Sposób rozkładu uwagi w przestrzeni i czasie jest jednym z najważniejszych czynników w ludzkiej percepcji wzrokowej. Obiekty przyciągające uwagę ze względu na swoją widoczność lub znaczenie są zazwyczaj przetwarzane szybciej i z większą dokładnością. W badaniach behawioralnych takie korzyści wydajnościowe wykazano w wielu paradygmatach eksperymentalnych. Na przykład skierowanie uwagi na lokalizację celu przyspiesza reakcję w zadaniach wykrywania bodźca sprawdzającego1. Podobnie, uwaga poprawia dokładność odczytywania liter2. Takie wyniki dowodzą, że uwaga usprawnia przetwarzanie, jednak pozostają one całkowicie milczące na temat tego, w jaki sposób to usprawnienie jest osiągane.
Niniejsza praca wykazuje, że mechanizmy niskiego poziomu leżące u podstaw przewag uwagi mogą zostać ocenione poprzez pomiar szybkości przetwarzania poszczególnych bodźców w ramach modelu, który wiąże pomiary z precyzyjnie określonymi komponentami uwagi. Dzięki takiemu modelowi, na podstawie pomiarów szybkości przetwarzania można wywnioskować ogólną zdolność przetwarzania oraz jej rozkład pomiędzy bodźce.
Teoria uwagi wizualnej (TVA) Bundesena3 stanowi odpowiedni model dla tego przedsięwzięcia. Jest ona zazwyczaj stosowana do danych z zadań raportowania liter. W dalszej części wyjaśniono podstawy TVA oraz pokazano, w jaki sposób można je rozszerzyć w celu modelowania danych dotyczących oceny kolejności czasowej (TOJ) uzyskanych przy użyciu (prawie) dowolnych bodźców. Ta nowatorska metoda pozwala na oszacowanie szybkości przetwarzania i rozkładu zasobów, co można łatwo zinterpretować. Protokół opisany w niniejszym artykule wyjaśnia, jak planować i przeprowadzać takie eksperymenty oraz szczegółowo opisuje sposób analizy danych.
Jak wspomniano powyżej, typowym paradygmatem w modelowaniu i szacowaniu parametrów uwagi w oparciu o TVA jest zadanie raportowania liter. Uczestnicy zgłaszają tożsamość zestawu liter, który jest krótko wyświetlany i zazwyczaj maskowany po zmiennym opóźnieniu. Metoda ta pozwala m.in. na oszacowanie szybkości, z jaką elementy wizualne są kodowane w wizualnej pamięci krótkotrwałej. Została ona z sukcesem zastosowana w badaniach podstawowych oraz klinicznych. Na przykład Bublak i współpracownicy4 ocenili, które parametry uwagi ulegają zmianom na różnych etapach związanych z wiekiem deficytów poznawczych. W podstawowych badaniach nad uwagą Petersen, Kyllingsbæk i Bundesen5 wykorzystali TVA do modelowania efektu czasu przebywania uwagi (dwell time effect), czyli trudności obserwatora w postrzeganiu drugiego z dwóch celów w określonych odstępach czasu. Główną wadą paradygmatu raportowania liter jest to, że wymaga on bodźców odpowiednio wyćwiczonych i podatnych na maskowanie. Wymóg ten ogranicza zastosowanie tej metody do liter i cyfr. Inne bodźce wymagałyby intensywnego treningu uczestników.
Paradygmat TOJ nie wymaga ani specyficznych bodźców, ani maskowania. Może być stosowany z dowolnym rodzajem bodźców, dla których można ocenić kolejność pojawienia się. Rozszerza to zakres bodźców na niemal wszystko, co może być przedmiotem zainteresowania, w tym na bezpośrednie porównania między modalnościami6.
