«Мертвые зоны» внимания

Приведенные выше примеры касались слепоты к изменениям, происходящим неожи­данно. Однако феномен слепоты к изменению проявляется и в тех случаях, когда субъект заранее знает о факте изменения и ищет его активно. Существует ряд специализированных лабораторных методик, изучающих целенаправленный поиск изменений. Самой известной такой методикой является парадигма мерцания (flicker paradigm) (Rensink et al., 1997): ис­пытуемому на экране попеременно предъявляются два статичных изображения, отличаю­щихся друг от друга всего одной деталью, а в перерыве между ними – пустой экран. Задача испытуемого – указать, какая деталь изменяется. Кроме того, при восприятии статичных изображений слепоту к изменению можно получить, если поверх изображения на короткое время предъявлять локальные дистракторы (так называемый эффект «грязевых брызг» – mud splashes) и одновременно с этим вводить изменение, пусть даже и не заслоненное от наблюдателя (O’Regan et al., 1999). Наконец, если изменение происходит во время саккады, оно также может остаться незамеченным (Grimes, 1996 – по: Simons, 2000).

Феномен слепоты к изменению тесно связан с проблемой зрительного внимания че­ловека и традиционно относится к классу так называемых ошибок внимания. Факторы, ко­торые влияют на легкость или сложность нахождения изменений, исследователи традици­онно связывают с управлением вниманием. Так, изменения, происходящие с предметами, передающими основной смысл зрительной сцены, замечаются гораздо легче, чем измене­ния второстепенных деталей. В терминологии Р. Рензинка и его коллег (Rensink et al., 1997) значимые предметы сцены называются предметами основного интереса (central interest), а второстепенные – предметами побочного интереса (marginal interest).

В одном из наших более ранних исследований изучались стратегии зрительного по­иска изменений в сложных сценах (Utochkin, submitted). Для данного исследования нами использовались изображения только со второстепенными изменениями. Именно в ходе этого исследования было сделано наблюдение, которое легло в основу настоящей экспери­ментальной работы. Так, мы обнаружили, что испытуемые на некоторых изображениях осо­бенно долго не могли найти изменения, находящиеся «на самом видном месте», т. е. очень близко к тому месту, которое, по нашим представлениям, должно было привлекать к себе основное внимание. Парадоксально, но такие близкие изменения подчас обнаруживались даже медленнее, чем изменения, происходящие вдали от объектов, привлекающих внима­ние. Тем не менее, у нас не было достаточных доказательств того, что такой эффект «прои­грыша» ближних изменений дальним является систематическим и что он связан именно с объектом, преимущественно находящимся в фокусе внимания.

Исследование, описываемое в настоящей работе, направлено на то, чтобы в систе­матически контролируемых экспериментальных условиях подтвердить или опровергнуть гипотезу, сделанную на основе вышеописанного наблюдения. В общем виде эту гипотезу можно сформулировать следующим образом: второстепенные изменения, происходящие ближе к фокусу внимания, замечаются хуже, чем те, которые происходят далеко от него. В свою очередь, это означает, что ближние изменения должны медленнее обнаруживаться испытуемыми, а также, вероятно, хуже опознаваться.

Для проверки этой гипотезы нами были проведены два эксперимента по обнаруже­нию и опознанию зрительных изменений. При этом в качестве стимульного материала были специально отобраны сложные изображения, содержащие явный «тематический центр» – объект, привлекающий к себе основное внимание (процедура отбора изображений описана ниже). Соответственно, ближние или дальние изменения второстепенных объектов вводи­лись относительно расположения этого главного объекта.

В обеих экспериментальных задачах испытуемые должны были найти зрительные из­менения, затратив на это как можно меньше времени, и описать, что именно менялось, т. е. вы­полнить обнаружение и опознание. Принципиальные отличия между двумя экспериментами состояли в условиях предъявления изменений. В первом случае использовалась стандартная методика мерцания (Rensink et al., 1997), в которой изменение происходит регулярно, но каждое изменение скрыто от глаз наблюдателя пустым экраном. Во втором случае (экспери­мент 2) нами была разработана и использована методика внезапного изменения, т. е. ситуа­ция, когда изменение происходит на глазах испытуемого, но всего один раз и в неожидан­ный момент. Хотя этот вариант задачи на обнаружение изменения обычно не используется в соответствующей экспериментальной области, он обладает более высокой экологической валидностью в сравнении с методикой мерцания, поскольку в большей степени приближен к реальному восприятию, где изменения происходят чаще всего внезапно и не повторяются. Таким образом, использование двух вариантов методики обнаружения изменений было при­звано усилить эмпирическую базу доказательства или опровержения основной гипотезы.

