Коллектив авторов - Современные представления о механизмах зрительного внимания

Исследование динамики зрительного внимания не только важно для поиска механизмов, лежащих в основе системы позиционирования и перевода взгляда, но и представляет интерес в прикладном отношении. В частности, разработка эффективных средств контроля зрительного внимания человека-оператора остается актуальной задачей, поскольку до настоящего времени отсутствуют широко внедренные в практику тесты, не препятствующие основной деятельности (Бурдин и др., 2013; Кирой и др., 2014; Ahlstroma., Friedman-Bergb, 2006; Mathan et al., 2010) и использующие параметры глазных движений. Известны лишь единичные примеры такого рода, такие как Index of Cognitive Workload (http://www.eyetracking.com) и Index of Cognitive Efficacy, основанных на оценке динамики диаметра зрачка и временных параметрах морганий и отчасти – ЭЭГ активности.

Таким образом, выбор областей интереса для переключения внимания и фиксации взгляда при осмотре изображений и сцен зависит от множества факторов и определяется перцептуальными и когнитивными механизмами, взаимодействующими между собой (Ярбус, 1965; Unema et al., 2005; Podladchikova et al., 2009; Velichkovsky et al., 2005 и многие другие). Несмотря на значительный прогресс в изучении механизмов зрительного внимания, достигнутый за последние 25 лет, многие аспекты этой проблемы далеки от полного понимания до настоящего времени (Carrasco, 2011). Неполнота имеющихся данных и в ряде случаев их противоречивость (Pastukhov et al., 2009), а также отсутствие стандартизации экспериментальных условий затрудняют возможность обобщения и формализации результатов, полученных в различных психофизических исследованиях. В силу этого математические модели, имитирующие нейробиологические феномены, рассматриваются как важный инструмент при исследовании механизмов зрительного внимания (Ho-Phuoc, 2012; Tandonnet et al., 2011; Tatler et al., 2011; Wang et al., 2011; Judd et al., 2010; Henderson et al., 2007; Li, Gilbert, 2002; Lowe, 2004; Navalpakkam, Itti, 2005; Podladchikova et al., 2009; Priviterra, Stark, 2005; Rao et al., 1997–2008; Rybak et al., 1998–2005; Samarin et al., 2015; Saykol et al., 2004; Simion et al., 2001; Wolfe, 1997–2005; Trappenberg et al., 2001; Brockmann, Geisel, 2000). Подчеркивается (Nuthmann et al., 2010; Walther, Koch, 2007), что создание реалистичной модели зрительного внимания позволит анализировать вклад факторов различного типа и механизмов разного уровня при формировании траектории осмотра и формулировать предположения, доступные экспериментальной проверке.

В настоящее время складывается понимание необходимости пересмотра подходов к моделированию управления глазными движениями (Tatler et al., 2011). В частности, большинство известных моделей формирования траекторий осмотра изображений, вслед за работой Koch, Ullman (1985), основано на обработке первичных признаков изображений, получении карт выделенности (saliency maps) и анализе пространственного распределения точек фиксации взгляда при осмотре изображений человеком. Имеются лишь единичные работы, в которых рассматриваются возможные подходы к моделированию длительности фиксаций (Nuthmann et al., 2010; Sutcliffe, Namoune, 2008) и когнитивных механизмов (Judd et al., 2009; Wang et al., 2011), основанные на эвристических алгоритмах.

В свою очередь для разработки реалистических моделей осмотра изображений необходимо получение детальных количественных оценок вклада различных факторов в экспериментальные исследования. На получение такого рода оценок и направлены наши психофизические исследования. Результаты этих исследований, полученные в последние годы с помощью разработанных специальных методов проведения эксперимента и анализа данных, представлены в соответствующих разделах монографии.

Необходимым условием нормального функционирования зрительного восприятия у человека являются движения глаз (Ярбус, 1965; Buswell, 1935; Stratton, 1906). При осмотре изображений и сцен человек выполняет от трех до четырех скачков взгляда, или саккад, в секунду. В основном, зрительное восприятие происходит в промежутках между саккадами (Ярбус, 1965; Барабанщиков, Белопольский, 2008; Underwood et al., 2008). Однако взгляд человека не остается полностью стабильным: даже во время фиксации совершаются микродвижения – тремор, дрейф, микросаккады, вергентные движения (Martinez-Conde, Macknik, 2008, 2015). В интервалах между двумя скачками взгляд смещается медленно, и зрительное восприятие происходит именно в это время, также называемое фиксацией взгляда. Во время фиксации человек четко видит не все зрительное поле, а только небольшой участок диаметром от 1,5–2 (область фовеа) до 6–8 (область макулы) угловых градусов (Ярбус, 1965; Шахнович, 1974; Velichkovsky et al., 2000). Выбор участка, который будет осматриваться в ближайшее время, происходит во время предыдущей фиксации взгляда и зависит от того, куда направлено внимание человека. Таким образом, наблюдая за характеристиками и положением точек фиксации и скачков можно изучать внешние проявления функционирования системы зрительного внимания человека.