Внимание и производительность

Внимание и производительность

• Человеческий мозг ограничен в том, как много информации он может обрабатывать одновременно.
• Даже если наше тело может совершать несколько действий одновременно, человеческий мозг, как правило, может параллельно обрабатывать только один тип информации.
• Например, мы можем одновременно ходить и жевать жвачку (разные системы движения), но не можем одновременно выполнить два действия одной рукой (одна система).

Серийные узкие места

• Это узкополосные системы, которые способны обрабатывать информацию только поочередно.
• Один из примеров - система двигательного управления. В то время как разные части нашего тела могут действовать независимо, одна система не может одновременно управлять двумя действиями одного типа.
• Существует вопрос о том, когда возникают эти узкие места: перед тем, как мы воспринимаем стимул, после того, как мы воспринимаем стимул, но до того, как мы о нем думаем, или только перед тем, как требуется двигательная реакция.

Стимул против цели в зрительном внимании

• Внимание может быть привлечено либо стимулирующим фактором (внешний стимул), либо задачей, то есть целью.
• В первом случае мы реагируем на то, что привлекает наше внимание, например, яркий объект.
• Во втором случае мы намеренно направляем наше внимание на что-то, например, чтобы найти конкретный объект на картине.

Слуховое внимание: выбор между сообщениями

• Исследования, которые проводятся на основе дихотической аудио стимуляции, показывают, что люди могут фокусироваться только на одном сообщении, игнорируя другое.
• Традиционно считалось, что внимание выбирает сообщение на основе физических характеристик (например, громкости или высоты тона), но люди могут также полагаться на содержание сообщения.

Теория ослабления и теория позднего отбора

• Теория ослабления предполагает, что информация, полученная в "нецелевом" канале, не фильтруется полностью, а просто ослабляется.
• Это означает, что, хотя информация, полученная в "нецелевом" канале, может быть менее заметна, она все равно может быть обработана с помощью семантических (смысловых) критериев.
• Теория позднего отбора предполагает, что обработка всей входящей информации происходит до уровня семантического анализа, и только после этого отбор происходит.

Зрительно-осязательные иллюзорные конъюнкции

• Если наше внимание не сфокусировано на объекте, мы все равно можем воспринимать его отдельные характеристики, но мы можем ошибочно связывать характеристики разных объектов.
• Например, мы можем видеть красную букву "Т" и синюю букву "S", но в итоге воспринимать их как синюю букву "Т".
• Люди, у которых повреждена теменная кора, особенно склонны к таким иллюзиям.

Параллельная обработка в когнитивной задаче

• В то время как наше восприятие может быть ограничено, мы можем выполнять несколько когнитивных задач одновременно.
• Однако задачи, которые требуют центрального внимания, трудно выполнять одновременно.
• Например, очень сложно одновременно складывать и умножать числа.
• Эксперименты показали, что люди могут не только выполнять несколько задач одновременно, но и управлять различными задачами, создавая приоритеты.

Теория фильтра Бродбента

• Бродбент (1958) предложил раннюю теорию отбора, называемую теорией фильтра, чтобы объяснить результаты дихотического прослушивания.
• Теория предполагает, что сенсорная информация проходит через систему до тех пор, пока не достигает определенного «узкого места» (бутылочного горлышка).
• В этом месте человек выбирает, какое сообщение обрабатывать, основываясь на физических характеристиках.
• Человек отфильтровывает другую информацию.
• В задаче дихотического прослушивания теория предполагает, что сообщение в каждое ухо регистрируется, но в какой-то момент участник выбирает одно ухо для прослушивания.
• На шумной вечеринке мы выбираем, за кем следить, на основе физических характеристик, таких как высота голоса говорящего.

Центральное внимание: выбор линий размышлений

• Центральное внимание — это процесс выбора линии размышлений для дальнейшей обработки.
• Центральное внимание ограничивает количество информации, которое мы можем обработать одновременно.
• Мы можем обрабатывать только один поток речи за раз, двигать руками одним образом за раз или говорить одно за раз.
• Центральное внимание — это «узкое место» в когнитивной обработке, из-за которого мы редко обнаруживаем, что думаем о двух вещах одновременно.
• Центральное внимание влияет на то, как мы распределяем внимание на стимулы в зрительной и звуковой модальностях.
• Исследования также показали, что люди могут переключать свое внимание по различным местоположениям в зрительном массиве последовательно, а не одновременно.