Эксперимент 1

Методика

Испытуемые

В исследовании приняли участие 55 студентов факультета менеджмента ГУ-ВШЭ – 18 мужчин и 37 женщин. Средний возраст испытуемых – 18,7 лет. Все испытуемые имели нормальное или скорректированное до нормального зрение.

Аппаратура и стимуляция

Стимуляция предъявлялась на экране стандартного VGA-монитора с диагональю 43 см. Частота обновления монитора составляла 85 Гц. Для предъявления стимулов исполь­зовалась программа-конструктор зрительной стимуляции StimMake (авторы А. Н. Гусев и А. Е. Кремлев).

В качестве стимулов были использованы 15 оригинальных фотографий, содержащих природные и городские пейзажи, изображения архитектурных сооружений и животных. Для каждой из фотографий с помощью программ Adobe Photoshop и MS Paint были из­готовлены модификации, отличающиеся от оригиналов одной деталью. Кроме этих фото­графий также использовался слайд с однородным серым полем, выполнявшим функцию «пустого стимула» (по методике мерцания).

12 из 15 фотографий использовались в основных сериях эксперимента и были специ­ально отобраны с помощью двойной процедуры, включавшей в себя экспертную оценку и запись движений глаз. Целью данной процедуры был выбор только таких изображений, ко­торые включали бы в себя один наиболее привлекательный (главный) объект или часть объекта и множество более или менее значимых (второстепенных) объектов, которые бы явно уступали главному по привлекательности. В процедуре экспертной оценки участвовали 17 студентов факультета психологии ГУ-ВШЭ. Им было предъявлено 16 изображений, пред­положительно обладавших вышеуказанным свойством. Каждое изображение предъявля­лось в программе MS PowerPoint с помощью мультимедийного проектора в течение 25 с. После предъявления каждого изображения испытуемые должны были по памяти письменно перечислить все детали, которые они видели на изображении, особо выделив главную, по их мнению, деталь, привлекающую больше всего внимания. Данная процедура напоминает процедуру определения главных и второстепенных объектов, использованную в классиче­ском исследовании Р. Рензинка и коллег (Rensink et al., 1997). Прошедшими отбор считались те изображения, в которых не менее 75 % экспертов указали одну и ту же главную деталь. Этому критерию удовлетворили 14 из 16 изображений. В процедуре записи движений глаз приняли участие 9 испытуемых, которым ставилась задача свободного рассматривания тех же самых 16 изображений, что и в задании на экспертную оценку. Время предъявления каж­дого изображения составило 25 с. Опыт проводился на базе факультета психологии МГУ им. М. В. Ломоносова с помощью системы регистрации движений глаз SMI RED III (частота смены кадра 50 Гц)¹. Рассчитывался процент от общего времени фиксаций заранее заданных сегментов зрительной сцены, содержащих центральный и некоторые из наиболее часто упо­минаемых периферических объектов. Если объект был достаточно крупным (более 4^о), он делился на более мелкие сегменты. С помощью данной методики были отобраны изображе­ния, в которых сегменты с максимальным процентом времени фиксаций совпали с главными объектами (по экспертным оценкам) и этот максимальный процент не менее чем в 3 раза пре­высил процент времени фиксации любого другого сегмента. В результате было отбраковано еще два изображения, и для основной серии эксперимента использовалось 12 изображений.