Badanie uwagi za pomocą TOJ opiera się na zjawisku priorytetowego wejścia uwagi (attentional prior entry), które jest miarą tego, o ile wcześniej postrzegany jest bodziec objęty uwagą w porównaniu z bodźcem nieuwagowanym. Niestety, powszechna metoda analizy danych TOJ, polegająca na dopasowaniu psychometrycznych funkcji wydajności obserwatora (takich jak skumulowane funkcje Gaussa lub funkcje logistyczne), nie pozwala rozróżnić, czy uwaga zwiększa tempo przetwarzania bodźca objętego uwagą, czy też zmniejsza tempo przetwarzania bodźca nieuwagowanego7. Ta niejednoznaczność stanowi istotny problem, ponieważ pytanie o to, czy percepcja bodźca jest faktycznie wzmocniona, czy też zyskuje dzięki wycofaniu zasobów z bodźca konkurującego, ma znaczenie zarówno fundamentalne, jak i praktyczne. Na przykład w przypadku projektowania interfejsów człowiek-maszyna niezwykle istotne jest ustalenie, czy zwiększenie widoczności jednego elementu odbywa się kosztem innego.
Zadanie TOJ zazwyczaj przebiega w następujący sposób: znak fiksacyjny jest prezentowany przez krótki czas oczekiwania, zazwyczaj losowo dobrany odstęp krótszy niż sekunda. Następnie prezentowany jest pierwszy bodziec docelowy, po którym po zmiennym odstępie między początkami bodźców (SOA) następuje drugi bodziec docelowy. Przy ujemnych wartościach SOA najpierw wyświetlana jest sonda, czyli bodziec poddany uwadze. Przy dodatnich wartościach SOA prowadzący jest punkt odniesienia, czyli bodziec niepodlegający uwadze. Przy SOA równym zero oba bodźce docelowe są wyświetlane jednocześnie.
Zazwyczaj prezentowanie celu odnosi się do włączenia bodźca. W określonych warunkach stosuje się jednak inne zdarzenia czasowe, takie jak migotanie już obecnego celu lub jego znikanie8.
W testach TOJ odpowiedzi są zbierane w sposób nieograniczony czasowo, zazwyczaj za pomocą klawiszy przypisanych do tożsamości bodźców i kolejności ich prezentacji (np. jeśli bodźcami są kwadraty i romby, jeden klawisz wskazuje „najpierw kwadrat”, a inny „najpierw romb”). Co istotne, do celów oceny osądy te muszą zostać przekształcone w osądy typu „najpierw sonda” (lub „najpierw referencja”).
W niniejszej pracy zastosowano połączenie modelu przetwarzania TVA oraz eksperymentalnego paradygmatu TOJ, aby wyeliminować problemy występujące w każdym z tych obszarów z osobna. Dzięki tej metodzie możliwe jest oszacowanie łatwo interpretowalnych parametrów szybkości dla niemal dowolnych bodźców wizualnych, co pozwala wnioskować o sposobie rozdzielania uwagi obserwatora pomiędzy konkurujące elementy wizualne.
Model opiera się na równaniach TVA dotyczącym przetwarzania pojedynczych bodźców, które zostaną krótko wyjaśnione poniżej. Prawdopodobieństwo, że jeden bodziec zostanie zakodowany w wizualnej pamięci krótkotrwałej przed drugim, jest interpretowane jako prawdopodobieństwo uznania tego bodźca za pojawiający się pierwszy. Czas trwania poszczególnych procesów kodowania ma rozkład wykładniczy9:
(1)
Maksymalny czas nieskutecznej ekspozycji t0 jest progiem, przed którym nie dochodzi do żadnego kodowania. Zgodnie z TVA, szybkość vx,i, z jaką obiekt x jest kodowany jako członek kategorii percepcyjnej i (takiej jak kolor lub kształt), jest określona przez równanie szybkości,
. (2)
Siła dowodów sensorycznych wskazujących, że x należy do kategorii i, jest wyrażona przez ηx,i, natomiast βi stanowi błąd decyzyjny w kategoryzowaniu bodźców jako członków kategorii i. Wartość ta jest mnożona przez wagi uwagi. Indywidualne wagi uwagi wx są dzielone przez wagi uwagi wszystkich obiektów w polu widzenia. Zatem względna waga uwagi jest obliczana jako
(3)
gdzie R reprezentuje wszystkie kategorie, a ηx,i reprezentuje dowody sensoryczne wskazujące, że obiekt x należy do kategorii j. Wartość πj nazywana jest przynależnością kategorii j i odzwierciedla tendencję do przypisywania obiektów do kategorii j. Całkowita zdolność przetwarzania C jest sumą wszystkich szybkości przetwarzania dla wszystkich bodźców i kategoryzacji. Bardziej szczegółowy opis TVA znajduje się w książce Bundesena i Habekosta9.
