сосредоточения на различных объектах внешнего и внутреннего мира человека. Оно формируется только при жизни человека в ходе овладения им специальными орудиями-средствами, выработанными человечеством в ходе развития общества.

Функции произвольного внимания. Главными функциями ПВ, как считает большинство авторов, являются активная регуляция протекания психических процессов [10, с. 24; 30; 29, с. 191; 23, с. 365; 20], регуляция хода выполнения деятельности и контроля ее результатов [12; 14, с. 99], контроль и организация поведения [25, с. 5], сохранение объекта сосредоточения и поддержание определенной интенсивности сосредоточения вопреки посторонним воздействиям [20], формирование и разрушение автоматизированных навыков [5, с. 470; 12], а также игнорирование отвлекающих факторов и фокусировка на нужной деятельности.

В связи с тем, что ПВ отличается особой селективностью и избирательностью, с его помощью человек имеет возможность произвольно отметить либо выделить фигуру и фон [11, с. 264-265]. Благодаря высокой селективности ПВ человек способен вычленять и извлекать нужную и значимую для него информацию [18, с. 31] даже на фоне сильных помех [10, с. 25], что, как следствие, обеспечивает высокую эффективность ее обработки; активно и избирательно извлекать из памяти нужные сведения, выделять главное, существенное [30]. В конечном итоге ПВ служит для достижения заранее поставленной и принятой к исполнению цели [45, с. 157], принятия правильных решений, осуществления задач, возникающих в деятельности [30], возможности сосредоточиться на объекте деятельности, не отвлечься, не ошибиться в своих действиях [47, с. 161], выполнить определенную деятельность и добиться наилучших результатов [46, с. 109] и т. д.

Многообразие основных функций, которые выполняет ПВ в нашей жизни, представлено нами на рис. 2.

Свойства произвольного внимания. Наряду с общими для всех видов внимания свойствами (сосредоточенность, устойчивость, объем, распределение и переключение), ПВ обладает и целым рядом специфических свойств.

В некоторых исследованиях показано, что слабые побочные раздражители не снижают эффективности работы, а улучшают ее. Так, И. М. Сеченов указывал, что абсолютная тишина не повышает, а, наоборот, снижает эффект умственной работы человека, поскольку ему становится сложно сосредоточить свое внимание на текущей деятельности [53]. К важным свойствам ПВ также относят его высокую селективность [10, с. 25; 18, с. 31; 30], и темпоральную направленность в прошлое, настоящее и будущее, о которой писал И. В. Страхов [48; 49; 50].

Установлено, что продолжительность поддержания ПВ составляет приблизительно 15-20 минут [41, с. 80-84; 47, с. 162; 53], после чего наступает утомление, снижается

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ОБЪЕКТОВ-РАЗДРАЖИТЕЛЕЙ, СОБЫТИЙ, ЯВЛЕНИЙ И ДЕЙСТВИЙ, ВЫЗЫВАЮЩИХ НЕПРОИЗВОЛЬНОЕ ВНИМАНИЕ

концентрацию/

вызывающие „ направленную Л 9 —3—О-с-‘—0 сосредоточенность Д активности п психическое „ на

объекте-раздражителе событии явлении

биологически

. 0 отсутствовавшие понятные обычные знакомые

объектов

несообразные „ комбинации _<-

-с-0-—Ц предметов

Рис. 2. Интеллект-карта функций произвольного внимания.

концентрация, возможно переключение на новый объект либо переход ПВ в непроизвольное или послепроизвольное. Так, замечено, что эстрадный номер может показаться скучным, если он длится более 12 минут, спектакль или фильм должен захватить внимание зрителя в первые 10-12 минут, иначе его могут не захотеть смотреть дальше и т.п. [41, с. 80-84].

Причины и факторы возникновения произвольного внимания. Причины и условия возникновения или не возникновения ПВ к какому-либо объекту вытекают из выполняемых ПВ функций, обусловленных такими субъективными факторами, как сознательные намерения человека [51, с. 121], постановка им задачи [16, с. 236; 20; 51, с. 121], цели [10, с. 24; 16, с. 236; 47, с. 161; 51, с. 121], интерес к результату деятельности [29, с. 192], мотивы, побуждения, осознание долга и обязанностей при выполнении конкретного вида деятельности, привычка работать и выполнять ту или иную деятельность как в благоприятных, так и в неблагоприятных условиях [35, с. 11]. Важными причинами появле-

ния ПВ являются контроль и самоконтроль, например, в ситуации контроля и сосредоточения на собственных переживаниях музыкантом-исполнителем [19]. Возникновение ПВ возможно также в результате сознательной направленности человека на межличностную конкуренцию, соревновательность или соперничество [55; 59], которые непосредственно связаны с мотивацией достижения успеха и приводят к улучшению качества деятельности посредством сужения зоны внимания. По сути, большинство из перечисленных факторов и причин возникновения ПВ связаны в первую очередь с целеполага-нием и обусловливают психологический механизм его возникновения.- предметы -ц. явления

действия 0 людей

события 0 редкие

«—……О

ситуации явления

Рис. 3. Интеллект-карта наиболее общих психологических факторов обусловливающих возникновение произвольного внимания.

поскольку объекты не определяются особенностями стимуляции и спецификой организма [16, с. 236]. Тем не менее, как считает Д. Джонстон, человек запрограммирован автоматически настраиваться на информацию, которая для него личностно значима [14, с. 99].

Для наглядности наиболее распространенные психологические факторы и причины, которые обусловливают возникновение ПВ, приведены нами в интеллект-карте (рис. 3.).

Условия и предпосылки возникновения (активации) произвольного внимания. Тщательный контент-анализ многочисленных литературных источников с применением технологии интеллект-картирования показал, что, наряду с факторами, обусловливающими возникновение ПВ, существуют также условия и предпосылки, которые активируют и подготавливают наше внимание к акту произвольности.

Как видно из представленной на рис. 4. интеллект-карты, ПВ возникает на основе непроизвольного как на этапе вхождения человека в работу, так и в процессе самой деяте-

льности. Главными условиями возникновения ПВ являются наличие задачи и понимание цели деятельности, а также осознание их значения и важности. Кроме того, в текущий момент времени у человека должна иметься возможность для сосредоточения. У человека также должны быть сформированы предпосылки, связанные с его мотивационно-потребностной сферой: он должен быть поставлен в ситуацию, когда необходимо что-то сделать в соответствии с намеченными планами либо под давлением социума; когда есть необходимость удовлетворить свои потребности, но имеются определенные препятствия для их осуществления или реализации; если существуют определенные трудности в ситуации, когда необходимо создать себе благоприятные или привычные условия деятельности; когда субъект должен выделить определенный сенсорно-перцептивный сигнал либо мысль или идею на фоне других и более сильных.

Еще одной важной составляющей активации ПВ является осознание человеком не-

Рис. 4. Интеллект-карта психологических условий и предпосылок возникновения (активации) произвольного внимания.

обходимости противодействовать более сильным внутренним и внешним стимулам, потребностям, влечениям, желаниям и т. п.

Ситуации возникновения произвольного внимания. Бесспорно, наличие предпосылок возникновения ПВ не означает его неминуемого появления. При этом, учитывая, что такое внимание может переходить в непроизвольное либо послепроизвольное и обратно, совершенно очевидно, что существуют обстоятельства, когда человеку необходимо активировать ПВ. Иллюстрация, представленная на рис. 5., наглядно показывает основные факторы, которые приводят к актуализации ПВ в процессе деятельности.

Итак, для осуществления человеком деятельности ПВ актуализируется в ситуациях, когда: возникают затруднения в деятельности, появляются разного рода помехи в виде новых, сильных либо эмоционально значимых раздражителей; человеку необходимо приложить усилия для достижения целей и

решения поставленных задач; ослабевает интерес к текущей деятельности либо появляются косвенные интересы; человеку необходимо сосредоточиться на объекте деятельности, даже если он не интересен, малопривлекателен и малозаметен; необходимо произвести усилия для переключения внимания с интересного дела на другое или с одного объекта на иной; нужно приложить усилия, чтобы удержать мысль или идею, дисгармонирующую с актуальными стремлениями, в границах сознания; для сосредоточения на деятельности, для ее выполнения, поддержания, а также для переключения на нее человеку необходимо применять специальные приемы организации своего восприятия и мышления.

побуждениями физиологический механизм Д

ожидающий поезда выделяет все что

прислушивается

вдаль

смотрит

-1-V на _ часы

А. А. Ухтомского

связаных 0 обычно с с — чувствами заинтересованностью 0 происходящим

ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И ПРИЧИНЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ НЕПРОИЗВОЛЬНОЕ ВНИМАНИЕ

сигнализируе т

приближении

Рис. 5. Интеллект-карта факторов, приводящих к актуализации произвольного внимания в процессе деятельности.

Факторы поддержания произвольного внимания. Возникновение ПВ еще не говорит о том, что оно будет продолжительным и достигнет своих целей. В связи с этим еще один важный вопрос, который следует осветить — это рассмотрение факторов и условий, позволяющие достаточно продолжительное время поддерживать произвольность. Как отмечает абсолютное большинство учёных, ос-

новными среди них являются волевые усилия и обеспечивающие их средства. К таким средствам относят те схемы, меры, критерии, эталоны, с помощью которых субъект в соответствии со своими намерениями направляет свои действия, а также по объективной мере объектов определяет их свойства и отношения [12, с. 136]. Важным условием удержания ПВ, на которое указывал еще

2О/б// —

ЛИЧНОСТНЫЕ

УСЛОВИЯ ПОДДЕРЖАНИЯ И

УЛУЧШЕНИЯ (ухудшения) УСТОЙЧИВОГО ПРОИЗВОЛЬНОГО ВНИМАНИЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

осознания .

понимания

долга

обязанностей ответственности

мотивации ответственности

значения п для п удовлетворения п потребностей п своих

отчетливого

С

конкретной деятельности п выполняемой

уровень

организованности самоконтроля саморегуляции

профессиональной житейской

косвенных

эмоционально

<

благоприятных привычных

наличие/ отсутствие

целеустремленности

мотивации

соревнования соперничества тестирования дискомфортной

в

ходе деятельности

умение/

не умение

деятельность включаться ~ быстро ^ в -о-1—о-9 работу

распределять ^ время ^ правильно

удерживать п длител!

сосредоточение п устойчивое

противостоять самостоятельно

действию п факторов п помеховлияющих

автоматизированные применять ^ способы ^ работы д

и и V рациональные

исключения раздражителей

воздействующих д отрицательно посторонних

отвлекающих

улучшение результате

слабых

воздействия ^ раздражителей ^ и —~

°-Ч побочных

включение

процесс внимания

практических

интересов

конкуренции

в

Рис. 6. Интеллект-карта личностных условий поддержания и улучшения (ухудшения) устойчивого произвольного внимания.

Э. Титченер [52], является мотивационный аспект произвольного акта. Следующее условие, которое упоминали П. Я. Гальперин, С. Л. Ка-быльницкая [12] и Ю. Б. Гиппенрейтер [38, с. 554], — это оснащенность субъекта специальными техническими приемами реализации деятельности. Другие важные условия поддержания ПВ — это правильная организация деятельности [46, с. 109]; осознание долга и обязанности в ходе ее выполнения; отчетливое понимание конкретной задачи выполняемой деятельности; привычные условия работы; возникновение косвенных интересов; создание благоприятных условий для деятельности, т. е. исключение отрицательно воздействующих посторонних раздражите-

лей [53]. Подобные, а также иные критерии поддержания ПВ можно обнаружить практически в любой человеческой деятельности.

Основные условия поддержания и улучшения (ухудшения) устойчивого ПВ представлены нами на рис. 6.

Важными факторами, оказывающими влияние на удержание внимания на объекте деятельности, наряду с возрастом, являются эмоционально окрашенный интерес, уровень развития таких личностно-индивидуальных характеристик, как организованность, самоконтроль, саморегуляция и профессиональная зрелость, а также целеустремленность [19, с. 57].

Факторы, затрудняющие произвольное внимание. Наряду с факторами, поддер-

живающими ПВ, также имеются указания и на те, которые негативно влияют на его волевую организацию. При этом практически все приведенные выше факторы и условия поддержания ПВ (рис. 6.) могут приводить не только к улучшению качества ПВ, но и к его ухудшению.

М. В. Жижина в своем исследовании по формированию исполнительского внимания у студентов-музыкантов указывает на такие причины, приводящие к снижению эффективности ПВ (степени его концентрации, ухудшения динамики сосредоточения и темпорального режима функционирования и др.): а) неполнота представления студентами алгоритма функционирования внимания при решении соответствующей исполнительской задачи, то есть затруднения в технологической стороне; б) ослабленная мотивация деятельности, прежде всего, в подготовительно-репетиционный период [19, с. 56].

Наряду с многочисленными личностными факторами, приводящими к ухудшению ПВ, на него могут оказать негативное влияние психическое и физическое состояние человека, а также ситуация, в которой он находится. К последним можно отнести ситуации внешнего оценивания человека (например, оценка в ходе тестирования, конкурса, собеседования), межличностного соперничества, конкуренции, соревнования и т. п. Такие ситуации чаще всего приводят к ухудшению внимания и качества выполняемой работы, в связи с тем, что люди начинают фокусировать свое внимание скорее на возможном успехе/неуспехе, нежели на том, как лучше решить стоящую перед ними задачу или выполнить ту или иную деятельность [55, с. 155; там же, с. 240-264].

Так называемая «ситуационная» активация также может вызывать у человека смещение фокуса внимания и выступать в качестве препятствия, мешающего ему осуществлять деятельность [55, с. 240], а также приводящего к негативно направленному сужению и преобразованию внимания [55, с. 264]. В результате такой активации у человека может наступить сенсорная перегрузка или когнитивный диссонанс.

Активация, вызванная сенсорной перегрузкой, может привести не только к сужению внимания, но и к тому, что у человека может возникнуть пролонгированный стресс, проблемы, связанные с качеством или планированием деятельности, нарушиться процесс восприятия и интеграции новой информации и т. д. Так, например, продолжительный стресс часто приводит к тому, что внимание человека преимущественно фокусируется на тех стимулах окружающей среды, которые непосредственно связаны с обеспечением его выживания или безопасности, а не на решении актуальных для него задач [55; 59].

К факторам, приводящим к потере или ухудшению произвольности, относят и когнитивный диссонанс, который чаще всего возникает в ситуации конфликта при решении задачи, требующей от человека концентрации внимания одновременно на внешней и на внутренней информации. Так же как и при сенсорной перегрузке, возникновение когнитивного диссонанса приводит к сложностям с фокусировкой или концентрацией внимания, так как в большинстве случаев люди сосредотачиваются на управлении ситуацией и/или на контроле поступающей информации [55, с. 248].

Перечисленные ситуации, особенно в условиях неуспеха, могут вызывать различные негативные эмоциональные состояния, такие как, например, переживания, озабоченность, нервозность, тревогу, беспокойство, стресс, апатию, боязливость и т. п. или проблемы, связанные с самоуважением, застенчивостью. Все это также может способствовать отвлечению внимания и потере произвольности.

Таким образом, можно заключить, что произвольное внимание — это высший психический вид внимания, который имеет сложную структуру, присущ только человеку, а также онто- и филогенетически представляет собой продукт развития цивилизации, формируясь только в результате регулярной умственной и трудовой деятельности. Произвольное внимание носит волевой, сознательный (осознанный, целенаправленный, преднамеренный, управляемый, контролируемый), активный, а также опосредованный характер и

выражается в общей мобилизации психической активности, которая направляет деятельность человека в определенное русло. Произвольное внимание возникает преимущественно в конкурирующих ситуациях, в которых, с одной стороны, происходит процесс сознательного выбора одной из множества сильных конкурирующих либо противоположно направленных целей, задач, мыслей или идей, предпочтения определенного действия или поступка (либо их плана), интереса, мотива, побуждения, объекта, стимула, потребности, желания, а также принятие одного решения и варианта его исполнения и т. д., с последующим направлением и удержанием на них фокуса сознания, а с другой стороны — произвольное подавление внимания ко всем остальным конкурирующим психическим процессам. В результате такой борьбы происходит фокусирование сознания человека на процессе деятельности, а также на ее результатах, вычленении значимой и важной информации, предметных и речевых объектах-стимулах. При этом произвольное внимание непосредственно не связано с базовыми потребностями и практически не зависит от внешних факторов и особенностей объектов, на которые оно направлено, а его активация, управление, поддержание и контроль обусловлены социальной и культурной средой с одной стороны и личностными факторами — с другой.

С точки зрения как фило-, так и онтогенеза произвольное внимание носит социальный и опосредованный характер.

Среди основных функций произвольного внимания можно выделить селективную, регулятивную, организующую, контролирующую, поддерживающую, направляющую, подавляющую, согласующую, а также формирующую и разрушающую автоматизм.

Главными условиями возникновения произвольного внимания в определенный момент времени является наличие значимых задач и целей деятельности, а также наличие психологических препятствий для их реализации. Человек должен иметь сформированные предпосылки, непосредственно связанные с его мотивационно-потребностной сферой, а

также психологическую возможность и готовность к сосредоточению внимания, связанные, в первую очередь, с эмоционально-волевой сферой.

АННОТАЦИЯ

В работе обобщены имеющиеся сведения и представления о произвольном внимании. На основе существующих определений с применением технологии интеллект-картирования уточнено понятие «произвольное внимание». Описаны его функции, свойства, причины и факторы возникновения, факторы поддержания и исчезновения.

Ключевые слова: произвольное внимание, определение, причины возникновения, разновидности

SUMMARY

The article summarizes the existing data and conceptions of the voluntary attention. On the basis of the existing definitions with the help of the Mind mapping technology the notion of the voluntary attention has been clarified. The article also describes its functions, properties, causes and conditions for its arising; factors of its maintenance and decurrence.

Key words: voluntary attention, definition, origin causes, varieties.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ананьев Б. Г. Воспитание внимания школьника. — М.; Л.: Изд-во Акад. пед. наук РСФСР, 1946. — 52 с.

2. Апчел В. Я., Цыган В. Н. Память и внимание — интеграторы психики. — СПб.: ЛОГОС, 2004. — 120 с.

3. Блейхер В. М., Крук И. В. Толковый словарь психиатрических терминов: ок. 3000 терминов / под ред. С. Н. Бокова. — Воронеж: МО ДЭК, 1995. — 640 с.

4. Богозов Н. З., Гозман И. Г., Сахаров Г. В. Психологический словарь / под ред. Н. Ф. Добрынина, С. Е. Советова. — Магадан, 1965. -292 с.

5. Большая Российская энциклопедия: в 30 тт. / председатель науч.-ред. совета Ю. С. Осипов; отв. ред. С. Л. Кравец. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2006. — Т. 5.: Великий князь — Восходящий узел орбиты. — 783 с.

6. Большая Советская Энциклопедия: в 30 тт. / гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия. — 1971. — Т. 5.: Вешин-Газли. — 640 с.

7. Большая энциклопедия: в 62 тт. — М.: ТЕРРА, 2006. — Т. 9: Верхний Тагил — Война во Вьетнаме. — 592 с.

8. Бухановский А. О., Литвак М. Е. Общая психопатология: пособ. для врачей. — Ростов н/Д.: Феникс, 2003. — 416 с.

9. Бьюзен Т., Бьюзен Б. Супермышление. -Минск: ООО «Попурри», 2003. — 304 с.

10. Вощилова Н. В. Специфика селективного внимания слабослышащих младших школьников и их сверстников с нормальным слухом: дисс. … канд. психологич. наук. -СПб., 2007. — 139 с.

11. Выготский Л. С. Лекции по педологии. — Ижевск: Удмуртский университет, 2001. — 304 с.

12. Гальперин П. Я., Кабыльницкая С. Л. Экспериментальное формирование внимания. — М.: Директ-Медиа Паблишинг, 2008. -223 с.

13. Гинецинский В. И. Пропедевтический курс общей психологии: учеб. пособ. -СПб.: Изд-во С.-петерб. ун-та, 1997. — 200 с. [Электронный ресурс]. URL: http://psylib.org.ua/books/genec01/index.htm.

14. Джонстон Д. Психология. — М.: ACT: ООО Астрель, 2003. — 493 с.

15. Добрынин Н. Ф. О теории и воспитании внимания // Психология внимания / под ред. Ю. Б. Гиппенрейтер, В. Я. Романова. -М.: ЧеРо, 2001. — С. 518-533.

16. Дормашев Ю. Б., Романов В. Я. Психология внимания. — М.: Тривола, 1995. -347 с.

17. Дубровина И. В., Прихожан А. М. Психология: учеб. для студ. сред. пед. учеб. заведен. / под ред. И. В. Дубровиной. — М.: Академия, 1999. — 464 с.

18. Еникеев М. И. История развития психологии: учеб. пособ. — М.: ПРИОР, 2001.- 64 с.

19. Жижина М. В. Формирование исполнительского внимания студентов-музыкантов: дисс. … кандидата пед. наук. -Саратов, 2001. — 220 с.

20. Карвасарский Б. Д. Клиническая психология: учеб. для вузов. — СПб.: Питер, 2010. — 864 с.

21. Кондаков И. М. Психология. Иллюстрированный словарь. — СПб.: Прайм-Евро-знак, 2007. — 783 с.

22. Лурия А. Р. Лекции по общей психологии. — СПб.: Питер, 2006. — 320 с.

23. Маклаков А. Г. Общая психология. -СПб.: Питер, 2001. — 592 с.

24. Маркс К. Процесс производства капитала // К. Маркс, Ф. Энгельс Сочинения. [2 изд.]. — М.: Гос. изд-во полит. лит-ры. — 1960. Т. 23. — 907 с.

25. Мачинская Р. И. Формирование нейрофизиологических механизмов произвольного избирательного внимания у детей младшего школьного возраста: автреф. дис. … докт. биол. наук. — М., 2001. — 47 с.

26. Морозов А. В. Деловая психология. Курс лекций: учеб. для высш. и средн. спец. учеб. заведений. — СПб.: Союз, 2000. — 576 с.

27. Немов Р. С. Психология: учеб. для студ. высш. пед. учеб. заведен.: в 3-х кн. -М.: ВЛАДОС, 2003. — Кн.1: Общие основы пси-хологии. — 640 с.

28. Новейший философский словарь / сост. А. А. Грицанов. — Минск: Изд. В. М. Скакун, 1998. — 896 с.

29. Общая психология: курс лекций для первой ступени педагогического образования / сост. Е. И. Рогов. — М.: ВЛАДОС, 1995. -448 с.

30. Общая психология: учеб. для студентов пед. ин-тов / под ред. А. В. Петровского. — М.: Просвещение, 1986. — 464 с.

31. Первушина О. Н. Общая психология: методич. указания. — Новосибирск: Научно-учебный центр психологии НГУ, 1996. — 90 с.

32. Перлз Ф., Хефферлин Р., Гудмэн П. Опыты психологии самопознания: практикум по гештальттерапии. — М.: Гиль-Эстель, 1993. -240 с.

33. Перлз Ф. С. Внутри и вне помойного ведра. — СПб.: Петербург-ХХ1 век, 1995. — 448 с.

34. Позина М. Б. Психология и педагогика: учеб. пособ. / науч. ред. И. Ф. Неволин. -М.: Университет Н. Нестеровой, 2001. — 97 с.

35. Полянчиков Д. В. Методика формирования игрового внимания у юных хок-

кеистов 11-12 лет: дисс. … канд. пед. наук. -Омск, 2006. — 154 с.

36. Практикум з психологи / за ред. Г. Г. Биково!. — Львiв: Вища школа, 1975. -183 с.

37. Психологический словарь / Авт.-сост. В. Н. Копорулина, М. Н. Смирнова, Н. О. Гордеева, Л. М. Балабанова; под общей ред. Ю. Л. Неймера. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. — 640 с.

38. Психология внимания / под ред. Ю. Б. Гиппернейтер и В. Я. Романова. — М.: ЧеРо, 2001. — 858 с.

39. Психология. Словарь / под ред. А. В. Петровского, М. Г. Ярошевского и др. М.: Политиздат, 1990. 494 сПсихолопчний словник / за ред. члена-кореспондента АПН СРСР В. I. Войтка. — К.: Вища школа, 1982. -216 с.

40. Психология: словарь / под ред. А. В. Петровского [и др.]. — М.: Политиздат, 1990. — 494 с.

41. Рамендик Д. М. Общая психология и психологический практикум. — М.: Форум, 2011. — 304 с.

42. Рубинштейн С. Л. Основы общей психологии. — СПб: Питер, 2000. — 712 с.

43. Сидоров П. И., Парняков А. В. Введение в клиническую психологию: учеб. для студ. мед. вузов: в 2-х тт. — М.: Академический Проект; Екатеринбург: Деловая книга, 2000. — Т. 1. — 416 с.

44. Словарь практического психолога / сост. С. Ю. Головин. — Минск: Харвест, 1998. -800 с.

45. Современная психология: справочное руководство / отв. ред. В. Н. Дружинин. -М.: ИНФРА-М, 1999. — 688 с.

46. Степанов С. С. Популярная психологическая энциклопедия. — М.: Эксмо 2005. -672 с.

47. Столяренко Л. Д. Основы психологии. — Ростов на/Д.: Феникс, 2000. — 672 с.

48. Страхов В. И. Внимание школьников в процессе труда. — Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1961. — 122 с.

49. Страхов В. И. Психология внимания: учеб. пособ. — Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1992. — Вып. II. — 128 с.

50. Страхов И. В. Классификация видов внимания // Вопросы психологии внимания. -Саратов: Изд-во Саратовского гос. пед. ин-та. 1975. — Вып. 7. — С. 3-12.

51. Тертель А. Л. Психология. Курс лекций: учеб. пособ. — М.: ТК Велби, Изд-во «Проспект», 2006. — 248 с.

52. Титченер Э. Учебник психологии: в 2 ч. — М.: Издание т-ва «Мир», 1914. — 514 с.

53. Учебное пособие по общей психологии / тост. — Е. Ю. Черкашина. Красноярск, 1999. — 83 с.

54. Философский словарь / под ред. И. Т. Фролова. — М.: Политиздат, 1981. — 445 с.

55. Фрэнкин Р. Мотивация поведения: биологические, когнитивные и социальные аспекты. — СПб.: Питер, 2003. — 651 с.

56. Шапар В. Б. Сучасний тлумачний психолопчний словник. — Харшв: Прапор, 2007. — 640 с.

57. Шапарь В. Б. Словарь практического психолога. — М.: АСТ; Харьков: Торсинг, 2005. — 734 с.

58. Щербатых Ю. В. Общая психология. Завтра экзамен. — СПб.: Питер, 2008. — 272 с.

59. Easterbrook J. A. The Effect of Emotion on Cue Utilization and the Organization of Behavior // Psychological Review. — 1959. Vol. 66. — P. 183-201.

60. Hodgson T. L. Muller H. J. Attentional Orienting in Two-Dimensional Space // The Quarterly Journal of Experimental Psychology. -1999. — Vol. 52 (3). — P. 615.

61. Kahneman D. Attention and Effort. -N. J.: Prentice Hall, 1973. — 245 p.

62. Neural Networks Underlying Endogenous and Exogenous Visual-Spatial Orienting / A. R. Mayer, J. M. Dorflinger, S. M. Rao, M. Seidenberg // Neurolmage. — 2004. — Vol. 23 (2). -P. 534-541.

63. Posner M. I. Orienting of attention // Quarterly Journal of Experimental Psychology. 1980. — Vol. 32. — P. 3-25.

64. Psihologijas vardnica / G. Breslava redak-cija. — Riga: Macibu gramata, 1999. — 157 l pp.

65. Theeuwes J. Exogenous and Endogenous Control of Attention — the Effect of Visual Onsets and Offsets // Perception & Psychophys-ics. — 1991. — Vol. 49 (1). — P. 83-90.

Произвольное и непроизвольное внимание различаются в зависимости от импульсивности

Пространственное внимание относится к способности выбирать и расставлять приоритеты для обработки частей окружающей среды, игнорируя другие. Добровольное внимание — это тип внимания, которое целенаправленно и определяется соответствующей задачей. Непроизвольный захват внимания приводит к тому, что стимулы выбираются из-за их значимости, а не релевантности задачи (Jonides, 1981). В эксперименте 1 произвольное и непроизвольное внимание исследовалось с использованием парадигмы пространственных сигналов, показанной на рис.1.

Рис. 1

Последовательность событий в исследовании. Прямоугольники указывают возможные местоположения цели, а толстый прямоугольник представляет собой периферийный сигнал. Целевые стимулы были либо Fs, либо Ts, с обеих сторон окруженными Os. Реплики и цели нарисованы в масштабе

.

Мы различали произвольное и непроизвольное внимание в отдельных блоках, варьируя пропорции испытаний, в которых цель появлялась в указанном месте. В состоянии непроизвольного внимания целевое местоположение было случайным по отношению к местоположению реплики.Чтобы исследовать произвольное внимание, в отдельных блоках была сделана реплика, предсказывающая местоположение цели. Разница между прогнозирующими и непредсказуемыми сигналами указывает на вклад произвольного внимания.

Для дальнейшего разделения произвольного и непроизвольного внимания мы также варьировали интервал между сигналом и целью (также называемый асинхронностью начала стимула [SOA]). Непроизвольное внимание, как известно, преходяще (Posner, Cohen, & Rafal, 1982; Posner, Snyder, & Davidson, 1980), и эффект подсказки исчезает по мере увеличения SOA.Напротив, эффекты произвольного внимания наблюдаются для более длительных SOA и могут поддерживаться (например, Wright & Richard, 2000).

Как прогнозирующие сигналы (произвольное внимание), так и непрогнозирующие сигналы (непроизвольное внимание) имеют одинаковый общий поведенческий эффект: более быстрые RT для целей в указанном месте, чем в необнаруженном месте. Однако в предыдущих исследованиях с использованием аналогичных дизайнов сообщалось о различиях в поведении между произвольным и непроизвольным вниманием (например, Prinzmetal, McCool, & Park, 2005; Prinzmetal, Park, & Garrett, 2005), а также о различиях в нервной активности, измеренной с помощью фМРТ ( Esterman et al., 2008) и ЭЭГ (Landau, Esterman, Robertson, Bentin, & Prinzmetal, 2007).

Целью эксперимента 1 было определить, будут ли индивидуальные различия в импульсивности, измеренные по шкале импульсивности Барратта (BIS-11; Patton, Stanford, & Barratt, 1995), отражаться в показателях произвольного и непроизвольного внимания. Мы предсказали, что высокоимпульсивные люди будут демонстрировать более сильные эффекты непроизвольного внимания, чем низкоимпульсивные люди, тогда как низкоимпульсивные люди будут демонстрировать более сильные эффекты произвольного внимания, чем высокоимпульсивные люди.

Метод

Участников

Всего в выборку вошли 48 участников (33 женщины, 15 мужчин) в возрасте от 17 до 31 года. Были использованы две стратегии набора: двадцать участников были набраны из Калифорнийского университета в Беркли, программы участия в исследованиях, а остальные добровольцы были отобраны на основе предварительного скринингового теста (BIS-11), проведенного для этого пула субъектов, из которого мы набрали тех, чьи баллы BIS были на одно или несколько стандартных отклонений от среднего, что позволило получить широкий диапазон баллов.

Процедура

Последовательность событий в испытании показана на рис. 1. Половина участников начала с условия непрогнозируемой подсказки, а половина — с условия прогнозирующей подсказки. В состоянии непрогнозируемой метки местоположение метки было случайным по отношению к целевому местоположению. Это условие состояло из четырех блоков по 80 попыток в блоке. В состоянии прогнозирующей подсказки цель появлялась в указанном месте в 80% испытаний, и было шесть блоков по 80 испытаний.В дополнение к манипулированию вероятностью испытания мы использовали различия во времени произвольного и непроизвольного внимания, чтобы исследовать два типа внимания. Половина блоков имела SOA-метку-цель 40 мс, в то время как остальные блоки имели SOA-метку-цель 400 мс. Порядок условий SOA был уравновешен между участниками. Каждое условие внимания (прогнозируемые или непредсказуемые сигналы) начиналось по крайней мере с одного блока практики в SOA, который будет использоваться для первого блока данных.Перед блоками прогнозирования участникам сказали, что расположение реплики предсказывало целевое местоположение и что им следует обратить на это внимание. В блоках без прогнозирования участникам говорили, что местоположение сигнала было случайным по отношению к целевому местоположению, и что они должны игнорировать его.

Участники устно отреагировали на цели, назвав целевую букву (F или T) в микрофон, который включил голосовое реле и записал время реакции (RT).Экспериментатор вручную записывал словесный ответ. Экспериментатор также отслеживал движения глаз с помощью видеокамеры, как описано в Prinzmetal, McCool et al. (2005) и Prinzmetal, Park et al. (2005). Участники получили отрицательные отзывы за неправильные ответы и за перерывы в фиксации в конце испытания. Процент правильных ответов и средний RT были показаны участнику в конце каждого блока.

Стимулы

Стимулы предъявлялись на 15-дюймовом экране.монитор на расстоянии просмотра 48 см. Это расстояние поддерживалось упором для подбородка. Центры квадратов находились под углом зрения 6,4 градуса от точки фиксации. Буквы были набраны шрифтом Helvetica размером 36 пунктов; фон монитора был белым, а точка фиксации, целевые буквы и реплика были черными. Поля-заполнители были серого цвета шириной в один пиксель и были легко видны всем участникам. Поле cue было черным и шириной три пикселя.

Результаты и обсуждение

Средний балл по BIS-11 составил 65.7 ( SD, = 13,5) и варьировала от 41 до 93. Таким образом, группа участников включала широкий диапазон баллов BIS-11. Мы провели медианное разделение участников, разделив их на группы с высокой (среднее = 77,2) и низкой (среднее = 54,2) импульсивностью. Все испытания, содержащие движения глаз или неправильные ответы, и испытания с RT ниже 100 мс или выше 2000 мс были исключены из дальнейшего анализа (1,6% испытаний).

Средние RT для правильных испытаний представлены в таблице 1. Мы провели дисперсионный анализ (ANOVA), который включал группу (высоко или низкоимпульсную) как фактор между субъектами и Cue Predictability (прогнозирующий или непрогнозирующий), SOA (40 или 400 мс), и Тип испытания (с отправкой или без) в качестве факторов внутри субъектов.

