Теория предвзятой конкуренции

Теория предвзятой конкуренции отстаивает идею о том, что каждый объект в поле зрения конкурирует за кортикальное представление и когнитивную обработку. ^[1] Эта теория предполагает, что процесс визуальной обработки может быть предвзятым другими умственными процессами, такими как системы «снизу вверх» и «сверху вниз» , которые отдают приоритет определенным особенностям объекта или целых предметов для внимания и дальнейшей обработки. Теория предвзятой конкуренции, проще говоря, является конкуренцией объектов за обработку. Эта конкуренция может быть предвзятой, часто по отношению к объекту, который в данный момент рассматривается в поле зрения, или, альтернативно, по отношению к объекту, наиболее релевантному поведению.

Исследование предмета механизмов внимания в отношении зрительного восприятия было предпринято как попытка лучше понять функциональные принципы и потенциальные ограничения, окружающие зрительное восприятие ^{[2] Задачи} визуального поиска обычно используются экспериментаторами для помощи в исследовании зрительного восприятия. Классический взгляд на зрительное внимание предполагает, что существует два основных принципа: стадия предвнимательности и стадия внимания. ^[3] На стадии предвнимательности человек обладает неограниченной способностью к восприятию, которая позволяет одновременно обрабатывать информацию со всего зрительного поля. На стадии внимания происходит обработка зрительной информации, соответствующей локальным пространственным областям. ^[4] Этот классический взгляд на зрительное внимание предполагает, что в зрительном поле нет конкуренции. В рамках этой теории предполагается, что человек способен одновременно обрабатывать всю предоставленную информацию. До недавнего времени все еще считалось, что у людей есть стадия предвнимательности. Теперь это не так, исследования показывают, что стадия предвнимательности теперь ограничена в своих возможностях. ^[5] Стадия внимания, позволяющая обрабатывать важную информацию, теперь трансформировалась в то, что известно как избирательность. Классический взгляд на внимание заложил основу для недавнего появления двух новых принципов, способствующих пониманию зрительного внимания. Первый из них касается ограниченной способности обработки информации . Это предполагает, что в любой момент времени только небольшое количество информации может быть фактически сохранено и использовано для управления поведением. Принцип избирательности включает в себя представление о том, что человек имеет возможность отфильтровывать нежелательную информацию. Кох и Ульман ^[6] предположили, что внимательный выбор может быть реализован с помощью конкурентных сетей «победитель получает все». Роберт Десимоне и Джон Дункан ^[7] расширили эту идею. Они предположили, что в какой-то момент между визуальным вводом объектов и реакцией на объекты в зрительном поле происходит некоторая конкуренция; конкуренция за представление, анализ и поведение. Это предполагает, что внимание к стимулам предъявляет больше требований к способности обработки, чем необслуживаемые стимулы. ^[8] Эта идея конкуренции привела исследователей к разработке новой теории внимания, которую они назвали «теорией предвзятой конкуренции». ^[9] Теория пытается дать объяснение процессам, управляющим зрительным вниманием, и их влиянию на нейронные системы мозга. ^[10]

Предвзятая конкуренция служит для приоритизации информации, релевантной задаче, чтобы сделать визуальный поиск более эффективным. ^[11] В любой момент времени принимается большой объем визуальной информации, и для ее обработки доступны ограниченные возможности. Поэтому зрительной системе нужен способ выбора релевантной информации и игнорирования нерелевантных стимулов. Визуальный поиск обычно имеет цель (например, чашку кофе), которая ищется (релевантная задаче) в визуальной среде, а нерелевантная задачам информация игнорируется. Предвзятость нейронных механизмов направляет поиск в логические пространственные местоположения (например, стол) и элементы, которые имеют схожие семантические или визуальные характеристики с искомым элементом. Было высказано предположение, что для обработки визуальных стимулов в зрительной системе используются более 30 корковых областей, и что существует конкуренция со стороны объектов в зрительном поле, которая происходит в нескольких областях этой обширной сети. ^{[12] [13]}

Десимоне предположил, что модель предвзятой конкуренции включает в себя пять основных принципов: ^[14]

1. Объекты, представленные одновременно в поле зрения, конкурируют за клеточные реакции в зрительной коре. Когда два стимула представлены одновременно, они активируют свои нейронные представительства. Реакции будут определяться этими двумя стимулами, взаимодействующими конкурентным образом.
2. Два стимула, активирующие клетки в одной и той же области коры, обеспечат наиболее сильные конкурентные взаимодействия.
3. Конкурентные взаимодействия могут быть предвзятыми в пользу одного стимула из-за множества различных нейронных механизмов. Это называется предвзятостью обратной связи. Они могут включать обратную связь сверху вниз (например, один стимул может иметь большую ситуативную значимость) или влияние снизу вверх (например, один стимул более новый, чем другой).
4. Смещение обратной связи не является чисто результатом пространственного расположения. Смещение во время обработки может быть вызвано стимулами, обладающими определенными, релевантными признаками. Такие признаки могут включать цвет, текстуру и форму.
5. Основной источник нисходящего смещения исходит из структур мозга, связанных с рабочей памятью, а именно из префронтальной коры .

