Предвзятая теория конкуренции - Biased Competition Theory

Предвзятая теория конкуренции отстаивает идею о том, что каждый объект в поле зрения конкурирует за корковое представление и когнитивную обработку. [1] Эта теория предполагает, что процесс визуальной обработки может быть искажен другими психическими процессами, такими как вверх дном и сверху вниз системы, которые определяют приоритетность определенных характеристик объекта или целых элементов для внимание и дальнейшая обработка. Теория предвзятой конкуренции - это, проще говоря, конкуренция объектов для обработки. Это соревнование может быть смещено, часто в сторону объекта, который в данный момент присутствует в поле зрения, или, наоборот, в отношении объекта, наиболее важного для поведения.

История

Исследование механизмов внимания в отношении зрительного восприятия было предпринято как попытка лучше понять функциональные принципы и потенциальные ограничения, окружающие зрительное восприятие. [2] Визуальный поиск Задачи обычно используются экспериментаторами, чтобы помочь исследовать зрительное восприятие. Классический взгляд на зрительное внимание предполагает, что существует два основных принципа: этап предварительного внимания и этап внимания.[3] На стадии предварительного внимания человек обладает неограниченной способностью к восприятию, которая способна обрабатывать информацию из всего поля зрения одновременно. На этапе внимательности происходит обработка визуальной информации, соответствующей локальным пространственным областям.[4] Этот классический взгляд на визуальное внимание предполагает, что в поле зрения нет конкуренции. В рамках этой теории предполагается, что человек способен обрабатывать всю информацию, предоставленную одновременно. До недавнего времени все еще считалось, что у людей есть пре-внимательная стадия. Это уже не так, исследования показали, что предварительная стадия теперь ограничена в своих возможностях.[5] Стадия внимательного отношения к обработке важной информации теперь превратилась в так называемую избирательность. Классический взгляд на внимание заложил основу для недавнего появления двух новых принципов, способствующих пониманию визуального внимания. Первый из них связан с ограниченными возможностями обработка информации. Это говорит о том, что в любой момент времени только небольшой объем информации может быть фактически сохранен и использован для управления поведением. Принцип избирательность включает представление о том, что у человека есть способность отфильтровывать нежелательную информацию. Кох и Ульман [6] предложили, чтобы внимательный отбор мог быть реализован конкурентными сетями "победитель получает все". Роберт Десимоун и Джон Дункан [7] расширил эту идею. Они предположили, что в какой-то момент между визуальным вводом объектов и реакцией на объекты в визуальном поле происходит некоторая конкуренция; конкуренция за представление, анализ и поведение. Это говорит о том, что внимание к стимулам предъявляет больше требований к способности обработки, чем к стимулам, оставленным без внимания.[8] Эта идея конкуренции побудила исследователей разработать новую теорию внимания, которую они назвали «теорией предвзятой конкуренции».[9] Теория пытается объяснить процессы, управляющие зрительным вниманием, и их влияние на нервные системы мозга.[10]

Функция

Предвзятая конкуренция позволяет расставить приоритеты в релевантной для задачи информации, чтобы сделать визуальный поиск более эффективным.[11] В любой момент времени принимается большой объем визуальной информации, а возможности обработки ограничены. Следовательно, визуальной системе необходим способ выбора релевантной информации и игнорирования нерелевантных стимулов. Визуальный поиск обычно имеет цель (например, чашку кофе), которую ищут (релевантную для задачи) в визуальной среде, а нерелевантная для задачи информация игнорируется. . Смещение со стороны нейронных механизмов направляет поиск в логические пространственные местоположения (например, таблицу) и элементы, которые имеют семантические или визуальные характеристики, аналогичные искомому элементу. Было высказано предположение, что более 30 областей коры в зрительная система используются для обработки визуальных стимулов, и что существует конкуренция со стороны объектов в визуальном поле, которая имеет место во многих областях этой обширной сети.[12][13]

Модель предвзятой конкуренции

Дезимон предположил, что модель предвзятой конкуренции включает пять основных принципов:[14]

