Как пресаккадическое внимание влияет на восприятие размера объектов на периферии зрения

Введение в проблему восприятия размера в периферическом зрении

Как отмечали Болдуин и соавторы в 2016 году, художники относятся к немногим людям, которые осознают кажущееся искажение размера визуальных объектов, воспринимаемых периферическим зрением. Действительно, многочисленные психофизические исследования подтвердили, что периферические стимулы часто воспринимаются как значительно меньшие по сравнению со стимулами, представленными в центральном зрении. Этот перцептивный феномен, называемый эффектом эксцентриситета размера (SizeEccentricity Effect, SEE), может быть объяснен несколькими анатомическими свойствами зрительной системы.

Анатомические основы эффекта эксцентриситета размера

Во-первых, плотность колбочковых фоторецепторов, ответственных за цветовое зрение и остроту зрения, достигает пика в фовеа - центральной ямке сетчатки диаметром примерно 1,5 миллиметра - и резко снижается с увеличением эксцентриситета (удаления от центра). Во-вторых, плотность ганглиозных клеток сетчатки выше в фовеа по сравнению с периферией. В фовеа меньшее количество фоторецепторов соединено с одной ганглиозной клеткой. В-третьих, размер рецептивных полей увеличивается с эксцентриситетом, в то время как их плотность снижается.

Результирующее уменьшение коркового представительства фовеа с увеличением эксцентриситета обнаруживается практически во всех структурах зрительной коры головного мозга. Однако кодирование объектов в периферическом зрении оказалось более динамичным, чем если бы оно объяснялось только вышеупомянутыми структурными свойствами зрительной системы.

Роль внимания в зрительном восприятии

Потери в периферическом зрении могут также возникать из-за - или компенсироваться - механизмами внимания. Визуальное внимание представляет собой центральный процесс, который позволяет нам избирательно обрабатывать некоторые аспекты информации, игнорируя другие, путем фокусировки на определенном местоположении или аспекте зрительной сцены.

Действительно, было показано, что скрытое внимание (форма внимания, направленная на определенное местоположение без движения глаз) может модулировать эффект эксцентриситета размера. В этих экспериментах воспринимаемый размер периферических объектов значительно увеличивался, когда им предшествовали визуальные сигналы в том же месте. Более конкретно, сообщалось, что эффект скрытого внимания на восприятие размера объекта зависит от размера фокуса внимания.

Методология исследования

В настоящем исследовании мы стремимся прояснить влияние действия на восприятие размера периферических объектов. Мы адаптировали протокол Прессигу и соавторов (2020) для проверки того, будут ли вариации амплитуд саккад, выходящие за рамки естественных вариаций или изменений, вызванных саккадической адаптацией, влиять на этот тип восприятия.

Дизайн эксперимента

В каждом испытании первого экспериментального условия (называемого условием "Саккада") кратковременный периферический диск переменного размера представлялся слева от центрального фиксационного креста при постоянном эксцентриситете. После исчезновения этого периферического диска участники совершали саккаду (быстрое движение глаз) влево ко второму кресту, представленному при эксцентриситетах, варьирующихся в разных блоках испытаний. Этот крест исчезал во время саккады и заменялся (в центральном зрении) эталонным диском, размер которого сравнивался с размером первого диска.

Участники также выполняли условие "Фиксация". Процедура была такой же, как в условии Саккада, за исключением того, что участникам было предложено сохранять фиксацию в месте первоначального фиксационного креста на протяжении всего испытания. В этом условии и второй крест, и эталонный диск представлялись в центральном зрении. Это условие Фиксации обеспечивало базовый уровень для эффекта эксцентриситета размера при отсутствии движений глаз.

Второй эксперимент: проверка альтернативных объяснений

Во втором эксперименте мы исключили альтернативное объяснение, связанное с неспецифическими механизмами возбуждения, также известными своим свойством усиливать зрительное восприятие. Мы воспроизвели два предыдущих условия с отдельной группой участников, которые дополнительно выполняли условие "Нажатие клавиши" и условие "Антисаккада".