Таблица 1 Исходное время реакции, результаты эксперимента 1

Был значительный основной эффект типа испытания, но не предсказуемость группы или сигнала. В частности, участники реагировали быстрее, когда цели появлялись в указанном месте, а не в необнаруженном [ F (1,46) = 95,65, p <0,01]. Эффект метки был больше, когда метка была предсказуемой [Тип испытания × предсказуемость метки: F (1, 46) = 25.27, p <.01], что, как и ожидалось, указывает на то, что, когда сигнал не является прогнозирующим, результаты отражают только непроизвольное внимание, тогда как, когда сигнал является прогнозирующим, задействовано как произвольное, так и непроизвольное внимание. Эффект подсказки был больше с предсказательными репликами на длинном SOA, но больше с непрогнозирующими репликами на короткой SOA (тип испытания × предсказуемость подсказки x SOA), но эта разница не достигла статистической значимости [ F (1, 46) = 3.95, р. = 0,053].Эта тенденция отражает общий вывод о том, что эффекты непроизвольного внимания больше для коротких SOA и что эффекты произвольного внимания больше для более длинных SOA (см., Например, Warner, Juola, & Koshino, 1990).

Имело место значимое трехстороннее взаимодействие, включающее импульсивность (группа). Чтобы проиллюстрировать это, мы вычислили эффект метки как RT без привязки — RT с указанием (см. Рис. 2). Когда сигнал был прогнозирующим (произвольное внимание), эффект подсказки составлял 25 мс против 42 мс для групп с высокой и низкой импульсивностью, соответственно.Когда сигнал был непредсказуемым (непроизвольное внимание), картина менялась, 14 мс против 8 мс для групп с высокой и низкой импульсивностью, соответственно. Таким образом, высокоимпульсивные участники продемонстрировали больше непроизвольного внимания, чем низкоимпульсивные участники, а низкоимпульсивные участники имели больше произвольного внимания, чем высокоимпульсивные участники.

Рис. 2

Эффекты меток в зависимости от группы, предсказуемости сигналов и SOA. Планки погрешностей на рисунке рассчитаны на основе взаимодействия высшего порядка, как указано Лофтусом и Массоном (1994) для смешанного дизайна

.

Важно отметить, что имело место значимое четырехстороннее взаимодействие импульсивности, предсказуемости сигнала, SOA и типа испытания, F (1, 46) = 7.50, стр. <.01. Чтобы понять это взаимодействие, мы выполнили отдельные ANOVA для прогнозирующего и непрогнозирующего блоков подсказок.

Для блоков прогнозирования мы обнаружили значимые эффекты типа испытания [ F (1, 46) = 78,45, p <0,01] и взаимодействие группового и испытательного типа [ F (1, 46) = 4,97, p <0,05]. В частности, участники с низкой импульсивностью продемонстрировали больший эффект подсказки, чем участники с высокой импульсивностью, для блоков с предсказательной репликой.Интересно, что участники с низкой импульсивностью не только используют информацию в прогнозирующей подсказке больше, чем участники с высокой импульсивностью, но и делают это всего за 40 мс. Прецедент быстрого переключения произвольного внимания: Warner et al. (1990) обнаружили, что с практикой участники могут переключать свое произвольное внимание на место, противоположное сигналу, менее чем за 50 мс. Таким образом, наша группа с низким уровнем импульсивности ответила как высокопрофессиональные участники.

Для непрогнозируемых блоков мы обнаружили значительное взаимодействие Тип испытания × SOA × Групповое взаимодействие, F (1, 46) = 4.97, стр. <.05. Как и предполагалось, участники с высокой и низкой импульсивностью различались в основном при коротком SOA, при котором эффекты непроизвольного внимания были наибольшими (рис. 2). Обратите внимание, что усиление эффекта подсказки в этом состоянии было вызвано, прежде всего, RT в испытаниях без контроля. В частности, у высокоимпульсивных участников были более длительные RT для испытаний без сопровождения, что свидетельствует о том, что они больше отвлекались на сигнал (Таблица 1). Помимо предположения о том, что участники с высокой импульсивностью обладают большим непроизвольным вниманием, эти данные предполагают, что эти участники в основном отвлекаются на непредсказуемую информацию, а не демонстрируют преимущества захвата внимания.Этот вывод является предварительным из-за того, что в нынешнем дизайне не было нейтральной подсказки, с помощью которой мы могли бы оценить, действительно ли более длительные RT без привязки были затратами (в отличие от более быстрых RT, являющихся преимуществами). Кроме того, эксперимент 2 представляет план, в котором объем непроизвольного внимания и его последствия, затраты или выгоды оцениваются более непосредственно.

Мы также провели корреляционный анализ с BIS-11 в качестве непрерывной переменной. Для сеанса без прогнозирования баллы BIS-11 положительно коррелировали с эффектом подсказки, r =.199. Для прогностической сессии оценки BIS-11 отрицательно коррелировали с эффектом подсказки, r = –260. Эти корреляции существенно различаются: z = 2,21, p <0,05.

Хотя участники с высокой и низкой импульсивностью демонстрировали разные модели следящих эффектов, общей разницы в RT между двумя группами участников не было, F (1, 46) = 0,489, n.s. В целом участники были достаточно точны (97,6%) в сообщении идентичности цели (T или F), и единственным значительным влиянием на точность был тип исследования, F (1, 46) = 7.77, стр. <0,01; участники были немного более точными, когда цель находилась в указанном месте (98,1%), а не в месте без отслеживания (97,0%).

Мы обнаружили, что у низкоимпульсивных участников больше произвольного внимания, а у высокоимпульсивных — больше непроизвольного внимания. Есть по крайней мере два возможных варианта этих выводов. Согласно учетной записи с вероятностным обучением , участники с низким уровнем импульсивности могут быть более чувствительны к информации, передаваемой сигналами.Следовательно, если сигнал был предсказуемым, они более эффективно использовали его (а если он был непредсказуемым, более эффективно игнорировали его), чем участники с высокой импульсивностью. В качестве альтернативы, согласно учетной записи пространственного распределения , группы импульсивности могут различаться по своей способности ограничивать внимание определенным местом и избегать местоположений, которые считаются нерелевантными. Следовательно, участники с низким уровнем импульсивности могут лучше отточить подходящее место, отфильтровывая нерелевантные места.Сильно импульсивный участник может действовать с более широким распределением внимания.

Различные эффекты произвольного и непроизвольного внимания на активность ЭЭГ в гамма-диапазоне

Реферат

Предыдущие исследования показали, что активность ЭЭГ в гамма-диапазоне может модулироваться вниманием. Здесь мы сравнили эту деятельность для произвольного и непроизвольного пространственного внимания в парадигме пространственных сигналов с лицами в качестве целей. Стимулы и время испытаний оставались постоянными в зависимости от условий внимания, при этом изменялась только прогностическая ценность сигнала.Гамма-диапазон был связан с произвольным переключением внимания, но не с непроизвольным захватом внимания. Наличие повышенных гамма-ответов для произвольного распределения внимания и его отсутствие в случаях непроизвольного захвата предполагает, что нейронные механизмы, управляющие этими двумя типами внимания, различны. Более того, эти данные позволяют описать временную динамику, способствующую диссоциации между произвольным и непроизвольным вниманием. Распределение этого коррелята произвольного внимания согласуется с процессом сверху вниз, вовлекающим контралатеральные передние и задние области.

Введение

Поведенческие данные свидетельствуют о том, что пространственное внимание можно вызвать по крайней мере двумя способами. Один направлен на достижение цели и задействует механизмы контроля сверху вниз, тогда как другой является автоматическим и не зависит от задачи. Первое часто называют эндогенным или произвольным вниманием (Posner, 1978), а второе — экзогенным или непроизвольным вниманием (Jonides, 1981).

Обширные свидетельства, полученные с использованием парадигмы пространственных сигналов (Posner, 1978) (см. Рис. 1 a ), показывают, что как для произвольного, так и для непроизвольного внимания цели обнаруживаются и распознаются быстрее в точках с правильным указанием по сравнению с местоположением с неправильным указанием ( «эффект действительности»).Часто предполагается, что обе формы внимания одинаково усиливают обработку восприятия и контролируются одними и теми же нейронными механизмами (Gazzaniga et al., 1998). Однако поведенческие данные показывают, что произвольное и непроизвольное внимание может иметь разные временные рамки и последствия (Müller and Rabbitt, 1989; Berger et al., 2005).

В настоящем исследовании задание подсказки было объединено с электрофизиологическими измерениями, чтобы сравнить произвольное и непроизвольное внимание в идентичных условиях стимула.

Предыдущая работа, связавшая электрофизиологию с парадигмами подсказок, в основном была сосредоточена на потенциалах, связанных с событиями (ERP). Наиболее последовательным открытием является увеличение ранних сенсорных потенциалов (компонента P1), вызванное направленной целью по сравнению с необслуживаемой целью (Mangun and Hillyard, 1991; Hopfinger and Ries, 2005). Более поздние компоненты также могут быть модулированы, но результаты менее согласованы. В то время как некоторые авторы сообщали о большем N1 в достоверных исследованиях (Luck et al., 1994), другие обнаружили обратное (большее N1 в недействительных исследованиях) (Hopfinger and Ries, 2005).Хопфингер и Уэст (2006) измерили взаимодействие между произвольным и непроизвольным вниманием, одновременно управляя двумя типами внимания. Они обнаруживают, что, хотя и влияют друг на друга, произвольное и непроизвольное внимание действует на разных этапах обработки. Однако в использованной ими процедуре добровольные и непроизвольные сигналы были визуально разными и предъявлялись в разное время в данном испытании. Эффекты произвольного и непроизвольного внимания редко сравнивались напрямую при одинаковых условиях стимула в рамках одного и того же исследования ERP.Исследования, которые пытались провести это сравнение, не выявили заметных различий в амплитудах P1 или N1 (Doallo et al., 2005).

В предыдущей работе как на животных, так и на людях изучалась спектральная составляющая сигнала ЭЭГ (Gruber et al., 1999; Fries et al., 2001; Vidal et al., 2006; Fan et al., 2007), предполагая, что активность в гамма-диапазон (> 30 Гц) (Tallon-Baudry and Bertrand, 1999) модулируется вниманием. Поэтому мы сосредоточились на гамма-диапазоне, поскольку он относится к произвольному и непроизвольному вниманию.В то время как ERP не различают произвольное и непроизвольное внимание, мы сообщаем о явных различиях между этими двумя системами внимания в гамма-диапазоне.

Материалы и методы

Задачи и процедуры.

Участники выполнили простую задачу по распознаванию лиц в условиях произвольного и непроизвольного внимания. Как показано на Рисунке 1 и , одно из двух лиц было представлено сразу после смещения реплики, либо влево, либо вправо от фиксации, и участники сообщали, какое лицо было представлено, нажимая одну из двух клавиш.Периферический сигнал предшествовал целевому лицу как в произвольных, так и в непроизвольных условиях. Произвольное внимание измерялось в условиях прогнозирующей реплики. В этом состоянии лицо чаще появлялось в указанном месте (допустимо на 70%), чем в необработанном месте. Непроизвольное внимание измерялось в состоянии непредсказуемой реплики. В этом состоянии местоположение сигнала не было связано с целевым местоположением. Оба условия включали испытания без мишени, которые позволяли оценить активность, связанную с сигналом, изолированно от лица мишени.Третий ключ использовался для сообщения об отсутствии цели. Единственная разница между условиями внимания заключалась в соотношении допустимых, недействительных испытаний и испытаний, содержащих только реплики. Этот дизайн позволил исследовать физиологический ход времени обработки сигналов и целей для произвольного и непроизвольного внимания без искажения параметров физических стимулов. Условие прогнозирующей реплики состояло из шести блоков по 100 проб, разделенных перерывами. Условие непрогнозируемой реплики состояло из пяти 112 пробных блоков (см.рис.1 а ). Каждый участник выполнил одно условие реплики перед тем, как начать другое условие реплики, и условия реплики были уравновешены между испытуемыми. Каждое условие сигнала начиналось с короткого тренировочного блока (20 попыток).

Обратите внимание, что в условиях прогнозирующей подсказки участнику предлагалось использовать подсказку, когда она появлялась, и предвидеть вероятное местоположение цели. В условиях непредсказуемой реплики участникам было дано указание игнорировать реплики, поскольку они не зависят от целевого местоположения.Здесь в качестве операционных переменных для произвольного и непроизвольного внимания использовались условия прогнозируемых и непредсказуемых сигналов. С помощью прогнозирующей реплики произвольное внимание будет выделяться при ее появлении. При использовании непредсказуемого сигнала произвольное внимание не будет выделяться до тех пор, пока не появится цель.

Стимулы.

Стимулы были представлены на 20-дюймовом мониторе. При просмотре с расстояния 155 см угол обзора каждого сигнального квадрата составлял 2,2 °, и они находились по центру 2,7 ° от фиксирующего креста 0,4 °.Лица располагались по центру одного из квадратов и имели ширину 2,4 °.

участника.

Шестнадцать студентов участвовали в эксперименте по получению зачетных единиц. У всех участников была нормальная или скорректированная до нормальной острота зрения. Участники дали информированное согласие, одобренное Советом по институциональной проверке Калифорнийского университета в Беркли.

Получение и обработка ЭЭГ.

ЭЭГ регистрировали с помощью системы Biosemi active-two с частотой дискретизации 256 Гц с 64 участков модифицированного монтажа системы 10–20.Горизонтальные электроокулографические (ЭОГ) сигналы регистрировались на левом и правом наружном уголке глаза, а вертикальные ЭОГ регистрировались под правым глазом. Все электроды были привязаны к кончику носа. Предварительная обработка данных производилась в Brain Vision Analyzer. Испытания с движением глаз или морганием были удалены из данных с использованием критерия амплитуды ± 150 мкВ или ниже. Текущая ЭЭГ была сегментирована на эпохи от 200 мс до начала сигнала до 1000 мс после начала сигнала правильно выполненных испытаний.Затем эти данные были экспортированы в EEGLAB (Matlab Toolbox) (Delorme and Makeig, 2004) для спектрального анализа.

Спектральный анализ ЭЭГ.

Для измерения мощности в каждой полосе частот и в каждый момент времени данные обрабатывались с использованием функции timef программы EEGLAB (Delorme and Makeig, 2004). Для каждого условия эксперимента около 60 случайно выбранных эпох ЭЭГ были свернуты с помощью синусоидальных импульсов с гауссовым окном с двухцикловой длительностью. В каждой полосе частот средняя спектральная энергия базовой линии до стимула (от -200 до -50 мс, исключая последние 50 мс фиксации, в которых фиксация изменила цвет) вычиталась из частотно-временной энергии до стимула и постстимула.Абсолютная мера мощности была преобразована в децибелы [10 × log (мкВ ² )]. Исходные уровни в двух состояниях внимания были эквивалентны, что было выявлено с помощью запланированного парного теста t ( t ₍₁₅₎ = 1,05; p = 0,92). Полученные частотно-временные карты были усреднены по испытаниям для каждого испытуемого, чтобы сформировать связанное с событием спектральное возмущение (ERSP) (Makeig, 1993). Индивидуальные тематические карты были усреднены для создания больших средних карт ERSP (см.рис.2).

Для статистического анализа было выбрано несмещенное по частотному диапазону время максимального отклика гамма-диапазона из усредненных данных для ответов, связанных с сигналом, и ответов, связанных с целью, отдельно (Yuval-Greenberg et al., 2007). Средняя мощность в этих областях для каждого условия затем использовалась в качестве зависимой переменной в ANOVA с повторяющимися факторами. Из-за широкого распределения волосистой части головы данные были разделены для анализа на три группы (передняя, ​​центральная и задняя) в каждом полушарии (Gruber et al., 1999) (дополнительный рисунок 1, доступен на www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала).

Анализ ERP.

Сегментированные данные усреднялись отдельно для каждого условия. Усредненные формы сигналов были отфильтрованы через полосовой фильтр [0,8–17 Гц 24 дБ / октаву (Zion-Golumbic and Bentin, 2006)] и базовая линия скорректирована с момента начала сигнала 100 мс. Для каждого участника пик P1 был определен как локальный максимум между 80 и 150 мс после достижения цели и пик компонента N170, селективного для лица (Bentin et al., 1996) был определен как локальный минимум между 130 и 220 мс. В анализ были включены амплитуды этих компонентов в сайтах P8, PO8 и P10 в правом полушарии, а также в сайтах гомологов в левом. ANOVA с повторными измерениями с факторами, определяющими условие (прогнозирующий, непрогнозирующий), полушарие (слева, справа), место (P7 / 8, PO7 / 8, P9 / 10), целевую сторону (слева, справа) и достоверность (действительный, недействительный) ) обрабатывались как в рамках переменных субъекта и выполнялись отдельно для амплитуд P1 и N170.

Результаты

Производительность

В целом, распознавание целей было быстрее для валидных, чем недействительных испытаний (рис. 1 b ). Эффект достоверности был больше в условиях прогнозирующей, чем непрогнозирующей реплики. Эти результаты были подтверждены двухфакторным дисперсионным анализом ANOVA, проведенным для испытаний с целевым присутствием. В целом, ответы были немного быстрее при прогнозировании, чем при непредсказуемом сигнале. Однако эта разница не была значимой ( F _(1,15) = 3.32; р = 0,09). Эффект достоверности был значительным ( F _(1,15) = 30,29; p <0,001) и взаимодействовал с условием сигнала ( F _(1,15) = 15,91; p <0,01 ). Это взаимодействие указывало на то, что эффекты достоверности были больше в условии прогнозирующего сигнала, чем в условии непредсказуемого сигнала. Запланированные парные сравнения показали, что в обоих условиях влияние достоверности было значительным ( t ₍₁₅₎ = 5.14, p <0,001 для прогнозирующего и t ₍₁₅₎ = 3,4, p <0,01 для непрогнозирующего). Для испытаний отсутствия цели производительность была идентична для двух условий реплики (636 мс в обоих).

Фигура 1.

a , После 1 секунды фиксации сигнал (один прямоугольник изменился на красный, обозначенный пунктирным прямоугольником) отображался в течение 250 мс, за которым следовало одно из двух лиц, отображаемых в течение 300 мс, или пустой экран. Ниже на иллюстрации показаны вероятности (и номера испытаний) каждого типа испытаний (действительный, недействительный, только для сигнала) в различных условиях сигнала (прогнозирующий и непрогнозирующий).С помощью нажатия клавиши участники указывали, какое лицо появилось или нет. b , Время реакции в миллисекундах.

Процент правильных для действительных и недействительных испытаний после прогнозных сигналов составил 94,7% и 92,4% соответственно. Соответствующие показатели точности после непредсказуемых сигналов составили 95,2% и 93%. ANOVA показал основной эффект достоверности в частоте ошибок (разница, 2,25%; F _(1,15) = 17,30; p <0.01) и отсутствие взаимодействия с условием сигнала ( F <1).

Фигура 2. Графики

времени (ось x ) / частота (ось y ) для непрогнозируемых (левый столбец) и прогнозируемых (правый столбец) условий. a , Данные испытаний только cue. Начало сигнала на нуле отмечено стрелкой. b , Данные испытаний в настоящее время (действительные и недействительные в первой и второй строках соответственно). Целевые начала на нуле отмечены стрелкой.Темные прямоугольники обозначают временное / частотное окно, используемое в статистическом анализе.

Спектральный анализ

Активность в гамма-диапазоне (определяемом здесь как 30–70 Гц) была усреднена для временного окна от 150 до 225 мс после начала лечения для измерения активности, связанной с сигналом, и от 150 до 225 мс после начала действия цели для измерения активности, связанной с целью. (Рис. 2) (процесс выбора частотно-временного окна описан в разделе «Материалы и методы»).

Действия, связанные с сигналом

Анализ испытаний с отсутствием цели показал, что мощность гамма-диапазона для сигналов была выше в режиме прогнозирования, чем в состоянии без предупреждения (рис.2 а ). Это наблюдение было подтверждено дисперсионным анализом (ANOVA) с условием сигнала (прогнозирующий, непрогнозирующий), сигнальной стороной (слева, справа), полушарием (слева, справа) и сайтом (задним, центральным, передним). Основное влияние состояния реплики было значительным ( F _(1,15) = 4,63; p <0,05), хотя влияние всех других факторов не было (для полного статистического анализа см. Дополнительную таблицу 1, доступную на www.jneurosci.org в качестве дополнительных материалов).

Целевая деятельность

Гамма-активность, вызванная в условии прогнозирующего сигнала недопустимыми целями, была выше, чем активность, вызванная действительными целями.В состоянии непрогнозируемого сигнала гамма, вызванная обоими типами целей (действительными и недействительными), была одинаковой (рис. 2 b ). ANOVA с условием сигнала (прогнозирующий, непрогнозирующий), валидностью (действительной, недействительной), целевой стороной (слева, справа), полушарием (слева, справа) и сайтом (задним, центральным, передним) в качестве факторов внутри субъекта показал основные эффект достоверности ( F _(1,15) = 5,12; p <0,05), который взаимодействовал с условием сигнала ( F _(1,15) = 4.70; p <0,05). Парные запланированные сравнения показали, что в условиях прогнозирующего сигнала гамма-диапазон был значительно выше в недействительных, чем в валидных испытаниях ( F _(1,15) = 5,20; p <0,05). В условиях непрогнозируемого сигнала это не имело места ( F _(1,15) = 3,51; p = 0,08). Тенденция в непредсказуемом случае может быть вызвана рядом факторов. ^a Важно отметить, что значимое взаимодействие отражает достоверные различия в гамма-активности между допустимыми и недопустимыми условиями для прогнозирующих и непредсказуемых состояний.

Кроме того, анализ выявил доказательства латеральности ответа гамма-диапазона в условиях прогнозируемого сигнала. Как полушарие при взаимодействии со стороны мишени, так и полушарие при взаимодействии со стороны мишени были значимыми ( F _(1,15) = 6,20, p <0,05 и F _(2,30) = 7,04). , p <0,01 соответственно). Гамма-мощность была выше над полушарием, противоположным целевому положению, чем над ипсилатеральным полушарием.Разница между контралатеральным и ипсилатеральным ответами была значимой для заднего и переднего отделов ( F _(1,15) = 7,16, p <0,05 и F _(1,15) = 0,33, p <0,01 соответственно). На рис. 3 a – c представлены распределения гамма-диапазона на коже головы в трех временных точках после начала действия цели, демонстрирующие различия в распространении гамма-излучения по разным участкам кожи головы (дополнительный рис.2, доступно на www.jneurosci.org в качестве дополнительных материалов). Для центральных участков статистический тест не выявил значимых эффектов латеральности (эффект от цели к полушарию F _(1,15) = 2,09; p = 0,169, несущественно).

Рисунок 3.

a – c , Распределение активности гамма-диапазона на волосистой части головы при 141, 198 и 236 мс при недействительных испытаниях в условиях прогнозирующего сигнала. Частоты 30–70 Гц были сокращены, а шкалы изменены, чтобы подчеркнуть различия в активности между разными участками.

ERP

Компоненты

P1 и N170 не различались в условиях прогнозирующего и непредсказуемого сигналов ( F <1 для всех соответствующих сравнений для компонентов P1 и N170). Оба компонента показали максимальный ответ для сайтов, расположенных контралатерально по отношению к стороне-мишени (значимое взаимодействие полушария со стороны-мишени: F _(1,15) = 8,16, p <0,05 для P1 и F _{(1,15 )} = 8,67, p <0.05 для N170). В соответствии с предыдущими сообщениями в литературе (Mangun and Hillyard, 1991; Hopfinger and Ries, 2005) для обоих состояний внимания компонент P1 был больше для допустимых условий по сравнению с недопустимыми условиями, когда цель была представлена ​​в контралатеральном поле зрения (дополнительное материал, доступный на www.jneurosci.org). Этот эффект был поддержан значительным полушарием на стороне цели посредством достоверности взаимодействия ( F _(1,15) = 17,14; p <0.01). Для N170 такого эффекта достоверности обнаружено не было (полушарие по целевой стороне по достоверности: F _(1,15) = 1,23; p = 0,28, несущественно).

Обсуждение

Настоящие результаты демонстрируют, что произвольное и непроизвольное внимание по-разному влияет на реакцию в гамма-диапазоне, тогда как оба влияют на время реакции (RT) одинаково. Эти эффекты проявлялись в два этапа. Первый был в ответ на сигнал: только произвольное увеличение гамма-диапазона, вызванное вниманием, только к сигналу (условие прогнозирующего сигнала).Второй был реакцией на цели: гамма-диапазон увеличивался всякий раз, когда требовалось произвольное переключение внимания на цель. Эти модели гамма-ответа и то, как они соотносятся с произвольным и непроизвольным вниманием, подробно описаны ниже.

Повторяя многие прошлые исследования, действительные цели были обнаружены быстрее, чем недействительные, независимо от прогнозируемой ценности сигнала. Это свидетельствует о том, что резкое появление периферических раздражителей рефлекторно привлекало внимание наблюдателя. Однако, когда сигнал был предсказуемым, участники также добровольно ориентировались на указанное место, что приводило к усилению эффектов достоверности.Поскольку добавление произвольного внимания было единственным различием между двумя состояниями, более высокая мощность гамма-излучения, вызванная прогностическими сигналами, по сравнению с непрогнозирующими сигналами, отражает активность ЭЭГ, связанную с произвольным вниманием. ^б

Ответы на цели различались в зависимости от того, был ли сигнал предсказуемым или непрогнозирующим. В непредсказуемом состоянии, когда появляется цель, требуется произвольное переключение внимания на цель для выполнения задачи распознавания (как для действительных, так и для недействительных испытаний).Ответ ЭЭГ в этих испытаниях показывает, что после того, как цель появляется в непредсказуемом состоянии, наблюдается усиление ответа в гамма-диапазоне (рис. 2 b ). Следовательно, для условия непредсказуемой реплики реакция на цели поддерживает соответствие между откликом в гамма-диапазоне и произвольным переключением внимания.

В условии прогнозирующей реплики, при действительных испытаниях, реплика вызывала произвольное внимание, и никакого дополнительного смещения к цели не требуется. В этих испытаниях гамма-диапазон был меньше, потому что участники уже переключили свое внимание на указанное место.Напротив, в недействительных испытаниях, несмотря на то, что переключение внимания произошло на прогностический сигнал, внимание сместилось в неправильное место, и при появлении цели требуется дополнительное переключение внимания. Изучение ответа ЭЭГ в этих испытаниях обнаруживает заметное увеличение ответа гамма-диапазона в недействительных испытаниях. И снова ответ ЭЭГ в гамма-диапазоне, кажется, отражает произвольный сдвиг пространственного внимания.

Предыдущие исследования спектральной области сигналов ЭЭГ предложили различные роли гамма-активности, которые включают восприятие, высшие когнитивные функции, такие как память и представление объектов (Herrmann et al., 2004; Зион-Голумбик и Бентин, 2006 г.). Таллон-Бодри и др. (1999) всесторонне исследовали роль активности гамма-диапазона в связывании восприятия. В первоначальных исследованиях гамма-активность измерялась для стимулов, требующих интеграции восприятия для формирования видимого объекта. Однако, поскольку объект, требующий связывания, также являлся объектом внимания, было неясно, был ли фактор, вызывающий увеличение индуцированной гаммы в этих исследованиях, связыванием восприятия, отбором по вниманию или некоторой их комбинацией (Tallon-Baudry et al., 2005).

Предыдущая работа показала, что отклик в гамма-диапазоне может быть связан с избирательным вниманием. Gruber et al. (1999) сообщили об увеличении активности гамма-диапазона в теменно-затылочных участках, противоположных контролируемому движению, а недавно Vidal et al. (2006) диссоциировали между реакцией на визуальную группировку и сосредоточенным вниманием. В этом исследовании, однако, участникам было предложено выборочно уделить внимание подмножеству стимулов на дисплее для последующего отчета об ориентации элементов, задача, включающая компонент памяти в дополнение к компонентам выборочного внимания.Fan et al. (2007) ранее сообщали об увеличении ответа гамма-диапазона на периферический прогнозирующий сигнал, как мы обнаружили здесь. Авторы называют этот эффект эффектом пространственной ориентации. Однако в их исследовании неясно, вызвано ли это увеличение периферической сенсорной стимуляцией, экзогенным захватом внимания периферическим сигналом или произвольным направлением внимания на указанное место (сигналы были на 100% предсказуемыми).

Наши данные исключают сенсорную интерпретацию этих результатов и предполагают, что усиление ответа в гамма-диапазоне связано с добровольным, а не непроизвольным развертыванием внимания.Поскольку механизмы отбора и организации восприятия считаются очень интерактивными, привязку восприятия и внимание трудно разделить. В настоящем исследовании мы обошли эту проблему, наблюдая эффекты произвольного и непроизвольного внимания на активность гамма-диапазона в отсутствие сенсорных различий между этими двумя состояниями внимания. Возможно, нейронные механизмы, поддерживающие произвольные сдвиги внимания, также участвуют в связывании восприятия (Treisman and Gelade, 1980), однако эти вопросы требуют дальнейшего изучения.

В отличие от гаммы, ERP не делали различий между произвольным и непроизвольным вниманием. Подобно предыдущим исследованиям (Mangun and Hillyard, 1991; Hopfinger and Ries, 2005), мы обнаружили доказательства ранней сенсорной обработки для достоверно выделенных местоположений по сравнению с неверно указанными местоположениями (на что указывает более крупный компонент P1 в достоверных испытаниях). Однако на это различие в значительной степени не повлияла предсказуемость сигналов (Doallo et al., 2005). Эта диссоциация между высокочастотными ответами в диапазоне гамма-диапазона и низкочастотными ответами в ERPs предполагает, что высокочастотная и низкочастотная активность ЭЭГ отражают разные нервные механизмы.

Наши результаты в отношении гамма-диапазона относятся к предыдущим результатам из одиночных записей. У обезьяны V4 гамма-активность коррелирует с отбором по вниманию (Fries et al., 2001). Записи в этом исследовании были ограничены экстрастриальными областями. Наши данные дополняют работу на животных, поскольку они выявляют контралатеральные реакции на предсказательные сигналы и посещаемые цели, которые сначала появляются в передних областях, а затем распространяются на задние области (рис.3, дополнительный фильм 1, доступный на сайте www.jneurosci.org в качестве дополнительного материала). Такое контралатеральное лобно-теменное распределение согласуется с данными исследований функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) у людей и исследований на животных, показывающих значимость кортикальных областей, таких как лобные поля глаза, в избирательном произвольном внимании (Corbetta, 1998; Buschman and Miller, 2007). ).

Активность ЭЭГ в α-диапазоне, как было показано, модулируется устойчивым произвольным вниманием (Worden et al., 2000, Thut et al., 2006). Эти модуляции обычно развиваются за 400 мс после начала пространственного сигнала. Возможно, что ответы α-диапазона и гамма-диапазона взаимодействуют, и будущие исследования могут решить эту проблему с использованием более длинных интервалов контрольных точек, чем те, которые используются здесь. Настоящее исследование было разработано, чтобы позволить прямое сравнение между произвольным и непроизвольным вниманием, требующим относительно коротких интервалов между репликами и целевыми объектами.

Различия в нейронной реакции между произвольными и непроизвольными состояниями внимания хорошо согласуются с гипотезой о том, что они включают разные механизмы, и предполагают, как эти два типа внимания могут влиять на производительность и перцептивную обработку.Предыдущие подтверждения этой гипотезы можно найти как в поведенческих исследованиях, так и в работе с изображениями. RT-исследования показали, что эффекты непроизвольного внимания быстро рассеиваются и обращаются вспять при длительной асинхронности начала стимула-ориентир-цель, в то время как эффекты произвольного внимания на производительность остаются устойчивыми (Berger et al., 2005). Prinzmetal et al. (2005) предполагают, что есть несколько случаев, когда произвольное внимание влияет на точность, тогда как непроизвольное внимание не в идентичных условиях стимула. Исследования фМРТ также сообщают о различиях между произвольным и непроизвольным вниманием, в основном в спинных областях (Kincade et al., 2005). Зависящая от уровня кислорода в крови реакция на лица в веретенообразной области лица (Kanwisher et al., 1997) увеличивалась, когда целевое лицо было представлено в указанном месте по сравнению с необработанным местоположением, но только в том случае, если сигналы предсказывали местоположение цели ( М. Эстерман и В. Принцметал, неопубликованное наблюдение). Текущее исследование ЭЭГ дает представление о временной динамике произвольного и непроизвольного внимания и показывает, что реакция в гамма-диапазоне отражает произвольные сдвиги внимания.

Сноски

• Эта работа была поддержана грантом Национального института здравоохранения MH 64458 (L.C.R., S.B.). Мы благодарим Брайана Роуча за информативный методологический обмен, а также Майкла Оливера и докторов наук. Роберту Т. Найту и Александре Лист за полезные обсуждения. Мы также хотели бы поблагодарить Шерил Л. Ширли за ее помощь в сборе данных.

• ↵a Возможно, эта тенденция отражает косвенное влияние непроизвольного захвата на распределение внимания. В то время как непредсказуемые сигналы не вызывают активности гамма-диапазона, RT предполагают, что они действительно влияют на локус визуального внимания в пространстве (рис.1 b ) (значительный эффект валидности в условиях непрогнозируемой реплики). Следовательно, захват внимания, хотя и имеет разную временную динамику и, казалось бы, разные нейронные сигнатуры, может определять отправную точку, с которой начинается произвольный сдвиг внимания с целевым отображением. Этот счет post hoc и потребует дополнительных экспериментальных исследований.

• ↵b Временной ход произвольной модуляции ЭЭГ внимания, найденный здесь, согласуется с предыдущей работой по измерению устойчивых вызванных зрительных потенциалов в ответ на сигнал внимания в парадигме устойчивого внимания (Müller et al., 1998).

• Для корреспонденции обращаться к Айелет Ландау, Калифорнийский университет в Беркли, 3210 Tolman Hall, Berkeley, CA 94720-1650. ayelet {at} berkeley.edu

Frontiers | Добровольное и непроизвольное внимание при бистабильном зрительном восприятии: исследование MEG

1. Введение

Вильгельм Вундт был первым, кто еще в 1897 году предположил, что существуют две формы внимания: произвольная и непроизвольная (Wundt, 1897). В сообществе уже используется более чем оправданное количество терминов, которые частично совпадают с этими двумя формами внимания, например, эндогенный vs.экзогенное внимание, автоматическое или контролируемое внимание и притягивающее или выталкивающее внимание (Prinzmetal et al., 2005). Согласно Принцметалу и его коллегам, произвольное и непроизвольное внимание имеют разные функции и контролируются разными механизмами (Prinzmetal et al., 2005). Они предположили, что произвольное внимание влияет на перцептивное внимание и может повлиять как на точность, так и на время реакции (RT) экспериментов, тогда как непроизвольное внимание имеет дело с выбором ответа и проявляется только в RT-экспериментах.Чтобы изучить эти различия, Posner et al. (1978), Познер (1978), Познер и др. (1980), а Познер (1980) разработали задачу пространственной привязки. В их методе испытуемых просили обнаружить или идентифицировать периферический раздражитель. Участников заранее предупредили о возможном местонахождении стимула; в допустимых испытаниях метка указывала целевое местоположение, тогда как в случае недействительных испытаний метка указывала нецелевое местоположение. Поскольку участникам не разрешалось перемещать глаза в указанное место, наблюдаемые различия в производительности между валидными и недействительными испытаниями отражали различия во внимании, которые не зависели от фиксации.Позже Йонидес (1980) и Йонидес (1983) использовали эту парадигму для изучения разницы между произвольным и непроизвольным вниманием, изменяя «достоверность» сигнальной информации. Если общее количество допустимых испытаний для правильного местоположения стимула так же мало, как и для случайного распределения, в котором отсутствует полезное смещение для целевого местоположения, только непроизвольное внимание будет задействовано в наблюдении за периферическим стимулом. С другой стороны, при наличии большого количества валидных испытаний, в которых доступна правильная информация для отслеживания местоположения цели, будет задействовано как произвольное, так и непроизвольное внимание.