  1. Объекты, представленные одновременно в поле зрения, соревнуются за ответы клеток в зрительной коре. Когда два стимула предъявляются одновременно, они активируют свои нейрональные представления. Ответы будут определяться этими двумя стимулами, взаимодействующими в конкурентной манере.
  2. Два стимула, активирующих клетки в одной и той же области коры, обеспечат сильнейшее конкурентное взаимодействие.
  3. Конкурентные взаимодействия могут иметь склонность к предпочтению одного стимула из-за множества различных нейронных механизмов. Это называется смещением обратной связи. Они могут включать в себя обратную связь сверху вниз (например, один стимул может иметь большее значение для ситуации) или влияния снизу вверх (например, один стимул новее другого).
  4. Смещение обратной связи не является исключительно результатом пространственного положения. Смещение во время обработки может быть вызвано стимулами, обладающими определенными, актуальными характеристиками. Такие особенности могут включать цвет, текстуру и форму.
  5. Основной источник смещения сверху вниз происходит из структур мозга, связанных с рабочей памятью, в частности, из префронтальная кора.

Нейронные механизмы

Есть два основных нервные пути которые обрабатывают информацию в поле зрения; в брюшной поток и спинной поток. Эти два пути идут параллельно и работают одновременно. Вентральный поток важен для распознавания объектов и часто упоминается как система мозга; он проецируется на нижнюю височную кору.[15] Спинной поток важен для пространственного восприятия и производительности и называется системой «где». [16] который проектирует задняя теменная кора.[17] Согласно теории предвзятой конкуренции, зрительная система человека имеет ограниченную способность обрабатывать информацию о нескольких объектах в любой момент времени. Например, если человеку предъявили два стимула (объекта) и попросили идентифицировать атрибуты каждого объекта одновременно, его производительность была бы хуже по сравнению с тем, если бы объекты были представлены отдельно. Это предполагает, что несколько объектов, представленных одновременно в поле зрения, будут конкурировать за нейронную репрезентацию из-за ограниченных ресурсов обработки. Исследования записи одной клетки, проведенные Кастнером и Унгерлейдером, изучили нейронные механизмы, лежащие в основе теории предвзятой конкуренции.[18] В их эксперименте размер рецептивное поле 's (RF) нейронов в пределах зрительной коры были исследованы. Одиночный визуальный стимул предъявлялся отдельно в RF нейрона, а затем другой стимул предъявлялся одновременно в той же RF.[19] Единичные «эффективные» стимулы вызывали низкий скорострельность, тогда как два стимула, предъявленные вместе, вызвали высокую частоту возбуждения. Ответ на парные раздражители был снижен. Это говорит о том, что когда два стимула представлены вместе в РЧ нейрона, стимулы обрабатываются взаимно подавляющим образом, а не обрабатываются независимо.[20] Этот процесс подавления, согласно Кастнеру и Унгерлейдеру, происходит, когда два стимула предъявляются вместе, потому что они конкурируют за нейронную репрезентацию из-за ограниченной способности когнитивной обработки.[21]Эксперимент RF предполагает, что по мере увеличения количества объектов информация, доступная для каждого объекта, будет уменьшаться из-за увеличения нейронной нагрузки (подавление) и снижения когнитивных способностей.[22] Чтобы объект в поле зрения или RF мог эффективно обрабатываться, должен быть способ смещения этих неврологических ресурсов в сторону объекта. Внимание ставит в приоритет объекты, относящиеся к задаче, искажая этот процесс. Например, это предубеждение может быть направлено на объект, на который в настоящее время обращают внимание в поле зрения или радиочастотном диапазоне, или на объект, который наиболее важен для вашего поведения.фМРТ ) показал, что теория предвзятой конкуренции может объяснить наблюдаемые эффекты внимания на нейронном уровне. Эффекты внимания смещают внутренний вес (укрепляет связи) важных для задачи функций в сторону объекта наблюдения. Это было показано Редди, Канвишером и ван Рулленом, которые обнаружили увеличение насыщенной кислородом крови к определенному нейрону после локального сигнала.[23] Дальнейшая неврологическая поддержка обеспечивается нейрофизиологический исследования, которые показали, что внимание является результатом смещения «сверху вниз», которое, в свою очередь, влияет на спайки нейронов.[24] В общем, внешние сигналы влияют на управление вниманием сверху вниз, которое смещает определенные нейроны в головном мозге.

