通过视觉跟踪和视觉灵敏度评估, 探讨准确、平均的视频前视觉注意的部署
Summary
该实验方案结合了眼动追踪和双任务范式中的后突视觉敏感性评估, 包括自由选择的接应任务和视觉识别任务, 以调查视觉空间注意力的部署之前, 准确和平均的囊。
Abstract
该实验方案旨在研究视觉注意是否强制部署在囊尾端。为此, 我们通过眼动追踪记录了参与囊赛任务的人类参与者的眼睛位置, 并评估了在准备关节过程中不同地点的视觉定位歧视表现。重要的是, 该协议不使用一个单独的囊级目标范式, 其中的囊级端点通常与目标大致重合, 而是表示附近的两个 saccade 目标, 从而导致了一个明显的空间分离在大量试验中的目标位置和囊点端点。该范例使我们能够比较准确的囊尾 (在其中一个囊目标上着陆) 和平均囊点 (在两个目标之间的中间位置着陆) 的端点的下表视觉判别性能。我们观察到, 在精确囊的终点, 但不是在平均囊尾点, 视觉灵敏度的选择性增强。相反, 在执行平均囊面之前, 两个目标的视觉灵敏度都得到了同样的增强, 这表明在囊上目标中, 平均囊面是在未解决的注意力选择之后出现的。这些结果反对基于直接测量选择性视觉灵敏度的视觉注意力和囊学编程之间的强制性耦合, 而不是在其他协议中使用的 saccade 反应时间来得出类似的结论.虽然我们的协议提供了一个有用的框架, 以调查视觉注意力和在行为层面的眼动之间的关系, 它也可以与电生理措施相结合, 以扩大在神经元水平的见解。
Introduction
积累的证据认为, 在动运动和注意力控制之间存在着强烈的耦合。有影响力的前运动注意理论1,2提供了一个特别严格的帐户关于这种耦合, 建议视觉注意的秘密转移对应于接机编程, 而不随后执行。事实上, 通过功能磁共振成像 (fMRI)3和前眼场 (fef) 和高级小室肌 (sc) 的亚阈值微刺激, 已经确定了注意力和运动控制的共享神经元相关性在受激运动场位置, 即使没有眼动诱导 4,5,6, 7,也能产生行为和电生理测量的注意力益处.心理物理实验进一步显示, 在 8,9眼动术制备过程中, 视觉注意力不断向囊的目标转移。然而, 在神经元水平 10,11,12和观察, 囊面准备不一定意味着相应的注意力转移13,14 15、16对囊面规划与视觉空间关注之间的强制性耦合提出了一些疑问。
在这里, 我们重新审视了注意力和动声规划在行为层面的耦合性质, 使用了双重任务, 这需要一个自由选择的附加任务和视觉识别任务。至关重要的是, 在一半的试验中, 两个囊目标的角度距离为 30°, 产生了明显的全球效应17、18、19、20 。在两个目标之间降落的囊面 (平均囊面)。由于我们在24个等距地点 (包括两个 saccade 目标位置、它们之间的位置和21个控制位置) 随机提出了一个歧视目标, 因此我们能够评估和比较当囊上目标和囊端点在空间上相关 (准确的囊) 或离解 (平均囊尾) 时, 视觉注意力的前置部署。
为了测试视觉注意是否是视觉运动编程的强制性结果, 因此, 总是转向囊端, 我们分析了视觉敏感性的所有24个位置作为一个函数的囊式着陆方向。虽然准确的囊与在其端点的视觉灵敏度的一致的周期增强有关, 但我们在平均囊尾端没有发现这种增强。这种离解排除了视觉注意力与行为层面已执行的眼动运动程序的强制性耦合, 并表明注意力和声运动控制在某些皮质或皮质下的处理阶段是可以分离的。重要的是, 我们观察到, 在平均囊面之前, 两个囊的视觉灵敏度得到了同等的提高, 这表明全球效应来自于在囊面开始之前尚未解决的囊面目标选择。
Protocol
Representative Results
Discussion
该实验方案采用了在自由选择囊任务中同时评估凝视行为和视觉敏感性的方法。它使我们能够分析视觉注意是否确实有义务地耦合到行为层面的地震运动编程, 因此有系统地部署在囊尾端。在我们观察到明显的全球效应的试验中, 有一半的试验在近距离 (30°) 的情况下显示了两个囊形目标, 这反映在由准确和平均囊面组成的囊状着陆分布中。为了总结视觉注意与囊点端点之间的空间耦合, 分析并比较了不同位置的视觉灵敏度作为视频着陆方向的函数。虽然我们观察到在精确囊的终点视觉灵敏度的一致和选择性的增强, 但在平均囊尾的视觉灵敏度没有得到增强。相反, 在执行平均囊尾草之前, 两个囊面目标的视觉灵敏度同样得到了促进, 这表明囊平均是由于在囊状物目标中没有解决的注意力选择而产生的。因此, 我们的结果表明, 视觉注意并没有强制部署在执行的地震运动程序的终点。纠正囊分析进一步证实了这一点, 该分析表明, 在平均囊线之前, 在两个囊板目标之间进行均匀的视觉敏感性部署, 并没有系统地改变纠正囊方向的功能, 这进一步证实了这一点解释。在这方面, 我们的数据与 Zirnsak 等人25人最近的一个模型是一致的, 该模型假定目标选择过程随着时间的推移逐渐积累。