В 2005 г. Prinzmetal et al. (2005) представили идею улучшения канала и выбора канала, чтобы показать, как проявляются два вида внимания. Улучшение канала — это процесс, управляемый произвольным вниманием, который заставляет зрительную систему собирать больше информации из наблюдаемого стимула, чем из оставленного без внимания стимула, указанного информативными сигналами. Это изменяет перцептивное представление, так что наблюдатели имеют более четкое представление о стимуле, который они направляют на Prinzmetal et al.(1997a), Prinzmetal et al. (1997b) и Prinzmetal et al. (1998). Другие исследователи также подтвердили, что внимание к сигналу смещения улучшает воспринимаемый контраст как наблюдаемых, так и оставленных без внимания стимулов (Carrasco et al., 2004; Luck, 2004; Treue, 2004).

Существует общее мнение, что эффект Струпа изменяет выбор ответа, но не перцептивную репрезентацию (Virzi and Egeth, 1985; Baldo et al., 1998). Например, когда показано слово СИНИЙ, написанное красным, и задается вопрос о цвете, это приведет к конкуренции в выборе ответа, которая задерживает ответ, но не будет наблюдаться никаких изменений воспринимаемого цвета.Точно так же непроизвольное внимание может повлиять на RT, но не на точность обнаружения. Удобно, что несколько исследователей сообщили, что непроизвольное внимание к стимулу влияет только на выбор ответа (Ooi and He, 1999; Mitchell et al., 2004; Hancock and Andrews, 2007).

Следует отметить, что есть преимущество, что исследования точности и RT дают противоположные эффекты (Santee and Egeth, 1982; Mordkoff and Egeth, 1993; Moore and Egeth, 1998). В частности, Санти и Эгет (1982) рассмотрели парадигму избыточной целевой, в которой целевая буква повторяется на дисплее.Они обнаружили, что повторяющаяся цель ускоряет реакцию (Эриксен и Эриксен, 1974, 1979; Эриксен и Шульц, 1979), но снижает точность (Бьорк и Мюррей, 1977; Санти и Эгет, 1980). Это явление известно как эффект фланкера. Правильный выбор каналов записи также должен изменить точность обнаружения в целевой локации, которую посещают. Кроме того, это также может улучшить RT, поскольку информация, по-видимому, собирается быстрее в указанном месте, чем в необработанном месте. Более того, выбор канала связан с принятием решения при определении правильного целевого местоположения или выбора ответа и влияет только на эксперименты RT.

В этой статье мы изучаем произвольное и непроизвольное внимание, используя мультистабильное восприятие (Leopold and Logothetis, 1999), явление, при котором один и тот же стимул может восприниматься более чем одним способом. Что касается степеней свободы, простейшей формой мультистабильного восприятия является бистабильное восприятие: когда возможны две разные интерпретации одного и того же стимула. В результате обширных исследований по этой теме за последние два десятилетия было разработано множество описательных моделей (Moreno et al., 2007; Шпиро и др., 2009; Huguet et al., 2014; Дотов и др., 2019; Мейлихов и Фарзетдинова, 2019; Чхолак и др., 2020а). Было высказано предположение, что переключение между альтернативными восприятиями обусловлено либо случайными процессами в мозге (Moreno et al., 2007; Pisarchik et al., 2014) из-за случайной нейрофизиологической активности и нейронной адаптации (Huguet et al., 2014; Dotov et al., 2014). al., 2019), который определяется как медленная дестабилизация доминирующего в данный момент восприятия после продолжительной активности или из-за шума и адаптации (Shpiro et al., 2009; Huguet et al., 2014; Чхолак и др., 2020а). Каждое восприятие конкурирует с другим конкурирующим состоянием, в то время как доминирующее активное состояние имеет тенденцию подавлять альтернативное восприятие. Несколько исследователей также изучали модуляцию зрительного внимания в полосатой и экстрастриарной зрительной коре (Hillyard and Anllo-Vento, 1998; Mangun et al., 1998; Brefczynski and De Yoe, 1999; Ghandi et al., 1999; McAdams and Maunsell, 1999; Reynolds and Desimone, 1999, 2003; Reynolds et al., 2000; Treue, 2000; Martinez-Trujillo and Treue, 2002; Saenz et al., 2002). Приходит ли межгосударственное подавление до бинокулярного слияния, например, в первичной зрительной коре или латеральном коленчатом ядре (Blake, 1989; Lehky and Blake, 1991; Tong and Engel, 2001), или после бинокулярного слияния (Logothetis et al., 1996). ; Andrews and Purves, 1997) стал предметом многочисленных споров. Последнее предполагает, что существует конкуренция между высокоуровневыми представлениями стимулов в зрительных нейронах (Ooi and He, 1999; Hancock and Andrews, 2007).

Точно так же феномен визуального внимания основан на конкуренции одного объекта среди множества других конкурирующих альтернатив за усиленную перцептивную репрезентацию, как в случае произвольного внимания.Это приводит к предположению, что бистабильное восприятие и внимание могут быть взаимосвязанными процессами (Helmholtz, 1962; Leopold and Logothetis, 1999). Предыдущие исследования по этой теме проводились с использованием вызванных ответов, которые состояли из множества относительно коротких испытаний, а не одного длительного испытания. Настоящая работа, напротив, направлена ​​на характеристику произвольного и непроизвольного внимания с помощью зрительных реакций от относительно длительных (120 с) испытаний. Более того, непроизвольное внимание было обнаружено только в экспериментах по RT в режиме вызванного ответа.Вместо вызванной реакции мы используем давно захваченные зрительные сигналы, которые могут меняться по фазе и, следовательно, разблокируются во времени с началом стимуляции. Соответствующий ответ мозга обозначается как индуцированное поле зрения (VIF), в отличие от традиционно используемого индуцированного поля зрения (VEF). В первой части нашего эксперимента мы изучаем контролируемое (произвольное) внимание, когда испытуемых просят зафиксировать свое внимание на одной из двух возможных ориентаций куба Неккера, тогда как во второй части мы исследуем непроизвольное внимание, когда испытуемые не пытаются интерпретировать (контроль ) ориентация куба.Мы измеряем способность субъекта к вниманию в первой части и используем полученное понимание во второй части для оценки непроизвольного внимания на основе метода вейвлет-энергий. Наконец, мы характеризуем непроизвольное внимание с помощью распределения времени доминирования и изучаем его связь с производительностью произвольного внимания и шумом мозга.

2. Материалы и методы

2.1. Экспериментальная установка

Магнитоэнцефалографических данных (МЭГ) регистрировали с помощью МЭГ-системы Vectorview с цельной головкой (Elekta AB, Стокгольм, Швеция) с 306 каналами (102 магнитометра и 204 планарных градиентометра), которые были помещены внутри магнитоэкранированной комнаты (Vacuum Schmelze GmbH, Ханау). , Германия) в лаборатории когнитивной и вычислительной нейробиологии Центра биомедицинских технологий Мадридского технического университета, Испания.Дигитайзеры Fastrak (Polhemus, Колчестер, Вермонт) использовались для получения трехмерной формы головы с использованием примерно 300 точек на коже головы каждого испытуемого. Кроме того, для целей совместной регистрации были получены три реперных точки (назион, левая и правая предурикулярные). Была размещена вертикальная электроокулограмма, чтобы уловить моргание глаз. Однократная запись пустой комнаты продолжительностью более 2 минут выполнялась в каждый день эксперимента (День-1: 4 субъекта; День-2: 5 субъектов; День-3: 3 субъекта).Данные были отобраны с частотой 1000 Гц с помощью действующего полосового фильтра сглаживания от 0,1 до 330 Гц.

2.2. Участников

В экспериментальном исследовании приняли участие двенадцать здоровых субъектов (в возрасте 17–64 лет, шесть мужчин и шесть женщин) с нормальным зрением или зрением, скорректированным до нормального. Все субъекты предоставили письменное информированное согласие до начала эксперимента. Экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с Хельсинкской декларацией и одобрены Этическим комитетом Мадридского технического университета.

2.3. Зрительный стимул

Визуальный стимул представлял собой серое изображение куба Неккера на сером фоне, нарисованное на мониторе компьютера с частотой обновления 60 Гц и впоследствии проецируемое проектором цифровой обработки света на полупрозрачный экран, расположенный в 150 см от объекта (Рисунок 1). . Яркость пикселей на левой и правой лицевых гранях куба модулировалась синусоидальными сигналами с частотами 6,67 Гц (60/9) и 8,57 Гц (60/7) соответственно. Глубина модуляции составляла 100% относительно среднего уровня яркости пикселей по шкале серого (127 в 8-битном формате), т.е.е. яркость изображения менялась от черного (0) до серого (127). Синусоидальная форма и частоты модуляции были выбраны в предварительных экспериментах, где разные формы сигнала (синусоидальный, прямоугольный и треугольный) и разные частоты мерцания, которые являются целыми долями частоты кадров 60 Гц (т. Е. 60/2, 60/3, 60 / 4, 60/5, 60/6, 60/7, 60/8, 60/9, 60/10 и 60/12). Выбранные частоты дали лучшие метки в ответе мозга (Pisarchik et al., 2019a).

Рисунок 1 .Представлен визуальный стимул. Куб Неккера с мерцающими левой и правой гранями с частотой 6,67 и 8,57 Гц соответственно. Испытуемых просили зафиксировать взгляд на центральной красной точке.

Для проведения эксперимента, включая представление визуального стимула, мы разработали специальный алгоритм с использованием Cogent Graphics MATLAB Toolbox, общедоступного на GitHub ^® . Сбор данных производился с помощью программного обеспечения, поставляемого с системой Elekta-Neuromag, а временные метки, соответствующие началу предъявления визуальных стимулов, были отмечены в режиме онлайн с использованием параллельного порта.Код MATLAB также включал эти маркеры событий через соединение через параллельный порт. Дополнительные сведения см. В разделе о коде и совместном использовании данных.

2,4. Методика эксперимента

Испытуемые сидели в удобном кресле с откидывающейся спинкой, выпрямив ноги и положив руки на подлокотник спереди или на коленях. Перед экспериментом участников попросили удалить любые металлические предметы выше талии, такие как украшения, ремни и бюстгальтеры, а также обувь. Эксперимент начался с записи 2-минутной фоновой активности, когда испытуемый фокусировался на красной точке, расположенной в середине неподвижного (немигающего) изображения куба.Это испытание MEG послужило справочной информацией для дальнейших анализов.

Весь эксперимент включал в себя два этапа: произвольный контроль воспринимаемой ориентации куба и непроизвольное спонтанное переключение между двумя ориентациями куба. На первом этапе после 30-секундного отдыха и обучающего визуального сообщения мерцающий куб Неккера с двумя частотами отображался на экране 24 раза (по 5 с с интервалом 5 с между ними). В первых 12 испытаниях 9 из 12 участников просили интерпретировать куб как ориентированный влево.После 30-секундного отдыха и инструктивного визуального сообщения участникам было предложено интерпретировать следующие 12 кубиков как ориентированные вправо. Для трех испытуемых мы изменили порядок произвольного восприятия, попросив их интерпретировать первые 12 кубиков как ориентированные вправо, а следующие 12 кубиков как ориентированные влево. На этом завершился первый экспериментальный этап.

Вторая часть эксперимента началась с того же представления куба Неккера, но уже на 120 с. На этом этапе испытуемых проинструктировали не фиксировать внимание на какой-либо конкретной ориентации куба.Во всех экспериментах участников просили сосредоточиться только на красной точке в центре изображения. Это было сделано для того, чтобы изменения ориентации куба были вызваны не движениями глаз, то есть на уровне сетчатки, а зрительными нейронами более высокого уровня.

2,5. Визуально индуцированное поле (VIF)

В этой статье мы представляем новую меру зрительной реакции мозга, которая определяется как средняя активность мозга в зрительной коре в течение более продолжительного времени, чем временные интервалы временного вызванного ответа, которые не привязаны к фазе стимула.Традиционно используемое вызванное зрительное поле (ЗВП) привязано к стимулу по времени и, таким образом, усредняется зрительная активность мозга по испытаниям. Поскольку мы наблюдаем промежуточные фазовые сдвиги в экспериментах с большей продолжительностью (например, 120 с) в непредсказуемые моменты времени, усреднение по нескольким испытаниям невозможно. Хотя эта реакция вызвана стимулами, моменты ее начала и промежуточных фазовых сдвигов не фиксированы. Поэтому мы удачно назвали его вызванным зрительным ответом (VIR) в противоположность зрительному вызванному ответу (VER).Следует отметить, что VER в таких временных масштабах, усредненный по нескольким испытаниям, называется устойчивой визуальной вызванной реакцией (SSVER).

Мозг был нанесен на карту с использованием сетки из 15 004 точек, представляющих корковые источники. Есть несколько комбинаций, в которых эти многочисленные источники мозга могут производить наблюдаемую магнитную активность, регистрируемую 306 каналами MEG. Эта так называемая обратная задача некорректна и может быть решена только с помощью дополнительных предположений о нейронной системе, таких как минимизация полной энергии системы.Зависимая от глубины чувствительность и пространственное разрешение были нормализованы с использованием метода стандартизированной электромагнитной томографии низкого разрешения (sLORETA).

После совмещения стандартной анатомической магнитно-резонансной томографии (МРТ), предоставленной в Brainstorm (Tadel et al., 2011), с реперными точками, анатомия черепа была деформирована, чтобы соответствовать полученным точкам на коже черепа с помощью устройства Polhemus с погрешностью 2%. Мы использовали атлас Бродмана в Brainstorm, чтобы найти корковые источники, связанные с визуальными областями V1 и V2 на смоделированной кортикальной сетке (1227 точек).Затем реакция этих визуальных источников была усреднена для получения VIF для каждого испытания.

2.6. Спектральный анализ

Вейвлеты на основе Морле, построенные из материнского вейвлета с центральной частотой 1 Гц и полной шириной 12 с на полувысоте (FWHM), были использованы для получения временных рядов мощности вейвлета на второй гармонике частот мерцания. Частоты второй гармоники были точно настроены на основе спектра мощности сигналов VIF для каждого испытуемого.

2,7.Вейвлет-анализ

Частотно-временной анализ основан на непрерывном вейвлет-преобразовании (Павлов и др., 2012; Храмов и др., 2015)

W (f, t) = f∫t-4 / ft + 4 / fX (t) ψ * (f, t) dt, (1)

, где «*» обозначает комплексное сопряжение, а X ( t ) — анализируемый сигнал MEG. Комплексный вейвлет Морле выбран в качестве материнского вейвлета

. ψ (f, t) = fπ1 / 4eiω0f (t-t0) ef (t-t0) 2/2, (2)

, где ω ₀ = 2π f ₀ — центральная частота вейвлетов Морле и i = -1.Вейвлет-мощности Вт ( f ₁ , t ) и Вт ( f ₂ , t ), заданные уравнением (1), оценивались при частотах маркировки f ₁ = 13,33 Гц и f ₂ = 17,14 Гц (вторая гармоника частот мерцания) соответственно. Поскольку частотная характеристика затухает с увеличением частоты по правилу 1/ f , энергия вейвлета нормируется на соответствующий период модуляции (1/ f _{1, 2} ).Следовательно, временные ряды вейвлета умножаются на их определяющие частоты, чтобы получить

E1 = W (f1, t) f1 и E2 = W (f2, t) f2 (3)

, а разница между спектральными энергиями при f ₁ и f ₂ затем вычисляется как

и нормализовано до максимального абсолютного значения как

. ΔE¯ = ΔE / max | ΔE |. (5)

В нашем анализе мы усреднили E ₁ и E ₂ за время и по всем испытаниям отдельно для интерпретаций куба, ориентированного влево (P1L и P2L) и для ориентированного вправо (P1R и P2R). .Спектры мощности, усредненные по всем участникам, показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 . Спектры средней мощности. Фурье-спектры VIF, усредненные по всем объектам при восприятии немигающих (фон) (синий), ориентированных влево (красный) и вправо (зеленый) кубов.

Эволюция нормализованной разности энергий в уравнении (5) для типичных 5-секундных испытаний, соответствующих левой и правой ориентации куба для одного из испытуемых, показана на рисунке 3.

Рисунок 3 . Спектральная разница. Временной ряд нормализованной разности энергий (уравнение 5) для одиночных испытаний, соответствующих произвольному ориентированному влево восприятию куба (слева) и ориентации вправо (справа) .

Различия между энергиями вейвлетов при f ₁ и f ₂ , соответствующих левоориентированному и правому восприятию куба (D1,2 = P1,2L-P1,2R), означают смещение в спектральное отражение левой ориентации по сравнению с правой ориентацией, так что D ₁ должно быть выше, а D ₂ должно быть ниже.Разница между D ₁ и D ₂ определяет индекс производительности μ как

Показатель μ характеризует способность испытуемого добровольно придерживаться предсказанной ориентации куба. Подобно добровольному случаю, нормализованные временные ряды разницы энергий для обеих частот были оценены из VIF для непроизвольного восприятия. Однако, в отличие от добровольного дела, продолжительность судебного разбирательства была увеличена до 120 с.

2,8. Маркировка состояний восприятия

Чтобы определить момент переключения между двумя разными ориентациями куба, мы предлагаем метод, основанный на временных рядах мощности вейвлета.В нашем подходе ΔE¯, вычисленное по уравнению (5), проверяется на предмет значительных изменений выше порога, равного его стандартному отклонению δ:

Активное состояние определяется как ориентированное влево (Switch = 1), если ΔE¯> ​​δ, и как ориентированное вправо (Switch = 0), если ΔE¯ <-δ. Алгоритм устойчив к незначительным возмущениям и придерживается предыдущего состояния при -δ <ΔE¯ <δ. Типичные переключатели восприятия между двумя ориентациями куба показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 .Разница в спектральных энергиях. Временные ряды с отмеченными переключениями между непроизвольным левоориентированным и правым восприятием куба. Правая панель показывает увеличенную часть левого графика с отмеченными временами покоя T1 и T2.

2.9. Связанная с событием связность

Чтобы локализовать источники мозга во второй части эксперимента, мы рассчитали связность, связанную с событиями (ERC).

Чтобы уменьшить вычислительную нагрузку, мы сначала разделили 120-секундные испытания на сорок трехсекундных испытаний как для второй части эксперимента, так и для фоновых записей.Для каждого из испытаний с удалением для обоих экспериментальных условий, согласованность в квадрате величины между оцененным временным рядом источника (15004 сигнала) и синусоидальным сигналом на любой из частот мечения, т. Е. f ₁ или f ₂ , была оценена. После усреднения значений когерентности по всем сорока испытаниям была рассчитана разница между средней когерентностью во второй части эксперимента и фоном, которую назвали ERC. Таким образом, ERC был рассчитан по всем 15004 источникам мозга для создания тепловых карт для определения местоположения источника.Подробное описание метода см. В (Chholak et al., 2020b).

Карты ERC были оценены на обеих частотах тегирования, f ₁ и f ₂ , а затем усреднены для получения окончательной карты локализации источника.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Эксперимент-1: Добровольный контроль воспринимаемой ориентации куба

Мы видим, что для интерпретации куба, ориентированного влево, спектральная энергия выше при f ₁ , чем при f ₂ , тогда как для куба, ориентированного вправо, происходит обратная ситуация.Это можно увидеть на рисунке 2, где мы строим спектры мощности, усредненные по всем испытуемым во время испытаний, с ориентированным влево кубом, ориентированным вправо кубом и неподвижным кубом (фоном) без мерцания.

Следовательно, мы ожидаем, что преобладание левой ориентации над правой ориентацией, рассчитанное как разница между спектральными мощностями, соответствующими двум различным ориентациям куба, при f ₁ (или D ₁ ) будет положительный и выше, чем при f ₂ (или D ₂ ), который должен быть отрицательным и ниже D ₁ .Кроме того, разница между D ₁ и D ₂ будет означать способность произвольного внимания субъекта (μ) воспринимать обе ориентации куба, потому что причина для восприятия контраста между контролируемыми и необслуживаемыми стимулами. это произвольное внимание.

На рисунке 3 показаны типичные временные ряды разности спектральной мощности для частот левой и правой стороны во время произвольного внимания при ориентации левого и правого куба.В таблице 1 мы представляем преобладание левой ориентации над правой как для частот, так и для показателей произвольного внимания μ, рассчитанных по уравнению (6). В то время как спектральная разность D ₁ незначительно положительна, D ₂ в значительной степени отрицательна. Видно, что μ всегда положительно.

Таблица 1 . Преобладание интерпретаций куба, ориентированного на левую ( D ₁ ) над ориентированной на правую сторону ( D ₂ ) куба на f ₁ и f ₂ , соответственно, и произвольная производительность внимания (μ ).

Как обсуждалось во введении, влияние внимания на контрастную чувствительность хорошо задокументировано различными экспериментами. Остается вопрос, связано ли усиление контраста с усилением доминирующего стимула (Chong et al., 2005) или уменьшением доминирования необслуживаемого стимула (Carrasco et al., 2004; Hancock and Andrews , 2007). Многие исследования утверждают, что внимание повышает чувствительность восприятия (Prinzmetal et al., 1997a, 1998; Lu and Dosher, 1998; Carrasco et al., 2000; Cameron et al., 2002). В связи с этим были предложены две известные модели. Один из них предполагает, что внимание улучшает качество нейронной реакции на стимул (усиление сигнала) (Carrasco et al., 2000, 2002; Cameron et al., 2002), а другой предполагает, что внимание снижает реакцию на оставленный без присмотра стимул. (уменьшение внешнего шума) (Лу и Дошер, 1998; Baldassi, Burr, 2000). В своей новаторской работе Carrasco et al. (2004) продемонстрировали с помощью продуманного набора психофизических экспериментов на большом количестве испытуемых, что внимание увеличивает силу воспринимаемого стимула за счет уменьшения воздействия оставленных без присмотра стимулов.

Наши результаты также подтверждают механизм внимания внешнего шумоподавления в противоположность усилению сигнала. Когда субъект добровольно воздействует на куб, ориентированный влево по сравнению с кубом, ориентированным вправо, преобладание частоты сопровождаемого стимула f ₁ не увеличивается в такой степени, как уменьшается частота стимула, оставленного без присмотра ф ₂ . Таким образом, усиление контраста стимула, которому уделяется внимание, и стимула без присмотра, обусловленное произвольным вниманием, вызвано уменьшением доминирования стимула без присмотра.

Однако следует отметить, что Carrasco et al. (2000), Cameron et al. (2002) и Carrasco et al. (2002) работали с парадигмой преходящего внимания, которое внедрялось с помощью визуальных сигналов и длилось максимум 250 мс. В нашем исследовании испытуемых просили сохранять внимание в течение всего периода 5-секундных испытаний. Следовательно, описанный выше механизм верен не только для кратковременных ответов, но и для устойчивых долгосрочных ответов.

3.2. Эксперимент 2: Непроизвольное переключение между различными состояниями восприятия

Когда испытуемые спонтанно переключают свое внимание на любую из ориентаций куба, спектральное содержание VIF показывает узкие пики на частотах маркировки f ₁ и f ₂ и суммарных частотах мерцания ( f ₁ + f ₂ ) / 2 (рисунок 5).Это можно объяснить тем фактом, что во время восприятия любой из ориентаций куба центральный квадрат на пересечении обеих ориентаций мигает с частотой суперпозиции и, следовательно, присутствует во время восприятия любой ориентации.

Рисунок 5 . Непроизвольное внимание. (A) Средний спектр мощности VIF для всех испытуемых во время непроизвольного переключения между двумя ориентациями куба. (B, C) Распределения вероятностей времен доминирования для левого (T ₁ ) и правого (T ₂ ) куба ориентации.

Средние значения времен доминирования для обеих ориентаций схожи ( T _{a 1} = 4,097 мс, T _{a 2} = 5,124 мс), но любопытно, что наиболее вероятное или модальное время доминирования для левой ориентации ( T _{м 1} = 2,275 с) намного выше, чем для правой ориентации ( T _{м 2} = 0,424 с). Это, кажется, указывает на предвзятость в восприятии двух ориентаций куба, т.е.е., одна и та же стимуляция легче и чаще возбуждает левую ориентацию, чем правую.

На выбор восприятия могут влиять пространственные, зрительные или функциональные механизмы. В нашем исследовании оба восприятия куба были показаны обоими глазами, поэтому межглазная конкуренция не повлияла на выбор ориентации. Поскольку глаза испытуемого были зафиксированы на центральной красной точке, относительно которой симметрично располагались оба скелета куба, мы также можем исключить пространственное выделение.Наконец, черты обеих ориентаций были идентичны и появлялись на экране вместе резко, без каких-либо плавных переходов между ними. Следовательно, мы также можем исключить механизмы, основанные на функциях.

Другой возможной причиной предпочтения ориентации левого куба может быть то, что в нашей повседневной жизни мы чаще видим куб, ориентированный влево, и, следовательно, перцептивная стабильность ориентации левого куба выше (Chholak et al., 2020a ). Эта форма внимания в перцептивном отборе, которая не зависит от глазных, пространственных или основанных на особенностях механизмов, а зависит исключительно от репрезентативного объекта, которому она соответствует, называется объектным вниманием и, как было показано, определяет доминирование в бистабильном восприятии (Mitchell и другие., 2004).

Кроме того, мы локализовали источники мозга, усредняя карты ERC на частотах f ₁ и f ₂ . На рисунке 6 показана локальная активность мозга в зрительной коре одного из субъектов (Субъект-B). Интересно, что мы наблюдали сравнительно более сильную активацию в правом полушарии, что соответствует левому полю зрения. Эти результаты согласуются с предпочтением ориентации левого куба.

Рисунок 6 .Типичная карта локализации источника с использованием средней связности, связанной с событиями. Связанная с событием когерентность для обеих частот стимуляции вычисляется и усредняется, чтобы выявить источники мозга, активные во время спонтанного переключения между состояниями зрительного восприятия. Источники локализованы в зрительной коре.

На левой панели рисунка 7 показано среднее время модального доминирования T _{м 0} = ( T _{м 1} + T _{м 2} ) / 2 vs .произвольное выполнение внимания μ. Как уже отмечалось, только 10 из 12 субъектов участвовали во второй части эксперимента с дополнительным неплательщиком. Интересно, что более высокая активность внимания приводит к более короткому времени доминирования. Это соответствует нашей гипотезе, что для более высокого внимания требует более крупной нейронной сети для обработки информации и принятия решения , что, в свою очередь, увеличивает нейронный шум, поскольку задействовано большее количество синапсов и нейронов (Pisarchik et al., 2019b).Наконец, более сильный мозговой шум вызывает более частое переключение между состояниями восприятия или более частый выбор ответа и, следовательно, более короткое время доминирования.

Рисунок 7 . Связь времени доминирования с активностью внимания и шумом мозга. (A) Время доминирования по сравнению с показателем внимания с линейной аппроксимацией (среднеквадратичная ошибка: 0,168; F-статистика: 5,7; p -значение: 0,0484). (B) Время доминирования против шума мозга с линейной аппроксимацией (среднеквадратичная ошибка: 0.147; F-статистика: 8,95; p -значение: 0,0242.

Чтобы проверить эту гипотезу, мы оценили шум мозга, используя методологию, основанную на фазовой синхронизации (Boccaletti et al., 2018), как в эксперименте, описанном в нашей недавней статье (Pisarchik et al., 2019a). В отдельной серии экспериментов с мерцанием только одной грани куба мы измерили эксцесс распределений вероятностей разности фаз между второй гармоникой мерцающего сигнала ( f ₁ ) и VIF в затылочной коре.На правой панели рисунка 7 мы строим график зависимости среднего времени модального доминирования от шума мозга (в единицах обратного эксцесса). Мало того, что две кривые следуют схожей тенденции к снижению, но у субъектов с более высоким произвольным вниманием также примерно более высокий шум. Важно отметить, что шум мозга измерялся иначе, чем в эксперименте, описанном в этой статье. Тем не менее, можно предположить, что субъект с более высокими (Субъект-B) или более низкими способностями произвольного внимания (Субъект-I) уделял аналогичный уровень внимания во время последующего эксперимента по измерению шума в мозгу.Как и ожидалось, эти значения противоречат друг другу, что подтверждает нашу гипотезу о том, что более высокая производительность внимания связана с более сильным шумом мозга , потому что более крупная нейронная сеть участвует в обработке информации. Этот результат согласуется с теорией Биалека и ДеВиза (Bialek and DeWeese, 1995), которые предсказали, что «мозг всегда находит статистически оптимальную интерпретацию поступающих сенсорных данных».

4. Заключение

В этой статье мы предложили новые подходы к оценке эффективности внимания и классификации бистабильных состояний восприятия, основанные на вейвлет-преобразовании нейрофизиологической активности мозга.Это позволило нам оценить испытуемых по их способности добровольно уделять внимание данному объекту и игнорировать конкурирующие отвлекающие факторы. Благодаря неинвазивному характеру и относительно короткому времени проведения, его можно использовать в качестве скринингового теста для внимательных субъектов, как и тесты IQ, но с гораздо более коротким временем проведения.

Что касается возможных приложений, разработанный алгоритм для классификации бистабильных состояний может быть полезен для разработки новых неинвазивных интерфейсов мозг-компьютер в реальном времени из-за его быстрых вычислений и относительной простоты по сравнению с очень сложными методами классификации машинного обучения, которые требуют огромного времени вычислений и больших объемов данных.

Это перспективное направление исследований требует дальнейшего развития. Одним из возможных улучшений могло бы стать сочетание различных методов изучения зрительного внимания, например, анализ расширенного спектра, вызванного зрительными вызовами (Lalor et al., 2007) или методов слепого разделения источников (Tang et al., 2002). В частности, последний метод представляет собой модификацию независимого компонентного анализа, позволяющую собирать данные МЭГ во время когнитивных задач. Поскольку этот метод требует хорошей стабилизации головы, объединение слепой идентификации второго порядка с SSVEP будет простым.Фильтрация управляющих частот может позволить разделить сигнал, исходящий от разных частей мозга.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Заявление об этике

Исследования с участием людей были рассмотрены и одобрены этическим комитетом Мадридского технического университета. Пациенты / участники предоставили письменное информированное согласие на участие в этом исследовании.

Авторские взносы

Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее к публикации.

Финансирование

Экспериментальное исследование было поддержано Министерством экономики и конкурентоспособности Испании в рамках проекта SAF2016-80240. Анализ данных поддержан Российским научным фондом (грант № 19-12-00050). Эта рукопись была выпущена в качестве препринта на BioRxiv (Chholak et al., 2020c).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сноски

Список литературы

Бальдо, Дж. В., Шимамура, А. П., и Принцметал, В. (1998). Сопоставление символов с модальностями ответа: Влияние помех на задачи типа Струпа. Восприятие. Психофиз . 60, 427–437. DOI: 10.3758 / BF03206864

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бялек, В., и ДеВиз, М. (1995). Случайное переключение и оптимальная обработка при восприятии неоднозначных сигналов. Phys. Rev. Lett . 74, 3077–3080. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.74.3077

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боккалетти, С., Писарчик, А. Н., дель Генио, К. И., и Аман, А. (2018). Синхронизация: от связанных систем к сложным сетям . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. DOI: 10.1017 / 9781107297111

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кэмерон, Э.Л., Тай, Дж., И Карраско, М. (2002). Скрытое внимание влияет на психометрическую функцию контрастной чувствительности. Vis. Res . 42, 949–967. DOI: 10.1016 / S0042-6989 (02) 00039-1

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карраско М., Пенпечи-Талгар К. и Экштейн М. (2000). Пространственное скрытое внимание увеличивает контрастную чувствительность вдоль спинномозговой жидкости: поддержка усиления сигнала. Vis. Res . 40, 1203–1215. DOI: 10.1016 / S0042-6989 (00) 00024-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карраско, М., Уильямс, П., и Йешурун, Ю. (2002). Скрытое внимание увеличивает пространственное разрешение с масками или без них: поддержка усиления сигнала. Дж. Вис . 2, 467–479. DOI: 10.1167 / 2.6.4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чхолак П., Храмов А. Э., Писарчик А. Н. (2020a). Продвинутая модель восприятия, сочетающая шум мозга и адаптацию. Нелинейный динамик . 100, 3695–3709. DOI: 10.1007 / s11071-020-05741-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чхолак, П., Куркин, С., Храмов, А., Писарчик, А. (2020b). Связанная с событиями когерентность в зрительной коре и мозговом шуме: исследование MEG. заявл. Sci .

Google Scholar

Чолак П., Максименко В. А., Храмов А. Е., Писарчик А. Н. (2020c). Оценка произвольного и непроизвольного внимания при бистабильном зрительном восприятии: исследование МЭГ. bioRxiv . DOI: 10.1101 / 2020.02.18.953653

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дотов Д.Г., Турвей М.Т., и Фрэнк Т. Д. (2019). Воплощенные гештальты: нестабильные визуальные явления становятся стабильными, когда они являются стимулами для выбора конкурентных действий. Atten. Восприятие. Психол . 82, 2330–2342. DOI: 10.3758 / s13414-019-01868-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эриксен, Б.А., и Эриксен, К.В. (1974). Влияние шумовых букв на идентификацию целевой буквы в непоисковой задаче. Восприятие. Психофиз . 16, 143–149. DOI: 10.3758 / BF03203267

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эриксен, К.В. и Эриксен Б. А. (1979). Избыточность цели в визуальном поиске: повторы цели в отображении ухудшают обработку? Восприятие. Психофиз . 26, 195–205. DOI: 10.3758 / BF03199869

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эриксен, К. В., и Шульц, Д. В. (1979). Обработка информации в визуальном поиске: концепция непрерывного потока и результаты экспериментов. Восприятие. Психофиз . 25, 249–263. DOI: 10.3758 / BF03198804

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ганди, С.П., Хигер Д. Дж. И Бойнтон Г. М. (1999). Пространственное внимание влияет на активность мозга в первичной зрительной коре головного мозга человека. Proc. Natl. Акад. Sci. США . 96, 3314–3319. DOI: 10.1073 / pnas.96.6.3314

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хэнкок, С., и Эндрюс, Т. Дж. (2007). Роль произвольного и непроизвольного внимания в выборе доминирующего восприятия во время бинокулярного соперничества. Восприятие 36, 288–298. DOI: 10.1068 / p5494

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гельмгольц, Х.(1962). Трактат Гельмгольца по физиологической оптике . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Dover Publications ;.