Для каждого из 12 изображений было сделано по три модификации в зависимости от тестируемого места изменений. Изменение могло происходить: 1) с главным объектом (или наиболее привлекательной его частью, если весь объект занимал большую площадь на экра­не), 2) с второстепенным объектом вблизи главного и 3) с второстепенным объектом вдали от главного. Соответственно, три типа изменений были названы нами: 1) центральными (поскольку главный объект рассматривался как система отсчета), 2) ближними и 3) даль­ними. Пример всех типов изменений представлен на рис. 1. К сожалению, уравнять второ­степенные и главные изменения по перцептивным и тем более семантическим характери­стикам оказалось невозможным, поскольку зачастую эти характеристики и определяли ста­тус объекта – главный он или второстепенный². Однако для ближних и дальних изменений такое уравнивание было сделано: на соответствующих модификациях одного изображения изменению подвергаются сходные объекты, приблизительно равные по угловому размеру, яркости и цвету. Например, на рис. 1 в качестве ближнего меняющегося объекта выступает исчезающая тень на песке от бабочки, а в качестве дальнего – такая же по площади часть тени от песчаной горки.

Рис. 1. Примеры зрительных изменений одного и того же изображения, использованных в экспериментах 1 и 2:

а – центральное изменение; б – ближнее изменение; в – дальнее изменение.

Остальные три из пятнадцати фотографий были взяты из предыдущих исследований слепоты к изменению, проведенных нами в лаборатории экспериментальной психологии ГУ-ВШЭ (Utochkin, submitted), и использованы для тренировочной серии. Эти изображе­ния не проходили такого же отбора, как изображения для основной серии, поскольку слу­жили только для ознакомления испытуемых с методикой проведения опыта.

Испытуемые усаживались перед экраном на расстоянии 60 см от монитора. В ин­струкции им сообщалось, что их задача – найти единственное различие между двумя по­переменно сменяющими друг друга изображениями. Как только различие обнаруживалось, испытуемый должен был немедленно сигнализировать об этом нажатием на кнопку Y кла­виатуры персонального компьютера, после чего на статичном слайде показать и назвать экс­периментатору изменяющуюся деталь. В случае непреодолимых затруднений испытуемый мог пропустить ответ, для чего также должен был нажать на кнопку Y и сообщить, что он не видит изменения. Если испытуемый не останавливал предъявление в течение 5 мин с нача­ла мерцания, то по прошествии этого времени его останавливал экспериментатор.

Предъявление стимулов. В ходе типичной пробы испытуемому попеременно показы­вались оригинальное изображение (назовем его A) и его копия с модифицированной дета­лью (назовем его A`), причем при каждой смене изображения с A на A` или обратно на экра­не предъявлялся «пустой стимул», что соответствует классическому алгоритму методики мерцания (Rensink et al., 1997). Длительность одного предъявления изображения A или A` составляла 400 мс, а длительность «пустого стимула» – 200 мс. Чередование стимулов A и A` происходило циклически до момента обнаружения изменения, т. е. до нажатия на кнопку. Одна последовательность «A-пустой стимул – A`-пустой стимул» рассматривалась как полный цикл мерцания. Схема мерцания показана на рис. 2. После нажатия на кнопку на экране появлялось изображение A (уже без лимитированного времени экспозиции), на котором испытуемый должен был показать и назвать менявшуюся деталь, после чего экс­периментатор запускал следующую пробу.

Рис. 2. Схема типичной пробы в эксперименте 1 (данное изображение не использовалось в настоящем исследовании).

В начале эксперимента испытуемые проходили тренировочную серию, состоящую из трех проб. Следом за тренировочной серией шла основная серия, состоящая из 12 проб, из которых четыре пробы содержали центральное изменение, четыре пробы – ближ­нее и четыре пробы – дальнее. Пробы с разными типами изменений предъявлялись в квазислучайном порядке так, чтобы один тип изменений не встречался два раза подряд. Каждое изображение встречалось у одного испытуемого только в одной пробе и только с одним из возможных типов изменения. Соответственно, разные типы изменений одного и того же изображения варьировались между испытуемыми.

В отличие от эксперимента 1, где каждое из 12 основных изображений предъявлялось только с одной из трех возможных модификаций, в эксперименте 2 предъявлялись все три модификации, но в разных пробах. Таким образом, общее количество проб в основной серии составило 36: 12 изображений с тремя типами изменений. При этом последовательность проб была составлена таким образом, чтобы каждому типу изменений равное количество раз предшествовал другой из двух оставшихся типов, а два одинаковых типа изменения встречались не более двух раз подряд. При этом в половине случаев последовательность проб предъявлялась в прямом, а в другой половине – в обратном порядке, т. е. в экспери­менте была применена схема реверсивного уравнивания. Кроме того, основной серии экс­перимента 2 предшествовала тренировочная серия, состоявшая из трех проб, в которые были включены те же изображения, что и в тренировочную серию эксперимента 1.