重要的是, 我们的协议不同于其他行为研究, 这些研究报告了注意力和囊之间在几个方面分离的证据。虽然一些研究的结论是基于 14、15、16的 saccadic 反应时间, 但我们直接测量了视觉空间注意力, 即在囊学准备过程中的视觉敏感性。在整个协议中使用的具体参数在复制经典的上指移位注意力8,9方面是有效的, 这一点在精确的终点一致增强视觉灵敏度就很明显。萨卡德斯。因此, 该协议允许可靠地检测系统的调制视觉注意特定于囊的准备。这是有效解释预感注意效果的一个重要前提, 特别是在平均囊尾观察到的注意力缺乏增强。
该协议的一个核心和独特的方面是在不同地点之间随机呈现歧视目标。因此, 我们可以在整个视野中采样视觉灵敏度, 从而不仅可以确定是否在圣杯的终点进行了注意力, 而且还可以调查注意力在这一区域周围的传播情况, 包括相邻的位置。我们在平均接盘前观察到的两个囊接点目标 (限制在小于 ~ 2.6°, 两个相邻刺激之间的距离) 的离散注意力分配与一个早期的说法相矛盾, 该账户表明平均囊接词可能反映出对视觉场景进行粗处理 17, 并主张加强局部而不是全局的视觉信息处理。此外, 歧视目标的随机呈现使参与者完全无法预测其位置。因此, 我们的协议一般促进在整个视野中对歧视任务进行均匀的视觉关注。我们认为这一事实对于与囊面制剂有关的任何潜在注意力影响和结论都很重要。
然而, 由于在自然视觉的整个视野中, 眼睛运动通常不是在试图区分刺激的同时进行的, 因此在该协议中获得的结果不能不受限制地解释日常生活中的运动行为。此外, 球眼运动任务确实不可避免地偏向于通过囊尾目标提示来部署注意力。这些囊目标不仅引入了相关的光运动目标, 而且还突出了可能引起关注的外源性暗示。因此, 由于周围两个囊上目标引起的一些掩蔽, 中间位置的视觉歧视表现一般可能会恶化。为了减少缓存目标对中间位置歧视性能的影响, 并评估潜在的掩蔽效果, 我们决定只临时 (50 毫秒) 而不是连续呈现囊尾目标(直到审判结束) 一半的审判。因此, 尽管这两个提示条件都在囊上目标位置引入了视觉定位, 但在短暂提示条件下, 在判别目标出现之前, 囊线目标总是消失。虽然大多数结果在两个提示条件下都非常一致, 因此在最终分析中结合在一起, 但我们确实观察到相对于瞬态提示条件的连续提示条件中的掩蔽效应的迹象。总体而言, 无论连接方向如何, 与瞬态提示条件相比, 中间位置的视觉灵敏度在连续中略有下降。考虑到瞬态囊点目标提示显然会最大限度地减少中间位置的掩蔽, 同时仍然能有效地吸引平均囊线, 未来使用类似于我们的协议的研究应考虑使用瞬态提示目标。然而, 尽管我们努力通过目标的短暂提示来最大限度地减少掩蔽效应, 但我们不能排除短暂的提示仍然引入了向前掩蔽效应, 这可能是造成中间位置在一定程度上。
总之, 我们的协议允许直接解决视觉注意力和声动图编程之间的耦合, 并揭示了注意力和行为层面平均囊尾端之间明显的空间离解。我们的研究结果反对在注意的前运动理论中提出的视觉注意力和动声运动规划之间的强制性耦合。未来的研究应采用包括在 FEF 和 SC 等领域同时进行的神经生理记录的范式, 以进一步解决视觉注意力和眼动图编程之间的耦合。
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究得到了德国基金会向香港提供的赠款的支持. (DE3365-1 和 RTG 2175 “背景感知及其神经基础”) 和 m. s. (sz34″) 和 Marie Sklodowska-Curie 行动机构 m. s. 个人研究金 (704537)。
Materials
| Computer | Apple iMac (Cupertino, CA) | ||
| CRT Screen | Sony GDM F900 (Tokyo, Japan) | 24 inch screen with a spatial resolution of 1024 x 640 pixels and a vertical refresh rate of 120 Hz | |
| Eye Tracker | EyeLink 1000 Desktop Mount (SR Research, Osgoode, Ontario, Canada) | operating at a sampling rate of 1 kHz | |
| Software | Matlab (The MathWorks, Natick, MA) / toolboxes: Psychophics, EyeLink |
References
- Rizzolatti, G., Riggio, L., Dascola, I., Umiltá, C. Reorienting attention across the horizontal and vertical meridians: evidence in favor of a premotor theory of attention. Neuropsychologia. 25 (1), 31-40 (1997).