Google Scholar

Хиллард, С.А., и Анлло-Венто, Л. (1998). Событийные потенциалы мозга в исследовании зрительного избирательного внимания. Proc. Natl. Акад. Sci. США . 95, 781–787. DOI: 10.1073 / pnas.95.3.781

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Храмов А.Е., Короновский А.А., Макаров В.А., Павлов А.Н., и Ситникова Е. (2015). Вейвлеты в неврологии . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк; Гейдельберг: Springer. DOI: 10.1007 / 978-3-662-43850-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Huguet, G., Rinzel, J., и Hupe, J.M. (2014). Шум и адаптация в мультистабильном восприятии: шум побуждает переключаться, адаптация определяет выбор восприятия. Восприятие 14:19. DOI: 10.1167 / 14.3.19

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йонидес, Дж.(1983). Далее к модели движения мысленного взора. Бык. Психон. Soc . 21, 247–250. DOI: 10.3758 / BF03334699

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лалор, Э., Келли, С., Перлмуттер, Б.А., Рейли, Р., и Фокс, Дж. (2007). Выделение эндогенных визуально-пространственных эффектов внимания с помощью новой техники визуально-вызванного анализа расширенного спектра (VESPA). евро. Дж. Neurosci . 26, 3536–3542. DOI: 10.1111 / j.1460-9568.2007.05968.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мангун, Г.Р., Буонокоре, М. Х., Джирелли, М., и Джа, А. П. (1998). ERP и fMRI меры визуального пространственного избирательного внимания. Hum. Brain Mapp . 6, 383–389. DOI: 10.1002 / (SICI) 1097-0193 (1998) 6: 5/6 <383 :: AID-HBM10> 3.0.CO; 2-Z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартинес-Трухильо, Дж. К. и Треуэ, С. (2002). Сила модуляции внимания в МТ кортикальной области зависит от контраста стимула. Neuron 35, 365–370. DOI: 10.1016 / S0896-6273 (02) 00778-X

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Макадамс, К.Дж. И Маунселл Дж. Х. Р. (1999). Влияние внимания на функции настройки ориентации отдельных нейронов в кортикальной области макака V4. Дж. Neurosci . 19, 431–441. DOI: 10.1523 / JNEUROSCI.19-01-00431.1999

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мордкофф, Дж. Т., и Эгет, Х. Э. (1993). Еще раз о времени отклика и точности: конвергентная поддержка интерактивной модели гонок. J. Exp. Психол . 19, 981–991. DOI: 10.1037 / 0096-1523.19.5.981

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Морено-Ботэ Р., Ринзель Дж. И Рубин Н. (2007). Индуцированные шумом изменения в модели аттракторной сети бистабильности восприятия. J. Neurophysiol . 98, 1125–1139. DOI: 10.1152 / jn.00116.2007

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Павлов А. Н., Храмов А. Е., Короновский А. А., Ситникова Е. Ю., Макаров В. А., Овчинников А. А. (2012).Вейвлет-анализ в нейродинамике. Phys. Успехи . 55, 845–875. DOI: 10.3367 / UFNe.0182.201209a.0905

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Писарчик А. Н., Чолак П., Храмов А. Е. (2019a). Оценка шума мозга по реакции МЭГ на мерцающую визуальную стимуляцию. Фракт Солитона Хаоса. Х . 1: 100005. DOI: 10.1016 / j.csfx.2019.100005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Писарчик А.Н., Хаймес-Реатеги Р., Магальон-Гарсия, К.Д. А., Кастильо-Моралес, К. О. (2014). Критическое замедление и индуцированная шумом перемежаемость бистабильного восприятия. Biol. Cybern . 108, 397–404. DOI: 10.1007 / s00422-014-0607-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Писарчик А.Н., Максименко В.А., Андреев А.В., Макаров В.В., Журавлев М.О., Фролов Н.С. и др. (2019b). Когерентный резонанс в распределенной корковой сети во время сенсорной информации. Научный сотрудник .9: 18325. DOI: 10.1038 / s41598-019-54577-1

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Познер, М. И. (1978). Хронометрические исследования разума . Хиллсдейл: Л. Эрльбаум.

Google Scholar

Познер, М. И., Ниссен, М. Дж., И Огден, В. К. (1978). «Обслуживаемые и автоматические режимы обработки: роль набора для пространственного местоположения», в Режимах восприятия и обработки информации , Х. Л. Пик, Э. Дж. Зальцман (Хиллсдейл, Нью-Джерси: Эрлбаум), 137–157.

Google Scholar

Prinzmetal, W., Amiri, H., Allen, K., and Edwards, T. (1998). Феноменология внимания: 1. Цвет, расположение, ориентация и пространственная частота. J. Exp. Психол . 24, 261–282. DOI: 10.1037 / 0096-1523.24.1.261

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Prinzmetal, W., Nwachuku, I., Bodanski, L., Blumenfeld, L., and Shimizu, N. (1997a). Феноменология внимания. 2. Яркость и контраст. Сознательное. Cogn .6, 372–412. DOI: 10.1006 / ccog.1997.0313

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Санти, Дж. Л., и Эгет, Х. Э. (1982). Измеряют ли время реакции и точность одни и те же аспекты распознавания букв? J. Exp. Psychol. Гул. Восприятие . 8, 489–501. DOI: 10.1037 / 0096-1523.8.4.489

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шпиро А., Морено-Ботэ Р., Рубин Н. и Ринзель Дж. (2009). Баланс между шумом и адаптацией в моделях конкуренции восприятия бистабильности. J. Comput. Neurosci . 27, 37–54. DOI: 10.1007 / s10827-008-0125-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тадель, Ф. Ф., Байе, С., Мошер, Дж. К., Пантазис, Д., и Лихи, Р. М. (2011). Brainstorm: удобное приложение для анализа МЭГ / ЭЭГ. Comput. Intel Neurosci . 2011: 879716. DOI: 10.1155 / 2011/879716

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан, А.С., Перлмуттер, Б.А., Малазенко, Н.А., Фунг Д. Б. и Риб Б. С. (2002). Независимые компоненты магнитоэнцефалографии: локализация. Нейронные вычисления . 14, 1827–1858. DOI: 10.1162 / 089976602760128036

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эффект трудности восприятия

Helmholtz, H. von. (1925). Руководство по физиологической оптике [Трактат

по физиологической оптике] (Том 3). Ланкастер, Пенсильвания: Оптическое общество

Америки.

Хендерсон, Дж.М. и Маккистан А. Д. (1993). Пространственное распределение

внимания по экзогенному сигналу. Восприятие и психофизика, 53,

221–230.

Хорстманн, Г. (2002). Доказательства захвата внимания удивительным синглом цвета

при визуальном поиске. Психологическая наука, 13, 499–505.

Йонидес, Дж. (1976, ноябрь). Произвольный или рефлексивный контроль движения мысленного взора

. Доклад, представленный на заседании Хономического общества Psy-

, Санкт-Петербург.Луи, штат Миссури.

Йонидес, Дж. (1980). К модели движения мысленного взора.

Канадский журнал психологии, 34, 103–112.

Йонидес, Дж. (1981). Произвольный или автоматический контроль над мысленным движением глаз

. В J. B. Long & A. D. Baddeley (Eds.), Attention и

performance IX (стр. 187–204). Хиллсдейл, Нью-Джерси: Эрлбаум.

Йонидес, Дж. (1983). Далее к модели движения мысленного взора.

Бюллетень Психономического общества, 21, 247–250.

Кингстон А., Смилек Д., Ристич Дж., Фризен К. К. и Иствуд Дж. Д.

(2003). Вниманию исследователей! Пора взглянуть на реальный мир.

Текущие направления психологической науки, 12 (5), 176–180.

Кляйн, Р. М., и Дик, Б. (2002). Временная динамика рефлексивного внимания

сдвигов: двухпотоковая последовательная визуальная презентация. Психологическая наука,

13, 176–179.

Кляйн, Р. М., и Тейлор, Т.Л. (1994). Категории когнитивного торможения

с привязкой к вниманию. В D. Dagenbach & T. Carr (Eds.), Inhibitors

процессов внимания, памяти и языка (глава 3, стр. 133–150).

Нью-Йорк: Academic Press.

Ламберт А. и Дадди М. (2002). Визуальное ориентирование с центральными и

периферийными прецедентами: устранение влияния эксцентриситета сигнала, различения сигналов

и пространственного соответствия Визуальное познание, 9,

303–336.

Лэнгтон, С. Р. Х., Уотт, Р. Дж., И Брюс, В. (2000). Это есть у глаз?

Подсказки к направлению общественного внимания. Тенденции в когнитивных науках,

4 (2), 50–59.

Лофтус, Г. Р., и Массон, М. Э. Дж. (1994). Использование доверительных интервалов в

внутрипредметных дизайнах. Psychonomic Bulletin & Review, 1, 476 — 490.

Lu, Z.-L., & Dosher, B. (1998). Внешний шум выделяет внимание

механизмов

. Vision Research, 38, 1183–1198.

Люс Р. Д. (1977). Дискриминационные процессы Терстона пятьдесят лет спустя.

Psychometrika, 42, 461–489.

Лак, С., Хиллард, С., Мулуа, М., и Хокинс, Х. (1996). Механизмы

визуально-пространственного внимания: распределение ресурсов или уменьшение неопределенности?

Журнал экспериментальной психологии: человеческое восприятие и исполнение —

mance, 27, 725–737.

Удача, С. Дж., И Томас, С. Дж. (1999). Какое разнообразие внимания автоматически захватывается периферийными сигналами? Восприятие и психофизика, 61,

1424–1435.

МакЛауд, К. М. (1991). Полвека исследований эффекта Струпа: интегративный обзор

. Психологический бюллетень, 109, 163–203.

McDonald, J. J., Teder-Saelejaervi, W. A., & Hillyard, S. A. (2000,

,

, 19 октября). Непроизвольная ориентация на звук улучшает зрительное восприятие.

Природа, 407, 906–908.

Мур К. М. и Эгет Х. (1998). Как внимание, основанное на особенностях, влияет на визуальную обработку

? Журнал экспериментальной психологии: Human Per-

ception and Performance, 24, 1296–1310.

Мур, К. М., Янтис, С., Воган, Б., и Хандверкер, Д. А. (нет данных).

Функциональное различие между пространственным и объектным визуальным представлением

Лекция. Неопубликованная рукопись.

Mordkoff, J. T., & Egeth, H. E. (1993). Время отклика и точность

Еще раз

: Конвергентная поддержка интерактивной модели гонок. Journal of

Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 19,

981–991.

Норман Д.А. и Боброу Д. Г. (1975). По данным и ресурсам —

ограниченных процессов. Когнитивная психология, 7, 44 — 64.

Пачелла, Р. Г. (1974). Интерпретация времени реакции в исследованиях обработки информации —

. В Б. Х. Кантовица (ред.), Обработка человеческой информации

: Учебные пособия по производительности и познанию (глава 2, стр. 41–

82). Хиллсдейл, Нью-Джерси: Эрлбаум.

Познер, М. И. (1978). Хронометрические исследования разума. Хиллсдейл, Нью-Джерси:

Эрлбаум.

Познер, М. И. (1980). Ориентация внимания. Ежеквартальный журнал экспериментальной психологии

, 32, 3–25.

Познер, М. И., и Бойс, С. Дж. (1971). Компоненты внимания. Психолог —

ical Review, 78, 391–408.

Познер, М. И., и Коэн, Ю. А. (1984). Компоненты визуального ориентирования. В

H. Bouma и D. Bouwhuis (Eds.), Attention & Performance X: Control

языковых процессов (стр. 531–556). Хиллсдейл, Нью-Джерси: Эрлбаум.

Познер, М. И., Коэн, Ю., и Рафаль, Р. Д. (1982). Управление нейронными системами

пространственной ориентации. Философские труды Королевского общества B,

298, 187–198.

Познер, М. И., Ниссен, М. Дж., И Огден, В. К. (1978). Обслуживаемый и

автоматические режимы обработки: роль набора для пространственного расположения. В Х. Дж.

Пик и Э. Зальцман (ред.), Режимы восприятия и обработки информации (стр. 137–158). Хиллсдейл, Нью-Джерси: Эрлбаум.

Познер, М. И., Снайдер, К. Р. Р. и Дэвидсон, Б. Дж. (1980). Внимание и обнаружение сигналов

. Журнал экспериментальной психологии: Общий, 109,

160–174.

Познер, М. И., Уокер, Дж. А., Фридрих, Ф. Дж., И Рафаль, Р. Д. (1984). Влияние

париетальной травмы на скрытую ориентацию внимания. Журнал Neuro-

science, 4, 1863–1874.

Prinzmetal, W. (в печати). Восприятие местоположения: притча из Секретных материалов. Per-

Воспитание и психофизика.

Prinzmetal, W., Amiri, H., Allen, K., & Edwards, T. (1998). Феномен внимания: I. Цвет, расположение, ориентация и «ясность». Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance,

24, 261–282.

Prinzmetal, W., Nwachuku, I., Bodanski, L., Blumenfeld, L., & Shimizu,

N. (1997). Феноменология внимания: II. Яркость и контраст.

Сознание и познание, 6, 372–412.

Prinzmetal, W., Park, S., & Garette, R. (2004). Автоматическое внимание и перцептивное представление

. Рукопись отправлена ​​в печать.

Prinzmetal, W., & Wilson, A. (1997). Влияние внимания на длину феномена

. Восприятие, 26, 193–205.

Рафаль Р., Хеник А. и Смит Дж. (1991). Экстрагеничный вклад в

рефлекторного зрительного ориентирования у нормальных людей: преимущество височного полушария.Журнал когнитивной нейробиологии, 3, 322–328.

Рафаль Р. Д., Познер М. И., Фридман Дж. Х., Инхофф А. В. и Бернштейн Е.

(1988). Ориентация зрительного внимания при прогрессирующем надъядерном параличе.

Мозг, 111, 267–280.

Раушенбергер Р. (2003). Захват внимания авто- и аллоком.

Psychonomic Bulletin & Review, 10, 814 — 842.

Ренсинк, Р. А., О’Реган, Дж. К., и Кларк, Дж. Дж. (1997). Видеть или не видеть:

Необходимость внимания, чтобы воспринимать изменения в сценах.Психологический

Наука, 8, 368 –373.

Ристич, Дж., Фризен, К. К., и Кингстон, А. (2002). Глаза особенные? Это

зависит от того, как на это смотреть. Психономический бюллетень и обзор, 9,

507–513.

Руз, М., & Лупианез, Дж. (2002). Обзор захвата внимания: об автоматизме

и чувствительности к эндогенному контролю. Psicologica, 23,

283–309.

Санти, Дж. Л. и Эгет, Х. Э. (1980). Вмешательство в идентификацию букв: тест

на специфическое ингибирование.Восприятие и психофизика, 27,

321–330.

Санти, Дж. Л. и Эгет, Х. Э. (1982). Время реакции и точность

91

ВНИМАНИЕ

Произвольная и непроизвольная ориентация внимания вызывает аналогичные латерализованные изменения альфа-активности и медленные сдвиги потенциала в зрительной коре

Abstract

Существует общее различие между эндогенным вниманием, которое относится к произвольная ориентация пространственного внимания в соответствии с текущими целями задачи и экзогенное внимание, которое представляет собой непроизвольную ориентацию на важные события независимо от текущих целей.Оба типа внимания могут облегчить сенсорную обработку информации в обслуживаемом месте, однако , как они влияют на визуальную обработку и влияют ли они на зрительно-корковую обработку аналогичным или различным образом, неизвестно. В настоящем исследовании мы стремились напрямую проверить этот вопрос, сравнивая связанные с событием потенциалы (ERP) и альфа-активность (колебания ~ 10 Гц) над зрительной корой во время интервала между меткой и целью серии аудиовизуальных задач по привлечению внимания.В двух внутрисубъектных экспериментах, включая здоровых участников мужского и женского пола, мы варьировали два основных аспекта, по которым обычно различаются произвольные и непроизвольные задачи на внимание: формат реплики (центральный или периферийный) и информативность реплики (пространственно-прогнозирующая или непредсказуемая). . Наши данные демонстрируют, что все эти сигналы вызывают латерализованные ERP над теменно-затылочной корой, а также запускают снижение затылочной альфа-активности над контралатеральными участками по отношению к местоположению указателя.Важно отметить, что величина и время действия этих нейронных эффектов значительно различаются в зависимости от формата сигнала и информативности, отражая динамику ранее описанных поведенческих эффектов. В то время как периферические сигналы вызывают быстрые изменения в зрительной коре головного мозга, эти изменения поддерживаются только тогда, когда сигнал является информативным относительно будущего местоположения цели. В целом эти данные предполагают, что произвольное и непроизвольное пространственное внимание поддерживается одними и теми же изменениями в зрительно-корковой обработке, сдвинутыми во времени.

Заявление о значимости Дихотомия между эндогенным и экзогенным вниманием — широко распространенная концепция в литературе по вниманию, однако очень мало исследований напрямую сравнивали, различаются ли и чем они с точки зрения их нейронного воздействия на визуальную обработку. Используя новую кросс-модальную парадигму подсказок, мы демонстрируем, что каждый из этих типов внимания вызывает аналогичные латерализованные изменения в зрительной коре в ответ на различные сигналы внимания, что подтверждается латерализованными ERP и осцилляторной альфа-активностью (~ 10 Гц).Важно отметить, что в соответствии с предыдущими поведенческими результатами, ход этих нейронных изменений во времени различается в зависимости от формата сигнала и информативности сигнала. В целом, это открытие подразумевает изменения в альфа-активности и латерализованные медленные волны ERP как универсальные показатели пространственного внимания.

Введение

Селективное пространственное внимание может быть развернуто эндогенно (т. Е. Добровольно), следуя целям и намерениям наблюдателя, или экзогенно (т. Е. Непроизвольно), посредством захвата внезапным событием в окружающей среде, таким как яркая вспышка или выдающийся звук (Reynolds & Chelazzi, 2004; Wright & Ward, 2008).Десятилетия исследований показали, что эндогенное и экзогенное внимание приводит к поведенческим преимуществам в обслуживаемом месте, что отражается в более высокой точности и более быстром времени отклика в задачах распознавания или обнаружения (Posner, 1980; Posner & Cohen, 1984; обзор см. В Carrasco, 2011). Однако эти поведенческие эффекты обычно возникают в разных временных масштабах: эндогенные преимущества внимания появляются медленно и сохраняются в течение длительного времени, а преимущества экзогенного внимания появляются быстро, но исчезают вскоре после этого (с возможностью последующих поведенческих издержек, т.е., запрет на возврат; Мюллер и Кролик, 1989; Накаяма и Маккебен, 1989; Кляйн, 2000). Из-за этих различий во времени и происхождении (внутренние цели и внешние события) часто предполагается, что эти два режима внимания принципиально различаются, включают разные нейронные субстраты (Corbetta & Shulman, 2002) и оказывают различное влияние на зрительное восприятие. корковая обработка (Hopfinger & West, 2006). Однако эндогенное и экзогенное внимание должны постоянно работать вместе, поскольку мы часто одновременно ориентируем свое внимание на физически значимую и поведенчески значимую информацию в нашем окружении.Соответственно, было бы полезно, чтобы оба типа внимания оказывали одинаковое влияние на зрительно-корковую обработку.

Предыдущее исследование предоставило некоторые доказательства того, как пространственное внимание влияет на сенсорную обработку для поддержки поведения. Например, несколько исследований показали, что эндогенное направление пространственного внимания усиливает зрительно-корковую обработку даже до появления целевого стимула. Есть два особенно сильных маркера этих инициируемых сигналом изменений нервной активности, наблюдаемых на электроэнцефалограмме (ЭЭГ).Один из них — это затылочный альфа-ритм, колебание 10 Гц, которое имеет тенденцию уменьшаться в затылочных областях, противоположных контролируемому месту, и увеличиваться в ипсилатеральных участках (Worden et al., 2000; Kelly et al., 2006; Thut et al., 2006; Грин и Макдональд, 2010). Другой нейронный маркер — это медленная волна в потенциале, связанном с событием (ERP), называемая поздней направленной позитивностью внимания (LDAP; Harter et al., 1989; Hopf & Mangun, 2000; Eimer, Van Velzen, & Driver, 2002). ; Грин и Макдональд, 2006).Оба этих латерализованных изменения в затылочной коре возникают относительно поздно после появления сигнала внимания (обычно на ~ 500-700 мс позже), предположительно делая их уникальными маркерами эндогенного внимания. Однако недавние исследования показывают, что периферические, непредсказуемые сигналы, обычно используемые для вызова экзогенных сдвигов пространственного внимания, также могут вызывать изменения затылочного альфа-ритма (Störmer et al., 2016; Feng et al., 2017) и запускать медленные положительные отклонения. в ERP (например, McDonald et al., 2013; Störmer, McDonald & Hillyard, 2019; Feng et al., 2014), возможно, напоминающие некоторые ЭЭГ-сигнатуры эндогенного внимания. Несмотря на это сходство, в настоящее время неясно, как эти нейронные показатели соотносятся друг с другом и с ориентацией внимания в более широком смысле, поскольку они изучались отдельно для разных участников и разных задач.

Здесь мы стремились напрямую проверить, вызывают ли эндогенное и экзогенное внимание аналогичные изменения в зрительно-корковой обработке до наступления цели, сравнивая ERP и альфа-активность в зрительной коре в течение интервала метка-цель задачи аудиовизуального внимания.Мы использовали слуховые сигналы для ориентации пространственного внимания, чтобы избежать каких-либо смешанных различий в низкоуровневой визуальной обработке, вызванной различными визуальными сигналами, что позволило нам изолировать нейронную активность, связанную с ориентацией пространственного внимания. В двух экспериментах с использованием внутрисубъектного дизайна мы варьировали два основных аспекта, по которым обычно различаются эндогенные и экзогенные задачи на внимание — формат сигнала (центральное или периферийное представление) и информативность сигнала (пространственное прогнозирование или непредсказуемое) — при этом все остальные параметры постоянны.В целом, наши результаты указывают на схожее влияние на зрительно-корковую обработку для обоих типов внимания в поддержку высоко кооперативной системы внимания, хотя временные ходы и величины этих эффектов существенно различаются.

Метод

Участники

Шестнадцать участников были включены в окончательную выборку эксперимента 1 (12 женщин; средний возраст 21,7 года) и еще 16 участников были включены в окончательную выборку эксперимента 2 (11 женщин; средний возраст 21 год). .9 лет). Для эксперимента 1 данные трех участников были исключены из-за чрезмерного количества артефактов на ЭЭГ (влияющих на> 33% испытаний). Данные от дополнительного участника были исключены из-за неспособности выполнить задание (участник сообщил, что видел две цели с ортогональной ориентацией в одном и том же месте, что привело к тому, что они сообщали о угадывании ориентации цели в каждом испытании). Для эксперимента 2 данные трех участников были исключены из-за производительности на уровне случайности или ниже во всех условиях (= / <~ 50% точности).Еще два участника не выполнили задачу ЭЭГ из-за неспособности подавить саккады к сигналу и / или цели в начальных практических задачах.

Все участники дали информированное письменное согласие, одобренное Программой защиты исследований на людях Калифорнийского университета в Сан-Диего, и получили оплату за свое время (10 долларов в час) или зачет курса. Все участники сообщили, что у них нормальное или скорректированное до нормального зрение и нормальный слух. Размеры выборки были выбраны априори на основании ряда других исследований, использующих аналогичные кросс-модальные парадигмы сигналов внимания (McDonald, Teder-Salejarvi, & Hillyard, 2000; Green & McDonald, 2006; Störmer, McDonald, & Hillyard, 2009; McDonald et al. al., 2013; Feng et al., 2014).

Стимулы и аппаратура

Участники сидели примерно в 45 см перед 24-дюймовым монитором в звукопоглощающей, электрически экранированной кабине. Стимулы были представлены на экране с помощью набора инструментов Psychophysics в MATLAB (Brainard, 1997; Pelli, 1997). Маленькая черная точка фиксации (0,5 ° x 0,5 ° угла обзора) всегда присутствовала в центре экрана, который в остальном был равномерно серым (RGB: 127, 127, 127). Черный кружок (0,1 ° x 0,1 °) появлялся вокруг точки фиксации в начале каждого испытания, чтобы указать участнику, что испытание началось.Мы выполнили три разные задачи в двух экспериментах, которые различались только типом подаваемых сигналов. В гибридных (периферийно-информативные реплики; эксперименты 1 и 2) и экзогенных (периферийно-неинформативные реплики; эксперимент 2) задачах на внимание реплики представляли собой всплески розового шума ~ 83 мс (0,5–15 кГц, 78 дБ УЗД), воспроизводимые от внешнего источника. динамики, установленные по обе стороны от монитора компьютера. Слуховые стимулы воспроизводились в стереофоническом режиме, и их амплитуда регулировалась, чтобы создать впечатление, что звуки исходят из возможных целевых мест на экране.В задаче на эндогенное внимание (центральные информативные сигналы; Эксперимент 1) сигналом внимания была либо развертка частоты вверх в диапазоне от 750 Гц до 1000 Гц, либо развертка частоты вниз от 1250 Гц до 1000 Гц, воспроизводимая обоими динамиками одновременно. время. Целью был участок Габора с пространственной частотой 1,3 цикла / градус, повернутый на -45 ° или 45 ° от вертикали. Контраст пластыря Габора определялся для каждого участника калибровочной задачи перед основным экспериментом (см. Ниже).Мишень была представлена ​​в одном из двух периферийных мест, обозначенных черным кругом с диаметром зрения 10 °, с центром под углом обзора 31 ° слева и справа от фиксации. Каждая цель сопровождалась маской визуального шума такого же размера.

Эксперимент 1 Процедуры

Все участники выполнили две кросс-модальные задачи на внимание, показанные на рисунке 1A: задачу на эндогенное внимание и задачу на гибридное внимание. В обоих этих заданиях участников просили следить за центральной точкой фиксации на протяжении каждого экспериментального блока.В начале каждого испытания вокруг центральной точки фиксации появлялся черный круг, указывая участникам, что испытание началось. После начала этого круга при переменной асинхронности начала стимула (SOA) от 1000 до 1300 мс, звуковой сигнал внимания продолжительностью 83 мс указывал местоположение последующей цели с 80% достоверностью (Posner, 1980). Участники были проинформированы о взаимосвязи между сигналом и местоположением цели и, таким образом, получили указание незаметно переключить свое внимание на сторону, на которую подается сигнал, в ожидании цели.После SOA метки-цели 983 мс цель-патч Габора, ориентированная на 45 ° по часовой стрелке или против часовой стрелки от вертикали, была представлена ​​в одном из двух периферийных местоположений в течение 53 мс и сразу же сопровождалась маской визуального шума в течение 100 мс. Шумовая маска всегда появлялась в месте нахождения цели, чтобы исключить неопределенность относительно того места, в котором появилась цель. После шумовой маски при ISI 300 мс черный круг, окружающий центральную точку фиксации, стал белым, что побудило участника ответить, в каком направлении была ориентирована цель.Участники составили этот отчет, используя клавиши «m» (по часовой стрелке) и «n» (против часовой стрелки).

Рисунок 1.

Общий план и выполнение задачи. (A) Участники распознали направление вращения (по часовой стрелке или против часовой стрелки) замаскированной мишени Габора. Перед появлением цели участникам предъявляли слуховой сигнал, который был либо информативным (действительным на 80%) относительно будущего местоположения цели после выполнения ~ 1000 мс SOA (эндогенные и гибридные задачи), либо представлялся случайным образом всего за 130 мс до цель (достоверно 50%; экзогенная задача).Этот звук был поднимающимся или опускающимся тоном в задаче на эндогенное внимание и боковым всплеском розового шума в гибридных и экзогенных задачах на внимание. (B) Точность распознавания цели, построенная как функция достоверности реплики для каждой из задач в Эксперименте 1 и Эксперименте 2, ясно показывает преимущество в точности в точках с указанием по сравнению с местоположением без отслеживания. Планки погрешностей представляют собой стандартную ошибку ± 1 от среднего.

Гибридная и эндогенная задачи на внимание различались только типом предъявляемого слухового сигнала.В гибридной задаче на внимание сигналом была вспышка розового шума, представленная левым или правым динамиком. Местоположение реплики указывало на то, где могла появиться цель. В задании на эндогенное внимание участникам предъявляли повышающий или понижающий тон в каждом испытании. Направление частотной развертки этого тона (вверх или вниз) указывало, где цель могла появиться в этом испытании (слева или справа; см. Störmer, Green, McDonald, 2009). Отображение направления развертки к местоположению этой реплики было уравновешено для всех участников, так что поднимающийся вверх тон указывал, что цель, вероятно, появится с правой стороны для половины участников и с левой стороны для оставшейся половины участников. участников.Эти различные форматы сигналов были выбраны для разделения предполагаемых эндогенных и экзогенных компонентов внимания; в то время как всплеск периферического шума включал аспекты как экзогенных, так и эндогенных задач пространственного внимания (т. е. представленных периферией и пространственно предсказывающих), центрально представленный широкий тон включал аспекты только традиционных эндогенных задач пространственного внимания (например, центральные символические сигналы, которые являются пространственно прогнозируемыми). Все типы испытаний были перемешаны случайным образом, но задача была выполнена (гибрид vs.эндогенный) был заблокирован, а порядок между участниками уравновешивался, так что половина участников начинала с задачи на эндогенное внимание, а оставшаяся половина — с задачи гибридного внимания. Участники выполнили 7 последовательных блоков по 48 испытаний для каждой задачи (всего 14 блоков) после выполнения 32 практических испытаний в каждой задаче. Дополнительный короткий практический блок (24 испытания) был выполнен перед заданием на эндогенное внимание, чтобы ознакомить участников с символическими слуховыми сигналами.В этом практическом задании участникам были представлены звуковые сигналы с восходящим и нисходящим движением, и их попросили указать сторону, на которой сигнал указывает на вероятность появления цели при отсутствии какой-либо визуальной информации на экране.

Перед выполнением экспериментальных заданий сложность задания была скорректирована для каждого участника с использованием процедуры пороговой обработки, которая изменяла контраст целевого патча Габора для достижения точности около 75% (например, QUEST; Watson & Pelli, 1983). В этой задаче определения порога участники различали направление патча Габора, ориентированного на 45 °, в отсутствие каких-либо звуков.Каждый участник выполнил 72 попытки задания порога, и индивидуальные пороги контрастности использовались для основного эксперимента.

Процедуры эксперимента 2

Участники выполняли как гибридные, так и экзогенные задачи на внимание в эксперименте 2. Задача на гибридное внимание была идентична задаче, описанной в Exp. 1 процедура. Задача на экзогенное внимание отличалась от задачи на гибридное внимание по трем параметрам. Во-первых, вместо того, чтобы быть информативным относительно того, где появится будущая цель, сигнал экзогенной задачи на внимание был представлен случайным образом слева или справа и не нес никакой пространственной информации о цели.Следовательно, участникам было приказано игнорировать сигнал, потому что он не будет информативным для задания. Во-вторых, асинхронность начала стимула (SOA) в экзогенной задаче была намного короче, чем в гибридной задаче на внимание (130 мс против ~ 1000 мс), чтобы исключить любые эффекты эндогенного внимания и максимизировать эффекты экзогенного внимания. внимание. В-третьих, цель была представлена ​​только в 50% случайно выбранных испытаний в задаче на экзогенное внимание. Это было сделано для того, чтобы разделить нейронную активность, вызванную неинформативным периферийным сигналом и целью, которая в противном случае перекрывалась бы при коротком SOA.Этот дизайн позволил нам изолировать нейронную активность, вызванную сигналом, без искажения активности, вызванной визуальной мишенью. Таким образом, анализ поведенческих характеристик проводился только в тех испытаниях, в которых появилась цель, а анализ активности ЭЭГ проводился только в испытаниях, в которых цель не появлялась (т. Е. В испытаниях, содержащих только реплики). В испытаниях, в которых мишень не была представлена, участников просили следить за центральной точкой фиксации и готовиться к следующему испытанию.Все типы испытаний были случайным образом смешаны в каждом экспериментальном блоке. Задача гибридного внимания состояла из 7 последовательных блоков по 48 испытаний в каждом, тогда как задача экзогенного внимания состояла из 7 последовательных блоков по 96 испытаний в каждом, чтобы собрать сопоставимое количество эпох ERP и поведенческих испытаний для анализа по обеим задачам. Обратите внимание, что каждый экспериментальный блок занимал примерно одинаковое количество времени, поскольку время испытания было намного короче в задаче на экзогенное внимание.Перед выполнением любой из задач сложность задачи была скорректирована для каждого участника с помощью процедуры определения порога, описанной в Exp. 1. Следуя этой пороговой процедуре, участники выполняли гибридные и экзогенные задачи на внимание в порядке, уравновешенном для всех участников. Перед выполнением каждого задания участники выполнили 32 практических испытания.

Запись и анализ ЭЭГ

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) записывалась непрерывно с 32 электродов Ag / AgCl, установленных в эластичном колпачке, и усиливалась усилителем ActiCHamp (BrainProducts, GmbH).Электроды располагали по системе 10-20. Горизонтальная электроокулограмма (HEOG) была записана с двух дополнительных электродов, помещенных на внешние уголки глазного яблока, которые были заземлены с помощью электрода, размещенного на шее участника. Вертикальную электроокулограмму измеряли на электродах FP1 или FP2, расположенных над левым и правым глазом соответственно. Все электроды скальпа были привязаны к правому сосцевидному отростку онлайн и были оцифрованы с частотой 500 Гц.

Непрерывные данные ЭЭГ фильтровались с полосой пропускания (масляный фильтр) 0.01-112,5 Гц в автономном режиме. Данные имели период от -1000 мс до +2000 мс относительно начала слухового сигнала. Испытания, связанные с морганиями, движениями глаз или мышцами, были исключены из анализа. Артефакты были обнаружены во временном окне от -800 до 1100 мс за два шага. Во-первых, мы использовали автоматизированные процедуры, реализованные в ERPLAB (Lopez-Calderon & Luck, 2014; размах для морганий и пошаговая функция для обнаружения горизонтальных движений глаз в канале HEOG). Во-вторых, для каждого участника каждую эпоху визуально проверяли, чтобы проверить автоматизированную процедуру, и испытания, выбранные для отклонения, были обновлены (см., Störmer, Alvarez, & Cavanagh, 2014). Данные без артефактов были повторно привязаны в цифровом виде к левому сосцевидному отростку. Для эндогенных и гибридных задач на внимание все испытания были включены в анализ ЭЭГ. Для задачи экзогенного внимания были включены только испытания без целевых стимулов, чтобы избежать перекрытия нейронной активности, вызванной мишенью, с нейронной активностью, вызванной сигналом.

