Эффект коктейльной вечеринки: избирательное внимание к звукам

Введение

Способность мозга концентрироваться на едином звуковом стимуле, отсеивая фоновый шум.

Эффект "коктейльной вечеринки" – это феномен, при котором мозг фокусирует внимание человека на конкретном стимуле, как правило, звуковом. Эта концентрация исключает множество других стимулов из сознательного восприятия, например, когда участник вечеринки следит за одной беседой в шумной обстановке. Эта способность широко распространена среди людей: большинство слушателей в той или иной степени легко разделяют весь спектр звуков, улавливаемых ушами, на отдельные потоки и затем определяют, какие из них наиболее важны, игнорируя остальные. Предполагается, что сенсорная память человека подсознательно анализирует все стимулы и выделяет отдельные фрагменты ощущений в зависимости от их значимости. Человека, не способного таким образом разделять стимулы, часто описывают как имеющего "проблему коктейльной вечеринки". Это также может быть обозначено как расстройство слуховой обработки или синдром Кинга-Копецкого.

Неврологическая основа (и бинауральная обработка)

Слуховое внимание в отношении эффекта коктейльной вечеринки в основном проявляется в левом полушарии верхней височной извилины, области слуховой коры, не являющейся первичной; фронтопариетальная сеть, включающая нижнюю лобную извилину, верхнюю теменную долю и внутритеменную борозду, также отвечает за переключение внимания, обработку речи и контроль внимания. Как целевой поток (более важная информация, к которой направлено внимание), так и конкурирующие/интерферирующие потоки обрабатываются по одному и тому же пути в левом полушарии, но сканирование фМРТ показывает, что целевые потоки получают больше внимания, чем конкурирующие. Кроме того, активность в верхней височной извилине (STG) в отношении целевого потока снижается/нарушается при появлении конкурирующих потоков стимулов (которые обычно имеют значимую ценность). «Эффект коктейльной вечеринки» – способность обнаруживать значимые стимулы в ситуациях с множеством говорящих – также называют «проблемой коктейльной вечеринки», поскольку способность избирательно сосредотачиваться одновременно снижает эффективность внимания на неврологическом уровне. Преимущество использования двух ушей может быть частично связано с локализацией источников звука. Слуховая система способна локализовать как минимум два источника звука и одновременно присваивать им правильные характеристики. Как только слуховая система локализовала источник звука, она может извлечь сигналы этого источника из смеси мешающих источников звука. Однако значительная часть этого бинаурального преимущества объясняется двумя другими процессами: лучшим слухом на одно ухо и бинауральным размаскированием. Впервые эффект был определен и назван «проблемой коктейльной вечеринки» Колином Черри в 1953 году. Черри проводил эксперименты с вниманием, в которых участники одновременно слушали два разных сообщения через один динамик и пытались их разделить; позже это было названо задачей дихотического слушания. Его работа показала, что на способность отделять звуки от фонового шума влияют многие переменные, такие как пол говорящего, направление, откуда исходит звук, высота тона и темп речи. Последующие исследования с использованием задачи shadowing Черри проводил Невилл Морей в 1959 году. Он пришел к выводу, что почти никакое из отвергнутого сообщения не может проникнуть через установленный барьер, за исключением субъективно «важных» сообщений. Это показывает, что младенцы избирательно обращают внимание на определенные стимулы в окружающей среде. Кроме того, обзоры исследований избирательного внимания показывают, что младенцы предпочитают «детскую» речь речи со взрослым тоном. Способность отфильтровывать непроизвольные стимулы достигает своего пика в молодом взрослом возрасте. В отношении феномена коктейльной вечеринки пожилым людям сложнее, чем молодым, сосредотачиваться на одной беседе, если конкурирующие стимулы, такие как «субъективно» важные сообщения, составляют фоновый шум. Другой стимул, который достигает определенного уровня семантической обработки в непроизвольном канале, – это табуированные слова. Эти слова часто содержат сексуально откровенный материал, который вызывает систему оповещения у людей, что приводит к снижению производительности в задачах shadowing. Табуированные слова не влияют на детей в селективном внимании, пока они не разовьют обширный словарный запас с пониманием языка. Избирательное внимание начинает ослабевать с возрастом. У пожилых людей более длительные периоды задержки при различении потоков разговоров. Это обычно объясняется тем, что общие когнитивные способности начинают снижаться с возрастом (как это проявляется в памяти, зрительном восприятии, высших функциях и т. д.). В последнее время современные методы нейронауки применяются для изучения проблемы коктейльной вечеринки. Некоторые известные исследователи, занимающиеся этой работой, включают Эдварда Чанга, Ниму Месгарани и Чарльза Шредера, использующих электрокортикографию; Джонатана Саймона, Мунью Элхилали, Адриана К.К. Ли, Шихаба Шамму, Барбару Шинн Каннингем, Даниэля Балдауфа и Йирки Ахвенинена, использующих магнитоэнцефалографию; Йирки Ахвенинена, Эдмунда Лалора и Барбару Шинн Каннингем, использующих электроэнцефалографию; и Йирки Ахвенинена и Ли М. Миллера, использующих функциональную магнитно-резонансную томографию.

