Содержание

Внимание. Физиологические механизмы. Виды и качества внимания

Общая характеристика. Внимание — направленность и сосредоточенность психической деятельности человека, выражающая активность личности в данный момент и при данных условиях, включающая в себя регулирование и контроль психических процессов и являющаяся их неотъемлемой частью, характеризующей динамику их протеканий. Некоторые исследователи сводят внимание к избирательной активности личности (теория установки Узнадзе).

Направленность психической деятельности носит избирательный характер (вольный и невольный), касающийся выбора объекта, сохранения и поддержания этого выбора.

Сосредоточенность — концентрация внимания на определенной деятельности, отвлечение от всего, что к ней не относится.

Физиологические механизмы внимания. Для понимания физиологических основ внимания очень важен закон индукции нервных процессов, согласно которому процессы возбуждения, возникающие в одной области коры головного мозга, вызывают торможение в других ее областях. В каждый момент времени в коре имеется очаг повышенной возбудимости, характеризующийся наиболее благоприятными условиями для возбуждения.

Установлено, что внимание возможно, только в ситуации бодрствования. В мозгу обнаружены особые «нейроны внимания». Скопление нервных клеток, расположенных в стволовой части мозга, получивших название ретикулярной формации, тормозит один импульсы и усиливает другие, посылая их в кору головного мозга.

Напряженное внимание сопровождается соответствующей мимикой и движениями, задержкой дыхания.

Виды внимания. По направленности и сосредоточенности психической деятельности внимание бывает:
1. Непроизвольное — это сосредоточение сознания на объекте в силу особенности этого объекта как раздражителя (сильного, контрастного пли значимого и вызывающего эмоциональный отклик).
2. Произвольное внимание — деятельность; осознанно направленная на контроль своего поведения и на поддержание устойчивости избирательной активности.

Ведущая роль в его механизмах принадлежит второй сигнальной системе.
3. Послепроизвольное внимание предполагает участие в деятельности и возникающий в связи с этим интерес. Оно связано с сознательными целями и поддерживается сознательными интересами, и не может быть сведено к произвольному вниманию, так как не требует заметных волевых усилий для своего поддержания.

Качества внимания. Качества внимания зависят от свойств нервной системы человека. Людям со слабой нервной системой дополнительные раздражители мешают сосредоточиться, а тем, у кого нервная система сильная, даже повышают концентрацию внимания.

Внимание у разных людей и у одного и того же человека в различное время и в различных условиях отличается некоторыми особенностями:

а) объем внимания — количество объектов, которые могут быть охвачены вниманием одновременно;
б) распределение внимания — возможность удерживать в сфере внимания одновременно несколько объектов;
в) устойчивость внимания — длительность сосредоточения внимания на объекте:
г) переключение внимания — намеренный перенос внимания с одного объекта на другой;
д) концентрация внимания — степень сосредоточенности внимания на объекте.

2.3 Физиологические механизмы внимания и ориентировочный рефлекс

В коре больших полушарий мозга протекают два процесса: возбуждение и торможение. Когда человек внимателен к чему-либо, это значит, что у него в коре мозга возник

очаг возбуждения. Остальные участки мозга в это время находятся в состоянии торможения. Это происходит по закону индукции нервных процессов (согласно этому закону, возбуждение, возникшее в одной области коры головного мозга, вызывает торможение в других ее областях).

Поэтому человек, сосредоточенный на чем-то одном, может ничего другого в этот момент не замечать.

По словам Ивана Петровича Павлова, в участке больших полушарий с оптимальной (оптимальный — наилучший, наиболее благоприятный) возбудимостью легко образуются новые условные связи.

Возбуждение в коре полушарий не закреплено в одном пункте, а постоянно перемещается.

Большое значение для появления внимания имеет так называемый

ориентировочный рефлекс. Он представляет собой врожденную реакцию организма на всякое изменение окружающей среды. Этот рефлекс есть у животных и у людей (В комнате раздается шорох, и котенок навострил уши. На уроке ученики с интересом слушаю рассказ учителя. Но вот дверь в классе приоткрылась – все повернули голову в сторону двери). Этот рефлекс Павлов назвал рефлексом «что такое?».

Способность настораживаться, реагировать иногда на очень незначительные изменения в окружающей среде, объясняется наличием в больших полушариях мозга сети нервных путей, соединяющих ретикулярную формацию с разными участками коры больших полушарий.

Нервные импульсы, идущие по этой сети, возникают вместе с сигналами от органов чувств и возбуждают кору, приводя ее в состояние готовности реагировать на ожидаемые дальнейшие раздражения.

Таким образом, ретикулярная формация вместе с анализаторами (органами чувств) обусловливает появление ориентировочного рефлекса, являющегося первичной основой внимания.

Однако внимание не может быть объяснено лишь одним ориентировочным рефлексом. Физиологические механизмы внимания более сложны.

Внимание обусловлено активностью целой системы иерархически связанных между собой мозговых структур.

Весьма сложная структура физиологических механизмов внимания и противоречивые взгляды на его природу привели к появлению целого ряда психологических теорий внимания.

2.4 Классификация теорий внимания по н. Н. Ланге

Николай Николаевич Ланге, анализируя наиболее известные подходы к пониманию природы внимания, объединил существующие теории и концепции внимания в несколько групп.

1.Внимание как результат двигательного приспособления. Сторонники этого подхода исходят из того, что поскольку человек может произвольно переносить внимание с одного предмета на другой, то внимание невозможно без мышечных движений. Именно мышечные движения обеспечивают приспособление органов чувств к условиям наилучшего восприятия.

2.Внимание как результат ограниченности объема сознания. Не объясняя, что понимается под объемом сознания, И.Герберт и У.Гамильтон считают, что более интенсивные представления в состоянии вытеснить или подавить менее интенсивные.

3.Внимание как результат эмоции. Эта теория получила наибольшее признание в английской ассоциационной психологии. Она основывается на утверждении о зависимости внимания от эмоциональной окраски представления.

4.Внимание как результат апперцепции, т.е. как результат жизненного опыта индивида.

Теория внимания Т.Рибо

Среди теорий внимания широкую известность также приобрела теория Т.Рибо, который считал, что эмоции всегда связано с эмоциями и вызывается ими. Особенно тесную связь он усматривал между эмоциями и произвольным вниманием.

Рибо полагал, что интенсивность и продолжительность произвольного внимания обусловлена интенсивностью и продолжительностью ассоциированных с объектом внимания эмоциональных состояний.

Кроме того, Рибо считал, что внимание всегда сопровождается изменениями физического и физиологического состояния организма. Это связано с тем, что с точки зрения физиологии внимания как своеобразное состояние включает комплекс сосудистых, дыхательных, двигательных и других произвольных и непроизвольных реакций.

Особую роль в объяснении природы внимания Рибо отводил движениям. Он считал, что состояние сосредоточенности внимания сопровождается движениями всех частей тела – лица, туловища, конечностей, которые вместе с органическими реакциями выступают как необходимое условие поддержания внимания на данном уровне.

Движение физиологически поддерживает и усиливает данное состояние сознания.

Усилие, которое прилагается для сосредоточения и удержания внимания на чем-то, всегда имеет физиологическую основу. Этому состоянию соответствует, по мнению Рибо, мышечное напряжение. В то же время отвлечение внимания Рибо связывал с мышечной усталостью.

Следовательно, секрет произвольного внимания, заключается в способности управлять движением. Поэтому неслучайно данная теория получила название моторной теории внимания.

Концепция установки Д.Н.Узнадзе

Дмитрий Николаевич Узнадзе полагал, что внимание напрямую связано с установкой. По его мнению, установка внутренне выражает состояние внимания. Под влиянием установки происходит выделение определенного образа или впечатления, полученного при восприятии окружающей действительности. Этот образ, или впечатление, и становится объектом внимания, а сам процесс был назван объективацией.

Физиологические механизмы внимания и ориентировочный рефлекс.

Внимание связано с определенными физио­логическими явлениями. Физиологическую основу выделения отдельных раздражителей и течения процессов в определенном направлении составляет воз­буждение одних нервных центров и торможение других. Воздействующий на человека раздражитель вызывает активизацию мозга. Активизация мозга осуществляется ретикулярной формацией. Раздражение восходящей части ретикулярной формации вызывает появление быстрых электрических колебаний в коре головного мозга, повышает подвижность нервных процессов, снижает пороги чувствительности. В активизации мозга задействованы диффузная таламическая система, гипоталамические структуры и другие.

«Пусковым» механизмом ретикулярной формации является ориентировочный рефлекс — врожденная реакция организма на всякое изменение окружающей среды.

Для доминанты характерна инертность — склонность поддерживаться и повторяться, когда внешняя среда изменилась и раздражители, вызывавшие эту доминанту, больше не действуют на центральную нервную систему. Инертность нарушает нормальную регуляцию по­ведения и выступает в качестве организующего начала интеллектуальной активности.

Механизмом доминанты Ухтомский объяснял широкий спектр психических явлений и их характеристик: внимание (его направленность на определенные объекты, сосредоточенность на них и избирательность) и предметный характер мышления (вычленение из множества раздражителей среды отдельных комплексов, каждый из которых воспринимается организмом как определенный реальный объект, отличный от других). Это «разделение среды на предметы» Ухтомский трактовал как процесс, состоящий из

трех стадий: укрепление наличной доминанты; выделение только тех раздражителей, которые являются для организма биологически значимыми; установление адекватной связи между доминантой как внутренним состоянием и комплексом внешних раздражителей.

Работы А. А. Ухтомского послужилиосновой создания многих современных физиологических и психофизиологических теорий.

Внимание не может быть объяснено одним ориентировочным рефлексом. Физиологические механизмы внимания более сложны. Необходимы определенные механизмы, способные выделить какой-либо новый раздражитель из других постоянно действующих в данный момент. Существует две группы механизмов, осуществляющих фильтрацию раздражителей: периферические и центральные.

К периферическим механизмам относится настройка органов чувств.

Внимание (по Д. Е. Бродбента) — это фильтр, отбирающий информацию на входах — на периферии. Периферические механизмы отбирают информацию по физическим характеристикам. У. Нейсер назвал эти механизмы предвниманием, связывая их с грубой обработкой информации (выделение фигуры из фона, слежение за внезапными изменениями во внешнем поле).

Центральные механизмы внимания связаны с возбуждением одних нервных центров и торможением других. На этом уровне происходит выделение внешних воздействий, что связано с силой вызванного ими нервного возбуждения. Сила нервного возбуждения зависит от силы внешнего раздражения. Более сильное возбуждение подавляет возникающее одновременно с ним слабое возбуждение и определяет течение психической деятельности в соответствующем направлении. Однако возможно слияние двух или нескольких одновременно воздействующих раздражителей, усиливающих друг друга. Этот вид взаимодействия раздражителей является одной из основ выделения внешних воздействий и течения процессов в определенном направлении.

Говоря о физиологических основах внимания, надо сказать еще о двух важных явлениях: об иррадиации нервных процессов и доминанте. Закон индукции нервных процессов, установленный Ч. Шеррингтоном, объясняет динамику физиологических процессов, обеспечивающих внимание. Согласно этому закону, возбуждение, возникающее в одной области коры головного мозга, вызывает торможение в других ее областях (одновременная индукция) или сменяется торможением в данном участке мозга (последовательная индукция). Иррадиация— способность нервного процесса распространяться в центральной нервной системе.Иррадиация играет большую роль в деятельности коры больших полушарий головного мозга. Участок коры головного мозга, в котором возникает явление иррадиации, характеризуется оптимальными условиями для возбуждения, поэтому здесь легко вырабатываются дифференцировки, успешно образуются новые условные связи.

Согласно принципу доминанты, выдвинутому А. А. Ухтомским, в мозге всегда имеется временно господствующий очаг возбуждения, обусловливающий работу нервных центров в данный момент и придающий поведению человека определенную направленность. Благодаря особенностям доминанты происходит суммирование и накапливание импульсов, поступающих в нервную систему, с одновременным подавлением активности других центров, за счет чего возбуждение усиливается. Благодаря этим свойствам доминанта является устойчивым очагом возбуждения, что позволяет объяснить нервный механизм поддержания интенсивности внимания.

Основой возникновения господствующего очага возбуж­дения является сила воздействующего на человека раздражения и внутреннее состояние нервной системы, обусловленное предшествующими воз­действиями и закрепленными нервными связями.

Постановка и уточнение целей деятельности вызывает, поддерживает и переключает внимание. Развитие современной науки привело к появлению целого ряда концепций, пытающихся объяснить физиологические механизмы внимания. Современные исследователи ищут механизмы внимания, исследуя нейрофизиологические процессы. Установлено, что у здоровых людей в условиях напряженного внимания возникают изменения биоэлектрической активности в лобных долях мозга. Эту активность связывают с работой особого типа нейронов, располагающихся в лобных долях. Первый тип нейронов — «детекторы новизны» активизируются при действии новых стимулов и снижают активность по мере привыкания к ним. Второй тип нейронов — нейроны «ожидания» возбуждаются только при встрече организма с объектом, способным удовлетворить актуальную потребность. В этих клетках закодирована информация о различных свойствах предметов и, в зависимости от возникающих потребностей, внимание сосредоточивается на той или иной их стороне.

Внимание обусловлено активностью целой системы иерархи­чески связанных между собой мозговых структур. Сложная структура фи­зиологических механизмов внимания и противоречивые взгляды на его природу привели к появлению целого ряда психологических теорий внимания.

Классификация теорий внимания (по Н.Н.Ланге).

Н. Н. Ланге объединил существующие теории и концепции внимания в несколько групп.

Группы теорий и концепций внимания:

1. Внимание как результат двигательного приспособления. Представители этого подхода исходили из того, что поскольку человек может произвольно переносить внимание с одного предмета на другой, то внимание невозможно без мышечных движений. Именно мышечные движения обеспечивают приспособление органов чувств к условиям наилучшего восприятия.

2. Внимание как результат ограниченности объема сознания. И. Герберт и У. Гамильтон считали, что более интенсивные представления подавляют менее интенсивные, вытесняя их в область подсознательного, а то, что остается в сознании и привлекает внимание человека.

3. Внимание как результат эмоции. Эта теория получила признание в английской ассоциационной психологии. Она основывается на утверждении о зависимости внимания от эмоциональной окраски представления.

4. Внимание как результат апперцепции— результат жизненного опыта индивида.

5. Внимание как особая активная способность духа. Представители данной позиции принимают внимание за первичную и активную способность, происхождение которой необъяснимо.

6. Внимание как усиление нервной раздражительности. Согласно данной гипотезе, внимание обусловлено увеличением местной раздражительности центральной нервной системы.

7. Теория нервного подавления объясняет основной факт внимания — преобладание одного представления над другими — тем, что один физиологический нервный процесс задерживает или подавляет другие физиологические процессы, результатом чего является особая концентрация сознания.

Теория внимания Т.Рибо.

Среди теорий внимания известность приобрела теория Т. Рибо, который считал, что внимание всегда связано с эмоциями и вызывается ими. Интенсивность и продолжительность произвольного внимания обусловлена интенсивностью и продолжительностью ассоциированных с объектом внимания эмоциональных состояний.

Внимание всегда сопровождается изменениями физического и физиологического состояния организма. Это связано с тем, что с точки зрения физиологии внимание как своеобразное состояние включает комплекс сосудистых, дыхательных, двигательных и других произвольных или непроизвольных реакций. Особую роль в объяснении природы внимания Рибо отводил движениям. Он считал, что состояние сосредоточенности внимания сопровождается движениями всех частей тела — лица, туловища, конечностей, которые вместе с органическими реакциями выступают как необходимое условие поддержания внимания на данном уровне. Движение физиологически поддерживает и усиливает данное состояние сознания. Усилие, которое прилагается для сосредоточения и удержания внимания на чем-то, всегда имеет физиологическую основу. Этому состоянию соответствует мышечное напряжение. Отвлечение внимания Рибо связывал с мышечной усталостью. Секрет произвольного внимания заключается в способности управлять движениями. Поэтому данная теория получила название моторной теории внимания.

Существуют и другие подходы к ис­следованию природы внимания.

Концепция установки Д.Н. Узнадзе и внимание.

Д. Н. Узнадзе полагал, что внимание напрямую связано с установкой. Д. Н. Узнадзе экспериментально изучал закономерности смены установок, разрабатывал вопросы психотехники, педологии, возрастной и педагогической психологии, зоопсихологии.

Установка (по Д. Н. Узнадзе) — целостное, недифференцированное и бессознательное состояние субъекта, которое предшествует деятельности и выступает опосредствующим звеном между психическим и физическим, позволяющим снять постулат непосредственности. Возникает при столкновении потребности субъекта и объективной ситуацииее удовлетворения.

Основные результаты теоретических поисков и экспериментальных исследований отражены в его работах «Основные положения теории установки» (1961) и «Экспериментальные основы психологии установки» (1966).

Установка внутренне выражает состояние внимания. Под влиянием установки происходит выделение определенного образа или впечатления, полученного при восприятии окружающей действительности. Этот образ, или впечатление, и становится объектом внимания, а сам процесс был назван объективацией.

Концепция внимания П. Я.Гальперина.

Концепция внимания П. Я. Гальперина состоит из следующих основных положений:

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

2. Главная функция внимания — контроль над содержанием действия, психического образа и другим. В каждом действии человека есть ориентировочная, исполнительная и контрольная части. Контрольная часть и представлена вниманием.

3.В отличие от действий, направленных на производство определенного продукта, деятельность контроля, или внимание, не имеет отдельного результата.

4.Внимание как самостоятельный акт выделяется тогда, когда действие становится умственным и сокращенным.

5.Если рассматривать внимание как деятельность психического контроля, то все конкретные акты внимания: произвольного и непроизвольного являются результатом формирования новых умственных действий.

6. Произвольное внимание — планомерно осуществляемое внимание — форма контроля, выполняемого по заранее составленному плану, или образцу.


Узнать еще:

Физиологические механизмы внимания и ориентировочный рефлекс. — Студопедия

Внимание как психический феномен. Основные характеристики внимания.

Направленность и сосредоточенность психической деятельности на чем-либо определенном и называется вниманием.

В свою очередь, под направленностью психической деятельности следует подразумевать ее избирательный характер, т. е. выделение из окружения значимых для субъекта конкретных предметов, явлений или выбор определенного рода психической деятельности. В понятие направленности включается также и сохранение деятельности на определенный промежуток времени. Недостаточно только выбрать ту или иную деятельность, чтобы быть внимательным, — надо удержать этот выбор, сохранить его.

Под сосредоточенностью прежде всего подразумевается большая или меньшая углубленность в деятельность. Очевидно, что чем сложнее задача, тем большей должна быть интенсивность и напряженность внимания, т. е. требуется большая углубленность. С другой стороны, сосредоточенность связана с отвлечением от всего постороннего. В противном случае, когда вам не удается отвлечься от постороннего, решение задачи осложняется.

Направленность связана с переходом от одного занятия к другому, а сосредоточение – с углубление в материал.


Если представить наше сознание графически, то следует нарисовать два круга: один в другом. Большой круг будет называться зоной неясного сознания, а малый круг — зоной ясного и отчетливого сознания, или зоной внимания. Таким образом, внимание обеспечивает четкость и ясность сознания, осознание смысла психической деятельности в тот или иной момент времени.

Физиологические механизмы внимания и ориентировочный рефлекс.

В целом физиологическую основу выделения отдельных раздражителей и течения процессов в определенном направлении составляет возбуждение одних нервных центров и торможение других. Воздействующий на человека раздражитель вызывает активизацию мозга.

Среди «пусковых» механизмов ретикулярной формации следует отметить ориентировочный рефлекс. Он представляет собой врожденную реакцию организма на всякое изменение окружающей среды у людей и животных.

Однако внимание не может быть объяснено лишь одним ориентировочным рефлексом. Физиологические механизмы внимания более сложны. Например, необходимы определенные механизмы, способные выделить какой-либо новый раздражитель из других постоянно действующих в данный момент. В психологической литературе обычно рассматривают две основные группы механизмов, осуществляющих фильтрацию раздражителей: периферические и центральные. К периферическим механизмам можно отнести настройку органов чувств. Центральные механизмы внимания связаны с возбуждением одних нервных центров и торможением других.


Закон индукции нервных процессов. Согласно этому закону, возбуждение, возникающее в одной области коры головного мозга, вызывает торможение в других ее областях (так называемая одновременная индукция) или сменяется торможением в данном участке мозга (последовательная индукция). Участок коры головного мозга, в котором возникает явление иррадиации, характеризуется оптимальными условиями для возбуждения, поэтому здесь легко вырабатываются дифференцировки, успешно образуются новые условные связи. Деятельность же других участков мозга связана в это время с тем, что обычно называется неосознанной, автоматической деятельностью человека.

Согласно принципу доминанты, выдвинутому А. А. Ухтомским, в мозге всегда имеется временно господствующий очаг возбуждения, обусловливающий работу нервных центров в данный момент и придающий тем самым поведению человека определенную направленность. Благодаря особенностям доминанты происходит суммирование и накапливание импульсов, поступающих в нервную систему, с одновременным подавлением активности других центров, за счет чего возбуждение еще больше усиливается. Благодаря этим свойствам доминанта является устойчивым очагом возбуждения, что, в свою очередь, позволяет объяснить нервный механизм поддержания интенсивности внимания.

Внимание и его физиологические основы

Что-то находится в поле ясного сознания, что-то осознается не вполне отчетливо, что-то весьма смутно, а многое вообще не замечается. Из массы окружающих объектов — пред­метов и явлений — человек выделяет те, которые представляют для него интерес, соответствуют его потребностям, жизненным планам. Любая деятельность человека требует выделения объекта и сосредоточенности на нем.

Вниманием называют направленность и сосредоточенность соз­нания на определенных объектах или определенной деятельности при отвлечении от всего остального. Внимание всегда есть выде­ление чего-то и сосредоточенность на этом. В выделении объекта из массы других проявляется так называемая избирательность внимания: внимание к одному есть одновременно невнимание к другому.

Учительница ведет школьников за город (в поле и лес) соби­рать лекарственные растения. Дети весело переговариваются, рассматривают окружающую местность, холмы и овраги, расти­тельность, обращают внимание на пролетающих птиц, бабочек, на причудливую форму облаков, обмениваются впечатлениями. Но вот учительница напоминает детям о конкретной цели экскур­сии. Круг внимания детей сужается. Они уже не отвлекаются на другие объекты, целеустремленно осматривают цветы и травы, пытаясь отыскать среди них лекарственные растения, о которых рассказывала учительница и изображения которых они видели в книге. «Нашел!»—вдруг кричит один из мальчиков. Все броса­ются к нему и тщательно рассматривают найденное растение — его корни, стебель, листочки, цветы. Круг внимания детей еще более сузился. Направленность и сосредоточенность на опреде­ленном объекте (растении) дали ученикам возможность изучить его и определить, что это и есть нужное растение.

Как менялась организация психической деятельности школь­ников? Вначале психическая деятельность была направлена и сосредоточена на дороге, на окружающей местности, именно их отчетливо воспринимали путешественники — все внимание было занято только восприятием этого. Но затем внимание переключи­лось на растительность вообще, затем на травянистые растения.

Первоначальная форма внимания — ориентировочный реф­лекс, или, как его назвал И. П. Павлов, рефлекс «что такое?», который является реакцией на все новое, неожиданное, неизве­стное. На уроке ученики с интересом слушают учителя. Дверь скрипит и приотворяется. Все невольно поворачиваются к двери:

«Что такое?» Подростки входят в мастерскую, где стоит новый для них прибор. Все подходят к столу и с интересом рассмат­ривают: «Что за машина?»

Внимание само по себе не есть такой же психический процесс, каким являются, например, восприятие, запоминание, мышление или воображение. Мы можем воспринимать, запоминать, мыслить, но не можем быть «заняты вниманием». Внимание — это особая форма психической активности человека, необходимое условие всякой деятельности. Играет ли ребенок, учится ли ученик, мыслит ли ученый, трудятся ли рабочий и колхозник, творят ли композитор, художник, писатель, непременное условие их успешной деятельности — хорошо развитое внимание. Каждый учитель знает, что без специальной организации внимания уча­щихся на уроке, без повседневной, систематической работы по развитию внимания у школьников невозможно полноценное усво­ение учебного материала. Как бы ни был талантлив ученик, у него всегда будут пробелы в знаниях, если внимание его плохо организовано, если он часто невнимателен и рассеян.