Независимой переменной, как и в эксперименте 1, был фактор «Место изменения», ко­торый варьировался на трех уровнях: центральное, ближнее и дальнее.

Зависимые переменные. Поскольку в эксперименте 2 изменение происходило на гла­зах испытуемого, задача обнаружения не требовала столь же развернутого во времени по­иска. В связи с этим основным скоростным параметром было время реакции (ВР) испы­туемого на зрительное изменение. Еще одна переменная – вероятность ошибки опознания, аналогичная одноименной переменной в эксперименте 1.

Особое место в процедуре анализа заняли ошибки пропуска. Поскольку согласно процедуре эксперимента проба повторялась до тех пор, пока испытуемый не обнаруживал изменения, общая (накопленная) вероятность пропусков должна была равняться 0, что равнозначно вероятности обнаружения, равной 1. Однако вероятность обнаружения для каждого повтора пробы не равна 1, и этот показатель информативен, с точки зрения фено­мена слепоты к изменению. Поэтому в качестве еще одной зависимой переменной мы рас­сматривали вероятность обнаружения изменений для четырех повторных предъявлений пробы, так как более четырех попыток испытуемым не требовалось. Ошибки локализации не анализировались, поскольку практически не встречались в ходе эксперимента.

Результаты

Общие результаты эксперимента представлены в табл. 2 и 3.

Таблица 2. Средние и стандартные отклонения времени реакции и вероятности ошибок опознания (по результатам эксперимента 2).

Дисперсионный анализ с повторными измерениями выявил значимые различия между тремя условиями независимой переменной для вероятности ошибки опознания (F(2,32)=56,70, p<0,001). Дополнительная проверка с помощью апостериорных критериев показала, что значимыми являются все парные различия между условиями. Как видно из табл. 2 и графика (рис. 4), меньше всего ошибок испытуемые допускают при опознании центральных изменений, больше всего – при опознании ближних изменений. Для ВР и показателей вероятности обнаружения при разных попытках различия между условиями независимой переменной оказались незначимыми.

Рис. 4. Средние значения вероятностей ошибок опознания в зависимости от места изменения (по результатам эксперимента 2) .

Общее обсуждение

Как видно из результатов эксперимента 1, выполненного по стандартной методике мерцания, у испытуемых наблюдается выраженный феномен слепоты к изменению. Для нас, однако, наиболее важным является пространственное «распределение» слепоты отно­сительно объектов или частей объектов, которые находятся преимущественно в фокусе вни­мания. Сравнительно короткое время поиска и низкий процент ошибок при обнаружении и опознании изменений, обозначенных нами как центральные, являются свидетельством в пользу того, что соответствующие объекты действительно привлекают к себе больше вни­мания, чем прочие объекты, которые подвергались изменению.

Что касается изменений ближних и дальних второстепенных объектов, нами были об­наружены феномены, в целом соответствующие предварительным наблюдениям и общей гипотезе настоящего исследования. Еще раз укажем на эти эффекты: 1) ближние измене­ния ищутся примерно в 1,5 раза дольше, чем дальние; 2) ближних изменений в 1,5 раза чаще вообще не удается найти; 3) наконец, испытуемые почти в три раза чаще совершают ошибки при опознании ближних изменений. Таким образом, все результаты эксперимента 1 указы­вают на снижение эффективности решения перцептивной задачи в отношении объектов, находящихся вблизи фокуса внимания.

Тем не менее, несмотря на видимую простоту этого задания, в нем также были заклю­чены определенные сложности для испытуемого. Главная из них заключалась в том, что из­менение происходило всего один раз в течение пробы в неизвестный заранее момент и в не­известном месте. Соответственно, в течение всего интервала наблюдения испытуемый имел только одну возможность заметить и опознать изменение. В отличие от стандартной методи­ки мерцания, реализованной в эксперименте 1, эта ситуация более близка к ситуациям реаль­ного восприятия, где события зачастую происходят не систематически и не повторяются.