ERP, вызванные левыми и правыми всплесками шума, усреднялись отдельно и затем коллапсировали по позиции звука (слева, справа) и полусфере записи (слева, справа), чтобы получить формы волны, записанные ипсилатерально и контралатерально относительно звука.ERP, вызванные центральными сигналами (восходящими и нисходящими тонами), были усреднены отдельно для условий присутствия-левого и правого, а затем также схлопывались по полушарию и полушарию. ERP были отфильтрованы нижними частотами (отсечка по половине амплитуды при 25 Гц; наклон 12 дБ / октава) для удаления высокочастотного шума. Средние амплитуды для каждого участника и состояния измерялись относительно периода предварительного стимула 200 мс (от -200 до 0 мс от начала сигнала), а средние амплитуды статистически сравнивались с использованием как дисперсионного анализа с повторными измерениями (ANOVA), так и парных t-критериев. (контралатеральный vs.ипсилатеральный к обслуживаемому месту). Наш анализ был сосредоточен на двух компонентах ERP, которые ранее были связаны с экзогенным и эндогенным пространственным вниманием. В частности, мы исследовали звуко-вызванную контралатеральную окципитальную позитивность (ACOP) как показатель экзогенного внимания (McDonald et al., 2013) и позднюю направленность внимания (LDAP) как признак эндогенного внимания (Harter et al. ., 1989; Eimer et al., 2002; Green & McDonald, 2006). Точные временные окна и места расположения электродов для каждого анализа ERP были выбраны априори на основе предыдущих исследований и согласованы во всех анализах.Оба компонента ERP были измерены на одних и тех же четырех участках теменно-затылочного электрода (PO7 / PO8 / P7 / P8), но в разных временных окнах. ACOP измерялся в диапазоне 260–360 мс (McDonald et al., 2013), а LDAP — в диапазоне от 500 до 800 мс (Green & McDonald, 2006). Дополнительные попарные сравнения (контралатеральные и ипсилатеральные) были выполнены на последовательных 50 мс секциях ERP, чтобы лучше охарактеризовать временной ход этих положительных отклонений в каждой задаче (см. McDonald & Green, 2008; Störmer et al., 2009).

Для частотно-временного анализа каналы кожи головы были проанализированы с помощью сложных вейвлетов Морле перед усреднением, следуя методам Lakatos et al. (2004) и Торренс и Компо (1998). Спектральные амплитуды рассчитывались с помощью четырехпериодных вейвлетов на 60 различных частотах, линейно возрастающих от 2 до 40 Гц отдельно для каждого электрода, момента времени (каждые 2 мс), состояния внимания (слева, справа) и участника. Затем спектральные амплитуды усреднялись по испытаниям отдельно для каждого условия и участника, и средняя базовая линия от –350 до –150 мс от начала сигнала вычиталась из каждой временной точки для каждой частоты отдельно (Pitts, Padwal, Fennelly, Martínez, & Hillyard, 2014; Störmer et al., 2016). Затем средние спектральные амплитуды, вызванные левыми и правыми всплесками шума (экзогенные и гибридные задачи на внимание) и центральными тонами, направленными влево и вправо (задача эндогенного внимания), были объединены в указанном месте (слева, справа) и в боковом положении электрода ( слева, справа), чтобы выявить индуцированные вниманием модуляции на ипсилатеральной и контралатеральной локализации. Статистический анализ был сосредоточен на модуляциях амплитуды альфа-диапазона в диапазоне 8-13 Гц на участках теменно-затылочных электродов (PO7 / PO8 / P7 / P8) и в те же интервалы времени, что и ACOP (260-360 мс) и Компоненты LDAP (500-800 мс).Повторяя анализ ERP, попарные сравнения выполнялись на последовательных 50 мс секциях средних значений амплитуды альфа-диапазона (т.е. средней амплитуды колебательной активности на 8-13 Гц) ипсилатерального и контралатерального полушарий в каждой задаче. Обработка данных проводилась с использованием наборов инструментов EEGLAB (Delorme & Makeig, 2004) и ERPLAB (Lopez-Calderon & Luck, 2014) и специально написанных скриптов в MATLAB (The MathWorks, Natick, MA).

Топографические карты

Чтобы проиллюстрировать распределение скальпа различных ERP и частотно-временных показателей, мы создали топографические карты, используя сплайн-интерполяцию разностей напряжений между контралатеральным и ипсилатеральным полушариями для каждого интересующего временного окна.В частности, контрлатеральные-минус-ипсилатеральные ERP и разница альфа-активности были рассчитаны для гомологичных участков левого и правого электродов (например, PO7 и PO8), при этом значения на участках электродов средней линии (например, POz) были установлены на ноль (Störmer et al. , 2009). Эти топографии разностного напряжения проецировались на правую сторону головы.

Статистический анализ

Поведение было проанализировано путем сравнения точности (% правильных) в задаче распознавания Габора отдельно для случаев, когда пластырь Габора появлялся в указанном месте (действительные испытания) ив непроверенном месте (недействительные испытания). Поведенческие данные и данные ЭЭГ были статистически проанализированы с использованием парных t-критериев и ANOVA с повторными измерениями (альфа = 0,05) с использованием MATLAB (The MathWorks, Natick, MA). Чтобы контролировать ложные результаты при анализе данных ЭЭГ во временном окне, статистическая разница между активностью каждого полушария во временном окне считалась достоверной, только если она была значимой и являлась частью кластера из четырех или более значимых временные окна (т. е. было 4 или более последовательных временных окна с p <.05; Удача, 2014).

Результаты

Exp. 1 Поведение

Как показано на Рисунке 1B, точность была выше после действительных и недействительных сигналов как в задаче на эндогенное, так и в гибридной задаче на внимание в Эксперименте 1. Чтобы подтвердить присутствие этого преимущества поведенческой подсказки в каждой задаче, двусторонняя Был выполнен дисперсионный анализ ANOVA с повторными измерениями с факторами достоверности сигнала (действительный или недействительный) и задачи (эндогенный или гибридный). Не было значимого основного эффекта задачи, F (1, 15) = 0.15, p = 0,70, η ² <0,001, но был значительный основной эффект достоверности реплики, F (1, 15) = 39,39, p <0,001, η ² = 0,28, это указывает на то, что точность была значительно выше после действительных по сравнению с недействительными сигналами. Интересно, что величина наблюдаемых поведенческих преимуществ была больше в гибридной задаче на внимание, чем в эндогенной задаче на внимание, о чем свидетельствует значительное взаимодействие между достоверностью сигнала и задачей, F (1, 15) = 5.91, p = 0,03, η ² = 0,03. Последующие t-тесты подтвердили, что точность была выше после достоверных, чем недействительных сигналов как в эндогенной задаче, t (15) = 3,45, p = 0,004, d = 0,86, и гибридной задаче на внимание, t (15) = 6,12, p <0,001, d = 1,53.

Exp. 1 ERP, вызванные меткой

Как показано на рисунке 2A, форма волны ERP, противоположная указанному местоположению, была более положительной, чем форма волны ипсилатеральному местоположению с указанием во время и после временного окна ACOP (260-360 мс) в гибридном задача внимания.И наоборот, эта ранняя позитивность отсутствовала в задаче на эндогенное внимание. Чтобы обеспечить статистическую поддержку этих наблюдений, двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями с факторами полушария (ипсилатеральный против контралатерального) и задачи (эндогенный против гибридного) был выполнен на форме волны ERP во время временного окна ACOP. Этот анализ выявил значительный главный эффект полушария, F (1, 15) = 11,99, p = 0,004, η ² = 0,02 и задачи, F (1, 15) = 26.78, p = <0,001, η ² = 0,14, а также значимое взаимодействие между полушарием и задачей, F (1, 15) = 21,76, p <0,001, η ² = 0,02 , что указывает на то, что основные эффекты были вызваны различиями в величине ACOP между задачами. Последующие t-тесты, сравнивающие величину ипсилатеральных и контралатеральных сигналов ERP в каждой задаче, показали наличие ACOP в гибридной задаче на внимание, t (15) = 4.52, p <0,001, d = 1,13, но не задача эндогенного внимания, t (15) = 0,08, p = 0,94, d = 0,02.

Рис. 2.

Формы сигналов и топографии общего среднего ERP. ERP на затылочных участках кожи головы (PO7 / PO8 / P7 / P8) коллапсировали в условиях левого и правого сигналов, а также в левом и правом полушариях, чтобы получить формы волны, записанные ипсилатерально и контралатерально относительно указанного места. Априори определенные временные окна ACOP и LDAP выделены темно-серым и светло-серым цветом соответственно.Статистически значимые (p ≤ 0,05) различия между контрлатеральными и ипсилатеральными формами волны обозначены фиолетовым цветом под осью времени. На топографических картах напряжения показаны амплитуды контралатеральной минус-ипсилатеральной разницы ERP, спроецированные на правую сторону волосистой части головы во время временных окон ACOP и LDAP. (A) Значительная поздняя позитивность (то есть LDAP), противоположная указанному местоположению, наблюдалась в ответ на символические, центральные сигналы задачи эндогенного внимания в Эксперименте 1.Более ранняя контралатеральная позитивность (то есть ACOP) наблюдалась в ответ на информативные периферические сигналы гибридной задачи на внимание. (B) Значительная ранняя контралатеральная позитивность (то есть ACOP) наблюдалась в ответ на информативные периферические сигналы гибридной задачи на внимание, а также неинформативные периферические сигналы задачи экзогенного внимания из Эксперимента 2. LDAP не наблюдался в задания, содержащие периферийные звуки.

И наоборот, как видно на рисунке 2а, более поздняя контралатеральная vs.Ипсилатеральная положительность (то есть LDAP) была очевидна только в форме волны ERP задачи эндогенного внимания. Чтобы проверить наличие LDAP в каждой задаче, двухсторонний дисперсионный анализ с повторными измерениями с факторами полушария (ипсилатеральный или контралатеральный) и задачи (эндогенный или гибридный) был выполнен на форме волны ERP во время временного окна LDAP ( 500-800 мс). Анализ показал, что не было значимого главного эффекта задачи, F (1, 15) = 0,16, p = 0,70, η ² <0.001, ни взаимодействие между задачей и полушарием, F (1, 15) = 1,48, p = 0,24, η ² = 0,002. Однако этот анализ выявил незначительный основной эффект полушария, F (1, 15) = 3,82, p = 0,07, η ² = 0,01. Чтобы дополнительно исследовать этот предельный эффект, были выполнены последующие t-тесты, сравнивающие ипсилатеральные и контралатеральные формы волны ERP в течение временного окна LDAP для каждой задачи. Эти сравнения показали, что в гибридной задаче на внимание не было надежного LDAP, t (15) = 0.60, p = 0,56, d = 0,15, но указывает на наличие значимого LDAP в задаче целевого внимания, t (15) = 2,54, p = 0,02, d = 0,64. В целом, эти результаты указывают на то, что значительная контралатеральная позитивность возникла быстро после информативного периферического сигнала гибридной задачи на внимание (например, ACOP), и что аналогичная, хотя и меньшая, контралатеральная позитивность возникла в более поздних временных рамках (например, LDAP) следуя информативному, центральному сигналу задачи эндогенного внимания.

Для более подробного изучения динамики каждого положительного результата были выполнены попарные сравнения последовательных 50-миллисекундных отрезков ипсилатеральных и контралатеральных сигналов ERP каждой задачи. Эти сравнения указали на наличие значимого положительного результата от 200 до 550 мс в гибридной задаче на внимание (т. Е. ACOP; все p с <0,02) и значительного положительного результата от 500 до 700 мс (то есть LDAP; все ). p s <0,03) в задаче на эндогенное внимание.

Exp. 1 Вызванные сигналом альфа-колебания

Как показано на графиках контралатеральных минус-ипсилатеральных различий на рис. 3А, как эндогенные, так и гибридные задачи внимания вызвали латерализованные изменения амплитуды альфа-частоты, так что было большее уменьшение альфа-амплитуды по сравнению с полушарие, контралатеральное относительно ипсилатерального по отношению к месту нахождения. Во-первых, чтобы исследовать динамику этой латерализованной альфа-колебательной активности в каждой задаче, парные сравнения были выполнены на последовательных 50 мс секциях средних значений амплитуды альфа-диапазона ипсилатерального и контралатерального полушарий в каждой задаче.Этот анализ выявил значительные различия в альфа-активности между двумя полушариями в задаче на эндогенное внимание от 650 до 900 мс (все p s <0,04), с незначительно незначительной альфа-активностью от 900 до 1000 мс (все p ). s <0,09). Однако в задаче гибридного внимания значительная латерализованная альфа-активность присутствовала намного раньше, продолжительностью от 150 до 1000 мс (все p s <0,04). Во-вторых, чтобы сравнить величину этой латерализованной альфа-активности в разных задачах, были выполнены попарные сравнения значений разности альфа-амплитуд (контралатеральная минус ипсилатеральная альфа-амплитуда) каждой задачи в заранее определенных временных окнах ACOP (260 - 360 мс) и LDAP (500-800 мс).Эти сравнения показали, что амплитуда латерализованной альфа-активности была выше у гибрида, чем эндогенная задача на внимание в раннем временном окне, t (15) = 2,69, p = 0,02, d = 0,67; эта разница оставалась численно присутствующей в более позднем временном окне (500-800 мс), но тогда была незначительной, t (15) = 1,92, p = 0,07, d = 0,48. В целом, эти результаты показывают присутствие латерализованной альфа-активности после информативных сигналов, причем эта активность проявляется быстрее и с большей степенью после периферической vs.центральные информационные сигналы.

Рисунок 3.

График средней частоты по времени контралатеральной минус-ипсилатеральной активности над теменно-затылочным скальпом (PO7 / PO8 / P7 / P8) показывает четкие латерализованные изменения альфа-диапазона (8–13 Гц). На оси времени нанесены статистически значимые (p ≤ 0,05; темно-фиолетовые прямоугольники) и почти значимые (p ≤ 0,10; светло-фиолетовые прямоугольники) различия между контралатеральной и ипсилатеральной альфа-амплитудой. Топографические карты напряжения показывают противоположные-минус-ипсилатеральные разности амплитуды альфа-диапазона, проецируемые на правую сторону волосистой части головы, в течение заранее определенных временных окон ACOP и LDAP.(A) Латерализованное и устойчивое уменьшение контралатеральной (относительно ипсилатеральной) амплитуды альфа-диапазона возникло как после символических, центральных сигналов задачи эндогенного внимания, так и информативных периферических сигналов гибридной задачи на внимание из Эксперимента 1. (B) уменьшение амплитуды альфа-диапазона возникало быстро после как информативных, периферических сигналов гибридной задачи на внимание, так и неинформативных периферийных сигналов экзогенной задачи на внимание из Эксперимента 2.Топографические карты показывают четкий контралатеральный затылочный фокус альфа-изменений при любых условиях.

Exp. 2 Поведение

Как показано на рисунке 1B, точность была выше после достоверных и недействительных сигналов как в экзогенных, так и в гибридных задачах на внимание Эксперимента 2. Следуя стратегии анализа Эксп. 1, был выполнен двухфакторный дисперсионный анализ ANOVA с повторными измерениями с факторами достоверности реплик (действительный или недействительный) и задачи (экзогенный или гибридный). Этот анализ выявил значительный главный эффект достоверности реплики, F (1, 15) = 33.42, p <0,001, η ² = 0,09, подтверждая, что более высокая точность после действительных, чем недействительных сигналов была надежной. Не было основного эффекта задачи, F (1, 15) = 1,38, p = 0,26, η ² = 0,02, ни взаимодействия между достоверностью сигнала и задачей, F (1, 15) = 0,00, p = 0,95, η ² <0,001, что указывает на то, что ни общая производительность задачи, ни величина наблюдаемых поведенческих подсказок не различались между задачами.Чтобы согласовать анализы с Exp. 1, мы также провели последующие парные t-тесты, которые подтвердили, что точность была выше после достоверных, чем недействительных сигналов в обоих экзогенных, t (15) = 3,87, p = 0,002, d = 0,97 и гибридные задачи на внимание, t (15) = 3,24, p = 0,006, d = 0,81.

Exp. 2 ERP, вызванные сигналом

Как показано на рисунке 2B, сигналы ERP были более положительными в противоположном полушарии, чем в противоположном полушарии.ипсилатеральный по отношению к указанному местоположению во время и после временного окна ACOP (260 — 360 мс) как экзогенных, так и гибридных задач на внимание, аналогично гибридной задаче в эксперименте 1. Двусторонний дисперсионный анализ ANOVA с повторными измерениями с факторами полушария (ипсилатеральное против контралатерального) и задача (экзогенная или гибридная) выполнялась на сигналах ERP во время временного окна ACOP. Этот анализ выявил главный эффект полушария, F (1, 15) = 20,88, p <0,001, η ² = 0.07, что указывает на значительную разницу между амплитудой ипсилатеральной и контралатеральной форм волны (т. Е. ACOP). Величина ACOP была сопоставима для обеих задач, поскольку не было значимого основного эффекта задачи, F (1, 15) = 0,78, p = 0,39, η ² = 0,01, а также взаимодействия между полушариями. и задача, F (1, 15) = 0,02, p = 0,90, η ² <0,001.

И наоборот, как видно на рисунке 2B, более поздняя контралатеральная vs.Ипсилатеральная положительность (то есть LDAP) не была очевидна в сигналах ERP для любой задачи. Чтобы проверить это статистически, был проведен двухфакторный дисперсионный анализ ANOVA с повторными измерениями с факторами полушария (ипсилатеральный против контралатерального) и задачи (экзогенный против гибридного) для формы волны ERP в течение временного окна LDAP (500-800 мс). . Этот анализ подтвердил отсутствие влияния полушария, F (1, 15) = 0,24, p = 0,63, η ² <0,001, ни взаимодействия между полушарием и задачей, F (1, 15 ) = 1.63, p = 0,22, η ² = 0,002, что указывает на отсутствие намека на LDAP. Однако был значительный главный эффект задачи, F (1, 15) = 24,01, p <0,001, η ² = 0,29, что указывает на общую разницу в средней величине ERP между двумя задачами. В целом, эти результаты показывают, что надежная контралатеральная позитивность сопоставимой величины возникала быстро после появления сигнала (то есть ACOP), независимо от того, был ли сигнал пространственно информативным (гибридная задача) или неинформативным (экзогенная задача).

Для более подробного изучения динамики этих положительных результатов были выполнены попарные сравнения последовательных 50-миллисекундных отрезков ипсилатеральных и контралатеральных сигналов ERP каждой задачи. Эти сравнения показали, что ACOP растянулся от 250 до 550 мс как в задаче на экзогенное внимание (все p с <0,05), так и в гибридной задаче на внимание (все p с <0,04).

Exp. 2 Вызванные сигналом альфа-колебания

Как показано на графиках контралатеральной минус-ипсилатеральной разницы на рис. 3В, сигналы как в экзогенных, так и в гибридных задачах на внимание вызвали латерализованные изменения амплитуды альфа-частоты, так что наблюдалось большее уменьшение альфа-амплитуды. контралатеральный по отношению к ипсилатеральному месту нахождения.Чтобы исследовать временной ход этой латерализованной осцилляторной альфа-активности в каждой задаче, парные сравнения были выполнены на последовательных 50 мс секциях средних значений амплитуды альфа-диапазона ипсилатерального и контралатерального полушарий в каждой задаче. Этот анализ выявил значительную латерализованную альфа-активность в задаче на экзогенное внимание от 150 до 450 мс ( p s <0,04) с незначительно незначительной альфа-активностью от 450 до 850 мс ( p s <0.10). Напротив, значительная латерализованная альфа-активность присутствовала в гибридной задаче на внимание от 150 до 850 мс ( p s <0,05) с незначительной альфа-активностью от 850 до 1000 мс ( p s <0,07). Чтобы сравнить величину этой латерализованной альфа-активности в разных задачах, были выполнены попарные сравнения значений разницы альфа-амплитуд (контралатеральная минус ипсилатеральная альфа-амплитуда) каждой задачи в заранее определенных ACOP (260-360 мс) и LDAP (500 мс). - 800 мс) временные окна.Эти сравнения показали, что не было существенной разницы в амплитуде латерализованной альфа-активности в раннем временном окне, t (15) = 0,01, p = 0,99, d = 0,003 или в позднем временном окне. , t (15) = 1,49, p = 0,16, d = 0,37. В итоге, эти результаты показывают, что латерализованная альфа-активность аналогичной величины возникает быстро (~ 150 мс после сигнала) после периферических слуховых сигналов, независимо от их пространственной информативности, но имеет тенденцию к снижению раньше (~ 450 мс), когда сигнал не информативен относительно пространственного сигнала. местоположение цели относительно того, когда она предсказывает местоположение цели (~ 850 мс).

Обсуждение

Классическое различие в литературе по вниманию — это различие между эндогенным, или произвольным, вниманием, и экзогенным, непроизвольным вниманием. Дифференциация этих двух типов внимания хорошо мотивирована, поскольку каждый из них инициируется разными событиями, а также, как было показано, различаются с точки зрения их временной динамики (Kröse & Julesz, 1989; Müller & Rabbitt, 1989; Nakayama & Mackeben , 1989; Cheal & Lyon, 1991). Однако, несмотря на их различия, также было показано, что каждый из них приводит к сходным поведенческим эффектам — улучшению восприятия стимулов, появляющихся в обслуживаемом месте, по сравнению с оставленными без присмотра (для обзора см. Carrasco, 2011) — и что аналогичные лобно-теменные участки мозга сети могут участвовать и в том, и в другом (Peelen, Heslenfeld, Theeuwes, 2004; но см. также Corbetta & Shulman 2002).Здесь мы показываем, что как эндогенное, так и экзогенное внимание оказывают схожее влияние на зрительно-корковую обработку в ответ на сигнал и до наступления цели. В частности, мы обнаружили две нейронные сигнатуры, связанные с ориентацией внимания, инициированной разными типами сигналов. Во-первых, осцилляторная альфа-активность была снижена над затылочной корой, противоположной обслуживаемой стороне, как для эндогенного (произвольного), так и для экзогенного (непроизвольного) внимания, хотя эти изменения латерализованного альфа-канала различались по их временному профилю.Во-вторых, мы наблюдали положительные отклонения над теменно-затылочной корой в сигналах ERP. Мы обнаружили раннюю положительную реакцию контралатеральной затылочной коры в ответ на заметные периферические сигналы независимо от их пространственной предсказуемости (ACOP) и более позднее и относительно более слабое положительное отклонение, распределенное по теменной коре в ответ на центральные, пространственно информативные символические сигналы (LDAP) .

Несколько исследований показали, что альфа-активность снижается в контралатеральной затылочной коре по отношению к добровольно посещаемому месту после сигнала внимания (Worden et al., 2000; Риз, Мишель и Тут, 2007; Дженсен и Мазахери, 2010; Дусбург, Бедо и Уорд, 2016 г.). В этих исследованиях использовались парадигмы пространственных подсказок, в которых центрально представленная символическая (визуальная) подсказка предсказывала местоположение последующей визуальной цели. Наблюдаемые изменения в альфа-активности были интерпретированы как отражающие опережающие визуально-пространственные сигналы внимания, которые подготавливают зрительную кору головного мозга к смещению последующих входных сигналов в пользу посещаемого места — и часто обсуждались как признак произвольного внимания (Doesburg et al., 2016; Klimesch et al., 1998; Уорден и др., 2000; Thut et al. 2006 г.). Эти латерализованные изменения альфа-активности возникли в этих исследованиях в относительно медленном временном масштабе, подразумевая, что пространственно-специфические изменения альфа-колебаний могут быть по своей природе вялыми и требовать времени для развития, что делает их уникальным маркером произвольного внимания. Однако недавние данные указывают на возможность гораздо более быстрого начала латерализованной альфа-активности. Используя периферийные, заметные звуки, было показано, что латерализованные изменения альфа-колебаний могут быть вызваны быстро и могут быть относительно недолговечными (Störmer et al, 2016; Feng et al., 2017; см. также Bacigalupo, & Luck, 2019). Здесь, систематически меняя формат представления реплики и ее пространственную информативность во внутрисубъектном дизайне, мы смогли напрямую сравнить изменения альфа-активности в произвольных и непроизвольных задачах на внимание. Данные выявили четкие латерализованные изменения в затылочной альфа-активности при выполнении всех задач. Эти латерализованные альфа-изменения показали аналогичное топографическое распределение с четким фокусом на контралатеральных участках затылочной части головы, что наводит на мысль об общем нервном источнике, но они различались по своей временной динамике между задачами.В то время как латерализованная альфа-активность возникала быстро после периферических сигналов и уже присутствовала примерно через 150 мс после сигнала, эта активность проявлялась позже для символических сигналов (примерно через 650 мс) и сохранялась на протяжении всего интервала сигнал-цель только тогда, когда сигнал был пространственно информативным. Эти данные указывают на два важных аспекта затылочных альфа-колебаний. Во-первых, альфа-активность, по-видимому, отслеживает пространственное внимание независимо от того, как оно изначально было распределено. Во-вторых, временной ход альфа-активности чувствителен как к формату реплики (периферийный или центральный), так и к пространственной информативности (пространственно информативной или случайной) реплики.В целом это указывает на то, что латерализованная альфа-активность отражает общий эффект пространственного внимания, независимо от типа сигнала, и предполагает, что повышенная возбудимость активности зрительной коры до наступления цели (т. Е. Сдвиг базовой активности) представляет собой общий механизм внимание.

Мы также наблюдали сходство сигналов ERP в ответ на различные сигналы. Периферические реплики вызвали относительно раннее и временное положительное отклонение над теменно-затылочной корой, контралатеральнее местоположению реплики, которое не зависело от пространственной информативности реплики (т.е., ACOP), тогда как меньшая и более поздняя латерализованная париетальная позитивность наблюдалась после центральных символических сигналов (то есть LDAP). Об этих компонентах ERP сообщалось ранее, и каждый из них был связан с процессами непроизвольного и произвольного внимания соответственно (McDonald et al., 2013; Van Velzen, Forster, & Eimer, 2002). Оба эти компонента ERP проявлялись как латерализованные положительные отклонения в форме волны ERP; однако они существенно различались по времени и величине, а также по топографическому распространению.В наших задачах ACOP был распределен как по теменным, так и по затылочным участкам скальпа, тогда как LDAP показал четкий теменный фокус без активации по затылочным участкам (см. Топографические карты на рис. 2). Хотя ранее предполагалось, что оба эти компонента могут отражать один и тот же процесс внимания, просто сдвинутый во времени (Hillyard et al., 2016), текущие данные предполагают, что это не обязательно так. Теменная направленность LDAP, вместе с открытием того факта, что она рассеивается до наступления цели, согласуется с описанием LDAP как индексации ориентации внимания на символически обозначенное место (Green & McDonald, 2006; Nobre, Sebestyen, & Miniussi, 2000; Van Velzen, et al., 2002), а не учетные записи, которые предполагали, что LDAP отражает упреждающее искажение визуальной обработки (Hopf & Mangun, 2000; Kelly et al., 2010). С другой стороны, ACOP показывает активацию на теменных и затылочных участках кожи головы, что, возможно, указывает на то, что он отражает комбинацию ориентировочной реакции и начального смещения зрительной коры головного мозга (Feng et al., 2014; Hillyard et al., 2016; McDonald и др., 2013). Вместе эти данные предполагают, что два компонента ERP отражают общий процесс внимания — начальную ориентировочную реакцию — но что затылочная активация, присутствующая в ACOP, может также представлять раннее и рефлексивное смещение нейронной активности в зрительной коре головного мозга.

Наиболее заметное и установленное различие между произвольным и непроизвольным вниманием — это разница во времени их воздействия на поведение (Nakayama & Mackeben, 1989; Müller & Rabbit, 1989). Настоящие результаты дополнительно подтверждают эти различия и показывают, что нейронные эффекты параллельны динамике поведенческих выгод. Чем же тогда объясняются эти различия во времени? Одна из возможностей состоит в том, что более медленное время произвольного внимания просто связано с дополнительными процессами, задействованными в интерпретации символической реплики, отображении ее на соответствующее целевое местоположение и планировании переключения внимания на соответствующее место (Hazlett & Woldorff, 2004).Более того, точное время этих процессов интерпретации и картирования, вероятно, варьируется в разных исследованиях, и эта временная изменчивость может лежать в основе различий в величине периферийных и символических эффектов подсказок, наблюдаемых здесь. Предположительно, таких временных вариаций не происходит во время непроизвольной ориентации внимания, когда не требуется дополнительных процессов картирования или планирования. Таким образом, на данный момент трудно однозначно определить, вызваны ли различия в величине ACOP и LDAP и латерализованные изменения альфа-активности фактическими различиями в величине эффектов на зрительно-кортикальную обработку, или же они являются просто результатом большая вариабельность времени переключения внимания на произвольное по сравнению с непроизвольным.

Одна из проблем при сравнении эффектов произвольного и непроизвольного внимания состоит в том, что, по определению, каждое из них запускается разными событиями (например, типами сигналов). Здесь, чтобы разделить эффекты различных типов внимания, мы систематически варьировали формат сигнала (периферийный или центральный) и информативность сигнала (пространственно-предсказательный или нет). Это стало возможным благодаря включению новой гибридной задачи на внимание, в которой использовалась информативная периферийная подсказка, сочетающая свойства реплик, обычно используемых в задачах произвольного и непроизвольного внимания.Эта гибридная задача на внимание не только позволила нам отделить влияние формата реплики и информативности, но также представляет собой более экологически обоснованную парадигму подсказки. В повседневной жизни значимые события часто указывают на объекты, на которые мы хотим обратить внимание. Таким образом, он кажется особенно адаптивным к непроизвольному пространственному вниманию, которое может первоначально быть захвачено значительным событием, чтобы оказывать такое же влияние на зрительно-корковую обработку, что и последующие эффекты произвольного внимания, чтобы оптимизировать выбор стимула.

В целом, наши данные демонстрируют, что ориентация пространственного внимания вызывает изменения в затылочной альфа-активности и медленные отклонения в волновых формах ERP — независимо от типа сигнала. Хотя эти вызванные сигналом эффекты значительно различаются по времени, подобно поведенческим эффектам произвольного и непроизвольного внимания, они кажутся поразительно похожими с точки зрения нейронной обработки. Это говорит о том, что произвольное и непроизвольное внимание поддерживается одними и теми же механизмами визуального смещения коры головного мозга и, таким образом, могут легко работать вместе, обеспечивая наиболее эффективную обработку стимулов.

Целенаправленный и управляемый стимулами выбор внутренних представлений

Значимость

Повседневное поведение основывается на постоянном выборе соответствующей информации из внешней среды, а также из внутренних представлений в рабочей памяти. При описании отбора внешних объектов предлагается давнее различие между целенаправленными (произвольными) и стимулированными (непроизвольными) источниками отбора внимания. Мы добровольно уделяем внимание вещам, имеющим отношение к нашим целям, но наше внимание также может невольно привлекаться заметными событиями во внешнем мире.Тем не менее, несмотря на десятилетия исследований того, как эти два источника управляют нашим восприятием (внешний отбор), на сегодняшний день ни одно исследование не изучило, и как эти два источника совместно влияют на выбор репрезентаций внутренней памяти. С помощью новаторских экспериментальных манипуляций и поведенческих маркеров внутреннего отбора мы восполняем этот важный пробел.

Abstract

Адаптивное поведение основывается на выборе соответствующей сенсорной информации как из внешней среды, так и из внутренней памяти.В понимании внешнего отбора проводится классическое различие между произвольным (целенаправленным) и непроизвольным (стимулированным) управлением вниманием. Мы разработали задачу — задачу против ретроквита — для разделения и изучения произвольного и непроизвольного управления вниманием внутренними репрезентациями в зрительной рабочей памяти. Мы показываем, что как произвольные, так и непроизвольные факторы влияют на производительность памяти, но делают это по-разному. Более того, отслеживая искажения взгляда, связанные с фокусировкой внимания в памяти, мы предоставляем прямые доказательства непроизвольного эффекта «ретро-захвата», когда внешние стимулы непроизвольно запускают выбор внутренних репрезентаций, соответствующих характеристикам.Мы показываем, что стимулы и целенаправленные влияния конкурируют за выбор в памяти, и что баланс этого соревнования — как отражено в глазодвигательных сигнатурах внутреннего внимания — предсказывает качество последующего поведения, управляемого памятью. Таким образом, целевые и стимульные факторы вместе определяют судьбу не только восприятия, но и внутренних репрезентаций в рабочей памяти.

Повседневное поведение в том виде, в каком мы его знаем, основывается на непрерывном выборе соответствующей информации как из внешней среды, так и из наших внутренних представлений в памяти (1, 2).В то время как многие факторы способствуют распределению внимания (3-5), заметное различие в литературе по внешнему вниманию заключается в различии между произвольным (целенаправленным) и непроизвольным (управляемым стимулами) источниками отбора (6–5). 10). Мы можем добровольно уделить внимание сенсорному стимулу, потому что он имеет прямое отношение к нашим целям, но наше внимание также может непроизвольно захватывать стимулы внешнего мира. Также можно направить внимание на выбор внутренних представлений из рабочей памяти (11⇓ – 13).Здесь мы выясняем, применимы ли источники отбора, направленные на достижение цели и стимулы, к выбору внутренних репрезентаций и конкурируют за них.

В рабочей памяти популярный способ изучения выбора внимания и расстановки приоритетов состоит в том, чтобы во время периода памяти подавать сигналы, которые информируют, какая информация станет актуальной для предстоящей задачи (12, 13). Такие «ретроспективы» обычно указывают на соответствующий элемент памяти через одну из его характеристик (например, его визуальное расположение, цвет или форму), в то время как для задачи требуется другая функция памяти.Таким образом, ретроспективы позволяют произвольно направлять внимание на релевантное для цели содержание памяти. В то же время, однако, совпадение между признаком ретроспективы и меморандума может непроизвольно привести к выделению внимания соответствующему содержимому памяти, например, посредством завершения шаблона (14). Такой потенциальный эффект «ретро-захвата» будет обратным тому, когда содержимое памяти вызывает внешнее внимание к сенсорным стимулам, соответствующим памяти (15–20). Таким образом, типичные ретроквиты могут быть следствием как произвольных, так и непроизвольных влияний внимания на содержимое памяти.