Auditory attention in regards to the cocktail party effect primarily occurs in the left hemisphere of the superior temporal gyrus, a non primary region of auditory cortex; a fronto parietal network involving the inferior frontal gyrus, superior parietal sulcus, and intraparietal sulcus also accounts for the acts of attention shifting, speech processing, and attention control. Both the target stream (the more important information being attended to) and competing/interfering streams are processed in the same pathway within the left hemisphere, but fMRI scans show that target streams are treated with more attention than competing streams. Furthermore, activity in the superior temporal gyrus (STG) toward the target stream is decreased/interfered with when competing stimuli streams (that typically hold significant value) arise. The "cocktail party effect" – the ability to detect significant stimuli in multi talker situations – has also been labeled the "cocktail party problem", because the ability to selectively attend simultaneously interferes with the effectiveness of attention at a neurological level. The benefit of using two ears may be partially related to the localization of sound sources. The auditory system is able to localize at least two sound sources and assign the correct characteristics to these sources simultaneously. As soon as the auditory system has localized a sound source, it can extract the signals of this sound source out of a mixture of interfering sound sources. However, much of this binaural benefit can be attributed to two other processes, better ear listening and binaural unmasking. The effect was first defined and named "the cocktail party problem" by Colin Cherry in 1953. Cherry conducted attention experiments in which participants listened to two different messages from a single loudspeaker at the same time and tried to separate them; this was later termed a dichotic listening task. His work reveals that the ability to separate sounds from background noise is affected by many variables, such as the sex of the speaker, the direction from which the sound is coming, the pitch, and the rate of speech. Later research using Cherry's shadowing task was done by Neville Moray in 1959. He was able to conclude that almost none of the rejected message is able to penetrate the block set up, except subjectively "important" messages. This shows that infants selectively attend to specific stimuli in their environment. Furthermore, reviews of selective attention indicate that infants favor "baby" talk over speech with an adult tone. The ability to filter out unattended stimuli reaches its prime in young adulthood. In reference to the cocktail party phenomenon, older adults have a harder time than younger adults focusing in on one conversation if competing stimuli, like "subjectively" important messages, make up the background noise. Another stimulus that reaches some level of semantic processing while in the unattended channel is taboo words. These words often contain sexually explicit material that cause an alert system in people that leads to decreased performance in shadowing tasks. Taboo words do not affect children in selective attention until they develop a strong vocabulary with an understanding of language. Selective attention begins to waver as we get older. Older adults have longer latency periods in discriminating between conversation streams. This is typically attributed to the fact that general cognitive ability begins to decay with old age (as exemplified with memory, visual perception, higher order functioning, etc.). Even more recently, modern neuroscience techniques are being applied to study the cocktail party problem. Some notable examples of researchers doing such work include Edward Chang, Nima Mesgarani, and Charles Schroeder using electrocorticography; Jonathan Simon, Mounya Elhilali, Adrian KC Lee, Shihab Shamma, Barbara Shinn Cunningham, Daniel Baldauf, and Jyrki Ahveninen using magnetoencephalography; Jyrki Ahveninen, Edmund Lalor, and Barbara Shinn Cunningham using electroencephalography; and Jyrki Ahveninen and Lee M. Miller using functional magnetic resonance imaging.