Эмпирические доказательства необъективной теории конкуренции

С момента развития теории предвзятой конкуренции было проведено много исследований для подтверждения идей теории.[25][13]Исследования сформулировали прогнозы на основе теоретической модели, которая будет проверена в экспериментальных условиях. Смещения сверху вниз и снизу вверх были протестированы, чтобы убедиться в законности их влияния на визуальное восприятие и конкуренцию, как описано в Теории предвзятой конкуренции. Эти эксперименты подтверждают идею смещения обратной связи, описанную в пяти основных принципах Дезимона.[26]

Свидетельства восходящего процесса

Процессы снизу вверх характеризуются отсутствием направления более высокого уровня в сенсорной обработке. Он в первую очередь полагается на сенсорную информацию, а входящая сенсорная информация является отправной точкой для всей восходящей обработки. Снизу вверх - это когда функция выделяется при визуальном поиске. Это обычно называется эффектом «всплывающего окна».[27] Такие характерные черты, как яркие цвета, движение и большие объекты, делают объект «выскакивающим» из визуального поиска. «Всплывающие» функции часто могут привлечь внимание без сознательной обработки. Выделяющиеся объекты часто получают 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 предъявляемые стимулы действительно конкурируют, чтобы быть представленными в зрительная кора, при этом стимулы взаимно подавляют друг друга, чтобы получить это представление.[29] Это было исследовано Рейнольдсом и его коллегами, которые изучали размер рецептивных полей нейронов в зрительной коре. Было обнаружено, что предъявление одного стимула приводило к низкой скорости возбуждения, в то время как два стимула, предъявляемые вместе, приводили к более высокой скорости возбуждения.[30] Рейнольдс и его коллеги также обнаружили, что при сравнении нервной реакции на индивидуально предъявленный визуальный стимул с ответами, полученными от одновременно предъявляемых стимулов, ответы на одновременно предъявляемые стимулы были меньше, чем сумма ответов, собранных при предъявлении каждого стимула отдельно.[31] Это говорит о том, что два предъявленных стимула увеличивают нагрузку на нервную систему, необходимую для внимания. Эта повышенная нервная нагрузка создает подавляющие процессы и заставляет стимулы конкурировать за нейронную репрезентацию в мозгу. Про и Эгет предсказали, что более яркие объекты будут смещать внимание в пользу этого объекта. Другое предсказание состоит в том, что более крупные объекты смещают 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 на нерелевантные объекты, отдавая им приоритет для когнитивной обработки.[33] Это исследование показывает влияние восходящей (управляемой стимулами) обработки на предвзятую теорию конкуренции.

Свидетельства нисходящих процессов

Процесс «сверху вниз» характеризуется высоким уровнем направленности сенсорной обработки за счет большего познания; При интерпретации сенсорной информации обработка сверху вниз основана на уже имеющихся знаниях.[34][13]Направление внимания сверху вниз относится к тому, когда свойства объекта (то есть цвет, форма) активируются и сохраняются 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. Нисходящие процессы не являются полным представлением объекта, но являются грубыми, поэтому объекты, похожие по цвету, форме или значению, часто рассматриваются в процессе различения нерелевантных объектов. Есть свидетельства того, что наблюдатели имеют контроль сверху вниз над локациями, которые выиграют от предвзятой конкуренции в визуальных задачах пространственного выбора. Факты подтверждают, что наблюдатели могут принимать добровольное решение о том, какие места выбраны.[36] или функции, которые привлекают внимание стимулом.[37]Нейрофизиологические исследования показали, что нейронные механизмы в нисходящей обработке также проявляются во внимании и рабочей памяти, что позволяет предположить, что нисходящие процессы также играют важную роль в этих функциях.[38] Кроме того, процессы сверху вниз могут модулировать процессы снизу вверх, подавляя «всплывающие» функции обработки снизу вверх, чтобы не отвлекать от визуального поиска. FMRI-исследования исследовали процессы сверху вниз и снизу вверх, участвующие в предвзятой конкуренции. теория.[39] Результаты фМРТ показывают, что процессы «снизу вверх» и «сверху вниз» работают параллельно с предвзятой конкуренцией.[40] Многочисленные исследования показали, что стимулы в поле зрения подавляют друг друга, когда предъявляются вместе, но не тогда, когда каждый стимул предъявляется отдельно. Кастнер и его коллеги также обнаружили, что направление внимания на конкретное место стимула снижает подавляющий эффект. Также наблюдалась повышенная активность зрительной коры; это было результатом смещения сверху вниз из-за предпочтения посещаемого места.[41]

