Как внимание искажает восприятие цвета: научное объяснение

Введение: как внимание влияет на наше восприятие

Наше перцептивное восприятие сильно зависит от внимания. В любой момент времени наши органы чувств сталкиваются с огромным количеством информации, превышающей возможности нашего мозга для эффективной обработки. Избирательное внимание позволяет нам расставлять приоритеты, обрабатывая релевантную информацию вместо нерелевантной. Внимание может быть направлено на определенные области визуального поля или на визуальные особенности, такие как цвет или ориентация, и в обоих случаях это приводит к повышению производительности для attended (обрабатываемых с вниманием) информации по сравнению с unattended (не обрабатываемой внимательно).

Эти поведенческие улучшения сопровождаются увеличением активности нейронных популяций, связанных с attended spatial location (пространственным местоположением, обрабатываемым с вниманием) или visual feature (визуальной особенностью), что согласуется с теориями, предполагающими, что внимание увеличивает gain (усиление) нейронов, наиболее селективных к релевантному стимулу.

Новые открытия в исследовании внимания

Более свежие данные свидетельствуют о том, что избирательное внимание не только улучшает сенсорную обработку, но также может оказывать profound effects (глубокое влияние) на наш субъективный визуальный опыт, то есть на то, как attended visual stimulus (визуальный стимул, обрабатываемый вниманием) appears to the observer (представляется наблюдателю). Несколько исследований продемонстрировали, что spatial attending (пространственное внимание) к визуальному объекту увеличивает apparent intensity (кажущуюся интенсивность) этого стимула, заставляя его казаться более контрастным или насыщенным, чем unattended stimulus (стимул, не обрабатываемый вниманием), что согласуется с нейрофизиологическими данными, показывающими, что внимание изменяет силу стимула, увеличивая его effective contrast (эффективный контраст).

Оптимальная настройка внимания

Критически важно, что некоторые теории feature-based attention (внимания, основанного на признаках) предполагают, что selection (селекция) может происходить способами, отличными от gain modulation (модуляции усиления) target-tuned neurons (нейронов, настроенных на цель), особенно в сложных визуальных сценах, где distractor features (признаки отвлекающих элементов) могут легко смешиваться с target feature (признаком цели). Optimal tuning accounts (Модели оптимальной настройки), как их обычно называют, вместо этого предполагают, что когда цели и отвлекающие элементы похожи, внимание может усиливать нейроны, которые tuned away from the target feature (настроены away from the target feature), чтобы maximize the relative saliency of the target stimulus (максимизировать относительную салиентность целевого стимула).

Методология исследования

Мы исследовали, как feature-based attention влияет на восприятие target features в серии экспериментов. Чтобы задействовать feature-based attention, мы использовали простую visual search task (задачу визуального поиска), в которой участникам представлялся массив кратковременно (200 мс) представленных цветных кругов для обнаружения oddball target (нестандартной цели) среди distractors (отвлекающих элементов).

Дизайн эксперимента

Цвет цели выбирался случайным образом на каждом trial (испытании) из 360-градусного цветового пространства CIELab, в то время как отвлекающий элемент выбирался на определенном feature distance (расстоянии признаков) от этой цели, чтобы быть более или менее перцептивно похожим. Критически важно, что цвета цели и отвлекающих элементов менялись случайным образом от испытания к испытанию, и участники не получали предварительной информации о цветах цели или отвлекающих элементов; таким образом, эта установка устранила возможность того, что участники могли знать что-то о целевом или отвлекающем цвете заранее и потенциально предвзято направлять свое внимание в ожидании предстоящих features.

Результаты эксперимента 1: восприятие становится смещенным

Наши результаты демонстрируют, что это было так: ответы участников (n = 30) в 2AFC сильно зависели от относительного feature distance между foil color (цветом-приманкой) в 2AFC и distractor color во время поиска. Участники выбирали foil color чаще, чем target color, когда foil был rotated away from the distractor (повернут away from the distractor), что проявлялось как negative d′ в производительности 2AFC; и они выбирали правильный target color чаще, когда foil color был rotated towards the search distractor color (повернут towards the search distractor color), что evident as a positive d′ в 2AFC.

Эта картина implies that the appearance of the target color was distorted and shifted away from distractor colors (подразумевает, что внешний вид целевого цвета был искажен и смещен away from distractor colors). Важно, что magnitude of this bias (величина этого смещения) зависела от similarity of targets and distractors во время поиска, с наибольшим смещением для trials с highly similar distractors (15°–45°).

