Visuell rumslig uppmärksamhet

Visuell rumslig uppmärksamhet är en form av visuell uppmärksamhet som innebär att rikta uppmärksamheten till en plats i rymden. I likhet med dess tidsmässiga motsvarighet visuell temporal uppmärksamhet , har dessa uppmärksamhetsmoduler implementerats i stor utsträckning i videoanalys i datorseende för att ge förbättrad prestanda och mänsklig tolkningsbar förklaring av modeller för djupinlärning .

Rumslig uppmärksamhet tillåter människor att selektivt bearbeta visuell information genom prioritering av ett område inom synfältet. Ett område av rymden inom synfältet väljs ut för uppmärksamhet och informationen inom denna region får sedan vidare bearbetning. Forskning visar att när rumslig uppmärksamhet framkallas är en observatör vanligtvis snabbare och mer exakt på att upptäcka ett mål som dyker upp på en förväntad plats jämfört med en oväntad plats. Uppmärksamheten styrs ännu snabbare till oväntade platser, när dessa platser görs framträdande av externa visuella input (som en plötslig blixt). Enligt V1 Saliency Hypothesis spelar den mänskliga primära visuella cortex en avgörande roll för en sådan exogen uppmärksamhetsstyrning.

Rumslig uppmärksamhet skiljer sig från andra former av visuell uppmärksamhet som objektbaserad uppmärksamhet och funktionsbaserad uppmärksamhet. Dessa andra former av visuell uppmärksamhet väljer ett helt objekt eller en specifik egenskap hos ett objekt oavsett dess placering, medan rumslig uppmärksamhet väljer ett specifikt område av rymden och objekten och funktionerna inom den regionen bearbetas.

Mått på visuell rumslig uppmärksamhet

Spatial cueing experiment

En viktig egenskap hos visuell uppmärksamhet är att uppmärksamhet kan väljas baserat på rumslig plats och rumsliga cueing-experiment har använts för att bedöma denna typ av urval. I Posners cueing-paradigm var uppgiften att upptäcka ett mål som kunde presenteras på en av två platser och svara så snabbt som möjligt. I början av varje försök presenteras en cue som antingen indikerar platsen för målet (giltig cue) eller indikerar den felaktiga platsen och därmed missriktar observatören (ogiltig cue). Dessutom finns det i vissa försök ingen information om målets placering, eftersom ingen cue presenteras (neutrala försök). Två distinkta signaler användes; köet var antingen ett perifert "flimmer" runt målets plats (perifer cue) eller så visades cue centralt som en symbol, till exempel en pil som pekade på platsen för målet (central cue). Observatörer är snabbare och mer exakta på att upptäcka och känna igen ett mål om platsen för målet är känd i förväg. Dessutom leder felaktig information till försökspersoner om målets placering till långsammare reaktionstider och sämre noggrannhet i förhållande till prestanda när ingen information om målets placering ges.

Spatial cueing-uppgifter bedömer vanligtvis hemlig rumslig uppmärksamhet , vilket hänvisar till uppmärksamhet som kan förändras rumsligt utan några åtföljande ögonrörelser . För att undersöka hemlig uppmärksamhet är det nödvändigt att se till att observatörens ögon förblir fixerade på en plats under hela uppgiften. I rumsliga cueing-uppgifter instrueras försökspersonerna att fixera vid en central fixeringspunkt. Vanligtvis tar det 200 ms att göra en saccadisk ögonrörelse till en plats. Därför presenteras den kombinerade varaktigheten för signalen och målet vanligtvis på mindre än 200 ms. Detta säkerställer att hemlig rumslig uppmärksamhet mäts och att effekterna inte beror på tydliga ögonrörelser. Vissa studier övervakar specifikt ögonrörelser för att säkerställa att observatörens ögon kontinuerligt är fixerade på den centrala fixeringspunkten.

De centrala och perifera ledtrådarna i rumsliga cueing-experiment kan bedöma orienteringen av hemlig rumslig uppmärksamhet. Dessa två ledtrådar verkar använda olika mekanismer för att orientera rumslig uppmärksamhet. De perifera ledtrådarna tenderar att dra till sig uppmärksamhet automatiskt och rekryterar nedifrån och upp uppmärksamhetskontrollprocesser. Omvänt tros centrala signaler vara under frivillig kontroll och använder därför top-down-processer. Studier har visat att perifera ledtrådar är svåra att ignorera, eftersom uppmärksamheten riktas mot den perifera signalen även när observatören vet att signalen inte förutsäger platsen för målet. Perifera ledtrådar orsakar också en tilldelning av uppmärksamhet mycket snabbare än centrala ledtrådar, eftersom centrala ledtrådar kräver längre bearbetningstid för att tolka signalen.