Дополнительные доказательства

Другое предположение теории предвзятой конкуренции, что конкуренция интегрирована во многие системы мозга (например, зрительную систему и рабочую память), наименее изучено.[42] Тем не менее, были предприняты эмпирические доказательства, чтобы подтвердить подлинность этого утверждения. Исследования показали эту интеграцию различных систем мозга с помощью нейровизуализационных исследований. Активация средней височной области, а также 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 веретенообразная область лица участвует в распознавании лиц, показывая интегрированные системы мозга в теории предвзятой конкуренции. Феррера и Лисбергер [44] предоставили доказательства конкурентного взаимодействия при выборе целей для плавного преследования движений глаз.

Рекомендации

  1. ^ Дезимон Р. и Дункан Дж. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
  2. ^ Роллс, Э. Т. (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
  3. ^ Роллс, Э. Т. (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
  4. ^ Роллс, Э. Т. (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
  5. ^ Роллс, Э. Т. (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
  6. ^ Koch C, & Ullman S (1985) Сдвиг избирательного визуального внимания: в сторону основных нейронных цепей. Нейробиология человека 4: 219-227.
  7. ^ Дезимон Р. и Дункан Дж. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
  8. ^ Дезимон Р. и Дункан Дж. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
  9. ^ Дезимон Р. и Дункан Дж. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
  10. ^ Роллс, Э. Т. (2008). Память, внимание и принятие решений: единый вычислительный нейробиологический подход; Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.
  11. ^ Дезимон Р. и Дункан Дж. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
  12. ^ Desimone R, Унгерлейдер LG. (1989). Нейронные механизмы обработки изображений у обезьян. В Справочнике по нейропсихологии, Vol. 2, изд. Ф. Боллер, Дж. Графман, стр. 267-99. Нью-Йорк: Эльзевир.
  13. ^ а б c Baldauf D, Desimone R (март 2014 г.). «Нейронные механизмы объектного внимания». Наука. 344 (6182): 424–427. Bibcode:2014Наука ... 344..424B. Дои:10.1126 / science.1247003. PMID  24763592. S2CID  34728448.
  14. ^ 4. Десимон Р. (1998). Визуальное внимание, опосредованное предвзятой конкуренцией в экстрастриальной зрительной коре. ''Фил. Пер. R. Soc. Лондон. B, 353 ’’, 1245-1255.
  15. ^ Унгерлейдер, Л. Г., и Хаксби, Дж. В. (1994). «Что» и «где» в человеческом мозгу. Текущее мнение в нейробиологии, 4, 157-165.
  16. ^ Унгерлейдер, Л. Г., и Хаксби, Дж. В. (1994). «Что» и «где» в человеческом мозгу. Текущее мнение в нейробиологии, 4, 157-165.
  17. ^ Дезимон Р. и Дункан Дж. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
  18. ^ Кастнер, С., Л., Г., Унгерлейдер. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
  19. ^ Кастнер, С., Л., Г., Унгерлейдер. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
  20. ^ Кастнер, С., Л., Г., Унгерлейдер. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
  21. ^ Кастнер, С., Л., Г., Унгерлейдер. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
  22. ^ Кастнер, С., Л., Г., Унгерлейдер. (2001). Нейронная основа предвзятой конкуренции в зрительной коре головного мозга человека. Нейропсихология. 39, 1263–1276.