Эксперимент 2: величина смещений зависит от сходства

Чтобы оценить magnitude of attention-induced perceptual biases (величину вызванных вниманием перцептивных смещений), в Эксперименте 2 мы манипулировали feature distance между target и foil colors во время 2AFC similarity judgment, а также similarity между targets и distractors во время visual search. Мы обнаружили высокозначимое interaction между foil distance во время 2AFC и target-distractor similarity во время поиска.

Ключевые выводы

Когда foil color был rotated 10° away from the target color, мы воспроизвели pattern of performance, найденный в первом эксперименте, с участниками, выбирающими foil чаще, когда visual search distractor был более похож на target. Увеличение distance между target и foil colors привело к лучшему discrimination of the target color, однако мы обнаружили, что меньшие target-distractor similarities во время visual search все еще влияли на производительность, когда foil находился на расстоянии до 60° от target color.

Эксперимент 3: смещения не вызваны задержками

Задержки между encoding and report могут exaggerate biases in memory for visual features, и хотя включение RT как covariate в повторном анализе данных Эксперимента 1 не объяснило perceptual biases, которые мы found, мы хотели подтвердить это экспериментально, зафиксировав delay across conditions. Таким образом, мы провели эксперимент, в котором участники выполняли аналогичную задачу, однако после presentation of the search array они либо responded with the location of the target, либо immediately made a 2AFC similarity judgment.

Результаты

Несмотря на то, что не было delay между presentation поиска и response сходства, и timing был теперь одинаковым across all conditions, мы все еще found a large bias для trials с target-distractor similarities 30°. Таким образом, perceived color distortions не могут быть explained by longer RTs в некоторых условиях, но они occur robustly даже когда нет temporal delay между selection и report.

Эксперимент 4: смещения вызваны вниманием, а не низкоуровневыми свойствами

В каждом из предыдущих экспериментов arrays визуального поиска содержали single target, окруженный distractors другого цвета. Таким образом, low-level visual properties этих arrays, такие как involved in simultaneous contrast effects, а не feature-based selection самого target, могут влиять на biases, которые мы observed. Чтобы учесть эту possibility, мы провели версию эксперимента, в которой participants искали oddball target color среди набора distractors, которые были rotated 30° в каждом направлении от target.

Выводы контрольного эксперимента

Когда similarity judgments сравнивались на основе того, был ли foil rotated towards the salient or non-salient distractor color, мы found that the salient distractor induced a clear bias: participants выбирали target чаще, когда foils были rotated towards the salient distractor. Следовательно, attention drives the perceptual biases, observed в этих экспериментах, rather than low-level visual properties.

Обсуждение: как внимание искажает наше восприятие

Хорошо established, что attention enhances наши perceptual capacities, улучшая detection или discrimination релевантной информации в нашей среде. Здесь мы использовали visual search для oddball target color, чтобы induce feature-based attention, и assessed the perception of the target color в последующей similarity judgment task. Наши findings показывают, что feature-based attention может lead to quite dramatic distortions в perceptual processing, возможно, вызывая asymmetric shifts в representational geometry due to the enhancement of off-tuned neurons.

Нейронные механизмы искажения

Конкретно, наши результаты демонстрируют, что selecting an oddball color во время visual search может distort the appearance of a target color away from a perceptually similar visual distractor, и что эти distortions occur across large parts of the feature space. Интересно, что мы observed эти perceptual biases в задаче, где target и distractor colors varied от одного испытания к следующему, и participants не были informed о том, какими будут target или distractor colors. Таким образом, feature-based attention, задействованный oddball visual search task, быстро и реактивно stretched и compressed разные части feature space, чтобы увеличить target-distractor dissimilarity, thereby supporting target selection effectively.

Заключение и значение исследования

В целом, наше исследование предоставляет strong evidence, что attention warps representational spaces визуальных features, resulting in biased perception of target features. Кроме того, наше simulation показывает, что эти perceptual changes могут быть explained by changes в underlying representational geometry. Такие findings support models of attention, которые подчеркивают relationship между target и distractor features, такие как optimal tuning accounts, и argue against тех, которые focus primarily на target feature itself.

Наряду с comparable findings в spatial attention, это suggests, что warping может быть general principle of attention, с perceptual representations undergoing rapid and adaptive changes, когда attention acts to separate items, которые similar. Эффективное внимание может достигаться ценой перцептивных искажений, изменяя наш сенсорный опыт для оптимизации обработки информации.