Когда ученик внимателен, то создаются наилучшие условия для продуктивной учебной работы, для активного мышления. Вни­мание в значительной мере определяет ход и результаты учебной работы школьника. Оно содействует быстрейшему включению ученика в познавательную деятельность, создает предварительную готовность к предстоящей работе.

В зависимости от характера объекта, на который направлено внимание человека, различают внешнее и внутреннее внимание. Внешнее внимание — внимание, направленное на окружающие нас предметы и явления. Внутреннее внимание — внимание, на­правленное на собственные мысли, чувства и переживания. Это деление, конечно, до известной степени условно, так как в ряде случаев мы сосредоточенно мыслим в связи с восприятием какого-либо предмета или явления, стараясь понять его, глубоко про­никнуть в его сущность.

Внимание имеет внешнее выражение, проявляющееся в ряде активных приспособительных движений для лучшего восприятия объекта. Человек принимает специфическую позу, всматривается, вслушивается, излишние движения задерживаются, дыхание замедляется; при сосредоточенном внутреннем внимании человек порой застывает в неподвижной позе, «затаив» дыхание, его взгляд словно отсутствует» устремляется вдаль, благодаря чему окружающее не отвлекает его. Приспособительные движения очень целесообразны — все, что мешает быть внимательным, за­тормаживается, создаются условия для лучшего выполнения той деятельности, которой занят человек.

С первого года обучения учитель приучает школьника быть внимательным, тренирует детей во внешнем проявлении внима­ния. «Смотрите все на меня»; «Сядьте как следует» — подобные обращения целесообразны, но особенно увлекаться такой трени­ровкой не следует, так как отдельные ученики невольно привы­кают только к внешнему выражению внимания. В этих случаях поза, сосредоточенное выражение лица ученика не соответствуют действительному состоянию его внимания — мысли ученика могут быть далеки от того, что происходит в классе. Ученик попросту симулирует внимание. «Примешь внимательный вид, а сам в это время «сбегаешь» на стадиончик, припомнишь вчерашний футбольный матч»,— откровенно заявил один из семиклассников. Заученная поза и выражение лица школьника нередко вводят в заблуждение учителя, который и сам привыкает судить о вни­мании учеников по внешним признакам.

Реже наблюдаются обратные случаи — за кажущейся невни­мательностью ученика (отсутствующий взгляд, импульсивные движения, вольная поза) скрывается глубокое, устойчивое вни­мание. Поэтому нужно не столько ориентироваться на внешнее выражение внимания, сколько осуществлять постоянный и неос­лабный контроль за деятельностью учащихся. Для этого полезно (как делают иногда опытные учителя) вызвать иного внешне внимательного ученика и попросить его повторить только что сказанное учителем.

Сущность внимания, как уже говорилось, в направленности и сосредоточенности сознания на одних объектах при отвлечении от других. С физиологической стороны это значит, что в коре головного мозга возбуждаются одни нервные центры и тормозятся другие. Иначе говоря, физио­логическая основа внимания — механизм взаимодействия нервных процессов возбуждения и торможения, протекающих в коре голов­ного мозга. Это взаимодействие происходит как вам уже извест­но, на основе установленного И. П. Павловым закона индукции нервных процессов, согласно которому процессы возбуждения, возникающие в одних участках коры головного мозга, вызывают (индуцируют) тормозные процессы в других участках мозга. Если человек сосредоточил внимание на каком-либо предмете, то это и означает, что данный предмет вызвал возбуждение в соответствующем участке коры полушарий, остальные же участки коры оказались заторможенными, вследствие чего человек ничего не замечает, кроме данного предмета. Так как то один, то другой объект действительности вызывает возбуждение в мозгу человека, то возникает впечатление что возбужденный очаг в коре полу­шарий как бы перемещается по ней, чем и обусловливается пере­ключение внимания с одного предмета на другой.

И. П. Павлов прибегал к образному сравнению для того, чтобы объяснить это явление: «Если бы можно было видеть сквозь черепную крышку и если бы место больших полушарий с оптимальной возбудимостью светилось, то мы увидали бы на думающем сознательном человеке как по его большим полуша­риям передвигается постоянно изменяющееся в форме и величине причудливо неправильных очертаний светлое пятно, окруженное на всем остальном пространстве полушарий более или менее значительной тенью» 1.

Это «светлое пятно» соответствует оптимальному очагу воз­буждения, а «тень» — участкам, находящимся в заторможенном состоянии.

Заметим, что Павлов часто употреблял выражение «оптималь­ный очаг (участок) возбуждения». Что это значит?

——————-

1 Павлов И. П. Двадцатилетний опыт объективного изучения высшей нерв­ной деятельности (поведения) животных.— Поли. собр. соч. 2-е изд. доп. М.— Л., Изд-во АН СССР 1951 т. III кн. 1 с. 248.

Дело в том, что в каждый момент в коре обычно существует несколько очагов возбуждения, причем один из них преобладаю­щий, но не в том смысле, что он самый сильный, а в том смыс­ле, что он наиболее благоприятен (слово «оптимальный» и озна­чает «наилучший», «.наиболее благоприятный») для протекания психических процессов, для познавательной и творческой деятель­ности. В нем создаются наиболее благоприятные условия для образования новых временных связей, с ним связано отчетливое восприятие, ясная работа мысли, продуктивное запоминание. Часто очаг оптимального возбуждения является и самым сильным очагом возбуждения, но так бывает не всегда. Напри­мер, спльнейший очаг возбуждения, возникший в результате нервного потрясения или обилия впечатлений, отнюдь не опти­мальный.

Итак, физиологическая основа внимания — наличие в коре области оптимального возбуждения и торможения других участ­ков (по закону индукции нервных процессов). Этим создаются такие условия, при которых устраняется или ослабляется влия­ние посторонних раздражителей, так как их сигналы попадают на заторможенные участки коры головного мозга.

Иногда под влиянием ярко выраженной целеустремленности человека, наличия у него твердых жизненных установок и захватывающих интересов в коре головного мозга возникает сильный оптимальный центр возбуждения, названный доминантой (от латинского слова «доминанс» — господствующий). Этот центр возбуждения доминирует, господствует над всеми другими центра­ми возбуждения не только в том смысле, что он подавляет, тор­мозит их. Доминантный очаг способен усиливаться за счет других, второстепенных центров возбуждения, словно «притягивая» к себе их процесс возбуждения. Доминанта отличается от очага оптимального возбуждения большей силой и, главное, повышен­ной устойчивостью, длительностью, стойкостью. Известно, напри­мер, что композитор Бетховен, изобретатель Эдисон, писатель Бальзак сутками могли обходиться без сна и еды, захваченные процессом творчества. Наличие доминанты можно наблюдать и у некоторых подростков или старших школьников, когда они, безмерно увлеченные каким-нибудь делом (техническим конст­руированием, шахматами и т. д.), длительное время поглощены этим занятием, забывая все остальные и реагируя на различного рода раздражители (например, призывы и требования родителей) еще большим напряжением и активным противодействием (т. е. доминанта усиливается за счет возникающих других очагов воз­буждения).

Если у человека сформировалась при­вычка быть всегда внимательным, то внимание становится закреп­ленной, постоянной его особенностью, которая называется внима­тельностью. Внимательность — важное качество личности. Внима­тельный человек отличается наблюдательностью, он полнее и точнее воспринимает окружающее, обучается и трудится гораздо успеш­нее, чем человек, не обладающий этим свойством личности.

Внимание связано с другими чертами личности. Идейная нап­равленность, мировоззрение, убеждения — эти свойства личности определяют, что надо сделать основным и поставить в центр внимания человека, определяют, почему человек так много уде­ляет внимания данной деятельности, дают возможность понять мотивы направленности и сосредоточенности его деятельности.

Внимательность человека проявляется и как моральная черта личности, как выражение привычных форм поведения в отноше­нии к другим людям — чуткости, отзывчивости. Прошел человек мимо страданий и горя другого человека, не заметил, не обратил внимания и один и другой раз на то, что товарищ нуждается в помощи,— вот и формируется постепенно сухой и безучастный к другим людям эгоист. Проявив внимание к окружающим один, другой раз, человек не сможет быть равнодушным и в следую­щий раз — так формируется чуткость, отзывчивость, проявляется интерес к жизни других людей. Подобную внимательность по отношению к людям учитель должен постоянно воспитывать у школьников. Старый учитель рассказывал, как он учит детей по глазам, речи, движениям, по мельчайшим, деталям поведения почувствовать горе, смятение, отчаяние другого человека.

Крутецкий В. А. Психология: Учебник для учащихся пед. училищ.
— М.: Просвещение, 1980. — 352 с. С. 86-91.

Физиологические механизмы внимания.

В целом физиологическую основу выделения отдельных раздражителей и течения процессов в определенном направлении составляет возбуждение одних нервных центров и торможение других. Воздействующий на человека раздражитель вызывает активизацию мозга. Активизация мозга осуществляется прежде всего ретикулярной формацией. Раздражение восходящей части ретикулярной формации вызывает появление быстрых электрических колебаний в коре головного мозга, повышает подвижность нервных процессов, снижает пороги чувствительности. Кроме этого в активизации мозга задействованы диффузная таламическая система, гипоталамические структуры и др.

Среди «пусковых» механизмов ретикулярной формации следует отметить ориентировочный рефлекс. Он представляет собой врожденную реакцию организма на всякое изменение окружающей среды у людей к животных.

В психологической литературе обычно рассматривают две основные группы механизмов, осуществляющих фильтрацию раздражителей: периферические и центральные.

К периферическим механизмам можно отнести настройку органов чувств – поворот головы, натяжение барабанной перепонки, задержка дыхания при прислушивании. Было установлено, что периферические механизмы отбирают информацию по физическим характеристикам. У. Нейсер назвал эти механизмы предвниманием, связывая их с относительно грубой обработкой информации (выделение фигуры из фона, слежение за внезапными изменениями во внешнем поле).

Центральные механизмы внимания связаны с возбуждением одних нервных центров и торможением других. Именно на этом уровне происходит выделение внешних воздействий, что связано с силой вызванного ими нервного возбуждения. В свою очередь, сила нервного возбуждения зависит от силы внешнего раздражения. Более сильное возбуждение подавляет возникающее одновременно с ним слабое возбуждение и определяет течение психической деятельности в соответствующем направлении. Однако возможно слияние двух или нескольких одновременно воздействующих раздражителей, усиливающих друг друга. Этот вид взаимодействия раздражителей также является одной из основ выделения внешних воздействий и течения процессов в определенном направлении.

Закон индукции нервных процессов, установленный Ч. Шеррингтоном и широко использованный И. П. Павловым, в определенной степени объясняет динамику физиологических процессов, обеспечивающих внимание. Согласно этому закону, возбуждение, возникающее в одной области коры головного мозга, вызывает торможение в других ее областях (так называемая одновременная индукция) или сменяется торможением в данном участке мозга (последовательная индукция). Участок коры головного мозга, в котором возникает явление иррадиации, характеризуется оптимальными условиями для возбуждения, поэтому здесь легко вырабатываются дифференцировки, успешно образуются новые условные связи. Деятельность же других участков мозга связана в это время с тем, что обычно называется неосознанной, автоматической деятельностью человека.

Согласно принципу доминанты, выдвинутому А. А. Ухтомским, в мозге всегда имеется временно господствующий очаг возбуждения, обусловливающий работу нервных центров в данный момент и придающий тем самым поведению человека определенную направленность. Благодаря особенностям доминанты происходит суммирование и накапливание импульсов, поступающих в нервную систему, с одновременным подавлением активности других центров, за счет чего возбуждение еще больше усиливается. Благодаря этим свойствам доминанта является устойчивым очагом возбуждения, что, в свою очередь, позволяет объяснить нервный механизм поддержания интенсивности внимания.

Н. Н. Ланге, анализируя наиболее известные подходы к пониманию природы внимания, объединил существующие теории и концепции внимания в несколько групп.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

/. Внимание как результат двигательного приспособления. Приверженцы этого подхода исходят из того, что поскольку человек может произвольно переносить внимание с одного предмета на другой, то внимание невозможно без мышечных движений. Именно мышечные движения обеспечивают приспособление органов чувств к условиям наилучшего восприятия.

2. Внимание как результат ограниченности объема сознания. Не объясняя, что понимается под объемом сознания, И. Герберт и У. Гамильтон считают, что более интенсивные представления в состоянии вытеснить или подавить менее интенсивные.

3. Внимание как результат эмоции. Эта теория получила наибольшее признание в английской ассоциационной психологии. Она основывается на утверждении о зависимости внимания от эмоциональной окраски представления. Например, достаточно хорошо известно следующее высказывание представителя данной точки зрения Дж. Миля: «Иметь приятное или тягостное ощущение или идею и быть к ним внимательным — это одно и то же».

4. Внимание как результат апперцепции, т. е. как результат жизненного опыта индивида.

5. Внимание как особая активная способность духа. Сторонники данной позиции принимают внимание за первичную и активную способность, происхождение которой необъяснимо.

6. Внимание как усиление нервной раздражительности. Согласно данной гипотезе, внимание обусловлено увеличением местной раздражительности центральной нервной системы.

7. Теория нервного подавления пытается объяснить основной факт внимания — преобладание одного представления над другими — тем, что один физиологический нервный процесс задерживает или подавляет другие физиологические процессы, результатом чего является факт особой концентрации сознания.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

Физиологические основы внимания (ориентировочный рефлекс).

Физиологическую основу выделения отдельных раздражителей и течения процессов в определенном направлении составляет возбуждение одних нервных центров и торможение других. Воздействующий на человека раздражитель вызывает активизацию мозга. Активизация мозга осуществляется, прежде всего, в ретикулярной формации. Раздражение восходящей части ретикулярной формации вызывает появление быстрых электрических колебаний в коре головного мозга, повышает подвижность нервных процессов, снижает пороги чувствительности. Кроме этого в активизации мозга задействованы диффузно-таламическая система, гипоталамические структуры и др.

Среди «пусковых» механизмов ретикулярной формации следует отметить ориентировочный рефлекс – врожденная реакция организма на всякое изменение окружающей среды у людей и животных («что такое?»). Пример: на уроке ученики сосредоточенно пишут сочинение. Но вот дверь в классе слегка приоткрылась и, не смотря на поглощенность работы, все школьники посмотрели на дверь.

Однако внимание не может быть объяснено лишь одним ориентировочным рефлексом. Физиологические механизмы внимания более сложны. Например, необходимы определенные механизмы, способные выделить какой-либо новый раздражитель из других постоянно действующих в данный момент. В психологической литературе обычно рассматривают 2 основные группы механизмов, осуществляющих фильтрацию раздражителей:

1. Периферические механизмы. К ним относятся настройка органов чувств. Прислушиваясь к слабым звукам, человек поворачивает голову в сторону звука, и одновременно соответствующая мышца натягивает барабанную перепонку, повышая ее чувствительность. При очень сильном звуке натяжение барабанной перепонки ослабевает, что ухудшает передачу колебаний во внутреннее ухо. Остановка или задержка дыхания в моменты наивысшего внимания также способствуют обострению слуха.

2. Центральные механизмы внимания связаны с возбуждением одних нервных центров и торможением других. Именно на этом уровне происходит выделение внешних воздействий, что связано с силой вызванного ими нервного возбуждения. В свою очередь, сила нервного возбуждения зависит от силы внешнего раздражения. Более сильное возбуждение подавляет возникающее одновременно с ним слабое возбуждение и определяет течение психической деятельности в соответствующем направлении.

И.П. Павловым выдвинута идея, согласно которой и каждый момент времени в коре имеется какой-либо участок, характеризующийся наиболее благоприятными, оптимальными условиями для возбуждения. Этот участок возникает по закону индукции нервных процессов, концентрирующихся в одной области коры головного мозга, которые вызывают торможение в других ее областях, и наоборот. Согласно идее А.А.Ухтомского, в мозгу всегда имеется доминирующий, господствующий очаг возбуждения, который как бы привлекает к себе все возбуждения, идущие в этот момент времени, и, следовательно, еще больше доминирует.

Основой возникновения такого очага является не только действие раздражителя, но и внутреннее состояние нервной системы, обусловленное предшествующими раздражителями и наличием уже проторенных путей в мозгу, связей, закрепленных предшествующим опытом.

В настоящее время получены новые результаты исследований, раскрывающие нейрофизиологические механизмы внимания. Внимание возникает на фоне общего бодрствования организма, связанного с активной мозговой деятельностью. В последнее время все большее распространение получают представления о ведущей роли коры больших полушарий в системе нейрофизиологических механизмов внимания. С процессами внимания связывают наличие на уровне коры больших полушарий особого типа нейронов.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

Внимание | психология | Британника

Внимание , в психологии — концентрация внимания на одном явлении с исключением других стимулов.

Внимание — это осознание здесь и сейчас фокусным и проницательным образом. Для ранних психологов, таких как Эдвард Брэдфорд Титченер, внимание определяло содержание сознания и влияло на качество сознательного опыта. В последующие годы меньше внимания уделялось субъективному элементу сознания и больше — моделям поведения, по которым внимание могло быть распознано в других.Хотя человеческий опыт определяется тем, как люди направляют свое внимание, очевидно, что они не имеют полного контроля над этим направлением. Например, бывают случаи, когда человеку трудно сосредоточить внимание на задаче, разговоре или наборе событий. В других случаях внимание человека «захватывается» неожиданным событием, а не направляется на него добровольно.

Внимание имеет отношение к непосредственному опыту человека; это состояние текущего осознания.Конечно, в мире постоянно происходит бесчисленное множество событий, каждое из которых затрагивает чувства человека. В теле также происходят события, влияющие на внимание, точно так же, как есть представления о прошлых событиях, которые хранятся в памяти, но доступны для осознания при соответствующих обстоятельствах.

Хотя можно было ожидать, что текущая осведомленность — это совокупность всех этих событий в любой данный момент, очевидно, что это не так. В этом обширном поле потенциального опыта человек сосредотачивается или уделяет внимание некоторому ограниченному подмножеству целого.Это подмножество составляет субъективное поле осведомленности. Причину этого ограничения можно определить. Контроль и координация множества входных данных и накопленного опыта, а также организация соответствующих паттернов реакции являются прерогативой мозга. Мозг имеет впечатляющие возможности обработки, но его возможности ограничены. Человек не может сознательно пережить все события и информацию, доступную одновременно. Точно так же невозможно инициировать одновременно неограниченное количество различных действий.Вопрос заключается в том, как выбрать подходящее подмножество входов, промежуточных процессов и выходов, чтобы привлечь внимание и задействовать доступные ресурсы.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Таким образом, внимание можно понимать как состояние избирательного осознавания, которое определяет степень и качество взаимодействия человека с окружающей средой. Он не обязательно находится под добровольным контролем. Некоторые факты из истории внимания и методов, с помощью которых психологи и другие специалисты пришли к нему, чтобы охарактеризовать и понять его, представлены в нижеследующем обсуждении.

Ранние взгляды на внимание

Корни XIX века

Психологи начали изучать внимание во второй половине XIX века. До этого философы обычно рассматривали внимание в контексте апперцепции (механизма, с помощью которого новые идеи связывались с существующими идеями). Таким образом, Готфрид Вильгельм Лейбниц предположил, что потеря осознания непрерывного звука водопада иллюстрирует, как события могут перестать восприниматься (то есть представляться в сознании) без особого внимания.Он предположил, что внимание определяет, что будет воспринято, а что нет. Термин апперцепция все еще использовался в 19 веке Вильгельмом Вундтом, одним из основоположников современной психологии. Вундт, однако, был одним из первых, кто указал на различие между центральными и более общими чертами человеческого сознания. Он писал о широком поле зрения (которое он назвал Blickfeld ), внутри которого находится более ограниченный фокус внимания ( Blickpunkt ).Он предположил, что ассортимент Blickpunkt составляет около шести предметов или групп. Он также предположил, что внимание — это функция лобных долей мозга.

Одним из самых влиятельных психологов на рубеже веков был Уильям Джеймс. В своей основной работе The Principles of Psychology (1890) он говорит:

Каждый знает, что такое внимание. Это овладение разумом в ясной и яркой форме одним из того, что кажется несколькими одновременно возможными объектами или последовательностями мыслей.Фокусировка, концентрация сознания — вот его сущность. Это подразумевает отказ от одних вещей, чтобы эффективно справляться с другими.

Джеймс считал, что внимание заставляет людей более эффективно воспринимать, понимать, различать и запоминать и ускоряет их реакцию.

В 1906 году другой выдающийся психолог, У.Б. Пиллсбери предложил три метода измерения внимания. Первый основан на тестах, которые измеряют внимание через выполнение задачи, которая, как считается, требует высокой степени внимания; во втором измерялось снижение внимания из-за снижения производительности; а третий измерял силу внимания по уровню стимула, необходимого для отвлечения человека.

По мере развития 20-го века психология и изучение поведения подвергались новым влияниям, которые имели далеко идущие последствия для представлений о внимании. Одна из таких сфер влияния возникла в работах русского физиолога Ивана Петровича Павлова, который сообщил о том, что сейчас принято называть ориентировочной реакцией. У собак и других животных это включает в себя такие признаки внимания, как встревоженные уши, повернутая в сторону раздражителя голова, повышенное мышечное напряжение и физиологические изменения, обнаруживаемые с помощью инструментов.Дальнейшее влияние оказала работа по рефлексологии одного из конкурентов Павлова, россиянина Владимира М. Бехтерева. Многие психологи стали рассматривать условный рефлекс (непроизвольная реакция, обусловленная вознаграждением) как основной строительный блок всего человеческого обучения.

Нейрофизиологические и поведенческие корреляты нарушения бдительности и компенсаторных процессов при СДВГ, подтвержденные тестом Attention Network Test

Поведенческие и нейрофизиологические данные ANT, относящиеся к СДВГ в настоящем исследовании, соответствуют предыдущим публикациям [15–17,31, 32].Когда мы оценивали межполушарную асимметрию ANT-RP и их корреляцию с сетями внимания, мы обнаружили меньшую асимметрию при СДВГ, чем у типично развивающихся субъектов, связанных с эффективностью сети оповещения. С другой стороны, асимметрия, вызванная более высокой амплитудой ранних отрицательных компонентов в правой затылочной области, которые обратно коррелировали с эффективностью сети оповещения и пропорциональны AC и эффективности исполнительной сети в отношении точности, подчеркивает, что быть потенциальными функциональными компенсаторными механизмами, которые были ограничены симптоматикой невнимательности, как это тщательно исследовано в DSM [2,3].

В отличие от вышеупомянутых исследований, мы гомогенизировали наши выборки по полу и возрасту, и, следовательно, мы работали с относительно однородными паттернами ЭЭГ, поскольку только с 11 лет ЭЭГ можно считать однородной с точки зрения развития [ 41]. Поэтому мы включили только мальчиков узкого возрастного диапазона и рассмотрели факторы, которые обычно игнорируются, такие как видео и компьютерные игры, которые могут развить навыки, к которым ANT чувствителен по своей природе, и вмешательство лишения сна [42].Исключение субъектов из-за сопутствующих заболеваний было очень деликатным процессом, поскольку мы определили правило, согласно которому участники с подозрением на наличие сопутствующих состояний, которые считаются релевантными, должны быть удалены, поскольку они очень распространены при СДВГ и состоят из важных факторов, мешающих [43]. , 44] (см. Критерий исключения «3» в Методах). К сожалению, строгость критериев исключения привела к существенному ограничению в этом исследовании, которое заключалось в небольшом размере окончательной выборки, используемой в процедурах анализа.Помимо статистических проблем, касающихся сравнения между двумя независимыми группами, это сделало невозможным какой-либо вывод о функциональных и поведенческих корреляциях в меньших выборках подтипов СДВГ. С другой стороны, благодаря этой строгой стратегии выборки, группы довольно согласованы в отношении основного объекта исследования, которым является СДВГ. Более низкий IQ в группе СДВГ можно рассматривать как предвзятость. Однако это также может быть артефактом изучаемого клинического состояния. В литературе описано, что на производительность WISC влияет дефицит внимания [45, 46], что могло повлиять на результаты в нашей группе с СДВГ.Более того, все мальчики имели показатели IQ в пределах нормы. Для I.Q. Для оценки мы выбрали субтесты WISC-III, которые являются эталонными для населения Бразилии [35], поскольку мы ценим культурные влияния [47].