Rumsliga sondexperiment

I spatial cueing-uppgifter orsakar den rumsliga proben (cue) en allokering av uppmärksamhet till en viss plats. Rumssonder har också ofta använts i andra typer av uppgifter för att bedöma hur rumslig uppmärksamhet fördelas.

Rumsliga sonder har använts för att bedöma rumslig uppmärksamhet vid visuella sökningar. Visuella sökuppgifter involverar detektering av ett mål bland en uppsättning distraktorer. Uppmärksamhet på platsen för objekt i sökningen kan användas för att vägleda visuella sökningar. Detta visades genom giltiga signaler som förbättrade identifieringen av mål i förhållande till de ogiltiga och neutrala förhållandena. En visuell sökskärm kan också påverka hur snabbt en observatör reagerar på en rumslig sond. I en visuell sökuppgift dök en liten prick upp efter en visuell visning och det visade sig att observatörer var snabbare på att upptäcka punkten när den befann sig på samma plats som målet. Detta visade att rumslig uppmärksamhet hade tilldelats målplatsen.

Användningen av flera uppgifter samtidigt i ett experiment kan också visa allmänheten av rumslig uppmärksamhet, eftersom allokering av uppmärksamhet till en uppgift kan påverka prestanda i andra uppgifter. Till exempel fann man att när uppmärksamhet ägnades åt att detektera en flimrande prick (spatial sond), ökade detta sannolikheten för att identifiera närliggande bokstäver.

Fördelning av rumslig uppmärksamhet

Fördelningen av rumslig uppmärksamhet har varit föremål för omfattande forskning. Följaktligen har detta lett till utvecklingen av olika metaforer och modeller som representerar den föreslagna rumsliga fördelningen av uppmärksamhet.

Spotlight metafor

Enligt "spotlight"-metaforen är fokus för uppmärksamhet analogt med strålen från en spotlight. Den rörliga strålkastaren riktas mot en plats och allt inom dess stråle bevakas och bearbetas företrädesvis, medan information utanför strålen är obevakad. Detta tyder på att fokus för visuell uppmärksamhet är begränsad i rumslig storlek och går över till att bearbeta andra områden i synfältet.

Zoom-lins metafor

Forskning har visat att uppmärksamhetsfokus varierar i storlek. Eriksen och St James föreslog 'zoom-lins'-metaforen, som är ett alternativ till spotlight-metaforen och tar hänsyn till uppmärksamhetens varierande karaktär. Detta konto liknar fördelningen av uppmärksamhet med ett zoomobjektiv som kan begränsa eller vidga uppmärksamhetens fokus. Detta stödjer fynd som visar att uppmärksamhet kan fördelas både över ett stort område av synfältet och även fungera i ett fokuserat läge. Till stöd för denna analogi har forskning visat att det finns ett omvänt förhållande mellan storleken på uppmärksamhetsfokuset och effektiviteten av bearbetningen inom gränserna för ett zoomobjektiv.

Gradient modell

Gradientmodellen är en alternativ teori om fördelningen av rumslig uppmärksamhet. Denna modell föreslår att uppmärksamhetsresurser allokeras i ett gradientmönster, med koncentrerade resurser i centrum och resurser minskar på ett kontinuerligt sätt bort från centrum. Downing utförde forskning med hjälp av en anpassning av Posners cueing-paradigm som stödde denna modell. Målet kan dyka upp på 12 potentiella platser, markerade med rutor. Resultaten visade att uppmärksamhetsfacilitering var starkast på den angivna platsen och minskade gradvis med avståndet bort från den pekade platsen. Dock har inte all forskning stött gradientmodellen. Till exempel, Hughes och Zimba genomförde ett liknande experiment, med hjälp av en högdistribuerad visuell array och använde inte rutor för att markera de potentiella platserna för målet. Det fanns inga bevis för en gradienteffekt, eftersom de snabbare svaren var när signalen och målet var i samma hemifield och långsammare svar när de var i olika hemifields. Lådorna spelade en viktig roll i uppmärksamheten som ett senare experiment, använde lådorna och hittade följaktligen ett gradientmönster. Därför anses det att gradientens storlek kan anpassas efter omständigheterna. En bredare gradient kan användas när det finns en tom display, eftersom uppmärksamheten kan spridas och endast begränsas av halvfältsgränser.

