Как пресаккадическое внимание улучшает остроту зрения перед движением глаз

Введение в механизмы зрительного восприятия

Человеческая зрительная система обрабатывает визуальную информацию с высокой степенью пространственной неоднородности. Наше пространственное разрешение — способность различать мелкие детали — максимально в области фовеа (центральной ямки сетчатки) и снижается по мере удаления от центра (эксцентриситета). Важно отметить, что зрительное восприятие варьируется не только в зависимости от эксцентриситета, но и как функция полярного угла — так называемых «полей производительности»: в изоэксцентричных локациях зрительная производительность лучше на горизонтальном, чем на вертикальном меридиане (горизонтально-вертикальная анизотропия), и лучше на нижнем вертикальном меридиане, чем на верхнем (асимметрия вертикального меридиана).

Такие неоднородности по эксцентриситету и полярному углу были зафиксированы для различных зрительных задач и измерений, включая пространственное разрешение. Наше зрительное восприятие ограничено пространственным разрешением. Одним из способов компенсации этого ограничения являются быстрые движения глаз — саккады — для позиционирования поведенчески значимых стимулов в области фовеа, где у нас наивысшее разрешение.

Роль пресаккадического внимания

Интересно, что зрительное внимание смещается к цели саккады еще до начала движения глаз и избирательно приоритизирует зрительную обработку в предстоящем месте фиксации. Пресаккадическое смещение внимания, как сообщается, улучшает зрительную производительность, воспринимаемый контраст и контрастную чувствительность, а также изменяет сенсорную настройку базовых зрительных характеристик. Эти пресаккадические модуляции могут способствовать перцептивной стабильности — плавному переходу от пресаккадической (периферической) к постсаккадической (фовеальной) информации — делая периферическую репрезентацию более похожей на фовеальную в anticipation движений глаз.

Цели и методы исследования

Учитывая распространенность пресаккадического внимания в избирательной обработке зрительной информации и то, что пространственное разрешение резко меняется от фовеального к периферическому полю зрения, мы исследовали, изменяет ли пресаккадическое внимание пространственное разрешение.

Цель настоящего исследования была двуединой. Во-первых, мы исследовали, увеличивает ли пресаккадическое внимание пространственное разрешение с помощью задачи на остроту зрения. Во-вторых, мы изучили, взаимодействует ли этот эффект с известными асимметриями «полей производительности» по полярному углу — горизонтально-вертикальной анизотропией и асимметрией вертикального меридиана.

Экспериментальный дизайн

Мы измерили пороги остроты зрения в задаче на дискриминацию ориентации во время фиксации и подготовки к саккаде вокруг поля зрения. Участники выполняли задание на определение ориентации стимула Габора с полным контрастом, при этом мы регулировали пространственную частоту с использованием процедур адаптивного ступенчатого титрования, чтобы определить пространственную частоту, приводящую к 75% точности (порог остроты) — отдельно для каждой комбинации локации и условия движения глаз.

• Условие валидности: стимул появлялся в целевой локации саккады
• Условие инвалидности: стимул появлялся в нетarget локации
• Базовое условие: измерение во время фиксации

Результаты исследования

Пороги остроты зрения во время фиксации

Текущие данные воспроизвели устойчивые асимметрии полей производительности в остроте зрения. Во время фиксации у участников была более высокая острота зрения на горизонтальном, чем на вертикальном меридиане, что согласуется с горизонтально-вертикальной анизотропией. В соответствии с асимметрией вертикального меридиана острота зрения также была выше для нижнего, чем для верхнего поля зрения.

Пороги остроты зрения во время подготовки к саккаде

По сравнению с фиксацией, острота зрения была значительно выше для валидного условия и ниже для инвалидного условия. Эта закономерность была последовательной across individuals и across полярных угловых локаций. Пресаккадические costs были больше, чем benefits, одинаково around поля зрения.

Соответствующие benefits и costs в остроте зрения при подготовке саккад к тестовому стимулу и away от него демонстрируют, что пресаккадическое внимание улучшает пространственное разрешение, и эти эффекты uniform across поля зрения.

Обсуждение результатов

В текущем исследовании мы спросили, улучшает ли пресаккадическое внимание пространственное разрешение в задаче на остроту зрения, и если да, то различаются ли пресаккадические benefits и costs across локаций полярного угла. До начала саккады острота зрения улучшалась в цели саккады (пресаккадические benefits) и снижалась для нетarget локаций (пресаккадические costs) по сравнению с базовой остротой, измеренной во время фиксации.

Сравнение с коvert вниманием

Направление скрытого пространственного внимания без движений глаз повышает производительность в различных задачах на пространственное разрешение. Примечательно, что эндогенное и экзогенное скрытое внимание различаются по тому, как они модулируют пространственное разрешение: тогда как эндогенное внимание является гибким механизмом, который может как увеличивать, так и уменьшать разрешение в зависимости от требований задачи, экзогенное внимание автоматически улучшает разрешение, даже если это detrimental для задачи.

Здесь мы нашли evidence, что пресаккадическое внимание — которое опирается на отделимую сенсорную настройку характеристик, нейронные вычисления и substrates, чем скрытое внимание — также улучшает пространственное разрешение.

Нейрофизиологические основы

Повышенная острота зрения в цели саккады согласуется с предыдущими reports о пресаккадическом внимании, избирательно улучшающем чувствительность к более высоким пространственным частотам. В частности, было показано, что пик кривой настройки пространственной частоты смещается в сторону более высоких частот во время подготовки к саккаде. Учитывая, что фильтры высокой пространственной частоты напрямую связаны с нашей способностью различать мелкие пространственные детали, повышенная чувствительность этих фильтров согласуется с increased порогами остроты зрения во время подготовки к саккаде.

Методология исследования

Участники и оборудование

В эксперименте участвовали двенадцать наблюдателей с нормальным или скорректированным к нормальному зрением. Все процедуры были одобрены институциональным наблюдательным советом Нью-Йоркского университета. Участники сидели в слабоосвещенной комнате с фиксированной головой с помощью подставки для подбородка и лба и просматривали стимулы с расстояния 79 см.

Процедуры титрования

Мы титровали пространственную частоту стимулов отдельно для каждого экспериментального условия и для каждой кардинальной локации с помощью байесовской адаптивной психометрической ступенчатой процедуры. Всего для каждого участника было 48 независимых адаптивных процедур, нацеленных на 75% точность дискриминации ориентации.

Статистический анализ

Статистические результаты основаны на перестановочном тестировании с 1000 итераций с перемешанными данными. P-значение — это proportion метрики в permuted нулевом распределении, greater than или equal to метрике, вычисленной с использованием intact данных. Мы также выполнили байесовскую статистику с использованием пакета «BayesFactor» в R.

Заключение и выводы

Настоящие findings раскрывают, что пресаккадическое внимание обостряет остроту зрения в цели саккады еще до того, как она попадает в высокоразрешающее фовеальное зрение. Сужая разницу между фовеальной и периферической остротой, это смещение способствует плавному переходу между периферическими и фовеальными репрезентациями. Эти результаты parallel замечательную стабильность, с которой визуальные percepts поддерживаются across быстрых изменений retinal изображений во время саккадических движений глаз.

Усиление остроты было uniform в изоэксцентричных локациях around поля зрения, таким образом preserving, а не изменяя форму асимметрий поля зрения, несмотря на typically robust эффект пресаккадического внимания.