Диагностика СДВГ и работа ANT

В настоящем исследовании мы обнаружили сильную и умеренную корреляцию между поведенческими / биологическими параметрами и DSM. В сопутствующем исследовании мы переклассифицировали эти предметы на основе многомерного анализа набора данных, полученного в результате применения ANT.Мы наблюдали «существенный уровень согласия» между DSM и феноменологическими измерениями ANT (поведенческими, психологическими и нейрофизиологическими, подобными тому, что описано в настоящем исследовании): индекс каппа = 0,72 [48], а специфичность и чувствительность DSM-IV-TR в отношении биологических переменных составляли 75% и 89% соответственно [49].

Согласно полученным результатам, группа СДВГ показала более низкую эффективность сетей оповещения и управления в отношении IVRT и AC.Предыдущие исследования подтверждают эти выводы, поскольку пациенты с СДВГ показывают более низкий AC и более высокий IVRT [14, 17, 31, 32], чем контрольная группа, из-за более низкой эффективности исполнительной сети.

Согласно предыдущим открытиям [14–17], ориентирующая сеть, по-видимому, не влияет на поведение при СДВГ. В настоящем исследовании оценки DSM показали корреляцию в основном с эффективностью сети оповещения, особенно в группе СДВГ, за которой следует эффективность сети исполнительных органов, что предполагает важную роль настороженности в клиническом состоянии СДВГ.Наши результаты подтверждают важность сети оповещения при СДВГ.

Корреляция ANT-RP с характеристиками ANT и DSM

В парадигме ANT, которая использовалась здесь [31, 32, 37], существует временная диссоциация боковых дистракторов и наступление цели на 100 мс. Временная диссоциация цели, по-видимому, снижает повреждающий эффект боковых дистракторов на поведение, который выше в случае несоответствия между мишенью и дистракторами [50]. Следовательно, нынешняя версия ANT будет более специфичной и чувствительной, чтобы наблюдать присущие различия между СДВГ и контрольными субъектами.Однако временная диссоциация не позволяет нам связать характеристики потенциала средней латентности с конкретным стимулом из-за перекрытия ответов ERP на оба диссоциированных стимула. Мы не можем оценить, насколько наблюдаемые потенциалы соответствуют классическим компонентам P1 и N2 [51], несмотря на то, что латентности совместимы с появлением флангов (100 и 200 мс). Второй негатив может быть результатом комбинации фланга N2 с целью P1. Поэтому наши прямые измерения были ограничены компонентом P3, как в Kratz et al.[31].

Наблюдая волну P3 при СДВГ, мы получили результаты, которые в целом повторяют литературные [52], особенно выводы Краца и др. С использованием ANT [31]: группа СДВГ показала снижение амплитуды волны P3 во всех состояниях ANT, без какой-либо конкретной связи с сети внимания. В целом волна P3 отражает височно-теменную обработку информации высокого порядка, которая находится под контролем лобных исполнительных центров [53, 54]. Поскольку сигнал и целевые условия в настоящем исследовании были равновероятными, мы можем считать, что P3, возможно, отражал распределение информационной нагрузки для целевой визуально-пространственной обработки [37, 53].Следовательно, более низкая амплитуда P3 при СДВГ, возможно, была результатом нарушения когнитивных процессов, связанных с обработкой зрительно-пространственной информации в ANT.

При анализе асимметрии в ANT-RP AllCd значительные межполушарные различия наблюдались в группе ADHD только в средней и передней височных областях, где они показали преобладание правой стороны. В контрольной группе эта распространенность в тех же областях имела более высокий уровень значимости и временной продолжительности, а также наблюдалась в задней височной области.Когда мы рассматривали асимметрию для различных сигналов и целевых условий с точки зрения сетей внимания, рассчитанных в соответствии с Fan et al. [12], результаты показали достоверное влияние только на характеристики эффективности сети оповещения и исключительно в контрольной группе с преобладанием амплитуд правого средне- и переднего височных потенциалов. Мы также не обнаружили значительной асимметрии в отношении ориентации и эффективности исполнительной сети в этих двух группах. Различное поведение нейрофизиологических коррелятов эффективности сети оповещения в группах укрепило идею о том, что изменения в этой сети, которая контролирует и модулирует устойчивое внимание [20], будут играть важную роль в физиологии СДВГ.Более того, наши результаты, кажется, подтверждают топографию этого эффекта, обнаруживая его в правой височной доле [55].

Доказательства, полученные после публикации Познера и Петерсена [10], содержат обзор исходной модели сети оповещения, предполагая, что существует сегрегация ее фазового и внутреннего (тонического) компонентов в левом и правом полушариях, соответственно [11, 20, 25] . Было высказано предположение, что активность слева, связанная с фазовой настороженностью, будет соответствовать выборочным механизмам произвольного внимания, запускаемым модуляцией внимания, поддерживаемой предупреждающим сигналом [56].Однако недавние исследования изменений мозга, вызванных поражениями [28], с функциональным нейровизуальным изображением [27] и ERP с повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляцией [26] также предположили участие правого полушария в фазовой активности, ясно показывая, что модель для эта сеть внимания еще не окончательна. Наши результаты подтверждают участие правого полушария в фазовой настороженности и предполагают, что его механизмы будут нарушены при СДВГ, что может быть субстратом для поведенческих различий, обнаруженных между группами в отношении эффективности сети оповещения.

При СДВГ нерелевантная информация, кажется, подавляет активность мозга, что приводит к нарушению регуляции произвольного выделения внимания в соответствии с требованиями задачи [57], что свидетельствует о дисфункции избирательного и устойчивого внимания, что связано с более низкой эффективностью сети оповещения. В серии исследований вербальных парадигм, таких как непрерывный тест производительности, Hale et al. [58–61] систематически демонстрируют функциональную асимметрию с более высокой активностью правого полушария при СДВГ во время задач, вызывающих модуляцию произвольного устойчивого внимания, которое обычно считается связанным с левым полушарием и основано на вербальных функциях [62, 63] .Эти данные Hale et al. вероятно связаны с некоторыми компенсаторными процессами при СДВГ. Мы можем предположить, что некоторые механизмы правого полушария в точках, гомологичных левым «вербальным» зонам при СДВГ, которые обычно активируются во время вербальных задач, могут быть использованы в качестве компенсаторной системы для смягчения проблем вербального познания, которые, как известно, являются типичными. СДВГ [9]. Точно так же у пациентов с моторной афазией из-за поражений в левой лобной области наблюдалось улучшение речевого общения посредством музыкальной просодии, которая рассматривается как функция правой лобной коры, что соответствует вербальным функциям гомологичной левой области [64 , 65].В ответах ANT эти механизмы правого полушария, по-видимому, не участвовали, поскольку ANT представляет собой набор невербальных задач, объясняющих правую асимметрию, обнаруженную в элементах управления. В другом исследовании нашей лаборатории (с теми же испытуемыми), анализирующем текущую ЭЭГ, испытуемые с СДВГ демонстрировали определенные признаки пониженной активации левой височной и лобной областей во время расслабленного бодрствования и периодической световой стимуляции без словесных заданий или любых других задач, требующих добровольных действий. внимание [55].

Возможные компенсаторные механизмы при СДВГ были очевидны в этом исследовании из-за более высокой негативности в правой затылочной области, чем в левой, вызванной в первые 200 мс обработки цели. Хорошо известно, что визуальная обработка, которая ослабляет восприятие, модулируется вниманием сверху вниз [66]. Ранние ERP, такие как P1 и N2, связаны с активностью в зрительных областях и модулируются сигнальной информацией [67, 68], обнаруживая влияние нисходящего внимания на зрительное восприятие [69]. В ANT модуляция амплитуды N2 ранее была связана с сетью оповещения Познера, но не с исполнительной сетью [67].С другой стороны, внимание, направленное снизу вверх, также управляет зрительным восприятием, хотя и неспецифично, вызванным всплывающими стимулами [69]. Вышеупомянутая асимметрия проявлялась во всех сигнальных и целевых условиях, предполагая ее неспецифичность в отношении сетей внимания Познера и их специфических механизмов для модуляции внимания нейронных процессов. Таким образом, будет происходить восходящий процесс внимания зрительной сенсорной адаптации, который специфичен для СДВГ и вызывает эту асимметрию либо локально, либо управляемую другими ассоциативными системами.

Мы подчеркнули компенсаторный характер этой асимметрии с преобладанием правой стороны, когда заметили, что ее величина обратно пропорциональна баллу невнимательности и прямо пропорциональна точности ответов ANT. Величина асимметрии также прямо пропорциональна эффективности исполнительной сети и обратно пропорциональна эффективности сети оповещения, что связано с точностью. Этот вывод предполагает, что, несмотря на нарушение внимания сверху вниз, связанное с сетью оповещения, компенсирующий механизм снизу вверх, вероятно, расположенный в ранней зрительной системе, поставлял визуальную информацию для улучшения разрешения конфликта между целью и отвлекающими факторами и для обеспечения адекватной поведенческой реакции.

Исследования показали, что задние области, по-видимому, развивают компенсаторные функциональные механизмы для низкой производительности префронтальных исполнительных процессов, которые участвуют в устойчивом контроле внимания [8, 9]. Каким-то образом из-за более низкой эффективности бдительности мозг с СДВГ, казалось, привлекал локальные ресурсы для восприятия и представления в зрительной коре независимо от сетей внимания, тем самым повышая точность ответов и конечную производительность в разрешении конфликтов.

Как сообщалось в исследованиях, внимание модулируется взаимодействием между дофаминергической и норадренергической системами в префронтальной коре, и кажется, что эти нейротрансмиттеры выполняют разные роли в зависимых от внимания поведенческих характеристиках при СДВГ: количество ударов и IVRT максимизируются за счет атомоксетин и метилфенидат соответственно [32, 70].Таким образом, может быть установлена ​​корреляция между точностью и сетью оповещения.

В этом контексте мы предположили, что нарушение сети оповещения может в первую очередь повлиять на восприятие цели, вызывая более низкую точность (более низкие показатели попадания). С другой стороны, восходящие асимметричные компенсаторные процессы на ранней стадии зрительного восприятия, которые, как известно, отражаются в визуальных потенциалах P1-N2, могут улучшить частоту попаданий ANT и, следовательно, производительность исполнительной сети, особенно в отношении точность.

В отличие от затылочной асимметрии, асимметрия с преобладанием правой стороны, обнаруживаемая в центральной области (C4-C3) в пределах окна 45–290 мс после начала действия цели, оказалась значительно выше только при СДВГ по сравнению с AllCd и в отношении «неконгруэнтного целевого дистрактора». условие. Мы продемонстрировали, что IVRT выше при СДВГ в условиях конфликта, что проявляется в более низкой эффективности исполнительной сети, связанной с моторным контролем. Исследования показывают, что субъекты с СДВГ обычно имеют более высокие показатели IVRT [71].Наши поведенческие данные предполагают, что моторный контроль хуже при СДВГ, а центральная асимметрия, по-видимому, является нейрофизиологическим коррелятом нарушения избирательного торможения, наблюдаемого Yordanova et al. [72]. Следовательно, асимметрия положительно коррелирует с оценками DSM, особенно гиперактивностью + импульсивностью. Однако эта корреляция значима только для всех субъектов (а в некоторых случаях только для субъектов из контрольной группы), показывая, что она не специфична для группы. Исследование показало значительную корреляцию между импульсивностью и показателями СДВГ у типичных взрослых с анатомической асимметрией большего объема в правом хвостатом ядре по сравнению с левым, что подчеркивает размерный характер явлений, связанных с механизмами контроля моторного поведения [28].Подобная анатомическая асимметрия наблюдалась также у детей с СДВГ [4–6]. При СДВГ изменение в моторном тормозящем контроле было показано во время предъявления нерелевантных стимулов в задачах на внимание [72], коррелированных с клиническими показателями и оценками эффективности с точки зрения AC и IVRT [73]. IVRT также обратно коррелировал с более низкой префронтальной активностью при СДВГ [74]. Центральная асимметрия с преобладанием правой стороны, что также может означать некоторую недостаточность функционального статуса левой стороны, может соответствовать неэффективному произвольному вниманию и модуляции поведения в лобно-полосатом теле — феномену, который не специфичен для нейрофизиологии СДВГ, но кажется быть потенцированным в этом расстройстве.

Заключение: СДВГ и настороженность

Основываясь на результатах, обсуждаемых здесь, мы защищаем, что эффективность сети оповещения влияет на клинические характеристики, связанные с невниманием при СДВГ, и эта неэффективность может поставить под угрозу зрительное познание, что приведет к ухудшению исполнительной деятельности, что наблюдалось как в отношении AC, так и IVRT. Вероятные компенсаторные механизмы, обнаруженные в затылочной области у людей с СДВГ, будут достаточно эффективными для оптимизации AC и производительности в разрешении конфликтов с более низкой эффективностью сети оповещения, предполагая нарушение первичной функции оповещения, которая вызывает побочный адаптивный процесс.В то время как IRVT зависит от модулирующего управления моторикой [73], количество попаданий в задачах на внимание, очевидно, зависит от восприятия характеристик цели и от окружения, снабжая исполнительную сеть информацией для обнаружения и разрешения конфликтов. Таким образом, возможно, что первичное изменение СДВГ запускается предупреждением сетевых драйверов, которые модулируют восприятие, в то время как исполнительные нарушения, связанные с принятием решений на основе информации восприятия, могут возникать в результате этого изменения.

Затылочная и центральная асимметрии будут относительно независимыми явлениями от клинического состояния и от первичных механизмов СДВГ. Центральная асимметрия оказалась размерной (отличной от затылочной асимметрии по своей природе), возможно, связанной с исполнением исполнительного контроля над поведением, в то время как сосуществующая затылочная асимметрия оказалась более специфическим условием, связанным с феноменологией СДВГ. Эта сложная модель поддерживает двумерную клиническую феноменологию СДВГ.

Вариабельность клинической феноменологии СДВГ, определяемая как минимум тремя последовательными подтипами (невнимательный, гиперактивный / импульсивный и комбинированный), заставляет нас размышлять о сосуществовании различных нервных процессов, которые будут специфичными для каждого подтипа, с механизмами, общими для все они. Возможно, подтипы СДВГ по-разному коррелируют с сетями оповещения и управления. Мы установим эти корреляции в дальнейших исследованиях с более крупными выборками субъектов с СДВГ.

Как биологические механизмы внимания улучшают выполнение задач в крупномасштабной модели зрительной системы

Существенные изменения:

Введение, второй абзац: CNN представлены как отличные модели вентрального потока, но все большее количество исследований показывает, что функции, используемые в этих CNN для классификации объектов, очень отличаются от тех, которые используются людьми (например, Azulay and Weiss, 2018 ; Бейкер, Лу, Эрлихман и Келлеман VSS 2018; Ульман и др., 2016). Может потребоваться некоторая осторожность.

Язык и ссылки были обновлены, чтобы отразить это (Введение, второй абзац).

На Рисунке 3 показано увеличение производительности по уровням. Этот график создан с использованием наиболее эффективного весового параметра β. Чтобы разделить эффект β и модуляции внимания f, добавьте условие управления, в котором f устанавливается в единицу. Причина в том, что изменение одного только β и выбор лучшего β уже может вызвать изменения производительности.

Этот элемент управления добавлен как рисунок 3 — приложение к рисунку 1С, подраздел «Внимание на основе функций повышает производительность при решении сложных задач классификации объектов», четвертый абзац.

На рисунке 3 показаны результаты модуляции всех слоев. Считается, что выводы, сделанные на основе этих результатов, не подтверждаются. Выбор β равным 1/10 оптимального β для каждого слоя не является оптимальной настройкой для модуляции всех слоев. Кроме того, модуляции в ранних слоях могут отрицательно повлиять на изменения активности в более поздних слоях.Следовательно, авторы не могут исключить возможность того, что модуляция всех слоев одновременно может действительно помочь. Поэтому результаты и интерпретации внимания ко всем слоям следует убрать с бумаги.

Мы перенесли результаты по всем слоям на дополнительные цифры. Хотя это правда, что мы не исследовали исчерпывающе возможности модуляции на всех уровнях, мы полагаем, что конкретный случай, который мы изучили, представляет достаточный интерес для читателей, чтобы быть включенным в приложение.Мы показали, что модуляция всех слоев с силой 1/10 одного слоя улучшает производительность примерно так же, как модуляция лучшего отдельного слоя. Рисунок 3 — рисунок в дополнении к 1A и B, подраздел «Внимание на основе функций повышает производительность при решении сложных задач классификации объектов», четвертый абзац.

В подразделе «Сила внимания и компромисс между увеличением истинных и ложных срабатываний» вы сравниваете изменение величины нейронной активации в CNN с изменениями в мозге приматов.Было непонятно, как интерпретировать эти результаты. Можно ли осмысленно сравнивать эти величины? Что из этого можно сделать?

Мы считаем, что главный вывод из этого расчета состоит в том, что нейронные изменения, необходимые для обеспечения наблюдаемых шансов на производительность, не являются ни абсурдно большими, ни абсурдно малыми по сравнению с тем, что экспериментально наблюдается в нейронах. Таким образом, мы считаем, что сравнение по порядку величины дает некоторое понимание и уверенность в том, что модель может работать аналогично биологии.Мы сократили этот раздел, чтобы прояснить, что это предполагаемая интерпретация (подраздел «Сила внимания и компромисс между увеличением истинных и ложных срабатываний», восьмой абзац).

В подразделе «Внимание, основанное на признаках, в первую очередь влияет на критерии, а пространственное внимание в первую очередь влияет на чувствительность», утверждается, что FBA работает через сдвиг критериев, а не за счет увеличения чувствительности, при этом FBA смещает представление всех стимулов в сторону присутствующих категория.Но ранее вы показали, что FBA избирательно увеличивает TP (относительно FP), что предполагает увеличение чувствительности. (Кроме того, рисунок 4E, по-видимому, показывает положительное влияние FBA (L13) на чувствительность). Просьба уточнить.

Мы хотели бы дать два пояснения рецензентам по этому поводу:

Во-первых, мы утверждаем, что внимание, основанное на особенностях (FBA), и внимание пространственное, состоит в том, что FBA оказывает большее влияние на критерии, чем чувствительность, и наоборот, на внимание к пространству.Таким образом, мы не утверждаем, что нет никаких изменений чувствительности, исходящих от FBA, только то, что изменения критериев являются более доминирующими.

Во-вторых, тот факт, что FBA сначала (с увеличением силы модуляции) увеличивает TP (истинные положительные результаты) намного больше, чем FP (ложные срабатывания), и только позже (для гораздо более сильной модуляции) увеличивает FP больше, чем TP, не обязательно предполагает увеличение по чувствительности (где повышение чувствительности означает увеличение разделения между распределением TP и FP).Такой результат может быть результатом исключительно изменения критериев (снижения порога), как показано в примере на изображении ответа автора 1.

Здесь заштрихованная область, представляющая истинные срабатывания, будет увеличиваться по мере смещения порога влево, прежде чем увеличится количество ложных срабатываний.

Текст отражает эти моменты (подраздел «Особое внимание в первую очередь влияет на критерии, а пространственное внимание в первую очередь влияет на чувствительность», второй абзац).

Для многих анализов показаны результаты обоих типов обратной связи.Однако для некоторых сравнений показаны только результаты, основанные на настройке (например, см. Вышеупомянутый подраздел). Почему? Пожалуйста, обеспечьте единообразие во всем.

Результаты на основе градиента были опущены на рис. 5E только из-за того, что этот график уже перегружен. К этому рисунку добавлены результаты градиента.

Непонятно, почему на рисунке 7 представлен новый метод количественной оценки внимания или как мера, подобная FSGM, связана с сопоставлением признаков и уже обсуждавшимися коэффициентами активности.Пожалуйста, мотивируйте или ограничивайте сопоставление функций и коэффициенты активности. В целом, работа читается очень плотно благодаря разнообразному анализу и метрикам. Любые шаги по упрощению изложения помогут читателю.

Показанная на рисунке 6 модель усиления схожести характеристик (FSGM) была взята для согласования с показателем, использованным в предыдущей экспериментальной работе. Это требует представления нескольких ориентаций, чтобы рассчитать влияние внимания на данную ячейку. То есть он измеряет, как эффекты внимания меняются в зависимости от стимулов для отдельной клетки.На рисунке 7 мы хотели протестировать изменения активности, подобные FSGM, для одного стимула, потому что это позволяет нам лучше всего изучить корреляцию изменений активности, подобных FSGM, с изменениями производительности (поскольку производительность варьируется от стимула к стимулу). Поэтому нам нужно было измерить, как эффекты внимания меняются по клеткам, то есть по популяции в целом, для ответов на одну ориентацию (или даже на одно изображение). Вот почему мы вводим новую «FSGM-подобную» меру на рисунке 7. Обе меры проверяют, мультипликативно ли увеличивает (уменьшает) внимание активность клеток, настроенных на предпочтение (противодействие) наблюдаемому стимулу.Разница заключается просто в том, взяты ли соотношения активности внимания и невнимательности, используемые для соответствия линии, из одной и той же ячейки (что для нашей модели означает одну и ту же карту признаков) в ответ на разные ориентации (рисунок 6B) или из всех карты функций в ответ на ту же ориентацию (рис. 7). Наша новая мера популяции, такая как мера одной клетки, которая использовалась ранее в экспериментах, может быть легко реализована экспериментаторами. Мы согласны с рецензентами в том, что мы не указали причины использования новой меры и точную разницу между двумя показателями, и теперь мы ясно обозначили эти моменты в нашей редакции.

Наличие показателя активности, подобной FSGM, которую можно было бы вычислить для каждой ориентации, позволило нам провести более детальный анализ корреляции между изменениями активности, подобной FSGM, и изменениями производительности (потому что нам не нужно было усреднять производительность по всем ориентациям). ). Мы показываем эти корреляции на Рисунке 7C. На этом рисунке мы также ввели вторую меру изменения активности, вызванной вниманием (векторный угол). Эта мера была введена, чтобы увидеть, есть ли в надежде найти другую меру изменений активности, которая лучше коррелирует с изменениями производительности, чем мера FSGM.Мера векторного угла должна была быть экспериментально поддающейся измерению мерой, которая лучше отражает градиенты, чем кривые настройки, подобные FSGM, после наших выводов, что градиенты должны иметь наибольшее влияние на производительность. Мы показываем, что на ранних уровнях мера векторного угла изменений активности, вызванных вниманием, действительно лучше коррелирует с изменениями производительности, чем мера, подобная FSGM.

Однако мы согласны с рецензентами в том, что рисунок 7 и связанный с ним новый анализ сложны и могут сбивать с толку.Тем не менее, мы считаем, что предложение о различных показателях изменения активности и изучение их корреляции с изменениями производительности являются ценным вкладом в подобного рода моделирование. Более того, результаты на Рисунке 7 были скорее скромными, чем поразительными. Поэтому мы сослались на результаты этого анализа в основном тексте и переместили Рисунок 7 с подробным объяснением различных мер и их мотивации в дополнительные материалы.

Вместо него мы включили, как показано на рисунке 7, рисунок, иллюстрирующий момент, который, по нашему мнению, будет наиболее интересен экспериментаторам на данном этапе нашей статьи, а именно рисунок, иллюстрирующий эксперимент, чтобы четко различать, применяется ли внимание согласно градиентам. а не (как всегда предполагалось до этого момента) согласно настройке.Ранее мы рассматривали этот эксперимент только в Обсуждении, но мы считаем, что лучше сделать его заметной и иллюстрированной частью результатов.

Этот новый рисунок теперь представляет собой рисунок 7, а старый рисунок 7 перемещен на рисунок 6 — дополнение к рисунку 2. Методы анализа, показанные на рисунке 6 — приложение 2, упоминаются в шестом абзаце подраздела «Записи показывают сходство функций. Распространение эффектов усиления », а дальнейшее объяснение было добавлено в подраздел« Материалы и методы »« Оценка модели усиления схожести характеристик и поведение сопоставления характеристик », а также к подписи к рисунку 6 — добавление к рисунку 2.Эксперимент (рис. 7) описан в последнем абзаце подраздела «Записи показывают, как распространяются эффекты усиления схожести характеристик».