В эксперименте 2 о процессах обнаружения и опознания изменений свидетельствуют разные зависимые переменные. На обнаружение прежде всего указывают ВР и вероятность обнаружения в каждой повторной попытке. На эффективность процесса опознания указы­вает вероятность ошибок опознания.

Как показывает распределение вероятностей обнаружения изменений по четырем по­вторным попыткам (см. табл. 3), процесс обнаружения даже в условиях отсутствия маски­ровки не является идеально эффективным, хотя вероятность обнаружения изменения уже с первой попытки довольно высока: 0,84–0,90. Иными словами, в эксперименте 2 нами были обнаружены признаки слепоты к изменению. Наиболее вероятными причинами слепоты в данных условиях являются мигания и движения глаз, совпадающие по времени с моментом изменения (по: Simons, 2000), хотя соответствующей синхронизации в ходе эксперимента не проводилось.

Обратимся теперь к анализу эффективности обнаружения изменений относительно трех условий независимой переменной. Согласно полученным результатам, место зрительного изменения не влияет ни на ВР, ни на вероятность обнаружения. Этим результат эксперимента 2 принципиально отличается от результатов эксперимента 1, где были показаны зависимости как времени поиска, так и вероятности ошибок пропуска от места изменения. На наш взгляд, такое различие результатов может быть объяснено разными требованиями, которые предъявляют две экспериментальные задачи к процессам внимания. Так, успешное обнаружение изменений в эксперименте 1 возможно при условии активного и тонкого «сканирования» зрительной сцены, где одну из ведущих ролей играют процессы произвольного внимания, которые, несомненно, связаны с осмысленным восприятием сцены и ее элементов. Отсюда – неравномерное уделение внимания³ разным частям изображения относительно его смыслового ядра – объекта, обозначенного нами как центральный. Отметим также, что уделять внимание разным частям изображения в условиях мерцания испытуемый может скорее всего только последовательно, и, следовательно, время и вероятность пропусков зависят от того, как часто, как долго и как тщательно испытуемый обследует тот или иной объект или пространственный сегмент. Если обратиться к традиционной терминологии, можно сказать, что ведущую роль здесь играют процессы фокального внима­ния (Neisser, 1967). В эксперименте 2, напротив, задание ориентирует испытуемого широко распределять внимание по всему пространству изображения, чтобы не пропустить событие, которое произойдет всего однажды в любой части этого пространства. По У. Найссеру, здесь задействованы процессы предвнимания, реализующие функцию бдительности и глобаль­ного мониторинга. Изменение, происходящее на глазах испытуемого, в свою очередь обна­руживается автоматически и является сильной детерминантой непроизвольного внимания на самом базовом его уровне – уровне вынужденного (Добрынин, 1938), или экзогенного, (Jonides, 1981) внимания. Такой процесс протекает не только автоматически, но и преиму­щественно параллельно (Jonides, 1981), что и проявилось в показателях ВР в эксперимен­те 2: как обычно бывает при параллельных процессах, ВР не зависело от места изменения. Вероятно, эти экзогенные детерминанты превосходят по силе детерминанты более высоко­го уровня, связанные с интересом и значением воспринимаемых объектов.

Тем не менее, несмотря на отсутствие связи между местом изменения и эффективно­стью обнаружения, в эксперименте 2 четко проявилось влияние места изменения на про­цессы опознания, для которых недостаточно предвнимательного грубого параллельного анализа сцены. В целом можно отметить, что вероятность ошибок опознания в эксперимен­те 2 значительно выше, чем в эксперименте 1. На наш взгляд, это связано с тем, что в экс­перименте 1 изменения носили регулярный характер и испытуемый, обнаружив изменение, имел возможность перепроверить свои предположения относительно меняющегося объекта и характера изменения. В эксперименте 2 изменение происходило только однажды, и, обна­ружив его, испытуемый дальше имел дело только с измененным объектом и при опознании изменения должен был опираться только на образ памяти. Именно при анализе ошибок опо­знания нами был получен эффект, сходный с аналогичным эффектом в эксперименте 1: наи­меньший процент ошибок опознания испытуемые допускают по отношению к изменениям центральных объектов, а наибольший – по отношению к изменениям ближних объектов. Для объяснения этого факта позволим себе сделать следующее предположение: вероятно, при ознакомлении с изображением в ходе предварительного просмотра и далее, при ожида­нии изменения, испытуемый обследует объекты и запоминает некоторые их характеристи­ки. Разумно предположить, что лучше всего будут запомнены характеристики тех объектов, которые чаще всего оказывались в фокусе внимания, прежде всего это центральные объекты. В результате, чем точнее запомнены характеристики объектов, тем ниже вероятность ошиб­ки опознания. Можно, таким образом, предположить, что поскольку объекты, находящиеся близко к центральному, чаще других опознаются неправильно, то, вероятно, внимания этим объектам уделяется меньше всего. Отметим, что, в отличие от простого обнаружения изме­нения, успешное выполнение задачи опознания в значительной мере опирается на активное (произвольное) и последовательное обследование зрительной сцены.

