Часть 1: Транссаккадная интеграция зависит от ограниченного ресурса памяти

для получения дополнительной информации:ali.ma@wecistanche.com

Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы перейти к части 2

Нажмите чтобыПреимущества и побочные эффекты цистанхе для памяти

Саккадические движения глаз вызывают масштабные преобразования изображения, попадающего на сетчатку. Вместо того, чтобы начинать визуальную обработку заново после каждой саккады, зрительная система объединяет пост-саккадическую информацию с визуальным входом, полученным до саккады. Важно отметить, что относительный вклад каждого источника информации взвешивается в соответствии с его точностью в соответствии с принципами оптимальной интеграции. Мы пришли к выводу, что, если пре-саккадический ввод поддерживается в хранилище с ограниченными ресурсами, например, при визуальной работе,Память, его точность будет зависеть от количества сохраненных элементов, а также от их приоритета внимания. Наблюдатели оценивали цвет стимулов, которые незаметно менялись во время саккады, а мы исследовали, где отчеты попадают в континуум между значениями до и после саккады. Смещение в сторону пост-саккадического цвета увеличивалось с установленным размером пресаккадического отображения, что согласуется с увеличением веса пост-саккадического входа по мере снижения точности пресаккадического представления. Во втором эксперименте мы исследовали трансаккадическуюПамятьресурсы предпочтительно распределяются по приоритетным элементам. Стрелка указывает на то, что один пре-саккадический элемент с большей вероятностью будет выбран для отчета. Как и предполагалось, достоверные сигналы повышают точность ответов и смещают ответы в сторону пресаккадического цвета. Мы заключаем, что трансаккадическая интеграция зависит от ограниченногоПамятьресурс, который гибко распределяется между пресаккадическими стимулами.

Поскольку острота зрения у человека самая высокая в центральной ямке и снижается в зависимости от эксцентриситета, мы часто двигаем глазами, чтобы привлечь внимание к интересующим объектам с высокой остротой фовеального зрения (Yarbus, 1967). Однако, направляя наш взгляд в одно место

обязательно означает изъятие его у других. Для поддержки детального и стабильного восприятия сцены при смещениях, вызванных движением глаз, было предложено использовать информацию от предыдущих фиксаций для дополнения текущего фовеального ввода в процессе, известном как трансаккадическая интеграция (Irwin & Andrews, 1996).

Поскольку трансаккадическая интеграция опирается на информацию из недавнего прошлого, чтобы облегчить работу в настоящем, интуитивная гипотеза состоит в том, что визуальная работаПамятьспособствует этому процессу (Aagten-Murphy & Bays, 2019; Irwin, 1991; Prime, Vesia, & Crawford, 2011). Рабочая память относится к краткосрочному хранилищу, способному поддерживать ограниченный объем информации в активном состоянии, чтобы сделать ее доступной для когнитивной обработки (Baddeley & Hitch, 1974). Идея о том, что зрительная рабочая память может также поддерживать перцептивные процессы, не нова, поскольку она уже участвовала в разрешении двойственного восприятия (Kang, Hong, Blake, & Woodman, 2011; Scocchia, Valsecchi, Gegenfurtner, & Triesch, 2013). , визуальный поиск (Desimone & Duncan, 1995) и последовательные отклонения от стимулов (Bliss, Sun, & D'Esposito, 2017; Fritsche, Mostert, & de Lange, 2017).

Пре-саккадическая информация об объекте сохраняется в рабочем состоянии.Памятьможет — с соответствующими преобразованиями, учитывающими сдвиг сетчатки, вызванный саккадой (Bays & Husain, 2007; Bridgeman, Van der Heijden, & Velichkovsky, 1994; Burr & Morrone, 2011), — служить дополнительным источником информации для улучшения пост- - саккадическое восприятие. Предыдущие исследования, т. е. в качестве средневзвешенного значения, учитывали относительную надежность каждого входа (Oostwoud Wijdenes, Marshall, & Bays, 2015). При усреднении независимого шума результирующее интегрированное восприятие может иметь большую точность, чем любой источник по отдельности (Ganmor, Landy, & Simoncelli, 2015; Wolf & Schutz, 2015).