Образцы внимания

Не вся информация, представленная нам, может быть обработана. В теории выбор того, на что обратить внимание, может быть случайным или неслучайным. Например, во время вождения водители могут сосредоточиться на светофорах, а не на других стимулах, присутствующих в поле зрения. В таких случаях необходимо выбирать, какая часть представленных стимулов является важной. Основной вопрос в психологии заключается в том, когда происходит этот отбор. Эта модель была разработана на основе дихотической задачи прослушивания. Его исследование показало, что большинство участников точно воспроизводили информацию, на которую они активно обращали внимание, но гораздо менее точно – информацию, которую они игнорировали. Это привело Бродбента к выводу, что в мозге должен существовать механизм "фильтра", способный блокировать информацию, на которую не было избирательно направлено внимание. Предполагалось, что модель фильтра работает следующим образом: когда информация поступает в мозг через органы чувств (в данном случае, уши), она сохраняется в сенсорной памяти – буферной системе памяти, которая удерживает входящий поток информации достаточно долго, чтобы мы могли обратить на него внимание. Другие исследователи предполагают, что информация может быть принята во внимание на основе гештальт-принципов, таких как непрерывность и замкнутость. Для Бродбента это объясняло механизм, с помощью которого люди могут одновременно сосредотачиваться только на одном источнике информации, исключая другие. Однако модель Бродбента не смогла объяснить наблюдение, что слова, имеющие семантическую значимость, например, собственное имя человека, могут быть мгновенно замечены, даже если они поступали по неатендированному каналу. Вскоре после экспериментов Бродбента студенты Оксфордского университета Грей и Веддерберн повторили его дихотические задачи прослушивания, изменив их, использовав односложные слова, которые могли образовывать осмысленные фразы, однако слова были разделены по ушам. Например, слова "Дорогая, один, Джейн" иногда последовательно представлялись в правом ухе, а слова "три, тетя, шесть" – одновременно в левом ухе. Участники с большей вероятностью запоминали фразу "Дорогая тетя Джейн", чем цифры; они также с большей вероятностью запоминали слова в порядке фразы, чем цифры в порядке их представления. Этот результат противоречит теории Бродбента о полной фильтрации, поскольку фильтрующий механизм не успевал бы переключаться между каналами. Это позволяет предположить, что смысл может обрабатываться в первую очередь.

Not all the information presented to us can be processed. In theory, the selection of what to pay attention to can be random or nonrandom. For example, when driving, drivers are able to focus on the traffic lights rather than on other stimuli present in the scene. In such cases it is mandatory to select which portion of presented stimuli is important. A basic question in psychology is when this selection occurs. This model was established using the dichotic listening task. His research showed that most participants were accurate in recalling information that they actively attended to, but were far less accurate in recalling information that they had not attended to. This led Broadbent to the conclusion that there must be a "filter" mechanism in the brain that could block out information that was not selectively attended to. The filter model was hypothesized to work in the following way: as information enters the brain through sensory organs (in this case, the ears) it is stored in sensory memory, a buffer memory system that hosts an incoming stream of information long enough for us to pay attention to it. Others suggest that information can be attended to on the basis of Gestalt features, including continuity and closure. For Broadbent, this explained the mechanism by which people can choose to attend to only one source of information at a time while excluding others. However, Broadbent's model failed to account for the observation that words of semantic importance, for example the individual's own name, can be instantly attended to despite having been in an unattended channel. Shortly after Broadbent's experiments, Oxford undergraduates Gray and Wedderburn repeated his dichotic listening tasks, altered with monosyllabic words that could form meaningful phrases, except that the words were divided across ears. For example, the words, "Dear, one, Jane," were sometimes presented in sequence to the right ear, while the words, "three, Aunt, six," were presented in a simultaneous, competing sequence to the left ear. Participants were more likely to remember, "Dear Aunt Jane," than to remember the numbers; they were also more likely to remember the words in the phrase order than to remember the numbers in the order they were presented. This finding goes against Broadbent's theory of complete filtration because the filter mechanism would not have time to switch between channels. This suggests that meaning may be processed first.