Чтобы распутать и исследовать произвольные и непроизвольные влияния внимания на содержимое зрительной рабочей памяти, мы разработали задачу против ретроквита, вдохновленную популярной задачей против саккады (21), которая оказалась полезной для разделения произвольных и непроизвольных влияний на управление действием (22). В нашей ретроквальной версии этой задачи мы использовали про- и анти-ретрокусы, которые на 100% предсказывали соответствующий элемент памяти, но различались тем, соответствовали ли их визуальные характеристики элементу памяти цели (про) или другому конкурирующему элементу памяти (анти-элемент памяти). ).Более того, чтобы изолировать чисто непроизвольные эффекты захвата, мы также включили нулевые блоки с ретроспективами, визуальные характеристики которых также соответствовали любому элементу, но в остальном были неинформативными, и мы проинструктировали участников игнорировать эти сигналы (в отличие от предыдущих исследований с использованием других типов неинформативных сигналов) (23 ⇓ – 25). Вместе эти условия позволили нам распутать и количественно оценить независимые вклады произвольного и непроизвольного внимания на содержимое зрительной рабочей памяти.

В дополнение к этой задаче инновации, мы извлекли выгоду из нашей недавней демонстрации того, что фокусировка внимания в рабочей памяти связана с направленными отклонениями в поведении взгляда (26).Предвзятость взгляда предоставила нам мощный инструмент для отслеживания распределения внимания на внутренние репрезентации после как произвольных, так и непроизвольных влияний, а также для рассмотрения того, что происходит, когда эти два фундаментальных влияния присутствуют одновременно и конкурируют за внутренний отбор в рабочей памяти.

Результаты

Участники выполнили задание на визуальную рабочую память (Рис. 1 A ), в котором они запоминали две цветные наклонные полоски с задержкой в ​​3 с, пока им не было предложено длительное изменение цвета центрального фиксирующего креста (зонда). для воспроизведения точной ориентации соответствующего элемента памяти.

Рис. 1.

Произвольное и непроизвольное внимание влияют на память, но по-разному. ( A ) Схема задания. Участники запомнили две визуально наклоненные полосы, чтобы воспроизвести ориентацию исследуемого элемента памяти в конце задержки. Зонд показал стойкое изменение цвета центрального фиксирующего креста, в то время как изменение цвета ретрокультур было временным. От участников всегда требовалось сообщать о предмете, указанном зондом. Критическая манипуляция включала ретрокосию внимания, которая проявлялась во время задержки памяти.Мы использовали четыре типа реплик, получив дизайн «два на два» (, верхний правый угол, ). Профи и антиретроки были на 100% предиктором соответствующего (подлежащего исследованию) элемента памяти, но различались тем, соответствует ли их цвет (про) или несоответствующий (анти) элемент, который должен быть исследован. Нулевые ретроспективы не были информативными, но также соответствовали или не соответствовали впоследствии исследуемому элементу памяти. ( B ) Поведенческие характеристики в зависимости от того, было ли ретроспективно информативным (за и против) или нет (совпадение и несоответствие), и соответствовало ли оно цвету исследуемого элемента памяти (про и совпадение) или нет (анти и несовпадение). ).( C ) Поведенческие эффекты произвольных и непроизвольных влияний внимания на память с отрицательными значениями, соответствующими лучшей производительности (т.е. меньшему количеству ошибок и более быстрой реакции) после информативных сигналов (произвольный фактор) или сигналов соответствия цветов (непроизвольный фактор). Планки погрешностей представляют собой ± 1 SEM, рассчитанное для участников ( n = 25). Серые линии изображают отдельных участников.

Через 1 секунду после задержки памяти ретроквия внимания — кратковременное изменение цвета центрального фиксирующего креста — указала, какой из столбцов будет исследован еще через 2 секунды.Ретро-реплики несли разную информацию в разных блоках (рис. 1 A , , вставка ). В обычных «профессиональных» блоках реплики предсказывали зонды напрямую, так что пурпурный (зеленый) ретроспективный сигнал указывал со 100% достоверностью, что соответствующий пурпурный (зеленый) элемент памяти впоследствии будет исследован для отчета. Напротив, в «анти» блоках реплики сообщают со 100% достоверностью, что другой элемент будет исследован для отчета, то есть фиолетовый ретроспективный прогноз предсказывает, что зеленый элемент будет исследован, и наоборот.Наконец, в «нулевых» блоках реплики не были информативными для того, какой элемент будет исследован, что давало 50% «совпадений» и 50% «несоответствий».

Таким образом, в разных условиях реплики были либо информативными (за и против), либо нет (совпадали и не совпадали), а функция реплики могла либо соответствовать таковой из исследуемого элемента памяти (про и совпадение), либо нет (анти и несоответствие). Этот уникальный аспект «два на два» в нашем дизайне (рис. 1 A , , верхняя правая вставка ) позволил нам выделить и отдельно изучить произвольные влияния «целенаправленной расстановки приоритетов» и непроизвольные влияния «захвата цвета». »На визуальном содержании памяти.

Добровольное и непроизвольное внимание влияет на рабочую память, но определенным образом.

Рис. 1 B показывает производительность памяти (ошибки воспроизведения и время реакции [RTs]) как функцию от того, было ли ретроспективно информативным (произвольный фактор), а также от того, соответствовал ли его цвет впоследствии исследуемому элементу памяти (непроизвольный фактор ). Для ошибок воспроизведения структура результатов выявила особенно выраженное влияние непроизвольного фактора, в результате чего производительность была лучше, когда цвет исследуемого элемента памяти совпадал с цветом реплики (как для информативных, так и для нулевых реплик) (рис.1 B , Левый ). Это было подтверждено очень устойчивым основным эффектом соответствия цветов ( F _(1,24) = 31,055, P = 9,827e-6, η ² = 0,841). Хотя это менее очевидно из графика, информативность реплики также принесла пользу ( F _(1,24) = 16,488, P = 0,0005, η ² = 0,489), а соответствие цвета и информативность подсказки взаимодействовали ( F _(1,24) = 5,097, P = 0.033, η ² = 0,175). Преимущество согласования цветов в производительности было значительным в обоих случаях, но оно было больше после неинформативных ретроспективных исследований (точность на 3,5 °; t ₍₂₄₎ = -5,512, P = 1,145e-5, d = — 1.102), чем следующие информативные ретроспективы (на 2,3 ° точнее; t ₍₂₄₎ = -4,424, P = 1,797e-4, d = -0,885) (рис. 1 B , слева ).

Напротив, РЦ (рис.1 B , Right ) выявили особенно выраженное действие произвольного фактора. Отчеты о воспроизведении были инициированы раньше в испытаниях с информативными подсказками, как когда реплики совпадали по цвету с предметами, так и когда нет. Это было подтверждено очень устойчивым преимуществом RT в виде информативности реплики ( F _(1,24) = 58,084, P = 7,364e-8, η ² = 0,926), хотя мы также обнаружили преимущество RT. соответствия цветов ( F _(1,24) = 12.686, P = 0,002, η ² = 0,306), а также значимое взаимодействие между двумя факторами ( F _(1,24) = 7,459, P = 0,012, η ​​ ² = 0,237). Преимущество информативности реплики при RT было значительным в обоих случаях, но было больше после ретроспективного сопоставления цветов (на 197 мс быстрее; t ₍₂₄₎ = -7,796, P = 4,975e-8, d = — 1,559), чем при последующих цветовых ретроспективах (на 143 мс быстрее; t ₍₂₄₎ = −6.1, P = 2.663e-6, d = −1,22) (Рис.1 B , Правый ).

Структура результатов лучше всего оценивается и количественно определяется при прямом сравнении эффектов произвольных и непроизвольных факторов (Рис. 1 C ). Добровольный эффект от целенаправленной расстановки приоритетов был получен путем сравнения результатов испытаний с информативными сигналами (за и против) и с неинформативными сигналами (совпадающими и несоответствующими) (т. операционализация), в то время как непроизвольный эффект захвата цвета был получен путем сравнения сигналов сопоставления цветов (pro и match) с сопоставлением цветов.несовпадающие сигналы (анти- и несоответствующие) (т. е. основной эффект согласования цветов в нашей операционализации «два на два»). Что касается ошибок, то непроизвольное влияние захвата цвета ретроспективой имело большее положительное влияние на производительность, чем произвольное влияние информативности сигнала (2,9 ° против 1,2 ° более точно; t ₍₂₄₎ = 2,773, P = 0,011, d = 0,555) (рис.1 C , слева ). Напротив, для RT добровольный фактор информативности сигнала имел большее положительное влияние (170 мс противНа 32 мс быстрее; t ₍₂₄₎ = −5,966, P = 0,011, d = −1,193) (рис.1 C , справа ).

Добровольное и непроизвольное внимание смещает взгляд на запомненные места расположения предметов.

Недавно мы сообщили о сигнатуре фокусировки внимания на основе чувствительного взгляда в зрительной рабочей памяти (26). Во время внутренней фокусировки взгляд смещается в направлении запомненного местоположения элемента памяти, на который указывает указатель, даже когда в этом месте нечего видеть и даже когда местоположение элемента никогда не спрашивается (как это было и здесь).Измеряя это «смещение взгляда» в текущей задаче с помощью про-, анти- и нулевых ретрокомпонентов, мы оказались в уникальном положении, чтобы выяснить, 1) задействована ли глазодвигательная система мозга аналогичным образом для произвольных и непроизвольных влияний внимания на рабочую память. , 2) как каждое из этих влияний внимания разворачивается во времени, и 3) что происходит, когда произвольные и непроизвольные воздействия внимания присутствуют одновременно и конкурируют за выбор элемента в визуальной рабочей памяти.

Рис. 2 A показывает положение взгляда по горизонтали после сигналов левого и правого пунктов памяти как функцию времени после ретрокуса, отдельно для нулевых, про- и антиретрокий.После нулевых ретрокомпонентов, левое и правое определяются относительно местоположения (в памяти) элемента сопоставления цветов, тогда как после про- и антиретрокомбий левое и правое определяются относительно местоположения цели (подлежащей исследованию). ) элемент памяти. На рис. 2 B показаны связанные временные курсы «готовности» вместе со значимыми кластерами, скорректированные для множественных сравнений (27).

Рис. 2.

Произвольное и непроизвольное внимание смещает взгляд в сторону запоминаемых мест.( A ) Горизонтальное положение взгляда смещается вслед за нулевым, про- и антиретроком на левые и правые элементы памяти. После нулевых ретрокоманд левое и правое определяются относительно местоположения элемента сопоставления цветов, тогда как после про- и анти-ретроспективы левое и правое определяются относительно местоположения целевой (подлежащей исследованию) памяти. пункт. Для полноты мы изображаем значения взгляда как в процентах от приближения (с ± 100%, соответствующими центру элементов памяти при кодировании, соответствующем ± 5.Угол обзора 7 °), а также в градусах угла обзора (два). ( B ) Временные графики отклонения взгляда в сторону, соответствующие данным в A . Хотя среднее смещение положения взгляда невелико по абсолютной величине (в соответствии со смещением фиксированных движений глаз; ссылка 26), оно также является очень устойчивым. Горизонтальные линии обозначают значимые кластеры. ( C ) Тепловые карты разницы в плотности взгляда после ретроспективы для левого и правого объектов. Кружками обозначены области, охватываемые элементами памяти при кодировании.Карты плотности были построены путем сопоставления отдельных образцов взгляда в окне после ретроквита от 400 до 1000 мс без усреднения по времени и испытаниям. Заштрихованные области обозначают ± 1 SEM, рассчитанное для участников ( n = 25).

Сначала мы спросили, достаточно ли чисто восходящей визуальной цветовой характеристики реплики для непроизвольного смещения взгляда на соответствующий элемент памяти. В блоках с нулевым ретрокусом (рис. 2, столбец , левый, ) мы наблюдали явное смещение взгляда в сторону элемента памяти, соответствующего цвету неинформативного ретрокуса.Если центральная реплика соответствовала цвету левого элемента памяти, взгляд смещался влево, тогда как если реплика соответствовала цвету правого элемента памяти, взгляд становился смещенным вправо (рис. 2 A ). Это также очевидно во временном курсе, связанном с приближением (рис. 2 B ; кластер P = 0,008).

Тепловая карта разницы в плотности взгляда после левого и правого ретроспективного анализа (построенная с использованием отдельных выборок положения взгляда, сопоставленных в интервале после спасения от 400 до 1000 мс) подтвердила, что этот эффект представляет собой смещение направления взгляда, близкое фиксация, а не полный взгляд перемещается на местоположение элемента при кодировании, в соответствии с нашим предыдущим отчетом об этой предвзятости (26).Невычитанные тепловые карты плотности взгляда подтверждают эту интерпретацию, подтверждая общий фокус фиксации в каждом состоянии ( SI Приложение , рис. S1).

Подобное, но более выраженное смещение взгляда наблюдалось после про-ретрокусов (рис.2, средний столбец ; кластер P <0,0001; pro vs. нулевой кластер P <0,0001; наложение на рис. 3 A ). Это показывает, что предвзятость взгляда также чувствительна к произвольному развертыванию внимания к соответствующему элементу памяти.

Рис. 3.

Произвольное и непроизвольное внимание конкурируют за выбор объекта, что отражается во взгляде. ( A ) Наложение временных курсов предвзятости взгляда после нулевых, про- и антиретрокий (см. Рис. 2 B ). ( B ) Наложение различий в смещении взгляда после нуль-ретроспективы для сопоставления и несоответствия элементов и различий в смещении взгляда к элементу памяти цели после про-и-анти-ретроспективы. Обратите внимание на то, что релевантное смещение совпадения и несоответствия в нулевых блоках ровно в два раза превышает размер меры близости в A , учитывая, что здесь релевантное сравнение проводится с разницей в отношении склонности к совпадающему элементу по сравнению ск противоположному элементу. ( C ) Корреляция между участниками между различиями в предвзятости взгляда после нулевых ретроспективных и несоответствующих заданий и различиями в смещении взгляда после про- и антиретрокров. Данные взяты из окна послеоперационного периода продолжительностью от 400 до 800 мс, в котором оба различия были выражены в среднем по группе (как в B ). Заштрихованные области обозначают ± 1 SEM, рассчитанное для участников ( n = 25).

Что происходит после антиретрокий, когда произвольные и непроизвольные воздействия направлены на противоположные предметы? Следуя антиретрокам (рис.2, Правый столбец ), мы наблюдали преобладающее смещение взгляда к целевому (подлежащему исследованию) элементу памяти (кластер P = 3,999e-4), несмотря на то, что сигналы совпадают с цветом противоположного элемента памяти. Это подтверждает, что произвольное влияние в целом более эффективно при смещении взгляда. В то же время мы увидели первоначальный спад в направлении предмета подбора цвета только после антиретрокомпонентов. Хотя это падение само по себе не выдержало статистической оценки (кластеров не обнаружено), тщательное изучение соответствующих временных изменений этих предубеждений выявило раннюю конкуренцию между произвольным и непроизвольным вниманием, к которой мы обратимся дальше.

Добровольное и принудительное внутреннее внимание. Конкурс на внутренний отбор.

Наложение временных курсов склонности после нулевых, про- и антиретрокий (рис. 3 A ) показывает, как смещение взгляда задерживается после антиретроков по сравнению с про-ретроками. Это было подтверждено методом складного ножа латентных периодов, при которых отклонения взгляда после про- и антиретрокий сначала достигают 10% от их пикового значения по направлению к целевому элементу памяти (318 ± 21 мс и 567 ± 46 мс после начала прорастания. — и противовоздушные соответственно; нож складной т ₍₂₄₎ = 4.441, P = 0,0002). У этой задержки есть два возможных объяснения. Во-первых, может просто потребоваться больше времени, чтобы интерпретировать анти-ретроспективные сигналы, задерживая развертывание внимания к соответствующему элементу памяти. Во-вторых, процесс произвольного развертывания внимания к соответствующему элементу памяти может происходить одновременно (т. Е. Конкурировать) с непроизвольным захватом цвета для противоположного элемента, приводя к чистому устранению смещения взгляда сразу после сигнала (когда возникает эффект захвата). наиболее выраженный). Действительно, как показано на рис.3 A показывает, что общая длительность эффекта непроизвольного захвата в нулевых блоках (отражающая «чистый» непроизвольный эффект) в значительной степени перекрывается со временем, когда смещение взгляда после про- и нулевого ретроспективы начинает различаться (что отражает « чистое »произвольное влияние). Это предполагает одинаковое время для внутреннего отбора посредством произвольных и непроизвольных влияний, тем самым делая возможным одновременное присутствие этих двух влияний и противодействие друг другу, следуя антиретрокам.

Если разница в смещении взгляда после про- и противовращений отражает тот факт, что произвольные и непроизвольные смещения взгляда складываются вместе в про-блоках, но конкурируют в антиблоках (второй сценарий выше), то разница в смещении взгляда в результате Защитные и антиретрокомпоненты должны соответствовать разнице в смещении взгляда в сторону совпадающих и несовпадающих элементов в нулевых блоках. Мы нашли два независимых источника доказательств, подтверждающих это. Во-первых, временной профиль (а также масштабы) матча vs.Сравнение несоответствий было очень похоже на сравнение за и против (рис. 3 B ; r _{через время} = 0,79, P <0,001). Во-вторых, участники с большим смещением взгляда на соответствие цвету в блоках с нулевым ретрокусом также показали большую разницу в смещении взгляда после про и против ретроквитов (рис. 3 C ; r ₍₂₃₎ = 0,719; P = 5,066e-5). Это является убедительным доказательством того, что произвольные и непроизвольные воздействия внимания на визуальную рабочую память сопутствуют друг другу и напрямую конкурируют за выбор элемента (после антиретрокий), и что эта конкуренция отражается (и может быть отслежена) в глазодвигательных сигнатурах, связанных с внутренней фокусировкой. внимания.

Эксперимент 2 предоставил третье свидетельство того, что смещение отложенного взгляда после цветовых антиретрокров отражает конкуренцию между произвольными и непроизвольными факторами, а не какую-то особенность использования антиретроков как таковых. В эксперименте 2 (подробно представленном в приложении SI ) мы использовали ретроспективы ориентации (вместо цвета) и попросили участников воспроизвести запомненный цвет элемента (вместо ориентации). Хотя в эксперименте 2 мы по-прежнему наблюдали устойчивые преимущества произвольных сигналов и искажения взгляда, непроизвольный захват был гораздо менее действенным после ретроспективных сигналов, соответствующих ориентации (приложение SI, приложение , рис.S2 C и D ). Критически важно то, что теперь, когда мы больше не наблюдали явного непроизвольного смещения взгляда после нулевых ретроспективных реакций, мы также больше не обнаружили задержки в смещении взгляда к анти-ретрокосиям ( SI Приложение , рис. S2 D ), подтверждая, что это Задержка (как наблюдалось в эксперименте 1; рис. 3 A ) зависит от одновременного присутствия произвольных и непроизвольных влияний.

Соревнование баланса внимания в памяти после анти-ретроспективного анализа предсказывает производительность.

Чтобы исследовать, влияют ли операции внимания, следующие за нулевым, про- и антиретроком — как отслеживаемые с помощью смещения взгляда, на производительность, мы разделили данные на основе конечной производительности памяти и спросили, можно ли предсказать производительность по образцу взгляда. после ретрокута. Рис. 4 A показывает разделение данных для качества отчета о воспроизведении (ниже и выше средней ошибки воспроизведения), а на рис. 4 B показано разделение данных по RT (ниже и выше среднего RT).Сопоставимые результаты были получены в эксперименте 2 ( SI Приложение , рис. S3).

Рис. 4.

Конкуренция между произвольными и непроизвольными воздействиями предсказывает последующую деятельность, управляемую памятью. ( A ) Временные курсы предвзятости взгляда, отсортированные по поведенческой точности (медианное разделение ошибок воспроизведения), отдельно по нулевым, про- и антиретрокам. ( B ) Временные курсы предвзятости взгляда, отсортированные по времени от начала исследования до начала ответа. Горизонтальные линии указывают на значимые кластеры, сравнивая смещение взгляда в испытаниях с «хорошо» (ниже медианы) по сравнению с«Плохая» (выше средней) производительность. Заштрихованные области обозначают ± 1 SEM, рассчитанное для участников ( n = 25).

В блоках с нулевым ретрокосом мы не обнаружили влияния степени непроизвольного захвата на производительность (рис. 4, , левый столбец ). Таким образом, хотя мы обнаружили явные эффекты захвата как на поведение (рис. 1 B ), так и на взгляд (рис. 2 и 3), мы не обнаружили, что вариативность поведения от испытания к испытанию была связана с испытанием. вариативность взгляда на предметы, соответствующие цвету.Возможно, это связано с тем, что этот непроизвольный эффект относительно невелик и / или связан с относительно небольшой вариабельностью при испытаниях. Напротив, в блоках для ретроквии (рис. 4, , средний столбец ) мы обнаружили, что испытания с лучшими показателями были связаны с большим смещением взгляда, хотя это было значимо только для RT (кластер P = 0,032) в в соответствии с нашим предыдущим исследованием (26).

Критично, что в блоках против ретроградного восстановления (рис.4, правый столбец ) смещение взгляда после ретроградного восстановления предсказало обе ошибки (кластер P = 0.043) и RT (кластер P = 0,043). Меньшее смещение взгляда к целевому (подлежащему исследованию) элементу памяти было связано с большими ошибками и более медленными ответами на последующее зондирование. Следуя антиретрокам, меньшее смещение взгляда к добровольно посещаемому элементу памяти может отражать большее непроизвольное «притяжение» к другому элементу (сопоставлению цветов). Действительно, в испытаниях с большими (т.е. выше медианы) ошибками воспроизведения (Рис. 4 A , Справа , светло-красная линия) взгляд, как представляется, первоначально привлекает «неправильное» (соответствие цветов) пункта, тогда как в исследованиях с небольшими (ниже медианы) ошибками это не так (рис.4 A , Правый , темно-красная линия). Хотя это первоначальное смещение к неправильному пункту не выдержало коррекции (кластер P = 0,078), оно внесло вклад в значительную разницу между испытаниями с малыми и большими ошибками.

Таким образом, хотя смещение взгляда после ретроспективного сопоставления цветов, по-видимому, не само по себе предсказывает производительность (в блоках с нулевым ретроспективом), когда произвольные и непроизвольные воздействия конкурируют (в антиблоках), производительность, по-видимому, связана с балансом этого соревнования на ранних стадиях после ретроквита.

Наконец, ключевой особенностью смещения взгляда после антиретрокий было то, что смещение (в сторону целевого элемента памяти) было отложено по сравнению с таковым после про-ретрокоусов (рис. 3 C ), что позволяет предположить, что на то, чтобы преодолеть конкуренцию из-за невольного захвата. Аналогичная задержка была обнаружена при сравнении испытаний с небольшими ошибками и с большими ошибками в условиях предотвращения ретроградного восстановления (достижение 10% пикового значения при 523 ± 39 мс против 624 ± 47 мс, соответственно; складной нож t _{( 24)} = 2.459, P = 0,022). Таким образом, выделение внимания к целевому содержанию памяти задерживается при наличии непроизвольных воздействий (рис. 3 A ), и степень этой задержки, вызванной захватом, предсказывает качество последующего поведения, управляемого памятью (рис. 4 A). , Правый ).

Обсуждение

Наши данные показывают, что как произвольные, так и непроизвольные факторы способствуют отбору внимания во внутреннем пространстве зрительной рабочей памяти, но с диссоциативным влиянием на производительность.Добровольное (целенаправленное) внимание преимущественно влияет на доступность памяти или «готовность» действовать в соответствии с выбранным представлением (что отражается в более быстром времени начала реакции после исследования после информативных ретроспективных сигналов по сравнению с неинформативными ретроспективными сигналами), в то время как непроизвольное (управляемое стимулом) внимание преимущественно влияет на качество памяти (что отражается в меньшей степени ошибки после сопоставления цветов по сравнению с несовпадающими ретроспективными эффектами) — паттерн, отличный от поведенческой диссоциации между произвольным и непроизвольным вниманием во внешнем внимании (28).Мы предполагаем, что непроизвольные эффекты ретроспективного захвата в памяти вызваны в первую очередь процессом автоматического «обновления» (29) элемента памяти, соответствующего параметрам (14, 23, 24), улучшая качество памяти, не влияя на доступность или готовность памяти, тогда как произвольные эффекты обусловлены, в первую очередь, помещением проинструктированного элемента памяти в состояние прямого доступа, готового к предстоящим требованиям задачи (11, 20, 30).

Многочисленные предыдущие исследования взаимодействия между визуальной рабочей памятью и захватом внимания показали, как содержимое визуальной рабочей памяти может автоматически (непроизвольно) ориентировать внимание на соответствующие стимулы во внешнем мире (15–20).Здесь мы приводим доказательства эффекта обратного захвата (ретро-захвата), при котором стимулы во внешнем мире также могут автоматически запускать внимание к соответствию внутренним сенсорным представлениям в рабочей памяти. Более того, извлекая выгоду из тонких направленных отклонений в поведении взгляда человека (31–33), мы смогли напрямую отследить соответствующее распределение внимания на соответствующий элемент памяти. Эти результаты автоматического захвата согласуются с предыдущими исследованиями визуальной рабочей памяти, в которых использовались неинформативные сигналы (23–25), с ключевым отличием в том, что в нашей задаче участникам было дано указание игнорировать сигналы соответствия признаков (нулевые ретроспективы) или даже для того, чтобы отвлечься от элемента сопоставления признаков (анти-ретроспективы), а не размышлять о реплике (25) или связанном элементе памяти (23, 24).

После антиретрокий мы обнаружили доказательства отсроченного распределения внимания (смещения взгляда) на целевой элемент памяти, что согласуется с предыдущими исследованиями по использованию «негативных сигналов» для предстоящих задач восприятия (34, 35). Наши данные не только показывают, как участники могут также использовать негативные сигналы для выбора соответствующего содержания памяти (см. Также ссылки 36–39), но также показывают, как отсроченное переключение внимания на соответствующий элемент отражает время, необходимое для непроизвольного и произвольного факторы, позволяющие разрешить их конкуренцию на ранних стадиях после ретроквии и с последствиями для последующего поведения, управляемого памятью.В частности, мы предоставляем несколько дополнительных доказательств, указывающих на то, что одновременная конкуренция между добровольными и принудительными источниками отбора способствовала наблюдаемой задержке. Во-первых, различие в предвзятости взгляда после про- и противовращений может быть в значительной степени объяснено чистым эффектом захвата в нулевых блоках с точки зрения его профиля, времени и величины, а также его изменчивости среди участников. Во-вторых, мы больше не наблюдали эту задержку в Эксперименте 2 с антиретроками, которые вносили небольшой захват ( SI Приложение ).Наконец, испытания против ретроквита с более низкой эффективностью (предположительно, испытания с более высокой конкуренцией) также были связаны с предвзятостью взгляда с задержкой. В то же время мы не можем исключить возможность дополнительных факторов, способствующих этой задержке, таких как дополнительное время для обработки сигнала и / или увеличение когнитивной нагрузки, связанной с антиретроками.

Основываясь на предыдущих исследованиях, в которых использовались символические сигналы направленного забывания, чтобы отвлечь внимание от предметов в рабочей памяти (например, refs.36⇓⇓ – 39), наши антиретрокомпоненты были разработаны таким образом, что они всегда соответствовали визуальным характеристикам одного предмета, в то же время направляя целенаправленное внимание на другой предмет. Путем манипулирования соответствием признаков и инструкцией ретроквита можно было выявить автоматический захват внутренних репрезентаций с помощью (визуального сопоставления) внешних стимулов, а также отслеживать внутренний отбор, когда произвольные и непроизвольные источники находились в прямой конкуренции. Напротив, предыдущие исследования направленного забывания, как правило, полагались на другие типы сигналов, такие как символы стрелок (39) или словесные подсказки (37).Привлекают ли такие реплики внимание к набору инструкций, которые следует игнорировать, возможно, с учетом уменьшения полезности и нейронной модуляции, связанных с направленным забыванием (в отличие от направленного запоминания) репликами (37), остается интересной возможностью.

В нашем эксперименте произвольный фактор (целевой элемент) и непроизвольный фактор (элемент сопоставления характеристик) четко отображают различие между целенаправленным и стимулированным вниманием. Существуют и другие воздействия на рабочую память, не связанные со стимулами, которые можно отнести к категории «непроизвольных».Например, недавние исследования показали, как ручные и саккадические действия, запланированные и / или выполняемые во время задержек памяти, могут облегчить запоминание элементов в точках, соответствующих действию (40, 41). Это происходит даже тогда, когда вероятность того, что эти элементы будут исследованы, менее высока (41), что отражает автоматический выбор, основанный на действиях. Другой пример — эффекты последовательного порядка (например, эффекты новизны) (42, 43). Подобно нашим непроизвольным эффектам, вызванным стимулами, эти непроизвольные воздействия оказывают дополнительное влияние на рабочую память, которое может происходить наряду с добровольным посещением целевого элемента памяти (43).

Наши данные показывают, что, несмотря на их диссоциативное влияние на поведение, как произвольные, так и непроизвольные факторы связаны с направленными отклонениями в поведении человека при взгляде в запомненном визуальном пространстве (несмотря на то, что не на что смотреть и местоположение никогда не исследуется). Это расширяет нашу предыдущую демонстрацию существования этой «предвзятости взгляда» (26), которая опиралась только на общепринятые аргументы в пользу обратного, оставляя без внимания относительный вклад добровольных и непроизвольных факторов.Здесь мы показываем, что оба фактора искажают взгляд, и что конкуренция между этими факторами (что отражено в этих глазодвигательных показателях скрытого внимания) предсказывает последующую производительность памяти. Эти наблюдения усиливают и расширяют полезность этого смещения взгляда с временным разрешением в качестве инструмента для отслеживания внутреннего внимания, показывая, что это смещение можно использовать для отслеживания нескольких типов внутреннего внимания и что оно улавливает процессы, которые имеют отношение к поведению. Привлекая глазодвигательную систему мозга к распределению как произвольного, так и непроизвольного внимания в памяти, эти данные также расширяют предыдущую работу, связывающую глазодвигательную систему с вниманием (44, 45) и зрительной рабочей памятью (26, 46).

Мы предположили, что наши непроизвольные эффекты ретроспективного захвата могут быть вызваны в первую очередь процессом обновления содержимого памяти без обязательного изменения их доступности для управления поведением, в то время как наши произвольные эффекты могут быть вызваны в первую очередь помещением проинструктированного элемента памяти в состояние прямой доступ, готовый руководить предстоящим поведением. Основное свидетельство этого предположения обеспечивается заметным содействием RT после информативных сигналов. В будущей работе было бы интересно оценить это более непосредственно с помощью электрофизиологических или нейровизуализационных измерений.Например, связав элементы памяти с конкретными ручными действиями (47), можно использовать такие измерения, чтобы оценить, будут ли только информативные сигналы запускать выбор и последующую подготовку соответствующего действия в ожидании проверки, в то время как неинформативные сигналы могут влиять в первую очередь репрезентативная точность (декодируемость) совпадающих элементов памяти.

Наконец, перенося логику популярной антисаккадной задачи (21, 22) в область рабочей памяти, настоящая анти-ретроквальная задача обеспечивает мощный и элегантный подход для разделения произвольных и непроизвольных влияний на память.Помещая произвольные и непроизвольные влияния в соревнование, это также позволяет нам изучать общую (и, следовательно, актуальную) ситуацию, с которой часто сталкивается наша когнитивная система за пределами лаборатории, где эти различные влияния многочисленны и часто конкурируют. Как показывают наши данные, такая конкурентная динамика между целенаправленными и стимулированными факторами определяет судьбу не только восприятия (15, 18), но и внутренних репрезентаций в памяти.

Методы

Экспериментальные процедуры были рассмотрены и одобрены Комитетом по этике исследований Центрального университета Оксфордского университета.

Участники.

Размеры выборки для основного эксперимента 1 и эксперимента 2 ( SI Приложение ) были установлены на 25 перед сбором данных на основе предыдущих исследований нашей лаборатории, в которых использовались аналогичные задачи с аналогичными критериями результатов. Для эксперимента 1 все 25 участников (возраст от 22 до 31 года, 12 женщин, все правши) были оставлены для анализа. Для эксперимента 2 нам пришлось набрать в общей сложности 29 участников (возрастной диапазон от 20 до 33 лет, 14 женщин, все правши), потому что 4 участника пришлось заменить, чтобы получить предполагаемую выборку из 25 человек (возрастной диапазон от 20 до 33 лет). у, 12 сук).Один участник был заменен, потому что данные отслеживания взгляда были слишком низкого качества, а трое участников были заменены, потому что анализ смешанного моделирования показал, что эти участники сообщили о правильном элементе памяти в <50% испытаний по борьбе с подсказками (по сравнению с среднее значение 91,996 ± 0,021% для остальных участников и 88,583 ± 0,023% в эксперименте 1). Все участники были здоровыми добровольцами, которые предоставили письменное информированное согласие перед участием. Участники получили компенсацию в размере 10 фунтов стерлингов в час.

Задача и процедура, основной эксперимент 1.

Основная задача памяти была аналогична той, что была в нескольких предыдущих исследованиях нашей лаборатории (например, ссылка 26), и была запрограммирована в презентации. Участники запомнили два цветных и ориентированных столбца, чтобы воспроизвести ориентацию одного из столбцов после задержки памяти (рис. 1 A ).

Участники сидели примерно на 95 см перед монитором, на котором отображалось задание (22 дюйма; разрешение 1680 × 1050 пикселей; частота обновления 100 Гц).Элементы памяти включали визуальные полосы с углом обзора 5,7 ° по ширине и 0,8 ° по высоте и центрировались под углом зрения 5,7 ° слева и справа от фиксации. В эксперименте 1 каждое испытание содержало одну зеленую полосу (RGB: 133, 194, 18) и одну фиолетовую полосу (RGB: 197, 21, 234) в произвольно нарисованных ориентациях (180 возможных ориентаций).

Визуальные полосы были представлены в течение 250 мс, после чего следовала пустая рамка, в которой на экране оставался только фиксирующий крест (охватывающий площадь поверхности 0,4 ° по общей ширине и высоте).Через 1 с после начала кодирования в течение 250 мс было представлено ретроспективное сообщение, в котором сообщалось, какой элемент впоследствии будет исследован для отчета. Ретроквия заключалась в кратковременном изменении цвета центрального фиксирующего креста. Через 2 с после начала ретроквита был представлен зонд памяти, который побудил участников сообщить об элементе памяти, совпадающем с зондом. Как и ретрокус, зонд заключался в изменении цвета крестовины центральной фиксации; однако, в отличие от ретроквита, изменение цвета креста фиксации на этапе зондирования было непродолжительным, а длилось до завершения отчета.Участникам было предложено воспроизвести точную ориентацию элемента памяти, цвет которого соответствовал цвету центрального зонда. Участников никогда не спрашивали о местонахождении предметов.