Dela rumslig uppmärksamhet

Det diskuteras i forskning om visuell rumslig uppmärksamhet om det är möjligt att dela upp uppmärksamheten över olika områden i synfältet. Konton "spotlight" och "zoom-lins" postulerar att uppmärksamheten använder ett enda enhetligt fokus. Därför kan rumslig uppmärksamhet endast allokeras till angränsande områden i synfältet och kan följaktligen inte delas. Detta stöddes av ett experiment som förändrade det rumsliga cueing-paradigmet genom att använda två cues, en primär och en sekundär cue. Det visade sig att den sekundära signalen endast var effektiv för att fokusera uppmärksamheten när dess placering låg intill den primära signalen. Dessutom har det visats att observatörer inte kan ignorera stimuli som presenteras i områden belägna mellan två cued platser. Dessa fynd har föreslagit att uppmärksamheten inte kan delas mellan två icke sammanhängande regioner. Andra studier har dock visat att rumslig uppmärksamhet kan delas upp på två platser. Till exempel kunde observatörer titta samtidigt på två olika mål placerade på motsatta halvfält. Forskning har till och med föreslagit att människor kan fokusera uppmärksamheten på två till fyra platser i synfältet. Ett annat perspektiv är att rumslig uppmärksamhet endast kan delas under vissa förutsättningar. Detta perspektiv antyder att uppdelningen av rumslig uppmärksamhet är flexibel. Forskning visade att om rumslig uppmärksamhet är enhetlig eller delad beror på målen för uppgiften. Därför, om uppdelning av uppmärksamhet är fördelaktigt för observatören, kommer ett delat fokus på uppmärksamhet att användas.

En av de största svårigheterna med att fastställa om rumslig uppmärksamhet kan delas upp är att en enhetlig fokusmodell för uppmärksamhet också kan förklara ett antal av fynden. Till exempel, när två icke sammanhängande platser behandlas, kanske det inte är så att uppmärksamheten har delats mellan dessa två platser utan istället kan det vara så att uppmärksamhetens enhetliga fokus har utökats. Alternativt kan det hända att de två platserna inte behandlas samtidigt och istället flyttas fokusområdet snabbt från en plats till en annan. Följaktligen förefaller det mycket svårt att utan tvekan bevisa att rumslig uppmärksamhet kan delas.

Brister i visuell rumslig uppmärksamhet

Hemineglekt

Hemineglekt [1] , även känd som unilateral visuell försummelse, uppmärksamhetsförsummelse, hemispatial neglekt eller spatiell försummelse, är en störning som innehåller ett betydande underskott i visuospatial uppmärksamhet. Hemineglekt hänvisar till oförmågan hos patienter med ensidig hjärnskada att upptäcka föremål i sidan av rymden kontralateralt till lesionen (kontralesional); dvs skada på den högra hjärnhalvan som resulterar i försummelse av föremål på den vänstra sidan av rymden, och kännetecknas av hemisfärisk asymmetri. Prestanda bibehålls i allmänhet på sidan ipsilateralt till lesionen (ipsilesional). Hemineglekt är vanligare och förmodligen allvarligare efter skador på höger hjärnhalva hos högerhänta försökspersoner. Det har föreslagits att de högra parietalloberna är jämförelsevis mer ansvariga för allokeringen av rumslig uppmärksamhet, därför ger skador på denna hemisfär ofta mer allvarliga effekter. Dessutom är det svårt att med noggrannhet kartlägga de visuella sensoriska bristerna i det försummade halvfältet.

Försummelse diagnostiseras med hjälp av en mängd olika uppgifter med papper och penna. En vanlig metod är Complex Figure Test (CFT). CFT kräver att patienter kopierar en komplicerad linjeritning och sedan återskapar den från minnet. Ofta kommer patienter att försumma funktioner som finns på den kontralesionala sidan av utrymme och föremål. Patienter med vanvård kommer att prestera på liknande sätt när de återger mentala bilder av välbekanta platser och föremål. Ett vanligt fel är att man misslyckas med att inkludera siffror på den vänstra sidan av en bild när man ritar en analog klocka från minnet, till exempel kan alla siffror placeras på den högra sidan av urtavlan.