Теория поздней селекции

• Дёйч и Дёйч (1963) предложили теорию поздней селекции, согласно которой вся поступающая информация обрабатывается полностью без ослабления.
• Предполагается, что ограничения по объёму обработки связаны не с системой восприятия, а с системой реагирования.
• Согласно этой теории, люди могут воспринимать несколько сообщений, но могут озвучить только одно сообщение за раз.

Внимание и зрительное поле

• Люди могут направлять внимание на конкретную часть зрительного поля, выбирая объекты, которые они хотят воспринимать, аналогично выбору направления взгляда.
• Например, во время чтения мы передвигаем глаза для фиксации внимания на словах, которые мы хотим прочитать.
• Однако фокус зрительного внимания не всегда совпадает с той частью зрительного поля, которая обрабатывается центральной ямкой сетчатки.
• В одном эксперименте Posner, Nissen и Ogden (1978) попросили участников зафиксировать взгляд на определённой точке, после чего предъявляли стимул на 7° влево или вправо от точки фиксации.
• Участникам сообщалось, на какой стороне с большей вероятностью появится стимул, или не давали такой информации.
• Предупреждение было правильным в 80% случаев, но в 20% случаях стимул появлялся на неожиданной стороне.

Влияние зрительного внимания на обработку информации

• Исследование Roelfsema, Lamme и Spekreijse (1998) продемонстрировало влияние зрительного внимания на обработку информации в первичной зрительной коре у макак.
• В исследовании макаки должны были фиксировать взгляд на определённом стимуле и затем перевести взгляд на конец кривой, которая соединяла точку фиксации с синей точкой.
• В ходе эксперимента учёные регистрировали активность нейронов первичной зрительной коры у обезьян.
• Нейрон, рецептивное поле которого находилось на кривой, связанной с точкой фиксации, проявлял более высокую активность в течение 600-миллисекундного периода ожидания, перед тем как макаки переводили взгляд на конец кривой.
• Этот эксперимент показал, что нейронная активность в участках зрительной коры, соответствующих зоне зрительного внимания, усиливается, когда человек концентрирует внимание на определённом пространственном положении.

Визуальный поиск

• Люди могут выбирать объекты для внимания как на основе физических свойств, так и на основе расположения.
• Например, если требуется найти красный круг среди зелёных квадратов, мы можем легко найти круг, основываясь на цвете.
• Но не всё, на что люди обращают внимание, можно определить на основе простых физических свойств.
• Например, нужно найти букву «Т» среди букв «L», «W», «N» — это уже сложная задача.

Зрительное невнимание

• Зрительное невнимание — это неспособность человека замечать объекты в определенной части зрительного поля.
• Неспособность замечать объекты в левой части зрительного поля часто наблюдается у людей с повреждением правого полушария.
• Люди с повреждением правого полушария часто демонстрируют особенное поведение.
• Например, один пациент брился только с одной стороны лица (Sacks, 1985).

Ингибирование возврата

• Ингибирование возврата — это явление, когда внимание менее охотно возвращается к расположению, где ранее было зафиксировано внимание.
• Исследование Tipper, Driver и Weaver (1991) показало, что ингибирование возврата может быть как пространственным (к месту нахождения объекта), так и объектным (к самому объекту).
• В их исследовании участникам демонстрировали два кадра, на которых объекты вращались вокруг экрана, после чего один из объектов «мигал».
• Результаты показали, что участники были медленнее в обнаружении объекта на той стороне экрана, где объект «мигал», даже если он находился в другой позиции.
• То есть их зрительная система ингибировала взгляд на сам объект (не на его местоположение), даже если объект находился в другом месте.
• Эти результаты показывают, что зрительная система может направлять внимание как на конкретные места в пространстве, так и на объекты.

Теория позднего отбора (Deutsch, 1963)

• Предлагает, что вся поступающая информация обрабатывается полностью, без ослабления.
• Ограничение в не в системе восприятия, а в системе отклика.
• Люди способны воспринимать множество сообщений, но могут произнести только одно.
• Необходимо выбрать, какое сообщение будет озвучено.