Утверждение, что новая мера внимания (рис. 7A) или альтернативные меры внимания, если на то пошло, экспериментально проверено, кажется необоснованным. В частности, получение с вниманием и без внимания активность в ответ на изображения, которые не классифицируются как целевая ориентация, невозможно измерить в экспериментах с людьми или животными.Субъекты стохастичны в своих суждениях. Однако можно было измерить с вниманием и без внимания реакции на неоднозначные стимулы, которые вызывают почти случайную производительность. Затем эта метрика стала бы очень похожей на популяционную версию хорошо изученной метрики «вероятность выбора». Эту связь нужно хотя бы обсудить.

Альтернативные меры (мы понимаем, что это означает меры FSGM на Рисунке 7 и Рисунке 6) уже в версии Рисунка 6 использовались экспериментально, и мы не видим причин, по которым популяционная версия Рисунка 7 не должна также можно использовать.Мы понимаем, что остальная часть этого комментария относится к «новой мере», а именно к векторно-угловому методу анализа изменений активности, вызванных вниманием. Мы согласны с авторами обзора в том, что поведенческие реакции будут стохастическими, тогда как в нашей модели — детерминированными, но не согласны с тем, что это делает метод векторных углов непригодным для использования. Как предлагают рецензенты, ссылаясь на пороговую задачу, если метод применяется к изображениям, в которых без внимания имеется значительный процент неправильной категоризации, а внимание улучшает производительность, мера будет пригодна для использования: только метод требует, чтобы ответы населения измерялись (1) без внимания к неправильной категоризации (2) без внимания к правильной категоризации и (3) с вниманием к обоим случаям.Мы считаем, что введение этой меры для экспериментаторов, которая должна лучше проверить способность внимания модулировать градиенты, а не настраиваться, будет ценным вкладом, хотя, опять же, мы в значительной степени включили это в дополнение.

Кроме того, нет необходимости в том, чтобы синий и красный векторы на рисунке 7A вычислялись только с использованием изображений, которые были отрицательно классифицированы без внимания. Тот же результат можно было бы ожидать, если бы использовались все изображения. Чтобы быть конкретным, набор изображений, некоторые из которых содержат желаемую ориентацию, а некоторые нет, может быть показан субъекту (который не уделяет внимания ориентации).Вектор положительной классификации (серый вектор на 7A) будет получен из ответов, когда изображение было положительно классифицировано (независимо от того, присутствовала ли желаемая ориентация). Синий вектор будет создан из ответов на все изображения, которые содержат желаемую ориентацию (независимо от того, как они были классифицированы), а красный вектор будет из ответов на изображения, которые содержат желаемую ориентацию (независимо от того, как они были классифицированы). но когда внимание было обращено на эту ориентацию.В этой настройке мы все равно ожидаем, что красный вектор (внимание присутствует) будет ближе к положительному вектору классификации, чем синий (внимание отсутствует).

Результаты вычисления этих векторов таким образом показаны зелеными линиями на изображении ответа автора 2 (с исходным анализом для сравнения) и дают результаты, практически идентичные результатам нашего ранее использованного определения векторного угла (синие линии).

Рисунок 6 — дополнение к рисунку 2 теперь использует новое определение меры векторного угла (которое использует все изображения, зеленая линия на изображении ответа автора 2).Последний абзац подраздела «Оценка модели усиления схожести признаков и поведения сопоставления признаков» был изменен, чтобы отразить это.

Для экспериментального сообщества было бы более полезно переработать задачу ориентации и анализа в терминах того, что можно было бы измерить эмпирически. Например, представление задачи в терминах правильно идентифицированной ориентации цели в зависимости от поворота представленных ориентаций от цели. Однако это может выходить за рамки данной рукописи.

Мы согласны с тем, что связывание тенденций производительности в этих моделях в большей степени с поведенческими данными из различных экспериментально используемых задач было бы интересно, но действительно выходит за рамки текущей рукописи.

Каким будет биологический механизм, который может объяснить обратную связь на основе настройки и градиента? Особенно сложно защитить подход, основанный на градиенте, с биологической точки зрения. Каким образом области, связанные с принятием решений, будут иметь доступ к этой информации о градиенте? Об этом стоит сказать несколько слов в разделе «Обсуждение».

Мы считаем, что существуют средства, с помощью которых обратная связь на основе градиента может быть изучена биологическим путем, с помощью правил обучения на основе корреляции или спайков, в которых, если за деятельностью более низкого уровня следует деятельность высокого уровня, обратная связь от подразделения более высокого уровня к соответствующим подразделениям более низкого уровня усилены. Мы конкретизировали это в Обсуждении (пятый абзац).

Просьба указать соответствующую связанную работу:

— Кац и др., 2016, связанные с взаимосвязью между настройкой и влиянием на решения.

— Abdelhack and Kamitani, 2018, относящийся к подразделу «Записи показывают, как распространяются эффекты усиления сходства признаков» (и рисунок 7), показывающий, что активность в ответ на неправильно классифицированные стимулы смещается в сторону активности в ответ на правильно классифицированные стимулы при включении внимания .

— Stein and Peelen, 2015, относящийся к подразделу «Внимание, основанное на признаках, в первую очередь влияет на критерии, а пространственное внимание в первую очередь влияет на чувствительность», утверждая, что FBA в экспериментах на людях не приводит к увеличению чувствительности (см. Также работу Карраско по эффектам ФБА по задачам дискриминации).

— Обсуждение, пятый абзац: Ni, Ray, and Maunsell, 2012, может показаться очень актуальным для этого раздела «Обсуждение». Эти авторы обнаружили, что сила нормализации была таким же сильным фактором, как настройка силы эффектов внимания.

— Сообщество нейронных сетей разработало различные модели, реализующие ту или иную форму внимания. См. Раздел «Внимание» в Hassabis et al., Neuron, 2017. Настоящую работу следует противопоставить упомянутым там статьям.

Эти цитаты были включены в Обсуждение.

https://doi.org/10.7554/eLife.38105.030

Attention — Scholarpedia

Рис. 1: Динамика экзогенной (красный) и эндогенной (зеленый) ориентации внимания. Пунктирная красная линия указывает на постоянное внимание к прогнозирующей или интересной прямой подсказке.

Внимание относится к процессу, с помощью которого организмы выбирают подмножество доступной информации, на которой следует сосредоточиться для улучшенной обработки (часто в смысле отношения сигнал / шум) и интеграции. Обычно считается, что внимание имеет как минимум три аспекта: ориентацию, фильтрацию и поиск, и может быть сосредоточено на одном источнике информации или разделено между несколькими.Каждый из этих аспектов имеет определенные свойства, которые кратко обсуждаются ниже. Внимание и сознание тесно связаны, хотя эти два понятия можно различить как концептуально, так и эмпирически.

Ориентирование

Самый простой способ выбрать один из нескольких входных стимулов — это ориентировать наши сенсорные рецепторы на один набор стимулов и подальше от другого. Видение и слух обычно не пассивны, а наоборот, мы активно смотрим или слушаем, чтобы видеть и слышать.

Ориентирующий рефлекс

Прототипом ориентирования является реакция собаки или кошки на внезапный звук.Животное быстро настраивает свои органы чувств, настораживая уши и поворачивая глаза, голову и / или тело, чтобы оно могло оптимально уловить информацию о событии. Такие реакции, как движение глаза в направлении звука или периферического движения, а также сопутствующие корректировки позы, изменения проводимости кожи, расширение зрачка, снижение частоты сердечных сокращений, пауза в дыхании и сужение периферических кровеносных сосудов происходят автоматически. и в совокупности называются ориентирующим рефлексом .Наиболее эффективными ориентирующими стимулами являются громкие звуки, внезапно появляющийся яркий свет, изменения контуров или движения в периферийном поле зрения, которые не являются регулярными и предсказуемыми. Это как если бы у нас была внутренняя «модель» непосредственного мира стимулов вокруг нас. Когда мы замечаем отклонение входного стимула от этой модели, мы рефлекторно ориентируемся на этот стимул, чтобы обновить эту модель как можно быстрее (Соколов, 1975). Если один и тот же стимул повторяется неоднократно, он становится ожидаемой частью нашей модели мира, и наш ориентировочный рефлекс на него становится слабее, даже если стимул достаточно сильный.Однако с изменением характера раздражителя рефлекс восстанавливается до полной силы.

Скрытое ориентирование

Открытая ориентировочная реакция на внезапные изменения в окружающей среде обычно сопровождается другой, невидимой ориентировочной реакцией, фиксацией внимания на событии или объекте, вызвавшем рефлекс. Эта невидимая ориентация внимания называется скрытой ориентацией . Комбинация явной и скрытой ориентации на событие обычно приводит к усиленному восприятию этого события, в том числе к более быстрой идентификации и осознанию его значимости: например, мы можем переместить взгляд на объект ( явное внимание ) или переключить внимание на него. не двигая глазами ( скрытое внимание, ).Хотя эта скрытая ориентация внимания обычно происходит в связи с открытой ориентацией, рефлексивной или произвольной, можно скрыто присутствовать на событии или стимуле, не делая никаких явных признаков того, что мы это делаем (например, Helmholtz, 1867/1925; Posner , 1980; Wright & Ward, 2008). Таким образом, скрытая ориентация внимания обычно изучается отдельно от явного ориентировочного поведения, хотя они, несомненно, тесно связаны. Премоторная теория внимания (например, Rizzolatti et al, 1994) предполагает, что эти системы внимания поддерживаются одними и теми же нейронными механизмами, хотя подробное изучение поведенческих и физиологических данных показывает, что, хотя эти два, вероятно, имеют общие нервные механизмы, они не являются идентичны (см. обсуждения Corbetta & Shulman, 2002; Wright & Ward, 2008).

Управляемый стимулами, экзогенный, ориентирующий

Как и в случае с ориентировочным рефлексом, внезапные или интенсивные раздражители могут вызывать скрытую ориентацию, то есть привлекать внимание. Например, внезапно появляющиеся буквы на мониторе компьютера привлекают внимание и реагируют на них быстрее, чем постепенно появляющиеся буквы (Jonides & Yantis, 1988; Yantis & Jonides, 1984). Если такой внезапный стимул (прямая метка ) появляется примерно за 100 мс до другого стимула (цель ) в том же пространственном местоположении, последний обрабатывается быстрее и точнее, чем если бы он появился в другом месте ( е.g., Müller & Humphreys, 1991), предположительно потому, что внимание было рефлексивно привлечено к пространственному расположению прямой реплики. Внимание, которое рефлекторно захватывается таким образом, называется ориентированным экзогенно, управляемым стимулом. Внимание, ориентированное таким образом, управляемым стимулом, не остается ориентированным на привлекающее место надолго, однако, перемещаясь в другое место через 100-200 мс или около того, если только привлекающий стимул не требует усиленной обработки или не сигнализирует о высокой вероятности появления цели в это место.На рис. 1 (красным) показан типичный временной ход экзогенно ориентированного внимания в месте непрогнозирующего и неинтересного прямого сигнала. Внимание также обращается на резкое появление нового объекта восприятия, даже если его появление не сопровождается изменением яркости, но не изменением яркости, которое не связано с появлением нового объекта (Yantis & Hillstrom, 1994). Таким образом, внимание привлекается как к новому объекту восприятия, так и к его местоположению (Egeth & Yantis, 1997).Экзогенный захват внимания также происходит на слух и в контакте. Более того, прямая подсказка в одной из этих модальностей, например звук, может ориентировать внимание на место, так что, когда цель в другой модальности, скажем, визуальный паттерн, встречается там, она также обрабатывается быстрее и точнее (Wright & Ward, 2008 г.).

Часть эффекта реплики при ориентировании, управляемой стимулами, по-видимому, вызывается остаточной сенсорной активностью самого прямого сигнала, которая также исчезает в течение 100-200 мс (Wright & Ward, 2008).Действительно, одновременное представление до 4 прямых сигналов на одном дисплее может вызывать эффекты сигналов во всех местах их расположения (Wright & Richard, 2003). Тем не менее, эффект реплики от одного отображения прямой реплики больше, чем эффект от нескольких отображений реплики, что указывает на то, что эффекты реплики от единственной прямой реплики возникают как из-за ориентации внимания, так и из остаточной сенсорной активации, тогда как эффекты от множественных отображений реплик возникают исключительно из-за остаточной сенсорная активация (Wright & Richard, 2003).

Нейрофизиология стимулирования ориентировки

Рисунок 2: Подкорковые зоны внимания мозга.

Рефлексивный захват внимания резкими или интенсивными раздражителями реализуется сетью областей мозга, которая включает в себя верхний бугорок, пульвинарное ядро ​​таламуса (оба подкорковые, рис.2) и заднюю теменную кору, а также области лобной кора головного мозга и, конечно же, различные сенсорные коры. Многие исследования показывают, что ранняя модель, в которой задняя теменная кора отделяет внимание от текущей цели / местоположения, верхний бугорок смещает его к новой цели / местоположению, а ядро ​​пульвинара привлекает внимание к этому новому локусу, примерно верна ( Райт и Уорд, 2008 г.).Недавние визуальные исследования выявили более конкретную картину кортикальных частей этой сети, которые включают височно-теменное соединение и вентрально-лобную кору, в частности нижнюю лобную извилину и среднюю лобную извилину, в основном в правой части мозга. (Корбетта и Шульман, 2002). На рис. 3 красным цветом показана правосторонняя вентропариетальная сеть , участвующая в ориентировании на внезапно возникающий зрительный стимул, такой как прямая реплика или неверно указанная цель.Подкорковые области сети скрыты на этом виде.

Рисунок 3: Области и сети коркового внимания (стрелочные соединения). Вентропариетальная сеть (экзогенная ориентация) — красным, дорсопариетальная сеть (эндогенная ориентация) — зеленым, сенсорная кора — оранжевым, взаимодействие между локусами теменной коры — синим.

Целеустремленная или внутренняя ориентация

В дополнение к рефлексивному ориентированию, основанному на стимулах, мы также можем направить внимание на место в пространстве или на объект добровольно ( эндогенно ) целенаправленно, часто на основе сигнала, который говорит нам, куда смотреть или для прослушивания, например, объявления по громкоговорителю о том, что пассажиры определенного рейса выйдут на посадку у определенных выходов в аэропорту.Информация о том, где или на что смотреть или слушать, ожидая, когда произойдет экологическое событие, и мы часто готовимся к событию, ориентируя внимание на место и время ожидаемого события (LaBerge, 1995). Это продвинутое, целенаправленное выравнивание внимания улучшает обработку события, когда оно действительно происходит (например, Posner, 1980).

Стоимость и преимущества символических реплик

Ориентация, ориентированная на цель, обычно изучается в экспериментах путем представления прогнозирующего символического сигнала (например, стрелки, указывающей на возможное целевое местоположение) относительно того, где в пространстве будет возникать целевой стимул, так называемая парадигма Познера (например,грамм. Познер 1980). Обычно (скажем, в 80% испытаний с указанием стрелок, что может составлять 80% или более от общего числа испытаний) цель действительно встречается там (так называемые испытания с действительной подсказкой), что дает субъекту стимул сосредоточить внимание на ней до того, как цель внешний вид. Иногда (в 20% испытаний с указанием стрелки, когда 80% действительны) цель находится в месте, отличном от указанного (это называется испытаниями с недопустимой меткой). Наконец, в некоторых реализациях предлагается третья группа испытаний (испытания с нейтральной репликой; часто 20% от общего числа испытаний или меньше) представлена ​​нейтральная (в отношении целевого местоположения) реплика.В этих испытаниях мишени случайным образом встречаются в возможных местах. В этих условиях цели в испытаниях с достоверными сигналами реагируют быстрее, чем цели в нейтральных испытаниях (преимущество ориентации на целевое местоположение), тогда как цели в испытаниях с недействительными сигналами реагируют медленнее, чем цели в нейтральных испытаниях ( стоимость ориентации не в том месте). Такая целенаправленная ориентация внимания медленнее, чем ориентированная на стимулы, обычно требуется около 300 мсек для достижения полной эффективности (Shepard & Müller, 1989; рис. 1, зеленая линия).Более того, целенаправленное внимание может поддерживаться в определенном месте в течение довольно длительных периодов времени, даже нескольких минут, тогда как внимание, ориентированное на стимулы, обычно преходяще, если целевое внимание не вызывается прямым прогнозирующим сигналом или интересным целевым стимулом. Ориентирование на цель не является автоматическим и может быть прервано стимулом, привлекающим внимание (Müller & Rabbitt, 1989), хотя оно также может поддерживаться даже в присутствии такого стимула, если прогностическая ценность символического сигнала высока. достаточно (Янтис и Джонидес, 1990).

Нейрофизиология целевого ориентирования

Определенная сеть областей мозга отвечает за целенаправленную ориентацию внимания. Кортикальные части называются дорсопариетальной сетью (Corbetta & Shulman, 2002). На рисунке 3 зеленым цветом показано правое полушарие этой двусторонней сети. Он включает в себя лобные области, в частности лобные поля глаза (FEF), которые, по-видимому, также участвуют в произвольной ориентации на слуховые и тактильные события (например, Shomstein & Yantis, 2004), теменные области, особенно интрапариетальную борозду (IPS), так как а также соответствующие сенсорные области коры и подкорковые области (таламус и верхний холмик, рис. 2).Более того, эта сеть взаимодействует с вентропариетальной сетью (показана красным), вероятно, через соединения между TPJ и IPS (показаны синим). Возможно, что взаимодействия между областями мозга дорсопариетальной и вентропариетальной сетей опосредуются синхронизацией их активности на различных частотах, в том числе особенно в гамма (30-70 Гц) и альфа (8-14 Гц) диапазонах. (например, Doesburg и др., 2008; см. также Варела и др. 2001; Ward, 2003).

Запрет возврата

Когда внимание было привлечено к определенному месту или воспринимаемому объекту, а затем оно уходит в другое место или объект, кажется, что ему не удается вернуться в исходное местоположение или объект в течение периода до 2 секунд (например.г., Познер и Коэн, 1984; Самосвал, Драйвер и Уивер, 1991). Это называется подавлением возврата (IOR). Предполагается, что IOR способствует поиску информативных объектов или мест, и он происходит внутри и между визуальными, слуховыми и тактильными модальностями, точно так же, как и внимание (например, Klein, 2000; Spence & Driver, 1998; Ward, 1994), и в младенцы в возрасте 6 месяцев (Rothbart, Posner, & Boylan, 1990). Хотя возможно, что IOR возникает из-за торможения, связанного с некоторыми двигательными процессами, такими как движения глаз или мануальные реакции (см. Wright & Ward, 2008 для обзора премоторной теории в этом отношении), недавние данные показывают, что также возможно, что его нервная выражение возникает во время перцептивной или когнитивной обработки стимулов в ранее посещенных местах (например,г., Prime & Ward, 2006).

Фокус внимания

Когда внимание направлено на определенный локус в пространстве, оно называется фокусным или пространственным вниманием. Если он ориентирован на конкретный объект, будь то зрительный, слуховой, соматосенсорный, запах или вкус, он называется объектно-ориентированным вниманием . Но независимо от того, на каком месте или на объекте, степень фокусировки внимания может контролироваться целенаправленно или стимулированным образом (см. Yantis & Serences, 2003, для обзора пространственного и объектного внимания. и аналогичные им корковые механизмы).Чем больше степень распространения внимания, тем менее эффективна обработка информации в этой области (например, Laberge & Brown, 1989). Более того, чем дальше стимул находится от центра обслуживаемой области, тем менее эффективна его обработка (например, Eriksen & St. James, 1986). Последний эффект иногда называют градиентом внимания .

Фильтрация

Внимание действует как фильтр, извлекая больше информации из обслуживаемых стимулов и подавляя извлечение информации из оставленных без внимания стимулов.Подавление может быть настолько сильным, что может вызвать то, что было названо слепотой по невнимательности , которая происходит при всех модальностях.

Феномен коктейльной вечеринки

На шумной вечеринке с коктейлями (или любой другой) фильтрация внимания неумолима. Люди слушают один разговор, музыкальную строку и т. Д., А остальное отфильтровывают как «шум». Черри (1953) использовал затенение , чтобы изучить этот феномен в слуховом внимании. В этой технике наблюдатель должен повторить вслух (затенять) один из двух непрерывных речевых потоков.Близкое затенение приводит к потере большей части информации в незатененном потоке, за исключением иногда сильных прямых сигналов, таких как собственное имя или громкий шум, который может вызвать ориентацию на этот поток. Однако незатененная информация попадает в кратковременную память и может быть отозвана, если затенение было прервано.

Невнимательность и слепота к изменениям

Аналог слухового затенения использовался для изучения визуальной фильтрации (Neisser & Becklin, 1975). Субъекты затеняли одну из двух перекрывающихся видеопрограмм с аналогичными результатами: большая часть информации в потоке без затенения не была замечена или запомнена.Как и слуховая фильтрация, визуальная фильтрация позволяет мало отфильтрованной информации произвести неизгладимое впечатление. Современное воспроизведение этого результата привело к еще более драматичным и противоречащим интуиции результатам, например, к невозможности заметить человека в костюме гориллы, бьющегося в грудь и скакающего во время теневого баскетбольного матча (Simons & Chabris, 1999). Даже весьма драматические стимулы в простых проявлениях могут пройти незамеченными, если внимание будет направлено на что-то другое. Это было названо слепотой по невнимательности (Mack & Rock, 1998).Связанное с этим явление — это слепота к изменениям (например, Rensink, 2002), в котором сцена и та же сцена с ее изменением представлены в течение коротких периодов, разделенных пустым интервалом. До тех пор, пока внимание не будет обращено на измененный элемент, о нем не сообщается.

Нейрофизиология фильтрации

Фильтрация внимания, по-видимому, осуществляется за счет активности пульвинарного ядра таламуса (рис. 2A) по инструкциям других, вероятно, лобных, кортикальных областей, таких как лобные поля глаза (FEF; рис. 2B; LaBerge, 1995).Пульвинарное ядро ​​также считается подкорковой областью, отвечающей за привлечение внимания, и оно проявляет повышенную активность, когда внимание необходимо использовать для фильтрации отвлекающих стимулов (например, Corbetta и др., 1991; Laberge & Buchsbaum, 1990). Влияние внимания на конкретный стимул на нервную активность проявляется довольно рано в сенсорной обработке и включает как усиленный ответ на наблюдаемый стимул, так и подавленный ответ на другие, оставленные без внимания стимулы. Например, применительно к зрению Моран и Дезимон (1985) показали, что реакция в зрительной области V4 обезьян на один и тот же раздражитель в значительной степени зависит от того, принимали его или игнорировали.Соответствующие обслуживаемые стимулы в рецептивном поле нейрона V4 получали энергичный ответ, который резко снижался, когда тот же самый стимул приходилось игнорировать. Точно так же внимание к определенной особенности объектов в поле зрения генерирует более энергичные ответы нейронов обезьяны V4, настроенных на эти особенности, чем когда внимание направлено на другие особенности тех же объектов (см. Обзор Maunsell and Treue, 2006). ). Более того, синхронизация в гамма-диапазоне нейронных ответов от разных нейронов в V4 на один и тот же стимул увеличивается за счет избирательного внимания, тогда как синхронизация в альфа-диапазоне уменьшается, что, возможно, служит для усиления сигнала, генерируемого обслуживаемыми стимулами, по сравнению с сигналом, генерируемым дистракторы (Fries et al, 2001).Хороший обзор этих механизмов, который все еще актуален, содержится в Kastener and Ungerleider (2000).

