Введение
Визуальный поиск — это тип задачи восприятия, требующей внимания, который обычно включает активное сканирование визуальной среды для поиска конкретного объекта или признака (цели) среди других объектов или признаков (ингибиторов). Визуальный поиск может осуществляться с движениями глаз или без них. Способность сознательно находить объект или цель среди сложного набора стимулов интенсивно изучалась в течение последних 40 лет. Примеры использования визуального поиска можно встретить в повседневной жизни: например, когда человек выбирает продукт на полке в супермаркете, когда животные ищут пищу в кучах листьев, когда пытаются найти друга в большой толпе или когда играют в игры на визуальный поиск, такие как «Где Уолли?». В большинстве предыдущих исследований визуального поиска для измерения времени обнаружения цели среди ингибиторов использовалось время реакции. Например, это может быть зеленый квадрат (цель) среди набора красных кругов (ингибиторов). Однако измерения времени реакции не всегда позволяют различить роль внимания и других факторов: длительное время реакции может быть вызвано сложностью направления внимания на цель, замедлением процессов принятия решений или замедлением моторных реакций после того, как внимание уже направлено на цель и она уже обнаружена. Поэтому во многих парадигмах визуального поиска для измерения степени внимания к стимулам использовалось отслеживание движений глаз. Однако глаза могут двигаться независимо от внимания, поэтому измерения движений глаз не полностью отражают роль внимания.
vision in biology
Visual search is a type of perceptual task requiring attention that typically involves an active scan of the visual environment for a particular object or feature (the target) among other objects or features (the distractors). Visual search can take place with or without eye movements. The ability to consciously locate an object or target amongst a complex array of stimuli has been extensively studied over the past 40 years. Practical examples of using visual search can be seen in everyday life, such as when one is picking out a product on a supermarket shelf, when animals are searching for food among piles of leaves, when trying to find a friend in a large crowd of people, or simply when playing visual search games such as Where's Wally? Much previous literature on visual search used reaction time in order to measure the time it takes to detect the target amongst its distractors. An example of this could be a green square (the target) amongst a set of red circles (the distractors). However, reaction time measurements do not always distinguish between the role of attention and other factors: a long reaction time might be the result of difficulty directing attention to the target, or slowed decision making processes or slowed motor responses after attention is already directed to the target and the target has already been detected. Many visual search paradigms have therefore used eye movement as a means to measure the degree of attention given to stimuli. However, eyes can move independently of attention, and therefore eye movement measures do not completely capture the role of attention.
Поиск по функциям
Поиск по признакам (также известный как "дизъюнктивный" или "эффективный" поиск) — это процесс визуального поиска, который фокусируется на идентификации ранее заданной цели среди отвлекающих элементов, отличающихся от цели одним уникальным визуальным признаком, таким как цвет, форма, ориентация или размер. Примером задачи поиска по признакам является просьба к участнику определить белый квадрат (цель) среди черных квадратов (отвлекающих элементов). Параллельная обработка — это механизм, позволяющий детекторам признаков работать одновременно для идентификации цели. Примером задачи поиска конъюнкции является просьба к человеку определить красный X (цель) среди отвлекающих элементов, состоящих из черных X (одинаковой формы) и красных O (одинакового цвета). На ранних этапах обработки поиск конъюнкции использует процессы снизу вверх для выявления заранее определенных признаков среди стимулов. Во многих случаях обработка сверху вниз влияет на поиск конъюнкции, отсеивая стимулы, не соответствующие предыдущим знаниям об описании цели, что в конечном итоге обеспечивает более эффективную идентификацию цели.
Визуальный поиск в реальном мире
В повседневных ситуациях люди чаще всего ищут в поле зрения объекты, которые им знакомы. При поиске знакомых стимулов нисходящая обработка (top-down processing) позволяет более эффективно идентифицировать цели, обладающие большей сложностью, чем это возможно в задачах поиска по признаку или по конъюнкции признаков. Хотя глобальная статистическая информация, доступная в реальных сценах, также может помочь людям находить целевые объекты. В то время как восходящие процессы (bottom-up processes) могут вступать в действие при идентификации незнакомых объектов, в целом нисходящая обработка оказывает значительное влияние на визуальный поиск в повседневной жизни. Знакомство играет особенно важную роль, когда части объектов не видны (например, когда объекты частично скрыты другими объектами). Визуальная информация о скрытых частях может быть извлечена из долговременной памяти и использована для облегчения поиска знакомых объектов.
Склон времени реакции
Также можно измерить роль внимания в экспериментах визуального поиска, вычислив наклон кривой времени реакции в зависимости от количества отвлекающих элементов. Как правило, при выполнении сложных задач визуального поиска (конъюнктивный поиск), требующих высокой концентрации внимания при анализе большого количества стимулов, наклон увеличивается вместе с увеличением времени реакции. В простых задачах визуального поиска (поиск по признаку) наклон уменьшается, поскольку время реакции в них короткое и требуется меньше внимания. Однако использование наклона кривой времени реакции для оценки внимания является предметом споров, так как на него могут влиять и не-внимательные факторы.