После начала исследования у участников было неограниченное время для инициирования своего отчета, но они должны были заполнить отчет воспроизведения ориентации («дозвон») в течение 2500 мс после инициирования ответа. Диск ответа появлялся при инициировании ответа под случайным углом и всегда появлялся по центру вокруг фиксирующего креста с тем же диаметром, что и стержни.Две маленькие ручки на циферблате указывали на текущую позицию отчета на циферблате. Набор номера осуществлялся с помощью компьютерной мыши, управляемой доминирующей (правой) рукой. Участники инициировали набор, перемещая мышь, и завершили набор, щелкнув кнопку мыши указательным пальцем. По окончании ответа участники получали обратную связь в виде числа, которое указывало на качество отчета, с масштабированием от 1 до 100 (1 отражает максимальную ошибку 90 ° и 100 отражает идеальный отчет).Обратная связь предоставлялась в течение 200 мс, после чего следовали случайным образом назначенный интервал между испытаниями от 500 до 800 мс.

Манипуляция с ключами заключалась в том, что ретроспективы несли разную информацию в разных блоках, называемых «про», «анти» и «нулевые» блоки. В про-блоках ретроспективы были на 100% информативными, что один и тот же предмет (сопоставление цветов) будет исследован позже. Зеленая ретроквия предсказывала зеленый зонд, а фиолетовая ретроквия предсказывала пурпурный зонд. В отличие от этого, в антиблоках подсказки сообщают со 100% достоверностью, что другой элемент будет исследован для отчета.Зеленая ретроквия теперь сообщает, что фиолетовый объект будет исследован, и наоборот. Наконец, в нулевых блоках реплики не были информативными для того, какой элемент будет исследован, давая 50% «совпадающих» и 50% «несоответствующих» реплик. В испытаниях обратного спасения с совпадением цвет реплики совпадал с цветом исследуемого элемента памяти, тогда как в испытаниях обратного спасения без совпадения цвет реплики совпадал с другим (непроверенным) элементом памяти.

Помимо про-, анти- и нулевых ретрокоматов, мы включили «нейтральные» ретрокоды в меньшинство исследований (25%).Нейтральные сигналы включали изменение цвета на серый. Эти испытания не были включены в основной анализ, представленный здесь, по двум причинам, помимо относительно небольшого числа испытаний. Во-первых, для анализа поведенческих данных мы сосредоточились на уникальной природе нашего дизайна «два на два», благодаря которой реплики могут быть информативными или нет (за и против, против совпадения и без совпадения), в то время как визуальная функция реплики ( цвет) мог либо совпадать с исследуемым элементом памяти, либо нет (про и совпадение против анти и несоответствие). Нейтральным репликам нет места в этой операционализации два на два.Во-вторых, для нашего анализа данных отслеживания взгляда мы сосредоточились на измерении направления «смещения взгляда» (26). Эта мера определяется по отношению к про, анти-, совпадение и несоответствие-ретрокоманды, но не по отношению к нейтральным репликам, не имеющим отношения к левым / правым элементам памяти. Тем не менее, для прозрачности и полноты, мы представляем поведенческие данные по этим нейтральным ретроспективным данным вместе с данными по нашим четырем основным условиям в SI Приложение , рис. S4.

Каждый эксперимент содержал 15 про-, 15 анти- и 15 нулевых блоков по 16 испытаний в каждом, что дало всего 720 испытаний и продолжалось ~ 90 мин.Перед каждым блоком экран сообщал о следующем типе блока, отображая слово «pro», «anti» или «null». Участники сами запускали каждый блок, нажимая ENTER на клавиатуре перед ними. Более того, чтобы избежать путаницы, мы также отображали тип блока в верхней части экрана, где он оставался видимым на протяжении всего блока (указывается только на первом экране на рис. 1 A ). Участники были четко проинформированы о том, что означают типы блоков и как следует использовать реплики (в про- и антиблоках) или игнорировать (в нулевых блоках) в каждом типе блока.

После каждых трех блоков (содержащих по одному блоку каждого типа блока в случайном порядке) мы вставляли настраиваемый модуль калибровки взгляда, в котором участников просили смотреть на небольшой белый калибровочный квадрат, который менялся каждые 1–1,5 с среди семи 7 позиций (слева вверху, слева посередине, слева внизу, справа вверху, справа посередине и справа внизу, а также по центру экрана). Позиции посещались в рандомизированном порядке, по три посещения на позицию на каждый модуль. Калибровочные позиции устанавливались на расстоянии 5.Угол обзора 7 ° от центра экрана, так что лево-среднее и правое-среднее положения калибровки соответствовали центрам элементов памяти в основной задаче.

Перед началом экспериментов участники отработали по одному блоку из каждого типа блока. Практика всегда начинается с про-блока, за которым следует антиблок, а затем нуль-блок.

Задача и процедура, Эксперимент 2.

Эксперимент 2 ( SI Приложение ) был идентичен Эксперименту 1 с той ключевой разницей, что участников просили воспроизвести точный цвет предмета (вместо ориентации), в то время как предметы были задним числом и исследованы через их ориентация (вместо цвета).С этой целью испытания в Эксперименте 2 всегда содержали одну вертикальную полосу и одну горизонтальную полосу с произвольно нарисованными цветами (180 возможных значений из цветового пространства CIELAB), а ретроспективы и датчики состояли из вертикальной или горизонтальной линии ( SI Приложение , Рис. S2). Участники выполнили тот же отчет, что и в эксперименте 1, набирая цвет на круговом симметричном цветовом колесе. Чтобы устранить неоднозначность ориентационных обратных сигналов от маркера фиксации, мы заменили крест фиксации из эксперимента 1 квадратом фиксации (0.06 ° ширины и высоты) в эксперименте 2.

Рандомизация.

Набор для экспериментов 1 и 2 проводился независимо, хотя участники могли участвовать в обоих. Каждый эксперимент состоял из дизайна внутри субъектов, в котором менялись как тип блока, так и расположение запоминаемого элемента. Тип блока был рандомизирован через 15 суперблоков, каждый из которых содержал один проблок, один антиблок и один нулевой блок в случайном порядке. Расположение запрошенного элемента памяти было рандомизировано внутри блоков, обеспечивая при этом равное количество попыток левого и правого элемента в каждом блоке.Цвет и ориентация предмета менялись независимо и не зависели от местоположения предмета.

Отслеживание глаз.

Устройство отслеживания взгляда (EyeLink 1000; SR Research) стояло на расстоянии около 15 см перед монитором на столе. Горизонтальное и вертикальное положение взгляда непрерывно фиксировалось для обоих глаз с частотой дискретизации 1000 Гц. Перед экспериментом айтрекер был откалиброван и проверен с использованием встроенных протоколов программного обеспечения EyeLink.

После получения данные айтрекинга были преобразованы из исходных.edf в формат .asc и считайте в MATLAB с помощью FieldTrip (48). Мы использовали собственный код для обнаружения миганий и интерполировали сигнал с интервалом ± 100 мс вокруг миганий, используя сплайн-интерполяцию. Мы усреднили данные для левого и правого глаза как для горизонтального, так и для вертикального каналов положения взгляда.

Мы использовали данные из пользовательских калибровочных модулей для нормализации данных положения взгляда в задаче. Мы делали это отдельно для каждого участника. Для нормализации мы вычислили средние значения положения взгляда в каждом из наших семи положений калибровки в окне от 500 до 1000 мс после начала точки калибровки.Мы масштабировали наши данные так, чтобы эти значения соответствовали ± 100% (соответствует углу обзора ± 5,7 °). Поскольку наши положения калибровки взгляда были выбраны так, чтобы соответствовать эксцентриситету центра элементов памяти в задаче, ± 100% в сигнале горизонтального взгляда соответствовали центру элементов памяти после нормализации.

Наш анализ взгляда сосредоточен на положении взгляда как функции времени. Мы сравнили условия, в которых указанный элемент памяти занимал левую или правую позицию элемента во время визуального кодирования.В соответствии с нашим предыдущим исследованием (26), мы также сконструировали меру «близости», которая выражала предвзятость взгляда в сторону запомненного местоположения элемента в единственном значении на момент времени, тем самым повышая чувствительность и интерпретируемость и облегчая визуализацию сравнения это смещение между условиями эксперимента. Приближение вычислялось путем сравнения положения взгляда по горизонтали после сигналов, связанных с элементами памяти справа и слева, разделенных на 2. В нулевых блоках левый и правый были определены относительно того, какой элемент памяти соответствует визуальному признаку (цвет в эксперименте 1, ориентация Эксперимент 2) ретроквии, в то время как в про- и антиблоках левое и правое определялись относительно того, какой элемент памяти был указан как релевантный (т.е.е., подлежит исследованию) п. Временные курсы положения взгляда усредненного пробного периода были сглажены гауссовым ядром со стандартным отклонением 25 мс.

Наша предыдущая работа показала, что феномен смещения взгляда состоит из смещения взгляда вокруг фиксации (в соответствии с ссылками 31–33). Используя это знание в наших интересах, мы намеренно сконцентрировали текущий анализ динамики взгляда на испытаниях, в которых положение взгляда оставалось в разумном диапазоне фиксации. Чтобы устранить потенциальный вклад больших сдвигов взгляда (а также шума, возникающего на этапе интерполяции или шума измерения), мы включили только испытания, в которых нормализованные значения положения взгляда оставались в пределах ± 50% от фиксации (при этом 100% обозначает исходный элемент. места в ± 5.Угол обзора 7 °) на протяжении всего исследования. Так было в подавляющем большинстве испытаний (эксперимент 1, 92,8 ± 2,3%; эксперимент 2, 93,0 ± 2,0%).

В целях визуализации и подтверждения фиксирующего характера смещения взгляда мы также построили тепловые карты плотности взгляда, не удаляя испытания со значениями взгляда выше ± 50%. Мы построили двумерные (2D) гистограммы положения взгляда, сопоставив значения положения взгляда по времени и испытаниям (без усреднения), используя данные из окна 400–1000 мс после ретроспективного восстановления.Мы выбрали это окно, потому что мы использовали его для той же цели ранее (26), а также потому, что смещение взгляда было явным в этом окне во всех соответствующих условиях. Подсчеты были получены с интервалом 1% × 1% в нормализованном пространстве. Мы разделили количество двумерных положений взгляда на общее количество выборок положения взгляда, чтобы получить плотность. Карты плотности были сглажены двумерным гауссовым ядром со стандартным отклонением 10%. Чтобы изобразить тепловую карту, связанную с интересующим направленным смещением взгляда, мы вычли карты между условиями, в которых реплики были связаны с левыми предметами, по сравнению справильные предметы.

Статистическая оценка.

Наш первичный статистический анализ включал сравнение условий поведения и данных положения взгляда в рамках каждого эксперимента, где мы могли полагаться на сильные сравнения внутри субъекта. Для анализа поведенческих данных мы рассмотрели два показателя: ошибки воспроизведения и время отклика. Ошибки воспроизведения определялись как абсолютная разница между ориентацией исследуемого элемента памяти (эксперимент 1) или цветом (эксперимент 2) и заявленной ориентацией или цветом, каждый из которых определен в полукруглом пространстве на 180 °.Время ответа определяли как время от начала действия пробы до начала ответа. Испытания со временем отклика с оценкой z больше или меньше ± 4 (эксперимент 1, 0,919 ± 0,143%; эксперимент 2, 0,783 ± 0,084%) были исключены из анализа после максимум трех итераций.

В разных условиях реплики были либо информативными (за и против), либо нет (совпадали и не совпадали), а функция реплики могла либо совпадать с характеристикой исследуемого элемента памяти (про и совпадение), либо нет (анти и не совпадать).Этот аспект нашего дизайна «два на два» позволил нам независимо количественно оценить произвольные влияния «целенаправленной расстановки приоритетов» и непроизвольные влияния «захвата цвета» (эксперимент 1) или «захвата ориентации» (эксперимент 2) на производительность памяти. С этой целью мы использовали дисперсионный анализ ANOVA с повторными измерениями с факторами информативности сигнала и соответствием цвета / формы сигнала. Кроме того, мы напрямую сравнили произвольный эффект информативности реплики с непроизвольным эффектом соответствия цвета / ориентации реплики, используя тесты парных выборок t , и сравнили произвольные и непроизвольные эффекты между экспериментами с использованием тестов с независимыми выборками t .

Для статистической оценки наших временных курсов положения взгляда мы использовали кластерный анализ перестановок (27), как и в нашей предыдущей работе (26). Этот подход позволил нам оценить эффекты в расширенных данных (здесь расширенных во времени), элегантно обойдя проблему множественных сравнений, с которой в противном случае пришлось бы столкнуться. Мы использовали настройки кластера по умолчанию в FieldTrip (48) и выполнили 10 000 перестановок за одну оценку. Мы сосредоточили наши логические статистические оценки на временных изменениях положения взгляда.Дополнительный анализ плотности взгляда служил только для характеристики и подтверждения характера систематической ошибки положения взгляда и не подвергался дальнейшей статистической оценке.

Корреляции Пирсона использовались для того, чтобы связать разницу в смещении взгляда после про и против обратных сигналов с разницей в смещении взгляда после совпадений и несоответствий в нулевых блоках. Мы сделали это один раз для временных точек (от 0 до 2000 мс после восстановления) и один раз для участников. Для корреляции между участниками мы сначала усреднили данные по окну от 400 до 800 мс, в котором различия смещения взгляда между условиями были наиболее выраженными (в среднем по группе).

Подход складного ножа (49) использовался для количественной оценки различий в латентном периоде начала движения взгляда во времени после про- и антиретрокий. С этой целью мы оценили время, в которое каждый временной ход приближения впервые достиг 10% от своего пикового значения. Мы получили точную оценку надежности начальных задержек (а также различий в начальных задержках между условиями метки) путем итеративного удаления участников из пула и сравнения полученной разницы в задержке с наблюдаемой разницей в полной выборке.Полученная в результате оценка SE позволила нам оценить разницу в задержке по сравнению с нулевой гипотезой об отсутствии разницы с использованием стандартного t-распределения.

Анализ среднего разделения был использован для исследования взаимосвязи между смещением взгляда после ретроквии и последующими действиями после зонда. Мы применили медианное разделение отдельно к ошибкам и времени отклика (и отдельно для каждого условия в эксперименте) и рассчитали временные рамки внимательности взгляда для «хороших» (ниже медианы) и «плохих» (выше медианы) испытаний производительности.Мы использовали кластерный анализ перестановок, чтобы сравнить смещение взгляда между испытаниями с хорошими и плохими характеристиками.

Все указанные показатели распространения включают ± 1 SEM, рассчитанную для всех участников. Выводы были двусторонними при уровне α 0,05.

Благодарности

Мы благодарим Ника Майерса, Фриду Принцлау, Нира Шалева и Сейджа Боттчера за полезные обсуждения. Это исследование финансировалось стипендией Марии Склодовской-Кюри Европейской комиссии (ACCESS2WM) для F.v.E., наградой для старших исследователей Wellcome Trust (104571 / Z / 14 / Z) и премией Фонда Джеймса С. Макдоннелла за сотрудничество в области понимания человеческого познания (220020448) для ACN, а также Национальным институтом медицинских исследований Оксфордского центра биомедицинских исследований здоровья. . Центр интегральной нейровизуализации Wellcome поддерживается за счет основного финансирования Wellcome Trust (203139 / Z / 16 / Z). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

• Copyright © 2020 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Мозговые сети, основанные на новинках, непроизвольного и вызванного добровольным смещением слухового внимания

Образец цитирования: Хуанг С., Белливо Дж. У., Тэнше С., Ахвенинен Дж. (2012) Мозговые сети, основанные на новинках, непроизвольных и вызываемых добровольным слушанием. PLoS ONE 7 (8): e44062. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0044062

Редактор: Клод Ален, Больница Бэйкрест, Канада

Поступила: 07.02.2012; Одобрена: 30 июля 2012 г .; Опубликован: 28 августа 2012 г.

Авторские права: © Huang et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Эта работа была поддержана наградами Национального института здравоохранения R01MH083744, R21DC010060, R01HD040712, R01NS037462 и P41RR14075. Среда исследования была поддержана грантами Shared Instrumentation S10RR014978, S10RR021110, S10RR019307 и S10RR023401.Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Человеческий мозг может обрабатывать только ограниченный объем слуховой информации за раз. Перемещение внимания необходимо постоянно, чтобы позволить перенаправить наше внимание на обнаружение наиболее важных звуков среди шума. Такие сдвиги могут быть инициированы сверху вниз, например, чтобы добровольно сместить фокус на основе наших целей и интересов (эндогенный процесс), или снизу вверх, когда потенциально интересный неожиданный звук непроизвольно захватывает наше внимание (экзогенный процесс).Однако точные нейронные механизмы, контролирующие эти два режима переключения слухового внимания, не совсем ясны.

Предыдущие исследования нейровизуализации в этой области, которые в основном были сосредоточены на зрительно-пространственной области, предполагают, что смещение внимания активирует сеть областей мозга, включая дорсолатеральную префронтальную кору, премоторную, медиальную лобную области и заднюю теменную кору. На основании этих исследований было предложено разделить дорсальную (верхняя теменная долька, SPL, интрапеменная борозда, IPS, лобные глазные поля, FEF) и вентральную (правое височно-теменное соединение, вентральная лобная кора / передний островок) системы внимания. лежат в основе добровольных против .процессы непроизвольного переключения внимания соответственно [1] — [4]. Однако различие между дорсальной и вентральной системами внимания все еще обсуждается, поскольку ряд визуальных [5] — [9] исследований фМРТ не смогли найти полностью сегрегированные нервные системы, поддерживающие эндогенную и экзогенную пространственную ориентацию.

Несмотря на критическую роль, которую обработка слуховой информации играет в человеческом общении, было проведено гораздо меньшее количество исследований фМРТ для изучения произвольного переключения внимания в слуховой области по сравнению с визуальной модальностью.Результаты, полученные в разных исследованиях, также не полностью согласуются. Например, недавнее исследование [10] показало, что автоматическое ориентирование, по сравнению с контролируемым ориентированием, связано с большей активацией в нескольких лобных и теменных областях, в то время как другие [11], [12] сообщили об усилении активации в задней теменной коре головного мозга, связанной с с нисходящим контролем переключения внимания. Подобные несоответствия, очевидно, частично связаны с различиями в экспериментальных планах.В то же время в предыдущих исследованиях слухового переключения внимания редко учитывались потенциальные искажения, вызванные шумом акустического сканера, который может маскировать слуховые стимулы и модулировать BOLD-ответ в слуховой [13] или даже не слуховой коре головного мозга [14].

Поиск компромиссов, связанных с шумом акустического сканера, может быть особенно важным для исследований непроизвольного переключения внимания, области исследований, которая была исследована гораздо более интенсивно [15] — [18], чем произвольное слуховое ориентирование.Примечательно, что это направление исследований почти исключительно основано на таких методах, как МЭГ и ЭЭГ, на которые не влияют такие факторы, как шум сканера. Согласно этим исследованиям, непроизвольное внимание запускается автоматическим процессом обнаружения изменений в верхней височной слуховой коре, что отражается в реакции отрицательного несоответствия (MMN). После этого процесса обнаружения несоответствия следует последовательность мозговых событий, связанных с ориентацией внимания и осознанным обнаружением изменения звука во внеслуховых ассоциативных областях, которые потенциально включают дорсолатеральную префронтальную кору [19] — [22], переднюю поясную извилину [23]. ] и / или нижняя лобная извилина [24] — [26].Однако относительный вклад слуховых и других областей в автоматическое обнаружение изменений и непроизвольное ориентирование еще не полностью ясен.

Другой фактор, которому уделялось относительно мало внимания в классических исследованиях ориентации, — это роль передней островковой доли в переключении внимания. Накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что передний островок, одна из структур, первоначально предложенных для связи с вентральной системой внимания [3], на самом деле может играть важную роль в произвольном когнитивном контроле [27] — [30] и принятии перцептивных решений [31]. .В ряде недавних визуализационных исследований переключения зрительных и слуховых задач, слуховой рабочей памяти и слухового внимания сообщалось об активации передней островковой доли [32] — [36]. Следовательно, предполагается, что передняя островковая часть вносит вклад в переключение внимания [17] и связанные процессы разрешения интерференции сверху вниз [37]. Также недавно было высказано предположение, что передняя островковая часть представляет собой надрамодальную область, которая контролирует ориентацию внимания [36]. Однако точная роль этой области в нисходящих аспектах переключения слухового внимания требует дальнейшего изучения.

В настоящем исследовании мы исследовали произвольное и непроизвольное переключение внимания с использованием парадигмы, модифицированной от классического зрительно-пространственного ориентирования [38], слухово-пространственного избирательного внимания [39], [40] и слухового непроизвольного переключения внимания [16], [ 41] конструкции. Ориентация, управляемая стимулами, запускалась неожиданными новыми звуками, стратегия, которая была хорошо задокументирована, для получения сильных связанных с событием потенциальных реакций и поведенческих отвлекающих эффектов, связанных с непроизвольным переключением внимания [16], [42].Систематические ошибки, связанные с шумами акустического сканера, контролировались с помощью смешанного дизайна, который сочетал в себе подходы к выборке, связанные с событиями, и методы разреженной выборки.

Результаты

Поведенческие данные

Настоящий дизайн слуховой задачи (, рис. 1, ) был изменен из классических парадигм визуального переключения внимания [38] и слухового избирательного внимания [39] (см. Материалы и методы ) . Во время получения фМРТ испытуемые были проинструктированы обнаруживать монофонический гармонический целевой звук, который был встроен в последовательность чистых тонов высокого и низкого тона, передаваемых асинхронно их левому и правому уху соответственно.Выбросы определялись как ответы длиннее или медленнее, чем два стандартных отклонения среднего времени реакции в каждом прогоне, и учитывались как пропуски в окончательных данных о поведении. Один испытуемый был исключен из-за невозможности выполнить задание. В окончательном наборе данных (N = 18, 11 женщин, возраст 19–28 лет) средняя частота совпадений составила 90,2 ± 7,9%, а время реакции — 495 ± 48 мс. Среднее значение ± стандартное отклонение ложных тревог, рассчитанное по результатам испытаний Cue + Standards и Cue + Novel + Standards, составило 1,2 ± 1,5%.

Рисунок 1.Задача и стимулы.

В каждом 10-секундном испытании испытуемых проинструктировали ждать сигнала в ухе, где могла появиться следующая цель, и нажимать кнопку как можно быстрее после того, как они услышали цель. Реплики и цели были встроены в дихотические последовательности стандартов чистого тона. Новые звуки, которые иногда происходили напротив уха, полученного при помощи команды, игнорировались. Все стимулы предъявлялись в течение 7,82-секундного периода, предшествующего получению фМРТ. Субъекты были проинформированы о том, что звук сканера завершил испытание (т.е. шум сканера был контролируемым сигналом пробного конца). Пропорции активных испытаний были следующими: сигнал, за которым следует цель («Cue + Target + Standards», 40%), сигнал, но без цели («Cue + Standards», 20%), сигнал, за которым следует роман («Реплика + роман + стандарты», 20%) и только стандартная стимуляция («Стандарты», 20%). Был использован «смешанный» дизайн последовательности испытаний. То есть за каждым периодом из 6 активных испытаний в произвольном порядке следовал блок из 3 тихих исходных испытаний (например, для обеспечения контроля качества слуховых активаций внутри субъекта).Наконец, в каждом испытании асинхронность начала стимула (SOA) была изменена, чтобы смягчить искажения ожидания, такие как ответы на пропуски. Общий интервал между стимулами составлял 530 мс (в течение периода между сканированиями; соответствует 1,06 с в пределах одного уха, в результате чего среднее значение SOA составляет 1,1 с / ухо).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0044062.g001

Чтобы проверить положительный эффект сигналов в направлении внимания к последующим целям, мы провели отдельный анализ поведенческого контроля ( N = 10, 4 женщины, возраст 22–43 года).Результат продемонстрировал, что пространственная реплика значительно ( t (9) = -4,17, P <0,01) ускоряла распознавание цели по сравнению с испытаниями с «неверно запрошенной», где цель находилась в ухе напротив реплики ( среднее ± стандартное отклонение времени реакции 463 ± 68 против . 555 ± 105 мс для достоверно против . неверно назначенные цели соответственно). Чтобы сделать предварительные выводы о преимуществах подсказок во время фМРТ, данные этой поведенческой группы также сравнивали с показателями основной группы фМРТ во время сеанса фМРТ.Не было значительных различий во времени реакции на достоверно обозначенные цели во время контрольного или основного эксперимента. Однако время реакции на неверно назначенные цели во время эксперимента по поведенческому контролю было значительно больше ( t (26) = 2,24, P <0,05), чем время реакции во время фМРТ на достоверно назначенные цели, что позволяет предположить, что субъекты могут извлекали пользу из пространственной подсказки также во время эксперимента фМРТ.

Результаты фМРТ

На фиг. 2 показаны активации, связанные с основными контрастами, которые, как предполагается, отражают переключение внимания с помощью команды, переключение внимания, вызванное новизной, и распознавание цели.Анатомические области, связанные с этими активациями, были идентифицированы в таблицах 1 , 2 , 3 на основе парцелляции, включенной в пакет FreeSurfer [43]. Наш подход выявил заметные различия в активации между переключением внимания по команде, переключением внимания, запускающим новизну, и распознаванием цели. Конкретные контрасты, которые использовались для определения этих эффектов, описаны ниже.

Рисунок 2. Основные отличия групповых анализов фМРТ.

A. Контраст между стандартами Cue + и только стандартами, предположительно отражающий произвольное переключение внимания. В то время как наиболее сильный фокус активации возник в передней части островка, значительные активации были также обнаружены в двусторонних PMC / FEF, mSFC (включая пре-SMA), парацингуляте, aMCC, dPCC, pSTG, PT, STS и IPS. B. Контраст между Cue + Novel + Standards и Cue + Standards, по-видимому, отражает вызванное новизной непроизвольное переключение внимания.Значительные активации были обнаружены в правой PMC / FEF, MFC, pas triangularis, орбитальной, прегениальной ACC, субпариетальных областях, левом клинке, двустороннем заднем островке, pMCC, dPCC, извилине Гешля, aSTG, pSTG, PT, STS, MTG, ITG, TPJ, IPC, IPS и предклинье. C. Контраст между условием Cue + Target + Standards и Cue + Standards, предположительно отражающий различение цели. Значительные активации были обнаружены в двусторонних SFC, DLPFC, PMC, IFC, орбитальных ACC, субгенальных ACC, pregenual ACC, aMCC, pMCC, dPCC, pars marginalis, извилине Гешля, aSTG, pSTG, PT, STS, MTG, ITG, TPJ, SPL, SMG, AG, IPS, под теменная борозда, предклинье, теменно-затылочная борозда, клиновидная, известковая и язычная извилина. D. «Базовый» контраст между «только стандартами состояния» и «фиксацией». Помимо первичной слуховой коры, значительная активация наблюдалась в нескольких лобных и теменных областях. Статистические изображения Z имели пороговое значение Z > 2,3 с скорректированным GRF порогом значимости кластера P <0,05.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0044062.g002

Cue + только стандарты по сравнению со стандартами.

Сначала мы сравнили активации между состоянием, когда сигнал возник в одном из ушей (на верхних дихотических стандартных тонах), но не следовал цели, и состоянием, состоящим только из стандартных тонов ( Рисунок 2A ).Этот контраст, предположительно отражающий обусловленное произвольное переключение внимания, был связан со значительным (P <0,05, порог кластера, скорректированным с учетом семейной ошибки на основе теории гауссовых случайных полей, GRF) повышенными активациями в двусторонних прецентральных областях (включая премоторную кору головного мозга). , PMC и FEF), передний островок, медиальная верхняя лобная кора (mSFC), включая пре-SMA, распространяющуюся на парацингулятор и переднюю среднюю поясную извилину (aMCC), дорсально-заднюю поясную извилину (dPCC), заднюю верхнюю височную извилину (pSTG), височную плоскость (PT), верхняя височная борозда (STS), угловая извилина (AG) и IPS.Латерализованные активации были обнаружены в правой нижней теменной области (включая супрамаргинальную извилину, SMG и sulcus intermediateus primus по Дженсену) и левому мозжечку. Некоторые подкорковые структуры, включая таламус, скорлупу и хвостатое тело, также активировались с обеих сторон.

Cue + новинка + стандарты vs. cue + стандарты.

Во втором сравнении мы сравнили состояние, при котором неожиданный «новый» звук возник напротив уха с сигналом, с условием, состоящим из сигнала и стандартных тонов, но без цели ( Рисунок 2B ).Этот контраст, предположительно отражающий непроизвольное переключение внимания, вызванное новизной, был связан со значительной (P <0,05, кластерный порог, скорректированный с учетом семейной ошибки на основе теории GRF) активацией в нескольких лобных и цингулярных областях коры, включая правую PMC / FEF, средняя лобная кора (MFC) и треугольная часть IFC, а также в областях орбиты, прегенуальный ACC, задний MCC (pMCC), dPCC и области под теменной борозды (т.е. теменный континуум поясной борозды).Активации, связанные с вызванным новизной непроизвольным переключением внимания, также были обнаружены с двух сторон в задней островке, височно-теменном соединении (TPJ), в SMG и AG нижних теменных областей, IPS и предклинье. В височной доле активации, связанные с этим контрастом, распространились на первичные (медиальные 2/3 извилины Гешля) и непервичные (передняя и задняя STG, PT, латеральная 1/3 извилины Гешля) области слуховой коры, а также на СТС и средние и нижние височные области.Наконец, в этом контрасте мы также наблюдали активацию в зрительной коре (левая клиновидная мышца) и в нескольких подкорковых областях, включая двусторонний таламус и скорлупу, а также в правом мозжечке.

Cue + target + стандарты vs. cue + стандарты.

На фиг. 2C показаны данные по контрасту, в котором сравниваются активации в состоянии, когда цель возникла в ухе с сигналом, с состоянием, состоящим только из сигнала и стандартных тонов. В этом контрасте, предположительно отражающем дискриминацию цели, мы наблюдали значительно (P <0.05, порог кластера с поправкой на семейную ошибку на основе теории GRF) увеличивал активацию в нескольких лобных, теменных, височных и затылочных областях. В первую очередь, активации были обнаружены в двусторонней верхней лобной коре, дорсолатеральной префронтальной коре (DLPFC), PMC, IFC, ACC (орбитальный, субгенуальный, прегенуальный), aMCC, pMCC, dPCC и pars marginalis. В теменной коре и около нее активация распространялась на TPJ, SPL, SMG и AG нижних теменных областей, IPS, под теменную область, предклинье и теменно-затылочную борозду.Повышенная активация различения мишеней проявляется также в зрительной коре головного мозга, включая клин, известковую борозду и язычную извилину. В височных областях, помимо первичной и непервичной (передняя и задняя STG, PT) слуховой коры, распознавание цели также активировало STS, а также среднюю и нижнюю височные области. Активация, распространяющаяся только на одно полушарие, была обнаружена в левой центральной борозде, постцентральной извилине и SMA mSFC (распространяющейся на парацентральную долю), а также в правой FEF и pre-SMA mSFC.Наконец, двусторонняя активация наблюдалась в подкорковых областях, включая таламус, скорлупу, хвостатый и бледный, а также мозжечок.

Только стандарты или фиксация.

Чтобы исследовать требования к вниманию, предъявляемые к стандартным звукам, мы сравнили состояние, при котором возникают только стандартные звуки, с условием фиксации ( Рис. 2D ) . Значительно (P <0,05, порог кластера скорректирован с учетом семейной ошибки на основе теории GRF) повышенная активация наблюдалась в нескольких лобных, височных и теменных областях, включая двусторонний SFC, первичную слуховую кору, задний островок, STG, парацентральную область, и подглазничная борозда.Левые латерализованные активации были обнаружены в MFC, STS, нижней теменной области (AG), в то время как правые латерализованные активации были обнаружены в центральной борозде, распространяющейся на прецентральную и постцентральную извилину.

Сравнение активаций.

Этот анализ был проведен, чтобы проиллюстрировать и сравнить области, в которых особое внимание уделяется смещению внимания, вызванному сигналом и запуском новизны, и распознаванию цели (, рис. 3, ). Более ограниченное сравнение в фиг. 3A, показывает области, значительно активированные в условиях переключения внимания с указанием (первоначально показано на фиг. 2A ) и смещения внимания, вызванного новизной (первоначально показано в фиг. 2B, ).Это сравнение, в котором не учитывались активации, связанные с распознаванием цели, показало общие различия в распределении между областями, активированными во время переключения внимания (красный цвет) и вызванного новизной (зеленый), которые в основном согласуются с предыдущими моделями [1] — [4 ], различая отдельные дорсальные и вентральные системы внимания (анатомические детали см. в таблицах 1 и 2). Тем не менее, передняя островковая часть, область, которая ранее часто была связана с сетью обнаружения вентральных стимулов / значимости, активировалась с двух сторон во время переключения внимания, в то время как определенные области в правой IFC активировались во время инициируемого новизной, но не управляемого внимания. смещение.

Рисунок 3. Анатомическая маркировка значимых активаций во время различных условий задачи на основе результатов группы ( N = 18).

A. Сравнение между условным переключением внимания (Cue + стандарты и только стандарты ) и переключением внимания, вызванным новизной (Cue + Novel + стандарты vs . Cue + стандарты), похоже, поддерживает различие между дорсальный произвольный (pSTG, PT, STS, передний островок, верхний IPS, IFC, FEF / PMC, mSFC, aMCC) и более вентральный (первичная и непервичная слуховая кора, TPJ, нижний IPS, предклинье, PCC, правый IFC ) система непроизвольного внимания. B. При наложении на области, активируемые во время распознавания цели (Cue + Target + Standards vs . Cue + Standards), области, связанные исключительно с произвольным переключением внимания, будут, по-видимому, сфокусированы на правую и левую PMC, включая FEF это также частично активируется другими состояниями и верхним / задним аспектом IPS. Непроизвольное переключение внимания (Cue + Novel + Standards против . Cue + Standards), по-видимому, концентрируется в правой нижней IPS и задней STS (MT / MTG) областях.Интересно, что передняя островковая часть, по-видимому, активируется при обоих состояниях, требующих произвольного контроля внимания. В то же время в слуховой коре произвольное переключение внимания (Cue + стандарты по сравнению со стандартами ), по-видимому, ограничено задней областью «где», в то время как как целевое различение, так и непроизвольная ориентация на новые звуки активировали практически все высшие звуки. височные слуховые области.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0044062.g003

Однако, когда также учитывались активации во время различения слуховых целей (темно-синий на рис. 3B ) , предполагаемый дорсальный против . Вентральное различие между сетями активации, управляемыми целью (смещение сигналов, различение целей) и стимулами, стало немного менее очевидным. То есть, особенно в правом полушарии, многие из наиболее «вентральных» областей, особенно около верхних височных слуховых областей и в нижних частях боковой височной коры (STS), которые были значительно активированы во время запуска новизны (но не переключение внимания) также сильно активировались во время обнаружения слуховых целей.Тем не менее, более задние аспекты STS, более широко в левом полушарии, по-видимому, весьма избирательно связаны с процессами, управляемыми стимулами (зеленый на , рис. 3B, ).