  23. ^ Редди, Л., Канвишер, Н. Г., и Ван Руллен, Р. (2009). Внимание и предвзятая конкуренция в представлении нескольких воксельных объектов. Слушания Национальной академии наук, 106, 50, 21447-21452.
  24. ^ Деко, Дж., И Роллс, Э. (2005). Нейродинамика предвзятого соревнования и сотрудничества за внимание: модель с шипами нейронов. Журнал нейрофизиологии, 94, 295-313.
  25. ^ Бек, Д.М., и Кастнер, С. (2009). Механизмы «сверху вниз» и «снизу вверх» в смещении конкуренции в человеческом мозге. ‘’ ’Vision Research, 49’ ’, 1154-1165.
  26. ^ Дезимон Р. и Дункан Дж. (1995). Нейронный механизм избирательного зрительного внимания. Ежегодный обзор неврологии, 18, 193-222.
  27. ^ Глейтман, Х. и Йонидес, Дж. (1978). Влияние набора на категоризацию в визуальном поиске. Восприятие и психофизика, 24 (4), 361-368.
  28. ^ https://web.archive.org/web/20190911071717/http://www.psychologyconcepts.com/bottom-up-and-top-down-processing/
  29. ^ Бек, Д.М., и Кастнер, С. (2009). Механизмы «сверху вниз» и «снизу вверх» в смещении конкуренции в человеческом мозгу. ‘’ ’Vision Research, 49’ ’, 1154-1165.
  30. ^ Рейнольдс, Дж. Х., Челацци, Л., и Десимон, Р. (1999). Соревновательные механизмы заслуживают внимания в областях макак V2 и V4. Journal of Neuroscience, 19, 1736–1753.
  31. ^ Рейнольдс, Дж. Х., Челацци, Л., и Десимон, Р. (1999). Соревновательные механизмы заслуживают внимания в областях макак V2 и V4. Journal of Neuroscience, 19, 1736–1753.
  32. ^ Proulx, M.J., & Egeth, H.E. (2008). Предвзятая конкуренция и визуальный поиск: роль яркости и размерного контраста. Психологические исследования, 72, 106-113.
  33. ^ Proulx, M.J., & Egeth, H.E. (2008). Предвзятая конкуренция и визуальный поиск: роль яркости и размерного контраста. Психологические исследования, 72, 106-113.
  34. ^ http://www.psychologyconcepts.com/bottom-up-and-top-down-processing/.
  35. ^ Холлингворт, А., Удача, С.Дж. (2009). Роль зрительной рабочей памяти (VWM) в управлении взглядом во время визуального поиска. Внимание, восприятие и психофизика, 71, 4, 936-949.
  36. ^ Йонидес, Дж. (1980). К модели движения мысленного взора. Канадский журнал психологии, 34, 103–112.
  37. ^ Gazzaley, A., & Nobre, A.C. (2012). Модуляция сверху вниз: соединение избирательного внимания и рабочей памяти. Тенденции в когнитивных науках, 16, 2, 129-135.
  38. ^ Холлингворт, А., Удача, С.Дж. (2009). Роль зрительной рабочей памяти (VWM) в управлении взглядом во время визуального поиска. Внимание, восприятие и психофизика, 71, 4, 936-949.
  39. ^ Бек, Д.М., и Кастнер, С. (2009). Механизмы «сверху-вниз» и «снизу-вверх» в смещении конкуренции в человеческом мозгу. ‘’ ’Vision Research, 49’ ’, 1154-1165.
  40. ^ Бек, Д.М., & Кастнер, С. (2009). Механизмы «сверху вниз» и «снизу вверх» в смещении конкуренции в человеческом мозгу. ‘’ ’Vision Research, 49’ ’, 1154-1165.
  41. ^ О’Крэвен, К. М., Даунинг, П., и Канвишер, Н. (1999). Свидетельство фМРТ для объектов как единиц выбора внимания. Природа, 401, 584–587.
  42. ^ Бек, Д.М., & Кастнер, С. (2009). Механизмы «сверху вниз» и «снизу вверх» в смещении конкуренции в человеческом мозгу. ‘’ ’Vision Research, 49’ ’, 1154-1165.
  43. ^ Кастнер, С., Пинск, М., Де Верд, П., Десимон, Р., и Унгерлейдер, Л. (1999). Повышенная активность зрительной коры головного мозга человека во время направленного внимания в отсутствие зрительной стимуляции. Нейрон. 22, 751-761.
  44. ^ Феррера В.П. и Лисбергер С.Г. (1995) Внимание и выбор цели для плавных движений глаз преследования. Журнал неврологии 15 (11); 7472-7484.