Внимание в задачах с двойным выполнением

• Byrne & Anderson (2001): участники тратили почти вдвое больше времени на выполнение каждой задачи при решении задачи с двойным выполнением.
• Schumacher et al. (2001): продемонстрировали идеальное разделение времени, но с более простыми задачами, чем в эксперименте Byrne & Anderson (2001).
• Временные затраты на выполнение задачи с двойным выполнением превышают сумму времени, потраченного на каждую задачу по отдельности.
• Время, вероятно, отражает затраты на переключение между задачами.

Структуры мозга, задействованные во внимании

• Передняя префронтальная кора: управляет центральным познанием,
• Моторная кора: управляет движениями рук в направлении объектов и мест
• Париетальная кора: отвечает за внимание к местам и объектам
• Передняя поясная кора: контролирует конфликты,
• Слуховая кора:
• Экстрастриатная кора:

Ранняя против поздней селекции

• Невозможно одновременно складывать и умножать два числа.
• Теории ранней селекции и поздней селекции пытаются объяснить, где именно происходят "узкие места" в обработке информации.
• "Узкие места" ограничивают объем информации, которую мы можем обработать одним разом.
• Изучение внимания направлено на выявление этих "узких мест" и на понимание того, как происходит отбор информации в этих "узких местах".

Факторы, определяющие выбор информации

• Целенаправленные факторы (эндогенный контроль) - это те, которые приводят к сознательному выбору информации.
• Стимульно-зависимые факторы (экзогенный контроль) - это когда наша внимание приковывают сильные, привлекающие внимание стимулы.

Визуальное внимание: поиск объектов

• Поиск объекта в сложном окружении (например, лица друга в толпе) может занимать значительное время.
• Исследования зрительного внимания часто изучают поиск простых объектов (например, букв) в строки из букв, как в эксперименте Нейссера (1964).
• В опыте Нейссера участникам надо было найти букву "К" среди других букв.
• Среднее время, которое участникам потребовалось для того, чтобы найти «К», было примерно на 0,6 секунды больше для каждой строчки.
• В процессе такой поисковой деятельности мозг использует усиленное внимание, это подтверждают данные нейровизуализации, показывающие высокую активность в теменной коре во время поиска (Кэнвишер и Вайджоулик, 2000).

Автоматизация: практика делает профессионалом

• Тренировка позволяет выполнять задачи с минимальными усилиями.
• Процесс становления задачи автоматической состоит в уменьшении роли центрального познания.
• Вождение автомобиля - хороший пример: водители с большим опытом могут вести беседу, одновременно управляя автомобилем.
• У опытных водителей часто бывает "провал" в памяти о том, что происходило в течение длительных поездок по трассе.
• Исследователи много раз демонстрировали, как практика делает возможным параллельную обработку информации.
• Морэй (1974) после долгих лет исследования метода "теневого повторения" стал очень хорошо воспроизводить информацию из неслушаемого канала (то есть канала, который он не должен был воспроизводить).
• Благодаря практике для Морэя "теневое повторение" стало частично автоматизированным, у него освободились ресурсы, чтобы обрабатывать информацию из неслушаемого канала.

Профилактика недостатков внимания

• Пациенты с небрежением левой половины зрительного поля имеют тенденцию отклонять свои суждения о "среднем" в сторону правой части.
• Например, в случае чисел от 1 до 5, они назовут число 4 как "среднее".
• То же самое относится к буквам: между буквами «P» и «T» они назовут буква «S» как "средняя".
• Такие тенденции свидетельствуют о том, что они не обращают внимание на элементы, расположенные слева от центра.
• Правая теменная доля играет главную роль в распределении пространственного внимания (Зорзи и др., 2006).
• Правая теменная доля задействована в распределении пространственного внимания в различных модальности (например, зрительной и слуховой) (Заторре и др., 1999).
• Правая теменная доля важнее левой в распределении пространственного внимания. Поэтому нарушения в правой теменной доле приводят к более ярко выраженным дефицитам внимания.
• Повреждение левой теменной доли вызывает более менее слабые нарушения внимания.
• Правая теменная доля отвечает за внимание к глобальным чертам, таким как пространственное расположение, а левая теменная доля
  управляет вниманием к локальным характеристикам объектов (Робертсон и Рафаль, 2000).