Существует два основных нейронных пути , которые обрабатывают информацию в поле зрения: вентральный поток и дорсальный поток . Эти два пути идут параллельно и оба работают одновременно. Вентральный поток важен для распознавания объектов и часто называется системой «что» мозга; он проецируется в нижнюю височную кору. ^[15] Дорсальный поток важен для пространственного восприятия и производительности и называется системой «где» ^[16], которая проецируется в заднюю теменную кору . ^[17] Согласно теории предвзятой конкуренции, зрительная система человека имеет ограниченную способность обрабатывать информацию о нескольких объектах в любой момент времени. Например, если человеку были представлены два стимула (объекта) и его попросили определить атрибуты каждого объекта одновременно, производительность человека будет хуже по сравнению с тем, если бы объекты были представлены по отдельности. Это говорит о том, что несколько объектов, представленных одновременно в поле зрения, будут конкурировать за нейронное представление из-за ограниченных ресурсов обработки. Исследования записи отдельных клеток, проведенные Кастнером и Унгерлейдером, изучали нейронные механизмы, лежащие в основе теории предвзятой конкуренции. ^[18] В их эксперименте был исследован размер рецептивного поля (РП) нейронов в зрительной коре. Один визуальный стимул предъявлялся отдельно в РП нейрона, за которым следовал другой стимул, предъявляемый одновременно в том же РП. ^[19] Одиночные «эффективные» стимулы вызывали низкую частоту срабатывания , тогда как два стимула, предъявляемые вместе, вызывали высокую частоту срабатывания. Реакция на парные стимулы была снижена. Это говорит о том, что когда два стимула предъявляются вместе в РП нейрона, стимулы обрабатываются взаимно подавляющим образом, а не обрабатываются независимо. ^[20] Этот процесс подавления, по мнению Кастнера и Унгерлейдера, происходит, когда два стимула предъявляются вместе, потому что они конкурируют за нейронное представление из-за ограниченной способности когнитивной обработки. ^[21] Эксперимент с радиочастотами предполагает, что по мере увеличения количества объектов доступная для каждого объекта информация будет уменьшаться из-за увеличения нейронной нагрузки (подавление) и снижения когнитивных способностей. ^[22]Для того чтобы объект в поле зрения или RF был эффективно обработан, должен быть способ сместить эти неврологические ресурсы в сторону объекта. Внимание отдает приоритет объектам, связанным с задачей, смещая этот процесс. Например, это смещение может быть направлено на объект, который в настоящее время находится в поле зрения или RF, или на объект, который наиболее важен для поведения человека. Функциональная магнитно-резонансная томография ( фМРТ ) показала, что теория смещенной конкуренции может объяснить наблюдаемые эффекты внимания на нейронном уровне. Эффекты внимания смещают внутренний вес (укрепляют связи) функций, связанных с задачей, в сторону объекта внимания. Это показали Редди, Канвишер и ван Руллен, которые обнаружили увеличение насыщенной кислородом крови к определенному нейрону после локационного сигнала. ^[23] Дальнейшее неврологическое подтверждение исходит из нейрофизиологических исследований, которые показали, что внимание является результатом смещения сверху вниз, которое, в свою очередь, влияет на нейронные импульсы. ^[24] В целом, внешние входы влияют на нисходящее руководство внимания, которое смещает определенные нейроны в мозге.

С момента разработки теории предвзятой конкуренции было проведено много исследований для подтверждения идей теории. ^{[25] [13]} Исследования сформулировали прогнозы на основе теоретической модели, которые должны быть проверены в экспериментальных условиях. Нисходящие и восходящие искажения были проверены для того, чтобы установить законность их влияния на визуальное восприятие и конкуренцию, как описано в теории предвзятой конкуренции. Эти эксперименты предоставляют доказательства идеи предвзятости обратной связи, как описано в пяти основных принципах Десимона. ^[26]