Подведем краткие итоги двух проведенных экспериментов. Нами было обнаружено, что перцептивная задача обнаружения и опознания изменений решается наименее эффек­тивно в отношении второстепенных объектов вблизи смыслового центра изображения. Так, было показано, что испытуемые ищут такие изменения дольше, чем изменения более даль­них, но также второстепенных объектов. Далее, было обнаружено, что изменения ближних объектов чаще остаются незамеченными и чаще опознаются неправильно.

Поскольку выделенный нами класс феноменов описан в данной работе впервые (по крайней мере, в области исследований обнаружения изменений), мы позволили себе ввести авторский термин для его обозначения – «мертвые зоны» внимания. Понятие «мерт­вых зон» заимствовано нами из профессиональной автомобильной терминологии – там оно обозначает боковое пространство вокруг автомобиля, выпадающее из прямого обзора водителя и из зоны обзора зеркал заднего вида. По нашему предположению, вероятность обследования ближней периферии внимания по каким-то причинам снижена, как снижена она в «мертвых зонах» водительского места. На рис. 5 изображена гипотетическая схема уделения внимания объектам на примере стимула, использованного в экспериментах 1 и 2. Так, периферические объекты показаны областями пониженной светлоты, при этом пред­полагаемая «мертвая зона» внимания затемнена максимально.

Рис. 5. Гипотетическая схема уделения внимания частям зрительной сцены относительно централь­ного объекта: а – исходное изображение; б – изображение, графически демонстрирующее фокус, перифе­рию и «мертвую зону» внимания.

Хотя результаты данного исследования лишь выявляют факт существования «мерт­вых зон» и не раскрывают его механизмов, однако имеет смысл очертить возможные гипотезы, которые могут быть проверены в будущих экспериментах. В первую очередь просматривается определенное сходство феномена «мертвых зон» с хорошо изученными сенсорными механизмами зрительного восприятия фигур, в частности, с механизмом ла­терального торможения, которое заключается в ослаблении ответов рецепторов сетчатки на световой стимул при более интенсивном возбуждении соседних рецепторов, по срав­нению с изолированным ответом на стимул той же светлоты. Традиционно с механизмом латерального торможения связывают способность зрительной системы фиксировать рез­кие перепады яркости, благодаря чему возможно выделение фигуры из фона по четко вос­принимаемому контуру. Вероятно, подобную функцию выполняет и «мертвая зона»: об-разы второстепенных объектов, расположенных вблизи главного, могут подвергаться тор­можению, что способствует выделению последнего в качестве «фигуры», понимаемой как главный объект воспринимаемой сцены. Вместе с тем, на наш взгляд, характер «мертвых зон» должен быть не периферическим, как в случае латерального торможения, а скорее центральным.

Еще одним важным результатом двух экспериментов является то, что «мертвые зоны» внимания проявляют себя в основном в тех показателях, которые предположительно явля­ются результатом активного обследования зрительной сцены. Этот активный процесс связан с неравномерным уделением внимания главным и второстепенным деталям. Напротив, те компоненты обнаружения изменений, которые опираются на систему непроизвольного (экзогенного) внимания, не зависят от значимости объекта, подвергнутого изменению, и признаков «мертвых зон» в них не наблюдается. Таким образом, можно выдвинуть гипотезу о том, что «мертвые зоны» внимания являются следствием относительно высокоуровневых процессов произвольного внимания, участвующих в осмысленном восприятии сложных сцен и происходящих в них событий.