Эволюция
Существует множество спекуляций относительно происхождения и эволюции визуального поиска у человека. Показано, что при визуальном исследовании сложных естественных сцен как люди, так и человекообразные обезьяны совершают высокостереотипные движения глаз. Более того, шимпанзе продемонстрировали улучшенные результаты в визуальном поиске изображений человеческих или собачьих лиц в нормальном положении, что позволяет предположить, что визуальный поиск (особенно при поиске лиц) не является уникальной способностью человека и может быть изначальным признаком. Исследования предполагают, что эффективный визуальный поиск мог развиться как необходимый навык для выживания, где способность быстро обнаруживать угрозы и находить пищу была жизненно важна. Значимость эволюционно значимых стимулов, представляющих угрозу, была продемонстрирована в исследовании ЛоБью и ДеЛоаче (2008), в котором дети (и взрослые) обнаруживали змей быстрее, чем другие объекты среди отвлекающих элементов. Однако некоторые исследователи ставят под сомнение, обнаруживаются ли эволюционно значимые стимулы угрозы автоматически.
Распознавание лиц
За последние несколько десятилетий было проведено огромное количество исследований в области распознавания лиц, в которых установлено, что лица подвергаются специализированной обработке в области, называемой веретенообразной областью лица (FFA), расположенной в средней веретенообразной извилине височной доли. Продолжаются дебаты о том, обнаруживаются и обрабатываются ли лица и объекты в разных системах, и обладают ли они категориально-специфическими областями для распознавания и идентификации. Большая часть исследований на сегодняшний день сосредоточена на точности обнаружения и времени, необходимом для обнаружения лица в сложном массиве визуального поиска. Когда лица отображаются изолированно, прямые лица обрабатываются быстрее и точнее, чем перевернутые, однако этот эффект наблюдается и в отношении объектов, не являющихся лицами. Когда лица необходимо обнаружить среди перевернутых или искаженных лиц, время реакции на целые и прямые лица увеличивается с ростом числа отвлекающих элементов в массиве. Таким образом, утверждается, что теория «выскакивания», определенная при поиске признаков, неприменима к распознаванию лиц в данной парадигме визуального поиска. В то же время, выдвигается противоположное утверждение, и в естественной среде эффект «выскакивания» лица проявляется значительно сильнее. Это может быть связано с эволюционным развитием, поскольку способность идентифицировать лица, представляющие угрозу для индивида или группы, считается критически важной для выживания. Недавно было установлено, что лица могут быть эффективно обнаружены в парадигме визуального поиска, если отвлекающие элементы являются объектами, не являющимися лицами, однако обсуждается, обусловлен ли этот кажущийся эффект «выскакивания» высокоуровневым механизмом или низкоуровневыми искажающими факторами. Кроме того, пациенты с врожденной просопагнозией, у которых нарушена идентификация лиц, обычно нормально обнаруживают лица, что позволяет предположить, что визуальный поиск лиц облегчается механизмами, отличными от цепей идентификации лиц в веретенообразной области лица. Пациенты с различными формами деменции также могут испытывать дефицит в распознавании лиц и способности распознавать человеческие эмоции по выражению лица. В метаанализе девятнадцати различных исследований, сравнивающих способность здоровых взрослых и пациентов с деменцией распознавать эмоции по лицам, было обнаружено, что пациенты с лобно-височной деменцией демонстрируют сниженную способность распознавать широкий спектр эмоций. Эти пациенты были значительно менее точны, чем участники контрольной группы (и даже по сравнению с пациентами с болезнью Альцгеймера) в распознавании негативных эмоций, но не показали значительных нарушений в распознавании счастья. Особенно сложными для пациентов с деменцией оказались распознавание гнева и отвращения. Некоторые факторы, такие как эффект межрасовой идентификации, могут влиять на способность человека распознавать и запоминать лица.