Несмотря на его интуитивность, прямое свидетельство участия визуальной работыПамятьв трансаккадической интеграции редкая. В нескольких исследованиях изучалось влияние промежуточных саккад на задачи рабочей памяти. Прайм, Цоцос, Кит и Кроуфорд (2007) не обнаружили различий в задаче различения изменений между условиями, в которых положение взгляда сохранялось или изменялось между последующими предъявлениями стимула, предполагая, что саккады сами по себе не нарушают работу зрительной деятельности.Памятьни заменить его отдельным трансаккадическим хранилищем. Тем не менее, два исследования с использованием методов, чувствительных кПамятьточность (Melcher & Piazza, 2011; Schut, Van der Stoep, Postma, & Van der Stigchel, 2017; Shao et al., 2010) обнаружили, что выполнение саккады к визуальному элементу, не имеющему отношения кПамятьзадача ухудшила последующую точность воспроизведения для массива памяти с уменьшением производительности, эквивалентным увеличению установленного размера содержимого рабочей памяти на один элемент (Schut et al., 2017). Это говорит о том, что выделение ресурсов памяти для цели саккады является обязательным.

трансаккадической интеграции, но также согласуется с использованием зрительной работыПамятьдля облегчения других перцептивных или когнитивных процессов, например, для облегчения визуального поиска (Oh & Kim, 2004; Woodman & Luck, 2004) или переключения внимания после саккады (Hollingworth & Matsukura, 2019).

На сегодняшний день самые прямые доказательства, подтверждающие причастность рабочихПамятьв трансаккадической интеграции исходит из исследования Стюарта и Шютца (2018). Как и в предыдущих исследованиях, эти авторы наблюдали трансаккадические преимущества при оценке одного стимула, что было близко к предсказаниям, основанным на оптимальной интеграции пре- и пост-саккадических сигналов. Однако, когда они поместили одну и ту же задачу в период обслуживания типичной визуальной работы с одним элементомПамятьзадача, они не обнаружили значительного улучшения производительности по сравнению с лучшим индивидуальным видом стимула (до или после саккад). Другими словами, введение нагрузки на зрительную рабочую память аннулировало свидетельство трансаккадической интеграции. Хотя этот результат убедительно свидетельствует о наличии рабочихПамятьважно для получения преимуществ интеграции, двухзадачный дизайн оставляет ее точную роль неопределенной. Кроме того, обнаружение того, что загрузка в память одного элемента почти полностью устраняет трансаккадическую интеграцию, является неожиданным, учитывая обширные доказательства того, что несколько элементов могут одновременно поддерживаться в работе.Память(см. также Melcher, 2009; Melcher & Fracasso, 2012, где приведены доказательства того, что другие трансаккадические эффекты имеют мощность более единицы).

Одна из определяющих черт визуальной работыПамятьзаключается в том, что информация, которую он может хранить, очень ограничена (Alvarez & Cavanagh, 2004; Cowan, 1998; Luck & Vogel, 1997). В задачах аналогового отчета это ограничение проявляется в снижении точности припоминания по мере увеличения количества элементов в памяти (Ma, Husain, & Bays, 2014; Schneegans, Taylor, & Bays, 2020; van den Berg, Shin, Chou, George). , & Ma, 2012; Zhang & Luck, 2008). Кроме того, работаПамятьраспределение является гибким, поэтому ресурсы могут быть предпочтительно направлены на определенные элементы в зависимости от поведенческого приоритета (Bays, 2014; Bays & Husain, 2008; Oberauer & Lin, 2017; Schmidt, Vogel, Woodman, & Luck, 2002; Yoo, Klyszejko, Curtis). и Ма, 2018). В этом исследовании мы исследовали, как распределяется работаПамятьк пресаккадическим элементам влияет на трансаккадическую интеграцию. Для получения чувствительной и дифференцированной оценки работыПамятьраспределения мы использовали относительный вес пре- и пост-саккадических входов при оценке цвета предмета в качестве нашего основного показателя эффективности. Основываясь на предыдущих исследованиях (Ganmor, Landy, & Simoncelli, 2015; Oostwoud Wijdenes et al., 2015; Wolf & Schutz, 2015), мы ожидали, что это взвешивание будет отражать относительную надежность пре- и пост-саккадической информации.