В условии Нажатия клавиши участники реагировали на акустический сигнал "вперед" нажатием клавиши доминирующей рукой при сохранении фиксации в месте первоначального креста после исчезновения тестового диска. Мы предположили, что это простое и стереотипное движение пальца потребует от участников уровня вовлеченности, аналогичного условию Саккада, при сохранении распределения их зрительно-пространственного внимания, аналогичного таковому в условии Фиксации.

В условии Антисаккады участников просили совершить саккаду в зеркальное положение второго (периферического) креста в противоположном полуполе. Таким образом, участники выполняли то же движение, что и в условии Саккады, в то время как пресаккадическое внимание манипулировалось.

Результаты исследования

Для оценки эффектов эксцентриситета размета, полученных, когда участники готовили саккаду к цели, появляющейся near или в месте периферического тестового объекта, нажимали клавишу или сохраняли фиксацию, мы вычислили параметры психометрической функции.

Анализ точек субъективного равенства

Два параметра, представляющие интерес, - это Точки Субъективного Равенства (Points of Subjective Equality, PSE) и Едва Заметные Различия (Just Noticeable Differences, JND). PSE, который соответствует размеру пресаккадического тестового диска, оцениваемого как равный эталонному диску в 50% испытаний, provides an indication of possible bias. Здесь PSE выше нуля указывает на наличие эффекта эксцентриситета размера (то есть размер периферического объекта кажется меньшим, чем эталонный размер).

Влияние характеристик саккад на восприятие

Мы проверили, влияла ли точность саккад на оценку размера периферического диска. Саккады были разделены на точные и неточные для каждого участника на основе их медианной амплитуды. Анализ показал, что естественные вариации в точности саккад не влияли на оценку размера периферического диска.

Затем мы проверили, influenced ли компенсация эффекта эксцентриситета размера латентностью саккады. Предыдущие исследования продемонстрировали, что время presentation стимула относительно начала саккады имеет crucial importance для влияния саккады на зрительное восприятие. Саккады были categorized на длинные и короткие латентности для каждого участника на основе их медианной латентности. Анализы показали отсутствие значительного влияния типа латентности на значения PSE, ни взаимодействия между типом латентности и условиями эксцентриситета саккады.

Обсуждение результатов

Наши результаты демонстрируют, что выполнение саккады, независимо от ее амплитуды, последовательно уменьшало величину эффекта эксцентриситета размера. Во втором эксперименте мы подтвердили, что это уменьшение нельзя объяснить неспецифическими механизмами возбуждения, связанными с выполнением движения.

Роль пресаккадического внимания

В условии Нажатия клавиши, которое, как мы предполагали, будет вызывать уровень возбуждения, сравнимый с условием Саккады, эффект эксцентриситета размера оставался таким же сильным, как и в условии Фиксации. Напротив, в условии Антисаккады, где пресаккадическое внимание было разделено между местоположением визуального triggering сигнала и целью антисаккады, величина эффекта была промежуточной между условиями Фиксации и Саккады.

Эти результаты подтверждают, что компенсация эффекта эксцентриситета размера, связанная с саккадами, может быть attributed to сдвигу пресаккадического внимания. Таким образом, пресаккадическое внимание улучшает не только обработку ориентации, контраста и пространственной частоты (как было показано ранее), но и обработку размера периферических объектов.

Выводы и значение исследования

Наше исследование вносит важный вклад в понимание взаимосвязи между действием и восприятием, specifically в контексте восприятия размера объектов в периферическом зрении. Мы предоставили убедительные доказательства того, что пресаккадическое внимание, а не общее возбуждение, модулирует эффект эксцентриситета размера.

Эти findings имеют значение для различных областей, включая нейронауку, психологию восприятия, эргономику и даже искусство. Понимание механизмов, лежащих в основе компенсации perceptual искажений в периферическом зрении, может помочь в разработке более эффективных интерфейсов человек-компьютер, систем виртуальной реальности и методов визуальной реабилитации.

Пресаккадическое внимание улучшает не только обработку ориентации, контраста и пространственной частоты, но и обработку размера периферических объектов, компенсируя эффект эксцентриситета размера.

Будущие исследования могли бы изучить нейронные correlates этого эффекта, используя методы нейровизуализации, а также исследовать, как другие типы движений (например, движения руки) могут влиять на восприятие размера через механизмы внимания.