- Rizzolatti, G., Riggio, L., Sheliga, B. M. Space and selective attention. Attention and performance XV. 15, 231-265 (1994).
- Corbetta, M. Frontoparietal cortical networks for directing attention and the eye to visual locations: Identical, independent, or overlapping neural systems?. Proceedings of the National Academy of Sciences. 95, 831-838 (1998).
- Müller, J. R., Philiastides, M. G., Newsome, W. T. Microstimulation of the superior colliculus focuses attention without moving the eyes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 102 (3), 524-529 (2005).
- McPeek, R. M., Keller, E. L. Deficits in saccade target selection after inactivation of superior colliculus. Nature nueroscience. 7 (7), 757 (2004).
- Moore, T., Armstrong, K. M. Selective gating of visual signals by microstimulation of frontal cortex. Nature. 421, 370 (2003).
- Moore, T., Fallah, M. Microstimulation of the frontal eye field and its effects on covert spatial attention. Journal of neurophysiology. 91 (1), 152-162 (2004).
- Kowler, E., Anderson, E., Dosher, B., Blaser, E. The role of attention in the programming of saccades. Vision research. 35 (13), 1897-1916 (1995).
- Deubel, H., Schneider, W. X. Saccade target selection and object recognition: Evidence for a common attentional mechanism. Vision research. 36, 1827-1837 (1996).
- Thompson, K. G., Biscoe, K. L., Sato, T. R. Neuronal basis of covert spatial attention in the frontal eye field. Journal of Neuroscience. 25 (41), 9479-9487 (2005).
- Ignashchenkova, A., Dicke, P. W., Haarmeier, T., Thier, P. Neuron-specific contribution of the superior colliculus to overt and covert shifts of attention. Nature nueroscience. 7 (1), 56 (2004).
- Gregoriou, G. G., Gotts, S. J., Desimone, R. Cell-type-specific synchronization of neural activity in FEF with V4 during attention. Neuron. 73 (3), 581-594 (2012).
- Born, S., Mottet, I., Kerzel, D. Presaccadic perceptual facilitation effects depend on saccade execution: Evidence from the stop-signal paradigm. Journal of Vision. 14 (3), 7-7 (2014).
- Belopolsky, A. V., Theeuwes, J. Updating the premotor theory: the allocation of attention is not always accompanied by saccade preparation. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 38 (4), 902 (2012).
- Hunt, A. R., Kingstone, A. Covert and overt voluntary attention: linked or independent?. Cognitive Brain Research. 18 (1), 102-105 (2003).
- Smith, D. T., Schenk, T., Rorden, C. Saccade preparation is required for exogenous attention but not endogenous attention or IOR. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 38 (6), 1438 (2012).
- Findlay, J. M. Global visual processing for saccadic eye movements. Vision research. 22, 1033-1045 (1982).
- Coren, S., Hoenig, P. Effect of non-target stimuli upon length of voluntary saccades. Perceptual and motor skills. 34 (2), 499-508 (1972).
- Van der Stigchel, S., Nijboer, T. C. The global effect: what determines where the eyes land?. Journal of Eye Movement Research. 4 (2), (2011).
- Vitu, F. About the global effect and the critical role of retinal eccentricity: Implications for eye movements in reading. Journal of Eye Movement Research. 2 (3), (2008).
- Hanning, N., Deubel, H., Szinte, M. Sensitivity measures of visuospatial attention. Journal of Vision. 17 (10), 673-673 (2017).
- Van der Stigchel, S., De Vries, J. P. There is no attentional global effect: Attentional shifts are independent of the saccade endpoint. Journal of vision. 15, 17-17 (2015).
- Wollenberg, L., Deubel, H., Szinte, M. Visual attention is not deployed at the endpoint of averaging saccades. PLoS biology. 16 (6), e2006548 (2018).
- Engbert, R., Mergenthaler, K. Microsaccades are triggered by low retinal image slip. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (18), 7192-7197 (2006).
- Zirnsak, M., Beuth, F., Hamker, F. H. Split of spatial attention as predicted by a systems-level model of visual attention. European Journal of Neuroscience. 33 (11), 2035-2045 (2011).