Разделенное внимание

Очень сложно разделить внимание между двумя (или более) источниками. Например, люди не могут легко слушать два одновременных аудиопотока или просматривать два перекрывающихся видео, обнаруживая при этом целевые события в каждом, особенно когда два источника пространственно разделены. Иногда два аспекта одного объекта могут быть успешно рассмотрены, но если эти два аспекта характеризуют два пространственно разделенных объекта, производительность хуже в условиях разделенного внимания (Bonnel & Prinzmetal, 1998).Также легче разделить внимание между информационными потоками в двух различных сенсорных модальностях, таких как зрение и слух, но если задача сложнее, чем простое обнаружение случайных стимулов в этих каналах, производительность все равно хуже, чем при обращении только к одному каналу (например, , Bonnel & Hafter, 1998). Когда задача более сложная, только если задача в одной модальности, например набор текста опытным машинистом, может быть выполнена автоматически может быть разделено внимание без снижения производительности, и только тогда, если способы ответа одинаково различаются (например,g., опытный машинист, набирающий текст — визуальный / ручной, делая словесный ответ всякий раз, когда они слышат свое имя в слуховом канале — слуховом / вербальном).

В поисках

Когда мы знаем, что ищем, но не знаем, где это найти, мы должны искать это. В этом поиске очень важно внимание, и поисковые эксперименты дали много информации о его механизмах.

Простой поиск по сравнению со сложным

Когда наблюдателям предоставляется поле с элементами для поиска определенной цели, они могут выполнять поиск очень быстро и примерно за одно и то же время независимо от количества нецелевых элементов, если цель отличается от нецелевых. в одной функции; это называется простой / всплывающий / параллельный поиск (рис. 4, зеленая линия).Однако, если поисковик должен обнаружить совокупность признаков, поиск будет медленным, и время нахождения цели линейно увеличивается с количеством нецелевых объектов; это называется сложным поиском / последовательным поиском (рис. 4, красная линия). Легкий поиск может быть выполнен путем простого обнаружения наличия активации в конкретной одной из карт признаков, созданных сенсорной обработкой (карты признаков — это листы зрительной коры, в которых активность определенных нейронов сигнализирует о наличии определенной особенности, такой как наклонная линия, на сетчатке).Это можно сделать, не обращая внимания на какой-либо конкретный элемент в данной области. С другой стороны, сложный поиск, по-видимому, требует сосредоточения внимания на каждом элементе по очереди, что замедляет поиск и делает общее время поиска зависимым от количества нецелевых элементов (например, Woodman & Luck, 1999). Теория интеграции признаков (например, Treisman & Gelade, 1980) объясняет эти данные, предполагая, что связывание признаков вместе в воспринимаемый объект требует сосредоточенного внимания на конкретном локусе.Однако это не вся история, потому что соединения простых функций иногда также приводят к очень быстрому поиску (например, Wolfe et al, 1989), и внимание может быть последовательно направлено на элементы при простом поиске и на отдельные функции при поиске сочетаний. (Ким и Кейв, 1995).

Рисунок 4: Идеальные функции поиска для сложного и / или управляемого поиска (красная линия) и простого и / или автоматического поиска (зеленая линия).

Автоматический поиск в сравнении с управляемым поиском

Большая практика в сложной поисковой задаче, которая всегда требует одного и того же ответа на данный стимул, постепенно превращает процесс из управляемого поиска, , в котором время поиска является функцией количества элементов в поисковом наборе, к автоматическому поиску , , в котором время поиска примерно не зависит от количества элементов в поисковом наборе (например,г., Schneider & Shiffrin, 1977; Шиффрин и Шнайдер, 1977). Функции поиска для управляемого и автоматического поиска напоминают функции для простого и сложного поиска (рис. 4). Распространенное объяснение процесса автоматизации состоит в том, что с возрастающей практикой внимание постепенно отвлекается от управления задачами, пока процесс не требует только минимального количества и не считается автоматическим. В автоматическом поиске ответы баллистичны, поэтому их трудно подавить, и они плохо запоминаются.В результате таких автоматических реакций в повседневной жизни могут возникать многие упущения внимания (например, Reason, 1984). С другой стороны, автоматическая обработка позволяет лучше разделить внимание.

Теории внимания

Каждый из основных аспектов внимания, ориентации, фильтрации и поиска породил множество теорий как на психологическом, так и на неврологическом уровне. Ранние теории, сфокусированные на фильтрации, утверждали, что обработка информации в мозге была структурно ограниченной, с ранним фильтром, основанным на физических характеристиках, таких как местоположение и спектральный состав, который пропускал только несколько избранных стимулов (например,г., Бродбент, 1958). Демонстрация того, что по крайней мере некоторая обработка выполняется даже на отклоненных каналах, привела к отклонению этих теорий раннего отбора в пользу теорий позднего отбора теорий, которые предположил, что вся сенсорная информация проходит предварительный анализ. Вместо этого узкое место обработки возникает непосредственно перед вхождением в долговременную память (например, Deutsch & Deutsch, 1963). Существуют физиологические данные в пользу обоих подходов, и, вероятно, оба применяются в разных обстоятельствах (например,г., Пашлер, 1996).

Неудачи разделенного внимания привели к идее, что внимание — это ограниченный ресурс, который, будучи востребован одной задачей, недоступен для другой (например, Kahneman, 1973). Демонстрация того, что разделение времени между перцептивными или когнитивными задачами возможно, особенно если одна из них чрезмерно усвоена или автоматическая, с другой стороны, привела к идее, что существует несколько ресурсов внимания, и что они могут быть разделены между задачами при условии отсутствия конфликты (e.г., Виккенс, 1984). Согласно этому подходу, центральные ресурсы (такие как кодирование, сравнение, запоминание) взаимодействуют с пространственными и вербальными кодами, сенсорными модальностями и системами реакции, чтобы ограничить производительность. Этот подход критиковали как слишком гибкий (например, Navon, 1984), хотя идея ограниченных ресурсов внимания по-прежнему широко используется.

Другой класс теорий пытается уловить механизмы ориентации внимания. Некоторые из них уже упоминались ранее.Подходы Корбетты и Шульман (например, 2002 г.), обсуждавшиеся выше (см. Рис. 3), Лаберже (например, 1995 г.) и Шиппа (например, 2004 г.), являются одними из наиболее общих и полезных. Во многих таких теориях подчеркивается концепция значимости, , то есть ориентация внимания на наиболее заметные из доступных мест или объектов, причем значимость представляет собой сочетание восходящего и нисходящего вкладов. Шипп (2004) обсуждает несколько моделей значимости и объединяет их все в теории физиологии ориентирующей системы с картой заметности в пульвинарном ядре таламуса, объединяющей входные данные от других таких карт по всему мозгу.В этой теории IOR объясняется уменьшением заметности местоположения или объекта, который недавно был проинспектирован. См. Saliency_Map & Visual_Salience

Наконец, существуют другие модели, которые пытаются уловить определенные аспекты внимания в вычислительных или математических рамках. Эпизодическая теория Сперлинга и Вайхзельгартнера (1995) носит особенно общий характер и учитывает множество возможных механизмов. В этом подходе предполагаются общие переходные функции времени для движения внимания, его появления и смещения в определенных местах.Эти временные функции относятся к прожектору внимания , который может иметь множество характеристик, таких как протяженность и интенсивность. Таким образом, теория может включать в себя множество результатов исследований всех аспектов, обсужденных ранее. Совсем недавно Тейлор (например, Taylor & Rodgers, 2002, CODAM Model) предложил модель управления движением внимания, которая выражается в нейронной сети и является нейрофизиологически реалистичной. Существуют также теории колебаний внимания и увлечения фокуса внимания на ритмические события, такие как музыка (напр.г., Large & Jones, 1999). Эти динамические теории также являются математическими, поскольку описание осцилляторов. Ни одна из этих теорий пока не получила всеобщего признания. Перейдите по ссылкам ниже, чтобы перейти к обсуждению нескольких конкретных теорий.

Внимание и сознание

Рисунок 5: Две модели отношений между вниманием и сознанием.

Внимание тесно связано с сознанием. Оба являются интегративными и в то же время избирательными. Невнимательная слепота, по-видимому, указывает на то, что предметы, не находящиеся во внимании, не воспринимаются сознательно.В самом деле, эта взаимосвязь настолько близка, что модель внимания Тейлора CODAM, как утверждается, также обеспечивает через последующий разряд сигналов управления вниманием два важных аспекта сознания, а именно. чувство владения сознательным опытом и его невосприимчивость к ошибкам, возникающим в результате неправильной идентификации. Тем не менее, эти две концепции можно различить. Внимание обычно концептуализируется как повышение отношения сигнал / шум как за счет подавления обработки необслуживаемых стимулов, так и за счет улучшенной обработки обслуживаемых стимулов.Сознание относится в первую очередь к самому феноменальному опыту и, во вторую очередь, к аспектам этого опыта, таким как его целостность, его чувство принадлежности к себе (онтогенез от первого лица), способность сообщать о своем содержании устно или другими способами и осознание бытия. сознание (метасознание). Существует несколько моделей отношений между вниманием и первичным, или феноменальным, сознанием, в том числе модель, предложенная Тейлором и большинством других, в которых когнитивный материал (ощущения, восприятия, познания, воспоминания и т. Д.)) либо обслуживаются, либо остаются без присмотра, при этом обслуживаемые пункты проверяются, а также подлежат отчетности и т. д. (рис. 5, вверху). В одной конкурирующей модели, среди прочих, весь когнитивный материал либо сознательный, либо бессознательный, при этом внимание отбирает часть сознательного материала для расширенной обработки, что делает его отчетным (рисунок 5, внизу; например, Lamme, 2003). Модель Ламме предполагает, что вся реентерабельная нейронная обработка порождает сознательный опыт, но только опыт, выбранный вниманием, может быть передан в отчет.Это подразумевает, что может существовать сознание без внимания, но можно уделить внимание только сознательному материалу. Напротив, Кох и Цучия (2007) приводят доказательства более полного разделения между ними, то есть внимания как с сознанием, так и без него, и сознания как с вниманием, так и без него. Согласно последней точке зрения, внимание и сознание — это отдельные процессы в мозге, но они тесно связаны между собой. Пока нет однозначного выбора среди этих моделей.

Список литературы

  • Боннель А.М. Хафтер Э. (1998) Разделил внимание между одновременными слуховыми и визуальными сигналами. Percep. Психофизика. 60: 179-190.
  • Bonnel A-M Prinzmetal W. (1998) Разделение внимания между цветом и формой предметов. Percep. Психофизика. 60: 113-124.
  • Broadbent DE. (1958) Восприятие и общение. Нью-Йорк: Pergamon Press.
  • Черри К. (1953) Некоторые эксперименты по распознаванию речи одним и двумя ушами.J. Acoust. Soc. Амер. 25: 975–979.
  • Corbetta M Miezin F Dobmeyer S Shulman G Petersen S. (1991) Селективное и разделенное внимание во время визуального различения формы, цвета и скорости: Функциональная анатомия с помощью позитронно-эмиссионной томографии. J. Neurosci. 11: 2383–2402.
  • Корбетта М Шульман GL. (2002) Контроль целенаправленного и стимулированного внимания в мозге. Nature Rev. Neurosci. 3: 201–215.
  • Deutsch JA Deutsch D. (1963) Внимание: некоторые теоретические соображения.Psychol. Откр. 70: 80—90.
  • Doesburg SM Roggeveen AB Kitajo K Ward LM (2008) Крупномасштабная фазовая синхронизация в гамма-диапазоне и избирательное внимание. Цереб. Cortex 18: 386-396.
  • Егет Х. Э. Янтис С. (1997) Визуальное внимание: контроль, представление и ход времени. Аня. Rev. Psychol. 48: 269-297.
  • Фрис П. Рейнольдс, Дж. Х. Рори, А. Е. Дезимон, Р. (2001) Модуляция колебательной нейронной синхронности посредством избирательного внимания. Наука 291: 1560-1563.
  • Гельмгольц Х фон (1867/1925) Трактат по физиологической оптике (Пер.Из 3-го немецкого издания). Нью-Йорк: Дувр.
  • Йонидес Дж. Янтис С. (1988) Уникальность внезапного начала в привлечении внимания. Percep. Психофизика. 43: 346–354.
  • Канеман Д. (1973) Внимание и усилия. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл.
  • Кастнер С. Унгерлейдер Л.Г. (2000) Механизмы зрительного внимания в коре головного мозга человека. Аня. Rev. Neurosci. 23: 315-341.
  • Klein RE. (2000) Запрет на возвращение. Тенденции Cog. Sci. 4: 138-147.
  • Koch C Tsuchiya N (2007) Внимание и сознание: два различных мозговых процесса.Тенденции Cog. Sci. 11: 16-22.
  • ЛаБерж Д. (1995) Обработка внимания: искусство внимательности мозга. Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета.
  • LaBerge D Buchsbaum MS (1990) Позитронно-эмиссионные томографические измерения активности пульвинара во время задания на концентрацию внимания. J. Neurosci. 10: 613–619.
  • Ламме ВАФ. (2003). Почему различаются визуальное внимание и осведомленность. Тенденции Cog. Sci. 7: 12-18.
  • Большой EW Jones MR (1999) Динамика посещения: как люди отслеживают изменяющиеся во времени события.Psychol. Откр. 106: 119–159.
  • Mack A Rock I. (1998) Невнимательная слепота. Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
  • Maunsell JHR Treue S (2006) Внимание, основанное на особенностях зрительной коры. Тенденции в Neurosci. 29: 317-322.
  • Moran J Desimone R (1985) Селективное внимание контролирует визуальную обработку в экстрастриальной коре головного мозга. Наука 229: 782-784.
  • Müller HJ Humphreys GW. (1991) Обнаружение приращения яркости: ограниченная емкость или нет? J. Exp. Психол .: Гум. Percep. Perfor.17: 107–124.
  • Навон Д. (1984) Ресурсы: Теоретический суповой камень? Psychol. Откр.91: 216—234
  • Neisser U Becklin R. (1975) Выборочный взгляд: внимание к визуально определенным событиям. Cog. Psychol. 7: 480-494.
  • Пашлер Х. (1996) Психология внимания. Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
  • Posner MI. (1980) Ориентация внимания. Кварта. J. Exp. Psychol. 32: 3–25.
  • Познер М.И. Коэн Ю. (1984) Компоненты зрительного внимания. В H. Bouma DG Bouhuis (Eds.), Внимание и производительность X (531–556). Хиллсдейл, Нью-Джерси: Эрлбаум.
  • Prime DJ Ward LM. (2006) Корковые выражения торможения возврата. Brain Res. 1072: 161–174.
  • Reason J. (1984) Отсутствие внимания в повседневной жизни. В R Parasuramen Д. Р. Дэвис (ред.) Разновидности внимания (515-549). Орландо: академический.
  • Ренсинк РА. (2002) Обнаружение изменений. Аня. Rev. Psychol. 53: 245-277.
  • Rizzolatti G Riggio L Sheliga BM (1994) Пространство и избирательное внимание.В C Umilta M Moscovitch (ред.) Внимание и исполнение XV (231-265). Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
  • Ротбарт М.К. Познер М.И., Бойлан А. (1990) Регулирующие механизмы в развитии младенцев. В JT Enns (Ed) Развитие внимания: исследования и теория (47-66). Амстердам: Эльзевир.
  • Шнайдер Шиффрин РМ. (1977) Управляемая и автоматическая обработка информации человеком I: Обнаружение, поиск и внимание. Psychol. Откр. 84: 1-66.
  • Simons DJ Chabris CF. (1999) Гориллы среди нас: Устойчивая невнимательная слепота к динамическим событиям.Perception 28: 1059-1074.
  • Шиффрин Р. М. Шнайдер В. (1977) Управляемая и автоматическая обработка информации человеком II: Восприятие обучения, автоматическое посещение и общая теория. Psychol. Откр. 84: 127-190.
  • Шипп С. (2004) Схема внимания мозга. Тенденции Cog. Sci. 8: 223–230.
  • Соколов Е.Н. (1975) Нейронные механизмы ориентировочного рефлекса. В Соколове Н.Е. Виноградова О.С. (Ред.), Нейронные механизмы ориентировочного рефлекса (217–238). Нью-Йорк: Вили.
  • Sperling G Weichselgartner E. (1995) Эпизодическая теория динамики пространственного внимания. Psychol. Ред. 102: 503-532.
  • Спенс С. Ллойд Д. МакГлоун Ф. Николлс М.Э. Драйвер Дж. (2000) Подавление возврата является супрамодальным: демонстрация всех возможных сочетаний зрения, осязания и прослушивания. Exp. Brain Res. 134: 42–48.
  • Тейлор Дж. Г. и Роджерс М. (2002) Модель управления движением внимания. Нейронные сети 15: 309-326
  • Самосвал SP Driver J Weaver B.(1991) Объектно-ориентированное торможение возврата зрительного внимания. Кварта. J. Exp. Psychol. А 43: 289–298.
  • Treisman AM и Gelade G. (1980) Теория внимания с интеграцией признаков. Когнитивная психология, 12 (1), 97-136.
  • Варела Ф. Лашо Дж.П. Родригес Е. Мартинери Дж. (2001) Сеть мозгов: фазовая синхронизация и крупномасштабная интеграция. Nat. Rev. Neurosci. 2: 229-239.
  • Палата Л.М. (1994) Супрамодальные и специфические для модальности механизмы сдвигов слухового и зрительного внимания, вызванных стимулами.Может. J. Exp. Psychol. 48: 242—259.
  • Палата Л.М. (2003) Синхронные нейронные колебания и когнитивные процессы. Тенденции Cog. Sci. 7: 553-559.
  • Виккенс CD. (1984) Обработка ресурсов во внимании. В R Parasuramen Д. Р. Дэвис (ред.) Разновидности внимания (63-101). Орландо: академический.
  • Wolfe JM Cave KR Franzel SL. (1989) Управляемый поиск: альтернатива модели интеграции функций для визуального поиска. J. Exp. Психол .: Гум. Percep. Выполнять. 15: 419-433.
  • Вудман GF Luck SJ.(1999) Электрофизиологическое измерение быстрых перемещений внимания во время визуального поиска. Природа 400: 867–869.
  • Райт РД Ричард СМ. (2003) Сенсорное посредничество при захвате внимания, управляемом стимулами, при отображении нескольких сигналов. Percep. Психофизика. 65: 925–938.
  • Райт Р. Д. Уорд Л. М.. (2008) Ориентация внимания. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
  • Янтис С. Хиллстром AP. (1994) Захват внимания, управляемый стимулами: свидетельство равносилюминантных визуальных объектов. J. Exp.Психол .: Гум. Percep. Выполнять. 20: 95–107.
  • Янтис С. Йонидес Дж. (1984) Резкие визуальные проявления и избирательное внимание: данные визуального поиска. J. Exp. Психол .: Гум. Percep. Выполнять. 10: 601–621.
  • Янтис С. Серенс JT (2003) Корковые механизмы космического и объектного контроля внимания. Curr. Opin. Биол. 13: 187-193.

Внутренние ссылки

  • Валентино Брайтенберг (2007) Мозг. Scholarpedia, 2 (11): 2918.
  • Джон Г.Тейлор (2007) модель CODAM. Scholarpedia, 2 (11): 1598.
  • Кейт Рейнер и Моника Кастельхано (2007) Движения глаз. Академия наук, 2 (10): 3649.
  • Говард Эйхенбаум (2008) Память. Scholarpedia, 3 (3): 1747.
  • Родольфо Ллинас (2008) Нейрон. Scholarpedia, 3 (8): 1490.
  • Джефф Мохлис, Кресимир Йосич, Эрик Т. Ши-Браун (2006) Периодическая орбита. Академия наук, 1 (7): 1358.
  • Джон Доулинг (2007) Retina.Академия наук, 2 (12): 3487.
  • Эрнест Баррето (2008) Слежка. Академия наук, 3 (1): 2243.
  • Аркадий Пиковский и Майкл Розенблюм (2007) Синхронизация. Академия наук, 2 (12): 1459.
  • С. Мюррей Шерман (2006) Таламус. Академия наук, 1 (9): 1583.

Рекомендуемая литература

  • Нятянен Р. (1992) Внимание и функции мозга. Махва, Нью-Джерси: Лоуренс Эрлбаум.
  • Парасураман Р. (2000) Внимательный мозг.Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
  • Пашлер HE. (1996) Психология внимания. Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
  • Posner MI. (Эд) (2004) Когнитивная неврология внимания. Нью-Йорк: Guilford Press.
  • Спенс С. Драйвер Дж. (Редакторы) (2004) Crossmodal Space and Crossmodal Attention. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
  • Райт Р. Д. Уорд Л. М.. (2008) Ориентация внимания. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.

Внешние ссылки

См. Также

МОДЕЛЬ КОДАМА, Сознание, Внимание и Сознание, Возбуждение, Настороженность, Визуальное внимание, Предвзятая модель конкуренции внимания, Моргание внимания, Невидимая слепота, Карта значимости, Модели внимания

Развитие внимания: поведенческие и мозговые механизмы

Мозговые сети, лежащие в основе внимания, присутствуют даже в младенчестве и имеют решающее значение для развития способности детей контролировать свои эмоции и мысли.У взрослых индивидуальные различия в эффективности сетей внимания были связаны с нейромодуляторами и генетическими вариациями. Мы изучили развитие сетей внимания и темперамента ребенка в продольном исследовании от младенчества (7 месяцев) до среднего детства (7 лет). Ранние различия в темпераменте младенцев, включая улыбку, смех и речевую реактивность, связаны со способностями к саморегуляции в возрасте 7 лет. Однако генетические вариации, связанные с исполнительным вниманием взрослых, хотя и присутствуют в детстве, являются плохими предикторами более позднего контроля, отчасти потому, что индивидуальные генетические вариации могут иметь множество небольших эффектов, а отчасти потому, что их влияние происходит во взаимодействии с поведением опекуна и другими влияниями окружающей среды.В то время как области мозга, отвечающие за внимание, присутствуют в младенчестве, их взаимосвязь изменяется и приводит к улучшению контроля над поведением. Также возможно влиять на механизмы контроля посредством тренировок в более позднем возрасте. Связь между созреванием и обучением может способствовать развитию нашего понимания развития человеческого мозга.

1. Введение

Немногие изменения в жизни столь же драматичны, как развитие, которое происходит между младенчеством и начальной школой, когда движение, язык и произвольный контроль являются наиболее очевидными изменениями поведения.Мы также знаем, что в этот период мозг изменяется в размере, связности и плотности синапсов. Наименее изучено то, как именно эти изменения мозга способствуют изменению поведения. Наше исследование отслеживает развитие сетей внимания, которые поддерживают механизмы саморегуляции, позволяя детям контролировать свои эмоции и поведение. В этой статье мы сначала обрисовываем связь между вниманием и саморегуляцией. В следующем разделе мы исследуем измерение индивидуальных различий во внимании у взрослых.В основе статьи резюмируется связь раннего темперамента (7 месяцев) с более поздним темпераментом и вниманием (возраст: 7 лет). Мы показываем, как изменения в механизмах контроля за этот период связаны с генами и окружающей средой, обеспечиваемой опекуном. Наконец, мы исследуем обучающие исследования, которые влияют на некоторые из тех же мозговых связей, которые меняются в процессе развития.

В младенчестве воспитатель обеспечивает большую часть регулирования ребенка. Успокаивание с помощью удерживания и покачивания или ориентации внимания — обычная практика для контроля над дистрессом.Удерживание поддерживает внимание ребенка к внешней физической среде, а социальный мир взаимодействия с опекуном обеспечивает средства повышения и понижения сенсорной стимуляции [1]. Этот процесс позволяет опекуну приспособить ребенка к средствам управления, соответствующим данной культуре и среде. Внешний контроль возбуждения, дистресса и сенсорной информации в конечном итоге становится внутренним, когда малыши начинают контролировать свои собственные эмоциональные и когнитивные уровни посредством саморегуляции. Успех в развитии саморегуляции имеет много преимуществ для будущего ребенка.

2. Внимание и саморегуляция

Начиная примерно с трехлетнего возраста, родители могут отвечать на вопросы о способности своих детей контролировать свои эмоции и поведение. Например, воспитатели отвечают на такие вопросы, как, играя в одиночку, как часто ваш ребенок отвлекается? Как часто ваш ребенок смотрит сразу, когда вы указываете пальцем? Ответы объединяются в шкалы, измеряющие фокусировку внимания, тормозящий контроль, удовольствие низкой интенсивности и перцептивную чувствительность.Они суммированы в шкале более высокого порядка, называемой усиленным контролем (EC) [1]. Усиленный контроль изучается в связи со многими важными достижениями детства. Например, эмпатия сильно связана с ЭК, при этом дети с высоким ЭК проявляют большее сочувствие [1].