Двойная задача: параллельная обработка

• Эксперимент Шумахер и других (2001) показывал, что люди могут одновременно обрабатывать информацию из различных сенсорных систем (например, зрительная и слуховая) или выполнять движения в нескольких моторных системах.
• Но обрабатывать информацию из одной и той же системы (включая центральное познание) одновременно невозможно.
• В первом эксперименте участники смогли достичь высокого уровня одновременного выполнения двух задач только после пяти дней
  тренировки.
• Это показывает, что у людей есть ограничения в способности одновременно обрабатывать информацию.
• В этом эксперименте участники воспринимали буквы на экране и слушали тоны.
• Участникам предлагалось выполнять две задачи одновременно: дискриминацию буквы и дискриминацию тона.
• Двойная задача требовала использования одного и того же центрального когнитивного ресурса.
• В результате, участники не смогли показать очень высокий уровень по успешности в дискриминации обоих стимулов (буквы и тона ), как в эксперименте с одной задачей.
• "Теневое повторение" является доказательством того, что практика может сделать задачу более автоматической и освободить ресурсы для обработки другой информации.
• Этот эксперимент подтверждает, что люди способны обрабатывать информацию из разных систем (таких как зрение и слух) одновременно.
• Однако они не могут одновременно обрабатывать информацию из одной и той же системы (как, например, центральное познание).

Визуальное внимание

• Мы фокусируем визуальное внимание на определенной части визуального поля, выделяя для этой области самые мощные ресурсы обработки зрительной информации.
• Внимание не всегда совпадает с зоной, обрабатываемой центральной ямкой.
• Визуальное внимание можно направить на другую область зрительного поля, отличную от центральной ямки, например, на область, куда человек смотрит, чтобы рассмотреть что-либо.
• В ходе исследования, участники фокусировались на определенной точке, а затем им показывали стимул, который появлялся на 7 градусов влево или вправо от точки фиксации.
• Исследователи отслеживали движение глаз и учитывали только те попытки, в которых глаза оставались на точке фиксации.

Поиск визуальных объектов

• При поиске комплексных объектов, таких как лицо друга в толпе, человек последовательно просматривает лица, чтобы найти то, которое соответствует определенным характеристикам.
• Исследователи использовали более простые стимулы, чтобы изучать поиск объектов, например, набор букв, в котором нужно найти букву К.
• Среднее время, которое требуется участникам для поиска буквы, увеличивается пропорционально номеру строки, в которой она находится, что говорит о том, что участники выделяют больше внимания процессу поиска.
• Люди при поиске объекта быстро сканируют поле зрения, например, строчку букв, чтобы найти цель.
• Во время такого поиска активируется теменная кора, которая отвечает за пространственное внимание.
• Поиск объекта может быть интенсивным, но не всегда. В некоторых случаях, мы можем легко найти нужный объект.

Проблема связывания

• В зрительной системе существует несколько типов нейронов, которые реагируют на определенные признаки объекта, такие как цвет, ориентация линий, движение объекта.
• В результате, один объект на поле зрения включает в себя несколько различных признаков.
• Индивидуальные признаки объекта могут обрабатываться в разных областях мозга, возникает вопрос, как все эти признаки объединяются в один объект.
• В экспериментах выяснилось, что внимание необходимо для того, чтобы объединить отдельные признаки объекта в единое целое.

Внимание и двузадачность

• В одном исследовании участники выполняли две задачи одновременно:
• нажимать левую, среднюю или правую кнопку, в зависимости от того, на каком экране (слева, в центре или справа) появляется буква.
• произносить “один”, “два” или “три”, в зависимости от того, каким тоном (низким, средним или высоким) звучит акустический сигнал.
• Участники успешно справлялись с обеими задачами, если задача была простой.
• Когда задача более сложная, способность человека к двузадачности снижается.
• Более сложные задачи, требуют больше времени, чем простые задачи.

Исследование Грея и Веддерберна (1960)

• Грей и Веддерберн (1960) провели эксперимент, в котором учащимся Оксфордского университета было поручено следить за смысловым сообщением, которое переключалось между двумя ушами.