En annan uppgift med papper och penna är linjehalveringsuppgiften. I denna övning måste patienterna dela en horisontell linje halvvägs. Patienter med försummelse kommer ofta att dela linjen till höger om den verkliga mitten och lämna den vänstra delen av linjen obevakad.

Uppgifter för att annullera objekt används också för att fastställa omfattningen av potentiellt underskott. Under denna uppgift måste patienterna stryka ut (krysa ut) alla objekt i en rörig display (t.ex. linjer, geometriska former, bokstäver, etc.). Patienter med skador främst på höger parietalområde misslyckas med att upptäcka föremål i det vänstra visuospatiala fältet, och dessa stryks ofta inte över av patienten. Dessutom tenderar de patienter som kan vara allvarligt drabbade att misslyckas med att upptäcka sina fel vid visuell inspektion.

Utdöende

Extinktion är ett fenomen som kan observeras under dubbel simultan stimulering av både vänster och höger synfält. Patienter med extinktion kommer att misslyckas med att uppfatta stimulus i det kontralesionala synfältet när det presenteras i samband med ett stimulus i det ipsilesionala fältet. Men när de presenteras på egen hand kan patienterna korrekt uppfatta den kontralesionala stimulansen. Således misslyckas patienter med försummelse att rapportera stimuli som finns i det avvikande fältet, medan patienter med utsläckning misslyckas med att rapportera stimuli i det avvikande fältet endast när dubbla samtidiga presentationer förekommer i båda hemifälten. Analogt med försummelse påverkar extinktion det kontralesionala visuospatiala fältet hos majoriteten av patienter med ensidig skada. Anatomiska korrelat av visuospatial försummelse och utrotning överlappar inte absolut, med utrotning som föreslås vara associerad med subkortikala lesioner.

En vanlig metod för snabb upptäckt av visuospatial utrotning är en Finger Confrontation Model. Utnyttjad som standard utvärdering vid sängkanten kräver uppgiften att patienten ska ange (antingen verbalt eller genom att peka) i vilket synfält läkarens hand eller finger rör sig, medan läkaren gör en vickande rörelse med sitt index. Detta gör det möjligt för läkaren att skilja mellan brister som liknar försummelse och de som kan tyda på utsläckning, genom att presentera antingen ett enda stimulus i det kontralesionala fältet eller två samtidiga stimuli i både det kontralesionala och ipsilesionala synfältet. Detta snabbtest kan användas omedelbart på sjukhus för snabb diagnos, och kan vara särskilt användbart efter stroke och anfall.

Regioner förknippade med försämring av visuospatial uppmärksamhet

Parietal skada

Den bakre parietalregionen är utan tvekan den mest omfattande studerade i relation till visuospatial uppmärksamhet. Patienter med parietallobsskada misslyckas oftast med att uppmärksamma stimuli lokaliserade på den kontralesionala hemisfären, vilket ses hos patienter med hemineglekt/unilateral synförsummelse. Som sådan kan de misslyckas med att känna igen en person som sitter till vänster om dem, de kan försumma att äta mat placerad till vänster eller göra huvud- eller ögonrörelser till vänster. Datortomografistudier (CT) har visat att den nedre parietallobulien i höger hjärnhalva är den vanligast skadade hos patienter med allvarlig vanvård.

Parietal skada kan minska förmågan att minska beslutsljud. Rumsliga ledtrådar verkar minska osäkerheten i ett visuospatialt beslut. Störning av rumslig orientering, som ses vid hemineglekt, tyder på att patienter med skador på parietalregionen kan uppleva en ökad svårighet att fatta beslut om mål som ligger i det kontralesionala fältet.

Skador på parietalregionen kan också öka illusoriska konjunktioner av funktioner. Illusoriska konjunktioner uppstår när människor rapporterar kombinationer av funktioner som inte förekom. Till exempel, när deltagaren presenteras med en orange fyrkant och en lila cirkel, kan deltagaren rapportera en lila fyrkant eller en orange cirkel. Även om det vanligtvis skulle kräva särskilda omständigheter för en icke-handikappad person att producera en illusorisk konjunktion, verkar det som om vissa patienter med skador på parietalbarken kan uppvisa en sårbarhet för sådana visuella funktionsnedsättningar. Resultat från parietalpatienter tyder på att parietal cortex, och därför rumslig uppmärksamhet, kan vara inblandad i att lösa detta problem med bindningsegenskaper.