W naszej nowej metodzie Równanie 1, opisujące kodowanie poszczególnych bodźców, zostaje przekształcone w model TOJ. Zakładając, że obciążenia selekcyjne i kategorie raportowania są stałe w ramach zadania eksperymentalnego, szybkości przetwarzania vp oraz vr z dwóch bodźców docelowych: sondy (p) i referencyjnego (r) zależą od C oraz wag uwagi w formie vp= C · wp i vr = C · wProszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.odpowiednio. Nowy model TOJ wyraża prawdopodobieństwo sukcesu Pp1. że uczestnik ocenia bodziec sprawdzający jako występujący pierwszy w zależności od SOA oraz szybkości przetwarzania. Można to sformalizować w następujący sposób:
(4)
Bardziej szczegółowy opis wyprowadzenia tego równania z podstawowych równań TVA został przedstawiony przez Tünnermanna, Petersena i Scharlau7.
Dla uproszczenia w modelu w Równaniu 1 pominięto parametr t0. Zgodnie z oryginalną TVA, t0 powinno być identyczne dla obu celów w zadaniu TOJ, i w związku z tym znosi się. Założenie to może być jednak czasami naruszane (patrz sekcja Dyskusja).
Do dopasowania tego równania do danych TOJ sugeruje się zastosowanie hierarchicznego schematu estymacji bayesowskiej1. Podejście to pozwala na oszacowanie wag uwagi wp i wr dla bodźców badawczych i referencyjnych oraz ogólnego tempa przetwarzania C. Parametry te, wynikowe tempo przyswajania vp i vr oraz różnice między nimi indukowane uwagą mogą być oceniane na poziomie badawczym i grupowym wraz z oszacowaną niepewnością. Model hierarchiczny przedstawiono na Rysunku 1. Na etapie planowania eksperymentu można przeprowadzić odpowiednią analizę mocy metodą bayesowską.
Poniższy protokół opisuje sposób planowania, przeprowadzania i analizowania eksperymentów TOJ, z których można uzyskać parametry szybkości przetwarzania oraz wagi uwagi dla bodźców wzrokowych. Protokół zakłada, że badacza interesuje wpływ manipulacji uwagą na szybkość przetwarzania wybranych docelowych bodźców.

Rysunek 1: Model graficzny wykorzystany w procedurze estymacji bayesowskiej. Koła oznaczają estymowane rozkłady; podwójne koła oznaczają węzły deterministyczne. Kwadraty oznaczają dane. Relacje przedstawiono po prawej stronie rysunku. Węzły poza zaokrąglonymi ramkami („płytkami”) reprezentują estymacje średniej i dyspersji parametrów TVA (patrz Wstęp) na poziomie grupy. Na płytce „j Subjects” widać, w jaki sposób wagi uwagi (w) są łączone z ogólnymi szybkościami przetwarzania (C), tworząc szybkości przetwarzania bodźców (v) na poziomie badanego. Płytka „i SOAs” pokazuje, jak parametry TVA są następnie przekształcane (za pomocą funkcji Pp1st opisanej we Wstępie) w prawdopodobieństwo sukcesu (θ) dla odpowiedzi o rozkładzie dwumianowym przy każdym SOA. Zatem θ wraz z liczbą powtórzeń SOA (n) opisują punkty danych (y). Więcej szczegółów na temat notacji i interpretacji modeli graficznych znajduje się u Lee i Wagenmakers23. Należy zauważyć, że dla przejrzystości pominięto węzły reprezentujące różnice parametrów. Deterministyczne parametry te wskazano zamiast tego na rysunkach z wynikami eksperymentalnymi. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.