Процессы снизу вверх характеризуются отсутствием более высокого уровня направления в сенсорной обработке. Он в первую очередь опирается на сенсорную информацию, а входящая сенсорная информация является отправной точкой для всей обработки снизу вверх. Снизу вверх относится к тому, когда признак выделяется в визуальном поиске. Это обычно называется эффектом «выскакивания». ^[27] Яркие признаки, такие как яркие цвета, движение и большие объекты, заставляют объект «выскакивать» из визуального поиска. «Выскакивающие» признаки часто могут привлекать внимание без сознательной обработки. Выделяющимся объектам часто отдается приоритет (смещение) при обработке. Обработка снизу вверх управляется данными, и в соответствии с этим стимулы воспринимаются на основе данных, которые воспринимаются через органы чувств. ^[28] Данные свидетельствуют о том, что одновременно представленные стимулы фактически конкурируют за то, чтобы быть представленными в зрительной коре , при этом стимулы взаимно подавляют друг друга, чтобы получить это представление. ^[29] Это было исследовано Рейнольдсом и коллегами, которые рассмотрели размер рецептивных полей нейронов в зрительной коре. Было обнаружено, что предъявление одного стимула привело к низкой частоте срабатывания, в то время как два стимула, предъявленные вместе, привели к более высокой частоте срабатывания. ^[30] Рейнольдс и коллеги также обнаружили, что при сравнении нейронной реакции индивидуально предъявленного визуального стимула с реакциями, полученными от одновременно предъявленных стимулов, реакции одновременно предъявленных стимулов были меньше, чем сумма реакций, полученных при предъявлении каждого стимула по отдельности. ^[31] Это говорит о том, что предъявление двух стимулов вместе увеличивает нейронную рабочую нагрузку, необходимую для внимания. Эта повышенная нейронная нагрузка создает подавляющие процессы и заставляет стимулы конкурировать за нейронное представительство в мозге. Пру и Эгет предсказали, что более яркие объекты будут смещать внимание в пользу этого объекта. Другое предсказание заключается в том, что более крупные объекты будут смещать внимание в пользу этого объекта. ^[32] Эксперимент представлял собой компьютерную задачу визуального поиска, в которой участники искали цель среди отвлекающих факторов. Результаты исследования показали, что когда нерелевантные стимулы были большими или яркими, внимание было смещено в сторону нерелевантных объектов, отдавая им приоритет для когнитивной обработки. ^[33] Это исследование показывает влияние обработки снизу вверх (управляемой стимулами) на теорию предвзятой конкуренции.

Процесс сверху вниз характеризуется высоким уровнем направления сенсорной обработки большим количеством познания; обработка сверху вниз основана на уже существующих знаниях при интерпретации сенсорной информации. ^{[34] [13]} Нисходящее руководство вниманием относится к тому, когда свойства объекта (т. е. цвет, форма) активируются и удерживаются в рабочей памяти для облегчения визуального поиска этого объекта. ^[35] Это контролирует визуальный поиск, направляя внимание только на объекты, которые могут быть целью, и избегая внимания на нерелевантных объектах. Процессы сверху вниз не являются полным представлением объекта, но являются грубыми, поэтому объекты, похожие по цвету, форме или значению, часто учитываются в процессе различения нерелевантных объектов. Есть доказательства того, что наблюдатели имеют нисходящий контроль над местоположениями, которые выиграют от предвзятой конкуренции в визуальных задачах пространственного выбора. Доказательства подтверждают, что наблюдатели могут принимать добровольное решение о том, какие местоположения выбирать ^[36] или какие особенности привлекают внимание стимулирующим образом. ^[37] Нейрофизиологические исследования показали, что нейронные механизмы в обработке сверху вниз также наблюдаются во внимании и рабочей памяти, что предполагает, что процессы сверху вниз играют важную роль в этих функциях. ^[38] Кроме того, процессы сверху вниз могут модулировать процессы снизу вверх, подавляя «всплывающие» особенности обработки снизу вверх, отвлекая от визуального поиска. Исследования фМРТ исследовали процессы сверху вниз и снизу вверх, вовлеченные в теорию предвзятой конкуренции. ^[39] Результаты фМРТ показывают, что как процессы снизу вверх, так и процессы сверху вниз работают параллельно с конкуренцией предвзятости. ^[40] Многочисленные исследования показали, что стимулы в поле зрения подавляют друг друга, когда они представлены вместе, но не когда каждый стимул представлен по отдельности. Кастнер и коллеги также обнаружили, что направление внимания на определенное место стимула снижает подавляющий эффект. Также наблюдалась повышенная активность в зрительной коре; это было результатом смещения сверху вниз из-за предпочтения посещаемого места. ^[41]

Другое предположение теории предвзятой конкуренции, что конкуренция интегрирована в нескольких системах мозга (например, зрительной системе, а также рабочей памяти), изучено меньше всего. ^[42] Однако были получены эмпирические доказательства для подтверждения подлинности этого утверждения. Исследования показали эту интеграцию различных систем мозга путем проведения исследований нейровизуализации. Активация в средней височной области, а также в веретенообразной области лица была замечена, когда испытуемых просили обратить внимание на движущееся лицо. ^[43] Средняя височная область участвует в восприятии движения, в то время как веретенообразной области лица участвует в распознавании лиц, показывая интегрированные системы мозга в теории предвзятой конкуренции. Феррера и Лисбергер ^[44] представили доказательства конкурентных взаимодействий при выборе целей для плавных движений глаз преследования.