Карта приоритета внимания объясняет удивительные явления зрительного поиска

© iStock

Ученые из НИУ ВШЭ и Гарварда обнаружили, что на скорость поиска элемента с уникальным сочетанием признаков никак не влияет легкость группировки этих элементов по признакам. Такие результаты предсказывают теории параллельного управления вниманием. Исследование опубликовано в журнале Journal of Vision.

В повседневной жизни мы часто прибегаем к зрительному поиску. Найти предмет с уникальной особенностью – красную букву (цель) среди синих (дистракторы) – не составляет труда. Это называется поиском по признаку. Сложнее искать предмет, который не имеет уникального свойства, а отличается от других комбинацией признаков: например, вам нужно найти красную букву «L» среди различных букв разного цвета. В такой ситуации вы применяете поиск по сочетанию признаков.

Теории поиска по сочетанию признаков

Ученым известно, что при поиске по одному признаку скорость испытуемого зависит от того, насколько ему легко сгруппировать объекты. Когда буквы четко делятся на две категории по цвету (верхняя левая картинка), красный элемент сразу бросается в глаза среди синих‎. Однако если буквы будут иметь оттенки от красного к синему (нижняя левая картинка), найти красную букву будет сложнее.

Интуитивно кажется, что и в случае с поиском по сочетанию признаков быстрее найдется элемент при легкой группировке (верхняя правая картинка). Эту интуицию поддерживают предсказания теорий последовательного управления поиском. Согласно этим теориям, поиск по сочетанию признаков – двухэтапный процесс: когда буквы легко группируются по цвету, вы сначала выделяете все красные буквы и ищете только среди них по форме, в два раза облегчив себе задачу. Если символы окажутся разного цвета, разграничить группы будет сложнее, и поиск займет больше времени.

Противоположные идеи выдвигаются в теориях параллельного управления поиском. В них предполагается, что для того, чтобы направить внимание на потенциальную цель, используется информация обо всех релевантных признаках одновременно. То есть если вы ищете красную букву, то зрительная система будет одновременно выделять и красные буквы, и буквы определенной формы. В таком случае внимание в первую очередь будет направляться в те места, где и цвет, и форма будут максимально похожи на цель.

Экспериментальная проверка теорий

Чтобы выяснить, какие теории ближе к правде, ученые провели серию экспериментов. В первом эксперименте испытуемых попросили находить на экране линию определенного цвета и ориентации среди других линий – например, крутую красную линию на картинках ниже. В пробах варьировалась сложность категоризации линий по признакам: в одних пробах линии четко группировались по цвету и направлению, в других были разнообразными, то есть их разбиение на четкие группы затруднялось.

Теории последовательного поиска предсказывают, что в условиях легкой группировки линий (первая картинка) испытуемые будут быстрее находить целевой объект, а слишком разнообразные стимулы (последняя картинка) затруднят поиск. Однако во всех четырех условиях участники эксперимента справлялись с задачей одинаково быстро. Этот вывод не только противоречит интуиции, но и кажется удивительным с учетом надежных доказательств влияния группировки на скорость при поиске по одному признаку.

Карта приоритета внимания как механизм поиска

Объяснение этому дают теории параллельного управления поиском – в частности, теория управляемого поиска. Предполагается, что поиск по двум признакам происходит одновременно, что обеспечивается работой карты приоритета внимания. Для каждого из признаков зрительная система автоматически строит некую карту (Feature Activation), в которой активация одного участка обозначает степень совпадения стимула в этом месте с целевым объектом по этому признаку. С помощью суммации карт признаков строится карта приоритета внимания (Attention Priority Map). Активация на этой карте и определяет, насколько вероятно, что то или иное место содержит все нужные признаки. Иными словами, место с самой высокой активацией – это то, куда имеет смысл направить внимание в первую очередь. Такой механизм обеспечивает одинаково легкое выделение целевого объекта независимо от сложности группировки, так как только один объект обладает сразу двумя целевыми значениями признаков.

Для подтверждения предлагаемых объяснений ученые провели еще один эксперимент, в котором, помимо поиска по сочетанию признаков, испытуемых просили искать линию только по одному признаку – по ее уникальной ориентации или по цвету. Оказалось, что в условиях сложной группировки поиск по сочетанию признаков (например, белой вертикальной линии среди линий разных цветов и направлений) может быть быстрее поиска по одному признаку (например, белой линии среди линий разного цвета или вертикальной линии среди линий разных направлений).

На первый взгляд, это совершенно не вписывается в теорию зрительного поиска и даже нарушает один из его «законов»: поиск по признаку должен быть легче, чем поиск по сочетанию признаков. Однако гипотеза о карте приоритета внимания дает объяснение этому уникальному факту: при поиске по одному признаку карта имеет множество мест со схожей активацией, в то время как при поиске по сочетанию признаков место расположения целевого объекта имеет большую активацию по сравнению со всеми остальными элементами.

«Каждому из нас ежедневно приходится выполнять задачу зрительного поиска множество раз в день. Очень редко объект, который мы ищем, обладает уникальным признаком, чаще всего это уникальное сочетание нескольких признаков. В данном исследовании мы продемонстрировали, что поиск по сочетанию признаков работает одинаково эффективно вне зависимости от легкости группировки элементов. Это возможно благодаря построению карты приоритета внимания, анализирующей несколько признаков параллельно», – комментирует один из авторов исследования Владислав Хвостов.