Трейсман

В более позднем дополнении к существующей теории избирательного внимания Энн Трейсман разработала модель аттенюации. В этой модели информация, проходящая через фильтрующий механизм, не блокируется полностью, как предполагал Бродбент. Вместо этого информация ослабляется (аттенюируется), позволяя ей проникать на все стадии обработки на бессознательном уровне. Трейсман также предложила пороговый механизм, согласно которому некоторые слова, исходя из своей семантической значимости, могут привлекать внимание из невостребованного потока информации. По мнению Трейсман, собственное имя имеет низкий порог (то есть обладает высокой значимостью) и поэтому распознается легче. Тот же принцип применим и к словам вроде "пожар", направляя наше внимание на ситуации, требующие немедленного реагирования. Трейсман утверждала, что это возможно только в том случае, если информация непрерывно обрабатывается в невостребованном потоке.

Немецкий и немецкий

Диана Дойч, наиболее известная своими работами в области восприятия музыки и слуховых иллюзий, также внесла значительный вклад в модели внимания. Чтобы более подробно объяснить, как внимание к словам может фокусироваться на основе семантической значимости, Дойч и Дойч, а также Норман предложили модель внимания, включающую второй механизм отбора, основанный на значении. Модель, получившая название Deutsch-Norman, предполагает, что информация в непроизвольном потоке не обрабатывается полностью и не поступает в рабочую память, в отличие от модели Трейсмана. Вместо этого информация из непроизвольного потока проходит через вторичный фильтр после распознавания образов. Если эта информация распознается и признается вторичным фильтром как незначимая, её доступ в рабочую память блокируется. Таким образом, к сознанию может проникать только немедленно важная информация из непроизвольного канала.

Канеман

Даниэль Канеман также предложил модель внимания, но она отличается от предыдущих тем, что он описывает внимание не как процесс отбора, а как ограниченную способность. Для Канемана внимание – это ресурс, который распределяется между различными стимулами, что нашло некоторое подтверждение. Эта модель описывает не то, когда внимание фокусируется, а то, как оно фокусируется. По мнению Канемана, внимание в основном определяется уровнем возбуждения – общим состоянием физиологической активности. Закон Йеркса-Додсона предсказывает, что оптимальный уровень возбуждения достигается при умеренной интенсивности; производительность снижается как при чрезмерном, так и при недостаточном возбуждении. Особенно важно отметить, что Нарайан и др. обнаружили резкое снижение способности различать звуковые стимулы при большом количестве и сложности фоновых шумов – это свидетельствует о негативном влиянии чрезмерного возбуждения на внимание. Кроме того, постоянно оцениваются специфические требования различных видов деятельности к внимательной деятельности. Они придерживались позиции, согласующейся с моделями позднего отбора внимания, такими как модели Трейсмана или Дойч-Нормана, предполагая, что ранний отбор не объясняет подобное явление. Механизмы, посредством которых этот эффект может возникать, остались невыясненными.

Эффект на животных

Животные, общающиеся в хоре, такие как лягушки, насекомые, певчие птицы и другие виды, использующие акустическую коммуникацию, могут испытывать эффект «коктейльной вечеринки», когда одновременно возникают множественные сигналы или позывки. Подобно людям, акустическая медиация позволяет животным выделять необходимые им звуки в окружающей среде. У береговых ласточек, скальных ласточек и императорских пингвинов акустическая медиация обеспечивает распознавание родителей и потомства в шумной обстановке. Амфибии также демонстрируют этот эффект, что подтверждается исследованиями лягушек: самки лягушек способны слушать и различать брачные крики самцов, а самцы – реагировать на агрессивные сигналы других самцов. Существует две основные теории, объясняющие эволюцию акустической сигнализации у разных видов. Согласно теории психологии воспринимающего, развитие акустической сигнализации связано с нервной системой и стратегиями обработки информации, которые она использует. В частности, это касается влияния физиологии анализа звуковой сцены на то, как вид интерпретирует и извлекает смысл из звуков. Теория коммуникационных сетей утверждает, что животные могут получать информацию, «подслушивая» сигналы, которыми обмениваются другие особи их вида. Это особенно характерно для певчих птиц.