Эксперимент 1:

Здесь мы исследовали, зависит ли трансаккадическая интеграция от ограниченного ресурса, манипулируя размером пресаккадического набора. Если роль визуальной работыПамятьв трансаккадической интеграции нужно хранить пресаккадический ввод, мы ожидаем, что качество информации, доступной для интеграции, будет снижаться по мере увеличения количества элементов в пресаккадическом образе. Чтобы проверить это предположение, мы представили наблюдателям от одного до четырех цветных дисков в их периферийном зрении, прежде чем предложить им выполнить горизонтальную саккаду за массивом стимулов. Во время саккады все диски, кроме одного, исчезли, а цвет оставшегося диска немного изменился. Участников попросили сообщить цвет этого диска, и мы использовали распределение их ответов относительно пре- и пост-саккадических цветов, чтобы оценить вес, присвоенный каждому входу. Поскольку изменение цвета было небольшим и происходило во время движения глаза, мы ожидали, что участники в основном не заметят этого. Мы проверили это предположение в ходе структурированного разбора полетов после эксперимента.

Методы

Участники

Четырнадцать участников (9 женщин) в возрасте от 20 до 35 лет (в среднем=24,7) участвовали в эксперименте 1.

Рисунок 1. Пример последовательности испытаний в эксперименте 1 (не в масштабе) для испытания с размером набора три. Красные пунктирные кружки обозначают фиксации взгляда. Пунктирная красная стрелка представляет собой вектор саккады. Стимул менялся, как только взгляд пересекал вертикальную среднюю линию экрана. Изменение цвета преувеличено в иллюстративных целях.

Участники сообщили о нормальной или скорректированной до нормальной остроты зрения. Нормальное цветовое зрение обеспечивалось скрининговым тестом (Ishihara, 1972), проведенным перед исследованием. Участники были наивны в отношении цели эксперимента и получили компенсацию в размере 10 фунтов стерлингов в час. Эксперименты были одобрены Кембриджским комитетом по этике психологических исследований.

Информированное согласие было получено в соответствии с Хельсинкской декларацией.

Аппарат и стимулы

Стимулы предъявлялись на 27-дюймовом мониторе Asus ROG PG279Q (частота обновления 144 Гц, разрешение 2560 × 1440 пикселей, режим ULMB, разгон отключен)

на расстоянии просмотра 60 см. Фон экрана был черным (0,3 кд/м2) на протяжении всего эксперимента. Положение глаз отслеживали в режиме онлайн с помощью установленного на столе прибора EyeLink 1000 (SR Research). Генерация и представление стимулов были реализованы в Matlab с использованием набора инструментов Psychophysics (Kleiner, Brainard, & Pelli, 2007). В пользовательском коде использовался высокоточный таймер событий набора микросхем ПК для синхронизации дисплея и устройства отслеживания глаз, выборка которого производилась асинхронно с частотой 1000 Гц. Мы измерили среднюю задержку ввода (определяемую как интервал между запросом программного обеспечения на обновление экрана и 90-процентным завершением желаемого изменения яркости) примерно 11 мс, что согласуется со значениями, ранее сообщавшимися для этого дисплея (Fabius, Fracasso, Nijboer, & Van der Stigchel, 2019; Zhang et al., 2018).

Дизайн и процедура

Последовательность испытаний показана на рисунке 1. Каждое испытание начиналось с представления серой точки фиксации (диаметром 0,5 градуса угла зрения, 71,3 кд/м2) на однородно черном фоне (0). .3 кд/м2). В зависимости от направления саккады точка фиксации появлялась на 6 градусов левее или правее центра экрана. Четыре буквы (A, B, C и D) были представлены в возможных местах стимула, расположенных на воображаемой окружности радиусом 4 градуса с центром в точке фиксации, в угловых положениях (-60 градусов, -20 градусов, плюс 20 градусов). , и плюс 60 градусов), где

0 градусов в горизонтальном направлении к центру дисплея. После того, как фиксация поддерживалась в пределах 2 градусов от точки фиксации в течение периода

Через 500 мс вторая точка (мишень саккады) появлялась при горизонтальном смещении (и, следовательно, необходимой амплитуде саккады) на 12 градусов от первой точки фиксации. Эта точка указывала место, куда наблюдатели должны были саккадировать после получения сигнала. Обратите внимание, что было невозможно расположить четыре места стимула так, чтобы они были одновременно равноудаленными как от пре-саккадических, так и от пост-саккадических точек фиксации. Мы решили сделать все четыре положения равноудаленными от пресаккадической фиксации, в результате чего положения А и D были дальше от пост-саккадической точки фиксации, чем положения В и С (10,0 градусов против 10,0 градусов).