Визуализация человеческого мозга позволила выявить сети мозга, связанные с определенными аспектами внимания, включая получение и поддержание состояния готовности, ориентацию на сенсорные стимулы и разрешение конфликта между конкурирующими реакциями [2, 3].

Сеть оповещения регулируется норадреналиновой системой мозга и включает основные узлы лобной и теменной коры. Состояние предупреждения критически важно для работы на высоком уровне. Фазовые изменения бдительности могут быть произведены путем подачи сигнала предупреждения о надвигающейся цели. Это приводит к быстрому переходу из состояния покоя в состояние повышенной восприимчивости к цели. Ориентирующая сеть взаимодействует с сенсорными системами для повышения приоритета информации, относящейся к выполнению задачи.Ориентирующая сеть в значительной степени контролирует другие сети мозга в младенчестве и раннем детстве [4, 5].

Исполнительная сеть участвует в разрешении конкурирующих действий в задачах, где есть конфликт. Исполнительная сеть включает переднюю поясную кору, переднюю часть островка, области средней префронтальной коры и нижележащее полосатое тело [2, 3]. Регулирование происходит путем усиления активности в сетях, связанных с нашими целями, и подавления активности в конфликтующих сетях.Эти элементы управления работают через длинные связи между узлами исполнительной сети и когнитивными и эмоциональными областями лобной и задней части мозга. Таким образом, исполнительная сеть важна для добровольного контроля и саморегулирования [6, 7]. Как упоминалось ранее, усиленный контроль — это темпераментный фактор более высокого порядка, оценивающий саморегуляцию, который получается из анкет родителей [1]. В детстве выполнение когнитивных задач, связанных с конфликтом, положительно связано с показателями детского контроля усилий [1].В детстве и во взрослом возрасте активный контроль и саморегуляция коррелируют с успеваемостью в школе и с показателями жизненного успеха, включая здоровье, доход и успешные человеческие отношения [8, 9]. На рисунке 1 мы проиллюстрировали нашу гипотезу об относительном влиянии сетей внимания на самоконтроль в раннем развитии.


3. Измерение индивидуальных различий в исполнительном внимании

Существуют индивидуальные различия в эффективности каждой из трех сетей внимания.Тест сети внимания (ANT) был разработан как средство измерения этих различий [10]. Задача требует, чтобы человек нажал одну клавишу, если центральная стрелка указывает влево, и другую, если она указывает вправо. Конфликт возникает из-за того, что окружающие фланкерные стрелки указывают либо в одном (конгруэнтном), либо в противоположном (неконгруэнтном) направлении. Сигналы, представленные перед целью, предоставляют информацию о том, где и когда произойдет цель. Вычисляются три балла, которые связаны с эффективностью каждого человека в предупреждении, ориентировании и исполнительном контроле.В нашей работе мы использовали ANT для изучения эффективности сетей мозга, лежащих в основе внимания [10]. Детская версия этого теста очень похожа на тест для взрослых, но в ней стрелки заменяются фигурками животных [11].

Исследования показали умеренную надежность оценок конфликтов и более низкую надежность оценок ориентирования и предупреждения [12], но недавние пересмотры ANT обеспечивают более эффективные меры ориентирования и предупреждения, которые могут улучшить эти результаты [13]. Сети внимания включают различные области коры головного мозга [14], а оценки по ANT связаны с различными путями белого вещества [15], а также структурными различиями в толщине коры [16].Таким образом, сети внимания демонстрируют независимую анатомию и взаимосвязь. Однако ANT и его различные версии показывают значительное взаимодействие между сетями [13, 17]. Сети взаимодействуют и работают вместе во многих ситуациях, хотя их анатомия в основном различна. Дорсальная часть передней поясной коры (АСС) участвует в регуляции конфликта в когнитивных задачах, тогда как более вентральная часть поясной коры участвует в регуляции эмоций [6, 18]. Один из способов изучения регуляции — это визуализация структурных связей различных частей поясной извилины с помощью тензорной диффузной визуализации (DTI).Эта форма визуализации отслеживает диффузию молекул воды в длинных миелинизированных волокнах и предоставляет средства для изучения физических связей, присутствующих в головном мозге. Исследования DTI показали, что дорсальная (когнитивная) часть ППК связана в первую очередь с теменными и лобными долями, в то время как вентральная (эмоциональная) часть ППК имеет сильные связи с подкорковыми лимбическими областями [19].

Сеть исполнительного внимания также включает нижележащее полосатое тело и прилегающие области средней префронтальной коры.Есть свидетельства того, что передняя островковая часть особенно вовлечена в переключение между задачами [20], в то время как смежная средняя префронтальная кора важна при принятии сложных решений [21]. Сравнительные анатомические исследования указывают на важные различия в эволюции связи поясной извилины между нечеловеческими приматами и людьми. Анатомические исследования показывают огромное расширение белого вещества, которое в последнее время увеличилось больше, чем сам неокортекс [22]. Один тип проекционных клеток, называемый нейроном фон Экономо, обнаруживается только в передней поясной извилине и связанной области передней островковой части, двух областях мозга, которые активны вместе, даже когда человек отдыхает и не выполняет какую-либо задачу [23, 24].Считается, что нейроны фон Экономо важны для связи между поясной извилиной и другими областями мозга. Этот нейрон вообще отсутствует у обезьян, а у взрослых людей таких нейронов гораздо больше, чем у человекообразных обезьян. Более того, есть некоторые свидетельства того, что частота нейронов увеличивается в период развития от младенчества до более позднего детства [23].

4. Принципы развития саморегулирования
4.1. Системы управления

Некоторые люди обладают более сильной активацией и связностью в областях мозга, связанных с саморегуляцией, чем другие, и, таким образом, лучше способны выполнять различные функции саморегуляции.Более того, оценки саморегуляции в детстве, измеряемые по способности откладывать вознаграждение [25], и отчеты наблюдателей о самоконтроле ребенка, позволяют прогнозировать его результаты во взрослом возрасте [9]. Как возникают эти индивидуальные различия?

Чтобы исследовать этот вопрос, мы провели лонгитюдное исследование развития сетей внимания, начиная с младенчества (7 месяцев), и теперь детям исполнилось 7 лет. В нашем продольном исследовании мы нашли доказательства как поведенческих, так и нервных механизмов саморегуляции.Самая ранняя форма регулирования, по-видимому, исходила от ориентирующей, а не исполнительной сети (см. Рис. 1). Этот вывод был основан на нескольких выводах. Во-первых, отчеты родителей об ориентации их ребенка на окружающую среду коррелировали с сообщениями об их положительном и отрицательном влиянии [5, 26]. Кроме того, были проведены прямые тесты на роль ориентации на новые объекты в успокаивающем воздействии. Младенцы, находящиеся в состоянии стресса, при сохранении ориентации демонстрировали уменьшение явных признаков дистресса, но дистресс вернулся, когда ориентация была нарушена [27].

Во-вторых, в нашем продольном исследовании мы наблюдали, что дети в возрасте 7 месяцев демонстрируют признаки поведения, связанные с саморегуляцией. Столкнувшись с новыми предметами, некоторые младенцы долго ориентировались, прежде чем потянуться к ним. Эта тенденция к осторожному охвату положительно коррелировала с количеством ожиданий, сделанных младенцами при ориентации на повторяющуюся последовательность визуальных событий [26]. Это поразительное наблюдение показало, что младенцы, быстро ориентируясь на повторяющиеся визуальные последовательности, часто в ожидании объекта, осуществляли более строгий контроль над тем, потянулись ли они к объекту и когда медленно двигались к нему.В то время мы не знали, контролируется ли быстрое ориентирование на повторяющиеся местоположения руководителем или ориентировочной сетью, но, поскольку наше исследование было продольным, мы позже обнаружили, что ожидания в 7 месяцев были более тесно связаны с ориентированием в 4 года, чем в исполнительную сеть [4]. Мы подтвердили эту идею при обследовании детей 7 лет. Время, в течение которого младенцы исследовали новую игрушку до того, как начать дотягиваться до нее, их общая задержка достижения и общее время, в течение которого они осматривали игрушку, — все это значимо коррелировало с ориентировочной сетью в возрасте 7 лет.

Левкович и Хансен-Тифт [29] представили убедительные доказательства того, что ориентация может продемонстрировать высокий уровень дискриминации при посещении экологических мероприятий. Младенцы до 6 месяцев и после одного года ориентировались в основном на глаза с изображениями лиц, как и взрослые, но между 6 и 12 месяцами, когда изучение языка было заметным, они с большей вероятностью ориентировались на рот. Это показывает направление внимания посредством ориентации, но не дает нам знать, вовлекает ли этот контроль также исполнительную сеть.

Данные визуализации мозга в состоянии покоя также показали, что система ориентации демонстрирует большую взаимосвязь в младенчестве, чем области мозга, связанные с исполнительной сетью [30]. В первую неделю жизни данные о состоянии покоя показывают, что у младенцев в зоне ACC / SMA имеется важный центр. Хотя этот хаб показывает наибольшее количество подключений в младенчестве [31]; он гораздо менее активен, чем хабы, обнаруженные у взрослых. Fransson et al. также сообщают о концентрационной области в левой теменной доле в младенчестве.Менон [32] указывает на существенное увеличение взаимосвязи между основными областями того, что он называет сетью значимости, но мы называем исполнительной сетью (ACC и островок) между детством (7–9 лет) и взрослой жизнью (20 лет). Он не обнаруживает значительных изменений в развитии связей между латеральными теменными и лобными областями (ориентирующая сеть). Эти данные изображений обеспечивают дополнительную поддержку медленного развития контроля со стороны ACC и раннего доминирования ориентирующей сети (см. Рисунок 1).Кроме того, большинство центров обработки информации в мозге младенца тесно связаны с сенсорными и моторными областями мозга [31, 32], которые могут быть целями ориентирующей сети. Хотя есть свидетельства того, что некоторые из этих исследований состояния покоя могут быть затруднены большим движением, которое может происходить у более молодых субъектов [33], на наш взгляд, маловероятно, что этот артефакт изменит выводы, обсужденные выше. Тем не менее, проблемы, возникающие при использовании любого одного метода визуализации, поддерживают подход, заключающийся в связывании различных методов визуализации [34] и установлении их связи с поведением, как мы пытались сделать в этой статье.

Мы думаем, что относительно медленное развитие долгосрочных связей с удаленными областями мозга позволяет исполнительной сети обеспечивать больший контроль в более старшем возрасте. Действительно, прямые доказательства в этом отношении были получены из исследования 7-месячных младенцев, просматривающих визуальные дисплеи [35]. Они ориентировались дольше, когда отображение было ошибочным [36], и это поведение было связано с набором электродов на скальпе на передней средней линии, которая локализовалась в передней поясной извилине, важном узле исполнительной сети.Однако отсутствие связи поясной извилины с отдаленными районами проявлялось в неспособности использовать ошибку для управления поведением. Самая частая реакция взрослого на ошибку, совершенную им самим, — замедление во время следующего испытания [37]. Мы проследили доказательства этого вида контроля и обнаружили, что он появился примерно в трехлетнем возрасте и не был обнаружен в возрасте 2 лет [38].

Растущее поведенческое влияние исполнительного контроля показано в МРТ-исследовании разрешения конфликта во фланкерном задании [39] у 725 детей от 4 до 21 года [40].От 4 до 8 лет способность разрешать конфликт положительно зависела от размера передней поясной извилины. В возрасте старше 8 лет связность передней поясной извилины коррелировала со скоростью ответа. Корреляция между мозгом и поведением в раннем детстве была аналогична нашему выводу о том, что выполнение фланкерных заданий показало конкретное улучшение у детей 6–8 лет, но время реакции при выполнении задания продолжало улучшаться вплоть до взрослого возраста [11]. В другом исследовании [41] использовались эмоциональные реакции на лицо страха во время вознагражденного задания «годен / не годен», чтобы изучить роль связи мозга в регуляции миндалевидного тела от вентральной передней части поясной извилины.Они обнаружили значительную корреляцию между возрастом и эффективностью связи между вентральным ППК и миндалевидным телом во время представления лиц страха.

Основное изменение взаимосвязи произошло в возрасте от 5 до 7 лет. Эти исследования показывают существенное совпадение в возрасте между развитием чисто когнитивной и эмоциональной саморегуляции. Мы не верим, что фланкерная задача и эмоциональные задачи типа « нет / не годен » отражают полное развитие механизмов контроля, поскольку более сложные задачи могут показывать более длительные периоды развития, но эти исследования действительно обеспечивают убедительное подтверждение растущего контроля исполнительной системы в раннем детстве. и тесное соответствие связи мозга с поведенческими характеристиками.

Таким образом, мы обнаружили переход между сетями мозга, отвечающими за контроль, через 7 месяцев и через 4 года и позже. В 7 месяцев контроль включает ориентирующую сеть, но к 4 годам доминирует исполнительная сеть. С точки зрения поведения ориентирующая сеть включает сенсорную стимуляцию, и мы считаем, что это основная причина, по которой младенцы демонстрируют контроль с помощью внешней стимуляции, обеспечиваемой опекуном, и сенсорных событий. Мы также не считаем, что контроль через ориентацию заканчивается переходом в дошкольный возраст.Мы рассматриваем взрослых как обладающих двойным контролем. Отказ от тревожных или очень возбуждающих событий явно является основной стратегией выживания у взрослых. Однако растущее влияние исполнительного контроля позволяет внутренне контролируемым целям человека стать в целом доминирующими.

4.2. Контроль эмоций и познания

Структурная связность передней поясной извилины отражает ее контролирующие функции [6, 18]. Вентральная часть ППК и прилегающая к ней глазничная лобная кора соединяются в основном с лимбическими областями, и ее функция, как полагают, связана с контролем эмоций [6, 42].Более дорсальная часть поясной извилины сильнее соединяется с корковыми областями лобных и теменных долей. Это отражается в свидетельствах увеличения связи между дорсальной ACC и слуховой областью при обращении к речи, в то время как переключение на визуальный ввод отражается в увеличении связи между ACC и затылочной долей [43]. Данные о развитии, приведенные в последнем разделе [40, 41], подтверждают отдельные функции вентральной и дорсальной ACC и показывают, что обе они сильно развиваются между 5 и 8 годами.

Мы хотим понять происхождение когнитивного и эмоционального контроля у развивающихся младенцев и детей. Как упоминалось ранее, одна из важных функций передней поясной извилины — играть роль в обнаружении ошибки [44]. Обнаружение ошибки через 7 месяцев может отражать когнитивные или эмоциональные аспекты, связанные с нарушением ожидания. Однако исследования с использованием ЭЭГ волосистой части головы с высокой плотностью в 4–6 лет показывают, что разрешение конфликта через 4 года затрагивает преимущественно вентральные области поясной извилины [45, 46]; позже вовлекаются более спинные области.Кроме того, исследования МРТ в состоянии покоя в младенчестве предполагают наличие узла в средней префронтальной коре, прилегающего к эмоциональным частям ППК [30]. Эти данные согласуются с идеей о том, что эмоциональный контроль развивается быстрее, чем когнитивный контроль в раннем возрасте, хотя в их более позднем развитии наблюдается сильное совпадение. Хотя данные по этому поводу не совсем ясны, для родителей очевидна важность содействия развитию этих средств контроля.

5. Ранний темперамент предсказывает более поздний контроль

Под темпераментом мы подразумеваем индивидуальные различия в реактивности и саморегуляции, основанные на конституции [47].В 7 месяцев мы использовали шкалу родительского отчета, опросник по поведению ребенка (IBQ), который в значительной степени взвешивает реактивные реакции ребенка, хотя и обеспечивает оценку ориентации, которая включает раннюю контрольную сеть.

5.1. Прогнозирование сетей внимания

Мы обнаружили удивительно высокую и значительную корреляцию между показателями темперамента через 7 месяцев и эффективностью теста сети внимания через 7 лет. Наше удивление отражает тот факт, что эти корреляции обнаруживаются в течение длительного периода времени, в течение которого происходит значительное нейронное созревание, и они также включают в себя отчет родителей в младенчестве и поведение в задаче на время когнитивной реакции (ANT) в детстве.Однако эти корреляции следует рассматривать как предварительные, поскольку они касаются только шестнадцати из семидесяти младенцев, оставшихся в исследовании на момент измерения ANT в возрасте 7 лет. Оставшаяся небольшая выборка частично отбирается самостоятельно (некоторые потери в результате переезда могли быть непреднамеренными) из большего числа вовлеченных младенцев в возрасте 7 месяцев.

Отдельные аспекты темперамента были связаны с каждой из сетей внимания. Для корреляционной матрицы см. Таблицу 1, и далее мы сообщаем о существенных корреляциях.Воспринимая чувствительность младенцев к окружающей среде (0,56) и продолжительность ориентации (0,55) коррелировали с показателями ANT сети оповещения в возрасте 7 лет. Хотя мы не предсказывали, что родительские оценки ориентации будут связаны с сетью оповещения, а не с сетью ориентации, это может отражать зависимость ориентации от бдительности в младенчестве, когда сон занимает большую часть дня.

8

IBQ ANT в возрасте 7 лет
Предупреждение Ориентация

01

01

01
Чувствительность восприятия .56 * .02 .18 .51 −.07 .79
Продолжительность ориентации .55 * .03 .01 6. 9060 03 .91
Подход .29 .27 .76 * .001 −28 .29
Soothability

063 906
.56 * .024 -.24 .37
Улыбка и смех .17 .53 .06 .84 −.60 * .015
Vocal60 6. .37 .20 .47 −.64 * .007
Cuddliness −.04 .88 .08 .77 −.64 * .008
Положительное влияние (высший порядок) .43 .10 .38 .15 −.58 * .019

обозначает.

Поведение младенца при приближении (0,76) и его успокаиваемость (0,56) по оценке родителей коррелировали с оценками ANT для ориентировочной сети в возрасте 7 лет. Как мы видели ранее, ориентирование по данным родителей и измеренным в лаборатории можно использовать для контроля эмоциональной реактивности в младенчестве, и этот аспект, кажется, предсказывает умение воспринимать сенсорную информацию в более позднем возрасте.Способность сажать, о которой сообщает родитель, может отражать как склонность ребенка, так и его навыки. Это может означать, что способность родителей оказывать эмоциональное успокаивающее воздействие на ребенка является важным фактором познания через ориентирующую сеть.

Шкалы младенческой улыбки и смеха (−60), речевой реактивности (−.64) и приятности (−64) отрицательно коррелировали со способностью разрешать конфликт и, кроме того, с положительным фактором более высокого порядка. аффект, содержащий эти шкалы, также отрицательно коррелировал с конфликтом ANT через 7 лет.Множественная регрессия показывает, что эти факторы могут составлять около 50 процентов дисперсии разницы между временем реакции в неконгруэнтных и конгруэнтных фланкерах.

Кроме того, отрицательный аффект, измеренный в младенчестве, коррелирует с общими ошибками, обнаруженными в ANT в возрасте 7 лет. Интересно, что положительный эффект был связан со скоростью реакции детей, которая может в значительной степени отражать эффективность белого материи соединений [40], в то время как негативный эффект предсказал ошибки, возникающие из-за конкуренции несовместимых фланкеров.

Многие старые представления о темпераменте основаны на стабильности между детскими и взрослыми чертами. Однако Ротбарт и Деррибери [47] предположили, что нам следует ожидать изменения темперамента по мере появления новых нейронных систем. Они признают, что есть стабильность, но ожидаются изменения по мере установления нейронных систем и связей. Ряд корреляций темперамента младенчества и детства в предыдущей литературе подтверждают способность предсказывать контроль у детей на основе младенческих эмоций.Putnam et al. [48] ​​обнаружили, что положительные эмоции в младенчестве связаны с более поздними сообщениями родителей об усиленном контроле со стороны их ребенка, и что младенческая срочность (улыбка, смех и приближение) предсказывала высокий контроль над ребенком. Комси и др. [49] также обнаружили, что младенческая улыбка и смех предопределяют усиление контроля у детей в возрасте 5 лет. Кроме того, общая ориентировочная мера в младенчестве предсказывала, что у 7-летнего ребенка будет успокаиваемость, усердный контроль и интерес. Таким образом, как когнитивные тесты ANT, так и родительский контроль подтверждают связь ранних реактивных эмоций в младенчестве с системами контроля в детстве.

Корреляции, обнаруженные между темпераментом родителей в 7 месяцев и показателями ANT в 7 лет, были такими же высокими или выше, чем те, которые были обнаружены между темпераментами в двух возрастах. Возможно, эти высокие корреляции связаны с уникальной природой 16 семей, которые сохранялись от 7 месяцев до 7 лет. Сравнение тех младенцев, которые участвовали в исследовании до 7 лет, с теми, кто выбыл из него, не выявило каких-либо разительных различий, хотя были некоторые свидетельства того, что родители, продолжавшие исследование, были более привержены своевременной подаче анкет, чем те, кто выбыл. вне.Более того, мы не обнаружили существенных демографических или поведенческих различий между 16 постоянными семьями и теми, кто был вовлечен в 7 лет, но не в 7 месяцев.

Однако 16 детей, которые участвовали в исследовании в 7 месяцев, показали более высокие показатели ANT, чем новобранцы. Поскольку более высокая скорость реагирования часто связана с лучшей общей успеваемостью, этот вывод предполагает, что 16 детей, которые продолжали обучение с момента 1, были относительно хорошо успевающими детьми. Этот эффект, вероятно, не был связан с практикой, поскольку прямое сравнение результатов теста ANT в возрасте 7 лет у детей, которые также проходили тест в возрасте 6 лет, и тех, кто не практиковал его ранее, не показало различий в скорости.Различия в скорости, возможно, отражали вербовку семей с более низким уровнем SES в возрасте 7 лет, чем мы набирали ранее, или другие неизвестные характеристики постоянных семей. Более интересная возможность состоит в том, что ранняя положительная эмоциональная реактивность отражает особенно прогностическую особенность поведения ребенка. Один из возможных механизмов сильного влияния ранних положительных эмоций на последующий контроль заключается в том, что более реактивные дети в младенчестве начинают сильнее контролировать свои положительные эмоции, и это передается когнитивному контролю, измеряемому ANT.

5.2. Роль генетической изменчивости

Мы использовали две стратегии, чтобы помочь понять, как гены связаны с индивидуальной эффективностью сетей внимания. Один подход включает в себя взрослых и использует ассоциацию сетей внимания с определенными нейромодуляторами. Эти ассоциации привели к идентификации генов-кандидатов, которые относятся к каждой сети. Результаты были обобщены Green et al. [28] и показаны в таблице 2. Ряд других результатов уточняют точку зрения Green et al.в некотором роде. Кажется очевидным, что серотонин, а также дофамин могут влиять на сеть исполнительного внимания [50] и что существуют взаимодействия между дофаминергическими и холинергическими генами на молекулярном уровне, которые изменяют степень независимости между ними [51]. Тем не менее, схема в таблице 2 обеспечивает степень организации и предсказания, которой часто не хватает в исследованиях генетических влияний на познание и поведение.

9018 9018 Norepinephrine18 9018 9018 9018 Norepinephrine18 9018 9018

Сеть Модулятор Гены

Аллертинг Норадреналин 18601
Ацетилхолин CHRNA4 APOE
Executive Дофамин DRD4, DAT1 и COMT
MAOA, DBH
Эта таблица адаптирована из Green et al., 2008 [28].

В нашем продольном исследовании мы изучили генетические вариации в двенадцати генах, которые были связаны с вниманием в исследованиях взрослых (см. Таблицу 2 и [52]). Детей обследовали в возрасте 7 месяцев, а генотипирование было проведено, когда они вернулись в лабораторию в возрасте 18–20 месяцев. Мы также генотипировали всех 7-летних детей. Мы сравнили результаты в двух возрастных группах, чтобы убедиться в высокой репликации наших классификаций. Мы нашли подтверждающие доказательства для некоторых генов, обсуждаемых в таблице 2.Ген COMT был связан с количеством упреждающих осмотров в 7 и 18 месяцев [53]. Аллель повторения 7 DRD4 не был связан с нашими измерениями внимания в младенчестве или среди детей ясельного возраста, но имел отношение к усиленному контролю в возрасте 4 лет [54]; [55]. Этот разрыв, вероятно, отражает изменение в сетях контроля от ориентации к исполнительному контролю, которое мы обнаружили в возрасте от 2 до 4 лет.