Frontallobsskada

Lesioner i frontala cortex har länge varit kända för att föregå spatial neglekt och andra visuospatiala brister. Specifikt har frontallobsskador associerats med ett underskott i kontrollen av över uppmärksamhet (produktion av ögonrörelser). Lesioner i de överlägsna frontallobsområdena som inkluderar de främre ögonfälten verkar störa vissa former av öppna ögonrörelser. Det har visat sig av Guitton, Buchtel och Douglas att ögonrörelser riktade bort från ett plötsligt uppträdande visuellt mål ("antisaccade") är anmärkningsvärt försämrad hos patienter med skador på de främre ögonfälten, som ofta gjorde reflexiva ögonrörelser till målet. När patienter med frontalögonfält gjorde antisackader, hade de ökad latens för sina ögonrörelser jämfört med kontroller. Detta tyder på att frontalloberna, särskilt den dorsolaterala regionen som innehåller de främre ögonfälten, spelar en hämmande roll för att förhindra reflexiva ögonrörelser vid öppen uppmärksamhetskontroll. Vidare kan de främre ögonfälten eller omgivande områden vara kritiskt förknippade med försummelse efter dorsolaterala frontala lesioner.

Frontallobsskador verkar också ge brister i visuospatial uppmärksamhet relaterad till hemlig uppmärksamhet (orientering av uppmärksamhet utan krav på ögonrörelse). Med hjälp av Posners Spatial Cueing Task fann Alivesatos och Milner (1989; se ) att deltagare med frontallobsskador visade en jämförelsevis mindre uppmärksamhetsnytta av de giltiga ledtrådarna än kontrolldeltagare eller deltagare med tinninglobsskada. Frivillig orientering av pannlobspatienter verkar vara nedsatt.

Den högra laterala frontallobsregionen visade sig också vara associerad med vänstersidig visuell försummelse i en undersökning utförd av Husain & Kennard. En region av överlappning hittades i lokaliseringen av lesioner hos fyra av fem patienter med vänstersidig synförsummelse, särskilt den dorsala aspekten av den nedre frontala gyrusen och den underliggande vita substansen. Dessutom detekterades överlappning av lesionsområden också i den dorsala regionen av Brodmann-område 44 (framför den premotoriska cortexen). Dessa resultat implicerar ytterligare frontalloben i att rikta uppmärksamheten i det visuella rummet.

Thalamiska kärnor skada (pulvinär kärna)

Talamiska kärnorna har spekulerats vara inblandade i att rikta uppmärksamheten mot platser i det visuella rummet. Specifikt verkar den pulvinära kärnan vara inblandad i den subkortikala kontrollen av rumslig uppmärksamhet, och lesioner i detta område kan orsaka försummelse. Bevis tyder på att den pulvinära kärnan i thalamus kan vara ansvarig för att engagera sig i rumslig uppmärksamhet på en tidigare pekad plats. En studie av Rafal och Posner fann att patienter som hade akuta pulvinära lesioner var långsammare att upptäcka ett mål som dök upp i det kontralesionala visuospatiala fältet jämfört med utseendet av ett mål i det ipsilesionala fältet under en spatial cuing-uppgift. Detta tyder på ett underskott i förmågan att använda uppmärksamhet för att förbättra prestanda vid detektering och bearbetning av visuella mål i den kontralesionala regionen.

Använd i kamouflage

Kamouflage förlitar sig på att lura observatörens kognition, till exempel ett rovdjur . Vissa kamouflagemekanismer som distraktiva markeringar fungerar sannolikt genom att konkurrera om visuell uppmärksamhet med stimuli som skulle ge bort närvaron av det kamouflerade föremålet (som ett bytesdjur). Sådana markeringar måste vara iögonfallande och placerade bort från konturen för att undvika att dra uppmärksamhet till den, till skillnad från störande markeringar som fungerar bäst när de kommer i kontakt med konturen.

Se även

• Aktivitetsigenkänning / handlingsigenkänning
• Uppmärksamhet
• Visuell tidsmässig uppmärksamhet