Через 500 мс дальнейшей фиксации буквы заменялись одним, двумя, тремя или четырьмя цветными дисками (диаметром 1 градус). Цвета были случайным образом выбраны из круга в пространстве CIELAB (L=74, начало координат a=b=0, радиус 40). Для наборов размеров от одного до трех незанятые позиции выбирались случайным образом, уравновешивались между испытаниями и заполнялись серыми точками-заполнителями (0,3 градуса в диаметре) для уменьшения пространственной неопределенности. Этот пресаккадический дисплей был представлен в течение 1000 мс. Еще через 1000 мс исходная точка фиксации исчезла, и одновременно раздался звуковой сигнал.

подсказка участнику как можно быстрее перевести взгляд на цель саккады.

Как только взгляд пересекал вертикальную среднюю линию экрана, все пре-саккадические элементы, кроме одного (местоположение уравновешено в испытаниях), заменялись точками-заполнителями. Цвет оставшегося (т. е. пост-саккадического) элемента сместился по часовой стрелке (по часовой стрелке) или против часовой стрелки (против часовой стрелки) на 25 градусов по цветовому кругу. Направление этого сдвига было выбрано случайно. Пост-саккадический элемент отображался до 300 мс после того, как смещение саккады было обнаружено программным обеспечением для отслеживания взгляда.

пост-саккадического элемента, вокруг точки пост-саккадической фиксации появилось цветовое колесо (диаметром 5 градусов; произвольно повернутое). В центре колеса отображалась буква, указывающая положение пост-саккадического элемента. Участникам было предложено щелкнуть по цвету на колесе, который лучше всего соответствует запоминаемому цвету предмета, обозначенного буквой. Буквы использовались как немаскирующий сигнал, чтобы указать, о каком элементе сообщать; хотя буква всегда указывала на элемент, который оставался видимым после саккады, экспериментальное тестирование показало, что участники часто не знали, что один из элементов отображался дольше, чем цветовой круг, центральная буквенная метка была заменена диском (диаметром 1 градус). ), указывающий цвет под текущим положением мыши. После того, как реакция была зарегистрирована, колесо было заменено точкой пре-саккадической фиксации, инициировав следующее испытание.

2 градуса от точки пресаккадической фиксации в любое время до саккады, если саккада не была инициирована через 500 мс после исчезновения точки пресаккадической фиксации, если саккада приземлилась дальше, чем

2,5 градуса от точки пост-саккадической фиксации, если саккада длилась более 150 мс или если до появления цветового круга сообщалось о моргании. Когда испытание было прервано, отображалось сообщение обратной связи для

2 секунды в центре экрана, и в конце блока было добавлено испытание того же экспериментального условия.

Наблюдатели завершили 480 успешных испытаний, распределенных по четырем блокам по 120 испытаний в каждом. В каждом блоке установленный размер и местоположение сообщаемого элемента чередовались случайным образом. Каждая сессия начиналась с практического блока, в котором участники обучались компоненту движения глаз в эксперименте. В этом практическом задании отчет о цвете был заменен обратной связью о том, соответствует ли саккада всем экспериментальным требованиям. Сообщения об ошибках объяснялись устно экспериментатором при срабатывании. Практика продолжалась до тех пор, пока участники не были уверены в глазодвигательном аспекте задачи.

Анализ

Основными интересующими мерами были систематическая ошибка и дисперсия цветовых ответов по отношению к пре- и пост-саккадическому цвету исследуемого предмета. Мы оценили их как круговое среднее и круговое стандартное отклонение (SD) соответственно. Для этой цели мы повернули и отразили сообщаемые значения цвета так, чтобы 0 градусов, соответствующих пресаккадическому цвету, и положительные значения были в направлении пост-саккадического цвета.

Поскольку ответы были отражены в половине испытаний, любое общее смещение ответов CW или CCW было уравновешено и не могло повлиять на расчет кругового среднего; однако такая систематическая ошибка в ответах может привести к завышению оценок

круговая СД. Чтобы решить эту проблему, после чередования ответов, но перед тем, как отразить их, чтобы сделать пост-саккадический цвет положительным (как описано выше), мы вычли общее смещение ответов для каждого участника, рассчитанное как среднее круговое по испытаниям. Эта операция применялась только при оценке кругового стандартного отклонения, но обратите внимание, что она не повлияет на оценки кругового среднего.

Статистические проверки гипотез проводились с использованием байесовского дисперсионного анализа и байесовских t-тестов в JASP (JASP Team, 2020) с априорными значениями по умолчанию. Результаты с BF10, равным пяти, указывают на то, что сила доказательств наличия различий в пять раз выше, чем сила доказательств отсутствия различий. И наоборот, BF01, равный пяти, указывает на одинаковую силу доказательств в пользу отсутствия различий.