Кроме того, качество воспитания детей в возрасте 18–20 месяцев было изучено путем наблюдения за взаимодействием воспитателя и ребенка, когда дети играли с игрушками в присутствии одного из их опекунов.Оценщики просмотрели видеозаписи взаимодействия воспитателя и ребенка и оценили родителей по пяти параметрам качества воспитания в соответствии с графиком, разработанным NICHD [56]: поддержка, автономия, стимуляция, отсутствие враждебности и уверенность в ребенке. Согласно полученным оценкам, родители были разделены по медиане на две группы: одна демонстрирует более высокое качество воспитания, а другая — более низкое.

Ранее мы сообщали [57], что вариации COMT, SNAP25, CHRNA4 и DRD4 были связаны с элементами эмоций в младенчестве (возраст 7 месяцев) и в период раннего детства (18–20 месяцев).COMT был связан с положительным эффектом, включая улыбку и смех, а также получение удовольствия высокой интенсивности в 7 месяцев. SNAP 25 был связан с негативным аффектом, в основном дистрессом в 7 и 18 месяцев. CHRNA 4 была связана с усилением контроля в 18 месяцев, а DRD4 была связана с поиском ощущений в 18 месяцев.

Однако, в отличие от измерения эмоций по темпераменту, с которым часто были связаны генетические вариации, было мало свидетельств того, что генетические вариации сами по себе предсказывают поведение через 7 лет на ANT.Недавний метаанализ исследований близнецов показывает, что генетические факторы, влияющие на познание в какой-то момент, в значительной степени отличаются от тех, что были в более поздние времена (см. [58], стр. 19). Наши исследования показывают, что сдвиги в управляющих сетях и взаимодействиях гена X с окружающей средой могут быть одной из причин отсутствия прогнозов в раннем возрасте.

6. Моделирование развития посредством обучения

Развитие в названии этой статьи относится как к изменениям внимания в результате естественного созревания мозга, так и к нашим усилиям по развитию внимания посредством обучения.Ниже мы обсуждаем сходство между развитием путей белого вещества в младенчестве и детстве с влиянием обучения медитации на белое вещество взрослых. Мы надеемся, что усилия по обучению вниманию помогут нам лучше понять процесс развития младенцев и детей. Как мы видели, воспитание влияет на это развитие, и мы надеемся лучше информировать родителей о том, что можно сделать для улучшения этого процесса.

Процесс развития, посредством которого вырабатываются сети внимания и саморегуляция, очень сложен.Существует множество изменений в структуре и функциях мозга, которые могут быть связаны с множественными изменениями произвольного поведения на раннем этапе развития. Как обсуждалось ранее, все более популярным способом отслеживания изменений мозга является использование МРТ в состоянии покоя для характеристики того, как мозг изменяется в процессе развития [30, 59]. В нашей недавней работе мы попытались связать изменения поведения с изменениями функциональной связи [4].

Изменения в связности во время развития, о которых сообщалось в исследованиях МРТ в состоянии покоя, связаны с функциональной связностью, основанной на корреляциях между BOLD-активностью в отдельных областях мозга.Есть также свидетельства реальных физических изменений в белом веществе, которые, как считается, лежат в основе этих корреляций [34]. Наша недавняя обучающая работа со взрослыми с использованием диффузно-тензорной визуализации (DTI) выявила изменения белого вещества, которые имеют некоторое сходство с теми, которые обнаруживаются в процессе развития. Было показано, что изменения в связности вокруг ACC имеют решающее значение для улучшения времени реакции во фланкерной задаче во время разработки [40]. Таким образом, обучение взрослых может позволить нам раскрыть, как связи, развивающиеся в детстве, поддерживают изменения в самоконтроле между младенчеством и взрослой жизнью.

В процессе развития физические связи между областями мозга сильно меняются. Плотность аксонов в проводящих путях, соединяющих области мозга, увеличивается, после чего увеличивается миелиновая оболочка, которая окружает аксоны и обеспечивает изоляцию. Вместе эти изменения приводят к более эффективным соединениям [60]. Фракционная анизотропия (ФА) является основным показателем для измерения целостности волокон белого вещества при использовании DTI.

В нашей работе мы изучали FA у студентов колледжей до и после формы медитации осознанности, называемой интегрированной тренировкой тела и ума (IBMT), по сравнению с контрольной группой, получившей такое же количество тренировок по релаксации.Мы обнаружили явное улучшение в сети исполнительного внимания всего через пять дней обучения [61]. После двух-четырех недель тренировок мы обнаружили значительно большее изменение ФА после тренировки по медитации, чем после контрольной тренировки по релаксации. Это изменение было обнаружено во всех участках белого вещества, окружающих ППК, но не в других областях мозга [62]. Это было особенно поразительно, потому что ранее сообщалось, что один из этих путей, передняя лучистая корона, коррелирует с индивидуальными различиями в способности разрешать конфликт с помощью ANT [15].

Эти изменения в FA могут происходить из нескольких факторов, таких как изменения миелинизации, плотности аксонов, целостности аксональной мембраны, диаметра аксона, интравоксельной когерентности ориентации волокон и др. Несколько исследований DTI изучали аксиальную диффузию (AD) и радиальную диффузию (RD), наиболее важные показатели, связанные с FA, чтобы понять механизмы изменения FA [63, 64]. Изменения AD связаны с морфологическими изменениями аксонов, при этом более низкое значение AD указывает на более высокую плотность аксонов.Напротив, RD относится к миелиновой изоляции, окружающей аксоны. Снижение RD означает усиление миелинизации, а увеличение — демиелинизацию.

В нашем исследовании [65] мы исследовали AD и RD, где FA показала, что целостность волокон белого вещества была улучшена в группе IBMT больше, чем в контрольной группе. Мы обнаружили, что после двух недель обучения наблюдались изменения плотности аксонов, но не миелинизации. В некоторых областях эти изменения плотности аксонов коррелировали с улучшением настроения и аффекта, что измерялось самооценкой.После 4 недель обучения мы обнаружили признаки изменений миелинизации. Наши исследования также показали, что время реакции в тесте сети внимания и, в частности, исполнительной сети было улучшено в большей степени за счет обучения IBMT, чем за счет контроля. Поскольку изменения в развитии в детстве сначала связаны с изменениями плотности аксонов, а затем с миелинизацией, наше обучение может обеспечить изменения, которые в некоторой степени похожи на те, что обнаруживаются в процессе развития. Если это так, то можно было бы использовать тренировку для изучения того, как физические изменения в связности изменяют аспекты контроля, включая время реакции, контроль аффекта, снижение стресса и другие изменения, обнаруживаемые при тренировке.

7. Перспективы будущего

Работа, описанная здесь, только начала приоткрывать окно на драматические изменения в контроле между младенчеством и детством. Некоторые изменения в размере и связности областей мозга, связанных с когнитивным и эмоциональным контролем, были задокументированы с помощью методов МРТ, связанных с состоянием покоя и задачами. В этих областях необходимо проделать дополнительную работу.

Более того, мы находимся в самом начале понимания совместной роли лиц, обеспечивающих уход, и генетических способностей в создании мозговых сетей контроля.У нас есть четкие доказательства того, что в младенчестве родители могут оценивать критические аспекты эмоций и поведения своего ребенка, которые, кажется, оказывают влияние на развитие контроля, и в некоторых случаях мы знаем, что определенные гены важны, но подтверждение и расширение этих идей имеют решающее значение для понять, какая среда и опыт будут способствовать саморегулированию. Исследования начинают предлагать идеи относительно эпигенетической основы влияния окружающей среды [66, 67], и их необходимо расширить и применить для развития саморегуляции.

Важно, чтобы конкретные меры могли повлиять на возможность подключения даже во взрослой жизни. Необходимы дополнительные исследования, чтобы связать изменения мозга, вызванные обучением, с конкретными поведенческими достижениями, а затем определить, есть ли нечто большее, чем поверхностное сходство между развитием взрослых посредством конкретных вмешательств и изменениями, происходящими в раннем развитии детей. Мы думаем, что небольшие масштабы и предварительные шаги, описанные в этом отчете, указывают путь к типам исследований, которые могут привести к лучшему пониманию того, как конкретные изменения мозга поддерживают развивающиеся способности ребенка к саморегуляции.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарность

Это исследование было частично поддержано грантом NIH HD 060563 Государственному университету Джорджии.

[В ГЛУБИНЕ АНАЛИЗА] Расшифровка внимания

Наше внимание, которое по натуре уже подвижное и хитрое, сильно напрягается во времена перенапряжения. Тем не менее, внимание необходимо для нашей когнитивной эффективности независимо от того, изучаем ли мы что-то новое или просто выполняем многие из наших повседневных задач.Чтобы сохранить и культивировать его, первым делом необходимо изучить его удивительные механизмы, чтобы мы могли определить факторы, на которые можно воздействовать, и те, от которых лучше всего отказаться. Сосредоточьтесь на внимании!

Немецкий филолог Готфрид Вильгельм Лейбниц, предшественник психологии, в семнадцатом веке придал вниманию научный статус, предложив концепцию «апперцепции», восприятия, которое сопровождается рефлексией и осознанием, в отличие от простого восприятия.Это одно из первых заявлений о пределах нашего поля сознания. В конечном итоге внимание станет ведущим понятием в гештальт-психологии, когнитивной психологии и когнитивной лингвистике.

Экспериментальное изучение внимания началось только в конце 19 века. Именно в этот период Герман фон Гельмгольц, прусский физиолог и физик, понял, что мы можем сосредоточить внимание на объекте, присутствующем в нашем поле зрения, не обязательно направляя на него взгляд.Это наблюдение открыло путь для изучения механизмов внимания независимо от механизмов двигательного действия.

В 1890 году основатель американской психологии Уильям Джеймс предложил влиятельное определение внимания, описав его как «овладение разумом в ясной и яркой форме одним из того, что кажется несколькими одновременно возможными объектами или цепочками объектов. мысль, локализация, концентрация сознания являются его сущностью. Это подразумевает отказ от одних вещей, чтобы эффективно справляться с другими […].Следует отметить, что это определение соответствует сегодняшнему когнитивному подходу, и что даже тогда Джеймс утверждал, что образование «по преимуществу» — это то, что развивает эти способности, то есть стабилизирует внимание.

Начиная с 1990-х годов достижения в области функциональной визуализации головного мозга (фМРТ) позволили лучше понять механизмы внимания и подтвердить или опровергнуть определенные объяснительные модели, которые были разработаны до того момента. Хотя тайны внимания еще полностью не разгаданы, важность продолжения исследования его механизмов очевидна.В 1992 году Майкл Познер, американский психолог и ведущий специалист в этой области, заявил, что «изучение внимания — это то же самое, что и изучение ДНК для понимания жизни» (Posner, 1992).

Несколько определений, несколько неоспоримых критериев

В области психологии со временем было предложено несколько определений внимания. Пиктон и др. (1986) классифицировали их на три категории в зависимости от того, описывают ли они это как «процесс, который выбирает одну информацию и игнорирует другую»; «Ресурс, предназначенный для умственных процессов, облегчающих отбор информации»; или «состояние ума, в которое мы помещаем себя, чтобы получать информацию и управлять ею.”

Несмотря на разнообразие углов, с которых рассматривается внимание, несколько критериев кажутся неизбежными для его описания. Согласно анализу Пуассана, Фалардо и Пёллхубера (1993), внимание, таким образом, «всегда ориентировано в соответствии с целями и потребностями человека (Гибсон и др., 1979). …] [Это] поэтому ограниченный процесс с точки зрения количества и продолжительности. Он ограничивает доступную информацию и гарантирует, что только небольшая ее часть будет использоваться для последующего поведения.Без этого ограничения тело было бы наводнено информацией, и поведение было бы во всех направлениях (Simon, 1986). Более того, он может отбирать информацию только на короткий период времени (Grabe, 1986; Simon, 1986) ».

В настоящее время широко признается, что многомерная природа внимания является функцией отбора, распределения ресурсов, регулирования поведения и контроля поведения (Possamaï, Bonnel and Shark, 1993 — «L’attention», Encyclopédia Universalis).

Одно ощущение, три сети

Несмотря на то, что внимание воспринимается как единое ощущение, оно является результатом нескольких механизмов в корковых и подкорковых областях, от теменной доли (в задней части мозга) до лобной доли (спереди).Как и в случае с определениями, было предложено несколько пояснительных моделей для описания лежащих в их основе механизмов. Модель, которая до сих пор служит эталоном, — это модель, предложенная в 1990 году Майклом Познером, в которую с тех пор были внесены некоторые корректировки благодаря достижениям в области нейровизуализации. Следует добавить, что предложения других исследователей позволили дополнить предложения Познера, пролив свет на подтипы внимания.

Согласно модели Познера, внимание разворачивается в трех сетях, которые физиологически и функционально различны, но взаимосвязаны: бдительность, внимание и исполнительный контроль.Сеть оповещения — это примитивная форма внимания, которая допускает неизбирательную модуляцию настороженности (пробуждения) и мобилизует психические функции, прекращая текущую деятельность, чтобы тело могло оценить новую ситуацию. Проще говоря, сеть оповещений сообщает нам, «когда следует обращать внимание».

Сеть ориентации говорит нам, «на что» обращать внимание. Это соответствует нашей способности выбирать один элемент среди многих, сенсорных или ментальных. Ориентация бывает двух типов: эндогенная или экзогенная (Raz, Buhle, 2006; Sieroff, 2015).Это эндогенно, когда мы фокусируем и добровольно направляем свое внимание на объект, и экзогенно, когда нас «пассивно» или автоматически привлекает внешний стимул. Термин «сверху вниз» также используется для описания эндогенной ориентации, а термин «снизу вверх» используется для описания экзогенной ориентации.

Третья сеть внимания — это исполнительный контроль, который говорит нам, «как обрабатывать информацию». Это сеть, которая позволяет активировать все процессы, лежащие в основе планирования, выбора, инициирования, выполнения и контроля целенаправленного целенаправленного поведения (Dehaene, 2014b).Работа над повышением внимания управляющих — один из ключей к лучшему обучению как детей, так и взрослых.

От одного типа внимания к другому

Модель Зольберга и Матира, обычно используемая для диагностики неврологических расстройств, делит внимание на пять компонентов: сосредоточенное, устойчивое, избирательное, попеременное и разделенное внимание. Сосредоточенное внимание, очень близкое к концентрации, соответствует способности целенаправленно реагировать на релевантный сенсорный стимул, подавляя нерелевантные стимулы.Остальные четыре компонента можно разделить на две группы.

Первая группа включает устойчивое внимание и избирательное внимание, оба из которых относятся к ситуации, когда сосредоточение должно быть сосредоточено на чем-то одном. Устойчивое внимание — это способность постоянно и неоднократно сосредотачиваться на чем-то одном. Можно сказать, что задача требует постоянного внимания, если она длится не менее 15 минут. С другой стороны, избирательное внимание относится к способности сосредоточиться на одном объекте, когда несколько других стимулов могут нас отвлечь.И устойчивое внимание, и избирательное внимание связаны с идеей фильтра внимания или управления «сверху вниз», чтобы противодействовать отвлечениям «снизу вверх».

Вторая группа, которая включает чередование внимания и разделенное внимание, относится к ситуациям, когда внимание должно быть сосредоточено более чем на одной вещи. Чередование внимания относится к той умственной гибкости, которая требует переключения внимания между задачами с различными когнитивными требованиями. С другой стороны, разделенное внимание позволяет одновременно решать две или более задачи.Именно о последнем мы говорим, когда говорим о «знаменитой» многозадачности (см. «Действительно ли мы хороши в многозадачности?»), Которая создает впечатление возможности выполнять несколько задач одновременно.

Важно знать, что система внимания находится под влиянием рабочей памяти (см. 8 типов памяти… чтобы помнить!), Которая важна для наших исполнительных функций и участвует в большинстве наших действий. Однако емкость этой рабочей памяти ограничена (Sweller, 1988; Mousavie and al., 1995). Таким образом, чем более сложна задача с когнитивной точки зрения, тем труднее ее обрабатывать рабочей памяти и тем больше времени и внимания она требует. Если рабочая память перегружена — это называется «когнитивной перегрузкой» — обмены между тремя задействованными областями мозга прерываются (Miller and al., 2018).

Под микроскопом нейробиологии

В последние годы нейробиология внесла свой вклад в наше понимание внимания, предоставив нам доступ к тому, как оно транслируется глубоко внутри нашей серой (а точнее, белой!) Материи.Таким образом, мы знаем немного больше о безжалостной борьбе, которая постоянно происходит в нашем мозгу между тем, что мы могли бы назвать «расточительством» и тем, что мы могли бы назвать «проявлением внимания».

«На уровне мозга внимание — это акт предпочтения определенной группы нейронов за счет других», — резюмирует Жан-Филипп Лашо, когнитивный нейробиолог и специалист по вниманию. «Роль, цель внимания — сделать выбор. Мы говорим об избирательном внимании: выборе между всем, что с нами происходит, между всеми способами, которыми мы обрабатываем один и тот же стимул, между всеми мыслями, которые у нас могут быть.Вокруг нас множество вещей, и мы должны выбирать; мы можем взять его только часть, чтобы изучить его глубже. Чем больше вещей вокруг нас, тем сложнее выбрать », — объясняет нейробиолог.

Системы в постоянном бою

Если внимание настолько хрупкое, такое «живое», то это потому, что наш мозг является ареной безжалостной борьбы между нашими системами «вытягивания» и «внимания». Одна из двух наших систем «продистракции» — это теменная доля, которая играет ключевую роль в интеграции сенсорной информации.Как показывает Лашо, эта область мозга подчиняется окружающей среде и побуждает нас действовать в соответствии с нашими привычками: «Именно эта система в значительной степени стоит за движениями нашего взгляда [но она] также распространяется на ментальные восприятия: например, восприятие телефона вызовет жест использования телефона ».

Вторая система, дестабилизирующая наше внимание, — это схема вознаграждения. В соответствии с нашими желаниями и вкусами эта схема изменяет «карту значимости», своего рода мозговую карту элементов в нашей среде, которые на первый взгляд кажутся заслуживающими нашего внимания.Мы можем говорить о системе предварительного внимания, первом фильтре, через который проходят стимулы.

Именно наша система «контроля», исполнительная система, расположенная в лобной доле, должна бороться с этими двумя мощными системами «распространения». Исполнительная система определяет, как будет обрабатываться выбранная информация. Он управляет набором процессов высокого уровня, известных как «исполнительный контроль», которые позволяют нам адаптироваться к новым или нестандартным ситуациям: планирование, выбор, инициирование, выполнение и контроль целенаправленного, произвольного поведения.

Однако один элемент усложняет работу исполнительной системы по поддержанию внимания: тот факт, что она сама разделена, поскольку она должна жонглировать несколькими задачами и принимать решения. «Исполнительная система иногда может выиграть игру, — говорит Лашо, — но неудивительно, что довольно часто мы отвлекаемся, потому что другие системы активны и уравновешивают ее влияние». Помимо расстройств с дефицитом внимания и повреждения мозга, есть и другие состояния, которые способствуют отвлечению внимания, такие как стресс, усталость, зависимости, легкие удовольствия, отсутствие психологической гибкости и т. Д.

Следует отметить, что созревание исполнительного контроля, которое происходит постепенно в детстве, имеет решающее значение в развитии поведения человека. Это связано с тем, что внимание обеспечивает как непрерывность, так и последовательность целенаправленного поведения, а также гибкость поведения в ответ на изменения в окружающей среде (Коллиот и др., 2007). Другими словами, без внимания наше поведение не может быть последовательным. Следует также отметить, что проблема контроля внимания отличается от проблемы способности внимания (Крупский, 1980).В первом случае человеку не хватает внимания только в определенных контекстах, тогда как во втором случае, независимо от ситуации, он или она не может оставаться внимательным в течение длительного периода времени.

Отвлечение: неотъемлемая часть системы внимания

Так же, как забывание необходимо для правильного функционирования памяти — вы все правильно прочитали! (см. «Обучение и забывание: новые взгляды на мозг») — «нормальное» отвлечение (не усугубляемое здоровьем или другими условиями) само по себе не является неисправностью системы внимания; скорее, это его неотъемлемая часть, и без нее мы были бы в серьезном невыгодном поведении.Это связано с тем, что в качестве механизма отбора внимание подразумевает, что мы делаем себя недоступными в течение определенного количества времени для информации или действий, отличных от «выбранной» — давайте использовать здесь кавычки, поскольку этот выбор, который происходит несколько раз за во-вторых, чаще всего без сознания. Однако это состояние «стабильности» не может длиться слишком долго, рискуя упустить более выгодные возможности … это то, что Aston-Jones и Cohen (2005) были первыми, кто аргументировал это, применив дилемму эксплуатации-исследования к мозгу. Процесс принятия решений.

«Обычно мы развиваемся с набором краткосрочных и долгосрочных целей, которые не определены и не имеют четкой иерархии; Столкнувшись с таким обилием целей, мозг реагирует на это мгновенно », — объясняет Жан-Филипп Лашо о дилемме эксплуатации-разведки, с которой сталкивается каждое живое существо в контексте ограниченных ресурсов.

«Если вы, например, найдете источник еды, вы всегда будете задаваться вопросом, а нет ли его по соседству… А если вы не пойдете и не посмотрите, вы не узнаете! Эта дилемма объясняет, почему стабильность, «застревание» в одном месте, может иметь определенную цену », — говорит нейробиолог.Поэтому с этой точки зрения было бы нормально, что после некоторого времени сосредоточения внимания на одном элементе мы начинаем ощущать всевозможные маленькие предупреждающие сигналы, которые побуждают нас переключить наше внимание на что-то другое.

Петля восприятие-действие

Наша сенсомоторная система предназначена для обучения посредством взаимодействия с окружающей средой посредством так называемого цикла или цикла восприятие-действие, что означает, что любое восприятие (сенсорное, эмоциональное, интеллектуальное и т. Д.) Приводит к действию — чаще всего к действию. двигательный или «использовать» жест, но это также может быть мышление, разговор и т. д.- что мы можем использовать, чтобы учиться. В свою очередь, все действия приводят к восприятию. В этом цикле, который происходит 3-4 раза в секунду, внимание приходит непосредственно перед восприятием, и во многих случаях, поскольку все происходит очень быстро, действие следует за восприятием напрямую, без рефлексии, и процесс ограничивается реакцией.

Есть три фактора, которые определяют реакцию на то, что воспринимается: привычка, которая заставляет нас реагировать так, а не иначе; общая полезность, то есть то, что мы склонны считать полезным или приятным; и специальная полезность, что мы считаем полезным для достижения нашей текущей цели.

«В повседневной жизни наша производительность в значительной степени зависит от того, насколько хорошо этот выбор [а также восприятие и действия, связанные с ними] соответствуют нашей текущей цели. Вот почему качество нашего внимания так сильно влияет на качество наших действий и достижений », — говорит Жан-Филипп Лашо.

Без внимания нет обучения

Важность внимания имеет решающее значение для обучения, и это также наблюдается на нейронном уровне, как описывает Жан-Филипп Лашо: «Тот факт, что в сенсорных областях наблюдается немного более продолжительная активность, очень важен, потому что он поддерживает активность нейронов. вместе, которые создадут связи между ними, нейропластичность, которая будет действовать в сетях.Будет образование сетей и, следовательно, запоминание ».

Хотя механизмы, лежащие в основе внимания, могут быть усилены во взрослом возрасте, именно в детстве исполнительный контроль постепенно развивается. «Поскольку внимание определяет обучение, мобилизация внимания детей является приоритетной задачей», — говорит когнитивный нейробиолог Станислас Дехаене, который разработал четыре столпа обучения (см. «Нейробиология: обучение в четыре шага»).

«[Учитель] также должен быть осторожен, чтобы не создавать двойных заданий, особенно для детей с трудностями.Наконец, исполнительный контроль является одним из наиболее важных межучебных навыков, которые школа может развить, практикуя, начиная с детского сада, упражнения, чтобы научиться контролировать себя, концентрироваться, обращать внимание на свои пределы (метапознание) и исправлять себя. » он добавляет.