Старение
Исследования показывают, что эффективность выполнения задач конъюнктивного визуального поиска значительно улучшается в детстве и снижается в пожилом возрасте. В частности, установлено, что у молодых людей время реакции в задачах конъюнктивного визуального поиска быстрее, чем у детей и пожилых людей, однако время реакции в задачах поиска по признаку у них сопоставимо. Важную роль играют способность к движению глаз, способность к фокусировке внимания и способность разделять зрительное внимание между несколькими объектами. Подобные механизмы лежат в основе трудностей, возникающих у пожилых людей, такие как возрастные изменения оптики, влияющие на периферическую остроту зрения, способность перемещать внимание по визуальному полю, способность отключать внимание и способность игнорировать отвлекающие факторы. Исследование, проведенное Лоренцо Лопесом и др. (2008), предоставляет неврологические доказательства того, что у пожилых людей время реакции в задачах конъюнктивного поиска медленнее, чем у молодых людей. При исследовании событийных потенциалов (ERP) у пожилых испытуемых были выявлены более длительные латентности и более низкие амплитуды компонента P3, связанного с активностью теменных долей, по сравнению с молодыми взрослыми. Это указывает на вовлечение функции теменных долей в возрастное снижение скорости выполнения задач визуального поиска. Результаты также показали, что пожилые люди, по сравнению с молодыми людьми, демонстрируют значительно меньшую активность в передней поясной коре, а также во многих лимбических и окципитотемпоральных областях, участвующих в выполнении задач визуального поиска.
Болезнь Альцгеймера
Исследования показали, что у людей с болезнью Альцгеймера (БА) значительно снижена общая способность к выполнению задач визуального поиска. У людей с БА проявляется усиленное пространственное подкрепление, но эта польза достигается только при использовании сигналов с высокой пространственной точностью. Нарушения зрительного внимания могут быть причиной определенных визуально-пространственных трудностей у пациентов с (БА). У людей с БА наблюдается гипометаболизм и нейропатология в париетальной коре, и, учитывая роль париетальной функции в зрительном внимании, у пациентов с БА может развиться гемипространственная заброшенность, что может приводить к трудностям с переключением внимания при визуальном поиске. В эксперименте, проведенном Tales et al. (2000), было выявлено нарушение у пациентов с болезнью Паркинсона при выполнении задачи "выделение", но не было обнаружено нарушений при выполнении задачи соединения. Как обсуждалось, у пациентов с БА наблюдается противоположный результат: нормальная производительность при задаче "выделение", но нарушение при задаче соединения. Эта двойная диссоциация свидетельствует о том, что болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера по-разному влияют на зрительный путь, и что задачи "выделение" и соединения обрабатываются в этом пути дифференциально.
Аутизм
Исследования последовательно показывают, что люди с аутизмом демонстрируют лучшие результаты и более быстрое время реакции в задачах визуального поиска признаков и сопряженного визуального поиска, чем соответствующие контрольные группы без аутизма. Предложено несколько объяснений этим наблюдениям. Одной из возможностей является то, что у людей с аутизмом усилена перцептивная способность. Во-вторых, люди с аутизмом показывают превосходные результаты в задачах на различение схожих стимулов и, следовательно, могут обладать повышенной способностью к различению элементов в поле визуального поиска. Третье предположение состоит в том, что у людей с аутизмом обработка возбуждения цели сверху вниз и подавление отвлекающих факторов могут быть более выражены, чем у контрольной группы. У детей с аутизмом наблюдалась более высокая эффективность поиска и усиление паттернов нейронной активации в лобной, теменной и затылочной долях по сравнению с типично развивающимися детьми. Таким образом, превосходные результаты людей с аутизмом в задачах визуального поиска могут быть обусловлены усиленной дискриминацией элементов в поле зрения, связанной с активностью затылочной области, и увеличением направленных сверху вниз сдвигов визуального внимания, связанных с фронтальной и теменной областями.
Психология потребителей
В последнее десятилетие проводились обширные исследования того, как компании могут максимизировать продажи, используя психологические методы, основанные на визуальном поиске, для определения оптимального расположения продуктов на полках. Питерс и Уорлоп (1999) использовали устройства для отслеживания движения глаз, чтобы оценить саккады и фиксации потребителей при визуальном сканировании ряда продуктов на полке супермаркета. Их исследования показали, что потребители специально обращают внимание на продукты с привлекающими внимание характеристиками, такими как форма, цвет или название бренда. Этот эффект обусловлен интенсивным визуальным поиском, при котором движения глаз ускоряются, а саккады сокращаются, что приводит к быстрому выбору продукта с эффектом "выделения". Данное исследование предполагает, что в первую очередь используется эффективный поиск, и делает вывод о том, что потребители не концентрируются на товарах с очень схожими характеристиками. Чем более отличительным или максимально визуально отличным является продукт от окружающих, тем выше вероятность, что потребитель его заметит. Янишевский (1998) описал два типа поиска потребителей. Один тип – целенаправленный поиск, который происходит, когда покупатель использует имеющиеся знания о продукте для совершения покупки. Второй тип – исследовательский поиск, который возникает, когда у потребителя мало предварительных знаний о том, как выбрать продукт. Было установлено, что при исследовательском поиске люди уделяют меньше внимания продуктам, расположенным в визуально конкурентных зонах, таких как середина полки на оптимальной высоте обзора. Это было обусловлено конкуренцией за внимание, в результате чего меньше информации сохранялось в визуальной рабочей памяти в отношении этих продуктов.