Обратите внимание, что также были перекрытия между двумя более целевыми условиями слухового внимания (переключение внимания и распознавание цели) в областях, не активируемых переключением внимания, вызванным новинкой (розовый на , рис. 3B, ). Интересно, что одна из таких областей — передняя островковая часть.Перекрывающиеся активации между двумя более целевыми состояниями слухового внимания также наблюдались в частях PMC / FEF и поясной коры.

Несмотря на сложную структуру перекрывающихся активаций трех основных контрастов, представляющих интерес, мы также обнаружили области, которые были существенно связаны только с одним из трех процессов. Интересное распределение активаций наблюдалось, в частности, в правой задней теменной области: направленное переключение внимания активировало верхнюю и переднюю области IPS, переключение внимания, вызванное новизной, активировало заднюю и нижнюю IPS, в то время как различение целей активировало более передние / верхние аспекты IPS. .Наконец, области, избирательно активируемые произвольным переключением внимания, также были обнаружены в правой и левой прецентральных областях, вблизи FEF.

На фиг. 3B показаны активации в широком спектре областей, избирательно связанных с нацеливанием на дискриминацию дорсально, а также медиально в неокортексе. Например, верхние боковые области PFC (включая DLPFC), медиальный PFC и области поясной коры головного мозга были активированы только посредством распознавания цели (см. Рисунок 2C и Таблица 3 для подробного анатомического описания).Точно так же активация зрительных областей коры, включая калькариновую борозду, клин и язычную извилину, была почти специфичной для распознавания цели, и только несколько точек активации были обнаружены дорсальнее, вблизи теменно-затылочного соединения и клинка во время переключения внимания, вызванного новизной.

Перемещение внимания по команде и переключение внимания, вызванное новизной.

Кроме того, мы также напрямую сравнили реплику с новизной и новеллу с контрастами реплики, используя групповой анализ случайных эффектов второго уровня с пороговым значением P <0.01 ( Рисунок 4 ). Активации, связанные с контрастом Cue vs.Novel, были значительно выше в двусторонних mSFC / aMCC (оба более заметно справа), передней островке и IPS, а также в правом FEF, PMC и IFC (pars opercularis). Активации, связанные с контрастом Novel vs.Cue, были значительно выше в двусторонней первичной и непервичной (передний и задний STG, PT) слуховой коре, задней островке, STS, MTG, ITG, TPJ, нижней теменной области (SMG, AG) и preduneus, а также правую IFC (pars triangularis).

Рис. 4. Области, активируемые репликой против романа и романа против контраста реплики.

Повышенная активация, связанная с контрастом Cue по сравнению с новым, наблюдалась при двустороннем FEF, mSFC / aMCC, передней островке и передней / верхней части IPS, а также в правой PMC и IFC. Повышенная активация, связанная с контрастом между новеллой и подсказкой, была наиболее заметна в двусторонней первичной и непервичной слуховой коре, TPJ и нижнем аспекте IPS. Контрасты были рассчитаны на втором уровне с использованием группового анализа случайных эффектов с пороговым значением P <0.01.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0044062.g004

Обсуждение

Несмотря на то, что было опубликовано небольшое количество исследований фМРТ [11], [12], [36], в которых использовалось непрерывное сканирование фМРТ при переключении слухового внимания с указанием указателя, текущее исследование было специально разработано для сравнения слуховых активаций фМРТ при переключении внимания на предсказуемые реплики и ориентирование на неожиданные новые звуки. Отмечая важную роль сенсорных областей в процессах автоматического обнаружения изменений, вызывающих непроизвольное внимание в слуховой области, мы использовали «смешанный» подход, связанный с событиями / разреженными выборками, чтобы смягчить как сенсорные помехи, так и помехи внимания, вызванные шумом акустического сканера, для достижения этой цели.В дополнение к сходству между активациями предполагаемых эндогенных и экзогенных процессов, согласующихся с предыдущими исследованиями [7], [9] — [11], наш подход также выявил некоторые заметные различия в активации между переключением внимания, вызванным новизной, и различением целей. .

Области, избирательно активируемые за счет переключения внимания, были обнаружены в двусторонних прецентральных / FEF областях и в задних теменных областях. В этих областях фокусы активации явно различались между направленным смещением внимания (более задним / верхним в IPS), переключением внимания, вызванным новизной (нижнее / заднее IPS), и дискриминацией цели (более передним в IPS / SMG).В соответствии с теорией [1] — [4] различных систем внимания дорсальной и вентральной, смещение внимания, вызванное новизной, избирательно активировало задние аспекты STS / медиальной боковой височной коры, в меньшей степени, чем активация двух других целей — условия направленного внимания. Интересно, что передняя островковая часть, которая часто была связана с более фундаментальными процессами изменения, вызванного стимулами [44] и обнаружения значимости [45], [46], активировалась во время переключения внимания и распознавания цели, но не во время переключения внимания на звуковая новинка.В префронтальной коре активация, связанная с распознаванием цели, была широко распространена и обнаруживалась в областях, более передних и превосходящих лобные области, активируемые другими состояниями.

В прецентральных областях, включая области FEF и боковые PMC (BA 6 и 44), наиболее распространенные активации наблюдались для контраста, связанного с направленным переключением внимания. Внутри этих областей область, которая, вероятно, наиболее близко соответствует FEF, была значительно активирована также во время переключения внимания, вызванного новизной, но очень слабо во время распознавания цели.Таким образом, наши результаты позволяют предположить, что эти области связаны с ориентацией слухового внимания и, в наибольшей степени, с переключением внимания по сигналу. Эта интерпретация согласуется с давнишним представлением о том, что FEF представляет собой критический локус для контроля пространственного внимания [47], поскольку он предположительно взаимосвязан с другими лобно-теменными областями, такими как IPS, и потому что он также может участвовать в мультисенсорном внимании. [48] ​​и ориентирующие [9], [49]. Повышенная активация FEF, связанная со смещением слухового внимания, во время состояния, в котором испытуемые были проинструктированы фиксироваться на кресте в центре экрана для всех задач, также соответствует представлениям [49], [50] о том, что эта область участвует не только в контроле движений глаз и явной ориентации взгляда.Однако, как и в предыдущих наблюдениях [7], [9], [11], наши результаты показывают, что правый FEF активируется отвлекающими событиями, которые также привлекают внимание снизу вверх. Действительно, недавно было высказано предположение, что области FEF и IPS человека могут отражать представление или интеграцию приоритета внимания [9], [51], вместо того, чтобы составлять строго «произвольную» систему внимания. Другими словами, функция FEF может быть не только произвольным контролем, но более существенным образом связана с ориентацией пространственного внимания.Интересно, что латерализация существующих эффектов FEF для новых и отвлекающих слуховых событий также согласуется с традиционным представлением о том, что запуск непроизвольного слухового внимания специфически латерализируется к правой лобной коре [40]. Между тем, условие произвольного переключения, казалось, активировало прецентральные области, включая FEF, более двусторонне.

Наши результаты по прецентральным областям (за пределами FEF) могут быть интересны в свете недавних дебатов о роли внимания латеральной PMC.Некоторые исследования [2], [3] предполагают, что боковая PMC участвует в обнаружении значимых и поведенчески значимых стимулов, особенно в оставленных без присмотра и не связанных с задачами местах (внимание, управляемое стимулами). Это открытие привело к предположению, что эти регионы составляют часть одной и той же вентральной лобно-теменной сети, которая также включает передний островок и TPJ [2], [3]. Однако имеющиеся данные о более распространенных активациях латеральных PMC во время смещения внимания, а не смещения внимания, вызванного новизной, предполагают, что эти области участвуют в нисходящем / произвольном контроле внимания.

Задняя теменная кора головного мозга, особенно IPS, важна для пространственного внимания [32], [52], [53], что подтверждается объединенными данными исследований физиологии обезьян и нейровизуализационных исследований человека. Есть даже некоторые свидетельства, которые дополнительно указывают на топографическую организацию пространственных сигналов внимания внутри IPS [54]. Наши выводы о том, что направленное переключение внимания активирует превосходную IPS, переключение внимания, вызванное новизной, активирует нижнюю IPS, а распознавание цели активирует более передние / верхние области IPS, предполагают возможную функциональную дифференциацию в этих задних теменных областях.Эти результаты также в основном согласуются с предложенным спинным против . вентральное распределение сетей, посвященных целевым (переключение внимания, различение целей) и стимулам (переключение внимания, вызванное новизной) процессам внимания [1], [2], [4].

Еще одно любопытное открытие нашего исследования заключается в том, что передняя островковая часть в обоих полушариях была более значительно активирована при переключении внимания и распознавании цели, чем переключение внимания, вызванное новизной.Предыдущие исследования исполнительного контроля слухового пространственного внимания сообщили об активации двусторонней передней островковой доли [36]. Тем не менее, передняя островковая часть традиционно не рассматривалась как область управления задачами, и ее активация обычно считалась вспомогательной по отношению к IFC [11], [33], [55], либо они широко не обсуждались [10] , [12]. Тем не менее, наши данные согласуются с накопившимися доказательствами [27] — [30], [56], [57], которые позволяют предположить, что передний островок как часть цингулооперкулярной системы может играть роль более значительная роль в произвольном когнитивном контроле, чем предполагалось ранее.Это представление было дополнительно подтверждено данными животных [27] и людей [58] об анатомической связи между передней островковой частью и областями mSFC, а также гистологическими данными [59], [60]. Однако также ведутся дискуссии о том, играет ли передняя островковая часть более исполнительную роль в поддержании устойчивого режима задачи и стратегии [29], или это просто временный детектор заметности, который инициирует сигналы управления вниманием в других областях более высокого порядка [29]. 46]. Нынешнее отсутствие активаций передней островковой части наиболее заметных звуков настоящего дизайна, новых звуков, по-видимому, явно противоречит последней идее.Напротив, наши результаты более согласуются с альтернативной теорией [61], согласно которой активность передней части островка не выражает перцептуальную значимость, per se , а скорее рекрутирование ресурсов обработки при столкновении с данным сенсорным событием, каким бы то ни было образом. источник этого найма, снизу вверх или сверху вниз. Наконец, стоит также отметить, что, помимо фактического перенаправления внимания, переключение внимания предположительно включает в себя эндогенные процессы, которые позволяют нам отвлечься от предыдущей деятельности и поддерживать повышенный контроль сверху вниз над новой задачей [62].Следовательно, принимая во внимание недавние данные Wu et al. [36] и Alain et al. [32], демонстрируя активацию передней островковой доли во время обработки рабочей памяти и целенаправленных действий, также возможно, что активации в передней островке во время переключения внимания и распознавания цели наиболее существенно связаны с включением управления вниманием.

Было высказано предположение, что передняя островковая часть и поясная извилина могут принадлежать одной и той же цингулоинсулярной системе, участвующей в нисходящем когнитивном контроле.Наши данные согласуются с этим предложением, так как области mSFC (включая двустороннюю пре-SMA и простирающуюся до aMCC, а также зоны ростральной поясной извилины) и передняя островковая часть были активированы во время переключения внимания и распознавания цели, но не во время внимания, вызванного новизной смещение. Поясная извилина также была идентифицирована как главный компонент в распределенной сети, отвечающей за динамическое перемещение пространственного внимания [63], [64]. Предыдущие исследования также показывают, что aMCC связан с разрешением конфликтов [65], [66] и принятием решений [67].Здесь мы приводим данные, свидетельствующие о том, что aMCC конкретно участвует в управлении пространственным вниманием сверху вниз.

В целом наши данные согласуются с предыдущими исследованиями переключения слухового внимания. Однако мы также наблюдали определенные несоответствия. Такие расхождения, очевидно, частично могут быть объяснены различиями в парадигмах и методах исследований. Например, наши результаты немного отличаются от предыдущего исследования фМРТ, связанного с событием, Mayer et al. [10], где испытуемых проинструктировали локализовать цели после информативных (75% достоверных) или неинформативных (50% достоверных) сигналов.В отличие от настоящих выводов, а также тех, о которых сообщалось в нескольких недавних слуховых исследованиях [11], [68], авторы обнаружили, что автоматическая ориентация, вызванная неинформативным сигналом, усиливает активацию в прецентральных областях и островковой доле, оба из которых в Настоящее исследование было связано с произвольными процессами, а не со стимулами. Однако исследование Mayer et al. очевидно, не преследовал цель разделить процессы переключения внимания на слух и идентификацию цели.Более того, основываясь на поведенческих данных, не совсем ясно, что неинформативные сигналы, использованные Mayer et al. фактически сопровождались менее интенсивной нисходящей обработкой, чем информационные сигналы.

В то же время, настоящие результаты немного отличаются от исследования фМРТ, связанного с событием, Salmi et al. [11], в котором авторы использовали дихотический план распознавания целей, во многом аналогичный настоящему исследованию. В частности, Салми и его коллеги попросили своих испытуемых обнаруживать случайные цели в обслуживаемом потоке.Вместо новых звуков, представленных только неподключенному уху, непроизвольные сдвиги внимания вызывались неожиданными отклонениями громкости, предъявляемыми к любому уху. Наконец, в отличие от настоящего исследования, переключение внимания осуществлялось с помощью центральных визуальных сигналов. Их результаты были очень похожи на настоящие результаты в отношении контролируемого переключения внимания сверху вниз. Salmi et al., Однако, не наблюдали связанных сверху вниз активаций в передней части островка. В то же время, используя визуально представленные сигналы смещения, Salmi et al.наблюдали активацию зрительной коры головного мозга, которая отсутствовала во время переключения сигналов в настоящем исследовании. Что касается переключения внимания снизу вверх, настоящее исследование показало более обширную активацию в двусторонней слуховой коре (возможно, из-за различий в параметрах слуховой стимуляции и сканирования, описанных выше), задней островковой части, IPS и задней поясной извилине, чем исследование Салми и его коллег. В дополнение к вышеупомянутым различиям в параметрах стимуляции и сканирования (непрерывная или редкая выборка), некоторые из этих расхождений могут быть объяснены подходами к анатомической интерпретации.Например, существующий поверхностный подход может давать разные результаты с точки зрения точных анатомических границ между передней островковой частью и IFC, чем полностью объемный атлас, который использовался Салми и его коллегами.

Настоящая разреженная схема выборки может помочь сделать результаты более легко сопоставимыми с исследованиями когнитивной нейробиологии, проводимыми с использованием других методов, которые не зависят от таких факторов, как шум акустического сканера. То есть, по сравнению с относительно небольшим количеством слуховых исследований произвольного переключения внимания, было проведено множество исследований МЭГ и ЭЭГ непроизвольного переключения внимания на автоматические звуковые изменения [15] — [17], [69] — [77] ].В этих исследованиях было предложено инициировать непроизвольное переключение слухового внимания с помощью автоматического процесса обнаружения изменений, отраженного ответом MMN [78], за которым следует последовательность событий мозга, связанных с ориентацией внимания и сознательным обнаружением этого изменения (однако см. также [79]). Действительно, в настоящем исследовании довольно заметные различия между состояниями выявлены в верхних височных слуховых областях. В этих областях активации во время обработки нового звука распространялись на всю верхнюю височную плоскость, в то время как активации сигналов переключения внимания были значительными только в задних аспектах слуховой коры (pSTG, PT).Это различие в распределении эффектов, в принципе, можно интерпретировать как соответствующее предположению [78], что автоматическое обнаружение отклонения (отраженное процессом MMN) происходит больше в переднем отделе слуховой коры, чем ответы на более предсказуемые сигналы смещения. В то же время предыдущие исследования также предполагают, что непервичная слуховая кора обрабатывает звуковую идентичность и местоположение параллельно, через передний « what » и задний « where » пути [52], [80] — [82] .В текущем исследовании романы содержали гораздо более богатые особенности идентичности, чем сигналы, используемые для запуска произвольного переключения внимания. Следовательно, усиленное распространение активаций слуховой коры на предполагаемые области «, что » может отражать запускаемые стимулом активации в системе идентификации звукового объекта. Процесс звуковой идентификации может также объяснить некоторые активации IFC во время переключения внимания, вызванного новизной, учитывая теорию о том, что потоки «что» распространяются на вентральные области лобной коры [81], [82].Между тем, более широкие активации, связанные со слуховой дискриминацией целей, по сравнению с управляемым переключением внимания, могут быть частично объяснены более сильными нисходящими влияниями, необходимыми для более сложного процесса различения целей от повторяющихся стандартов, как установлено многочисленными исследованиями изображений. [83] — [85]. Наша предыдущая работа по слуховому вниманию также продемонстрировала корреляцию между модуляцией внимания активации слуховой коры и поведенческой дискриминацией целевых тонов (измеряемой по разнице в частоте попаданий между более легким и легким звуком).к уху доставлены более сложные цели).

Мы наблюдали обширную активацию зрительной коры, связанную с распознаванием мишеней, подобно Wu et al. [36] (обратите внимание, что Ву и его коллеги просили своих испытуемых держать глаза закрытыми на протяжении всего исследования). Это может быть результатом кросс-модальных влияний между слуховой и зрительной корой. То есть предыдущие исследования показали, что зрительная кора головного мозга может быть активирована слуховым сигналом [50], [86], [87] и что существуют прямые анатомические связи между верхней височной и затылочной областями у приматов [88] и людей [ 89], [90].Между тем, недавнее исследование с помощью фМРТ [91] также показало, что слуховая активация затылочной части строго зависит от постоянного привлечения слухового внимания и усиливается в более сложных условиях прослушивания.

Условие «только стандарты», во время которого испытуемых просили внимательно слушать и ждать сигнала, выявило значительно повышенную активацию в нескольких лобных, височных и теменных областях. Интересно, что активированные области включали парацентральную область, которая, согласно недавним исследованиям, активируется во время поддержания внимания [92].Эти парацентральные активации могли также перекрываться с дополнительной областью глазного поля, которая, как предполагалось ранее, участвует в процессах зрительно-пространственного контроля и производительности [93]. Области, активируемые во время выполнения стандартных условий, также включали SFC, который ранее был связан с процессами когнитивного контроля высокого уровня, такими как мониторинг [94] и упреждающее пространственное внимание [95]. Однако следует отметить, что, в отличие от других сравнений, которые проводились в условиях активной задачи / стимуляции, сравнение «только стандарты» противопоставлялось условию фиксации, в которое не было включено явное задание.

Преимущества разреженного сканирования по сравнению с непрерывным

Здесь мы использовали разреженную выборку для контроля смещений, вызванных акустическим шумом сканера. Шум акустического сканера потенциально является проблемной переменной во всех экспериментах с фМРТ, но он вызывает особую озабоченность при исследованиях слуха и обработки речи. Во-первых, как обсуждалось выше, эти эффекты, очевидно, могут модулировать ориентировку, управляемую стимулами, которая, по-видимому, получает основной вклад от слуховой коры [15] — [17], [69] — [77].Хотя шум сканера не обязательно полностью отменяет активацию обнаружения изменений, которая запускает непроизвольное ориентирование [96], преимущества редкой выборки в исследованиях активности слуховой коры, управляемой стимулами, были хорошо задокументированы [97] — [99]. Во-вторых, продолжающаяся акустическая и соматосенсорная стимуляция, связанная с непрерывным сканированием, также может мешать нисходящим эффектам внимания как в слуховой коре, так и в ассоциативных областях более высокого порядка. Долгосрочное влияние непрерывного шума окружающей среды на нашу способность концентрироваться очень хорошо задокументировано [100].Неудивительно, что в исследованиях фМРТ было показано, что увеличение интенсивности шума акустического сканера модулирует внеслуховые активации во время работы рабочей памяти, в результате чего активация увеличивается в определенных областях (нижняя, медиальная и верхняя лобные извилины) и уменьшается в других ( , например, , передняя поясная извилина) [101]. Кроме того, с помощью ПЭТ было показано, что зарегистрированный шум сканера может увеличить регионарный кровоток в передней поясной извилине и областях Вернике во время визуализации [102].Исследования связанного с событием потенциала (ERP) также предполагают, что непрерывный шум сканера фМРТ может уменьшать и задерживать определенные «эндогенные» компоненты, связанные со слуховым вниманием [96]. В соответствии с этими результатами, активные поведенческие слуховые характеристики могут быть улучшены при разреженном или непрерывном сканировании с помощью фМРТ [99]. Наконец, недавние исследования фМРТ с редкой выборкой [103] также предполагают, что нисходящие эффекты внимания могут вызывать заметные модуляции в слуховой коре даже в отсутствие каких-либо акустических стимулов.Такие эндогенные активации обратной связи могут быть легко замаскированы или объединены акустическим шумом сканера. Эти виды помех также обсуждались [104], [105], например, в контексте интерпретации нисходящих модуляций активности слуховой коры зрительными стимулами во время непрерывного сканирования.

Исходя из вышеизложенных представлений, может показаться совершенно очевидным, что разреженная выборка — лучший подход для любого исследования слуховых функций. Однако следует также отметить, что с разреженными схемами выборки в данном эксперименте может быть получено гораздо меньшее количество объемов, что может снизить отношение сигнал / шум по сравнению с непрерывным сканированием.Действительно, недавнее исследование картирования слуховой коры [99] (которое, однако, также использовало шумовую маскировку 70 дБ на фоне в обоих условиях сканирования фМРТ) показало относительно небольшие различия между экспериментами с разреженным и непрерывным сканированием. Что касается более сложных схем, недостатком разреженной выборки является уменьшенное временное разрешение, которое затрудняет извлечение ЖИРНЫХ временных графиков для конкретных стимулов. Наконец, недостатком разреженной выборки является тот факт, что кластерный шум сканирования может сам по себе стать «редким звуком», который вызывает сильную активацию сетей оповещения и ориентирования.Несмотря на то, что смелые ответы на такие активации не обязательно будут улавливаться фМРТ, когда TR достаточно длинный, когнитивная значимость и относительная значимость последующих представляющих интерес стимулов все же могут модулироваться. Однако новой особенностью настоящего ориентировочного плана было то, что эти смещения контролировались с помощью шумового стимула, создаваемого каждым получением объема фМРТ, как части плана задания.

Возможные ограничения

Примечательно, что в экспериментальных условиях сложно произвести и задокументировать активации, которые являются чисто стимулированными по сравнению сэндогенный. Например, переключение внимания, вызванное новизной, может включать в себя ряд нисходящих процессов, которые связаны, например, с подавлением непроизвольного переключения внимания, переориентацией на соответствующую задачу (если это часть инструкции) и разрешением конфликтов. процессы для «оценки ситуации» после автоматической реакции ориентации (см., например, Escera et al. [16], Schröger and Wolff [41]). Последовательное переключение внимания, в свою очередь, загрязнено процессами, управляемыми стимулами, запускаемыми самой репликой.В то же время произвольное переключение внимания может включать в себя активное отстранение от предыдущей стратегии, а также вовлечение в новую задачу на внимание (называемую «направленным вниманием» у Петкова и др. [106], также см. [99]). Другими словами, хотя этот процесс в совокупности называется «переключением внимания», части, которые на самом деле являются наиболее «произвольными» или «целенаправленными / эндогенными», могут не иметь отношения к ориентации, как таковой .

Также возможно, что различия в активности слуховой коры во время активации непроизвольного и произвольного внимания связаны с контекстом и предсказуемостью стимуляции.Сильные непредсказуемые стимулы, такие как новые звуки, как правило, приводят к широко распространенным сенсорным реакциям снизу вверх, что затем запускает непроизвольный процесс ориентации, который, согласно предыдущим исследованиям ERP, связан с силой реакции слуховой коры. Более предсказуемый и повторяющийся стимул, такой как сигнал, может вызывать менее заметные реакции, но даже в этом случае сигнал играет роль в ориентировании. Однако в пропорциональном отношении влияние снизу вверх меньше, чем в случае внимания, вызванного новизной (что согласуется с нашими прогнозами и выводами).В то же время эти процессы существенно модулируются нисходящим вниманием, особенно когда задача распознавания трудна (например, в случае целей, которые приводят к более сильной реакции слуховой коры, чем сигналы).

Также обратите внимание, что в большинстве визуальных исследований сигнал, запускающий произвольное смещение, обычно представляет собой стрелку, которая физически отличается от цели. Связанное с этим соображение заключается в том, были ли настоящие реплики более склонными вызывать активацию, управляемую стимулами, чем символические стрелки, которые использовались во многих исследованиях визуального и слухового переключения внимания [11].Считалось, что, поскольку символы стрелок не встречаются в физическом местоположении цели, они могут запускать чисто целевые процессы. Однако стоит отметить, что обработка любой простой реплики, вероятно, быстро автоматизируется в ходе эксперимента, и по мере повторения простого символа учет процессов, управляемых стимулом, впоследствии увеличивается [107], [108]. Что наиболее важно, настоящее исследование показало заметные различия между активациями во время посылки сигнала и переключением слухового внимания, вызванным новизной, явно за пределами областей, связанных с сенсорной корой, обрабатывающей физические свойства звуков.Кроме того, активации в этих сенсорных областях, где можно было ожидать особенно сильных активаций, вызванных стимулами, были явно слабее во время сигналов переключения внимания, чем во время обнаружения нового звука или звука цели.

Выводы

В заключение, наше исследование выявило отчетливые активации во время направленного переключения слухового внимания, непроизвольной ориентации на новый звук и различения слуховых целей. Области, наиболее избирательно вовлеченные в управляемое произвольное смещение, включали верхнюю / заднюю IPS и прецентральные области (включая FEF и PMC), что дает важные доказательства, подтверждающие участие этих областей в нисходящем / произвольном контроле внимания.Активации, специфичные для непроизвольного переключения внимания на новый звук, были обнаружены в задних STS, нижних IPS и TPJ, что в основном согласуется с моделями, предполагающими более вентральное распределение внимания, управляемого стимулами [1], [3], [4], [109] , но и справа IFC. Интересно, что наши результаты также выявили заметные различия в активациях передней островки и IFC, связанных с целенаправленной обработкой внимания (переключение внимания и распознавание цели) и вызванное новизной непроизвольное переключение внимания, предполагая, что передняя островковая часть может играть более исполнительную роль в слуховое внимание, чем считалось ранее.

Материалы и методы

Участников

Потенциальные субъекты были сначала проверены с помощью телефонного интервью, чтобы убедиться, что у них нормальный слух и что они не подвергались регулярному воздействию среды с чрезмерно громким шумом. Девятнадцать правшей с высшим образованием взрослых с нормальным слухом и без неврологических расстройств, психических расстройств или нарушений обучаемости дали письменное информированное согласие перед тестированием в соответствии с экспериментальным протоколом, одобренным IRB MGH.Один субъект был исключен из окончательной выборки из-за неспособности выполнить задание (процент успешных ответов ниже 50%), в результате чего оказалось восемнадцать субъектов (N = 18, 11 женщин, возрастной диапазон 19–28 лет).

Задание по переключению слухового внимания

Во всех испытаниях короткие чистые звуковые сигналы (длительность 50 мс, 5-мсек) подавались в фоновом режиме, случайным образом справа (800 Гц) или левом ухе (1500 Гц), как и в классическом исследовании [39]. Поскольку стандартные звуки просто предлагали контекст для других звуков (которые были одинаковыми для всех ушей), порядок уха / частоты стандартного фонового потока оставался постоянным для разных субъектов.Испытуемым было предложено дождаться сигнала (звуковой сигнал длительностью 250 мс), который возник в ухе, где могла произойти следующая цель (тон 50 мс с гармониками 800 и 1500 Гц). Средний интервал между репликой и целью составлял ~ 1,7 сек. Услышав сигнал, испытуемым посоветовали переключить свое внимание на обозначенное ухо (при этом глаза оставались фиксированными), обратить пристальное внимание на звуки, воспроизводимые в этом ухе, и нажать кнопку указательным пальцем правой руки как можно быстрее после прослушивания. цель.В частности, испытуемых проинструктировали обращать внимание на изменение в отношении продолжающейся стимуляции («сгущение» звука), и они были наивны в отношении того факта, что цели на самом деле были похожи в обоих ушных потоках.

Предыдущие исследования МЭГ / ЭЭГ, связанных с событиями [15], [21], [110], предполагают, что сильные связанные с событиями ответы МЭГ / ЭЭГ (, например, , компонент P3a), связанные с непроизвольным слуховым ориентированием, могут быть вызваны физическим изменением Звучит «роман». Таким образом, в 20% испытаний цель была заменена новым звуком, не имеющим отношения к задаче, который воспроизводился напротив уха, на которое подается сигнал.Эти новые звуки состояли из восьми спектрально-временных сложных звуков окружающей среды и синтетических звуков, пиковые интенсивности которых, время нарастания и воспринимаемая громкость, а также их средняя временная огибающая были максимально приближены к репликам. Только чистые тона (без подсказки, романа или цели) были представлены в 20% испытаний. Спустя 7,82 секунды после начала испытания субъекты услышали звук 2,18-секундной записи объема фМРТ, сигнализирующий о завершении испытания. Другими словами, мешающие эффекты шума получения фМРТ контролировались с помощью его использования в качестве стимула к задаче.Тональная стимуляция началась через 2,3 секунды после начала предыдущего сканирования / моделирования при средней асинхронности начала стимула (SOA) 1,1 секунды в каждом ухе и закончилась в среднем за 1,3 секунды до следующего сканирования. В каждом испытании SOA меняли, чтобы избежать путаницы между пропусками и ответами. Во время фМРТ после каждых 6 активных испытаний проводились три исходных исследования без ответа (т. Е. Использовался смешанный дизайн, связанный с блокировкой / событием). В последующих анализах отдельные испытания с ответами по обнаружению мишени, превышающими среднее значение реакции субъекта ± 2SD, были сочтены выбросами.Наконец, в дополнительном десятиминутном поведенческом эксперименте, проверяющем, действительно ли пространственная подсказка дает значительный выигрыш в производительности, мы заменили 50% новых звуков целевым звуком, противоположным сигналу уха («неверно указанная цель»).

Процедура

Стандартный компьютеризированный подход, занимающий около 5 минут, использовался для обучения испытуемых заданию перед сканированием. Во время сеансов фМРТ испытуемым были представлены произвольно упорядоченные 10-секундные испытания. Звуковые стимулы подавались с уровнем ощущения 55 дБ, что проверялось индивидуально в начале каждого сеанса, и доставлялись через наушники-вкладыши, совместимые с МРТ (Sensimetrics, Malden, MA).Вкладыш включал наушник для защиты ушей испытуемых во время сканирования. Крест (метка фиксации) проецировался на центр видеодисплея, совместимого с МРТ. Субъектам было предложено смотреть на метку фиксации на протяжении всего исследования. Каждый сеанс сканирования состоял из трех прогонов, и после каждого прогона делался короткий перерыв, чтобы возобновить стимуляцию и пообщаться с субъектом. Для каждого запуска задачи было 136 попыток / блоков, которые длились 22 минуты 40 секунд. Испытуемым было предложено ответить указательным пальцем правой руки.

Сбор данных

ФМРТ всей головы получали при 3Т с использованием 32-канальной катушки (Siemens TimTrio, Эрлаген, Германия) и методом плоской визуализации с чередованием эхо-сигналов (EPI). Чтобы избежать загрязнения отклика шумом сканера, мы использовали последовательность, зависящую от уровня кислорода в крови с градиентным эхом с разреженной выборкой (ЖИРНЫЙ) (TR = 10 сек, TE = 30 мс, период молчания 7,82 сек между измерениями, угол поворота 90 °, FOV 192. мм) с 36 аксиальными срезами, выровненными по линии передне-задней спайки (срезы 3 мм, 0.Зазор 75 мм, 3 × 3 мм ² разрешение в плоскости) с выключенным насосом охлаждающей жидкости. Последовательность отображения поля (TR = 500 мс, угол поворота 55 °; TE1 = 2,83 мс, TE2 = 5,29 мс) с таким же количеством срезов, размером вокселя и ориентацией среза к последовательности EPI применялась для получения карт фазы и амплитуды. используется для устранения искажений B ₀ функциональных данных. Анатомические изображения, взвешенные по T1, были получены для объединения анатомических и функциональных данных с использованием последовательности импульсов MPRAGE с несколькими эхосигналами (TR = 2510 мс; 4 эхо с TEs = 1.64 мс, 3,5 мс, 5,36 мс, 7,22 мс; 176 сагиттальных срезов с 1 × 1 × 1 мм ³ вокселей, 256 × 256 мм ² матрица; угол переворота = 7 °).

Анализ данных

Данные фМРТ были предварительно обработаны с использованием инструментов из FEAT версии 5.98, части пакета FSL [111] (www.fmrib.ox.ac.uk/fsl). Удаление черепа выполнялось с помощью BET, деформация B ₀ с использованием FUGUE и коррекция движения с помощью MCFLIRT. Данные были сглажены с помощью ядра Гаусса (5 мм FWHM) и зарегистрированы в пространстве Монреальского неврологического института (MNI) с помощью FLIRT.Затем нормированные по интенсивности временные ряды фМРТ вводили в общую линейную модель (GLM) с условиями задачи в качестве независимых переменных. На втором этапе отдельные экспериментальные серии были объединены с каждым испытуемым с использованием модели фиксированного эффекта. Наконец, контрасты, относящиеся к основным эффектам факторного дизайна, составили данные для третьего этапа (смешанный эффект) анализа с автоматическим обнаружением выбросов [112], где значимость наблюдений была определена для группы из 18 субъектов с использованием FMRIB Local Анализ смешанных эффектов (ПЛАМЯ) 1 и 2 [111], [113],

Групповой анализ выполнен в пространстве MNI.Информация о частичном объеме серого вещества, полученная от каждого субъекта с использованием результатов анатомической сегментации Freesurfer 5.0, была введена как воксел-зависимая анатомическая ковариата в групповой статистике [114]. Статистические изображения Z были скорректированы для множественных сравнений с использованием кластерной коррекции всего мозга на основе теории GRF с начальным порогом кластера Z > 2,3 и апостериорным скорректированным порогом P <0,05 [115] . Наконец, чтобы интерпретировать анатомические результаты, результаты были зарегистрированы в шаблоне мозга FreeSurfer («fsaverage») и отображены на поверхности.Процессы контрастов, которые, как предполагается, отражают переключение внимания, вызванное новизной, и процессы распознавания цели, были определены как «сигнал + стандарты против ». только стандарты »,« реплика + новелла + стандарты против ». метка + стандарты »,« метка + цель + стандарты против . кий + стандарты »соответственно. Кроме того, для изучения влияния стандартных звуков на внимание был рассчитан «базовый» контраст, , т.е. «стандарты против фиксации». Наконец, переключение внимания, вызванное сигналом и переключение внимания, вызванное нововведением, сравнивали напрямую, определяя «сигнал против ».роман »и« роман против ». cue »контрастирует на втором уровне с использованием модели случайных эффектов группового анализа с порогом P <0,01. Наконец, поведенческие результаты были проанализированы с использованием парных и независимых критериев Стьюдента соответственно.

.

No related posts.