• Участники могли следить за сообщением, который переключалось от одного уха к другому, изначально слыша "dogs six fleas" в одном ухе и "eight scratch two" в другом.

• В результате, участники сообщали "dogs scratch fleas", что говорит, что они следовали за смысловым сообщением, несмотря на то, что слышимый звук переключался между ушами.

Эксперимент Трейсман (1960)

• В эксперименте Трейсман (1960) учащимся было предложено концентрироваться на определенном ухе с значащим сообщением, которое в определенный момент переключалось на другое ухо, в котором звучало бессмысленное сообщение.

• Некоторые участники переключились на ухо с бессмысленным сообщением и продолжили концентрироваться на смысловом сообщении, а некоторые продолжили следить за смысловым сообщением в ухе, на которое было указано с начала эксперимента.

• Результаты показывают, что люди иногда используют физические характеристики (например, ухо) для выбора сообщения, за которым следить.

Влияние внимания на нейроны

• Ученые обнаружили нейроны, ответственные за определенные виды объектов, например, нейроны отвечали на синий вертикальный прямоугольник.

• При одновременном показа зеленого горизонтального прямоугольника и синего вертикального прямоугольника в поле восприятия нейрона, ученые обнаружили, что частота отклика нейрона остается тоже при концентрации на синем вертикальном прямоугольнике и снижается при концентрации на зеленом горизонтальном прямоугольнике.

• Это показывает что один и тот же стимул может вызывать разные реакции в зависимости от того, на какой объект обращает внимание человек.

• Ученые предполагают, что внимание подавляет отклик на все характеристики в поле восприятия, кроме тех, на которые обращает внимание человек.

• Аналогичные результаты были получены в исследованиях с человеком с использованием функциональной магнитной-резонансной томографии (фМРТ).

• Кастнер и его команда обнаружили что при направлении внимания в сторону от определенной зоны в поле восприятия сигнал фМРТ для этой зоны снижается, а при направлении внимания на эту зону, сигнал фМРТ сохраняется.

• Эти эксперименты показывают усиленную нейронную обработку объектов и мест, на которые обращает внимание человек.

Влияние повреждения теменной доли на пространственное представление

• Пациенты с повреждением правой теменной доли могут воспроизвести отдельные компоненты рисунка но не могут воспроизвести их пространственное расположение.

• Пациенты с повреждением левой теменной доли могут воспроизвести общее расположение рисунка но не могут воспроизвести его детали.

• Исследования с использованием фМРТ показали, что активность правой теменной зоны увеличивается при реагировании на глобальные паттерны, а активность левой теменной зоны увеличивается при реагировании на локальные паттерны.

Объектно-ориентированное внимание

• Объектно-ориентированное внимание — это когда люди фокусируют внимание на конкретных объектах, а не на областях пространства.

• В эксперименте Бехрманна , Земеля и Мозера (1998) участникам предлагалось оценить, одинаковое ли количество выступов на двух концах объектов.

• Участникам было легче обращать внимание на объект, чем на местоположение в пространстве.

• Познер и его команда обнаружили, что люди медленнее, когда переносят внимание на местоположение, в которое они уже смотрели (особенно при перемещении глаз).

Ингибирование возврата

• Типпер и его группа провели эксперимент, в котором участникам предлагалось смотреть на три квадрата .

• Внимание участников привлекалось к одному из крайних квадратов и затем к центральному квадрату.

• Затем стимул показывался в одном из двух крайних положениях.

• Участники отвечали медленнее, когда стимул показывался в том же квадрате, на который они уже смотрели ранее.

• Это явление называется ингибирование возврата - люди медленнее переносят внимание на местоположение, где оно уже было.

Время переключения между двумя задачами

• Шумахер и его команда провели эксперимент, в котором участникам предлагалось выполнить две задачи одновременно: воспринимать визуальные стимулы и слуховые стимулы.

• Результат показал, что участникам было трудно выполнить обе задачи одновременно, и им требовалась практика для достижения совершества.

• Этот эксперимент показывают, что людям трудно переключаться между двумя потоками обработки информации, не вмешиваясь друг в друга.