Улучшение внимания в зрелом возрасте

Стратегии улучшения внимания в зрелом возрасте включают в себя: изучение внимания (и отвлечения!), Развитие метакогнитивных навыков (см. «Метапознание 101» и «Развитие своих метакогнитивных навыков»), а также определение приоритетов и сосредоточение на одной цели за раз в течение 5-10 минут.Жан-Филипп Лашо предлагает нам увидеть эту трудность в стабилизации нашего внимания как неуравновешенность, требующую наблюдения, такта и чуткости. По его словам, это более выгодная поза, чем типично западное видение, которое представляет ее как недостаток силы, требующий (неприятного) усилия концентрации, которое требует «мускулов» своего мозга и работы над выносливостью внимания.

Вызывая образ канатоходца, нейробиолог предлагает новую парадигму: «Мы больше не будем говорить о силе, а о возможности наблюдать эти великие системы сил, которые действуют на внимание, наблюдать их в действии; поговорим о чувствительности, т.е.е., чувство, когда сила начинает направлять и брать верх; и мы поговорим о ловкости, тонком контроле, немного похожем на канатоходца ». Ссылаясь на название одной из своих книг о внимании, он добавляет: « Мозг канатоходца — это мозг, который перенаправляет его внимание, не как у штангиста, а как у канатоходца, небольшими прикосновениями, чтобы привлечь его внимание ко всем. время назад к своей цели ».

Более широкий взгляд на внимание, включая проникновение в сферу философии, несомненно, может побудить некоторых из нас стать более внимательными.«Есть бремя внимания, равно как и бремя благодарности за то, что мы получили», — объясняет французский философ Поль Клавье в Le Point (январь 2020 г.). «Стоическая этика полностью основывается на упражнениях на внимание к тому, что от нас зависит, и на освобождении от того, что от нас не зависит. Внимание — это не только психологический прием, но и добродетель, которую можно развивать. Между уходом в себя, холодным или смертоносным, и ошеломляющей дисперсией, в которой человек теряется, мы должны поместить курсор справедливого внимания », — заключает он вкратце.

когнитивные и нейронные механизмы [PeerJ]

Введение

Рабочая память (WM) — это фундаментальная когнитивная система, которая поддерживает и манипулирует информацией из внешнего мира в течение короткого периода времени для целенаправленных действий (Baddeley, 2012). WM крайне важен для поддержки повседневного поведения, включая понимание языка, обучение и рассуждения (Baddeley, 2003). Несмотря на свою ключевую позицию в познании, WM имеет сильно ограниченные возможности (Luck & Vogel, 2013).От магического числа семь (Миллер, 1956) до магического числа четыре (Коуэн, 2001) предел в WM отражает узкое место обработки информации в процессе познания. Исследователи увлечены механизмами способности WM, поскольку способность сильно коррелирует с общим интеллектом (IQ) (Redick et al., 2011). Учитывая ограниченный ресурс WM, важно полагаться на избирательное внимание, целенаправленное внимание к определенным аспектам окружающей среды, игнорируя при этом другие нерелевантные аспекты.Эмпирические исследования показывают, что индивидуальные различия в способности WM коррелируют со способностью контролировать внимание (Kane et al., 2001), а те, у кого меньше возможностей WM, не могут отфильтровывать отвлекающие факторы во время обслуживания WM (Vogel, McCollough & Machizawa, 2005). Следовательно, эффективная ориентация внимания во время WM важна для целенаправленных процессов и поведения.

Методология исследования

С 1970-х гг. Исследования ВМ и избирательного внимания экспоненциально увеличились (Baddeley, 2003; Baddeley, 2012; Carrasco, 2011).Поиск в Web of Science (http://www.webofknowledge.com/) использовался для определения количества публикаций по обеим темам. Поскольку обе темы являются именами собственными, для точного совпадения результатов использовались двойные кавычки. Во-первых, при поиске по теме «рабочая память» в Web of Science в период с 1970 по 2016 год было всего 56 256 статей (см. Данные S1). Во-вторых, при поиске по теме «выборочное внимание» в Web of Science в период с 1970 по 2016 год было найдено 14 214 статей (см. Данные S1).В-третьих, поиск в сочетании с темой «рабочая память» И темой «выборочного внимания» из Web of Science в период с 1970 по 2016 гг. Составил всего 2199 статей (см. Данные S1). Поиск в PubMed (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) приводит к аналогичным результатам для тенденций. Во-первых, поиск с использованием «рабочей памяти» в заголовке или аннотации (сужается от «тема») в PubMed с 1970 по 2016 год, всего было найдено 22 930 статей. Во-вторых, в период с 1970 по 2016 год при поиске с «выборочным вниманием» в заголовке или аннотации в PubMed было найдено 4699 статей.В-третьих, в период с 1970 по 2016 год при совместном поиске двух вышеупомянутых статей в заголовке или реферате из PubMed было всего 434 статьи.

Исследование рабочей памяти и избирательного внимания

Быстрый рост числа исследований WM и избирательное внимание показали, что обе концепции находятся в фокусе исследовательских интересов познания. На рисунке 1 показаны результаты поиска в Web of Science за период с 1970 по 2016 год с использованием тем «рабочая память» (рис.1А), «избирательное внимание» (рис. 1Б). Тенденция по обеим темам значительно усилилась после 1990-х годов, когда функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) была разработана и широко использовалась в исследованиях (Ogawa et al., 1990). Годом начала поиска в сочетании с «рабочей памятью» и «выборочным вниманием» между 1970 и 2016 годами (рис. 1C) также был 1990 год. Все чаще признавалось, что избирательное внимание и WM являются взаимозависимыми когнитивными функциями (Awh, Vogel & Oh, 2006; Ku, 2015).

Рис. 1. Количество публикаций, поиск которых выполнялся в Web of Science с 1970 по 2016 гг.
(A) Результаты поиска по теме в «рабочей памяти»; (B) результаты поиска по теме в теме с «выборочным вниманием»; (C) соединение искало результаты как с «рабочей памятью», так и с «выборочным вниманием».

Основываясь на общих нейронных корреляциях между пространственным WM и пространственным избирательным вниманием (LaBar et al., 1999), Awh & Jonides (2001) предположили, что механизмы этих двух процессов перекрываются.Некоторые модели WM даже предполагали, что WM — это просто представления из долговременной памяти, находящиеся в фокусе внимания (Cowan, 1998). Однако модель долговременной памяти и внимания не может объяснить все процессы WM, поскольку представление в WM должно интегрировать новую поступающую сенсорную информацию и является гораздо более гибким, чем представление в долговременной памяти.

Процессы WM могут влиять на избирательное внимание, когда высокая нагрузка WM приводит к большему отвлечению и меньшему торможению избирательного внимания (De Fockert et al., 2001). Между тем, отбор по вниманию также может управляться шаблоном в WM (Downing, 2000; Soto et al., 2008). Напротив, избирательное внимание может влиять на обработку WM на нескольких этапах, от сенсорного кодирования до извлечения памяти, даже на этапе, предшествующем сенсорным стимулам, то есть в период ожидания (Gazzaley & Nobre, 2012). В то время как традиционно большинство исследований сосредоточено на влиянии избирательного внимания на восприятие (Carrasco, 2011), в недавних исследованиях используются ретроспективные сигналы для манипулирования репрезентациями, поддерживаемыми в WM (Souza & Oberauer, 2016).

Ориентация внимания во время поддержания рабочей памяти ретроспективными сигналами

Стандартная парадигма WM включает стимул (образец), который необходимо запомнить, короткий период (задержку), когда образец исчезает и меморандумы сохраняются, второй стимул (зонд) для участников, чтобы судить, соответствует ли он первому. Признаки исследуемого признака или пространственная информация могут быть представлены на разных этапах: сигналы, представленные перед выборочными (сенсорными) стимулами, называются предварительными сигналами ; сигналы, представленные при наличии выборочных стимулов, называются сенсорными сигналами ; реплики, представленные на короткое время после того, как образцы стимулов исчезли, называются иконическими репликами ; реплики, представленные через пару сотен миллисекунд (обычно через 500 мс после начала отсчета), называются ретро-репликами ; реплики, представленные после зондового стимула, получили название пост-реплика .Как указано выше, различные сигналы влияют на процессы WM на разных этапах.

Традиционная работа предполагала, что на производительность WM можно повлиять только в течение очень коротких интервалов после смещения выборочных стимулов, когда представления мыслились как в «иконическом» формате, который имел огромную емкость (Phillips, 1974). После того, как представительства были объединены в WM, они стали стабильными, но затем имели ограниченную емкость. Некоторые теории далее различали состояния WM как хрупкие vs.стабильный, основанный на временном прогрессе после сенсорного кодирования (Sligte, Scholte & Lamme, 2008). Эффекты иконических сигналов были очень похожи на те сенсорные сигналы в период сенсорного кодирования. Их эффекты были также аналогичны тем пред-сигналам, которые были представлены перед выборочными стимулами, которые были первоначально введены Познером (1980). Семинарное исследование нейровизуализации, проведенное Кастнером и его коллегами в 1999 г., показало, что пространственное внимание, индуцированное пре-сигналами, изменяет активность зрительной коры головного мозга человека в течение периода ожидания (Kastner et al., 1999). Измененная базовая нейронная активность затем повлияла на обработку поступающей сенсорной информации (Nobre & Van Ede, 2018). Считалось, что предварительные реплики, сенсорные реплики и иконические реплики влияют на перцептивную репрезентацию, которая может отличаться от ретро-реплик, оказавших влияние на репрезентацию в WM.

Эффекты ретро-метки были впервые обнаружены независимо двумя группами (Landman, Spekreijse & Lamme, 2003; Griffin & Nobre, 2003), и они, как правило, были похожи, но немного меньше, чем эффекты пред-метки, чем предыдущие предсказательные сигналы. образцы стимулов влияли на обработку восприятия, которая казалась более эффективной, чем обработка памяти (Griffin & Nobre, 2003).Однако процессы восприятия и представления в памяти были похожи, что отражалось в формах волны ERP (Griffin & Nobre, 2003).

Ретроспективные реплики могут различаться в разных измерениях. Во-первых, пространственные подсказки по сравнению с особенностями / объектами (Li et al., 2015) имели аналогичные эффекты. Во-вторых, были также действительные и недействительные реплики, когда действительные реплики приводят к лучшей производительности, а неверные — к худшей (Gunseli et al., 2015). В-третьих, надежность реплик могла варьироваться от 50% до 100%, в то время как надежность увеличивала эффекты ретро-реплик (Shimi et al., 2013; Gunseli et al., 2015). В-четвертых, были сигналы в различных сенсорных областях, включая визуальные (Landman, Spekreijse & Lamme, 2003; Griffin & Nobre, 2003), слуховые (Backer & Alain, 2012) и тактильные (Katus & Eimer, 2015), даже кроссмодальные сигналы ( Катус, Груберт и Эймер, 2016). В-пятых, ретросигнал может быть представлен либо центрально, либо периферически, если эффекты были сопоставимы (Matsukura et al., 2014). Наконец, временной интервал между ретро-меткой и зондом может варьироваться, и было высказано предположение, что для того, чтобы процессы ретро-метки вступили в силу, необходимо не менее 300 мс (Souza et al., 2014).

Отличительные эффекты, вызванные различными ретро-сигналами, свидетельствовали о гибкости WM, указывая на то, что после сигнала можно извлечь больше информации. Традиционно предполагалось, что WM имеет ограничения фиксированной емкости. Это снова предполагает, что долговременная память плюс внимание не могут объяснить процессы WM.

Помехи при обслуживании рабочей памяти

Внимание может быть уделено представлениям в WM и внесению дополнительных улучшений в выполнение задачи.С другой стороны, внимание также может быть отвлечено от представлений WM из-за помех в течение периода задержки, что приведет к ухудшению производительности задачи. Существует два типа внешних помех: отвлечение (не относящаяся к цели информация, которую следует игнорировать) и прерывание (информация, требующая внимания как второстепенная задача). Оба они ухудшают производительность WM, но в разной степени и используют разные нейронные механизмы (Clapp, Rubens & Gazzaley, 2010; Clapp et al., 2011; Clapp & Gazzaley, 2012). Считается, что фильтрация отвлечения зависит от нисходящих сигналов подавления от префронтальной коры (PFC) (Knight et al., 1999; Chadick, Zanto & Gazzaley, 2014), в то время как прерывание требует перераспределения когнитивных ресурсов, поскольку а также процессы, участвующие в последующей реактивации нарушенного представительства, которое зависит от медиальных структур височной доли и ПФК (Sakai, Rowe & Passingham, 2002). Функциональная связь между избирательной по стимулам зрительной корой и префронтальной корой, измеренная с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), показала, что отвлечение не меняет функциональную связь между лобными и задними частями во время задержки, тогда как прерывания приводят к функциональному отключению сети, которая восстанавливается после прерывания и до отзыва WM (Clapp, Rubens & Gazzaley, 2010).

Нервное представительство в сенсорной коре считалось уязвимым к вмешательству, а нейронное представительство в ассоциативной коре (например, префронтальной коре, PFC и задней теменной коре, PPC) считалось более стабильным (Bettencourt & Xu, 2015) . Первые и вторые были предложены для представления качества и количества WM соответственно (Ku, Bodner & Zhou, 2015).

Когнитивный механизм ориентации внимания при рабочей памяти

Соуза и Оберауэр проверили шесть гипотез о когнитивных механизмах, лежащих в основе эффекта ретро-сигнала: (i) Защита от разложения; (ii) определение приоритетов для сравнения зондов; (iii) Улучшение репрезентаций в очереди; (iv) Удаление необработанных представлений; (v) Влияние на процессы принятия решений; (vi) Защита от перцептивного вмешательства.Доказательства, обсуждаемые в их обзоре, подтверждают последние четыре из этих гипотез (Souza & Oberauer, 2016).

Следует отметить, что могут быть и другие случаи когнитивных механизмов, лежащих в основе эффекта ретро-сигнала. Недавно было предложено, чтобы ретро-сигналы сначала переориентировали внимание, а затем переконфигурировали представление WM в соответствии с требованиями предстоящих задач (Myers, Stokes & Nobre, 2017). Кроме того, поскольку внимание было предложено реализовать последовательно по отношению к пространственному / временному объекту в природе (Jia et al., 2017), ретросигнал может действовать через стабилизацию процессов переключения внимания.

Поскольку поведенческий анализ может показать только обобщенные экспериментальные эффекты в целом, нейронный процесс вдоль всей временной оси имеет решающее значение для выявления детальной динамики механизма. Для развития таких нейронных механизмов необходимы дальнейшие исследования.

Изменение представлений о нейронном механизме, лежащем в основе рабочей памяти

Понятие нейронного механизма, лежащего в основе WM, несколько раз менялось.Первоначально, когда было обнаружено, что устойчивая задерживающая активность в префронтальной коре представляет собой мнемоническую информацию (Fuster & Alexander, 1971), было высказано предположение, что префронтальная кора имеет решающее значение для поддержания репрезентаций WM (Goldman-Rakic, 1995), поведенческой информации. целей, а также средств достижения этих целей (Miller & Cohen, 2001).

Впоследствии нейровизуализационные исследования человека подтвердили, что задняя теменная кора является дополнительной нервной нишей.И фМРТ, и электроэнцефалография (ЭЭГ) показали, что задняя нервная активность изменилась с нагрузкой WM и достигла плато, которое было аналогично поведенческим данным (Todd & Marois, 2004; Vogel & Machizawa, 2004; Xu & Chun, 2006). Однако как поведенческое, так и нейронное плато недавно было поставлено под сомнение (Van den Berg & Ma, 2014; Bays, 2018).

Последние десять лет стали свидетелями растущего числа свидетельств того, что задние сенсорные области были тем местом, где в первую очередь хранится точная информация WM (Ku, Bodner & Zhou, 2015; Christophel et al., 2017), и больше внимания уделялось роли PFC в обеспечении контроля сверху вниз (D’Esposito et al., 1995; Smith & Jonides, 1999; Gazzaley & Nobre, 2012). Хотя традиционные нейровизуализационные и нейрофизиологические исследования показали, что в ранних сенсорных областях отсутствовала стойкая задерживающая активность (Bisley et al., 2004; Offen, Schluppeck & Heeger, 2009), первичная соматосенсорная кора головного мозга макаки-резус действительно показывала устойчивую и информативную активацию во время задержки. период тактильной одномодальной задачи WM (Zhou & Fuster, 1996).

Многомерный анализ паттернов (MVPA), примененный к данным нейровизуализации (Haynes & Rees, 2006; Davis & Poldrack, 2013), показал, что представления, специфичные для контента, могут быть декодированы в течение периода задержки WM из основных визуальных областей (Serences et al., 2009; Harrison & Tong, 2009), а также первичной слуховой коры (Kumar et al., 2016). Кроме того, паттерны зрительного движения могут быть декодированы не только из зрительных областей, но и из первичной соматосенсорной коры, когда задача является чисто визуальной задачей WM (Christophel & Haynes, 2014), что предполагает кросс-модальную модуляцию в первичной соматосенсорной коре (Ku и другие., 2007). Причинная роль первичной сенсорной коры как в унимодальном, так и в кросс-модальном WM была подтверждена недавними исследованиями транскраниальной магнитной стимуляции (TMS) (Ku et al., 2015a; Ku et al., 2015b; Zhao et al., В печати).

Тем не менее, нейрофизиологические открытия, согласно которым постоянная модуляция активности в первичной зрительной коре (Super, Spekreijse & Lamme, 2001), была аргументирована как информация обратной связи от ассоциативной коры, такой как PPC (Xu, 2017). Обсуждение будет продолжено, если не будет убедительных доказательств сочетания пространственно-временной нейронной записи и причинных методов для манипулирования активностью в PFC или PPC, таких как TMS или транскраниальная текущая стимуляция (tCS).

Нейронный механизм ориентации внимания при рабочей памяти

В то время как фильтрация отвлекающей информации выполняется за счет отвлечения внимания от отвлекающих факторов (Vogel, McCollough & Machizawa, 2005), ориентация внимания на цель может реализовывать аналогичные механизмы, которые PFC контролирует доступ к WM (McNab & Klingberg, 2008; Reinhart et al. ., 2012). Различные особенности WM могут включать отличительные лобные области, поскольку лобная доля может быть разделена на подразделения на основе абстракции обработанных целей (Badre, 2008).

Нейродинамика ориентации внимания во время ВМ была выявлена ​​с помощью ЭЭГ и магнитоэнцефалографии (МЭГ). Большинство исследований проводились в области зрения и выявили как потенциалы, связанные с событиями (ERP), так и нейронные колебания, связанные с эффектами ретро-сигналов (Kuo, Stokes & Nobre, 2012; Myers et al., 2015). Исследования МЭГ также подтвердили нейронные колебания для пространственной ориентации внимания во время поддержания WM (Worden et al., 2000). Backer, Binns & Alain (2015) использовали задачу сопоставления слуховой задержки с образцом и визуальный ретросигнал, направляя внимание либо на пространственную информацию, либо на семантическую категорию слуховой цели.Сходные ERP и нейронные колебания ЭЭГ по сравнению с таковыми в визуальной области были способны объяснить поведенческие преимущества и отделить специфические от особенностей и объектно-специфические процессы ориентации внимания во время WM. Ориентация внимания во время тактильного задания WM также показала сходную нейронную динамику (Katus & Eimer, 2015). Такие открытия эффектов ретро-сигналов в визуальной, слуховой и тактильной областях подтверждают теорию амодальной ориентации внимания во время WM (Shinn-Cunningham, 2008).Иллюстрация процесса изображена на рис. 2. Тем не менее, до сих пор неизвестно, является ли ориентация внимания на объектном или на характерном признаке одинаковой в разных сенсорных областях.

Рисунок 2: Ориентация внимания во время рабочей памяти (WM).
Нижняя плоскость — это пространство внимания, основанное на особенностях. Круглые пятна разного цвета обозначают особенности, представленные в WM (красный, визуальный; синий, слуховой; желтый, тактильный). Функции, на которые подается запрос, имеют темный цвет, а функции без запроса — светлый цвет.Средняя плоскость — это объектно-ориентированное пространство внимания. Серые круглые участки обозначают объекты, поддерживаемые в WM. Сосредоточение внимания на объекте с указанием (темно-серый) усиливает представление этого объекта по сравнению с другими объектами без указателя (более светлый серый) в WM. Он может усилить некоторые функции, связанные с этим объектом (более толстые пунктирные линии), в то время как другие функции останутся (более тонкие пунктирные линии). Связь может быть двунаправленной, т.е. когда внимание направлено на одну особенность; представление объекта, связанное с этой функцией, будет усилено, но не может повлиять на другие представления объекта из того же объекта.Верхний план — это пространственное пространство внимания. Пунктирные кружки показывают распределение внимания на пространственной карте. Более толстый круг указывает на приоритетное внимание. Более тонкий кружок указывает на разделенный фокус внимания.

Более того, нейровизуализационные исследования в визуальной области показали, что лобно-теменная сеть осуществляет нисходящий контроль (Corbetta & Shulman, 2002), что также может влиять на ориентацию внимания во время WM, поскольку ретро-сигналы активируют аналогичные сети мозга (Lepsien et al. ., 2005).

Следует отметить, что судьба uncued item в WM все еще обсуждалась. В некоторых исследованиях было высказано предположение, что необработанные представления были удалены из буфера памяти или деградированы за счет улучшения элемента, для которого выполняется указание (Matsukura, Luck & Vecera, 2007; Kuo, Stokes & Nobre, 2012), в то время как другие указывают, что они остались неизменными ( Рерко и Оберауэр, 2013). Будущие исследования с использованием MVPA с ЭЭГ / МЭГ могут помочь разрешить эти аргументы, изучив динамические изменения представления в WM.

Между тем, развитие теории ориентации внимания во время WM будет способствовать нашему пониманию направления передачи информации между сенсорными областями и ассоциативной корой во время WM, которая может быть прямой или обратной (Corbetta & Shulman, 2002; Xu, 2017). Недавние нейрофизиологические исследования показали, что обработка прямой связи может зависеть от гамма-колебаний (40–90 Гц), а обработка обратной связи может реагировать через альфа / бета (8–30 Гц) (Van Kerkoerle et al., 2014; Bastos et al., 2015; Ван Керкерле, Self & Roelfsema, 2017). Комбинирование метода нейронной модуляции (TMS или tCS) с нейрофизиологическими записями поможет подтвердить эти гипотезы.

Помимо этих нейронных механизмов, были обнаружены редкие молекулярные механизмы для ориентации внимания во время WM. Исследования на животных показали, что рецептор дофамина D1 в префронтальной коре головного мозга играет ключевую роль в регулировании WM, но не в ориентации внимания при поиске саккад (Sawaguchi & Goldman-Rakic, 1991).Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) также показывает, что в префронтальной коре высвобождение дофамина D2 также более заметно при ВМ, чем задача постоянного внимания (Aalto, 2005). С другой стороны, псилоцибин, агонист серотониновых (5-HT) рецепторов, влияет на задачу отслеживания внимания, но не на задачу WM (Carter et al., 2005). Таким образом, дофамин может влиять на WM больше, чем внимание, а серотонин может оказывать более сильное влияние, наоборот. Было бы интересно посмотреть, как эти два нейронных передатчика взаимодействуют друг с другом во время ориентации внимания в WM, что требует элегантного экспериментального дизайна с животными.

Выводы

Селективное внимание и рабочая память взаимодействуют друг с другом и имеют схожие нейронные механизмы. Использование ретроспективных реплик во время WM — эффективный способ преодолеть ограниченные возможности WM. Репрезентации, которым поданы команды, усиливаются, в то время как судьба необработанных репрезентаций все еще обсуждается, либо деградировала, либо не изменилась. Будущие исследования, реализующие как методы нейронной модуляции (TMS и tCS), так и нейрофизиологическую запись (EEG / MEG), имеют решающее значение для консолидации существующих гипотез и помощи в разрешении противоречивых теорий в этой расширяющейся области.

Дополнительная информация

Необработанные данные для создания рисунка 1

Количество публикаций, выполняющих поиск в Web of Science в период с 1970 по 2016 год с использованием темы «рабочая память», или «выборочное внимание», или поиск их сочетаний.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *